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2019年  第36卷  第12期

基本方法
一种修正的切比雪夫积分公式
钟宏志, 盛韵心
2019, 36(12): 1-6. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0712
摘要:
数值积分是一种重要的数值计算工具。基于切比雪夫等权系数积分公式,引入区间端部积分点,提出了一种修正的切比雪夫数值积分公式,突破了因实数节点切比雪夫等权系数积分公式阶数不超过9而在实际应用中受到的限制,也因增加了端点使其能够运用于弱形式求积元分析。经过在积分计算和梁杆的线性与非线性问题弱形式求积元分析中的应用,并与求解问题的精确解及采用洛巴托积分的结果进行对比,证明了所提出的修正的切比雪夫积分公式的准确性和有效性。
二阶非线性常微分方程边值问题有限元p型超收敛计算
叶康生, 邱廷柱
2019, 36(12): 7-14. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0005
摘要:
该文提出二阶非线性常微分方程边值问题有限元求解的p型超收敛算法。该法基于有限元解答中结点解的超收敛特性,以单元端部的有限元解作为单元边界条件,通过泰勒展开技术在单个单元上建立了单元解近似满足的线性常微分方程边值问题,对该局部线性边值问题采用单个高次元进行有限元求解获得该单元上的超收敛解,对每个单元实施上述过程可获得全域的超收敛解。该法为后处理法,且后处理计算仅在单个单元上进行,通过很少量的计算即能显著提高解答的精度和收敛阶。数值结果显示,该法高效、可靠,是一个颇具潜力的方法。
随从力作用轴向运动叠层板的亚谐波共振
张晓宇, 胡宇达
2019, 36(12): 15-23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0021
摘要:
研究随从力作用轴向运动正交各向异性叠层板的亚谐波共振问题。基于给出的叠层板动能、势能、中面应变势能、轴向拉力引起的应变势能以及外力虚功,通过哈密顿原理导出叠层板的非线性振动方程。将非线性振动方程运用伽辽金积分法离散并进行无量纲化,推得关于时间变量的非线性振动微分方程组。应用多尺度法求解非线性方程组,分别得到前三阶模态稳态运动下1/3亚谐波共振幅频响应方程。最后通过算例分析,得到了振幅-调谐值特性变化曲线图、振幅-速度特性变化曲线图、振幅-激励幅值特性变化曲线图和激发共振双值解临界点曲线图。结果表明,共振幅值均是双值解,不同阶共振振幅有明显区别。
土木工程学科
钢材高温材性模型对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响研究
冯程远, 李国强, 蒋彬辉
2019, 36(12): 24-36,78. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0678
摘要:
“9·11”事件发生后,火灾下钢结构倒塌研究得到了世界各国学者的广泛关注。钢材的物理、力学性能在高温下会显著降低,从而钢结构极易发生倒塌。因此,该文基于平面钢框架在单柱受火条件下的倒塌试验,应用大型商业有限元软件ABAQUS的显式动力分析模块,并采用梁单元对试验进行数值模拟,重点研究了钢材高温材性模型对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响,提出了适用于火灾下钢框架结构倒塌模拟的钢材高温应力-应变本构模型和热膨胀系数模型的建议。该文列举了常用的三种高温应力-应变本构模型,同时考虑应变率效应的影响,通过模拟结果与试验结果的差异对比,分析了各个模型应用于火灾下钢框架结构倒塌模拟的有效性。理想高温应力-应变本构模型,会导致临界温度与失效模式模拟不准确,应用存在一定局限性;EC3高温应力-应变本构模型可较为准确地模拟准静态失效模式,但对于动力失效模式的模拟存在一定局限性;因此,对于准静态失效模式倒塌模拟,建议采用EC3或改进的EC3高温应力-应变本构模型;对于动力失效模式的倒塌模拟,建议采用改进的EC3高温应力-应变本构模型,并采用应变率效应增大系数(DIF)的方法以考虑应变率效应的影响。此外,通过四种钢材热膨胀系数模型的对比,进一步研究了钢材“相位变换”现象对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响。结果表明,虽然欧洲规范EC3给出了精细的热膨胀系数模型,但采用GB 51249取值的计算结果与试验符合更好,建议采用中国规范GB 51249的相关规定。
