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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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2021年第12期, 刊出日期:2021-12-01
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2021-12期封面+目录
2021, 38(12): .  
[摘要](11) [HTML全文](7) [PDF 1908KB](11)
摘要:
综述
地震人员伤亡评估方法及损失评估系统综述
闫佳琦, 陈相兆, 孙柏涛
2021, 38(12): 1-16.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0861
[摘要](174) [HTML全文](68) [PDF 4609KB](47)
摘要:
地震人员伤亡评估对于震前抗震防灾规划和震后应急救援具有重要意义。地震工程、地球物理、社会科学和公共卫生等领域的学者就此问题展开了多角度研究。目前,地震人员伤亡评估模型按适用范围可分为全球/区域模型和本地模型2类。按影响因素可分为基于地震参数和基于建筑破坏概率的评估方法,也有学者在此基础上考虑了次生灾害、人口特性的影响。该文在阐述地震人员伤亡评估工作重要性的基础上,总结全球典型人员伤亡传统评估方法,以及与人工智能、大数据、空间信息技术相结合的新兴地震人员伤亡评估方法,介绍全球典型地震灾害损失评估系统的框架、技术特点以及应用情况,并探讨地震人员伤亡评估方法和系统的发展方向。
基本方法
一种改进的大涡模拟入口湍流生成方法研究
杨易, 季长慧, 张之远, 胡晓兵
2021, 38(12): 17-24.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0863
[摘要](118) [HTML全文](35) [PDF 4955KB](22)
摘要:
大涡模拟中的入口湍流的生成方法研究,是当前计算风工程领域国内外研究的热点问题。该文在NSRFG(narrowband synthesis random flow generation)方法的基础上,对其中重要参数无量纲长度尺度\begin{document}$\beta$\end{document}、空间相关性\begin{document}$R$\end{document}和调谐因子\begin{document}${\gamma _j}$\end{document}进行深入理论分析,推导了调谐因子\begin{document}${\gamma _j}$\end{document}与无量纲长度尺度\begin{document}$\beta $\end{document}的函数关系,建议了一种改进的入口湍流合成技术——INSRFG(improved NSRFG)方法。利用该方法进行了与规范相对应的4类标准地貌湍流风场的大涡模拟数值仿真;通过对比分析,表明INSRFG方法模拟的大气边界层湍流风场,能较好满足脉动风速功率谱、空间相关性等湍流风场基本特性,并较好实现大气边界层风场模拟中的平衡态基本要求。研究表明,这种新的INSRFG湍流合成方法具有参数取值明确、数学模型简洁、计算效率相对较高的优点,是一种进行建筑结构大涡模拟研究的具有较好前景的通用入口湍流生成方法。
土木工程学科
基于大涡模拟的大气边界层湍流强度对低矮房屋风荷载特性影响研究
杨庆山, 陈飞新, 赵乐, 闫渤文
2021, 38(12): 25-38.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0778
[摘要](195) [HTML全文](41) [PDF 5840KB](23)
摘要:
