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期刊信息

工程力学

Engineering Mechanics

(月刊,1984年创刊)

主管单位:中国科学技术协会

主办单位:中国力学学会

主  编:陆新征

编辑出版:《工程力学》杂志社

ISSN 1000-4750CN 11-2595/O3

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  《工程力学》由中国科学技术协会主管,中国力学学会主办。1984年创刊,月刊。主要报导力学在工程及结构中的应用,刊登力学在科研、设计、施工、教学和生产方面具有学术水平、创造性和实用价值的论文,包括力学在土木建筑、水工港工、公路铁路、桥梁隧道、航海造船、航空航天、矿山冶金、机械化工、国防军工、防灾减灾、能源环保等工程中的应用且具有一定学术水平的研究成果。 更多>>
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2020年第11期, 刊出日期:2020-11-25
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封面
2020-11期封面+目录
2020, 37(11).  
[摘要](97) [PDF 12573KB](78)
摘要:
基本方法
采用粘弹性人工边界单元时显式算法稳定性分析
李述涛, 刘晶波, 宝鑫, 陶西贵, 陈一村, 肖兰, 贾艺凡
2020, 37(11): 1-11, 46.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0755
[摘要](110) [HTML全文](28) [PDF 1329KB](62)
摘要:
在土-结构地震反应或近场地震波动问题的分析中,常采用粘弹性人工边界单元将无限域问题转化为近场有限域问题进行计算。由于粘弹性人工边界单元的材料参数和单元尺寸与内部介质单元不同,采用显式时域逐步积分算法时,人工边界区与内部系统的数值稳定条件存在差异,但目前尚未有针对性的分析方法和研究成果,影响了显式数值稳定条件的确定和稳定积分时间步长的正确选取。针对二维粘弹性人工边界单元,该文提出一种分析显式时域逐步积分算法稳定性的方法:建立可代表人工边界区域特征的,包含人工边界单元的若干局部子系统,对各子系统的传递矩阵进行分析,给出采用显式时域逐步积分算法时各子系统的稳定条件解析解。通过对各子系统的稳定条件进行对比分析,获得了采用粘弹性人工边界单元时,显式时域逐步积分算法的统一稳定性条件。当内部介质区也满足该稳定条件时,这一条件成为使整体系统数值计算稳定的充分条件,可用于指导数值分析中离散时间步长的选取。
基于Green函数法的Timoshenko曲梁强迫振动分析
赵翔, 周扬, 邵永波, 刘波, 周仁
2020, 37(11): 12-27.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0708
[摘要](189) [HTML全文](46) [PDF 1287KB](59)
摘要:
该文运用Green函数法求解了Timoshenko曲梁在强迫振动下的解析解,通过分析曲梁截面的力学平衡,建立了Timoshenko曲梁的振动方程。依次采用分离变量法和Laplace变换法,对不同边界的Timoshenko曲梁求解出了相应的Green函数。并且通过引入两个特征参数来考虑阻尼对强迫振动的影响。数值计算中,验证了该解析解的有效性,并对其中涉及的各种重要物理参数的影响进行了研究。研究结果表明:通过将半径R设置为无穷大,可以简化为Timoshenko直梁振动模型,在此基础上,将剪切修正因子κ设置为无穷大,可以退化为Prescott直梁振动模型,最后再把转动惯量γ设置为0,可退化为Euler-Bernoulli直梁振动模型。该文给出的数值结果验证了所得解的有效性。