基于FEM-SBFEM的坝-库水动力耦合简化分析方法
许贺, 邹德高, 孔宪京
2019, 36(12): 37-43. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0716
摘要:
在坝-库水动力流固耦合分析中,比例边界有限元方法(SBFEM)仅需对流固交界面进行离散,就可以模拟半无限域库水,节省了节点自由度个数,具有较高效率。但采用数值方法处理动水压力时得到的附加质量阵为满阵,进行大规模的面板坝弹塑性动力分析时用于求解方程的时间较多。该文根据动水压力附加质量阵的物理意义与分布特点,提出了一种基于FEM-SBFEM的坝与库水的动力耦合简化计算方法,仅需提供一个保留系数β(0 ≤ β ≤ 1.0)即可实现不同程度的动水压力附加质量阵化简,简单易行;将其应用在面板坝与库水的动力弹塑性耦合计算中,建议了β的取值范围,在保证具有良好精度的前提下大幅提高了计算效率。
基于等效纯弯曲梁的混凝土双K断裂参数研究
胡少伟, 尹阳阳, 范冰, 张润
2019, 36(12): 44-51. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0718
摘要:
因四点弯曲梁跨中裂缝截面附近处于纯弯段,故其从理论上更符合Ι型断裂模式。基于此,该文通过开展跨中带缝的四点弯曲梁试验,将荷载作用下的四点弯曲梁纯弯曲段等效为纯弯曲梁,基于线性叠加原理给出了计算混凝土四点弯曲梁双K断裂参数的计算公式,并研究了不同初始缝高比(0.2、0.3、0.4、0.5及0.6)对四点弯曲梁双K断裂参数的影响,结果表明:随着初始缝高比的增大,试件起裂荷载Pini,最大荷载Pmax及相对临界有效裂缝扩展长度(ac-a0)/H均逐渐减小;起裂断裂韧度KICini和失稳断裂韧度KICun基本保持不变。可见,四点弯曲梁可以用于研究混凝土的双K断裂参数。
钢管混凝土单圆管拱模型重力失真影响振动台试验研究
黄福云, 龙腾飞, 杨芳芳, 董锐
2019, 36(12): 52-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0480
摘要:
为了研究重力失真对振动台试验相似模型地震响应的影响,基于人工质量的混合模型相似理论,以缩尺比为1:10的钢管混凝土单圆管拱结构为试验模型,通过设置5种不同人工质量为重力失真度参数,采用5种不同时间压缩比的地震波及人工波,进行了纵向、横向地震模拟振动台试验。试验结果表明:重力失真对拱结构模型第一阶频率相似的影响显著,重力失真度越大,模型第一阶频率相似系数试验值和理论值之间的误差也越大;输入波的频率比较小时,重力失真度越小的模型加速度响应越大,加速度峰值时间越延后;重力失真度和输入波的频率比对模型横向(Y向)加速度响应的影响要大于纵向(X向)的影响;通过调整模型配重及输入波的频率比,可减小模型的重力失真对加速度响应的影响。
阶梯地形成层场地的斜入射地震动输入方法
赵密, 孙文达, 高志懂, 黄景琦, 杜修力
2019, 36(12): 62-68. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0574
摘要:
基于黏性边界和地震动斜入射时水平成层场地反应算法,发展了一种阶梯地形成层场地的斜入射地震动输入方法,即两个侧面人工边界处采用各自高度水平成层场地的自由场反应作为输入,底面人工边界处采用入射波场作为输入。由于该方法是近似地震动输入方法,分析了人工边界位置、输入地震动、地震动入射角度、地表斜坡倾角及场地分层特性变化对该方法精度的影响。结果表明,平面SV地震波输入条件下,针对该文研究的各种工况,地表最大位移峰值误差均小于5%,说明提出的斜入射地震动输入方法精度较高,可用于阶梯地形成层场地的地震反应分析。