对德州理工大学(Texas tech university,TTU)低矮房屋标准模型,以已有现场实测以及缩尺模型风洞实验数据为验证对比,基于大涡模拟(Large-eddy simulation,LES)方法研究了大气边界层湍流强度对低矮房屋风荷载特征的影响机理。采用CDRFG (Consistent discretizing random flow generation) 人工合成湍流方法生成大气边界层湍流,研究了来流湍流度对低矮建筑表面的平均、脉动以及极小值风压分布以及风压非高斯特性的影响,并利用LES能提供非常场流动全流域信息的优势,结合瞬态湍流场结构对大气边界层湍流对低矮房屋风荷载特征的影响机理进行了阐释。结果表明:LES数值模拟得到的平均、脉动及极小值风压系数与实验以及实测结果一致,平均风压结果包络在实测误差范围以内,极小值风压系数最大误差小于10%,脉动风压系数最大误差小于20%且误差区域较小。在来流湍流度增大的过程中,低矮房屋屋面平均风压系数变化较小,脉动风压系数呈显著的线性增加;极小值风压系数变化规律相对复杂,呈现出非线性减小的趋势,风压系数极小值可达−5.0;屋面涡脱强度逐渐被抑制,锥形涡迹线与屋面迎风前缘的夹角由14.4°下降至8.7°。屋面风压非高斯特性主要与屋面形成的涡旋结构相关,表现出典型的右偏软化非高斯过程,且随着来流湍流度的增加风压非高斯特性逐渐减弱。从流场的角度来看,湍流度的增加抑制屋面迎风前缘柱状涡以及锥形涡的形成,加快流动分离的再附,减少分离泡尺度,同时提高了屋盖周围的湍流高频能量成分,从而使脉动风压增加,极小值风压减小以及风压非高斯特性减弱。该研究阐明了大气边界层湍流对低矮房屋风荷载特性的影响机理,有助于进一步理解低矮房屋风致破坏机理,并且为低矮房屋的抗风设计及抗风性能优化提供重要参考。
带约束拉杆壁式钢管混凝土柱拟静力试验研究
郝际平, 黄育琪, 樊春雷, 薛强
2021, 38(12): 39-48.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0821
[摘要](124) [HTML全文](25) [PDF 5619KB](12)
摘要:
为避免在多高层钢结构建筑中柱凸出填充墙,提出了设置约束拉杆的截面高宽比为3.0的壁式钢管混凝土柱,通过2个带约束拉杆壁式钢管混凝土柱足尺试件的拟静力试验,研究其抗震性能。试验结果表明:约束拉杆可以有效抑制两侧柱壁局部屈曲;试件破坏模式为柱底四周钢板受压鼓曲、钢板间纵向焊缝撕裂;滞回曲线较为饱满,无明显的捏拢现象;屈服位移角在1/147 rad~1/121 rad,极限位移角在1/51 rad~1/41 rad,位移延性系数在2.61~3.11,承载力退化系数在0.86~1.04,破坏时的等效粘滞阻尼系数在0.3以上。在试验研究的基础上,建立了该类试件的精细化有限元模型,对比可知有限元结果与试验结果吻合较好,验证了模型的正确性,可为此类构件的数值模拟提供参考。研究成果丰富了矩形钢管混凝土组合构件的类型,促进装配式钢结构建筑的发展。
基于平衡向量的刚架结构极限承载力分析的广义塑性铰法
杨绿峰, 殷玉琪, 柏大炼
2021, 38(12): 49-56.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0839
[摘要](89) [HTML全文](39) [PDF 4656KB](23)
摘要:
广义塑性铰法能够保持传统塑性铰的比例特性并据此高效求解杆系结构在多内力联合作用下的极限承载力,克服了传统塑性铰法和精细塑性铰法的局限性。但是由于未考虑前序塑性铰上轴力增量对结构平衡状态的影响,导致刚架结构在部分荷载工况下的计算结果出现较大误差。为此,该文通过建立平衡向量,提出了修正的广义塑性铰法计算格式,从而有效消除了塑性铰上轴力增量导致的不平衡状态及其对计算精度的影响。利用强度折减因子确定各构件在多内力组合作用下的修正截面强度,在此基础上利用齐次广义屈服函数定义单元承载比;根据最大单元承载比及其与外荷载之间的比例关系确定新增塑性铰的位置和荷载增量;进而利用广义屈服准则和转角位移方程建立了平衡向量,据此修正当前加载步的塑性铰位置和荷载增量,从而解决了广义塑性铰法不适用于部分荷载工况的问题;通过与不同方法对比分析,验证了该文方法具有更高的计算精度和计算效率。
