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2007年  第24卷  第增Ⅰ期

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综述
土木工程——一个平实而又重要的学科
崔京浩
2007, 24(增Ⅰ): 0-031.
摘要:
本文从8个方面论述土木工程的特点及其在国民经济中的地位和作用:① 土木工程的内涵及发展简史; ② 土木工程投入大、难点多、难度高;③ 土木工程涉及面广,效益大且具有恒久性;④ 土木工程社会需求量大,不易饱和,学科上属长线专业、硬专业;⑤ 土木工程对抗灾减灾、具有不可比拟的优势;⑥ 土木工程可以大幅度拉动国民经济;⑦ 土木工程在中国一个值得关注的热点;⑧ 结语。
基本方法
含两个分量的四边形单元面积坐标理论
陈晓明, 岑 松, 龙驭球, 傅向荣
2007, 24(增Ⅰ): 0-035.
摘要:
为了便于构造抗畸变的四边形单元,建立了一套新的四边形单元面积坐标理论(QAC-2),并给出了相关的积分和微分公式。该坐标系作为自然坐标,具有明确的物理意义,且只含有两个相互独立的坐标分量,因此易于实现与直角坐标和等参坐标的沟通,便于理解和应用;两个坐标分量与直角坐标之间满足线性变换,在构造单元时易于选择完备的多项式序列,且多项式的完备次数不会随着网格的畸变而下降,因此可以保证单元的精度和抗畸变性能。
用扩展有限元方法模拟混凝土的复合型开裂过程
方修君, 金 峰, 王进廷
2007, 24(增Ⅰ): 0-052.
摘要:
用扩展有限元法对混凝土梁复合型开裂过程进行了数值模拟。裂纹面间的力学行为采用粘聚裂纹模型来描述,通过引入切向保留刚度考虑剪力分量的影响。开裂方向的计算采用了一种简化的最大切向应力准则。对Arrea和Ingraffea的混凝土梁复合开裂实验进行了数值模拟。计算给出了裂纹萌生、扩展的过程及破坏形态,并获得了与实验结果对比良好的荷载-裂纹开口滑移曲线。结果表明,扩展有限元法通过附加特定的位移模式,使裂纹两侧不连位移场的表达独立于网格划分,是一种能够模拟准脆性材料复合开裂问题的有效方法。
模糊聚类分析法在抽风机故障诊断中应用
扶名福, 谢明祥, 饶 泓
2007, 24(增Ⅰ): 0-040.
摘要:
介绍了模糊聚类分析的理论和方法,讨论了数据规格化的三种方案,指明极差值是数据规格化最简便的方案。并将该理论应用于抽风机故障诊断研究中,在样本中引入正常状态和故障状态时的样本数据,运用基于传递闭包的模糊等价矩阵进行聚类分析,并通过待检测数据检验其可靠性。通过实例检验表明,理论分析与现场检查结果相符,证实了模糊聚类分析对提高抽风机故障诊断能力的有效性。
大跨度钢索和CFRP索斜拉桥车桥耦合振动研究
谢 旭, 朱越峰, 申永刚
2007, 24(增Ⅰ): 0-061.
摘要:
以跨度600m~1400m的大跨度斜拉桥为对象,应用考虑拉索侧向振动影响的车桥耦合振动分析方法研究了钢索和CFRP索斜拉桥的交通振动响应,比较了车辆计算模型、行车速度对计算结果的影响,并分析了斜拉桥的动力冲击系数。研究结果表明,大跨度斜拉桥主梁的振动响应以静位移和长周期振动成分为主,拉索局部侧向振动不明显,车辆计算模型对结构振动响应的影响十分有限,行车速度的提高增加了结构的动力系数,两种拉索材料对斜拉桥在车辆荷载下的振动响应影响很小,斜拉桥的动力系数离散性大且与构件类型有关。
钢筋混凝土嵌入式滑移模型
龙渝川, 张楚汉, 周元德
2007, 24(增Ⅰ): 0-045.
摘要:
提出一种钢筋混凝土嵌入式滑移模型,将模拟钢筋-混凝土交界面的无厚度粘结单元嵌入到混凝土单元中,保证粘结单元上、下表面分别与混凝土、钢筋单元变形协调,尔后通过两表面位移差值表征钢筋滑移。基于虚功原理集成钢筋、混凝土和粘结单元的刚度贡献,建立了嵌入式滑移模型的有限元平衡方程。应用该模型分析钢筋混凝土简支梁破坏试验,获得的构件承载力、裂缝分布形态和破坏模式与试验结果接近。结果表明:嵌入式滑移模型在分析钢筋混凝土结构承载力和裂缝形态方面具有一定的应用前景。
求超静定等直梁的置换法
喻晓今
2007, 24(增Ⅰ): 0-069.
摘要:
解超静定梁,用力矩分配法不失为一种手算的良方,然其亦有记忆转动刚度、分配系数、传递系数等要求;力法、位移法等法对弯矩图形面积、固端弯矩等图表的依赖性又较强。以悬臂梁置换法求超静定等直梁,依悬臂梁挠曲线可置换任一梁者之原理,在列写变形协调关系时采用置换法位移方程,由于该方程所涉及的荷载作用于悬臂梁自由端产生的挠度、转角较易记住,其格式重复运用可补足补充方程,故得梁的反力,进而内力、位移等量的精确解析解。
鲁棒优化设计方法在结构动力学中的应用
肖方豪, 蹇开林
2007, 24(增Ⅰ): 0-065.
摘要:
在传统的静力学鲁棒优化设计基础上,考虑时间t参数,通过优化系统目标函数和约束条件的鲁棒性,将鲁棒优化设计方法运用在动力学问题中。通过一个主系统的质量和刚度均有微小波动的二自由度模型减振器设计算例,与传统的优化设计方法相比,显示了鲁棒优化设计的优越性,能使结构具有更稳定的性能。
直角坐标系下层状地基力学计算中的传递矩阵技术
王有凯, 牛婷婷
2007, 24(增Ⅰ): 0-086.
摘要:
给出了在直角坐标系下计算层状地基力学问题的传递矩阵技术,改变了过去只能在柱坐标系下求解层状地基力学问题的状况,大大地简化了任意荷载作用下层状地基力学问题的计算。从直角坐标系下弹性问题的基本方程出发,通过改变坐标系的常规位置,成功地利用Laplace变换及其微分性质,首次推导出直角坐标系下的状态控制方程和对应的传递矩阵,并给出了利用该方法的求解过程。
横观各向同性弹性地基塞露蒂问题的解析解
李 婕, 顿志林, 张学民, 高雪冰
2007, 24(增Ⅰ): 0-074.
摘要:
根据横观各向同性弹性体半空间问题的基本方程,利用Hankel变换和Bessel函数理论,基于位移法导出的横观各向同性地基空间问题的一般解,得到了材料特征根不相等情况下横观各向同性地基塞露蒂(Cerruti)半空间问题的基本解。该解答经过退化与各向同性Cerruti问题的经典解相吻合。通过算例对两种不同地基内部位移和应力分布进行了对比分析。结果表明,对于给定的算例,两种地基内部沿深度方向的位移分布基本相同,但两种地基内部应力场的差异比较显著。
量测模态数量对结构损伤识别影响数值模拟研究
袁旭东, 高 潮, 高少霞
2007, 24(增Ⅰ): 0-078.
摘要:
基于不完备信息开展土木工程结构损伤识别研究是一个热点、难点问题。利用结构部分节点振型分量以及低阶固有频率对一两层框架结构进行了损伤识别数值模拟研究,着重考察了量测模态数量对损伤识别精度的影响,为实际结构损伤识别信息的选取提供了一定依据。
结构鲁棒性与风险防控
方召欣, 李惠强
2007, 24(增Ⅰ): 0-082.
摘要:
结构鲁棒性要求结构在突发损伤情况下,不致引起与此损伤不相称的破坏。近年来,结构鲁棒性的意义得到广泛的认同。重点是结构鲁棒性的概念与评价及其在突发损伤风险防控中的作用。基于结构鲁棒性的能量解释,提出以结构在特定承载力水平下的消能能力的无量纲形式作为结构鲁棒性指标,并以简支梁为例作了说明。突发损伤后的风险防控要求结构具有鲁棒性。从四个方面讨论了加强结构鲁棒性的相关措施。最后,全文进行了总结。
土木工程学科
基于性能的高层钢-混凝土混合结构住宅设计
李丕宁, 秦 荣
2007, 24(增Ⅰ): 0-093.
摘要:
结合建设部2004年科技示范工程-南宁湖滨大厦的设计,介绍钢-混凝土混合结构技术在高层住宅的应用。对高层住宅钢-混凝土混合结构体系进行受力特点和弹塑性性能分析,基本构件和节点的计算与设计,矩形钢管混凝土柱的耐火设计以及对减少该体系钢柱与混凝土墙体这两类竖向构件差异缩短提出相应措施,供同类工程参考。
塌陷区地表房屋抗采动结构体系及其加固
段敬民, 钱永久, 曾宪桃
2007, 24(增Ⅰ): 0-097.
摘要:
煤炭资源的地下开采,使地表逐渐下沉形成塌陷区,造成地表房屋的损伤与毁坏,针对地下开采引起的地表移动和变形及其对地表房屋结构的影响,探讨了地表房屋的抗采动结构体系、结构设计理论及抗采动加固,对塌陷区的地表房屋提出了设计及加固的措施和建议。
单层平面索网幕墙结构的风振响应特性分析
吴丽丽, 王元清, 石永久
2007, 24(增Ⅰ): 0-103.
摘要:
建筑幕墙单层平面索网结构属于风敏感结构,目前对该类结构风振响应的相关研究很少,有必要深入开展其抗风性能的研究。以索网在平均风荷载作用下到达的新平衡位置为基准,采用频域法对其风振响应特性进行研究,主要分析了组合振型的选择、模态间的耦合效应等问题对索网结构风振响应的影响。分析结果表明,对单层索网结构进行风振响应分析宜考虑模态间的耦合效应;索网的第一阶模态在所有模态中占较大比重;对索网结构起主要贡献的振型集中分布在低阶模态区域内;采用部分低阶振型组合计算索网的响应与时域结果吻合较好,能满足工程精度要求。
固结计算中接触面渗流问题的模拟
介玉新, 许延春, 李广信
2007, 24(增Ⅰ): 0-107.
摘要:
在土工数值计算的固结问题有限元计算中常遇到两种材料的接触问题,此时一般要设置接触面单元,比如Goodman无厚度单元。接触面单元的力学行为可以通过其切向和法向刚度系数反映,但如何反映其渗透性质有待进一步探讨,加筋土固结计算中也有如何模拟沿筋材的导水性问题。针对这一问题,本文采用了一种较为简单且物理概念明确的方法,并在实际计算中得到初步应用。这种方法也可直接应用在常规的渗流分析中。
基于随机场理论的散体材料桩复合地基承载力可靠度研究
丁继辉, 郭 静, 徐成杰
2007, 24(增Ⅰ): 0-113.
摘要:
根据Vanmarche提出的土层概率模型,以散体材料桩为例建立了复合地基极限承载力可靠度概率分析模型,模型中考虑了基础性状的影响,采用JC法进行可靠度计算。通过实例讨论了基本变量的变异性、置换率、桩间土发挥系数、滑动面与水平面夹角、桩体材料的内摩擦角等对可靠度指标的影响。
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董宇光, 吕西林, 丁子文
2007, 24(增Ⅰ): 0-118.
摘要:
型钢混凝土剪力墙构件具有良好的抗震性能,已在高层和超高层建筑中得以广泛应用,然而对于型钢混凝土剪力墙抗剪承载力的研究还比较薄弱,可用于分析的试验试件比较少。根据作者完成的16个型钢混凝土剪力墙试件的试验数据,结合国内其他学者的试验研究成果,对型钢混凝土剪力墙抗剪承载力计算公式进行了研究。提出的公式不但能够分析普通的型钢混凝土剪力墙,而且还能够计算中间配置型钢的型钢混凝土剪力墙的抗剪承载力,适用范围更广。通过计算结果与试验实测的对比,提出的公式较好地反映了实际试验结果。
消能减震结构的损伤集中分布研究
裴星洙, 赵光伟, 李 鹏, 刘正伟
2007, 24(增Ⅰ): 0-128.
摘要:
消能减震结构是一种应用前景非常广泛的结构抗震体系。利用能量平衡的原理,采用质点系振动模型,通过对建筑结构模型进行地震响应和能量耗散的时程分析,讨论了在结构中设置薄弱层即消能层,控制结构在地震中的损伤集中分布在结构消能层的理论可行性,研究了所布置阻尼器及结构薄弱层的参数对损伤的集中程度的影响。结果表明设置消能层能够集中损伤,并可以减少消能层上部主体结构的截面尺寸,达到节省建筑材料提高经济效益目的。
隧道复合衬砌运营期可靠性评价方法
谢 楠, 王大力, 张 弥, 朱尔玉, 王 勇
2007, 24(增Ⅰ): 0-122.
摘要:
一些隧道的二次衬砌作为重要的结构参与工作,承担荷载。提出了复合衬砌运营期可靠性评价方法,采用不等宽的脉冲随机过程描述钢筋混凝土衬砌的劣化,用施工资料和监测数据+基于连续介质模型的有限元计算+响应面法获得荷载效应的显式,给出了严格意义的可靠性计算公式,并给出算例。
预应力高强轻骨料混凝土连续刚构桥的试验研究
黄盛楠, 刘英奎, 叶列平, 孙海林, 冯 鹏, 陆新征
2007, 24(增Ⅰ): 0-140.