基于共旋法与稳定函数的几何非线性平面梁单元
邓继华, 谭建平, 谭平, 田仲初
2020, 37(11): 28-35.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0012
[摘要](61) [HTML全文](24) [PDF 860KB](20)
摘要:
建立一个准确、高效的几何非线性梁单元对于描述杆系结构的非线性行为至关重要。该文基于共旋坐标法和稳定函数提出了一种几何非线性平面梁单元。该单元在形成中把变形和刚体位移分开,局部坐标系内采用稳定函数以考虑单元P-δ效应的影响,从局部坐标系到结构坐标系的转换则采用共旋坐标法以及微分以考虑几何非线性,给出了几何非线性平面梁单元在结构坐标系下的全量平衡方程和切线刚度矩阵;在此基础上根据带铰梁端弯矩为零的受力特征,导出了能考虑梁端带铰的单元切线刚度矩阵表达式。通过多个典型算例验证了算法与程序的正确性、计算精度和效率。
土木工程学科
钢-超高性能混凝土组合箱梁弹性弯曲性能试验研究及解析解
樊健生, 王哲, 杨松, 陈钒, 丁然
2020, 37(11): 36-46.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0700
[摘要](124) [HTML全文](22) [PDF 1024KB](50)
摘要:
钢-超高性能混凝土(Ultrahigh performance concrete,以下简称UHPC)组合箱型桥面系在大跨径桥梁建设中具有良好的应用前景。以实际桥梁工程为背景,设计两个大比例钢-UHPC组合箱梁模型试验,主要研究弹性状态下的组合箱梁的弯曲受力行为,重点测试试件加载过程中挠度、应变分布等;建立同时考虑剪力滞后、滑移效应以及钢腹板剪切变形的组合箱梁分析模型,并推导得出解析解。研究结果表明:集中荷载作用下钢-UHPC组合箱梁的剪力滞效应显著,UHPC板跨中截面纵向压应变的最大值与最小值之比约为5~7;UHPC板厚越大,钢-UHPC组合箱梁的刚度越大,相同荷载下,UHPC板和钢梁应变越小;该文同时考虑剪力滞后、滑移效应以及钢腹板剪切变形的解析解与试验结果基本吻合,相比于不考虑钢腹板剪切变形的模型结果具有明显改善。
高延性混凝土加固钢筋混凝土梁抗震性能试验研究
邓明科, 郭莉英, 李睿喆, 陈佳莉
2020, 37(11): 47-57.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0237
[摘要](250) [HTML全文](39) [PDF 1004KB](31)
摘要:
为研究高延性混凝土(HDC)加固钢筋混凝土(RC)梁的抗震性能,设计了8个RC梁试件,采用HDC和碳纤维布(CFRP)条带加固,通过低周反复荷载试验,研究剪跨比、加固方式对其破坏形态、变形和耗能能力等的影响。试验结果表明:采用HDC围套加固RC梁,HDC面层良好的拉伸应变硬化和多裂缝开展特性能有效控制剪切裂缝发展,明显改善构件的脆性破坏特征;HDC加固层与原构件协同工作良好,加固层对内部混凝土形成良好的约束作用,HDC加固梁的承载力、变形和耗能能力明显提高,其加固效果明显优于CFRP条带加固;剪跨比较大时,在HDC加固层配置钢筋网,试件的变形和耗能能力明显提高,但对承载力贡献较小。基于桁架-拱模型理论,提出HDC加固梁的抗剪承载力计算方法,计算结果与试验值吻合较好。
风-波浪荷载对海上风机地震响应的影响
席仁强, 许成顺, 杜修力, 许坤
2020, 37(11): 58-68.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0715
[摘要](234) [HTML全文](37) [PDF 2713KB](36)
摘要:
