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2011年  第28卷  第增刊Ⅱ期

综述
为第20 届全国结构工程学术会议召开的题词
袁驷
2011, 28(增刊Ⅱ): 0-0.
摘要:
二维自适应技术新进展:从有限元线法到有限元法
袁驷, 徐俊杰, 叶康生, 邢沁妍
2011, 28(增刊Ⅱ): 1-10.
摘要:
二维有限元线法(FEMOL)的自适应分析已经取得成功,而且表现出色。然而,为了进一步推广应用领域,提高效率和效能,将其先进的自适应技术在最常用的有限元法(FEM)当中实现,便成为必然追求。经过近年的研究,已经基本实现了二维自适应分析技术从FEMOL 到FEM 的跨越,该文意在对这方面的进展作一简要综述与报道。从FEMOL出发,继承单元能量投影(EEP)法这一超收敛计算的核心技术,该文提出“逐维离散,逐维恢复”的基本求解策略。超收敛计算方案和基于单元边线解答的均差法,巧妙化解了整套算法由FEMOL 到FEM 转化中的一系列难点,形成一套新型的二维FEM 自适应分析技术。整套方法继承了FEMOL 的优点,可以对任意几何区域上的问题,按最大模度量给出逐点满足给定误差限的位移解答,同时克服了FEMOL解析方向精度冗余的弱点,增强了灵活性,显著提高了求解效率。该文给出充足的数值算例用以展示整套算法的可靠性和高效性。
大跨度桥梁抗风的技术挑战与精细化研究
葛耀君
2011, 28(增刊Ⅱ): 11-23.
摘要:
以我国30 年大跨度桥梁的快速发展为研究背景,对三种大跨度桥梁的抗风技术挑战进行了分析,着重探讨了悬索桥的颤振性能及其控制、斜拉桥风振性能与拉索风雨振和拱式桥涡激共振及其控制,并提出了特大桥梁风振精细化理论和方法。研究结果表明:悬索桥的颤振稳定性跨径上限约为1500 m,超过甚至接近这一上限时,必须采取措施改善加劲梁的抗风稳定性;千米级大跨度斜拉桥仍具有足够高的颤振临界风速, 其主要抗风问题是长拉索的风雨振动;大跨径拱桥除了个别有涡振问题之外,还没有受到结构抗风性能的影响。特大桥梁精细化研究涉及到了三维桥梁颤振精确分析的全模态方法、任意斜风作用下桥梁抖振频域分析方法、基于二阶矩理论和首次超越理论的桥梁颤振和抖振可靠性评价方法,揭示了桥梁颤振演化规律、驱动机理和控制原理。
基于性能桥梁抗震设计理论发展
李建中, 管仲国
2011, 28(增刊Ⅱ): 24-30,5.
摘要:
首先对基于强度抗震设计理论进行了回顾、分析;阐述了近年来国内外基于性能抗震设计理论研究的进展,在此基础上,结合我国梁式桥的实际特点,提出了梁桥基于性能设计的目标位移和目标延性的计算公式,研究、讨论了单自由度和多自由度体系基于位移抗震设计方法。
工程结构耐久性与全寿命设计理论
金伟良, 牛荻涛
2011, 28(增刊Ⅱ): 31-37.
摘要:
从工程结构耐久性与全寿命理论的研究范围、战略地位和发展目标出发,首先阐述了该理论的研究现状,并预测其发展趋势,指出了今后的需要研究的重要的前沿科学问题;其次,分析了接下来十年的战略研究重点和优先资助课题;最后,对这一理论的研究所需要的研究人才队伍与学科发展对策提出了建议。
深基坑变形控制研究进展及在宁波地区的实践
郑荣跃, 曹茜茜, 刘干斌, 刘晓虎
2011, 28(增刊Ⅱ): 38-53.
摘要:
随着宁波城市建设的持续、快速发展,如何控制软土地区密集城区中深基坑工程的安全稳定和变形,避免由于基坑卸载变形过大导致周边环境和设施的沉陷、开裂、破坏,已经成为目前一个迫切而重要的课题。在对国内外现有关于基坑的变形规律、控制技术和控制标准的理论、实验和经验数据方面的文献资料和科研成果分析的基础上,结合宁波轨道交通建设工程实践,基于14 个深基坑工程实测数据,对宁波地区软土深基坑的变形特性进行研究,探讨了基坑水平位移和地表沉降的基本规律,进而基于实测数据,并采用数据挖掘方法建立了基坑监测过程中的预警指标体系。尽管,宁波地区基坑工程实践水平较高,相应的设计理论、计算方法、技术研发及设备研制等方面则相对滞后。该文成果可以为宁波地区软土深基坑开挖变形控制提供参考标准,以达到控制基坑变形,保护周边环境和设施的目的,也可以为国内其他软土地区软土基坑的变形控制提供借鉴作用。
钢-混凝土组合结构抗火设计原理研究
韩林海, 宋天诣, 谭清华
2011, 28(增刊Ⅱ): 54-66.
