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2017年  第34卷  第7期

基本方法
薄壁构件弯扭屈曲总势能的完备性分析
刘占科, 周绪红
2017, 34(7): 1-10. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0101
摘要:
漏算、多算或重复计算势能项都会有损薄壁构件弯扭屈曲总势能的完备性,进而会造成理论不严谨或临界荷载、临界弯矩的计算值不准确。为推导完备的薄壁构件弯扭屈曲总势能,该文首先把符拉索夫的中面剪应变为零假定修正为中面线性剪应变为零并给出了表达式,依据该表达式严格推导了薄壁构件横截面上任意点的线性剪应变和线性剪应变能,指出了该假定不能推广到非线性剪应变或总剪应变。继而采用弹性理论的应变能公式分别推导了应变能和外荷载势能,得到了完备的弯扭屈曲总势能,并对现有的总势能的完备性进行了探讨。研究表明,该文的总势能推导过程概念明确、逻辑清晰,该文的总势能由于严格推导了线性剪应变能和外荷载势能,同时准确计入非线性剪应变能且不包含非线性横向应变能而更为完备。
弹性DEM方法在杆系结构中的应用研究
齐念, 叶继红
2017, 34(7): 11-20. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0116
摘要:
基于颗粒离散元方法(DEM),结合杆系结构的特点,提出了一种适于杆系结构问题分析的DEM模型。对颗粒元相应的质量和转动惯量计算公式进行了修正;通过能量等效原理推导了杆系DEM模型分析时弹簧接触刚度系数表达式;将瑞利阻尼引入到DEM方法之中,给出了阻尼常数计算公式并用算例进行了验证。将该方法应用于杆系结构弹性分析,包括静动力与几何非线性大变形问题的空间框架结构和网壳结构等多个算例,计算结果与有限元方法结果吻合良好。DEM方法的特点是将动力分析和几何非线性分析自动包含在运动方程的计算之中,不用组集刚度矩阵,无需迭代求解。杆系DEM模型非常适宜处理杆系结构大变形及动力非线性问题,尤其是在结构进入强非线性之后的模拟分析。
土木工程学科
不同参数下低屈服点钢剪切板耗能元件受力性能试验研究
王宇航, 吴强, 熊光亮
2017, 34(7): 21-22. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.07.0576
摘要:
低屈服点钢剪切板耗能元件具有良好的耗能能力,可以消耗输入结构中的大部分地震能量,改善和提高结构的抗震性能。为了考察面外初始缺陷对低屈服点钢剪切板耗能元件屈曲后稳定性的影响,开展了1个传统工字钢耗能元件和3个具有面外初始缺陷的低屈服点钢剪切板耗能元件的低周往复循环荷载试验,重点考察了面外初始缺陷、耗能元件宽厚比和钢筋混凝土约束板对其受力性能的影响。研究结果表明:面外初始缺陷对剪切板的受力性能影响较大,钢筋混凝土约束板可有效抑制剪切板的面外局部屈曲变形,翼缘板可有效抑制剪切板的整体扭转屈曲变形,从而提高剪切板耗能元件的耗能能力。
不同槽宽分体箱梁桥梁的涡振及其控制措施
杨詠昕, 周锐, 罗东伟, 葛耀君
2017, 34(7): 23-40. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0046
摘要:
不同槽宽分体箱梁可以有效地提高大跨度桥梁的气动稳定性,但是其涡振性能还不够明确,研究了6种代表性开槽率分体箱梁的涡振性能随开槽率的变化规律,对比了4种控制措施(增大阻尼比、可调风障、导流板和隔涡板)的制振效果,并对其进行了综合评价。结果表明:闭口箱梁的涡振性能要优于开槽的分体箱梁;随着开槽率的增大,分体箱梁的竖弯涡振振幅先增后减,扭转涡振振幅表现较为敏感,其中,60%开槽率的竖弯涡振和80%开槽率的扭转涡振振幅最大。对比了60%和20%开槽率分体箱梁,增大结构阻尼比和增设小透风率的隔涡板可以明显的减小不同槽宽分体箱梁的竖弯涡振振幅,增大阻尼比和增设水平风障可以有效地提高不同槽宽分体箱梁的扭转涡振性能,而增设内置、外置导流板对的涡振控制效果取决于开槽率的大小。以上4种控制措施都可以满足分体箱梁的扭转涡振振幅要求,但只有增设0%透风率的隔涡板才能满足Sperling指标和抗风设计规范的竖弯涡振振幅要求。