建立广义单自由度模型,考虑运行、停机两种工作状态,揭示风-波浪荷载影响海上风机地震响应的机理。针对NREL 5MW单桩式海上风机,通过风-波浪统计关系确定波浪谱参数,采用FAST软件分析结构地震响应,验证初步分析结果的正确性,并探讨风-波浪影响海上风机地震响应的规律。结果表明:风-波浪作用的气动阻尼和动荷载效应使其显著影响海上风机地震响应;对于运行状态的海上风机,轮毂高度处平均风速等于额定风速时,支撑结构最危险;强震作用下,风-波浪作用减小泥面内力和塔顶位移幅值;弱震作用下,风-波浪荷载增大泥面内力和塔顶位移幅值。
基于动力特性的混合结构地震响应复模态叠加法
孙攀旭, 杨红, 刘庆林
2020, 37(11): 69-82.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0723
[摘要](78) [HTML全文](9) [PDF 2607KB](27)
摘要:
混合结构由不同阻尼特性的材料组成,确定其阻尼矩阵存在困难。分块Rayleigh阻尼模型由于数学上的简易性,被广泛用于构建混合结构的阻尼矩阵,但分块Rayleigh阻尼模型的计算精度与参考频率的选择方法直接相关。针对参考频率的选择问题,依据结构动力响应的组成和特点,提出了一种确定Rayleigh阻尼系数的计算方法,进而实现基于分块Rayleigh阻尼模型的复模态叠加法。求解结构的瞬态反应时,根据结构前两阶振型的自振频率确定阻尼系数;求解结构的稳态反应时,选择结构的基频、与外激励频率接近的结构自振频率确定阻尼系数。依据地震波的频谱特性,提出了基于地震波卓越频率的分块Rayleigh阻尼模型,并结合地震加速度的分段线性假定,建立了混合结构的复模态叠加法。在此基础上,利用三角级数展开得到组成地震波的谐波频率,进一步提出了基于谐波频率的分块Rayleigh阻尼模型和对应的复模态叠加法。算例分析结果表明:所提方法误差更小,且克服了传统方法因振型选择不唯一导致的计算结果具有不确定性的问题;与基于地震波卓越频率的复模态叠加法相比,基于谐波频率的复模态叠加法计算量更大,但计算精度更高、适用范围更广。
钢支撑动力屈曲致扭机理及BRB减扭机理的研究
高向宇, 李杨龙, 李建勤, 徐吉民
2020, 37(11): 83-96, 107.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0748
[摘要](102) [HTML全文](36) [PDF 4835KB](33)
摘要:
研究了钢支撑混凝土框架结构侧移和扭转地震响应的特点,揭示了在反复加载过程中钢支撑动力屈曲会对抵抗扭矩产生影响,使结构塑性铰状态发生非均衡性变化从而导致非弹性扭转的过程。运用达朗贝尔原理研究了钢支撑屈曲使结构产生惯性力、惯性扭矩并出现非弹性扭转突增的致灾机理,并通过振动台试验、有限元非线性分析对类似性能加以验证。对比研究了防屈曲支撑对结构的抗扭效果,以及阻断结构发生非弹性扭转突增的工作机理。最后针对设计上将普通钢支撑作为中心支撑混凝土框架结构第一道抗震防线的保障条件、设置防屈曲支撑减控非弹性扭转的技术保障措施等提出了建议。
冻融低剪跨比RC梁抗震性能试验研究
郑山锁, 姬金铭, 裴培, 贺金川, 张艺欣, 董立国
2020, 37(11): 97-107.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0770
[摘要](46) [HTML全文](10) [PDF 1611KB](15)
摘要:
通过人工气候模拟实验室对6榀剪跨比为2.6的钢筋混凝土(Reinforced concrete, RC)梁试件进行加速冻融循环试验,继而对其进行拟静力加载试验,根据试验结果分析了冻融循环作用和混凝土强度变化对RC梁试件破坏形态、滞回曲线、承载能力、变形能力和耗能能力等抗震性能指标的影响。结果表明:冻融后混凝土抗压强度降低,内部孔隙率变大,微裂缝增多,梁试件表面出现裂缝。各梁试件在拟静力加载试验后均发生了弯剪破坏。随着冻融循环次数的增加,试件的承载能力与耗能能力逐渐退化,延性先略微增长后显著下降;随着混凝土强度等级的提高,试件受冻融循环作用造成的损伤程度有所减轻,各试件的屈服、峰值、极限承载力均有所增大,耗能能力增强,延性无明显变化。
