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2016年  第33卷  第3期

综述
横向预应力钢套箍加固RC柱研究综述
郭子雄, 黄群贤, 刘阳, 梅真
2016, 33(3): 1-9. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.07.ST11
摘要:
在土木工程加固领域,对加固材料施加一定的预应力可有效约束裂缝开展,提高加固材料利用率,减小应力滞后效应,有效提高加固效果。采用横向预应力技术主动约束核心混凝土是提高加固钢筋混凝土柱力学性能和变形性能的有效方法。该文简要回顾目前国内外采用横向预应力技术加固钢筋混凝土柱的研究现状,重点介绍华侨大学提出的新型预应力钢套箍(Prestressed Steel Jacket, 简称PSJ)加固钢筋混凝土柱加固技术,及采用PSJ技术加固钢筋混凝土柱所开展的抗震性能、抗剪性能和轴压性能等方面研究工作进展。研究结果表明,采用PSJ技术可有效改善钢筋混凝土柱的抗震性能,提高钢筋混凝土柱的抗剪承载力、轴压承载力和变形能力等;实现钢套箍预应力施加及精确控制,钢套箍安装便捷,加固后不改变原构件截面尺寸和刚度,不影响原结构地震剪力分配,在混凝土结构加固领域具有广阔的应用前景。最后对PSJ加固技术今后研究发展方向提出建议和展望。
基本方法
超大型中微子探测器有机玻璃球与不锈钢网壳方案的设计优化分析
王元清, 王综轶, 杜新喜, 衡月昆, 宗亮, 秦中华
2016, 33(3): 10-17. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.06.ST05
摘要:
江门中微子探测器规模巨大,直径将达到35.5 m。为了得到满足江门中微子探测器使用要求的结构方案,该文针对其设计工况和要求,提出了有机玻璃球+双层不锈钢网壳支撑的方案,完成了结构的初步设计以及有限元分析。在此基础上对杆件截面、撑杆布置等方面进行了优化,并且对优化后的结构进行强度、温度和影响因素分析。结果表明,优化方案有机玻璃球上最大Mises应力降低了12.6%,撑杆的最大轴力降低6.3%,结构最大位移降低5.8%。考虑几何和材料非线性时,优化结构的荷载系数为2.12,满足稳定计算的要求。提升内液面的高度、升高温度均能减小有机玻璃的应力;节点失效对于结构影响不大,而地震作用导致支柱过大的应力可以通过增加斜向撑杆来降低。
考虑非平稳车载过程的在役桥梁时变可靠度分析
王草, 李全旺
2016, 33(3): 18-23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.05.0451
摘要:
近年来,我国有大批桥梁得以新建。与此同时,日益增加的车辆荷载使得在役桥梁面临着更大的服役风险。在已有研究中,桥梁结构的可靠度评估将车载随机过程看作平稳泊松过程,且假定荷载效应概率模型在评估期内独立同分布。历史数据表明,我国的汽车荷载存在明显的逐年增加的趋势,随时间不再服从同一分布,已有方法也不再适用。为此,该文改进了已有方法,提出了考虑非平稳车载过程的在役桥梁时变可靠度评估新方法。算例表明,改进的方法简便易行,结果准确。已有方法可看作是该文改进方法的特例。随后,利用这一方法研究了结构可靠度对车载随机过程参数的敏感性。结果表明,车载随机过程参数对结构可靠度的影响显著。在20年的评估期内,均值每年增加1.1%或标准差每年增加1.3%,都会造成结构的失效概率增大两倍。
基于随机振动理论的焊接结构疲劳寿命概率预测方法研究
方吉, 李季涛, 王悦东, 兆文忠
2016, 33(3): 24-30. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0691
摘要:
为了能够在设计阶段对承受随机载荷作用的焊接结构的焊缝进行疲劳寿命预测,该文以随机振动理论为基础,结合主S-N曲线法,通过推导证明了用于焊接结构疲劳寿命评估的等效结构应力与激励载荷之间存在线性传递关系,从而提出了一个频域的焊接结构随机振动疲劳寿命概率预测新方法。该方法能够解决多随机载荷作用下复杂焊接结构振动疲劳寿命预测问题。通过T型接头的算例对比分析,证明了该方法能够考虑激励载荷的频率对焊缝疲劳寿命的影响。直接以线路实测随机加速度谱做为激励载荷,对某轨道集装箱平车车体结构关键焊缝的振动疲劳寿命进行预测,结果表明:该方法的预测结果与实际情况吻合,便于工程应用。
双拱缺陷管线整体屈曲的解析解研究
洪兆徽, 刘润, 刘文彬, 闫澍旺
2016, 33(3): 31-38. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0697
摘要:
海底管线通常具有初始缺陷,高温高压作用下管线会在初始缺陷的基础上进一步变形最终发展为整体屈曲。该文以具有初始反对称双拱缺陷的海底管线为研究对象,基于理想管线整体屈曲的变形假设,通过求解管线屈曲前后的能量平衡方程,得到了管线发生二阶与四阶模态整体屈曲的解析解,建立了整体屈曲过程中管内轴力与屈曲波长间的关系。通过研究屈曲段轴力与滑动段轴力的变化规律,揭示了经典解析解得到的管线整体屈曲前轴力随幅值的变化曲线出现动态跳转的机理。工程算例分析表明,相同条件下管线更容易发生二阶模态的整体屈曲;当屈曲段轴力的释放速率大于滑动段摩阻力的累积速率时,才会出现动态跳转的问题。
高速移动荷载下弹性半空间饱和地基动应力响应
钱建固, 周仁义, 黄茂松
2016, 33(3): 39-46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0706
摘要:
对承受高速移动荷载的饱和多孔地基动应力响应开展了解析理论研究。引入势函数,进行Helmholtz代换,通过傅里叶变换得到了承受矩形分布的竖向与水平向移动荷载的三维饱和地基动应力的基本函解,数值积分求解逆变换,进而得到移动荷载下饱和地基动应力响应的理论解。基于饱和多孔介质的动应力理论解,分析了移动荷载速度及频率的动应力响应,进一步分析了水平及竖向移动荷载耦合作用下饱和地基的动应力。理论分析表明,荷载速度及其频率诱发地基动应力水平的放大效应,动应力水平随荷载移动速度增大呈现指数型放大效应,移动速度接近剪切波速时动应力水平达到峰值,而荷载速度与频率引发的动应力放大效应随地基深度增大而增强。考虑水平动载的耦合效应,地基的动剪应力和水平向正应力水平显著增大,而竖向动正应力变化不大。
土木工程学科
基于新型大变形平板壳单元的剪力墙模型及其在OpenSees中的应用
王丽莎, 岑松, 解琳琳, 陆新征
2016, 33(3): 47-54. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0173
摘要:
数值模拟是研究超高层建筑地震灾变行为的重要手段。地震作用下,剪力墙作为超高层结构的重要抗侧力构件往往呈现出复杂的受力状态,甚至因结构倒塌而产生大变形破坏,因此有必要开发一个能准确考虑大变形的剪力墙单元。该文基于广义协调元理论和更新Lagrangian列式,提出了一种高性能四边形平板壳单元及其几何非线性列式,并将该模型集成于开源有限元程序OpenSees中,以经典算例验证了该单元的性能和应用于大变形计算的可靠性。通过将该单元与分层壳截面结合,该文对多种类型的剪力墙构件进行了模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,验证了该单元能较好的模拟剪力墙的复杂受力特性,且能有效模拟钢筋混凝土构件倒塌的关键特性,为进一步开展基于OpenSees的超高层结构地震灾变行为研究提供参考。
双矩管装配式防屈曲支撑螺栓设计理论研究
姜子钦, 郭彦林, 王小安, 张博浩
2016, 33(3): 55-64. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.09.0775
摘要:
装配式防屈曲支撑的外围约束构件主要通过高强螺栓连接形成整体,螺栓的布置及直径选取直接关系到外围构件是否能有效约束内核构件的侧向变形。为此,该文在双矩管装配式防屈曲支撑外围约束构件刚度取值及其设计方法较完善的前提下,通过考虑外围约束构件的螺栓布置间距、内核多波变形波长以及因外围约束构件板件局部变形引起的撬力影响来确定跨中螺栓内力;此外,还提出了端部螺栓的内力计算公式及端部螺栓加强方案,完善了双矩管装配式防屈曲支撑螺栓设计理论。
考虑楼板大开洞及大质量比附属设施的结构抗震性能实例研究
丁然, 陶慕轩, 周萌, 聂建国, 周建军, 赵春莲