平面张弦结构粘弹性阻尼器振动控制研究
韩庆华, 曹馨元, 刘铭劼
2021, 38(12): 57-72.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0849
[摘要](106) [HTML全文](21) [PDF 6052KB](21)
摘要:
该文针对采用粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆的振动控制方法,开展理论分析和数值仿真研究,揭示其振动控制机理,阐明振动控制效果。推导了上弦节点静力位移公式并推广至动力分析,结合撑杆动力学方程,揭示了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆振动控制耗能机理以及阻尼器刚度系数K与阻尼系数C对结构耗能效果的影响规律,依据耗能最大原则提出了实现最佳减振效果的阻尼器参数取值依据和方法。基于该文提出的刚度系数与阻尼系数取值方法,针对跨度60 m、100 m的张弦梁结构开展了粘弹性阻尼器替换张弦梁结构跨中撑杆参数化数值仿真。由参数化仿真可知,结构峰值加速度、峰值位移和峰值索内应力最大减振效果分别可达42.58%、30.54%和39.05%。减振结构可以满足结构安全以及正常使用需求。证明了粘弹性阻尼器替换平面张弦结构跨中撑杆是有效的振动控制方法,验证了该文提出的振动控制机理的有效性和阻尼器参数取值方法的适用性。
基于构件冗余度均衡化的单层网壳结构优化研究
朱南海, 李杰明
2021, 38(12): 73-80.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0758
[摘要](100) [HTML全文](43) [PDF 4844KB](12)
摘要:
为实现单层网壳结构构件冗余度的均衡分布,减小构件间的重要性差异,提高结构抵抗荷载作用的能力。将基于灵敏度分析的构件冗余度评价方法应用到单层网壳结构中,以衡量构件在结构中的重要性;而后根据构件冗余度系数值的大小,将结构构件划分为重要构件、一般构件和次要构件三个不同层次的构件集合,实现结构构件的分类控制;在此基础上以构件的截面参数为优化变量,将结构构件的冗余度标准差与各层次构件的冗余度标准差之和最小化定义为目标函数,基于粒子群算法优化结构构件的截面参数。结果表明:构件的冗余度系数可以准确地反映构件在结构中的重要性及其破坏后对结构的影响程度,减小构件间的冗余度差异,可以实现结构构件截面尺寸的合理分布,有效提升结构的整体性能和极限承载力。
开孔形式影响装配式耗能支撑滞回性能研究
黄晨凯, 赵宝成
2021, 38(12): 81-96.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0800
[摘要](67) [HTML全文](24) [PDF 5910KB](18)
摘要:
装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,可有效避免支撑构件失稳。为了研究腹板开孔形状对这种支撑的耗能性能的影响,进行了装配式耗能支撑试件低周往复加载试验,并采用有限元软件进行了模拟计算。试验结果表明:装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间板件进入塑性变形耗能阶段,腹板开长圆孔的试件与腹板开椭圆孔的试件孔间板件端部为薄弱部位,腹板开菱形孔的试件孔间板件中间部位为薄弱部位,加载过程中这些部位首先进入塑性变形阶段并最先发生断裂。加载过程中螺栓与槽钢始终处于弹性变形状态。有限元分析表明:改变腹板宽度对于腹板开长圆孔的耗能支撑的承载能力与初始刚度影响最大,对于腹板开椭圆孔的耗能支撑影响最小;改变孔间板件宽度对于腹板开菱形孔的耗能支撑影响较小。改变腹板厚度对于三种腹板开孔形式耗能支撑的承载力与初始刚度影响相近。当试件主体过早失稳,可通过增大高宽比、减小腹板厚度或选用翼缘更大的槽钢来避免。耗能板件螺栓连接部位安全可靠,未见变形或破坏,布置螺栓时孔距不应超过4.5d0