土与结构接触面土体软/硬化本构模型及数值实现
路德春, 罗磊, 王欣, 杜修力
2017, 34(7): 41-50. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0072
摘要:
基于土与结构接触面变形特性分析,将接触面土体的剪切滑动面与单元体三维应力状态下的八面体面相对应,通过土的三维弹塑性本构模型在八面体面上的剪切应力-应变关系,建立了接触面土体剪切应力-应变关系;将接触面土体法向压缩变形与侧限压缩条件相对应,通过侧限压缩条件下的荷载变形关系,建立了接触面土体法向应力-应变关系;进一步将接触面土体切向与法向耦合,建立了接触面土体本构模型,模型只有4个材料参数,参数物理意义明确,可由等向压缩试验和常规三轴压缩试验确定。与接触面土体试验结果的对比分析表明,所建立的本构模型可较好地描述接触面土体切向软/硬化特性与法向变形规律。结合有限元软件ABAQUS,编制了FRIC模型子程序,通过模拟土与结构界面剪切滑移过程表明,编制的FRIC子程序可较好地模拟土与结构界面接触的非线性力学行为。
均布荷载作用下榫卯连接木梁的解析解
张雷, 杨娜
2017, 34(7): 51-60,78. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0118
摘要:
基于弹性力学的半逆解法,在均布荷载作用下的简支木梁、铰接木梁和固接木梁解答的基础之上,结合中国古建筑榫卯节点半刚性连接的特点,通过引入两个表示半刚性的参数,得到了榫卯连接木梁内应力分布的多项式解答。通过对一个随梁实例的计算,分析了两个半刚性参数对梁内应力分布的影响,又通过比较榫卯梁和简支梁、铰接梁及固接梁内应力分布的特点,发现剪应力对于木梁尤其是榫卯木梁的影响不能被忽略。该文最后指出,榫卯节点的刚度随荷载的增大是在不断变化的,并给出了变荷载作用下半刚性参数的确定方法。
考虑桥面风场等效气动效应的行车安全性分析
陈宁, 李永乐, 王云飞, 王修勇
2017, 34(7): 61-68. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0993
摘要:
侧风作用下桥上通行车辆容易遭受行车安全问题。通过节段模型风洞试验,测试了主梁行车道位置上方一定高度范围内风场分布特性。基于车辆气动力和力矩等效的方法,采用等效风速和比例系数来考虑桥面气动绕流对车辆气动力特性的影响。在风-汽车-桥耦合振动研究的基础上,采用无量纲的侧倾和侧滑安全因子评价车辆的行车安全性,分析了风速和车速对不同类型车辆行车安全性的影响。结果表明:车辆的行车安全性随着风速和车速的增大而逐渐降低;桥面风场等效气动效应会降低集装箱车和旅行巴士的行车安全性,集装箱车RSF和SSF最大相对误差分别高达28.0%和184.3%。
超长复杂基础隔震结构静动力特性温度相关性研究
杜永峰, 郑文智, 李万润, 李慧, 王浩
2017, 34(7): 69-78. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0140
摘要:
环境温度变化会引起超长基础隔震结构响应与动力特性发生改变。基于某超长复杂基础隔震结构健康监测系统实测的隔震层温度、隔震支座水平位移及上部结构加速度响应数据,分析了环境温度对隔震支座水平位移及结构动力特性的影响规律。首先,从理论上分析了温度对隔震支座水平位移的影响机理,并对隔震层温度与隔震支座水平位移进行了相关性分析。同时,对环境温度对基础隔震结构动力特性的影响机理进行了理论分析,并结合隔震支座温度相关性试验结果,对结构动力特性与环境温度的相关性分析结果进行了验证。结果表明,环境温度与隔震支座水平位移具有较强相关性;环境温度与隔震结构动力特性的相关性分析结果与隔震支座温度相关性试验所得到的结果具有较好的一致性;最后,通过参数回归分析,给出了超长复杂基础隔震结构隔震支座水平位移、模态频率的温度相关性模型,并给出了温度对超长复杂基础隔震结构模态频率的影响系数曲线,为准确、合理评估隔震结构的性能状态提供依据。