适用于黏土的分数阶应力诱导剪胀方程
李海潮, 马博, 张升, 盛岱超
2020, 37(11): 108-116.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0777
[摘要](31) [HTML全文](5) [PDF 1334KB](25)
摘要:
建立了适用于黏性土的分数阶下加载面模型,该模型所采用的分数阶塑性流动法则能够在不引入塑性势函数的情况考虑塑性流动方向与土体物理屈服面之间的非正交特性,进而统一地描述相关联和非相关联塑性流动法则。基于该流动法则可以得到一个新的应力诱导分数阶剪胀方程以考虑超固结比对黏性土剪胀特性的影响。理论分析结果表明,在相同的应力水平下,土体剪胀量会随着超固结比增大而逐渐减小。相比较修正剑桥模型,该文模型仅额外地引入一个与土体剪胀特性相关的模型参数,并且能够对超固结黏土的应变软化和剪胀特性进行合理的描述。模型计算结果与试验结果对比分析结果表明,该文模型能够准确地描述黏性土在超固结状态下的应力-应变响应和剪胀特性。
环境温差下FRP-混凝土界面粘结行为分析
董坤, 郝建文, 李鹏, 郭海燕, 杨树桐
2020, 37(11): 117-126.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0783
[摘要](85) [HTML全文](14) [PDF 1336KB](38)
摘要:
为明确环境温差对纤维增强聚合物(FRP)加固混凝土构件的界面粘结性能的影响,基于粘结界面的双参数内聚力指数模型,建立了FRP-混凝土粘结结点在温差作用下的界面微分平衡方程,采用边界条件叠加的方法,解析推导了界面相对滑移、界面剪应力和FRP应力-应变分布计算公式。基于解析理论模型,提出了FRP-混凝土界面最大承载温差的计算方法,分析了粘结长度、温差变化和粘结层数对界面粘结性能的影响。结果表明:该文推导出的理论公式计算结果与界面试验结果吻合良好,建立的解析理论模型能够较好地预测温差作用下FRP-混凝土界面粘结行为;界面最大承载温差随粘结长度的增加存在上限值,且由于界面粘结性能的退化,FRP温度应力的最大值出现在达到界面最大承载温差之前;界面剪应力集中在粘结端部区域,受温差变化和FRP粘结层数影响较大,且当环境温差进入胶黏剂玻璃化转变区域后影响最为明显。该结论可用于强日照和高温车间等大温差环境下桥梁和建筑加固构件的温度应力分析和界面承载力评估。
周边空孔效应对爆破振速及围岩损伤的影响研究
满轲, 刘晓丽
2020, 37(11): 127-134, 184.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0790
[摘要](20) [HTML全文](5) [PDF 750KB](10)
摘要:
基于光面爆破施工方法,设计了甘肃北山坑探设施项目光面爆破施工的爆破参数,研究了周边孔在空孔间隔情况下的炮眼布置方案。进而,从爆破原理出发,对装药孔与空孔之间的相互爆破作用进行了分析计算,认为在应力集中区与破裂区相互重合状态下的空孔间距是最适宜的间距,通过计算获得其间距值约为30 cm。进一步的实施了在空孔间隔布设周边孔情况下的光面爆破试验,根据爆破后的炮孔利用率及半孔率,发现在采用空孔间隔的左帮位置处,光面爆破效果良好,验证了通过上述方法计算得到的空孔间距是合理的。同时,对爆破过程中和爆破后分别实施了爆破振动监测及围岩损伤测试,爆破振动测试结果显示:空孔间隔侧的最大振速(12 cm/s)小于普通药包侧的最大振速(20 cm/s)。围岩损伤测试结果表明:空孔间隔装药处爆破导致的围岩损伤范围(22 cm)也较普通药包处小(27 cm)。需指出的是,钻爆施工涵盖多种不同的爆破参数,影响因素众多,该文爆破试验获取的爆破数据仅仅是对周边孔布设空孔时产生空孔效应的初步探索,该研究可对后续工程开挖提供相应的试验数据与理论支撑,其对于深部地下工程的爆破开挖及高放废物的深地质处置,有一定的理论指导意义。