2016, 33(3): 65-76,119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0516
摘要:
对某楼板大开洞且具有大质量附属设施的复杂钢筋混凝土厂房结构开展抗震性能实例研究。楼板大开洞会导致构件缺少有效的楼板约束,从而使构件发生显著的横向振动,最终构件在双向弯矩等复合内力作用下发生破坏,必须采用分布塑性铰纤维模型对该重要现象进行精细模拟,并应在设计中重点关注该类构件的横向抗弯承载力。大质量比附属设施作为非传统质量调谐阻尼器(TMD),可采用Tsai和Lin建议的简化公式进行参数优化,从而能显著减小主结构的动力响应。对于覆盖面积较大的多点弹簧支撑附属设施,必须有效考虑扭转效应导致的加速度放大,同时不能忽略大质量比对附属设施楼层反应谱的衰减作用。
纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型研究
王英俊, 梁兴文, 吴继伟
2016, 33(3): 77-86. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0568
摘要:
纤维增强混凝土(FRC)具有受拉应变-硬化和多裂缝开展特性,替代普通混凝土作为梁柱节点核心区基体材料以减少箍筋的数量。该文通过建立协调方程、平衡方程和本构关系,对FRC梁柱节点在地震作用下的受力性能进行分析,提出FRC梁柱节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线理论计算模型,并研究其开裂点、屈服点和峰值点的剪应力和剪应变计算方法。将理论计算结果与试验结果进行比较,结果表明:提出的剪应力-剪应变理论计算模型可以较好地反映FRC梁柱节点在地震作用下的剪应力-剪应变关系。
考虑桥面等级退化影响的风-车流-桥梁耦合振动分析
殷新锋, 丰锦铭, 刘扬
2016, 33(3): 87-94. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0639
摘要:
综合考虑了车流随机性和桥面等级退化等因素,提出了一种新的分析模型,该模型能分析在役桥梁不同服役期间在交通荷载及风耦合作用下的桥梁动态响应。基于已有车辆模型,建立了一个可考虑车辆纵向振动的18自由度空间车辆模型,考虑邻近车辆影响基础之上的改进CA(Cellular Automation-元胞自动机)模型和桥面退化模型,并引入等效车轮荷载的方法,通过风、桥梁和车辆相互作用关系,建立了风-车流-桥梁系统的耦合振动分析模型。数值计算表明:该文所提出的方法能够合理的模拟风-车流-桥梁系统的耦合振动。
考虑位置函数的胶合木植筋粘结-滑移关系研究
凌志彬, 刘伟庆, 杨会峰, 陆伟东
2016, 33(3): 95-103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0643
摘要:
胶合植筋技术是一种新型的木结构连接技术,具有承载力高、刚度大、美观且防火效果好等优点,已被成功应用于木结构建筑及桥梁领域。木结构植筋与混凝土植筋类似,涉及到3种材料、2个界面,木材-植筋之间的粘结属多重介质间的粘结问题。木结构植筋节点是否具备良好的结构性能,除了各材料的基本性能有保证外,另外就是界面是否具备良好的粘结性能。该文基于三折线粘结-滑移关系模型,推导了植筋应力、界面粘结应力及相对滑移沿锚固长度分布的解析解,并与试验结果对比,结果表明,理论值与试验值吻合良好。通过实测加载过程中植筋内部的应变及加载端植筋与木材之间的相对滑移,研究了植筋-木材之间的粘结应力及相对滑移沿锚固长度的分布规律,最终建立了考虑位置函数的胶合木植筋粘结滑移关系。
预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压性能试验研究
张波, 杨勇, 刘义, 郝良金, 李少语, 张科强
2016, 33(3): 104-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0644
摘要:
对16个加固柱及2个对比柱试件进行轴压性能试验,重点考察了钢带间距、层数对承载力及变形能力的影响。试验结果表明,采用预应力钢带加固的混凝土柱试件,可有效改善其轴压性能及变形能力,在钢带间距相同条件下,随着钢带层数的增加其承载力和变形能力随之大幅度提高,钢带层数相同条件下,随着钢带间距的减小其承载力和变形能力随之大幅度提高;素混凝土柱承载力和极限位移最大提高幅度分别为130%和1315%,钢筋混凝土柱承载力和极限位移最大提高幅度分别为65%和274%。
不锈钢工字形截面轴心受压构件整体稳定性能有限元研究
尚帆, 杨璐, 赵梦晗, 徐东辰, 张勇
2016, 33(3): 112-119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0651
摘要:
该文采用通用有限元软件ANSYS对奥氏体和双相体两种不锈钢材料的不锈钢工字形截面轴心受压构件的整体稳定性能试验进行了数值模拟。在建立有限元模型的过程中考虑了材料的非线性本构模型、构件的初始几何缺陷、残余应力,并分别对工字形构件绕强轴失稳与绕弱轴失稳形式进行了分析。通过有限元模拟得到的极限承载力、试验测量的极限承载力以及规范计算的极限承载力进行对比可知:该文的有限元方法能够准确模拟不锈钢轴心受压构件的受力情况;同时,对于工字形构件,残余应力对绕弱轴失稳构件的稳定承载力的影响较大;此外,GB50017-2003不适用于不锈钢整体稳定性设计。
化爆作用下FRP加固RC板的试验研究及动力响应分析
郭樟根, 曹双寅, 王安宝, 李悯粟, 孙伟民
2016, 33(3): 120-127. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0658
摘要:
我国20世纪60年代、70年代修建的大量防护工程抗力等级较低,急需进行加固补强。进行了化爆作用下,外贴FRP条带加固钢筋混凝土(RC)双向板抗爆性能的试验研究。按介质-结构相互作用理论确定结构的爆炸冲击荷载,建立了加固板的三折线弯曲抗力模型,利用虚功原理建立了加固RC板的运动微分方程,按数值方法求解了外贴FRP加固双向板在化爆冲击波作用下的动力响应时程,分析结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:外贴FRP条带加固可以有效延缓混凝土的开裂、限制裂缝的开展,提高RC双向板的刚度,减小结构位移,减轻结构破坏程度,外贴FRP加固RC双向板的抗爆炸冲击波能力得到了明显提高,外贴FRP条带在极限状态时发生了剥离破坏和断裂破坏。
改进迭代过程的车轨耦合振动数值解法及应用
张斌, 罗雁云, 雷晓燕
2016, 33(3): 128-134. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0675
摘要:
针对列车-轨道耦合振动迭代求解过程,结合Newmark-β 积分格式,提出一种基于有限元法与非线性接触理论的改进迭代过程数值解法。考虑分别建立车辆系统和轨道系统振动方程,在耦合和解耦迭代过程中,构造松弛因子函数和收敛准则函数,简化轮轨界面协调适应条件,利用轮轨相互作用力在两子系统之间的快速迭代实现动态耦合关系的高效求解。此算法增强了对迭代收敛精度、迭代过程稳定性的控制,同时也减小了程序设计的难度。应用此算法分别对竖错和路基沉降两类典型线路缺陷引起的车轨振动响应进行了算例对比和分析,计算结果表明,改进解法在迭代速度和迭代稳定性上具有优势,可广泛应用于高速铁路车辆运行和轨道结构动力学问题的分析中。
低速冲击碰撞有限元分析中混凝土动态破坏面修正方法
康翔杰, 刘艳辉, 许浒, 赵世春, 余志祥
2016, 33(3): 135-142. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0681
摘要:
为了将混凝土材性试验数据更好的应用到冲击有限元仿真中,分析了常用混凝土本构关系中的应变率参数作用特点,提出了一种基于构件试验结果线性插值的混凝土动态破坏面修正方法来减小构件响应计算误差,采用两组钢筋混凝土梁侧向撞击试验标定了修正系数,并以另两组试验对标定的参数进行验证,四组仿真试验均取得良好结果。采用提出的方法,建立了评价混凝土本构关系适用性的评价体系。研究表明:提出的动态破坏面修正方法能够较好地减小构件响应计算误差,准确地反映钢筋混凝土构件在冲击碰撞情况下的力学响应;应用提出的评价体系可以有效评估混凝土本构关系的适用性。
预应力自复位混凝土框架节点抗震性能数值模拟
蔡小宁, 孟少平
2016, 33(3): 143-151. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0684
摘要:
预应力自复位混凝土框架结构(简称PTED结构)具有独特的受力性能。为了研究其抗震性能,基于弹塑性有限元分析程序OpenSees,提出PTED节点的数值模拟方法,并利用编制的角钢拉压恢复力模型,对5个PTED节点的低周往复荷载试验进行数值模拟并与试验结果对比。研究结果表明:通过合理的建模和参数选择,采用OpenSees有限元分析程序可以较准确地模拟出试件试验过程的滞回曲线,数值模拟所得的各极限状态点对应的荷载及位移与试验结果较吻合,同时可准确地模拟出角钢、预应力筋及梁端截面的力学行为。采用该文方法进行的数值模拟与试验结果吻合较好,精度可满足工程需求。
HAZUS相容的钢筋混凝土框架结构地震易损性分析
于晓辉, 吕大刚
2016, 33(3): 152-160. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0685
摘要:
HAZUS作为一款多灾害损失评估软件,在世界范围内得到了广泛应用。确定结构的地震易损性函数是HAZUS软件进行地震损失评估的关键。然而,现有的传统地震易损性分析结果无法满足HAZUS的格式要求。为此,该文提出一种与HAZUS相容的地震易损性分析的简化方法,该方法直接利用传统的地震易损性分析结果,通过能力谱方法确定地震动记录的谱位移作为其参数,转化得到满足HAZUS格式要求的地震易损性结果。为说明该文提出的方法,选择4个不同高度的钢筋混凝土框架结构作为算例,并将该文方法的分析结果与HAZUS软件提供的地震易损性曲线进行对比。结果表明:由于分析方法和分析对象的不同,HAZUS相容的地震易损性结果与HAZUS软件所提供的地震易损性结果之间存在较为明显的差异。
基于精细积分法的结构碰撞动力系数谱研究
李青宁, 尹俊红, 张瑞杰, 韩春
2016, 33(3): 161-168. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0690
摘要:
将精细积分法引入结构碰撞问题研究中,并借鉴已有反应谱定义提出结构碰撞加速度动力系数谱的概念,采用精细积分法对相邻结构进行了Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类场地下碰撞加速度动力系数谱研究。结果表明,精细积分法用于结构的碰撞分析,计算精度和效率较高,对求解结构碰撞问题是适用的;不同场地类型的地震动输入下,结构的碰撞响应有差异,总体上Ⅱ类场地结构碰撞力响应最大;结构碰撞力对初始间隙大小并不敏感,阻尼比的增加使结构的碰撞力响应降低。
桩基-流体饱和土体耦合系统的动态响应分析
朱媛媛, 胡育佳, 仲政, 程昌钧
2016, 33(3): 169-178. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0694
摘要:
该文研究了空间轴对称桩基-流体饱和土体耦合系统的动态响应。首先,基于弹性力学和多孔介质理论给出了耦合系统的控制微分方程、边界条件和桩-土之间界面上的连接条件;其次,发展了微分求积单元法;在此基础上采用所发展的方法和2阶向后差分格式在空间和时间域内离散了控制微分方程;最后,利用Newton-Raphson迭代方法在初始条件下求得了系统的数值解,分析了耦合系统的动态响应,考察了参数的影响,也验证了数值方法的有效性。
考虑疏干带非饱和土影响下基坑降水引起地面沉降的计算
吴意谦, 朱彦鹏
2016, 33(3): 179-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.12.1022
摘要:
大多数基坑底面低于地下水位面,在开挖前需要进行降水工程为施工提供干燥、安全的环境。由于降水历程中孔隙水压力消散和有效应力的增加,周围土体会产生固结压密,同时在基坑周围形成地下水的降落漏斗,最终导致地层的不均匀沉降,对坑周道路、建筑物及地下管线造成危害。在忽略土体的侧向变形及群井效应的前提下,引入非饱和土的有效应力原理,根据裘布依假定求出基坑降水后地下水位的降落曲线方程。采用分层总和法分别计算水位降落曲线上下非饱和土与饱和土的地面沉降量,叠加后得到最终坑周地面沉降量。结合数值模拟计算及工程实例监测数据对比分析,表明该方法具有较高的工程实用价值。
不同挡块形式对中小跨径梁桥横向抗震性能的影响
项乃亮, 李建中
2016, 33(3): 188-195. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0710
摘要:
针对我国汶川地震中小跨径梁桥的典型震害特征,提出一种新型摩擦型挡块代替常规混凝土挡块作为桥梁横向限位装置;然后以一座三跨连续梁桥为例,在考虑板式橡胶支座滑动、挡块非线性等力学因素的基础上,对分别采用常规混凝土挡块和摩擦型挡块时结构的横向地震反应特点进行了分析计算。结果表明,与常规混凝土挡块相比,摩擦型挡块通过自身的摩擦滞回耗能可以有效地降低结构的地震响应,大大改善结构的抗震性能。
预应力混凝土叠合空心楼板的受剪性能试验研究
吴方伯, 刘彪, 罗继丰
2016, 33(3): 196-203. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.06.0507
摘要:
结合现浇空心楼盖与叠合楼盖的优点,提出在一种新型预应力叠合楼板中布置筒芯内模以形成叠合空心楼板。进行了3组共10块模型板带的板端抗剪试验,根据实测试件的荷载位移曲线、受剪承载力及板中箍筋应变变化情况,研究了筒芯内模布置方式、预制底板形式、抗剪箍筋、肋梁及顺筒肋对叠合空心板受剪性能和自然粗糙叠合面粘结强度的影响。研究结果表明:顺筒布置的叠合空心板抗剪承载力高于横筒布置的对比试件;预制带肋底板的预制纵肋能有效提高叠合空心试件的抗剪性能和叠合面水平抗剪强度;无论筒芯布置方式和预制底板形式如何变化,叠合层混凝土与预制底板的叠合面粘结强度均满足水平抗剪要求;依据试验结果,提出了考虑不同混凝土强度等级、叠合面高度、肋梁和顺筒肋影响的叠合空心板受剪承载力计算方法。
等效线性化方法在自复位防屈曲支撑结构中的应用
刘璐, 吴斌, 李伟, 欧进萍
2016, 33(3): 204-213. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.01.0052
摘要:
自复位防屈曲支撑(SCBRB)由复位系统和耗能内芯组成,由于其综合了自复位体系和防屈曲支撑的优点,经过合理设计可兼具良好的复位及耗能能力,因此更有利于实现可恢复的结构这一抗震目标。若主体结构保持弹性,则自复位防屈曲支撑框架(SCBRBF)的简化恢复力模型为双线性弹性+双线性弹塑性合成的三线性滞回模型。等效线性化方法的精度对于等效阻尼比和等效刚度的计算方式比较敏感,不同的恢复力模型以相同的等效线性化方法计算精度也不相同,因此应根据具体情况对结果进行修正,以提高计算精度和结构的安全性。首先,分别对两种等效线性化方法计算自复位防屈曲支撑结构地震位移的平均误差及变异系数展开了参数研究。结果表明:由于SCBRBF的非线性和塑性程度均低于理想弹塑性结构,因此与理想弹塑性结构相比,用两种等效线性化方法评估自复位结构地震位移反应时,尤其在周期大于0.3 s时,精度显著提高;等概率幅值平均等效线性化方法由于考虑了所有位移对等效阻尼比和等效刚度的贡献,因此比割线刚度法更为精确。其次,根据分析结果给出了不同等效线性化方法在计算SCBRBF时的修正系数。最后,根据阻尼比函数得到各个参数对阻尼比的影响规律,并给出最佳延性比。
机械工程学科
预应力钢丝缠绕“正交预紧机架”刚度比计算方法研究
王文杰, 张磊, 林峰
2016, 33(3): 214-221,247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0647
摘要:
刚度比是计算钢丝缠绕工艺中钢丝理论施加张力、分析预应力钢丝缠绕机架合成状态受力状况及其疲劳强度的重要参数。但是,由于预应力钢丝缠绕正交预紧机架的立柱由两段梯形和一段扇形组成,解析法难以对其刚度比进行直接求解。针对此问题,提出一种有限元方法求取预应力钢丝缠绕正交预紧机架的刚度比,通过普通预应力钢丝缠绕机架刚度比经典解析法与有限元方法的对比分析以优化该方法,利用40 MN多向模锻压机的钢丝缠绕工艺试验验证该方法求取正交预紧机架刚度比的可行性。结果表明:该方法求得的刚度比值进行钢丝缠绕工艺之后,正交预紧机架立柱各截面的平均实际缠绕预紧力与理论值接近,刚度比值完全可以满足实际工程需求。
基于刚柔耦合模型的干摩擦制动系统振动分析
赵旖旎, 丁千
2016, 33(3): 222-231. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0663
摘要:
该文针对制动摩擦颤振现象,建立了摩擦制动装置的刚柔耦合动力学模型,应用伽辽金离散和数值计算,揭示了摩擦块的盘面振动与摩擦盘面外振动间的耦合关系(即内共振条件)对系统振动的影响,并分析摩擦块的颤振特点。分析可知,转速高于临界转速时,由于盘的弹性振动,摩擦块在盘内作近简谐周期运动,转速低于临界转速后,系统产生摩擦-滞滑颤振。运动耦合越强,滞滑-颤振出现的越早,引起的振动也越强烈和复杂。同时,由于盘的弹性振动对摩擦块产生强迫激励,会在一定转速范围内产生共振。
其他工程学科
等离子体射流控制机翼气动力矩的实验研究
刘汝兵, 牛中国, 王萌萌, 郝明, 林麒, 王晓光
2016, 33(3): 232-238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0631
摘要:
为考察火花放电等离子体射流控制机翼气动力矩的效果,在NACA0021平直机翼模型上安装火花放电等离子体射流发生器,通过改变射流发生器安装位置、射流角度及加载电参数,研究其控制机翼模型气动力矩的性能及机理。在NACA0021机翼模型近前缘处,布置2个火花放电等离子体射流发生器,采用气动力测量技术,在来流风速为20 m/s时测得,攻角-4°~10°时,滚转力矩系数最大减小了0.0024,攻角为12°~16°时,滚转力矩系数最大增加了0.0021;偏航力矩系数最大减小了0.00097。实验研究结果表明:等离子体射流可改变机翼模型横航向气动力矩,并可通过改变射流角度和加载电压频率调节等离子体射流控制横向气动力矩的效果。
曲线纤维增强复合材料圆环板的非轴对称弯曲问题
谭萍, 聂国隽
2016, 33(3): 239-247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.07.0664
摘要:
由自动铺丝机制造的结构具有面内变刚度特征。这种由空间变化引起的刚度变化使结构的控制方程成为了变系数偏微分方程,给求解非轴对称弯曲问题带来了很大挑战,难以求解其精确解。该文基于经典板壳理论,推导了柱坐标下正交各向异性变刚度圆环板非轴对称弯曲问题的控制方程。假定刚度分别随弹性模量指数函数和曲线纤维方向角连续变化,采用加权残值法计算了周边弹性约束时复合材料圆环板的挠度。通过与精确解结果的比对,验证该方法是有效的,并有较高精度。计算结果表明曲线纤维方向角的变化将使曲线纤维增强复合材料结构的相关力学性能明显优于同等比例的直线纤维增强复合材料结构。同时,结果还表明变刚度复合材料圆环板的非轴对称挠度与其周边的约束条件、材料参数、内外半径比值、纤维方向角等密切相关。
非线性管-土作用下钢悬链线立管触地区疲劳分析
白兴兰, 黄维平, 谢永和, 杨超凡
2016, 33(3): 248-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2014.08.0701
摘要:
基于P-y曲线建立非线性管-土相互作用模型,分别运用大挠度曲线梁和弹性地基梁单元模拟钢悬链线立管(Steel Catenary Riser, SCR)的悬垂段和流线段,研究周期运动下管-土相互作用响应和SCR触地区的疲劳分析。SCR具有复杂的非线性动态行为,特别是触地点区域,由于海床模型的不确定性,一直是数值模拟的难点。通过Fortran编写子程序嵌入CABLE3D,开发得到包括非线性管-土作用模型的新程序CABLE3D RSI,围绕SCR与海床相互作用响应和立管的整体动力分析等内容展开研究;根据时域内的动力响应,运用S-N曲线法得到触地点区域的疲劳损伤分布情况,研究有关参数对疲劳损伤的影响。结果表明:1) 周期载荷作用下,立管在海床上形成的沟槽逐渐发展,相比于线弹性和刚性海床非线性海床分布力更加符合工程实际;2) 海床刚度模型、土剪切强度以及吸力因子都对立管触地区的疲劳损伤具有重要影响。