摘要:
该文论述了作者近年来在钢-混凝土组合结构抗火设计原理方面进行的研究工作,具体包括:1) 钢管混凝土(CFST)和型钢混凝土(SRC)构件、组合节点和组合框架结构的耐火性能;2) 经历常温加载、升温、降温阶段持荷和火灾后加载这一连续过程作用的组合结构构件、CFST 柱-钢梁节点和SRC 柱-SRC 梁节点的力学性能。作者建立了力和火灾共同作用下组合构件、节点和框架结构的数值分析模型,并通过试验对数值模型进行了验证,在此基础上深入研究了力和火灾共同作用下组合结构的工作机理、抗火设计原理和方法。该文简要论述已取得的研究成果。
港珠澳大桥岛隧工程的意义及技术难点
李英, 陈越
2011, 28(增刊Ⅱ): 67-77.
摘要:
港珠澳大桥主体工程的岛隧工程作为香港、澳门和珠海50多公里连接线的一部分于2010年底开工, 近6km长的沉管隧道是世界上目前已建和在建工程中最长的混凝土沉管隧道,为了将来30万t油轮满载通航,隧道最大埋深达到海底约40m深;连接线桥梁和隧道的转换通过2个海中人工岛来实现。如果考虑本工程相对差的地质条件、隧道断面大跨度、恶劣的海上施工条件以及在软弱地层上填海造成的2个人工岛与隧道的复杂过渡段等,港珠澳大桥可以被看作世界上最具挑战性的工程之一。该论文将介绍港珠澳大桥的基本背景情况和岛隧工程的建设意义,关注其中的重点和难点——岛隧工程整体设计方面的技术难点,包括:隧道结构设计、隧道基础设计、隧道管节的浮运沉放、隧道机电安装/安全、耐久性等。
海洋环境混凝土结构耐久性原位监测原理和剩余寿命预报
干伟忠, 金伟良, RAUPACH M
2011, 28(增刊Ⅱ): 78-84,9.
摘要:
该文介绍了海洋环境中混凝土结构耐久性原位监测研究与应用的新近进展。内容包括混凝土结构耐久性监测的概念、原理和作用,欧洲第一代混凝土结构耐久性预埋式梯形阳极和后置式无损监测传感单元及其系统,以及通过国际合作研究发展的基于电化学原理和光纤辅助技术的第二代耐久性监测技术,尤其是结构各部位钢筋脱钝腐蚀的个性化判据捕获方法和作为后置作业前提的微创介入技术。工程实践表明:对混凝土结构中钢筋的腐蚀状态进行持续监测,是确保基础设施设计使用寿命的切实可行的耐久性设计措施;源自原位活体混凝土的耐久性综合信息可以用于结构剩余寿命的预测和预报。
灾变条件下高拱坝整体失效分析的理论与方法
任青文
2011, 28(增刊Ⅱ): 85-96.
摘要:
为了发展国民经济,充分利用水资源和水能资源,我国在建和拟建的十多座高拱坝高度在200m 以上,达到300m 量级,无论是建设规模还是建设难度均为世界之最,存在不少具有挑战性的科学技术问题。它们大多建于西部高山峡谷地区,地形地质条件复杂、环境恶劣、地震烈度高,严重威胁高拱坝的安全。因此,高拱坝在灾变条件下的破坏机制和安全评估一直是坝工专家高度关注的问题。高拱坝的整体破坏机制和相应的分析方法是拱坝安全性研究的主要内容之一,但至今对整体破坏的力学机制没有统一的认识,也没有一个具有力学理论基础的可行方法。该文简略介绍拱坝现行的安全性校核方法,指出存在的问题。根据力学系统的稳定性理论,揭示了高拱坝整体破坏的本质是稳定性问题。基于其破坏过程中荷载位移曲线的特征,论证了高拱坝的失稳破坏是一种由于材料非线性引起的、始于强度破坏的物理不稳定现象,失稳形式为极值点失稳。展示了拱坝整体稳定性的一些分析方法,指出基于弹塑性渐进分析的间接法是目前进行拱坝整体稳定性的可行方法,并通过物理模型试验验证了数值模拟的正确性;同时,也指出该方法并非直接从力学系统稳定性理论导出,科学的分析方法与失稳破坏判据应通过物理扰动方程的研究得到。揭示了非线性对拱坝极限承载能力的影响,理想弹塑性本构和几何线性处理均会高估拱坝的极限承载能力,偏于不安全。给出应用突变理论确定大坝极限承载能力的条件。提出确定极限承载能力的最大弹性变形能判据。
海底管线全寿命安全运行的关键问题研究
周晶, 冯新, 李昕
2011, 28(增刊Ⅱ): 97-108.