基于Cohesive单元的石拱桥主拱圈二相数值模拟方法
赵超, 戴志成, 钟新谷, 陈倩倩
2021, 38(12): 97-106, 117.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0826
[摘要](52) [HTML全文](33) [PDF 5665KB](11)
摘要:
为解决石砌体材料非均质的描述问题,提出一种基于Cohesive单元的石拱桥主拱圈两相数值模拟方法。视石砌体为两相材料(砌块和砌缝),采用实体单元模拟砌块并引入非线性本构描述其破坏行为,在相邻砌块间插入Cohesive单元考虑砌缝砂浆的剪切和拉伸破坏。通过室内试验与数值模拟对比验证方法的有效性及适用性,分析了砌缝抗剪摩擦系数μ、加载位置等敏感参数对拱桥承载力的影响。结果表明:基于Cohesive单元的石砌体两相数值模型,可以有效描述石砌体材料的非均匀性及石拱桥的破坏过程(尤其是砌缝剪切滑移破坏行为),可为石拱桥极限承载力评估提供重要信息,如荷载-位移曲线、破坏模式等。此外,研究结果还发现主拱圈破坏机制由拱的受弯、受剪特性决定,并与砌缝抗剪摩擦系数μ强相关。
基于BP神经网络的RC框架结构地震易损性曲面分析:考虑地震动强度和持时的影响
程诗焱, 韩建平, 于晓辉, 吕大刚
2021, 38(12): 107-117.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0837
[摘要](153) [HTML全文](47) [PDF 9139KB](46)
摘要:
与短持时地震动相比,长持时地震动会加剧结构的损伤,增加结构的失效概率,因此有必要更充分地研究地震动持时特性对结构地震易损性分析结果的影响。该文提出了一种基于BP神经网络的地震易损性曲面分析方法,使用神经网络模型,综合考虑地震动强度和持时特性对结构地震需求的影响,并进行地震易损性分析,得到不同损伤水平下考虑地震动持时特性的结构易损性曲面。选用3个不同高度的钢筋混凝土框架结构为研究对象,分别选择具有长、短持时特性的2组地震动记录为输入,采用BP神经网络模型建立地震动强度指标与结构响应间的关系,在此基础上得到目标地震易损性曲面,并对该方法的有效性进行讨论。分析结果表明,研究建立的BP神经网络模型精度较高,依据该方法可得到可信的损伤概率分析结果。相比于传统方法,神经网络可以更为有效和准确地建立持时与结构损伤的相关关系,得到考虑持时特性的易损性分析结果。该文的方法亦可进一步拓展,将更多地震动特性纳入地震易损性分析过程,具有明确的应用前景。
高温后单向侧压作用下混凝土与钢筋黏结-滑移性能研究
杨海峰, 马仙娣, 肖建庄, 张宇, 张天宝
2021, 38(12): 118-124, 157.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0843
[摘要](152) [HTML全文](45) [PDF 4920KB](13)
摘要:
高温后混凝土与钢筋间的黏结性能影响钢筋混凝土结构的安全评估,实际工程中钢筋混凝土常承受侧向约束作用。为此,该文以高温温度和侧压力为参数,完成了48个钢筋混凝土试件的中心拉拔试验,分析侧压力对高温后试件破坏形态、峰值黏结应力、峰值滑移、残余黏结强度的影响规律,建立了峰值黏结应力随高温温度和侧压力变化的经验公式。将侧压下钢筋-混凝土黏结应力场简化为肋前混凝土挤压力和侧压力的线性叠加,并基于微观传力模型及高温后混凝土的多轴强度破坏准则推导计算了无侧压及单向侧压下的黏结强度理论。研究结果表明:侧压作用和高温温度直接影响试件破坏形态;随着侧压力增加,高温后混凝土与钢筋间的峰值黏结应力、残余黏结强度、峰值滑移逐渐增大,但温度达到500 ℃后,有侧压试件峰值滑移较无侧压试件小;黏结强度理论计算值与实测值较为吻合,能较好地预测高温后混凝土与钢筋间的黏结强度。
地震作用下RC构件耗能能力的计算方法研究
刘哲锋, 郑潇, 王玉奎
2021, 38(12): 125-136.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0850
[摘要](76) [HTML全文](33) [PDF 5463KB](24)
摘要:
为了优化地震作用下研究钢筋混凝土构件损伤量化的理论流程,建立合理的耗能能力计算方法,基于初始滞回阶段RC构件耗能能力衰变规律,在研究了同类型试件相等加载位移在不同滞回阶段D-n曲线形态特征的基础上,提出了后续滞回阶段耗能能力衰变模型。通过对不同滞回阶段的衰减指数进行拟合分析,提出了耗能能力计算方法中特征参数ABx0y0的修正公式,且优化后的计算方法较优化前,其准确性和稳定性均有所提高。对于从PEER数据库选取的80个受弯破坏试件耗能估算而言,该方法同样表现出较好的准确性和适用性。
风机塔架PS-TMD被动控制装置机理分析及参数调谐优化研究
刘纲, 雷振博, 杨微, 李杨
2021, 38(12): 137-146.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0851
[摘要](163) [HTML全文](44) [PDF 5327KB](28)
摘要:
随着风电机组向大兆瓦方向发展,风机塔架的高、柔特性愈发突出,在风、浪及地震等运营荷载下塔架结构的振动问题日益显著。针对风机载荷复杂、共振频带较宽的问题,结合风机塔筒结构的特殊构造和振动特点,提出一种新型被动预应力调谐质量阻尼装置(PS-TMD)。基于结构动力学原理,给出了风机及PS-TMD装置体系的简化力学计算模型,推导了体系动力系数及分支点共振频率比,分析了PS-TMD的减振机理,推导了体系的最优频率比、阻尼比、质量比,从理论上阐明了体系参数的最佳调谐。通过某风机塔筒理论分析表明:与相同条件下的传统TMD相比,PS-TMD的最优频率比可达0.9974,最优阻尼比为0.35%,且PS-TMD有阻尼体系不存在共振发散现象,在接近结构自振频率附近减振效果可达60%以上。有限元模拟结果表明,在三组不同风荷载作用下,塔顶位移减振控制均可达到35%以上,能有效抑制塔架结构的共振。
基于车辆响应的无砟轨道路基不均匀沉降评价指标理论研究
钟阳龙, 马超智, 高亮, 蔡小培, 赵闻强
2021, 38(12): 147-157.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0854
[摘要](202) [HTML全文](24) [PDF 5406KB](15)
摘要:
路基不均匀沉降的合理评价对于保障高速铁路运营安全和指导线路养护维修至关重要。传统路基沉降评价多基于沉降幅值单一指标,缺乏对车辆运营速度、路基沉降波长的综合考虑。该文基于建立的精细化多车-无砟轨道-路基耦合动力学模型,分析了路基不均匀沉降下的车辆动力学响应特征以及运营速度、沉降波长及幅值对车辆响应的影响规律,在此基础上提出了沉降时变率指标用于路基不均匀沉降评价。结果表明:沉降时变率能融合车辆运营速度、沉降波长、波幅三者对高速列车动力学响应的共同影响。沉降二阶时变率和轮轨垂向力、轮重减载率安全性指标呈显著的线性映射关系;沉降一阶时变率和车体加速度等舒适性指标呈较为显著的线性映射关系;并提出了轮重减载率、车体加速度与沉降时变率的拟合公式。研究成果可为高铁线路设计和养护维修提供参考。
超高韧性水泥基复合材料多次冲击压缩性能及本构关系
谢磊, 李庆华, 徐世烺
2021, 38(12): 158-171.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0860
[摘要](105) [HTML全文](43) [PDF 5815KB](43)
摘要:
利用直径80 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统进行了超高韧性水泥基复合材料(ultra high toughness cementitious composites,UHTCC)在多次冲击压缩荷载下力学性能的研究,分析了试件的应力-应变曲线随冲击次数的演化规律, 并与其他纤维增强混凝土进行对比。试验结果表明:在多次冲击荷载作用下由于损伤的累积导致加载应变率随冲击次数增加而大致呈指数递增,UHTCC的峰值强度随应变率增大而近似线性递减,峰值应变和累积吸能值逐渐增加,单次吸能值随冲击次数的增加呈先增后减的变化趋势。通过对本构模型进行探讨后发现,热激活损伤演化(TADE)模型能较好地描述UHTCC在首次冲击下的力学响应,但无法反映其在多次冲击下力学性能的演化规律;基于Weibull分布的损伤演化模型能够较好地描述UHTCC在多次冲击下的累积损伤演化规律及应力-应变曲线,在经历3次冲击作用后根据损伤程度的计算可认为试样已完全破坏,但此时试样通过PVA纤维的桥连作用仍能保持为整体,具有良好的抗破碎性。
节点板式连接对H形钢支撑面外稳定性能的影响
张文元, 曾立静, 齐欣, 赵增阳
2021, 38(12): 172-182.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0865
[摘要](167) [HTML全文](58) [PDF 6817KB](14)
摘要:
为研究节点板对H形支撑面外弯曲约束能力和对支撑稳定承载力的影响规律,设计并制作了12个带有节点板的H形支撑(支撑系统)模型试件。进行了轴向等幅往复循环加载条件下的试验研究,得到了支撑端部的节点板连接净距等对支撑稳定承载力的影响规律,建立了往复循环加载条件下受压时支撑稳定承载力的退化准则和屈曲后承载力的建议取值方法。使用有限元方法对试验结果进行了精细化数值模拟,二者吻合效果良好。据此,对带有节点板的支撑系统进行了足尺模型的大规模参数分析。结果表明,支撑长细比、节点板厚度、支撑端部的节点板净距、支撑与梁柱夹角等参数对支撑稳定承载力和节点板面外转动刚度具有显著影响。基于这些关键参数对支撑端部弯曲约束能力的影响规律,并考虑尺寸效应,给出了板式连接节点对支撑面外转动刚度和支撑计算长度系数的建议取值公式,可以用于支撑的稳定承载力计算。
基于中国规范的近断层区竖向抗震设计谱研究
潘毅, 包韵雷, 刘永鑫, 李爽
2021, 38(12): 183-190.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0871
[摘要](65) [HTML全文](14) [PDF 4726KB](29)
摘要:
针对近断层区结构抗震设计缺乏专门竖向抗震设计谱的现状,以近断层竖向地震动为研究对象,基于《建筑抗震设计规范》,开展近断层区竖向抗震设计谱的研究。选取198条近断层脉冲型地震动的竖向分量,分析得到实际近断层地震动竖向反应谱,将计算得到的反应谱与中国抗震规范中的近断层竖向设计谱进行了对比。研究结果表明,中国抗震规范未充分考虑近断层竖向地震动的特点,表现为部分周期段上规范设计谱的谱值小于实际近断层竖向地震动反应谱,难以保证近断层区结构具有足够的抗震安全性。根据近断层竖向地震动的分析结果,基于中国抗震规范设计谱的基本形式,提出了谱值放大系数取1.5、特征周期下限取0.40 s(多遇地震)和0.45 s(罕遇地震)及减小曲线下降段衰减系数的修正方法。该竖向抗震设计谱工程应用简便,可为近断层区的结构竖向抗震设计提供参考。
自密实再生块体混凝土直剪性能试验研究
熊焱, 宋文彬, 凌育洪, 肖茁良
2021, 38(12): 191-199, 213.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0899
[摘要](102) [HTML全文](44) [PDF 5022KB](17)
摘要:
对29个尺寸为300 mm×300 mm×600 mm的自密实再生块体混凝土棱柱体试件开展直剪性能和单轴受压性能试验研究。探讨了废旧混凝土块体取代率及特征尺寸对自密实再生块体混凝土的直剪强度、抗压强度的影响,并进一步分析了自密实再生块体混凝土棱柱体的直剪强度与抗压强度之间的关系。试验表明:自密实再生块体混凝土内新混凝土与废旧混凝土粘结良好;当自密实再生块体混凝土中的自密实混凝土强度高于废旧混凝土块体强度时,试件的直剪性能会由于废旧混凝土块体的取代率的增加而劣化;特征尺寸比介于0.22~0.44时,块体的特征尺寸对自密实再生块体混凝土直剪强度和抗压强度的影响不明显,可以近似忽略;自密实再生块体混凝土的剪压比随废旧混凝土块体取代率和特征尺寸均无显著变化,其值近似为0.1。基于试验结果,提出了棱柱体自密实再生块体混凝土试件的直剪强度计算公式,建立了直剪强度测试值与抗压强度计算值之间的关系,计算结果与试验值吻合良好。
钢管混凝土箱形叠合墩振动台试验研究
袁辉辉, 佘智敏, 吴庆雄, 黄育凡, 陈康明
2021, 38(12): 200-213.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0291
[摘要](44) [HTML全文](19) [PDF 7247KB](13)
摘要:
以腊八斤特大桥11号主墩为原型,进行几何缩尺比例为1∶9.43的钢管混凝土(CFST)箱形叠合墩模型振动台试验,并结合空间杆系非线性有限元分析,开展强震作用下CFST箱形叠合墩的地震响应特性和地震破坏机理研究。结果表明:E2设计地震动作用下,缩尺模型和原型桥墩墩底塑性铰截面大部分处于受压状态,墩身表面未发现裂缝,结构处于弹性工作状态;地震动特性对CFST箱形叠合墩的地震响应有显著影响,9条经典地震波(PGA=0.05 g)中,Wenchuan-NS地震波作用下墩顶加速度响应和位移响应均达到最大,分别为最小地震响应工况的1.8倍和5.4倍;随着Wenchuan-NS地震波强度按照0.05 g的增量逐级增大,墩顶加速度响应和墩顶位移响应基本呈线性增加,且加速度动力放大系数基本保持在6左右;采用基于纤维梁柱单元的有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,进一步开展的非线性时程分析可知,PGA=0.30 g时墩底潜在塑性铰区域外包混凝土受拉侧发生开裂,在PGA=0.75 g时受拉侧钢管开始屈服;与单向地震作用相比,双向地震作用下墩顶位移响应峰值增大约6%,墩底截面最大内力响应增大约4%,说明双向地震同时作用对CFST箱形叠合墩地震响应的影响较小,在进行CFST箱形叠合墩的地震反应分析时,可沿顺桥向和横桥向分别输入水平地震动。
Q550D高强钢焊接节点疲劳强度试验研究
童乐为, 牛立超, 任珍珍, ZHAOXiao-ling
2021, 38(12): 214-222, 248.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.0364
[摘要](25) [HTML全文](7) [PDF 5345KB](6)
摘要:
试验研究了国产Q550D高强度结构钢、焊缝的基本力学性能以及横向对接焊缝和非承载横向角焊缝连接件的疲劳性能。介绍了试件的加工方法、焊接工艺、疲劳试验及其数据处理方法,将疲劳试验结果与国内外钢结构设计规范以及他人的研究结果进行了分析对比。研究表明:Q550D高强钢母材及其焊缝具有优良的延伸率和低温冲击韧性,余高磨平的钢板对接焊缝和横向角焊缝连接件的疲劳强度都分别显著地高于国内外钢结构设计规范关于普通强度钢材相应焊接节点的疲劳强度,200万次疲劳强度分别提高了72%~125%和27%~68%。钢板对接焊缝的余高磨平可改善因焊缝的几何形状和缺陷引起的应力集中程度,比原状焊缝具有好的疲劳性能。无论余高磨平或未磨平的钢板对接焊缝,还是横向角焊缝连接件,它们都具有随高强钢屈服强度的增加而疲劳强度提高的趋势。分别提出了Q550高强钢钢余高磨平的钢板对接焊缝和横向角焊缝连接件的S-N曲线,可供抗疲劳设计参考。
机械工程学科
考虑基体变形的结合面连续光滑接触刚度模型
李玲, 王晶晶, 史小辉, 杨亚兰, 阮晓光
2021, 38(12): 223-231.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0855
[摘要](109) [HTML全文](38) [PDF 4754KB](27)
摘要:
结合面的接触刚度直接影响着机床整机的静、动态力学性能和精度保持性水平。在弹性、弹塑性以及完全塑性接触变形过程中,延续微凸体接触状态变量具有连续且光滑特性的思想,利用Hermite多项式插值函数,建立单个微凸体法向接触刚度模型。考虑到基体变形的影响,在微凸体的3个变形阶段分别引入了基体的弹性接触变形,通过统计学方法,建立了一种考虑基体变形且连续光滑的结合面刚度模型。对比分析了GW、ZMC、KE、Brake模型与该文模型之间的差异,并揭示了表面粗糙度对接触刚度的影响规律。研究表明:考虑基体变形时所获得的接触刚度和接触载荷比忽略基体变形时的要小,且随着表面粗糙度的减小,基体变形的影响快速增加;接触载荷与表面粗糙度是影响结合面接触刚度的2个主要因素,随着载荷的增大或表面粗糙度的减小,接触刚度随之递增。
其他工程学科
基于偶极子模型的双小行星系统平衡点特性研究
李旭, 钱霙婧, 杨晓东, 张伟
2021, 38(12): 232-248.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0824
[摘要](102) [HTML全文](44) [PDF 7163KB](25)
摘要:
针对主星是细长型小行星,而次星是小而规则天体的双小行星系统,采用偶极子—粒子模型,建立了普适性的引力场模型,研究了系统平衡点附近的局部动力学及周期轨道问题。研究了同步状态下系统参数对平衡点位置、稳定性和变化趋势的影响,并给出了非共线平衡点的线性稳定域,计算了在非同步双小行星系统的等效平衡点的轨迹。结合路径搜索修正法和伪弧长延拓方法得到同步双小行星系统共线平衡点附近的1∶1共振轨道族。该研究能为双小行星系统探测中轨道设计问题提供理论基础。
现代有轨电车线路扣件系统模态与钢轨波磨关系研究
张昭, 杨新文, 马骙骙, 赵治钧, 陆文学
2021, 38(12): 249-256.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0906
[摘要](153) [HTML全文](59) [PDF 5019KB](25)
摘要:
为了预防有轨电车扣件系统中弹条断裂病害的发生,对现代有轨电车钢轨-扣件系统进行有限元模型建立,并在考虑弹条正常安装状态预应力的基础上,对不同轨下垫板刚度的扣件系统进行模态分析,利用统计方法研究了列车速度、波磨波长、弹条模态及轨下垫板刚度之间的相关关系,结果表明:弹条小圆弧处断裂与其中高阶模态有关,大圆弧处断裂与其中低阶模态有关,现代有轨电车系统的列车通过频率主要分布于500 Hz以下频段;随着轨下垫板刚度增加,弹条模态固有频率提高,受轨下垫板刚度影响较大的弹条模态固有频率的频段为196.64 Hz~258.31 Hz、630.16 Hz~673.51 Hz;在列车车速(30 km/h~70 km/h)和钢轨波磨波长(25 mm~80 mm)等概率分布的条件下,3种典型弹条断裂形式出现的概率分别为3.5%、36.3%、25.9%,改变车速及波长范围即可进行指定线路的弹条断裂形式概率分析,从而有针对地进行养护维修、伤损检测计划的安排。