氯离子侵蚀下低矮RC剪力墙抗震性能试验研究
郑山锁, 周炎, 李强强, 龙立, 董立国, 贺金川
2019, 36(12): 69-78. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0592
摘要:
基于人工气候环境模拟技术,对5榀低矮RC剪力墙试件进行加速腐蚀试验,继而对其进行拟静力加载试验,研究氯离子侵蚀下锈蚀程度对低矮RC剪力墙承载能力、变形能力及剪切变形占总水平位移比等的影响规律。结果表明:在氯离子侵蚀作用下,低矮RC剪力墙沿暗柱纵筋方向的裂缝数量较暗柱箍筋和分布筋多,宽度更宽;当水平分布筋锈蚀率从0%增大到16.56%时,试件承载能力、总体变形能力、延性等方面则均有不同程度的退化,其中承载力削弱了12.6%,延性降低了23.0%,且开裂、屈服和峰值特征点下剪切变形占总水平变形比均逐渐增大,三个特征点平均剪切变形占比从22%提高到36%,破坏时剪切破坏特征愈加明显。该文所得研究成果可为氯离子侵蚀作用下锈蚀低矮RC剪力墙构件的抗震性能研究和含低矮RC剪力墙结构的全寿命周期抗震性能评估提供理论支撑。
窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响研究
刘康, 王少杰, 刘福胜, 费忠宇, 黄兴淮, 倪韦斌
2019, 36(12): 79-89. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0684
摘要:
采用低周往复荷载试验研究窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响,结果表明:窗下墙对自保温暗骨架承重墙的滞回曲线、骨架曲线、刚度及其退化、耗能能力等均存在显著影响;试验墙体失效破坏全过程均呈“共同工作、转化过渡和弱框架工作”三阶段特征,恰与我国抗震设防目标相对应;均系延性破坏,对应延性系数分别为3.034、3.545。理论方面:基于等效弹性板模型,分别根据最大拉应力理论和双剪统一强度理论建立了墙体开裂荷载的计算方法;基于抗剪抵抗机构思想提出刚架斜压杆模型,并利用等效刚度法明晰了斜压杆宽度的确定方法,建立了墙体极限荷载计算方法;与实测值的对比表明,所建立的计算方法精度较高。最后,以建立的理论方法为基础,定量评价了窗下墙对墙体抗震承载力的直接和间接作用。研究结果可为带门窗洞口的自保温暗骨架承重墙抗震承载力计算提供方法。
基-填界面开挖台阶对顺坡填筑高边坡稳定性影响研究
吴志轩, 张大峰, 孔郁斐, 杨军, 宋二祥
2019, 36(12): 90-97. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0686
摘要:
高填方边坡在山区机场和水利工程建设中大量存在,在基岩和填土界面处开挖台阶可以提高边坡安全性。通过Bishop方法和有限元方法,分别研究了在基-填界面上开挖台阶对提高无限长和有限长高填方边坡稳定性的贡献和机理。并以某西南山区高填方工程为例,分析考虑暴雨、地震情况下,开挖台阶对边坡稳定性的影响。开挖台阶是否能显著提高边坡稳定性需考虑台阶形状和基-填界面的相对强度(界面折减系数)的影响。当基岩强度较高且界面折减系数较小时,台阶开挖有利于提高稳定性;反之,界面折减系数越接近于1,台阶的作用越微弱。台阶位于坡脚时有利于增加边坡稳定性。暴雨与地震会使滑裂面加深,开挖台阶对稳定性影响趋势不变。
钢筋粘结滑移弯矩-转角计算模型
熊能, 顾冬生
2019, 36(12): 98-105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0696
摘要:
纵筋在梁-柱或基础-柱界面处滑移将使侧向变形出现显著的增加。该文在现有二折线型钢筋粘结滑移弯矩-转角骨架曲线基础上,提出了屈服点以及破坏点滑移转角计算方法,可以用于预测滑移造成的侧向变形。根据与相互独立的五批共24个圆柱试验结果对比,其计算结果具有较高的精度。在OpenSees软件中用基于力的纤维单元与粘结滑移弯矩-转角模型,对不同圆柱低周反复试验进行数值模拟,发现该模型计算结果与试验结果吻合很好。进一步,对圆柱在地震波作用下的振动台试验进行时程分析,柱顶位移和柱底滑移变形都能得到很好的预测。进行参数分析,结果表明极限点滑移量在总变形中的占比约为30%~40%,该占比随轴压比增加而减小,随体积配箍率减小而减小。
装配式干式连接剪力墙结构中楼板性能试验研究
苏宇坤, 沈绍冬, 龚润华, 王海深, 潘鹏
2019, 36(12): 106-112,144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0703
摘要:
装配式剪力墙结构中存在大量竖向拼缝,竖向拼缝采用干式连接可减少现场湿作业,提升建筑装配率。竖向拼缝采用干式连接后,由于拼缝宽度较小,拼缝两侧的剪力墙相对变形较大,而楼板在竖向拼缝处通常保持连续,因此在地震作用下,竖向拼缝处楼板局部将受到较强的剪切作用而发生严重破坏。针对上述问题,提出一种带局部加强构造的楼板做法,通过试验研究楼板在干式连接拼缝处的破坏现象和机理,并与现浇剪力墙进行了对比。试验结果表明:对于带竖向拼缝的剪力墙,楼板表现出明显的剪切破坏特征,在无干式连接节点时,楼板局部破坏严重,大震后难以修复;采用干式连接后,墙体的承载力和延性均有提升。由于干式连接节点的贡献,墙肢间相对变形减小,楼板损伤程度较轻,大震后更容易修复。
不锈钢压弯构件整体稳定性能有限元研究与承载力计算方法
宁克洋, 杨璐, 赵梦晗
2019, 36(12): 113-120. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0705
摘要:
该文采用有限元软件ANSYS建立了焊接不锈钢压弯构件有限元模型,并基于试验结果验证了该模型的有效性。采用经验证的有限元模型分析了残余应力和几何初始缺陷对构件整体稳定性能的影响,并在广泛的截面等级、荷载偏心和长细比组合下进行了参数分析以产生足够的数据点。最后,利用有限元分析结果对我国现行《不锈钢结构技术规程》(CECS 410―2015)中的计算方法进行评价,并给出了提高计算精度的改进方法。结果表明:CECS 410―2015中的计算方法对于不锈钢焊接工字形和箱形截面压弯构件整体稳定承载力的预测均偏于保守,改进的计算方法能够更精确地预测不锈钢焊接工字形和箱形截面压弯构件的整体稳定承载力。
带圆弓形脱空缺陷的钢管混凝土构件在压弯扭复合受力作用下的滞回性能试验研究
张伟杰, 廖飞宇, 李威
2019, 36(12): 121-133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0713
摘要:
为研究圆弓形脱空缺陷对钢管混凝土试件在压弯扭复合受力作用下抗震性能的影响,进行了16个钢管混凝土试件(包括8个带脱空缺陷试件、6个无脱空试件和2个空钢管对比试件)在恒定轴压力和反复弯扭耦合荷载作用下的滞回试验,主要试验参数为:脱空率、轴压比和弯扭比。基于试验结果,考察了脱空缺陷对钢管混凝土压弯扭试件破坏模态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力和应变发展等的影响,结果表明:圆弓形脱空缺陷对钢管混凝土试件滞回曲线的形状影响不大,但会导致其达到极限荷载后的强化段刚度有所降低。试件的承载力、刚度和耗能能力均随着脱空率的增大而有所降低。变化轴压比对带缺陷试件的力学性能影响并不显著,而随着弯扭比的增大,脱空缺陷对试件极限承载力、刚度和耗能能力的影响有趋于显著的趋势,表明相较于受扭作用,脱空对钢管混凝土受弯性能的影响更为显著。
基于悬吊系统的钢-混凝土组合桥面系试验
李政圜, 樊健生, 马晓伟, 聂鑫
2019, 36(12): 134-144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0722
摘要:
新型抗拔不抗剪T型连接件(T型连接件)能有效改善组合梁负弯矩区混凝土的抗裂性能。为研究悬索桥桥面系受力状态,同时探究T型连接件对组合桥面系力学性能的影响,该文开展了钢-混凝土组合桥面系的悬吊试验研究,并建立了ANSYS有限元模型对试验结果展开分析。构件采用工字型截面,在构件北侧南侧分别设置T型连接件和栓钉。试验中采用悬吊装置将构件吊起,加载方案包括弹性工况、扭转工况及极限工况加载。研究结果表明T型连接件能有效降低混凝土拉应力。在正常使用阶段T型连接件对桥面系刚度影响较小,在屈服荷载后才会因显著的界面滑移导致刚度下降;此外T型连接件也会一定程度降低桥面系扭转刚度。T型连接件的使用会增大钢结构压应力,设计时需注意钢结构的防屈曲设计。为充分释放钢-混凝土界面剪力,T型连接件在设计时塑料泡棉的厚度应满足正常使用阶段界面最大滑移量的要求。此外,试验结果也体现出悬索桥桥面系与连续梁受力状态的差异。该文研究成果能为T型连接件的后续理论分析及工程应用提供支撑,基于悬吊系统的试验方法可为悬索桥试验研究提供借鉴。
深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究
周建, 胡坚, 王浩, 杨新安
2019, 36(12): 145-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0724
摘要:
针对深埋隧洞分步支护时机缺乏可靠的理论研究,借助支护形式为“初衬+锚杆+钢拱架+二衬”的复合式衬砌结构,建立隧洞力学模型,基于Mohr-Coulomb准则,考虑开挖“空间效应”、衬砌时效特性以及支护结构分步施加的时机,推导了隧洞开挖与支护过程中塑性区应力、洞壁位移以及支护压力解析解。通过算例将该文理论成果与数值方法对比分析,验证了该方法的可行性,另外,分析了隧洞支护过程中塑性区应力、洞壁位移、支护压力的变化情况并提出隧洞分步支护的合理支护时机。研究表明:支护结构施加过程中,围岩塑性区的径向应力逐渐加强,切向应力峰区向洞壁转移,塑性区厚度大幅降低,其中,锚杆和钢拱架作用明显;优化初支施加时机后,洞壁最大位移、二衬荷载分担比较算例分别减少27.4%、13.2%,并根据优化结果给出支护结构施加时刻的建议值。研究成果对长期困扰隧道工程界支护结构如何分步支护提供了理论借鉴。
新型带竖向缝隙的矩形钢管排柱剪力墙及其抗侧性能
张倩婧, 张磊, 童根树
2019, 36(12): 153-164. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0727
摘要:
针对传统薄钢板剪力墙以及带竖缝钢板剪力墙存在的问题,提出了一种新型带竖向缝隙的矩形钢管排柱剪力墙。基于机构控制法,设计了新型剪力墙的典型算例,并进行了弹性屈曲、弹塑性抗侧和滞回性能分析。结果表明:新型剪力墙的一阶弹性屈曲均为钢管壁的局部屈曲,且临界荷载远大于弹塑性极限承载力;新型剪力墙具有优异的弹塑性抗侧性能,延性系数可达20以上;弹塑性滞回性能曲线饱满,耗能能力佳。在此基础上,提出了新型剪力墙的弹性抗侧刚度、屈服荷载和极限抗侧承载力等关键性能参数的计算方法,同时对截面宽厚比、连接焊缝的高度等构造措施提出了要求。
带翼缘剪力墙截面曲率分析及延性的计算
王斌, 史庆轩, 蔡文哲
2019, 36(12): 165-176. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0729
摘要:
通过对非对称截面带翼缘剪力墙的弯矩-曲率分析,分别计算了翼缘受拉和翼缘受压方向的截面屈服曲率和极限曲率,分析了轴压比、纵筋配筋率、腹板竖向分布钢筋配筋率、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度、配箍特征值、腹板截面高厚比对截面曲率的影响,并结合受压区高度的变化详细阐述了截面曲率随各影响因素的变化规律。通过对4941个工况下计算结果的回归分析,建立了带翼缘剪力墙截面屈服曲率和极限曲率的简化计算公式,并进一步推导了曲率延性和位移延性的计算公式。通过与试验结果的比对,验证了计算公式的准确性。该文公式不仅将翼缘受拉和翼缘受压状态进行了区分,并择取了影响截面曲率的关键因素,可为带翼缘剪力墙的变形能力计算以及基于位移的抗震设计提供依据。
车桥耦合下钢桥面沥青铺装层动力响应研究
李梦琪, 张锋, 冯德成, 于丽梅
2019, 36(12): 177-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0002