自复位超弹性SMA筋梁柱节点数值模拟研究
钱辉, 李宗翱, 裴金召, 康莉萍
2020, 37(11): 135-145.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0791
[摘要](74) [HTML全文](19) [PDF 3238KB](37)
摘要:
为提高框架结构的耗能能力和自恢复能力,提出了基于超弹性SMA筋的功能自恢复梁柱节点。基于OpenSees有限元软件平台,采用SMA材料自复位双旗形本构模型,建立了自复位SMA筋混凝土梁柱节点有限元数值模型,进行了低周往复作用下有限元模拟,得出节点的滞回曲线与骨架曲线。通过与现有试验结果的对比,验证了节点分析模型的有效性。进行了参数分析,分别考虑了SMA材料的配置数量、配置长度和屈服强度等参数,分析了SMA材料参数对节点的滞回性能和自复位能力等性能的影响。结果表明:超弹性SMA筋混凝土梁柱节点具有较高的耗能能力和自复位能力。建立的数值分析模型能较好地模拟自复位SMA筋节点在低周往复荷载作用力下的“双旗形”滞回性能。SMA筋材力学参数对节点抗震性能有较大影响:在适筋条件下,SMA配置数量越大,残余位移越小,复位能力越强;相同条件下,SMA筋超过塑性铰长度后,对节点性能影响不大;适筋条件下,提高SMA筋的屈服强度会提高节点的承载能力以及自复位能力。
低扭转刚度悬索桥扭转发散特征及抗风对策
刘黎阳, 张志田
2020, 37(11): 146-155.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0002
[摘要](45) [HTML全文](12) [PDF 1866KB](7)
摘要:
柔性悬索桥容易出现气动失稳现象。悬索桥的静风失稳特性已经被国内外较广泛地研究过,这类结构的静风失稳表现为加劲梁突然增大的、沿桥跨方向对称分布的扭转变形。伴随该类扭转发散的另一现象是主缆卸载至空缆悬挂状态。当加劲梁扭转刚度极低时,中小跨度人马吊桥扭转发散形式与传统公路悬索桥扭转发散形式有实质性的不同,表现为非对称分布的单拐点或多拐点扭转锁定,扭转锁定后两主缆张力并不卸载反而出现急剧张紧的现象。采用数值方法研究了抗风措施,结果表明增加主梁扭转刚度不仅能实质性地提高扭转发散临界风速,而且可以将发散形式从反对称扭转锁定转变为传统的对称扭转模式。对反拉抗风缆截面积、张力、安装角度以及矢跨比的抗风效果进行了参数化的分析,结果表明反拉抗风缆的最佳安装角度在15°~45°,其抗风效果随着截面积、张力以及矢高的增加而增加。综合材料用量与抗风效果等因素,建议抗风缆面积为主缆面积1/3,反拉张力为恒载效应的1/4,地形允许的情况下尽量增加矢跨比。
冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙力学性能研究
叶露, 王宇航, 石宇, 罗伟, 孔维博
2020, 37(11): 156-166.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0005
[摘要](54) [HTML全文](14) [PDF 1759KB](18)
摘要:
为研究适用于低层和多层冷弯薄壁型钢建筑的冷弯薄壁型钢框架-开缝钢板剪力墙(Cold-formed steel Framed Shear Wall with Slits,简称CFS-WS),该文开展了1面普通CFS-WS和3面加劲CFS-WS的拟静力试验,得到了CFS-WS的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和耗能能力等力学性能,提出了其抗剪承载力设计值。试验结果表明:CFS-WS加载时依靠竖缝间钢板“扭转-恢复-逆向扭转”和型钢框架变形来共同抵抗水平荷载和耗散能量,试件破坏时钢板撕裂,帽形柱端部屈曲;CFS-WS具有良好的承载力、塑性、延性和耗能能力,但其滞回曲线捏缩现象较为严重;加劲CFS-WS较普通CFS-WS而言,其抗剪刚度、承载能力和耗能能力更高,滞回曲线捏缩现象有所减轻。此外,通过加劲肋连接件将加劲肋和冷弯薄壁型钢梁柱连接成钢框架,可有效提高CFS-WS的前期抗剪刚度、承载力和耗能能力,大大改善结构的抗震性能。
斜向三维隔震支座的非线性力学性能试验及数值模拟研究
张莉莉, 刘文光, 许浩, 杨杰, 何文福
2020, 37(11): 167-175.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0006
[摘要](87) [HTML全文](20) [PDF 1375KB](16)
摘要:
该文针对三维隔震结构较高竖向承载力和减震效果的需求,基于铅芯橡胶支座提出了斜向三维隔震支座,并基于铅芯橡胶支座的非线性力学本构模型,建立了考虑压缩应力及刚度衰减影响的三维隔震支座非线性竖向刚度计算模型。进行了倾斜角度分别为12°和15°的三维隔震支座模型力学性能试验,试验结果得到了该三维隔震支座滞回模型呈现出加载和卸载非平行特征,竖向刚度呈现非线性变化,以及角度和竖向位移对力学性能的影响规律。进一步对理论与试验结果进行对比分析,三维隔震支座的试验结果与理论计算值吻合。最后利用通用有限元软件建立不同倾斜角度的三维隔震支座数值分析模型,基于计算理论、静力试验及数值仿真结果分析了摩擦系数、剪应变、倾斜角度对三维隔震支座非线性竖向刚度的影响。
火灾作用下轻型钢构件(结构)温度场类相似理论研究
邱仓虎, 张耕源, 李白宇, 仝玉, 刘庆, 王广勇
2020, 37(11): 176-184.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0009
[摘要](68) [HTML全文](16) [PDF 1948KB](20)
摘要:
基于传热学理论,对火灾作用下轻型钢构件(结构)的温度场类相似理论进行了研究,提出了简化后的实验模型炉内升温曲线表达式,并对表达式进行了数值模拟与实验验证,同时对有、无非膨胀型防火涂料保护的轻型钢构件(结构)温度场类相似理论影响因素进行了对比研究。结果表明:采用理论推导出时间相似常数为1的实验模型炉内升温曲线表达式,可使实验模型温度与ISO834标准升温曲线作用下的原型结构温度相同,即火灾作用下轻型钢构件(结构)温度场类相似理论成立;实验模型炉温与钢材密度、比热成负相关关系,与比表面积、尺寸相似常数成正相关关系,对于非膨胀型防火涂料保护的轻型钢构件(结构)来说,还与涂料热阻成负相关关系,与涂料厚度相似常数成正相关关系。
挤压隧道中围岩与内置高压缩性元件衬砌相互作用机制研究
吴奎, 邵珠山, 秦溯
2020, 37(11): 185-194.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0013
[摘要](55) [HTML全文](13) [PDF 1043KB](23)
摘要:
内置高压缩性元件衬砌作为一种环向让压衬砌,能够通过高压缩性元件的压缩来适应大变形,达到让压的目的。针对挤压大变形隧道中围岩与该种让压衬砌相互作用的力学机制,采用改进的分数阶Burgers蠕变模型表征围岩的时效变形特征,推导了考虑掌子面效应和支护延迟作用下隧道位移及支护压力的解析解,并通过在Lyon-Torino Base隧道中的应用,验证了理论解答的正确性。进一步,基于理论解答,探讨了围岩分数阶阶数、支护时间、高压缩性元件的屈服应力对支护效果的影响。得到主要结论如下:随着围岩本构模型分数阶阶数的增加,围岩的变形能力越强,隧道位移和支护压力也呈现上升的趋势;衬砌的安装时间对支护效果具有重要影响。为保证围岩不产生失稳,支护结构应尽早地安装;另一方面,为确保支护压力处于衬砌结构的承载范围内,应该合理地确定高压缩性元件的长度和个数,以降低支护压力;高压缩性元件的屈服应力对隧道位移和支护压力的影响并不显著,但这不意味着可以盲目地确定高压缩性元件的屈服应力,需根据围岩性质和衬砌特性来确定其合理范围。在该范围内,既能够保证隧道稳定,也能充分发挥高压缩性元件的让压作用。
预应力钢箍加固混凝土圆形短柱轴压性能研究
谢剑, 杨丽, 徐福泉
2020, 37(11): 195-208.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
[摘要](146) [HTML全文](28) [PDF 1230KB](28)
摘要:
对33个预应力钢箍加固混凝土圆形短柱(PSHC)及9个对比柱进行轴压性能试验,研究配箍率(包括钢箍间距、混凝土柱直径)、预应力比、初始轴压比等因素对PSHC承载能力和变形能力的影响。结果表明:PSHC的承载能力和变形能力相比于对比柱,可分别提高107%和540%。加固效果会随着钢箍配箍率的增加而变好;预应力比逐渐增加时PSHC承载能力逐渐增加,峰值应变逐渐降低;初始轴压比的大小不会对加固效果产生明显影响,预应力钢箍加固混凝土柱技术可以作为一种不卸荷的加固方式。此外,提出PSHC承载力计算方法,用该文试验和其他学者试验数据进行验证,计算结果与试验结果吻合良好。
踮脚和跳跃荷载下全装配式RC楼盖振动特性试验研究
庞瑞, 王文康, 张天鹏, 徐科
2020, 37(11): 209-218, 256.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.03.0192
[摘要](118) [HTML全文](20) [PDF 1706KB](48)
摘要:
为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)在人致激励下的动力特性和振动响应,进行了6个足尺DCPCD试件和1个现浇对比试件的锤击法试验和在踮脚、单人跳跃荷载下的人致激励试验,研究了板缝和连接件布置对DCPCD振动特性的影响。结果表明:DCPCD与现浇楼盖的低阶振型基本相同,但自振频率略低;DCPCD与现浇楼盖有相同的振动传递机制;相同激励下DCPCD的振动响应略大于现浇楼盖,现浇楼盖的加速度峰值出现在跨中的边缘,DCPCD的加速度峰值出现在近跨中板缝的边缘;DCPCD的自振频率随连接件的增加而提高,随板缝的增加降低,连接件对频率的影响大于板缝的影响;提出了两对边简支条件下DCPCD横板向竖向自振频率与加速度计算方法,并以试验验证了所提方法的准确性。
膨胀土地基中单桩受扭非线性分析
江杰, 王顺苇, 欧孝夺, 王智, 杨迪
2020, 37(11): 219-227.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0243
[摘要](42) [HTML全文](7) [PDF 1007KB](22)
摘要:
膨胀土地基中桩-土相互作用较为复杂,膨胀土浸水对单桩扭矩承载特性的影响机理尚未明确。该文基于荷载传递法建立桩身位移控制方程,考虑膨胀土浸水隆起对桩侧摩阻力及桩端边界条件的影响,利用有限差分法求解出桩侧竖向摩阻力的分布。在此基础上,结合边界元法提出膨胀土地基浸水后单桩受扭的非线性分析方法,揭示了桩侧环向摩阻力的分布规律,并通过模型试验验证了该文方法的正确性。研究表明:膨胀土地基浸水膨胀引起的地表隆起会使单桩的扭矩承载力大幅度降低,常规的计算方法高估了基桩的极限扭矩和桩-土体系加载刚度,偏于不安全;浸水前单桩的桩身扭矩沿桩身近似线性减小,浸水后桩-土界面“滑移段”的扭矩接近于桩顶扭矩,“未滑移段”桩身扭矩近似线性减小;随着膨胀土膨胀率的增加,单桩的抗扭能力降低,且桩-土界面“滑移段”的长度也在增加。
机械工程学科
扣压力失效状态下WJ-8扣件垂向力学行为研究
高亮, 赵闻强, 侯博文
2020, 37(11): 228-237.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0004
[摘要](89) [HTML全文](29) [PDF 1393KB](30)
摘要:
为研究扣件扣压力失效对车-轨系统动力性能的影响,通过建立WJ-8扣件精细化分析模型研究了扣件在不同受力阶段的垂向非线性刚度行为,提出了改进的抗拉刚度双线性模型和不受拉弹簧模型用来表征扣压力失效的扣件,并分析了不同扣件失效类型对车辆-轨道系统动力响应特性的影响。分析结果表明,扣件垂向刚度可离散为抗拉刚度与抗压刚度。当上拔力超过扣件扣压力后,扣件的垂向抗拉刚度迅速减小,无法保持对钢轨上移的约束作用。扣件扣压力失效和完全失效都削弱了钢轨的约束,增大了钢轨振动。其中扣压力失效主要增加钢轨在8 Hz~50 Hz范围内的振动,完全失效下钢轨振动在全频段内都有所增加。
其他工程学科
船板钢焊接接头的断裂失效行为及GTN模型的数值分析
卓子超, 张庆亚, 王江超
2020, 37(11): 238-247.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0746
[摘要](80) [HTML全文](6) [PDF 1072KB](12)
摘要:
船舶钢结构皆采用焊接方法建造而成,在实际工况及环境载荷作用下,焊接接头的力学性能及其断裂强度,直接影响船舶整体结构的强度和寿命。该文针对常用的船板钢材料(Q345和Q690),首先对母材进行单向拉伸试验,获得其各自的应力-应变曲线,进而评估其断裂性能;基于Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN)损伤模型,通过程序代码的调试和一系列的数值模拟分析,提出了母材本构关系的表达函数及最优GTN模型参数,且与实测的应力-应变曲线高度吻合。同时,针对满足焊接规范要求的船板钢对接焊接头,进行了单向拉伸试验获得其应力-应变曲线;考虑焊缝微观缺陷以及焊接残余应力的影响,提出修正GTN损伤模型中的初始空穴体积分数f0和材料的幂函数塑性强化参数,预测焊接接头的断裂强度,且与试验测量数据吻合一致。
高温超导带材低/变温疲劳性能测试系统的研制
潘远洲, 何天虎, 辛灿杰, 关明智
2020, 37(11): 248-256.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0797
[摘要](50) [HTML全文](8) [PDF 842KB](14)
摘要:
实用化高温超导带材(如Bi系与ReBCO高温超导复合带材)在高磁场下拥有较高的临界电流密度、宽泛的温度裕度、较强的抗粒子辐照能力及良好的机械特性,因此这类材料在加速器超导磁体系统、高场超导磁体、超导电力等方面表现出巨大的应用潜力。而作为典型的多层功能复合性材料,虽然高强度的基底层增强了高温超导带材拉伸强度,使其在强磁场、高载流条件下可以承受很高的应力,在其加工与运行过程中,不可避免地受到多种疲劳载荷的作用,从而其临界载流能力会显著地降低,进一步,会造成相应高温超导装置功能性难以达到设计标准等。该文介绍一种自主研制的高温超导带材低/变温疲劳性能测试系统,基于该测试系统:一方面,可以实现对高温超导材料在低/变温、疲劳载荷等环境下力学、热学等宏观参数的实验表征研究;另一方面,可以对高温超导材料开展低温疲劳载荷环境下力-电弱化等临界特性的实验研究。利用所研制的低/变温疲劳性能测试系统,对受拉-压疲劳荷载下的YBCO超导带材的力学行为、载流特性开展了初步的实验研究,并分析了应力比、温度等外部环境因素对实验结果的影响规律等。结果表明:在相同的疲劳次数的情况下,YBCO超导带材的力学性能及载流特性与其应力比成明显的非线性关系。该测试系统的成功研制将为中国粒子加速器用高温超导磁体的设计与研发提供基础测试平台。