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2018年  第35卷  第5期

综述
基于振动响应传递比函数的系统识别研究进展
颜王吉, 王朋朋, 孙倩, 任伟新
2018, 35(5): 1-9,26. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0073
摘要:
与频响函数反映动力系统输入-输出的关系不同,振动响应传递比函数反映的是系统输出-输出之间的关系。振动响应传递比函数可以有效地避免对系统输入的测量,近年来成为系统识别领域重要的分析手段。该文对振动响应传递比函数进行了分类,揭示了传递比函数的特性,并着重阐明了传递比函数与频响函数之间的内在联系。以此为基础,综述了局部传递比(local transmissibility)和传递比矩阵(transmissibility matrix)在结构模态参数识别、损伤识别和模型修正应用中的研究进展。最后,该文指出了基于传递比函数的系统识别存在的问题,并对将来的研究思路作出了展望。
基本方法
基于Kirchhoff板中裂纹尖端辛本征解的有限元应力恢复方法
王珊
2018, 35(5): 10-16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0082
摘要:
对于含穿透裂纹的板结构,裂纹尖端应力场及应力强度因子的计算精度对评估板的安全性具有非常重要的影响。基于含裂纹Kirchhoff板弯曲问题中裂纹尖端场的辛本征解析解,该文提出了一个提高裂纹尖端应力场计算精度的有限元应力恢复方法。首先利用常规有限元程序对含裂纹板弯曲问题进行分析,得到裂纹尖端附近的单元节点位移;然后根据节点位移确定辛本征解中的待定系数,得到裂纹尖端附近应力场的显式表达式。数值结果表明,该方法给出的应力分析精度得到较大提高,并具有良好的数值稳定性。
土木工程学科
实腹式型钢混凝土T形柱抗震性能试验研究
刘祖强, 薛建阳, 韩琛, 杨青峰
2018, 35(5): 17-26. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0211
摘要:
为研究实腹式型钢混凝土T形柱的抗震性能,进行了10个试件的水平加载试验,考虑了加载制度、轴压比和配钢率的影响,观察了试件的受力过程和破坏形态,分析了荷载-位移曲线、侧移角、延性、强度、刚度及耗能等力学性能。结果表明,试件均发生弯曲破坏,但不同加载制度下试件的破坏形态不同;试件的滞回曲线饱满,极限侧移角介于1/36~1/9,位移延性系数介于3.97~12.11,破坏时等效粘滞阻尼系数介于0.319~0.374,体现出良好的变形和耗能能力;随着加载循环次数的增多和轴压比的增大,试件的延性降低,强度衰减和刚度退化加快;随着配钢率的增大,试件的延性提高,强度衰减和刚度退化变缓。
爆炸荷载下钢管混凝土墩柱的动力响应研究
孙珊珊, 赵均海, 贺拴海, 崔莹, 刘岩
2018, 35(5): 27-35,74. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0246
摘要:
设计并制作了3根普通钢管混凝土墩柱和1根复式中空钢管混凝土墩柱,进行了TNT药量分别为3 kg和50 kg的3发4工况静爆试验,获得构件的迎爆面及背爆面的柱面超压分布、残余变形以及最终破坏形态,结合有限元分析,研究了爆炸荷载下钢管混凝土墩柱的动态响应、破坏模态及参数影响。研究表明:50 kg TNT作用下、比例距离为0.14 m/kg1/3时,外径同为273 mm、壁厚为7 mm的普通钢管混凝土墩柱抵抗爆炸荷载的变形能力优于中空钢管内径为50 mm、壁厚为4 mm的复式钢管混凝土墩柱;基于试验结果建立了多物质流固耦合的数值模拟方法,可有效模拟钢管混凝土墩柱在爆炸荷载下的动态响应;钢管混凝土墩柱三种典型破坏形态分别是:低超压峰值-高持时发生弯曲破坏、高超压峰值-低持时发生剪切破坏及介于两种情况之间的弯剪破坏;炸药当量为50 kg,比例距离z>0.3 m/kg1/3时,爆炸荷载下试件柱的残余变形可忽略不计;核心混凝土强度等级的增强以及含钢率的提高,可有效降低柱中点水平残余变形;提高钢管屈服强度,可降低柱中残余变形,当钢材强度等级≥345 MPa时,继续增大屈服强度对提高钢管混凝土墩柱的抗爆性能意义不大。