摘要:
为了研究钢桥面沥青铺装层的动力响应,将车辆车体看成刚体并以匀速进行运动,车辆悬架与车轮均视为由弹簧和阻尼器所组成,将桥面沥青铺装层和钢板视为双层连续粘弹性薄板,并以铺装层表面不平度作为系统的附加激励,车辆和桥面铺装层间采用点接触模型,最终建立车辆-沥青铺装层-钢桥耦合动力学模型,进而采用Wilson-θ法求解系统方程组。在此基础上,应用Fortran语言实现模型的计算,并结合现场测试结果验证程序的准确性和可靠性。研究结果表明:对于钢桥面沥青铺装层,移动车辆产生的动力效应显著,随着后轴轴重的增加,铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间的最大剪应力呈线性增加;随着行车速度增加,铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间的最大剪应力上下波动变化,但两者均在60 km/h的行车速度下数值达到最大;桥梁跨径和桥面宽度对铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间最大剪应力的影响较为显著,桥梁跨径的影响尤为明显。
新型连梁剪力墙结构拟静力试验研究
许国山, 童兴, 宁西占, 吴斌
2019, 36(12): 188-197. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0013
摘要:
设计了两个足尺的单层双肢剪力墙试件,其中一个带有传统的钢筋混凝土连梁,另一个连梁中安装有改进的三角钢板阻尼器,通过拟静力试验研究两个试件的屈服破坏模式和抗震性能。研究结果表明:这种新型连梁的耗能能力和变形能力明显优于传统连梁,刚度和强度退化小于传统连梁;新型连梁的变形和耗能都集中在阻尼器中,混凝土连梁基本保持完好,阻尼器能够很好地控制结构的损伤,有利于实现连梁震后的可更换。
侧移曲线对基于位移设计的多层自复位摩擦耗能支撑钢框架抗震性能影响研究
徐龙河, 杨雪飞
2019, 36(12): 198-205. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0014
摘要:
采用直接基于位移的抗震设计方法时需预先确定结构的侧移曲线,但侧移曲线对设计结果和结构抗震性能的影响有待研究,为此该文以自复位摩擦耗能支撑钢框架为例,考虑结构非线性程度和层数,分析了3种典型侧移曲线对结构抗震性能的影响,为该类支撑钢框架结构的侧移曲线选择提供依据。结果表明:侧移曲线对3层支撑框架的基底剪力设计值影响不大,但对6层支撑框架的基底剪力有明显影响;楼层设计位移角随设计侧移曲线变化而变化,最终导致楼层设计刚度差别较大;3层以下低层自复位摩擦耗能支撑钢框架结构的实际侧移表现为线型,设计时建议采用线型侧移曲线,6层左右的多层结构的实际侧移表现为弯曲型,建议采用弯曲型侧移曲线进行设计。
钢套管再生混凝土加固柱抗震性能及影响参数研究
陈庆军, 梁竣杰, 蔡健, 黎哲, 何岸, 左志亮
2019, 36(12): 206-217,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0015
摘要:
通过1个未加固的钢筋混凝土柱和9个钢套管加固钢筋混凝土柱的低周反复加载试验,研究了钢套管加固柱的抗震性能。随后在ABAQUS中,利用经试验校验的纤维梁模型,进行钢套管再生混凝土柱的数值模拟,并对相关影响因素进行参数化分析。结果表明:经钢套管再生混凝土加固后,钢筋混凝土柱的抗震性能显著提升;在所研究的参数范围内,轴压比小于0.58时,加固柱抗侧承载力随轴压比的增大而提高,但轴压比大于0.58时,加固柱抗侧承载力随轴压比的增大显著下降,且损伤发展速度加快;钢套管厚度能提升加固柱的抗震性能,但提升幅度随厚度的增加而减缓;原柱轴压比对加固柱的力学性能和破坏模式有较大影响,且初始压弯组合应力显著降低高轴压比加固柱的压弯承载力;在钢套管的有效约束下,再生混凝土对构件整体承载力的影响不明显,但使得构件的抗震性能有所下降。
自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点足尺试验研究