摘要:
强度等级在CL40以上的高强轻质混凝土(HSLWC)应用于大跨度桥梁结构,具有减轻自重,有效降低结构内力,增大跨度,减少桥墩数量等优点。以云南安宁至楚雄高速公路14号达连坝段公路桥为原型,按照1/4比例设计了一个3跨预应力高强轻骨料混凝土连续刚构桥,其桥面结构采用CL50混凝土,进行了多种荷载工况的试验研究。结果表明,预应力高强轻骨料混凝土连续刚构桥具有较好的受力性能,1倍和1.5倍等效车队荷载通过时,各项指标均满足规范要求;2倍等效车队荷载通过时,部分指标不满足使用要求,但桥梁表现出了较好的延性;在严重超载情况下,桥梁虽破坏严重,但仍可保持较好的承载力水平且不会发生跨塌。
矿区构筑物耐久性影响因素分析
刘剑飞, 陈维红, 程朝霞
2007, 24(增Ⅰ): 0-133.
摘要:
和其它地区一样,矿区混凝土结构的耐久性问题也逐渐得到了人们的重视。以平顶山煤业集团的地面生产构筑物为例,结合环境对建筑的可能的腐蚀因素进行了分析。通过矿区的大气环境和降水环境的全面监测,结合对矿区构筑物的无损检测,定性地表明二氧化碳的碳化和冻融破坏是导致混凝土结构耐久性下降的主要环境因素。另一个腐蚀原因是生产构筑物的使用年限问题,当前矿区一些混凝土构件已经超过其设计年限,导致其耐久性的下降。而通过对不同时间段和不同环境段的结构构件的混凝土强度降低率比较,认为使用年限是首要的影响因素,而大气环境是次要的影响因素。最后提出了今后矿区在设计构筑物时要注意的一些问题。
基桩声波透射法检测新技术及其应用
韩 亮
2007, 24(增Ⅰ): 0-145.
摘要:
声波透射技术检测桩身完整性主要运用数学统计法和PSD斜率法。在声测管彼此不平行或收发换能器不同步时容易造成误判。为了解决上述问题,提出若干新技术,如相对能量法、瀑布图法、三维层析成像分析及采用两个深度编码器实时显示换能器所在位置等有效地改善测试过程和解释精度。通过实际工程的成功应用,试图将上述新技术纳入国内现行规范中。
高层建筑及其裙房结构整体设计抗震性能的动力分析
许 波, 薛 茹, 王有凯
2007, 24(增Ⅰ): 0-149.
摘要:
采用动力时程分析方法,选择合理的地震波,对高层建筑的主体与裙房整体化设计进行了抗震性能的计算分析。在此过程中,比较性地选择了三种结构体系形式,尤其是利用裙房下设置滑动支座基础的做法明显提高了其整体动力性能。为了提高结果的准确性,选用了有限元计算软件,并对计算结果进行比较分析,得出了明确而有推广价值的结论。即滑动支座结构体系有效地减少了底部总剪力和顶点位移,并且整体抗震力学性能显著改善,而无梁滑动支座体系又是综合效能最优的结构形式。
筒中筒结构协同分析新方法
胡启平, 卢 明
2007, 24(增Ⅰ): 0-153.
摘要:
在结构连续化假定的基础上,将内筒和外筒视为铁摩辛柯梁,同时考虑内筒和外筒的剪切与弯曲变形,建立了筒中筒结构协同分析的哈密顿对偶体系,导出了相应的状态空间方程,其系统矩阵具有辛矩阵的特性,可用精细积分法求该体系的高精度数值解。提出了一套分析筒中筒结构协同工作的新方法,利用这种方法对筒中筒结构进行协同计算,计算简捷明了,编制的计算程序能应用于这类结构的初步分析,为结构方案的确定和结构设计提供了较为准确的依据。
持续荷载作用下外贴FRP片材加固混凝土梁承载力影响因素分析
丁亚红, 王兴国, 曾宪桃, 成香莉
2007, 24(增Ⅰ): 0-158.
摘要:
为探讨结构不卸载或部分卸载情况下外贴纤维片材加固时,结构初始状态对承载力设计计算的影响,根据极限状态和容许应力法分析了受弯构件加固后承载力计算公式,考查了初始弯矩对承载力的不同影响。在改变配筋率、截面尺寸、初始弯矩、加固量等参数情况下,讨论了不同初始弯矩对加固梁分别按容许应力法和按极限状态计算的承载力变化影响情况。分析显示,初始弯矩对承载力的影响均比较小;而对大尺寸的等效桥梁模型试验结果表明,初始弯矩大小对承载力计算影响最大为6.2%,为保证安全和简化计算,加固设计时可在未考虑初始弯矩情况下承载力设计值基础上考虑一定的折减系数(0.9)进行设计,且偏于安全。