钢骨约束混凝土的约束机制及其应力-应变模型建立
赵宪忠, 温福平
2018, 35(5): 36-46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0109
摘要:
目前,钢骨混凝土(SRC)柱的试验结果与数值分析结果之间多无法良好吻合;究其原因,在于缺乏对钢骨约束混凝土的约束机制认识及与之相应的钢骨约束混凝土模型的建立。为此,该文在以往钢骨约束混凝土试验基础上,深入研究了带翼缘十字形钢骨对混凝土的约束机制,提出了钢骨对混凝土产生的实际侧向约束应力的简化分布形式,并以此将钢骨约束混凝土划分为钢骨强约束混凝土、钢骨弱约束混凝土和钢骨无约束混凝土。同时,通过计算有效侧向约束应力,确定了各钢骨约束区域可表征钢骨约束作用强弱的混凝土强度提高系数;借鉴经典的Mander模型,通过修正模型关键参数方法以建立各钢骨约束区域混凝土的应力-应变模型。引入该应力-应变模型的有限元分析和试验对比结果表明,该文所提出的钢骨约束混凝土的约束机制和所建立的钢骨约束混凝土应力-应变模型是合理且有效的。
双面叠合混凝土剪力墙平面内和平面外抗震性能研究
薛伟辰, 李亚, 蔡磊, 胡翔
2018, 35(5): 47-53,142. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.ST11
摘要:
双面叠合混凝土剪力墙由两侧预制混凝土板和中间后浇混凝土叠合层组成,具有整体性较好、大量节省模板和支撑、便于工业化生产、经济性好等优点,应用前景广阔。该文开展了剪力墙足尺模型的高轴压比下平面内和低轴压比下平面外低周反复荷载试验,对双面叠合剪力墙的抗震性能进行了研究与探讨。研究表明:双面叠合剪力墙在平面内和平面外低周反复荷载下的破坏形态与现浇剪力墙相同,均发生受弯破坏; 4片剪力墙滞回曲线特征相似,双面叠合剪力墙的耗能性能好于现浇剪力墙;双面叠合剪力墙的平面内承载力比现浇剪力墙高约5%,平面外承载力低约12%;平面内和平面外加载时双面叠合剪力墙均具有良好的延性,其延性系数分别为2.15和3.83,比现浇剪力墙分别高约25%和20%。双面叠合剪力墙基于规范计算值的抗弯及抗剪安全系数均达到1.1以上,双面叠合剪力墙破坏时其水平接缝处的剪力远小于其接缝抗剪承载力设计值。总体而言,双面叠合剪力墙具有良好的抗震性能,可在抗震设防地区推广应用。
高强度钢框架梁柱节点焊接构造的断裂性能试验研究
刘希月, 王元清, 石永久, 谭清华
2018, 35(5): 54-64. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.11.0885
摘要:
为研究高强度钢材焊缝连接在实际节点构造中的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字型焊接接头试件,采用对接熔透焊和角焊缝两种焊缝类型,完成了20个高强度钢材典型焊接构造在单调拉伸和往复加载下的断裂性能试验,研究了高强钢焊接构造断裂机理,探讨了焊缝类型、荷载类型及钢材强度对典型构造细节断裂性能的影响。研究结果表明,焊缝类型对高强钢焊接构造断裂性能有较大影响,拉-卸载作用导致高强钢焊接节点热影响区材料损伤开裂,往复加载幅值越大,高强钢焊接节点的缺陷敏感性越大,越容易发生断裂失效。试验得到对接熔透焊和角焊缝试件在单调拉伸和往复加载下的断裂临界伸长量和临界荷载,为发展高强度钢材节点焊缝区域的断裂分析模型提供依据。
基于配筋率包络指标的冷却塔群塔风致干扰准则
赵林, 展艳艳, 陈旭, 葛耀君
2018, 35(5): 65-74. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.11.0935
摘要:
风荷载条件冷却塔群塔干扰效应为结构设计关键控制因素。为考虑群塔条件绕流形态改变引起的复杂三维风压分布形式及数值大小变化对结构内力及配筋的影响,现行国内外水工行业规范采用单一的群塔比例系数放大无干扰圆柱扰流简化的二维风压分布。为评价其精度、合理性和经济性,该项研究以某超大型冷却塔六塔典型布置为例,基于风洞试验、结构有限元分析和结构设计配筋方案,选择干扰效应表现明显的代表性受扰塔作为研究对象,分析了塔筒不同高度处的平均风压分布规律并与单塔结果作对比;计算了其在16个风向角20种设计荷载组合下的塔筒子午向外侧、子午向内侧、环向外侧、环向内侧理论配筋量并将其包络线与单塔结果作对比,提出基于配筋包络的沿塔筒高度变化的分项群塔比例系数用于工程实践。研究表明:基于水工荷载规范建议的单一群塔系数难于涵盖干扰效应导致的复杂三维风压分布变化,推荐沿塔高变化的分项比例系数可以兼顾结构设计过程的便捷、经济和合理性。