摘要:
随着我国海洋油气资源开发的快速发展,海底管线的建设数量不断增多。由于荷载与环境因素的长期作用,海底管线因为材料老化和损伤累积而导致结构状态退化和承载能力降低的情况十分普遍。为了保证海底管线的安全运行,急需建立我国的海底管线全寿命安全管理体系。该文首先分析了海底管线全寿命安全运行的关键问题,然后概括介绍了大连理工大学在海底管线损伤机理与健康监测方面取得的研究进展,并对今后的研究方向进行了总结与展望。
分布粘聚元的系统理论研究
辛克贵, 何铭华
2011, 28(增刊Ⅱ): 109-128.
摘要:
该文扼要地阐述了一种新型计算方法分布粘聚元的研究意义、理论体系和部分研究进展。粘聚元法通过释放传统有限元的刚性粘聚,将连续体离散为满足连续介质条件的体单元以及位于单元边界处的粘聚元相结合的增广体系。基于分区混合广义变分原理建立了分布粘聚元增广体系的分区广义势能泛函,建立了分布粘聚元的控制方程列式。从动量定理入手建立了分布粘聚元的动力平衡控制方程,考虑惯性影响,以满足分析动态裂纹拓展的需求。从离散的角度建立了多键氛围叠加法BAS;在BAS的基础上,结合EAM理论推导建立了多尺度的嵌入原子超弹性本构EAH,在纳观尺度上给出了多尺度应力计算的封闭解。从算例的角度给出了不同加载速率下带预制裂纹的试件的任意裂纹拓展结果,验证了分布粘聚元在断裂分析以及多尺度分析的有效性。
体外预应力钢-混凝土组合梁受力性能的研究现状与展望
聂建国, 陶慕轩
2011, 28(增刊Ⅱ): 129-141,.
摘要:
体外预应力钢-混凝土组合梁是一种将现代预应力技术和普通钢-混凝土组合梁结合在一起的新型承重构件,与普通钢-混凝土组合梁相比,它主要有六大优点:1) 提高极限承载力;2) 扩大弹性工作范围;3) 提高疲劳和断裂性能;4) 充分利用材料性能,降低结构高度和自重;5) 减小使用荷载下的变形;6) 有利于混凝土裂缝的控制。该文系统综述了国内外学者在体外预应力钢-混凝土组合梁结构方面取得的研究成果,并对有待进一步研究的工作进行了展望。
数字化出版是现代期刊发展的方向
黄丽艳
2011, 28(增刊Ⅱ): 142-146.
摘要:
数字化使期刊从传统纸介出版模式逐渐迈向一个新的技术平台,是现代信息和网络化发展的必然结果,也可以看成是它的一个行业分支。科技期刊要使它的研究成果方便快捷和准确地传给受众,必须构建它的数字化平台,这是现代科技期刊发展数字化出版和运行模式的方向。
土木工程学科
下击暴流作用下建筑物表面风压分布模拟
李宏海, 欧进萍
2011, 28(增刊Ⅱ): 147-151.
摘要:
为研究下击暴流作用下建筑物表面的风压分布,首先分析下击暴流风场。基于壁面射流理论,建立下击暴流风场的二维模型。应用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件模拟得到下击暴流风场径向速度的竖向剖面分布。将计算结果与三种经验模型和一种实测数据的风速剖面分布进行对比,证实上述模拟方法与理论分析结果和实际观测结果均吻合较好。继而在风场中建立高层建筑物分析模型,模拟下击暴流对建筑物的静力作用效应,得到建筑物表面的风压分布。经过对比分析,发现在下击暴流作用下的建筑物表面风压分布的数值模拟结果与风洞试验结果相吻合,并大于规范给定的设计参考值。这可作为实际工程设计的参考。
输电线覆冰舞动的简化分析方法
李黎, 曹化锦, 肖鹏, 夏正春
2011, 28(增刊Ⅱ): 152-156.
摘要:
覆冰导线舞动对大跨越输电线路造成严重危害,目前对输电线舞动的研究多采用复杂的数值模拟方法。该文利用数值风洞技术对覆冰导线的气动特性进行了数值模拟,采用有限元程序ANSYS建立弹簧-输电线模型进行静力分析,在LSDYNA 中采用非线性粘性阻尼器单元来模拟覆冰导线的气动特性,进行显式有限元计算,提出了输电线舞动研究的简化分析方法并对其准确性进行了验证。最后,采用简化方法对500kV海门到汕头榕江大跨越工程进行了架空输电线的舞动计算。
抗冲刷磨蚀混凝土的耐磨损试验研究
刘卫东, 林瑜, 钟海荣, 苏海华
2011, 28(增刊Ⅱ): 157-160,.
摘要:
该文首先进行了不同品种的纤维混凝土抗冲刷磨蚀试验,然后利用抗冲磨试件又进行了路面混凝土耐磨损试验,分析探讨了纤维混凝土的冲刷磨蚀和冲击磨损机理。试验表明:刚性纤维混凝土的抗冲刷磨蚀能力强,玄武岩纤维混凝土抗冲击磨损能力最佳,聚丙烯纤维混凝土既抗冲刷磨蚀又抗冲击磨损作用,可用于防止水冲刷破坏高速公路及兼顾交通道桥水工混凝土工程中。
空间框架抗连续倒塌分析
王铁成, 康健, 李志萍
2011, 28(增刊Ⅱ): 161-165.
摘要:
因结构局部破坏后荷载沿不同方向传递引起内力重分布,空间结构分析在连续倒塌研究中具有重要意义。该文为研究框架结构抵抗连续倒塌的特点,使用线性静力方法分析了空间钢框架撤柱后的受力性能,与单榀框架撤柱分析进行了比较,并研究了不同平面布置形式对最大需求能力比DCR(demand for the capacity ratio)的影响。研究结果表明,比较单榀框架和空间框架分析,最大DCR 出现在空间分析中,结构整体布置形式与长跨、短跨布置形式共同影响结构最大DCR所在位置。
三心圆柱面网壳结构风荷载分布规律
马文勇, 刘庆宽, 肖彬, 邵新霞
2011, 28(增刊Ⅱ): 166-170,.
摘要:
通过某两端开口的三心圆柱面网壳结构刚性模型风洞测压试验,分析了该结构表面净压分布规律及内表面风压对净压的影响。结果表明,来流垂直与结构纵向时,结构迎风端为正压区,其余为负压区,顶部附近负压最强,内压为负压,该负压增强了结构正压区风压、减弱负压区的风压。当来流平行于结构纵向时,除结构迎风端较强风压外,其余位置平均风压和脉动风压很小,内压对结构表面风压的影响可以忽略。来流倾斜与结构纵向时,结构内表面存在正压区,该区域内结构负压较大。
滚轴-橡胶支座组合系统隔震结构的地震反应分析
范夕森, 任淑贞, 张鑫
2011, 28(增刊Ⅱ): 171-175.
摘要:
在基础和上部结构之间设置滚轴或铅芯橡胶支座,都能起到隔震的作用,前者因为不能提供恢复力而不能单独使用,将两者按一定比例组合,可以构成组合隔震系统。该文研究了这种组合隔震系统的隔震效果。在对一个历史建筑进行隔震加固时,分别采用铅芯橡胶支座和两种比例的滚轴-橡胶支座组合隔震系统,通过计算建筑物的地震反应,并与非隔震方案进行比较,分析了三种工况的隔震效果。研究结果表明,采用铅芯橡胶支座和组合隔震系统都能明显减小上部结构的地震反应,而且后者的隔震效果优于前者。
预应力斜拉网格结构静力优化研究
边广生, 张玉明, 郭正兴
2011, 28(增刊Ⅱ): 176-181.
摘要:
采用四级优化方法对斜拉网格结构进行优化设计,在优化变量中加入桅杆高度,扩大了优化范围。采用拟满应力法对杆件截面和斜拉索面积进行优化;采用改进迭代影响矩阵法,以关键点位移为目标函数对拉索预应力进行优化;采用复形法对桅杆高度进行优化并分析了桅杆高度对结构用钢量的敏感性。利用ANSYS 的参数化编程语言APDL编制了优化分析程序,并用工程算例进行验证。结果表明,经过4 次~5次迭代可得到优化结果。
低温环境下混凝土性能的试验研究
王传星, 谢剑, 李会杰
2011, 28(增刊Ⅱ): 182-186.
摘要:
低温下混凝土的性能是混凝土材性研究的一个薄弱环节。该文采用超低温冰箱对同一强度等级的混凝土试件进行降温,然后在试验机上测试不同温度下混凝土的抗拉强度、抗压强度等,详细研究了在低温环境下混凝土的强度变化情况。试验表明,随着温度的降低,混凝土的抗拉强度和抗压强度都有所提高,但两者提高的程度并不呈比例。在此基础上,与国外文献数据相对比,采用数据拟合的方法,得到混凝土强度随温度变化的函数关系。
夯实水泥土桩复合地基动力特性和时程响应影响因素分析
王维玉, 赵拓, 丁继辉
2011, 28(增刊Ⅱ): 187-191.
摘要:
采用爆破地震动模拟天然地震动的方式对足比尺夯实水泥土桩复合地基进行现场动力试验研究。在空载时对天然地基和夯实水泥土桩复合地基的动力特性和时程响应进行了分析;对单桩和群桩复合地基分别在脉动和爆破作用下的动力特性和时程响应进行了分析。研究了爆破作用下,单桩和群桩复合地基峰值加速度、最大水平位移的变化规律;夯实水泥土桩在不同荷载条件下主频的变化规律;为探讨动力荷载作用下水泥土桩复合地基的承载和变形特性提供了研究基础。
托换梁剪跨比对柱托换节点受力性能影响的试验研究
王恒, 张鑫, 贾留东, 夏风敏
2011, 28(增刊Ⅱ): 192-197.
摘要:
该文通过移位工程框架柱包裹式托换节点缩尺模型的正交实验,研究和分析了托换梁剪跨比对托换节点破坏形态和受力性能的影响。按照构件剪跨比的不同将滚轴正常布置条件下的破坏形态归纳为行走梁的受弯破坏和弯剪破坏两种形式,得出连梁与柱结合面这一薄弱环节,并得出了不同剪跨比下托换节点的裂缝发展和最终破坏规律。通过对试验数据的正交分析和回归分析,可知在所研究因素当中剪跨比对托换节点承载力的影响最为显著,得出在一定取值范围内剪跨比与托换节点的开裂荷载、破坏荷载分别具有较理想的线性关系,减小剪跨比可以有效提高构件的承载能力。提出了引入剪跨比条件下框架柱托换节点承载力的计算公式;分析了剪跨比对滚轴受力均匀情况的影响。通过对比试验,研究了不同滚轴布置方式对托换节点的影响。
基于IDA 方法的钢筋混凝土结构失效模式优化
白久林, 欧进萍
2011, 28(增刊Ⅱ): 198-203.
摘要:
结构失效的关键在于非最优的失效模式导致结构不能承受最大的外部荷载。为改善结构的失效模式,采用OpenSees软件建立一个5 层3跨的钢筋混凝土框架纤维模型。按场地条件选取10 条不同的地震动对结构进行增量动力分析(IDA),结合IDA曲线的特征和结构的失效准则,提出基于IDA方法的结构最弱失效模式。最后提出3种方案对结构进行失效模式优化,其中以综合考虑失效路径中失效截面的先后顺序和形成“强柱弱梁”型全梁铰式耗能失效机制的方案最优,其结构的抗震能力最强。基于IDA 方法的结构失效模式优化,可广泛用于其它结构形式,为工程结构抗震能力的提高开辟了一种新的方法。
拉索减震支座及桥梁抗震设计应用研究
袁万城, 韦正华, 曹新建, 荣肇骏
2011, 28(增刊Ⅱ): 204-209.
摘要:
首先对近三十年来国内外使用较广泛的减隔震装置进行了评述,并在此基础上介绍了一种新型减隔震支座——拉索减震支座(通过在盆式支座上增设限位拉索而成)及其设计要点,并通过支座的拟静力试验测定了不同竖向力工况下支座滞回曲线以及不锈钢板与聚四氟乙烯滑板之间的摩擦系数等。最后通过建立一座四跨连续组合箱梁桥有限元模型,并考虑不同场地条件的影响,对拉索减震支座的减震效果进行了分析。计算结果表明,拉索减震支座能有效减小桥梁结构地震响应,且对不同场地条件具有很好的适应性。
向投递高水平论文的作者致敬
向投递高水平论文的作者致
2011, 28(增刊Ⅱ): 210-210.
摘要: