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2017年  第34卷  第1期

综述
绿色装配式钢结构建筑体系研究与应用
郝际平, 孙晓岭, 薛强, 樊春雷
2017, 34(1): 1-13. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.08.ST14
摘要:
发展钢结构建筑,可化解钢铁产业过剩产能,推进建筑绿色化、工业化、信息化。在国家政策推动下,我国装配式钢结构建筑从1.0时代快速迈向2.0时代,发展了以传统钢结构形式为基础的改进型建筑体系,模块化新型建筑体系和工业化住宅建筑体系。新形势下,预制混凝土构件解决了钢结构的传统难题,不同墙体交叉应用发展了新型围护系统,信息化技术促进了建筑业跨越式发展。全装配钢框架和盒子型模块化装配体系是新型低、多层模块化建筑体系,其采用“建筑元器件”的设计概念,以结构构件或建筑功能单元为基本元件组合而成,具有构件装配化、围护一体化、生产工厂化等特点。新型MCFTS(Multi-core Concrete Filled Steel Tube System)高层钢结构体系适用于住宅建筑和公共建筑,该体系分为组合多腔钢管混凝土框架—支撑住宅体系和组合多腔钢板墙核心筒—钢管混凝土框架公共建筑体系。MCFTS体系以组合多腔扁柱和双侧板连接节点为技术核心。研究结果表明,该体系具有优良的抗震性能和可修复性能。
基本方法
矿山法城市隧道运营期排水量与水压力关系的一种预判方法
李铮, 何川, 丁建军, 杨赛舟
2017, 34(1): 14-21. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0419
摘要:
预判隧道运营期排水量与二衬外水压力的关系是城市隧道设计中的关键问题,而高、低水位隧道的渗流场影响范围存在较大差别,理论预测隧道排水量和水压力时不能忽视其边界效应的作用。首先,利用地下水渗流理论、复变函数保角映射理论和二维稳态流动的复变函数理论,并结合围岩-支护结构精细化模型和气象因素,分别对高水位和低水位隧道运营期排水量及二衬外水压力进行分析,然后依托在建的深圳东部过境高速公路连接线工程,对不同注浆圈渗透系数和厚度条件下城市隧道排水量及水压力之间的关系进行研究,结果表明:无论低水位还是高水位城市隧道,二衬外水压力均随隧道排水量增加呈线性降低,且注浆圈渗透系数的变化相比其厚度的变化,对水压力随排水量的折减作用更加明显;注浆圈渗透系数的增减比例相同时,低水位城市隧道水压力随排水量的折减速率更快,而注浆圈厚度增减量值相同时,高、低水位隧道水压力随排水量的折减速率基本相同。
基于连续损伤力学的UHTCC疲劳损伤扩展模型研究
罗璐, 刘问, 徐世烺, 任贇跃
2017, 34(1): 22-27. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0458
摘要:
为研究超高韧性水泥基复合材料的损伤扩展规律,该文对该材料的预制单边切口试件进行了三点弯曲疲劳试验。基于连续损伤力学,建立两种疲劳损伤扩展模型:一是以J积分作为自变量的双对数线性模型,二是以疲劳应力水平作为自变量的单对数线性模型。结果表明,两种模型计算结果与试验结果吻合良好。但J积分取值很大程度上依赖于试件的几何特征,导致模型1受试件形状影响较大;实际应用中,由于疲劳应力水平的获得相对直观方便,故模型2更加实用。
基于HHT的非线性振动系统参数识别研究
王立岩, 李东升, 李宏男
2017, 34(1): 28-32,44. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.06.0498
摘要:
该文采用Hilbert-Huang变换(HHT)对时变阻尼自由振动系统以及常见的Duffing振动系统和Van der Pol振动系统进行参数识别。首先通过经验模态分解将振动信号分解为自由振动信号和强迫振动信号,通过经验包络法得到分解后信号的振幅包络线和瞬时频率。进而使用瞬时振幅及瞬时频率通过最小二乘法估计得到振动方程的各项参数。与小波识别结果进行对比,数值算例表明Hilbert-Huang变换可以有效地识别时变阻尼自由振动以及Duffing振动系统和Van der Pol振动系统的时变参数并且有较高精度。
弹性波三维散射快速多极子间接边界元法求解
王冬, 刘中宪, 武凤娇, 刘蕾
2017, 34(1): 33-44. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0435
摘要:
边界元方法对于无限域中弹性波散射求解具有独特优势,但求解矩阵的非对称稠密特征极大限制了该方法在大规模实际工程中的应用。为此,基于单层位势理论,结合快速多极子展开技术,通过对球面压缩波和剪切波势函数的泰勒级数展开,建立一种新的快速多极间接边界元方法,以实现大规模弹性波三维散射的精确高效模拟。算例分析表明所提方法能够大幅度降低计算时间和存储量,可在目前普通计算机上快速实现上百万自由度弹性波三维散射问题的快速精确求解。最后以全空间椭球形孔洞群对平面P波、SV波的散射为例,揭示了三维孔洞群周围稳态位移场和应力场的若干分布规律。该文方法对低无量纲频率(ka<5.0)的大规模多体散射问题尤为适合。
结构自由振动问题有限元新型超收敛算法研究
叶康生, 曾强
2017, 34(1): 45-50,68. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0421
摘要:
该文以杆件轴向自由振动问题为例提出一个结构自由振动问题的新型超收敛计算方法。该法基于有限元解答中频率和振型结点位移的超收敛特性,建立了单元上振型近似满足的线性常微分方程边值问题,对该线性边值问题采用更高次数的多项式进行有限元求解获得各单元上振型的超收敛解,将振型的超收敛解代入Rayleigh商,获得结构频率的超收敛解。该法简单、直接,通过很少量的计算即能显著提高频率和振型的精度和收敛阶。数值算例显示,该法高效、可靠,是一个颇具潜力的新方法。
考虑相变状态的较密实饱和砂土弹塑性模型
董晓丽, 赵成刚, 张卫华
2017, 34(1): 51-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0457
摘要:
在三轴试验中,较密实砂土是很难最后到达临界状态的。该文在Yu等提出的CASM模型基础上,提出了适合模拟较密实饱和砂土的弹塑性模型。该模型有两方面的改进:一方面,模型将剪胀应力比Md引入剪胀方程;另一方面,模型中硬化参数采用与应力路径无关的参数来替代CASM模型中的塑性体应变增量。经试验结果验证,该模型较适合模拟饱和中密或密实砂土的剪胀特性,同时也能较好地体现中密或密砂剪切过程中的硬化及软化现象。模型共10个参数,用常规三轴试验就可获取。
土木工程学科
剪切变形下橡胶支座压缩刚度比分析研究
孙新阳, 杨维国, 王萌, 王亚, 谢桥漾, 安鹏
2017, 34(1): 58-68. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0704
摘要:
为了研究不同截面形状橡胶支座在剪切变形下的压缩刚度,该文分别基于双弹簧模型与有效面积模型推导了四种截面形状(环形、圆形、方形及矩形)支座的压缩刚度比公式,然后采用ABAQUS建立七个支座有限元模型,结合已有的支座压缩及剪切试验,验证所建立的有限元模型能够准确模拟橡胶支座的实际受力情况,在此基础上,结合理论模型对比分析了不同支座的压缩性能。分析结果表明:压缩及剪切试验中,支座刚度计算值与试验值相差均在5%以内;支座压缩刚度比只与剪切变形与截面惯性半径比值有关,与截面形状及截面尺寸大小无关;该文建立的模型及拟合刚度比公式能够有效模拟橡胶支座在不同剪切变形下的压缩刚度变化情况。
基于易损性指数的钢筋混凝土框架结构地震损伤评估
于晓辉, 吕大刚, 范峰
2017, 34(1): 69-75,100. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0731
摘要:
在传统地震易损性分析的基础上,提出了易损性指数的概念,并用其来评估结构的地震损伤。通过引入群体结构震害评估中震害指数的概念,结合解析地震易损性分析得到的结构破坏状态概率,将震害指数的数学期望作为单体结构的易损性指数。选择8层和10层两组考虑不同抗震设防水平的钢筋混凝土框架结构为研究对象,分析得到结构的地震易损性曲线、破坏状态概率曲线、易损性指数曲线以及结构在小震、中震和大震作用下的易损性指数。分析结果表明:按我国抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构基本可以满足“小震不坏”、“中震可修”和“大震不倒”的性能要求。在大震作用下,结构可以较好地控制较严重破坏的发生。随着抗震设防水平的提升,结构的抗震能力得到了加强,但结构在小震、中震和大震作用下的易损性指数却发生了增加。
基于构形易损性理论的单层网壳结构静力稳定性研究
陆明飞, 叶继红
2017, 34(1): 76-84. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.06.0493
摘要:
经典构形易损性理论基于结构初始构形度,无法考虑荷载、约束等外在因素,但网壳结构的稳定性却与上述因素密切相关。在经典构形度的基础上,该文创新地引入几何刚度矩阵,提出了可以考虑荷载条件、几何非线性及约束的节点构形度计算方法。在此基础上,分析引入几何刚度矩阵前后节点构形度的变化梯度,识别了球壳结构的最不利稳定荷载模式并揭示了失稳机理。最不利稳定荷载模式具有构形度变化梯度显著、稳定承载力最低的特征。对于球壳结构,顶点集中荷载为最不利荷载模式。点失稳、局部失稳以及整体失稳模态均与构形度变化梯度相联系。当受荷点及其周边节点构形度显著退化时,结构发生点失稳破坏,对应顶点集中荷载模式;当部分节点区域构形度明显退化时,结构呈现局部失稳的模态,对应半跨均布荷载模式;当所有节点构形度发生同等程度的退化时,结构发生整体失稳,对应满跨均布荷载模式。
不同埋管形式下能量桩热力学特性模型试验研究
王成龙, 刘汉龙, 孔纲强, 吴迪
2017, 34(1): 85-91. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0455
摘要:
桩埋管式地源热泵(也称能量桩)是一种可以节省地下空间和施工埋管费用的新技术,目前在国内外得到了一定的应用。然而,针对其在干砂中的传热特性和力学特性的研究却相对较少。基于模型试验方法,对不同埋管形式下,干砂中钢筋混凝土桩的传热特性及其力学特性进行了对比模型试验研究。试验测得桩体、桩周土体的温度变化规律,桩体应变和桩体热应力的变化规律,并对比分析了温度影响下基桩的极限承载力。试验研究结果表明,同样输入功率条件下,不同埋管形式相比,W型和螺旋型桩的应力变化和桩顶沉降量均较单U型桩要大。
缠绕型CFRP圆管轴压力学性能
南波, 武岳, 孙浩田
2017, 34(1): 92-100. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0460
摘要:
缠绕型CFRP管由于其编织角度的灵活性可以根据需要设计出力学性能不同的管构件,而缠绕型CFRP管的受力安全性能是其分析和应用的基本问题之一。首先对3种不同缠绕角度和长细比CFRP管进行压缩试验,着重观察了树脂基碳纤维增强复合材料的刚度、极限强度以及细观破坏模式。其次基于Chamis C. C. 刚度修正模型、开发了可以模拟各向异性材料拉压双模量的本构子程序(Usermat),从而将Chamis C. C. 刚度修正模型导入ANSYS主程序中。并采用复合材料Hashin破坏准则验证了其本构模型。在此基础上,对加载过程进行了数值模拟,与试验结果进行比较,证明本构模型具有很好的适应性。最后基于试验结果与数值分析结果,得到了缠绕型CFRP细长管屈曲荷载计算公式。
SH波作用下液化土中桩-土-结构的动力相互作用
杨骁, 方晓雯, 汪德江
2017, 34(1): 101-108. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0310
摘要:
以桩-土相互作用的Winkler模型为基础,将桩等效为Timoshenko梁,上部结构等效为刚性质量块,研究了桩基底土体承受垂直入射简谐SH波作用的液化土层中桩-土-上部结构系统的动力特性。考虑土体的自由场位移以及上部结构质量、转动惯量和桩轴向压力的二阶效应,建立了液化土层中单桩-土-刚性上部结构系统的边值问题,并利用分离变量法得到桩变形的解析解。在验证理论模型和解析解合理性和有效性的基础上,分析了几何和物理参数等对桩头位移放大因子和动力放大因子的影响,研究结果表明:单桩-土-上部刚性结构系统存在明显的共振现象,且土体自由场位移对桩头位移放大因子影响显著。随着土体液化程度的发展,单桩-土-刚性上部结构系统基频、桩头动力放大因子和桩失稳临界荷载逐渐减小。
多索-梁结构固有振动特性分析
吴庆雄, 王文平, 陈宝春
2017, 34(1): 109-116,129. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0326
摘要:
进行了单索-梁结构和二索-梁结构模型固有振动试验,采用斜拉桥整体动力分析有限元方法建立了索梁结构有限元模型,与试验结果进行的比较验证了所建有限元模型的正确性。通过对单索-梁结构至四索-梁结构的固有振动特性的有限元分析表明,斜拉索的存在和数量对索梁结构的面内固有频率影响较大,对面外固有频率影响很小;斜拉索的增加使索梁结构面内振动频率增大的主要原因是斜拉索对主梁起到竖向支承的作用。将斜拉索竖向支承作用简化为弹性支撑,考虑斜拉索水平分力对主梁轴力的影响,推导得到了多索-梁结构面内固有振动的频率方程和振型函数,与有限元计算结果进行的对比说明了所得简化公式的正确性和适用性。
上下层插筋连接预制混凝土空心模剪力墙有限元分析
赵作周, 周剑, 侯建群, 任宝双
2017, 34(1): 117-129. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0411
摘要:
讨论了有限元软件ABAQUS中模拟新老混凝土界面的不同方法,建议了有限元界面模型的参数定义方法,并通过试验验证了其合理性。基于新老混凝土界面模拟方法,对上下层插筋连接的预制混凝土空心模剪力墙的有限元模拟方法进行了验证。通过恒定轴压力及单调水平力作用下的有限元推覆分析,针对空心模剪力墙的受力性能进行了关于插筋搭接长度、插筋端头位置、插筋总受拉承载力、后浇混凝土强度和轴压比的参数分析。结果表明,所采用的新老混凝土界面模拟方法及基于其进行的空心模剪力墙有限元模拟准确、合理;插筋搭接长度取1.2倍锚固长度能够满足要求;增大插筋总受拉承载力可提高墙体承载力,受拉开裂较严重的区域上移并向内延伸;为充分发挥墙体的承载能力,建议后浇混凝土强度不应低于预制混凝土强度;轴压比较大时,墙体受压损伤区域增多,影响墙体的承载力稳定性和变形能力,建议在墙体底部增设拉筋及水平分布筋,以改善墙体在较高轴压比下的抗震性能。
基于应变模态的连续梁动挠度识别
汪莲, 王佐才, 耿栋, 任伟新
2017, 34(1): 130-138. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0413
摘要:
为了实现基于应变测量的连续梁动挠度识别,提出了一种基于应变模态的梁结构动挠度监测方法。利用应变传感器进行应变测试获得梁的动应变数据,由动应变数据的互相关函数求出应变模态振型,利用应变-位移转换关系求出位移模态振型,再由动应变数据和应变模态振型计算出位移模态坐标,最后根据计算出的位移模态坐标叠加位移模态振型得到梁结构的实时挠曲线,从而实现对动挠度的监测。为了验证方法的有效性,对连续梁在脉冲激励及地震作用下的动挠度进行了数值模拟,并进行了简支梁力锤锤击实验。数值模拟及实验的结果表明,基于应变模态监测梁结构动挠度是可行的,且具有较高的精度。
矩形断面抖振阻力空间分布特性试验研究
李少鹏, 李明水, 曾加东, 马存明
2017, 34(1): 139-144,227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0422
摘要:
为了研究紊流作用下钝体抖振阻力的空间分布特性及流固相互作用机理,以2:1矩形断面为例,通过刚性模型测压试验研究了抖振阻力的跨向相关性及空间能量分布特性。结果表明,当紊流积分尺度与钝体特征尺寸相当时,抖振阻力的相关性高于纵向脉动风,这也许是由漩涡沿展向发生拉伸引起。而在分离点附近,来流漩涡会发生剧烈畸变,顺流向大尺度漩涡会破碎成小尺度漩涡,在此过程中能量由低频向高频的转移,并导致脉动压力的跨向相关性也会有所减弱。与迎风侧不同,背风侧脉动压力主要受钝体尾流中的紊流成分影响,其漩涡沿跨向拉伸程度可能要高于迎风侧,以致背风侧脉动压力的跨向相关性强于迎风侧。顺流向分离涡在由分离点向中部运动过程中,其高频的小尺度漩涡可能并没沿顺流向拉伸,而是直接耗散,从而导致脉动压力谱在低频保持不变,而在高频区下降。
超高层建筑横风向气动阻尼比评估方法研究
王磊, 梁枢果, 张振华, 王述良, 邹良浩, 汤怀强
2017, 34(1): 145-153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0439
摘要:
通过3种高宽比、3种粗糙度流场、多种质量-阻尼参数的多自由度气弹模型风洞试验,分析了折算风速、风场粗糙度、高宽比、结构质量、结构阻尼比和涡振位移等因素对横风向气动阻尼比的影响。分析表明,正气动阻尼比与结构阻尼比负相关,而负气动阻尼比绝对值与结构阻尼比正相关,结构质量与气动阻尼比绝对值负相关,风场越粗糙或模型高宽比越小负气动阻尼比越不显著。整体来看,气动阻尼比本身不足以评价气弹响应的显著程度,以气动阻尼比本身作为经验公式的拟合对象有很大局限性。最后提出了协调气动阻尼比的概念,在此基础上建立了改进的气动阻尼比经验拟合公式,该拟合公式考虑了以上各因素对气动阻尼比的影响,为气动阻尼比的估算方法提供了新的思路。
大型结构分散控制系统的优化研究
潘兆东, 谭平, 周福霖
2017, 34(1): 154-162. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0441
摘要:
针对大型工程结构的分散控制方法进行研究,引入完全分散、部分独立分散及部分重叠分散控制的概念,分别以子系统控制效果局部最优及整体最优为目标设计分散控制结构的子系统控制器,并利用基于差分进化的混合粒子群算法对子系统进行优化,综合考虑子系统划分数量、子系统所含层数以及重叠部分所含层数的影响。对9层benchmark模型进行了多工况分散控制设计与数值分析。结果表明,整体最优目标下,采用部分重叠分散控制策略,能获得与集中控制策略接近的控制效果,相对于集中控制,重叠分散控制系统具有更高的可靠性,且不需要更多的控制能量。
型钢高延性混凝土短柱抗震性能试验研究
邓明科, 卜新星, 潘姣姣, 梁兴文
2017, 34(1): 163-170. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.06.0484
摘要:
提出采用高延性混凝土和核心区配置型钢提高短柱的抗震性能和变形能力,设计了2个高延性纤维混凝土(HDC)短柱和2个型钢高延性混凝土(SHDC)短柱试件,通过拟静力试验,研究其破坏形态、变形能力及耗能能力。试验结果表明:试件剪跨比减小,有利于发挥HDC良好的抗剪性能,使HDC短柱表现出良好的延性和耗能能力;核心区配置型钢,可显著提高HDC短柱的延性和耗能能力,提高构件的耐损伤能力;HDC与型钢具有良好的协调变形能力,改善了短柱的脆性剪切破坏模式,使SHDC短柱发生剪切粘结破坏时仍表现出较好的延性;SHDC短柱在不同性能水平下的变形能力明显高于HDC短柱,能满足我国规范对框架结构竖向构件的变形要求。
基于界面单元的子结构协调技术
江浩然, 王涛, 周惠蒙, 罗清宇
2017, 34(1): 171-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.06.0487
摘要:
该文提出一种用于协调子结构的界面单元方法。基于广义变分原理,将两子域的刚度与界面单元刚度组装成耦合结构的整体刚度矩阵,求解新的平衡方程即可得到各个耦合子域的位移。界面单元的意义是对子域引入边界力,并建立边界上平衡关系和位移协调关系。该文利用悬臂梁单轴受拉案例验证了界面单元方法的精确性。为了使得界面单元能够应用到子结构混合试验中,引入静力凝聚与BFGS方法,这样只需通过提取边界上的力与位移即可实现多子域不共节点的边界协调问题。该文最终以悬臂梁案例验证了界面单元在解决非线性静、动力加载工况下的正确性。
标准火灾后钢管RPC柱抗近距离爆炸荷载的试验研究
陈万祥, 郭志昆, 邹慧辉, 张涛
2017, 34(1): 180-191. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.07.0537
摘要:
利用野外抗爆试验场对4根大比例标准火灾后的钢管活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete FilledSteel Tubular,简称钢管RPC)柱进行了抗近距离爆炸试验研究,探讨了恒定轴向力条件下比例距离和受火时间对柱动力响应和破坏形态的影响。结果表明:标准火灾下钢管仍可以有效约束RPC芯柱,限制了RPC的高温爆裂,表现出良好的抗火性能。爆炸作用下火灾后钢管RPC柱的相对位移均超过2.0%,均达到了其屈服状态。当比例距离由0.58 m/kg1/3减小到0.48 m/kg1/3时,钢管RPC柱出现由弯曲变形过渡到弯剪变形的趋势。随着受火时间增加,钢管RPC柱跨中出现明显的塑性变形,最大位移和残余位移均显著增大,发生典型的弯曲破坏。与比例距离相比,钢管RPC柱的抗爆能力对受火时间更为敏感。采用LS-DYNA软件对试验结果进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。
负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱受力性能研究
周乐, 王晓初, 白云皓, 贾连光, 谭相培
2017, 34(1): 192-203. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0542
摘要:
该文以试验研究、有限元模拟以及理论分析相结合的方法研究了负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的受力性能以及承载力计算方法。通过试验与有限元模拟分析,研究了轴心受压钢结构构件负载下外包钢筋混凝土加固后的性能,以及初始负载大小、混凝土强度和型钢强度对加固试件极限承载力的影响。研究表明,外包钢筋混凝土可以显著提高原钢构件的承载能力和刚度;加固后试件的极限承载力随着初始负载的增大而降低;随着型钢强度的提高而增大;混凝土强度是影响加固后试件极限承载力的最主要因素,加固后试件的极限承载力随着混凝土强度的提高而明显增大。根据分析试验数据和有限元分析结果,得到了混凝土强度对加固后试件极限承载力影响的量化结果。同时,通过分析加固时和破坏时构件各部分的应力应变状态,推导出负载下外包钢筋混凝土加固轴心受压钢柱的承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合良好。
高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙抗震性能试验研究
汪梦甫, 王义俊
2017, 34(1): 204-212. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.07.0543
摘要:
该文完成了2个四层1:4缩尺高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙低周反复加载试验,详细分析了该剪力墙结构的承载力、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等,并与高阻尼混凝土带混合暗支撑双肢剪力墙进行了对比分析。利用有限元分析软件ABAQUS对试验模型进行了模拟,并分析了双肢剪力墙相对含钢率对高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙承载力的影响。结果表明:与高阻尼混凝土带混合暗支撑相比,带钢板暗支撑的高阻尼混凝土双肢剪力极限承载力和耗能能力均有一定程度的提高,剪力墙连梁剪跨比越小,高阻尼混凝土剪力墙的抗震性能越好,当墙肢及连梁含钢率分别在2.5%和3%以下时,墙肢及连梁含钢率对双肢剪力墙的极限承载力有较大影响。
有限尺寸混凝土试件允许损伤尺度的解析研究
卿龙邦, 王妥, 管俊峰, 刘金春
2017, 34(1): 213-218. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.07.0563
摘要:
该文基于允许损伤尺度的概念,应用William级数形式的裂缝尖端应力场展开式,获得基于前三阶级数的裂尖应变场,进而考虑应力松弛的影响,推导了允许损伤尺度的解析表达式。以有限尺寸的混凝土三点弯曲梁试件为例,将允许损伤尺度试验值与该文理论值进行比较分析,分析了不同阶数对应的混凝土允许损伤尺度的变化规律。结果表明:该文所提的混凝土允许损伤尺度的理论值与试验值吻合较好;应力级数解展开至T应力项确定的允许损伤尺度大于奇异项和展开至三次高阶项确定的允许损伤尺度,展开至T应力项确定的允许损伤尺度更接近试验值。
桥梁系统地震易损性分析的混合Copula函数方法
宋帅, 钱永久, 吴刚
2017, 34(1): 219-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.1030
摘要:
为了在桥梁系统易损性分析中考虑构件地震需求之间相关性的影响,采用贝叶斯加权平均方法构造混合Copula函数,将构件地震需求之间的相关结构和各构件的边缘分布函数进行分离;结合增量动力分析,建立了桥墩、支座等单个构件的易损性曲线及联合分布函数,提出了考虑构件地震需求相关性的桥梁系统易损性分析方法。结果表明:混合Copula函数能够准确描述构件地震需求间上、下尾相关并存的非对称相关结构,简化构件地震需求联合分布函数的建模过程;与Monte Carlo抽样方法相比,二者得到的桥梁系统易损性吻合良好,且混合Copula函数方法避免了大量的数值抽样,显著提高系统易损性分析的计算效率。
机械工程学科
基于多体动力学的CPC工艺链系统数值仿真分析
黄大巍, 杨世锡, 韩业鹏, 张群, 关振群
2017, 34(1): 228-234,242. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0420
摘要:
CPC工艺链被广泛用于汽车生产线的车身装配输送过程,运行过程中受到车组吊具重力、上坡阻力、摩擦阻力等综合因素的影响。为了缩短设计周期,验证设计的安全可靠性,该文首次将多体动力学仿真分析应用于CPC工艺链系统的设计,采用脚本语言建模的方法,自动完成了CPC工艺链整体系统的链条、导轨、车组吊具、驱动和张紧等装置之间的装配约束和载荷边界条件设定。在考虑构件间真实接触、摩擦等相互作用条件下,对某汽车装配线CPC工艺链系统进行了动力学仿真分析,求得了系统整体运行时所需驱动力大小、链条链节间相互作用力等动力学分析结果,并对CPC工艺链系统运行的平顺性和可靠性进行验证,建立了完整的CPC工艺链系统的数值仿真分析方法体系。该分析过程和方法对CPC工艺链及其他相似系统的整体设计具有重要的指导意义。
振动条件下的晶振稳健性机理研究
冷国俊, 保宏, 陈睿, 祁成武
2017, 34(1): 235-242. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.07.0538
摘要:
晶振在振动环境下产生严重的相位噪声恶化,由于其多学科交融的物理性质和在电子系统参考源中的应用价值而受到广泛关注。随着机电一体化设计理念的发展,研究振动环境下的信号调谐模式和探索它们独特的物理性质已经成为可能。该文从晶振的工作原理出发,分析了振动条件下相位噪声恶化的调谐原理,首次提出了一种新的晶振相位噪声振动恶化特征的物理表征方法。此外,搭建了晶振相位噪声测试系统,利用实验数据定量研究了各种输入条件对晶振电气性能的影响,并编制了相应的算法来进行求解,得出了非线性数学关系。最后,结合实验数据验证了机电一体化分析思路及物理表征方法的合理性,得到了晶振模块的振动稳健性矢量。
其他工程学科
弹性特征对跨声速抖振边界的影响研究
高传强, 张伟伟, 叶正寅
2017, 34(1): 243-247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0440
摘要:
跨声速抖振直接影响飞机结构强度和疲劳寿命,易引发飞行事故。对于刚性静止翼型,其跨声速抖振特性仅与来流状态参数(马赫数、迎角和雷诺数)有关。该文通过释放翼型的俯仰自由度,采用非定常雷诺平均N-S方程建立了流场和结构的耦合求解方法,研究翼型结构弹性特征对跨声速抖振始发边界的影响。研究发现,结构固有频率对弹性支撑翼型的抖振边界影响较大,系统会在更小的来流迎角下失稳;而质量比对抖振边界影响较小。弹性支撑翼型的抖振始发迎角较刚性静止翼型的抖振起始迎角降低了近1°,因此翼型的弹性特征是跨声速抖振研究的重要因素。
非均匀拟形冠层内大气流动特征的大涡模拟研究
梁霆浩, 余锡平
2017, 34(1): 248-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.05.0464
摘要:
近年来,立方体拟形试验作为研究城市大气边界层扩散特征的一个手段得到了广泛的开展。随着研究的深入,对于试验用拟形块体的设计也提出了更高的要求,以使实验结果更接近实际城市冠层的情况。该文通过对不同布置形式、不同顶高差异度的立方体冠层进行大涡模拟试验,讨论了冠层内结构顶高差异度和流向上结构均匀的程度对冠层内大气流态的影响规律。结果表明,立方体冠层内的流动结构很大程度上取决于主风向上结构的均匀程度;顶高的差异性亦会造成冠层内流态改变,且流态的改变随立方体冠层布置形式的改变而改变;冠层顶部紊流对动量的有效传输效率和冠层内顶高的差异性有关,其在主流向结构不均匀程度低的冠层内较小。