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2016年  第33卷  第10期

综述
材料结构状态集合分析理论
王梦恕, 卫振海, 张顶立
2016, 33(10): 1-23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.05.ST02
摘要:
材料的结构性具有普遍性,材料的结构性研究是目前这一领域的研究难点和重点问题。材料结构状态集合分析理论是研究材料结构性问题的一种新的方法。材料结构状态集合分析理论是以材料结构的状态集合为研究对象,以材料的微结构元集合为基础,通过对材料微结构元配分函数的分析,建立起材料宏观层面上的材料结构状态集合函数方程,得到材料的整体宏观性能描述方法。根据对材料结构的宏观强度、材料结构的刚度和材料几何状态的变化,建立了材料结构状态集合函数的控制方程;通过材料微结构元集合的分布状态分析,建立了材料不同结构状态下的微结构元的配分函数方程;在对微结构元组构关系分析的基础上,建立了微结构元的具体分析方法和宏观参数之间的关系;讨论了材料结构状态集合分析理论下的若干理论问题及今后需要做的工作。
被动防护网系统强冲击作用下的传力破坏机制
赵世春, 余志祥, 赵雷, 齐欣, 韦韬
2016, 33(10): 24-34. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.06.ST08
摘要:
为了研究被动防护网系统在落石冲击作用下的抗冲击力学行为,基于实际工程调查,进行了系统破坏特征的统计与研究,结合现行各国技术现状,分析了关键结构部件的破坏机理,构建了相应的力学模型,开展了750 kJ~5000 kJ共计5组系统足尺模型冲击试验,针对系统破坏机理、传力变形、耗能原理进行了研究,揭示了系统的破坏演化机制与破坏模式。研究表明:系统的冲击力学行为具有三阶段特征,第二阶段与第三阶段构成了系统的主要耗能机制并对结构整体抗力产生决定性影响;系统结构具有明显的自适应变刚度特征,且该特征与三阶段受力演化过程相互制约;系统的支撑结构、绳索与耗能器布置均是制约系统结构破坏的主要因素,不恰当的配置可导致支撑柱屈曲、绳索破断等现象;提出了新型高性能被动防护网体系,研究表明该体系具备较高的落石拦截能力。研究结果可为被动防护网系统的结构设计提供理论指导。
基本方法
求解摩擦接触问题的IGA-B可微方程组方法
薛冰寒, 林皋, 胡志强, 张勇
2016, 33(10): 35-43. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0164
摘要:
该文将等几何分析(Isogeometric analysis,简称IGA)和B可微方程组方法相结合,提出了求解弹性摩擦接触问题的IGA-B可微方程组方法。其中,接触边界的几何形状由非均匀有理B样条(NURBS)精确描述;接触条件则表示成B可微方程组的形式,可被严格满足,且在一定条件下求解该方程组的算法收敛性有理论保证。数值算例验证了该文方法用于求解弹性摩擦接触问题的有效性,计算精度较高,通过与ANSYS软件中的接触模型相比,计算自由度数可以大量节约。
三边简支一边固支正交异性矩形叠层厚板的精确解
胡文锋, 刘一华
2016, 33(10): 44-51,61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0176
摘要:
基于三维弹性力学基本方程,应用状态空间法求解三边简支一边固支正交异性矩形单层和叠层厚板静力问题。把固支边上的边界位移函数作为状态变量引入状态方程,使状态方程从非齐次的变为齐次的,得到了该问题的三维精确解。所得到的解不仅严格满足三维弹性力学基本方程,而且严格满足全部边界条件。此外,对固支边的应力提出了新的计算方法,能够得到更精确的边界应力。算例表明:该文解与有限元解吻合很好,在固支边处依然具有很高的精度;而且随着厚宽比的增大,精度并不降低。
水平层状饱和场地地震响应分析的等效线性化方法
张季, 梁建文, 巴振宁
2016, 33(10): 52-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0215
摘要:
采用饱和土层和半空间精确的动力刚度矩阵,建立了求解P波、SV波斜入射情况下水平层状饱和场地地震响应的一维等效线性化分析方法。将饱和场地退化至干土场地进行方法验证,并将该文结果与二维有限元程序FLUSH结果进行对比,验证了该文方法的准确性。以天津市区某典型饱和场地为例,分别比较了P波和SV波入射情况下饱和场地线性、非线性地震响应之间的差别,以及饱和场地、干土场地非线性地震响应之间的差别,并讨论了入射角度和透水条件等因素对地面运动加速度峰值的影响,总结了饱和场地非线性地震响应的一些基本规律。
土木工程学科
闭合截面压弯钢拱的平面外稳定性能研究
赵思远, 郭彦林, 王宏
2016, 33(10): 62-67. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0720
摘要:
该文针对压弯作用下闭合截面圆弧拱的平面外弹性屈曲性能及稳定设计方法进行研究。首先通过势能驻值原理分析均匀轴压力和弯矩同时作用下,钢拱的平面外弹性屈曲性能。在此基础上,在弹塑性范围内讨论弯矩对钢拱的平面外稳定削弱作用,推导得到考虑弯矩作用的压弯钢拱正则化长细比,进而将压弯钢拱的平面外稳定问题简化为纯压钢拱的稳定问题。该文提出的压弯钢拱平面外稳定设计方法与数值分析计算结果吻合较好,可用于钢拱的平面外稳定承载力设计。
扣件式高大模板支架的概率极限状态设计法研究
谢楠, 付小辉, 王立峰, 胡杭, 武桐
2016, 33(10): 68-75,104. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0979
摘要:
近年来高大模板支架坍塌事故频发,尽管此类结构的验收标准低、荷载离散性大,但有关概率极限状态设计法的研究还十分不足。以搭设高度在7.6 m~14.0 m较为常见的扣件式高大模板支架为研究对象,给出了极限承载力的非线性简化计算方法,对比足尺整架试验数据,研究计算模式不确定性的统计特性;通过对现场采样数据、已有试验数据和容许误差等的分析,得出了满足规范要求的随机参数的统计特性;通过1000次Monte Carlo模拟得到了10种常用高大模板支架极限承载力的统计特性;基于枚举优化法,找出了与目标可靠指标一致性最佳的荷载效应分项系数和抗力分项系数,并将采用该文所建议方法得到的设计结果与按英国规范、我国现行规范得到的设计结果进行了比较。研究成果可为制定新规范提供理论依据。
耗能伸臂桁架抗震性能的试验研究
杨青顺, 甄伟, 解琳琳, 陆新征
2016, 33(10): 76-85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.1013
摘要:
该文以某8度区超高层框架-核心筒-伸臂桁架结构为工程背景,采用1:3比例缩尺,对三个不同构造形式的伸臂桁架抗震性能进行了拟静力试验研究。试验表明普通伸臂桁架由于腹杆整体屈曲,以及弦杆受弯屈服后翼缘局部失稳等原因,存在承载力退化速度快、延性差和耗能能力不足等缺点。将腹杆改为防屈曲支撑(BRB)可有效提高腹杆的耗能能力。采用截面削弱(RBS)构造形式可以有效提高弦杆的变形能力,防止受弯屈服截面翼缘发生局部失稳。而腹板焊接构造形式则在焊接处易发生低周疲劳破坏,不能充分发挥BRB的耗能作用。试验结果表明该研究提出的RBS与BRB相结合的伸臂桁架变形性能良好,滞回曲线饱满且承载力保持稳定,取得了良好的抗震设计效果。研究结果可以为伸臂桁架结构抗震设计提供参考。
基于耐震时程法的钢筋混凝土框架结构抗震性能评估
白久林, 欧进萍
2016, 33(10): 86-96. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0214
摘要:
耐震时程法的典型表征在于随着时间的增加,地震强度逐渐增大。基于非线性最小二乘算法合成了基于我国抗震规范反应谱的三条耐震时程曲线。以两个5层和12层钢筋混凝土框架结构为例,分别对结构进行22条天然地震动下的增量动力分析和3条耐震时程曲线输入下的非线性分析,对比研究了结构在不同强度下的最大顶点位移、最大层间位移角、最大基底剪力和结构滞回耗能分析,比较了结构在大震时的最大层间位移角分布和最大楼层剪力分布。分析研究表明,耐震时程法能较好的预测结构的抗震响应,其分析结果离散性小,宏观上与多条天然地震动分析结果的中位值吻合较好。由于耐震时程法仅需进行一次时程分析便可获得结构不同强度下的抗震响应,计算效率高,计算精度较好,这为结构的抗震性能评估提供了一种新的有效方法。
不同行走步速下人行桥振动舒适度定量化评估
朱前坤, 李宏男, 杜永峰, 张琼
2016, 33(10): 97-104. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.01.0066
摘要:
定量化评估不同行走步速下人行桥的振动舒适度,评估结果以概率的形式给出。建立了考虑步行参数个体变异性和动载因子群体变异性不同步速的时域随机行人荷载。选取?ivanovi?建议的在行人荷载作用下以第一阶竖向振动为主的人行桥基准模型为研究对象。施加不同步速的时域随机人行荷载到基准模型上,得到不同步速下人行桥的加速度峰值并对结果进行修正,得到修正后特定加速度峰值对应的概率值以及小于或等于某个特定峰值累计概率值。结果表明当步行频率与人行桥的频率一致时,峰值达到极值并随着步行速度增大而线性增大;慢速通过时,振动舒适度程度最高,快速时次之,中速时最低。
内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架的性能参量及计算方法
刘青, 李国强, 陆烨
2016, 33(10): 105-115,137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0205
摘要:
钢框架延性好,但抗侧承载力和刚度较小,一般可加设钢板墙等抗侧力构件来达到结构的抗侧需求。屈曲约束钢板剪力墙是一种新型抗侧力构件,通过面外约束板的限制,钢板墙在剪力下不会发生屈曲破坏,因此其抗侧刚度、承载力和延性均较大。屈曲约束钢板剪力墙钢框架不但大大提高了原框架的刚度和承载力,同时还具备良好的延性。考虑到加设钢板墙后,框架梁的抗剪刚度与承载力可能不足,该文选取研究的屈曲约束钢板墙除了上下端与框架梁连接外,部分还与框架柱连接。对于这种新型内嵌屈曲约束钢板墙钢框架,该文从理论上详细推导了结构的抗侧刚度、屈服承载力等力学性能参量计算方法,得到了相应的理论公式。通过相关文献的试验数据对比,发现理论计算值与试验值很接近。
预压弹簧自恢复耗能支撑恢复力模型与滞回特性研究
徐龙河, 樊晓伟, 逯登成, 李忠献
2016, 33(10): 116-122. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0216
摘要:
为研究新型预压弹簧自恢复耗能支撑结构的自恢复性能和耗能性能,对预压弹簧自恢复耗能支撑在低周往复荷载作用下的滞回特性进行了模拟研究,分析了自恢复耗能支撑旗形滞回曲线的特点,给出了支撑恢复力的计算方法,建立了基于Bouc-Wen模型的预压弹簧自恢复耗能支撑恢复力模型,并与ANSYS数值模拟结果进行了对比,结果表明建立的恢复力模型可准确模拟支撑在动力荷载作用下的力学性能。恢复力-位移曲线整体吻合程度较高,该恢复力模型对自恢复耗能支撑结构的设计及抗震性能研究具有较好的参考价值。
铅-磁流变阻尼器的试验及计算模型
张香成, 何尚文, 李倩, 徐赵东
2016, 33(10): 123-128. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0219
摘要:
首先介绍了铅-磁流变阻尼器(LMRD)的构造与特点。然后根据LMRD试验测得的滞回曲线,提出了该阻尼器的力学模型-Michaelis-Menten模型,并对模型参数进行了识别。最后通过将模拟结果与试验结果进行对比对模型进行了验证。结果表明:Michaelis-Menten模型能描述电流、位移幅值和激励频率对LMRD力学性能和非线性滞回性能的影响。
钢筋再生混凝土柱的承压性能及强度计算
陈宗平, 何天瑀, 占东辉
2016, 33(10): 129-137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0522
摘要:
为了研究钢筋再生混凝土柱的承压性能及其强度计算方法,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,结合6个试件的实测数据,并拓展了36个试件的数值模拟分析,综合探讨了再生粗骨料取代率、体积配箍率、柱截面纵筋配筋率、长细比以及相对偏心距等变化参数对钢筋再生混凝土柱承压性能的影响规律,分别研究了钢筋再生混凝土轴心受压柱和偏心受压柱的极限承载力计算方法,并提出实用设计公式。研究结果表明:随着再生粗骨料取代率的增大,钢筋再生混凝土柱的受压承载力呈现波动性变化,但其变化幅度在15%以内;随着体积配箍率的增大,其极限承载力有小幅提高;随着截面纵筋配筋率的增大而有明显提高;而随着相对偏心距的增大,其极限承载力则明显降低;在一定范围内,随着长细比的增大,极限承载力显著变小。提出考虑取代率影响系数的钢筋再生混凝土柱极限承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。
螺旋线参数对斜拉索风雨振抑振效果的试验研究
刘庆宽, 郑云飞, 赵善博, 马文勇, 刘小兵, 陈进杰
2016, 33(10): 138-144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.12.1007
摘要:
螺旋线是常用的抑制斜拉索风雨振的措施。为了研究优化的螺旋线参数,通过风洞试验的方法,针对直径分别为90 mm、110 mm、155 mm、160 mm的斜拉索模型,分别缠绕0.7 mm~3.0 mm直径的单螺旋线或双螺旋线,考察了螺旋线直径、缠绕方式、缠绕的间距等参数对不同直径斜拉索风雨振的抑振效果,发现在斜拉索直径不变的情况下,对于同一螺旋线间距,螺旋线直径越大抑振效果越明显;对于同一螺旋线直径,螺旋线间距越小抑振效果越明显;对于同一螺旋线直径和相同的缠绕方式,斜拉索直径越大,抑振需要的螺旋线间距越小。针对不同直径的斜拉索,为了达到抑振效果,提供了所需要的螺旋线参数组合,为实际工程设计提供了参考。在实际工程中,需要针对斜拉索直径、表面真实状态以及斜拉索生产和安装等各种因素综合考虑各参数组合。
锈蚀钢框架柱抗震性能试验研究及有限元分析
郑山锁, 张晓辉, 王晓飞, 程洋, 左英
2016, 33(10): 145-154. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0165
摘要:
为深入研究锈蚀钢框架柱的抗震性能,通过改变加载制度和轴压比,对6榀相同锈蚀程度的钢框架柱进行了低周往复加载试验,观察其受力过程和破坏形态,分析了不同加载制度和轴压比对锈蚀钢框架柱的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力等抗震性能的影响。并采用通用软件ABAQUS对试验框架柱进行了非线性有限元分析。结果表明:有限元分析结果与试验结果吻合较好,试件均发生延性较好的破坏,其滞回曲线也较为饱满,表现出良好的耗能能力和延性;加载路径对试件的塑性发展与耗能能力有较大影响;随着轴压比的增大,试件极限承载力和耗能能力降低,强度和刚度退化加快。
框架式曲线梁桥铰接构造地震反应研究分析
吴桐, 孙全胜
2016, 33(10): 155-163,172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0170
摘要:
该文针对框架式曲线梁桥铰接构造的地震反应进行分析研究,以美国强震带的一实际桥梁为例,通过OpenSees平台建立全桥三维模型并精细模拟铰接点的咬合构造和限位装置,采用时程分析获得铰接构造内的易损伤位置、损伤过程及地震激励角度对铰接点地震反应的影响。研究结果表明:框架式曲线梁桥铰接构造内的纵向限位钢筋,横向受压支撑垫是抗震薄弱构件;铰接构造内纵向限位钢筋的锚固区混凝土以及咬合位置受拉区混凝土在地震中容易产生开裂破坏;非对称框架式曲线梁桥不同铰接点地震反应相差很大,墩高对称布置会令该差值减小;纵桥向地震激励下,铰接点纵向限位装置损伤较大,咬合区域竖向地震反应较大,但这一地震激励会均化不同铰接点处横向限位装置的损伤程度;横桥向地震激励下,铰接点横向限位装置损伤较大,咬合区域横向地震反应较大,但这一地震激励会均化不同铰接点处纵向限位装置的损伤程度。
空间索形自锚式悬索桥吊索张拉过程分析方法
王晓明, 贺拴海, 段瑞芳
2016, 33(10): 164-172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0168
摘要:
针对空间索形自锚式悬索桥的吊索张拉施工过程,以主缆、吊索的下料长度为联系,从施工过程临时体系的力学平衡角度入手,构建吊索上端竖向力矩阵与吊索横向力矩阵,建立各个施工阶段相互独立的力学平衡方程;分别采用多段三维悬链线分析空间索的双向垂度特征,建立了吊索张拉施工过程的精确解析解;所提方法可独立求解任意施工阶段的物理状态,不依赖于前一工况。基于上述优点,采用逐步推进的张拉思路,建立了张拉方案的制定流程,明显提高了优化效率。算例分析表明,该文算法精度高,方案优化效率高。
钢板-混凝土组合板抗剪承载性能的试验研究与数值分析
吴丽丽, 李佳蔚, 邢瑞娇, 安丽佩
2016, 33(10): 173-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0179
摘要:
主要通过试验研究与数值模拟,分析钢板-混凝土组合板在受剪状态下的承载力、变形、裂缝发展情况以及钢板与混凝土参与抗剪程度等。进行了3块钢板-混凝土组合板试件和1块无钢板混凝土试件的抗剪承载力试验。结果表明:钢板-混凝土组合板试件的剪切破坏形式主要是斜拉破坏;钢板承担了约50%以上总剪力,由于钢板的协同作用,混凝土承担的剪力与按照规范计算的混凝土抗剪承载力相比有较大幅度的提高;随着栓钉间距的增大,构件的抗剪承载力减小。基于修正压力场理论对ABAQUS进行了材料层面的二次开发,建立了适合钢板-混凝土组合板抗剪分析的数值仿真模型,模拟结果与试验结果吻合较好。
砌体结构双轴拉压应力强度试验研究
信任, 张春侠
2016, 33(10): 183-188,196. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0185
摘要:
为弥补砌体结构双轴拉压应力强度理论研究的不足,以多孔砖砌体为研究对象,基于材料主应力与平面应力的对应关系,考虑不同灰缝角度及拉压主应力比的影响,重点开展了砌体双轴拉压应力宏观单元试件的强度试验。从中揭示了砌体双轴拉压应力状态下的破坏特征与规律,分析得出双轴拉压应力强度破坏曲线及对应平面应力状态的强度破坏准则函数表达式。试验结果验证了砌体结构材料各向异性的力学特性,试验方法为砌体结构抗拉强度的测试提供借鉴,试验数据为丰富砌体结构强度理论提供参考,研究成果为建立完善的砌体结构破坏准则提供依据。
钢筋混凝土异形柱空间框架抗倒塌试验研究
戎贤, 张健新, 李艳艳
2016, 33(10): 189-196. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0188
摘要:
预知结构在偶然荷载作用下的失效机理和提供新荷载路径是异形柱框架结构抗倒塌设计的重要内容。进行1/3比例的两层3×2跨的底层边柱、角柱的突然失效试验及拟静力倒塌试验。分析钢筋混凝土异形柱空间框架的试验现象、裂缝分布、破坏过程及荷载-位移等,进行异形柱空间框架受力过程分析,研究异形柱空间框架结构的受力机制转换过程。研究结果表明:动力效应对异形柱空间框架的影响效果并不显著。试验中没有出现钢筋被拔出现象,裂缝主要集中在竖向构件支座处;异形柱空间框架的边柱、角柱倒塌破坏过程均经历了弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和悬链线阶段,边柱表现的悬链线效应远大于角柱的;楼板及梁的钢筋产生的悬链线效应在异形柱空间框架抗倒塌中发挥重要作用。
配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架力学性能非线性分析
王琨, 袁沈峰, 智海祥, 史高林, 曹大富, 陈再现
2016, 33(10): 197-207,217. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0193
摘要:
基于两榀配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验结果,分别采用三维实体单元和纤维梁柱单元建立了试验框架数值模型,并开展力学性能和滞回全过程分析。考察了试验框架的破坏形态和内置钢骨架、钢筋骨架及预应力筋的应力状态。对组合框架开展滞回性能参数分析,考察了柱长细比、轴压比、梁柱内型钢截面抵抗矩和配筋率、柱内钢管的含钢率、钢管约束系数和径厚比、混凝土强度和预应力度的影响,并在大量参数分析的基础上建立了单层单跨组合框架的恢复力模型。结果表明:基于三维实体单元的数值模型可较为直观的反应试件的破坏形态;计算所得组合框架滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力,当轴压比超过0.6以后,组合框架的位移延性才有所变小,变形能力变差;建立的滞回模型可对组合框架在水平荷载下的滞回性能进行可靠的预测。
高延性混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究
邓明科, 代洁, 梁兴文, 张明玥
2016, 33(10): 208-217. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0209
摘要:
提出采用高延性混凝土改善梁的抗剪性能和变形能力,设计了8个高延性混凝土梁和3个作为对比试件的混凝土梁,并通过静力试验研究不同剪跨比和配筋率高延性混凝土无腹筋梁的破坏形态和破坏机理。高延性混凝土无腹筋梁的剪切破坏形态有挤压破坏、剪压破坏、弯剪破坏和剪拉破坏。试验结果表明:高延性混凝土梁的剪切破坏均表现出一定的延性,与普通混凝土梁的脆性剪切破坏具有明显不同;高延性混凝土梁的剪切裂缝开展缓慢,说明高延性混凝土良好的拉伸应变硬化和多裂缝开展特性能够有效控制剪切裂缝的发展,防止混凝土压碎剥落,显著提高梁的抗剪性能和耐损伤能力;相比普通混凝土无腹筋梁,高延性混凝土无腹筋梁的受剪承载力和变形能力均有明显提高,表明采用高延性混凝土可以显著改善无腹筋梁的脆性剪切破坏模式;剪跨比和纵筋配筋率对高延性混凝土梁的剪切破坏形态和承载力影响较大,其受剪承载力随剪跨比的增大而降低,随配筋率的增大而有所提高。
单层球面网壳考虑一致倒塌概率的倒塌安全储备分析
何政, 朱振宇, 刘婷婷
2016, 33(10): 218-225. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0225
摘要:
提出了考虑一致倒塌概率的单层球面网壳结构倒塌安全储备计算方法。以标准正态分布作为倒塌概率密度函数,采用指数型分布函数描述地震危险性,在假定网壳结构特大震倒塌率限值为10%的情况下,将两者积分得到了适用其50年内一致倒塌概率限值为0.46%,低于针对普通房屋建筑结构50年内一致倒塌概率1%的限值。在定义网壳结构特大地震强度水平的基础上,引入一致倒塌概率对其进行了修正。根据修正特大震强度,最终提出了针对网壳结构的倒塌安全储备系数(CMR)计算方法,这种做法可以使所做的抗倒塌设计更好地考虑到所有超越概率地震动水平,保证各抗震设防烈度下大跨网壳结构具备统一的倒塌概率限值要求。另外,通过谱形状参数对建议的倒塌安全储备计算结果进行了谱修正。针对三个算例网壳的增量动力分析对比了不同矢跨比和不同结构类型对倒塌安全储备以及50年倒塌概率的影响,三个算例结构均能满足倒塌概率限值的要求,50年倒塌概率与倒塌安全储备有较好的一致性。
平缀管式等截面钢管混凝土格构柱抗震性能试验与有限元分析
袁辉辉, 吴庆雄, 陈宝春, 吕银花
2016, 33(10): 226-235. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0373
摘要:
为研究低周反复荷载下平缀管式等截面钢管混凝土格构柱的抗震性能,进行共计7根试件的拟静力试验,重点考察不同柱肢混凝土强度、柱肢纵向间距、缀管竖向间距对此类构件刚度、强度和延性的影响。同时,基于OpenSees平台建立了采用纤维单元的有限元计算模型,对此类钢管混凝土格构柱试件的滞回性能进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合良好。通过对试件破坏过程、荷载位移滞回曲线和骨架曲线等结果的分析表明:钢管混凝土格构柱试件具有良好的抗震性能,破坏形态均以整体压弯破坏为主,得到的水平荷载-位移滞回曲线饱满无捏缩;柱肢混凝土强度主要影响格构柱的承载力,随着混凝土强度等级从C40增加到C60,试件的承载力提高了5.7%;柱肢纵向间距由250 mm加大到650 mm,试件的承载力和位移延性系数分别提高了14.5%和6.8%;缀管竖向间距由200 mm增加到313 mm,试件的承载力和位移延性系数分别降低了12.9%和12.0%。
机械工程学科
基于拟全量理论的多步正向成形模拟方法
陈伟, 那景新
2016, 33(10): 236-242. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0183
摘要:
在全量理论的基础上,引入增量思想,构建了多步正成形算法。其基本原理是在一步正成形的基础上,适当增加了若干个中间步,依次计算各中间步之间的应变改变量,并以分量形式累加到当前步的总应变,基于全量理论进行Newton-Raphson迭代计算,并将计算结果以应变分量的形式累加到下个中间步计算中,计算对应的弹塑性本构矩阵,从而在计算过程中体现加载历史的影响,提高了最终的模拟结果精度。设计了方盒件多行程实验方案,采用电腐蚀方法在初始坯料上刻上圆形网格,进行了10 mm、20 mm、30 mm、40 mm、50 mm五个不同行程的方盒件成形实验。利用光学方法测量网格变形量并推算出网格应变量,使用超声测厚仪测量板料不同行程的厚度变化量。通过几种不同算法在计算精度和计算效率上的对比,证明了多步正成形算法的有效性。
一种考虑应力梯度效应的剪切疲劳损伤参量
夏天翔, 姚卫星, 郜亚静
2016, 33(10): 243-247,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0218
摘要:
该文研究了剪应力梯度对疲劳寿命的影响。首先,基于缺口件疲劳寿命研究中常用的应力场强法,针对纯扭载荷作用的圆管试件,推导出一种新的剪切疲劳损伤参量。该参量依据疲劳破坏区内各点的相对剪应力梯度,得到区域内的加权平均应力,从而全面描述材料在剪应力作用下的疲劳损伤水平。然后,使用30CrMnSiA合金钢进行了拉压、扭转疲劳试验。通过对比分析试验结果可以证明:当危险点应力水平相同时,剪应力梯度的存在可以使材料疲劳寿命增加;而该文提出的剪切损伤参量可以很好地描述这种影响。
其他工程学科
流-固耦合作用下斜坡式防波堤地震动力响应分析
杨勋, 王欢欢, 余克勤, 金先龙
2016, 33(10): 248-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0175
摘要:
针对地震过程中海水-防波堤-地基的耦合效应,结合某沿海斜坡式防波堤,建立了海水-防波堤-地基系统有限元模型,应用任意拉格朗日欧拉方法以及显式动态有限元方法,对真实地震过程中的防波堤系统动力响应进行了仿真,给出了流-固耦合作用下,不同地震激励的防波堤残余变形以及地震过程中的动水压力时程。研究结果表明:考虑流-固耦合作用对防波堤残余变形响应有较显著影响,且水平向残余变形受影响程度大于竖直向残余变形;地震过程中的动水压力主要受海水主频以及地震激励卓越频率的影响。研究结果可为防波堤设计、安全评价和抗震措施研究提供了理论基础。