考虑结构损伤的消能减震结构能量设计方法
朱立华, 李钢, 李宏男
2018, 35(5): 75-85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.12.0997
摘要:
与基于承载力和基于位移方法相比,基于能量的抗震设计方法能够更为全面的评估结构抗震性能。该文从能量的角度提出了一种考虑主结构损伤耗能的简化抗震设计方法,将结构滞回耗能设计由阻尼器和主结构共同承担,并据此用等效阻尼比将损伤引入到主结构,通过延性系数建立了结构损伤指数与等效阻尼比之间的关系,给出了阻尼器耗能求解公式及设计流程。该方法无迭代过程,且能在设计之初实现主结构的损伤控制。算例表明,该方法简单、实用,为消能减震结构设计提供了一个新方法。
混合气候地区极值风速分析方法研究
姚博, 全涌, 顾明, 聂铭
2018, 35(5): 86-92. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.12.1000
摘要:
在混合风气候地区,不同类型风气候(如台风、良态风)的极值风速概率分布特性各不相同,如果直接采用单一概率分布模型对混合极值风速进行拟合,往往会造成较大的分析误差。目前常采用将台风和良态风数据分离后分别分析的方法进行极值风速分析,但这种方法在分析良态风时存在难以将台风记录从气象部门长期观测数据中分离出来的问题,在台风蒙特卡罗模拟研究中存在台风参数概率分布信息收集困难的问题。该文基于混合函数构建混合风气候地区极值风速的概率密度函数,采用加权最小二乘法拟合分布函数和权重函数的参数,并对各参数进行优化得到更为精确的计算结果。最后采用蒙特卡罗模拟结果和长期观测数据验证了该文方法的准确性和实用性。
箍筋约束混凝土圆柱轴压破坏尺寸效应行为
金浏, 杜敏, 杜修力, 李振宝
2018, 35(5): 93-101. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0036
摘要:
开展了12组不同尺寸几何相似的箍筋约束混凝土圆柱轴心受压破坏试验,试验的工况参数为:配箍率为1.26%和2.89%;圆柱尺寸(直径)相似比为1∶1.5∶2.25,圆柱最大直径为576 mm;圆柱长细比为3。根据试验结果探讨了箍筋约束作用混凝土圆柱破坏模式及轴压强度尺寸效应的影响规律。基于Bažant尺寸效应律思想,提出了能反映尺寸影响的箍筋约束混凝土圆柱轴压承载力计算理论,与试验结果的良好吻合证明了修正承载力计算理论的合理性。最后,建立了钢筋混凝土柱破坏行为及尺寸效应模拟的3D细观尺度数值分析方法,在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了更大尺寸圆柱的破坏行为。
结构可靠性优化求解的解耦融合策略
袁修开, 朱海燕, 张保强
2018, 35(5): 102-108,117. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0047
摘要:
在工程结构的可靠性优化过程中,求解的效率和精度是优化方法的关键。该文提出一种针对解耦优化的融合策略。所提方法在优化迭代解耦所用的失效概率函数为前几次迭代设计点构建的局部失效概率函数的加权融合形式。在对原可靠性优化问题进行解耦后,结合序列近似优化方法进行迭代求解。相比于常规的仅使用当次局部建立的失效概率函数而言,所提融合策略最大限度利用了各次迭代中产生的信息用于优化解耦求解,能够提高失效概率函数的近似精度,从而间接达到减少迭代次数和计算量的目的。最后给出了屋架和十杆结构的可靠性优化算例,验证该文方法的正确性和可行性。
不同负温条件下冻土导热系数的理论模型和试验验证
夏锦红, 陈之祥, 夏元友, 李顺群
2018, 35(5): 109-117. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0048
摘要:
基于饱和冻土的三相组成和导热系数量纲定义,将冻土简化为由土柱、液态水、冰柱组成的混合物,进而建立了冻土导热系数的几何模型。考虑实际冻土中三相组成的含量随温度变化而不断变化的事实,给出了随温度变化的水柱和冰柱体积计算与演变规律。在此基础上,利用并联体系导热效果的叠加原理,给出了随温度变化的冻土导热系数计算模型。基于热流传递过程中并联与串联同时进行的耦合特性,建立了考虑固-液界面的导热系数计算模型。将预测值与瞬态探针法的实测结果和Johansen法的计算结果对比后发现,该类计算方法能有效模拟不同负温条件下冻土的导热系数,并且具有概念清晰、方法简单等特点。
考虑基坑宽度影响的基坑抗隆起稳定分析
应宏伟, 王小刚, 张金红
2018, 35(5): 118-124. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0054
摘要:
地铁车站、地下管廊建设中狭窄基坑日趋增多,目前深基坑抗隆起稳定性的计算方法主要基于地基承载力模式和绕最下道内支撑或拉锚点的圆弧滑动模式,不能考虑基坑平面尺寸的影响。对不同宽度的深基坑进行数值模拟,得到坑底潜在隆起滑裂面的分布规律,并提出了考虑基坑宽度影响的基坑坑底抗隆起稳定分析模式,基于有限土体的被动土压力研究,修正了狭窄基坑被动侧的被动土压力系数。通过算例分析基坑宽度、支挡墙嵌入深度等对基坑抗隆起稳定的影响。研究表明狭窄基坑抗隆起安全系数更高,砂性土地基基坑宽度效应比淤泥质黏土地基更明显。将该文法应用于工程实例分析,实测数据验证了该文法的合理性。
不锈钢母材及其焊缝金属材料单拉本构关系研究
杨璐, 卫璇, 张有振, 常笑, 蒋庆林
2018, 35(5): 125-130,151. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0055
摘要:
为研究国产双相型S22053和奥氏体S30408不锈钢母材及其焊缝金属材料的单拉本构关系和破坏模式,对4组共12个材性试样进行了单向拉伸试验,并对其破坏截面进行了电镜扫描。基于试验曲线,利用修正的Ramberg-Osgood (R-O)模型对材料本构关系参数进行了拟合,进而对不锈钢母材和焊缝金属的单拉本构关系进行了对比分析。结果表明:不锈钢母材和焊缝金属材料均发生韧性破坏,其本构关系都表现出明显的非线性;焊缝金属材料的屈服强度和极限强度均高于不锈钢母材,而延性低于母材;修正的R-O模型与母材和焊缝金属材料试验曲线吻合良好;在焊缝连接承载力精确分析中,应考虑焊缝金属材料与母材本构关系的差异,分别使用相应的本构关系模型。
冷弯薄壁型钢组合楼盖振动性能及静力挠度研究
管宇, 周绪红, 卫世杰, 石宇
2018, 35(5): 131-142. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0060
摘要:
对冷弯薄壁型钢-压型钢板楼盖和冷弯薄壁型钢—石膏基自流平砂浆组合楼盖足尺模型进行了人行荷载和激励锤冲击下的振动试验以及1 kN集中荷载作用下的静载试验,研究楼面板形式以及钢丝网布置对组合楼盖自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度的影响。研究表明:在压型钢板上浇筑石膏基自流平砂浆会降低组合楼盖的自振频率、阻尼比以及跨中竖向挠度,而在石膏基自流平砂浆中加入钢丝网并不会显著增加楼盖的动力特性以及减小楼盖的竖向挠度。采用ABAQUS有限元软件对试验模型进行模态分析,并对验证后的有限元模型进行了变参数分析,研究表明:增大楼盖梁腹板高度、楼盖梁板厚以及楼盖面板厚度,加强楼盖端部约束会提高冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频、减小楼盖跨中挠度。理论计算时,可将楼盖等效为具有均匀质量和刚度的简支梁模型用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖的基频;推荐使用加拿大木楼盖挠度计算公式用于预测冷弯薄壁型钢组合楼盖在1 kN集中荷载作用下的跨中挠度。
不同时速列车振动荷载下衬砌拱圈振动响应传递规律
田甜, 雷洋, 齐法琳, 黎国清
2018, 35(5): 143-151. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0065
摘要:
通过高速铁路隧道衬砌振动响应的现场试验,发现隧道衬砌拱圈在列车荷载作用下,其振动加速度幅值随车速的增大而增大,且拱圈横向振动与竖向振动呈现不同的传递规律。文中开展理论分析与仿真计算,建立ABAQUS有限元平面模型,采用动力隐式算法对不同车速列车荷载作用下的隧道衬砌拱圈振动响应问题进行了理论分析,得出以下结果:有限元数值计算结果与实测结果基本吻合,可用作对实际测量数据的补充与预测;隧道振动响应随列车速度的增加而呈现增大趋势;不同车速引起的衬砌振动加速度响应传递规律一致;不同车速引起的衬砌竖向振动加速度幅值在拱顶位置较小,且随列车时速增大而变化不明显;衬砌拱顶横向振动明显随列车速度的增大而增大,但不同车速引起的衬砌横向振动在隧道圆心水平位置(即0°与180°)随列车时速变化不明显,且振动幅值较低;拟合了不同时速列车引起的隧道衬砌横向与竖向振动加速度的经验公式。
火灾后型钢混凝土框架结构力学性能试验研究及分析
张超, 薛素铎, 王广勇, 张东明
2018, 35(5): 152-161. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0068
摘要:
考虑受火时间、荷载比等参数的影响,对火灾后型钢混凝土框架结构的破坏形态、变形性能以及剩余承载力等火灾后性能进行了试验研究。试验结果表明:火灾后型钢混凝土框架梁出现3个塑性铰而破坏,梁端弯剪变形明显,剪压区混凝土均出现部分脱落。随着受火时间的增加,型钢混凝土框架的剩余承载力逐渐减小。同时,建立了考虑升降温及火灾后全过程的火灾后型钢混凝土框架力学性能分析模型。计算结果与试验结果对比表明,二者吻合较好。可见,提出的模型是正确的。
经历常温降至-196℃再回温混凝土温度场试验研究
时旭东, 钱磊, 马驰, 李俊林, 汪文强
2018, 35(5): 162-169. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0070
摘要:
通过不同形状和尺寸的混凝土试件经历常温降至-196℃再回温的作用,探讨混凝土内温度在降温和回温过程中的变化规律以及降温回温作用速率、试件的形状和尺寸等对其的影响。结果表明,混凝土内温度在降温回温过程中呈现出显著的滞后性且降温与回温过程存在较大的差异,反映出混凝土在超低温环境下仍具有明显的热惰性,但与高温时不尽相同。混凝土内温度的变化以及与作用温度间的温差受降温回温作用速率和试件尺寸的影响明显且呈现非线性关系。在常温至-196℃温度作用范围最小边长不小于100 mm试件的内外最大温差可达100℃,并且在降温过程中混凝土内温度低于反转温度时,其温度变化速率将达到甚至超过降温作用速率,但混凝土内各处温度变化的回温速率始终低于作用速率。这些试验结果可为(LNG)储罐类混凝土结构设计提供参考。
钢筋混凝土梁抗剪承载力计算的概率模型
余波, 陈冰, 唐睿楷
2018, 35(5): 170-179. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0075
摘要:
传统的钢筋混凝土(RC)梁抗剪承载力模型属于确定性模型,难以有效考虑几何尺寸、材料特性、边界约束条件等因素存在的客观(物理)不确定性和在模型推导过程中存在的主观(模型)不确定性的影响,导致计算结果的离散性较大,计算精度和适用性有限。鉴于此,该文首先结合修正压力场理论和考虑剪跨比影响的临界斜裂缝倾角模型,建立了RC梁的确定性抗剪承载力模型;然后综合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法(MCMC),建立了RC梁抗剪承载力计算的概率模型;最后通过与试验数据和传统确定性计算模型的对比分析,验证了该模型的有效性和适用性。分析结果表明,所建立的概率模型不仅可以合理地描述RC梁抗剪承载力的概率分布特性,而且可以校准传统确定性计算模型的计算精度和置信水平,还可以根据预定的置信水平确定RC梁抗剪承载力的概率特征值,具有良好的计算精度和适用性。
型钢混凝土L形柱空间角节点抗震性能分析
王妮, 陈宗平, 陈宇良
2018, 35(5): 180-192. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0081
摘要:
为研究型钢混凝土L形柱空间角节点的抗震性能,对8个节点试件进行低周反复荷载试验和有限元模拟,二者结果吻合较好。基于此考虑了柱配钢形式、轴压比和加载角度3个变化参数,通过ABAQUS非线性有限元模拟,分析了变化参数对其峰值荷载、耗能和延性的影响规律,并提出可供工程设计参考的建议。研究结果表明,型钢混凝土L形柱空间角节点破坏形态以剪切斜压和弯曲破坏为主,扭转伴随黏结破坏为辅;实腹配钢试件综合抗震性能最好,其峰值荷载较空腹配钢试件提高了10%;随轴压比的增加,不同配钢形式试件的位移延性下降程度不同,实腹配钢试件下降缓慢,建议轴压比限值设计值为0.5;45°加载角度以内,随着加载角度的增加,峰值荷载增加,耗能和延性逐渐降低,45°加载试件与0°平面节点相比,峰值荷载提高了约30%,延性系数降低约10%,最不利加载方向为0°加载。
地震动持时对考虑梁柱节点区不同破坏模式RC框架的地震易损性影响
孙小云, 韩建平, 党育, 周颖
2018, 35(5): 193-203. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0089
摘要:
地震动持时对非弹性结构的累积损伤和破坏有较大影响,但目前抗震分析设计中对地震动持时的规定是不明确的。从美国太平洋地震工程研究中心地震动数据库中选择具有不同持时和加速度峰值的60条地震动记录(PEER)中选取具有不同持时和加速度峰值的60条地震动记录,并划分为长、短持时两组各30条。利用OpenSees分析软件建立了一钢筋混凝土框架-填充墙结构教学楼的三维空间模型。分别以梁柱节点区不考虑非弹性变形、梁柱节点区考虑钢筋黏结滑移、梁柱节点区考虑钢筋黏结滑移和剪切变形三种工况来依次模拟节点区的破坏模式。以此60条地震动记录为输入进行结构的地震易损性分析,得到在五种损伤水平下,对应于不同工况两组持时记录的结构地震易损性曲线,进而评估地震动持时对考虑节点区不同破坏模式结构抗震性能的影响。分析结果表明,相对于短持时地震动记录,长持时地震动记录使结构在相应损伤水平和工况下的超越概率明显提高;同一损伤水平下,按照梁柱节点区不考虑非弹性变形,考虑钢筋黏结滑移,同时考虑钢筋黏结滑移和剪切变形的顺序,长、短持时地震动记录作用下其超越概率均显著提高,且长持时地震动记录对节点区考虑钢筋黏结滑移和剪切变形结构的影响更为明显。
时速400 km/h铁路常用跨度预应力混凝土简支梁竖向基频限值研究
李小珍, 邱晓为, 刘德军, 秦羽
2018, 35(5): 204-213. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0273
摘要:
建立有限元模型,计算常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频,以设计荷载对桥梁的动力效应不小于运营列车对桥梁的动力效应为准则,确定梁体容许动力系数;基于移动荷载模型,得到常用跨度简支箱梁在列车作用下的动力系数;在综合分析桥梁动力响应与列车类型、运营速度、桥梁竖向基频关系的基础上,提出了时速400 km/h常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频限值。研究表明:通过调整车长与桥梁跨度之比可避开基阶振型的共振,有利于行车安全;在车长25 m左右的列车作用下,跨度24 m、32 m和40 m的预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频限值取125/L、155/L和90/L时,可以有效地降低梁体动力响应。
跨越地裂缝框架结构振动台试验及数值模拟研究
熊仲明, 韦俊, 陈轩, 张朝, 程攀
2018, 35(5): 214-222. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0473
摘要:
为研究地震作用下跨地裂缝框架结构的破坏机理和地裂缝场地的动力响应规律,以西安地裂缝f4为背景,根据模型相似关系,对跨越地裂缝框架结构进行了缩尺比为1∶15的振动台模型试验。同时采用有限元软件ABAQUS建立了地裂缝场地土和上部结构共同作用计算模型。通过计算结果与试验结果的对比,表现出较好的一致性,验证了数值模拟分析方法的可行性。分析结果表明:地裂缝场地对土层加速度有放大效应,在靠近地裂缝的上盘处放大作用最为明显;地裂缝场地对框架结构的动力响应有较大影响,且上盘对结构的影响大于下盘;结构的破坏与地震波的类型和强度有关。研究成果为跨越地裂缝结构设计提供了参考。
等腰三角形空间桁架自由扭转理论分析和试验研究
李天, 晁进涛, 樊嘉
2018, 35(5): 223-230,238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0984
摘要:
为研究腹杆对称布置的等腰三角形空间桁架的抗扭性能,以经典的自由扭转理论为基础,根据自由扭转变形的特点对桁架扭转变形关系进行了简化。给出了桁架的扭心位置、弹性抗扭刚度和屈服扭矩的计算方法,并分析了桁架破坏的机理。为验证桁架抗扭性能的计算方法,进行了桁架的扭转试验,试验构件弹性抗扭刚度和屈服扭矩的计算值和试验值的误差均小于10%。运用有限元方法对试验构件和计算方法进行了模拟和验证。结果表明:该文方法的计算值、试验值和有限元分析数值符合良好,该文的研究为等腰三角形空间桁架自由扭转提供了一种实用计算方法。
机械工程学科
静压支承摩擦副变形流热力耦合求解与实验
于晓东, 刘超, 左旭, 张艳芹
2018, 35(5): 231-238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0049
摘要:
摩擦副变形对静压支承摩擦学性能有显著影响,不均匀变形会引起润滑油膜破裂和干摩擦,严重时导致静压支承摩擦失效。针对环形缝隙节流静压支承,运用计算流体动力学、弹性理论和有限元法对静压支承摩擦副变形进行流热力耦合求解,得到了旋转速度和工作台自重对支承摩擦副变形的影响规律和摩擦失效机理。并进行了实验验证,数值模拟结果和实验值吻合较好,验证了数值模拟方法的正确性。研究结果表明:随着旋转工作台转速增加,间隙油膜温度升高,热变形增大。工作台自重产生摩擦副的弹性变形对热变形有均匀化作用,但其挤压效应会加大热变形,造成工作台和底座的变形为内边靠近外部开口的喇叭状。工况继续恶劣,润滑油黏度急剧下降,局部油膜迅速变薄,出现干摩擦润滑,导致静压支承摩擦失效。
轮轨黏着系数对钢轨直裂纹瞬态扩展行为的影响
赵小罡, 赵鑫, 温泽峰, 金学松
2018, 35(5): 239-245. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0090
摘要:
采用ANSYS/LS-DYNA建立了含有钢轨直裂纹的三维显式有限元模型,考虑了高速条件下轮轨间的瞬态滚动接触和裂纹面之间的滑动接触,于时域内分析了轮轨滚滑作用下裂纹面之间的瞬态法、切向接触和裂尖动态应力场强度因子。轮轨接触和裂纹面间的接触,均采用“面-面”接触算法定义,切向接触满足库伦摩擦定律。裂尖应力场强度因子采用虚拟闭合法计算,不考虑裂纹面之间的间隙,即两个裂纹面上的离散节点完全重合。牵引工况的计算结果表明,滚滑状态下的轮轨法、切向接触力不随轮轨黏着系数的增加而变化,但裂纹面间的最大法、切向接触力却随黏着系数的增加而不断减小。车轮滚到裂纹时,钢轨的弯曲变形使得两个裂纹面相互挤压闭合,即KI值为0,而K最大值约为K最大值的8.1倍左右。这意味着钢轨表面的直裂纹,如果可以扩展,其在无横移牵引工况下的扩展应该以Ⅱ型撕裂为主导。随着粘着系数由0.1增至0.5时,无横移牵引工况下K最大值仅增大3.98%,而K最大值反而降低20.8%。
其他工程学科
直立堤上任意方向入射波的波压力研究
王浩霖, 张华昌, 董胜
2018, 35(5): 246-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0020
摘要:
为了研究在不同入射波向时直立堤上的波压力,基于FLOW-3D,该文建立了三维数值波浪水池,并进行了物理模型试验。模型采用推板造波及孔隙消波的方法形成稳定的波浪场,数值模拟结果与试验结果吻合较好。研究表明:墙面测点的波压力与波吸力均随入射角度的增大而增大;墙底各测点浮托力的变化规律较为复杂,合田公式不能准确描述;墙面波压力的分布与合田公式基本相符;墙底浮托力的分布并不是合田公式描述的三角形,而是近似梯形分布;斜向波作用下的墙面波吸力分布图相似于正向入射时的分布。研究结论可为防波堤设计提供参考依据。