基于Campbell模型的卡车与防撞柱最大碰撞力修正计算方法
胡波, 李国强
2017, 34(7): 79-88,155. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0023
摘要:
为探究卡车冲击防撞柱过程中的最大碰撞力,开展了63组碰撞数值试验。根据碰撞后卡车变形特征分析,采用卡车等效变形对Campbell模型进行参数修正,提出了卡车与防撞柱最大碰撞力的修正计算方法,并对国内外相关规范建议的最大碰撞力计算方法的适用性进行了评估。研究表明,碰撞后卡车变形沿宽度呈中间大、两端小的不均匀分布。卡车等效变形不仅受卡车碰撞速度影响,还与防撞柱高度和直径、钢管屈服强度和厚度以及基础深度有关。与实车碰撞试验和数值模拟试验得到的最大碰撞力对比表明,《欧规1》附录B建议方法计算结果严重偏小,《欧规1》附录C和《公路规范》建议方法计算结果离散性较大,该文建议方法计算结果更加准确保守,适用于防撞柱结构设计。
高强箍筋RC梁-柱节点抗剪模型及非线性分析
王南, 史庆轩
2017, 34(7): 89-96. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0030
摘要:
在现有RC梁柱节点抗剪模型的基础上,提出了高强箍筋RC梁柱节点抗剪模型。该模型考虑了节点中混凝土的斜压杆传力机制和箍筋的抗剪作用。计算结果表明:通过建议的节点抗剪模型计算的高强箍筋RC梁柱节点的剪切应力-应变曲线与试验结果符合较好,节点最大剪应力计算值与试验值之比的平均值接近于1且变异系数较小。将该节点抗剪模型应用于OpenSees程序中分析了高强箍筋RC梁柱节点在往复荷载作用下的力学行为,讨论了混凝土强度和轴压比对高强箍筋RC梁柱节点受力性能的影响。该模型可用于高强箍筋RC梁柱节点的受力分析。
单箱多室波形钢腹板组合箱梁的腹板剪应力分析
乔朋, 狄谨, 秦凤江
2017, 34(7): 97-107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0043
摘要:
为研究单箱多室波形钢腹板组合箱梁的腹板受力特性,建立了单箱双室和单箱三室波形钢腹板组合梁的有限元模型,并与模型试验结果进行了对比验证。通过有限元分析得到了不同类型的横向对称和偏心荷载作用下各波形钢腹板剪应变的结果,并对单箱多室波形钢腹板组合箱梁各腹板剪应力分布的不均匀现象的特点和原因进行研究。结果表明:集中荷载和均布线荷载的横向作用位置不同时,单箱多室波形钢腹板组合箱梁各腹板的剪应力差异显著,对称荷载作用下的单个腹板实际剪应力与横截面所有腹板平均剪应力的比值可达2.0以上,偏心荷载作用下则超过4.5,设计计算时须考虑各腹板剪应力的不均匀分布;均布面荷载作用下各腹板的剪应力可近似按均匀分布计算。根据腹板剪应力特点,提出单箱多室波形钢腹板组合箱梁的钢腹板剪应力计算应包括弯曲剪应力、扭转剪应力以及局部畸变产生的剪应力。
孔隙水压力作用下盾构隧道开挖面支护力上限研究
黄阜, 潘秋景, 张道兵
2017, 34(7): 108-116. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0055
摘要:
基于极限分析上限定理和空间离散技术,构建了适用于在饱和土体中掘进的盾构隧道开挖面上限破坏机制。在此基础上,将孔隙水压力做的功率作为一个外力功率引入上限定理的虚功率方程,通过优化计算,得到了孔隙水压力作用下盾构隧道开挖面支护力的上限解。为了证明上限解的有效性,基于数值模拟技术计算了孔隙水压力作用下隧道开挖面极限支护力的数值解,并将得到的数值解和上限解进行了对比分析,结果表明,上限解和数值解非常接近。最后,分析了参数变化对开挖面支护力和破坏面的影响,分析结果表明:孔隙水压力对支护力上限解影响明显而对开挖面破坏范围的影响不大。
FRC框架结构地震风险评估的简化方法
黄超, 梁兴文
2017, 34(7): 117-125. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0062
摘要:
对结构地震风险进行精细的量化分析成为在直接财产损失、居住中断时间、死亡人数评估中必不可少的部分。该文首先用增量动力分析(IDA)法对纤维增强混凝土(FRC)框架结构进行动力时程分析,获得其IDA曲线,据此确定结构的地震易损性曲线,并由此考虑知识不确定性,确定考虑知识不确定性的易损性曲线;按考虑知识不确定性的易损性曲线与地震危险性曲线相结合,进行风险评估;然后基于Laura Eads等提出的评估地震风险的简化方法来进行风险评估。分别对按我国规范设计的8层FRC框架结构和钢筋混凝土(RC)框架结构进行分析。结果表明:采用简化方法得到的FRC框架和RC框架结构的倒塌风险均偏大,误差分别为5.7%和8.0%,对于结构风险评估是可行和偏于保守的。
深受弯构件抗剪影响参数显著性分析
刘喜, 王洁, 吴涛, 魏慧
2017, 34(7): 126-135. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0084
摘要:
为合理量化不同规范中深受弯构件抗剪影响参数的显著性,结合691组受剪试验数据,通过相关分析系统地研究了单因素、组合因素对其抗剪能力影响的显著性,采用Kendall相关系数、Spearman相关系数和偏相关系数进行量化评估,并利用主成分分析法给出四项综合指标,分析各指标对实际受剪承载力的影响比重。研究表明:单因素条件下,混凝土强度等级fc'对受剪承载力影响较为显著,截面尺寸bh0,剪跨比a/h0次之;组合因素下,fc'、bh0aba/h0对受剪承载力影响较显著。同时,由主成因素分析得到的四项综合指标对深受弯构件受剪能力贡献比重依次为31%、16%、13%、9%,为深受弯构件的抗剪设计提供理论参考。
剪切型钢筋混凝土柱抗剪承载力计算的概率模型
余波, 陈冰, 吴然立
2017, 34(7): 136-145. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0094
摘要:
现有的钢筋混凝土(RC)柱抗剪承载力计算模型大多属于确定性模型,难以有效考虑几何尺寸、材料特性和外荷载等因素存在的不确定性,导致计算结果的离散性较大,且计算精度和适用性有限。鉴于此,该文结合变角桁架-拱模型和贝叶斯理论,研究建立了剪切型RC柱抗剪承载力计算的概率模型。首先基于变角桁架-拱模型理论,并考虑轴压力对临界斜裂缝倾角的影响,建立了剪切型RC柱抗剪承载力的确定性修正模型;然后考虑主观不确定性和客观不确定性因素的影响,结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)法,建立了剪切型RC柱的概率抗剪承载力计算模型;最后通过与试验数据和现有模型的对比分析,验证了该模型的有效性和实用性。分析结果表明,该模型不仅可以合理描述剪切型RC柱抗剪承载力的概率分布特性,而且可以校准现有确定性计算模型的置信水平,并且可以确定不同置信水平下剪切型RC柱抗剪承载力的特征值。
水泥混凝土路面板早龄期翘曲行为数值分析研究
王丽娟, 胡昌斌, 曾宇鑫
2017, 34(7): 146-155. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0121
摘要:
以1/4面板结构模型程序为基础,考虑基层与面板的摩擦界面作用,开展了足尺路面板结构的三维早龄期翘曲有限元数值模拟研究,并与现场实验进行校验。对比显示,相比1/4面板模型,考虑基层摩擦接触界面的全面板模型程序板角位移计算值减小,日变化量级、趋势与试验监测结果更为接近,面板-基层界面参数对计算迭代收敛性影响较大。不同的工况组合下,由于早龄期的历程效应路面板会产生很多复杂的行为特征,计算仿真显示面板早龄期存在板角-1/4板中-板中的翘曲变形迁移运动,不同条件的边界约束导致演化形成不对称面板翘曲。在夏季28 d的记忆-松弛-记忆多次叠加历程作用下,路面板一般将产生正的固化温度差性状。由于混凝土早龄期行为的复杂性,早龄期数值模拟技术仍需研究模型优化、材料早龄期参数特性以及施工工艺的影响。
火灾后型钢混凝土梁柱节点抗震性能试验研究
李俊华, 章子华, 池玉宇
2017, 34(7): 156-165. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0124
摘要:
通过4个火灾后型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点试件及2个常温未受火对比试件的低周反复加载试验,研究火灾后该类节点的滞回特性、延性、耗能性能、承载力与刚度退化规律,分析了受火时间、轴压比对火灾后该类节点的抗震性能的影响。结果表明:火灾后试件与常温未受火试件的破坏过程和破坏形态基本一致。经历火灾损伤后,型钢混凝土梁柱节点的滞回曲线仍然饱满,但试件承载力降低、变形增大、延性减弱,受火时间越长,承载力下降程度越高、变形增加程度越大、延性系数越小。反复荷载下型钢混凝土梁柱节点的强度出现衰减,加载初期的衰减系数随位移的增大而减小,加载后期的衰减系数随位移的增大总体保持稳定,体现出良好的抗荷载循环能力。与常温未受火试件相比,高温后试件加载初期的刚度降低、等效阻尼比增大,受火时间越长,刚度降低和等效阻尼比增大的程度越高。随着加载的进程,高温后试件的刚度与常温未受火时间刚度逐渐趋向一致,但等效阻尼比相比常温未受火试件减小,受火时间越长,减小程度越高。轴压比对火灾后节点的抗震性能产生一定影响,随着轴压比的增大,试件强度和刚度有所提高,但延性下降。
钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压性能试验研究
徐礼华, 许明耀, 周鹏华, 刘素梅, 谷雨姗, 吴敏
2017, 34(7): 166-176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0126
摘要:
为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地共同工作,满足实际工程需要,该文提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑偏心距、长径比和初始自应力等参数的影响,设计制作21根钢管自应力自密实高强混凝土柱和3根钢管自密实高强混凝土柱试件,通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线,分析各参数对偏心受压试件受力性能的影响。研究表明:偏心受压试件主要发生弯曲失稳破坏;试件极限承载力随偏心距或长径比增大而减小,当初始自应力为3 MPa~5 MPa时,钢管自应力自密实混凝土偏心受压柱的极限承载力提高9.2%~11.7%。参考国内相关规范,通过试验数据回归分析,提出钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。
矩形高层建筑非高斯风压时程峰值因子计算方法
庄翔, 董欣, 郑毅敏, 赵昕
2017, 34(7): 177-185,223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0134
摘要:
对一矩形高层建筑进行刚性模型风洞测压试验。首先基于风压时程的3阶矩和4阶矩,对不同风向下,矩形高层建筑表面风压脉动的高斯区与非高斯区进行划分。结果表明,迎风面的非高斯区主要位于迎风边缘及角部。在侧风面,长边迎风时,非高斯区主要集中在迎风前缘附近;短边迎风时,非高斯区位于靠近背风边缘的旋涡再附区。其次,基于Hermite级数法和改进Hermite级数法,通过参数分析和脉动风压谱拟合,提出非高斯风压时程的峰值因子简化计算方法——三参数Hermite级数法。最后,分别通过风压时程中的瞬时极值和风压时程的频数分布直方图验证了Hermite级数法、改进Hermite级数法和三参数Hermite级数法的有效性与准确性。结果表明,与风压时程中瞬时极值所对应的峰值因子相比,Hermite级数法的计算结果则偏于保守,三参数Hermite级数法、改进Hermite级数法的计算结果与其偏差率均小于10%。此外,三参数Hermite级数法和改进Hermite级数法所给出的概率密度曲线基本重合,且与实际风压时程频数分布直方图的贴合程度较优,能够较为准确地反映实际风压时程的概率密度分布。
一般大气环境下低剪跨比RC框架梁抗震性能试验研究
郑山锁, 左河山, 刘巍, 黄鹰歌, 周京良, 郑捷
2017, 34(7): 186-194. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.03.0148
摘要:
为研究一般大气环境下受酸雨侵蚀RC框架梁的抗震性能,在人工气候模拟实验室对7个剪跨比为2.5的RC框架梁试件进行人工模拟酸雨环境(PH=3.0)加速侵蚀试验,随后对其进行拟静力试验,得到不同钢筋锈蚀程度和配箍率下框架梁抗震性能的衰减规律。结果表明:酸雨侵蚀初期,酸化深度较小时,钢筋尚未锈蚀,试件的承载力、刚度、延性和耗能能力略有增加;酸雨侵蚀后期,酸化深度接近钢筋表面时,钢筋开始锈蚀,且锈蚀程度随酸化深度的增大不断加重;随钢筋锈蚀率的增大,试件的强度、刚度、延性和耗能能力均发生不同程度的退化,表现为构件的承载力和变形能力下降;锈蚀程度相近时,随着配箍率的减小,试件的承载力和刚度不断减小,延性和变形恢复力也逐渐降低,抗震能力变弱。
含裂纹混凝土的三维渗透性分析
钱鹏, 徐千军
2017, 34(7): 195-202. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0114
摘要:
该文假设含裂纹的混凝土材料是由孔隙基体和裂纹组成的二相复合材料,基于相互作用直推法(IDD)给出了三维周期裂纹渗透性的表达式。基于单元嵌入技术和弹性比拟的数值模拟新方法,解决了三维细观连续有限元实体模型的建模和网格划分问题,实现了含混凝土裂纹的三维渗透模拟。假设裂纹为圆盘状,引入周期性的概念并提出三维周期裂纹结构模型,分析裂纹直径、裂纹周期、裂纹倾角和裂纹间距等因素对整体等效渗透性能的影响。将得到的数值解和IDD理论解进行对比分析,结果表明:在裂纹密度较低时,数值解和理论解吻合得很好,但随着裂纹密度的增大,二者之间的误差逐渐增大;当裂纹趋于连通时,IDD解低估了裂纹之间的近场相互作用而偏离数值解;裂纹接近连通时,整体等效渗透率与裂纹密度呈对数关系,可用渐进对数表达式准确描述。
基础刚度对高层建筑抗震性能影响研究
范重, 刘涛, 陈巍, 杨开
2017, 34(7): 203-213. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.08.0650
摘要:
该文建立了可以同时考虑基础刚度与地下室周边土体约束影响的结构分析模型,给出了确定单桩竖向刚度的原则与计算周边土体弹簧刚度的方法。通过对21层、32层和43层剪力墙结构在7条地震波作用下的时程分析,考察基础刚度和地下室周边土体弹簧刚度对结构抗震性能的影响。计算结果表明,考虑基础刚度后,结构自振周期加长,层间位移角增大,楼层水平剪力与倾覆力矩略有减小,地下室外墙土体反力显著增大,桩顶反力变化幅度减小。对于矩形平面的建筑,考虑基础刚度对短边方向的影响远大于对长边方向的影响。随着建筑高度与高宽比增加,考虑基础刚度引起的各种结构效应随之增大。由于高层建筑的高宽比大,侧向刚度起控制作用,基础刚度对结构抗震性能的影响值得高度关注。
机械工程学科
基于区间与概率的星载网状天线展开可靠性分析
刘帅杰, 段宝岩, 张逸群
2017, 34(7): 214-223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0082
摘要:
针对大型星载网状天线展开过程的特点,该文采用区间与概率混合可靠性分析方法对星载网状天线的展开过程可靠性进行了分析和评估。首先,建立了星载网状天线的展开失效树模型,并对失效树模型中各底事件进行了归类;其次,将关键底事件中所涉及到的不确定量视其特点描述为随机变量或区间变量,并利用混合可靠性模型分析方法获得了相应底事件的失效概率;再者,制作了2 m口径试验天线与典型试验展开机构样件,通过试验获得了天线展开过程中伸缩杆滑动的失效概率,进而得到了星载网状天线总的展开失效概率和展开可靠度;最后,对基本底事件进行了重要度分析,找出了可能导致星载网状天线展开失效的薄弱环节。
Q345R钢多个过载作用下疲劳裂纹扩展行为研究
关鹏涛, 闾川阳, 唐夏焘, 朱建伟, 丁振宇, 高增梁
2017, 34(7): 224-231,240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0113
摘要:
单一过载使得疲劳裂纹扩展速率减缓,可以提高疲劳寿命,但对于多个过载作用下疲劳裂纹扩展仍未明确,有待于进一步研究。针对Q345R标准紧凑拉伸试样,在常幅循环加载条件下引入多个拉伸过载,研究多个过载作用对疲劳裂纹扩展行为的影响。研究结果表明:在保持应力比、过载位置和过载比不变的情况下,随着过载间距增加,迟滞效应先增加后减小;过载间距循环数是单一过载迟滞循环数的一半时,da/dNmin达到最小,迟滞效应最明显。采用含有过载交互作用参数ØI的修正Wheeler模型对不同的过载间距疲劳裂纹扩展行为试验结果进行预测,预测的结果与试验结果能够很好的吻合。
其他工程学科
充气薄膜对开敞空间气体爆炸试验的影响分析
鲍麒, 方秦, 张亚栋, 杨石刚, 陈力, 李展
2017, 34(7): 232-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.02.0091
摘要:
为分析充气薄膜对开敞空间中可燃气体爆炸试验结果的影响,该文基于10 m半径的半球形氢气/空气混合气体的爆燃试验,采用AutoReaGas分析软件,建立精细化有限体积分析模型。计算结果与试验结果的对比分析表明,该文建立的有限体积模型能够较为真实地反映充气薄膜对气体爆燃过程的影响;试验中薄膜的破裂超压约为0.5 kPa~3 kPa。进一步分析了充气薄膜对1 m3、8 m3、125 m3和1000 m3的氢气/空气、乙炔/空气和甲烷/空气混合气体爆燃超压的影响。结果表明,充气薄膜对爆燃超压的影响随着气体体积、燃烧速度和传播距离的增加而减弱,并据此给出了不同气体爆炸试验中充气薄膜选择的建议。
侧喷孔分布对多股燃气射流在充液室中扩展特性的影响
赵嘉俊, 余永刚
2017, 34(7): 241-248. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0074
摘要:
该文对火药燃烧形成的多股高压燃气射流从模拟弹头头部喷入柱形充液室的过程进行了数值研究。采用雷诺平均N-S方程结合可实现k-ε湍流模型来描述单个中心泰勒空腔和多个侧面泰勒空腔在受限液体环境中的扩展过程,同时分析了侧面喷孔个数对燃气扩展的影响。数值结果表明,减少侧面喷孔的个数,泰勒空腔的剖面形状并未发生明显变化,相邻侧面泰勒空腔的汇聚过程变慢,泰勒空腔充满充液室的时间增加。侧面喷孔的个数减少,泰勒空腔内部的静压趋于稳定,流场内径向截面的平均总压降低。
导管架平台圆形管柱撞击力的估算方法研究
姜超, 胡志强, 刘昆, 王晋
2017, 34(7): 249-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0027
摘要:
导管架平台遭受船舶撞击的事故,将造成严重的经济损失和环境污染。在结构设计中应当对平台圆形管柱结构的抗撞性能予以足够重视。在结构设计时,通过解析计算方法预报圆形管柱结构的抗撞性能,可以显著提高结构设计效率。在圆形管柱碰撞损伤机理研究的基础上,考虑圆形管柱遭受撞击时的整体弯曲变形,提出了一套预报圆形管柱抗撞性的解析计算方法;利用该方法,对圆形管柱结构遭受船舶侧向撞击场景下的管柱结构损伤、结构变形阻力,开展解析计算分析和预报。研究中采用落锤撞击圆形管柱试验,以及数值仿真方法,验证该解析计算方法的准确性,提高其在导管架平台结构设计中的适用性。