朱丽华, 潘鑫波, 吉翠茹, 赵城
2019, 36(12): 218-226. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0297
摘要:
为了减小钢管混凝土柱—钢梁框架结构震后的残余变形,提出了一种腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点型式。介绍了自复位节点的构造,并对其受力性能进行了理论分析。通过3个自复位节点试件的低周反复加载试验,研究节点在循环荷载作用下的自复位和耗能能力。分析了自复位节点可能的破坏模式,钢绞线预应力和摩擦装置螺栓的预紧力对节点受力性能的影响,还分析了钢绞线预应力的变化规律和节点主要部位应变的变化特点。研究结果表明,腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点具有良好的耗能和自复位能力。节点初始刚度、临界开口弯矩和自复位能力随钢绞线预应力的增大而提高。节点耗能能力随腹板摩擦装置螺栓的预紧力的增大而提高。
机械工程学科
基于非接触激振-测振一体化技术的纤维增强复合材料参数辨识研究
李晖, 吴腾飞, 李则霖, 孙伟, 闻邦椿
2019, 36(12): 227-234. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0010
摘要:
该文综合利用了平面声波激励和激光高精度测振的优势,提出了基于非接触激振-测振一体化技术的纤维增强复合材料参数辨识方法。以该类型复合材料薄板为例,建立了其在平面声波激励下的理论模型,并结合经典层合板理论、复模量法、应变能等方法,通过公式推导,实现了时域振动响应的理论求解。在理论结合实测数据的基础上,通过粒子群迭代求解方式,成功辨识获得了CF140碳纤维/环氧树脂材料的各项材料参数。通过与厂家提供的材料参数进行对比,发现该方法不仅在弹性模量、泊松比获取上具有较高的辨识精度,而且还可辨识出的材料在纤维纵向、横向和剪切方向的损耗因子。
其他工程学科
带躯干变刚度双足机器人的周期行走控制
王珊, 周亚丽, 张奇志
2019, 36(12): 235-246. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.12.0714
摘要:
研究了带躯干双足机器人平面稳定行走控制问题。改进传统的弹簧-质点模型,得到带躯干的双足机器人模型,通过控制髋关节施加力矩和改变弹簧腿的刚度,使得系统收敛到期望步态。针对系统模型的非线性和强耦合特征,采用反馈线性化方法将系统的动力学模型转化成线性系统,采用PD控制和P控制对机器人的躯干倾角和髋关节轨迹进行整体控制。在理论分析的基础上,对控制方法进行了数值仿真研究。仿真结果表明:该文采用的反馈线性化和变刚度控制方法可以实现带躯干双足机器人的稳定行走;与基于时间轨迹的控制方法相比,该文基于空间轨迹的控制器对各种外力干扰具有良好的抵抗能力;控制器对躯干的倾角变化具有适应性;当模型不确定时控制器表现出优异的鲁棒性。
复合材料层合板多尺度交互渐进损伤分析
田志强, 李彦斌, 张培伟, 费庆国, 钱意彦
2019, 36(12): 247-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0006
摘要:
纤维增强复合材料强度的准确表征是复合材料力学性能研究的核心问题之一。该文以碳纤维增强树脂基复合材料层合板为研究对象,基于宏观-细观多尺度分析方法,根据复合材料的物理失效模式分别给出了基体和纤维的细观失效准则,同时考虑基体失效对复合材料层合板纤维轴向力学性能的影响。提出了新的刚度退化方式,可准确表征复合材料层合板的损伤演化过程,开展了复合材料层合板四点弯模型的多尺度交互渐进损伤分析和试验验证。结果表明:基于多尺度方法的复合材料层合板宏-细观交互渐进损伤分析结果与试验结果吻合较好,新的刚度退化方式可以准确模拟层合板的失效过程。
总目录
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2019, 36(12): 257-287.
摘要: