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2019年  第36卷  第6期

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综述
地震工程:从抗震、减隔震到可恢复性
周颖, 吴浩, 顾安琪
2019, 36(6): 1-12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.ST09
摘要:
近年我国地震工程研究的发展呈现从抗震、减隔震走向可恢复功能的趋势。地震可恢复功能可定义为:受到地震动输入扰动后,结构、系统、城市具有可恢复功能的能力。对于工程结构而言,地震可恢复功能结构不仅要求结构在地震作用下保护生命,而且要求结构在震后快速恢复,减少对正常使用的影响。该文首先介绍了地震可恢复功能的基本概念,围绕地震可恢复功能结构,从设防目标、规范标准、结构体系、设计方法、性能指标以及工程应用等方面阐述了可恢复功能结构的特点及其与传统抗震结构的区别,最后对可恢复功能结构的未来进行了展望。
基本方法
基于滞变阻尼模型的时域计算方法
孙攀旭, 杨红, 赵雯桐, 王志军
2019, 36(6): 13-20. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0299
摘要:
复阻尼时域运动方程的自由振动解中包含发散项,导致时域数值计算结果不能稳定收敛。在复阻尼模型的频域运动方程基础上可得到滞变阻尼模型的时域运动方程。针对滞变阻尼模型的特点,依据复平面法和地震加速度的三角级数表达式,该文提出了滞变阻尼模型的时域理论计算方法;假定时间步长内结构的振动响应为简谐振动响应,同时借助于常平均加速度法,提出了滞变阻尼模型的时域数值计算方法。算例分析表明,与复阻尼模型的时域数值计算方法相比,滞变阻尼模型的时域理论计算方法和时域数值计算方法可有效避免时域发散现象;滞变阻尼模型的时域理论计算结果和时域数值计算结果与复阻尼模型的频域计算结果近似相等,进一步证明了该文方法的正确性。
Timoshenko梁能量守恒逐步积分算法
杨浩文, 吴斌, 潘天林, 谢金哲
2019, 36(6): 21-28. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0033
摘要:
该文提出了Timoshenko梁非线性动力分析的能量守恒逐步积分算法。采用共旋技术考虑结构的几何非线性,空间离散采用相关插值形式,避免了剪切锁定现象。在时间离散时利用多参数修正方法对等效的节点动力平衡方程进行修正,实现了离散系统在保守荷载作用下的能量守恒。算法具备二阶局部精度,与已有的平均加速度方法和隐式中点方法相比,具有更好的数值稳定性。在二维情形下与Simo方法对比,指出了Simo方法在受保守外弯矩作用时系统能量不守恒。最后,通过三个数值模拟算例验证了算法的性能和能量守恒特性。
未知激励下的无迹卡尔曼滤波新方法
郑翥鹏, 邱昊, 夏丹丹, 雷鹰, 刘德全, 程棋锋
2019, 36(6): 29-35,48. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0270
摘要:
无迹卡尔曼滤波(UKF)是一种识别非线性系统的有效方法,然而传统的UKF方法需要观测外部激励,这限制了UKF的应用范围。迄今为止,国内外对未知激励情况下的UKF方法的研究还非常少。该文在传统UKF的基础上,推导出在未知激励情况下的无迹卡尔曼滤波(UKF-UI)方法的递推公式,通过对观测误差的最小化,利用非线性方程求解,识别未知外部激励,进而识别非线性结构系统状态与结构未知参数。进一步采用融合部分观测的加速度响应及位移响应,消除识别结果的漂移问题。分别通过白噪声和未知地震作用下识别非线性迟滞模型的两个数值算例,考虑观测噪声对非线性系统进行识别,从而验证提出新方法的有效性。结果表明,该文所提出的UKF-UI方法,能够在部分观测结构系统响应的情况下,有效地识别非线性结构参数和未知激励。
土木工程学科
基于分块组合法的多孔板塑性极限状态分析
叶冬晨, 陈以一
2019, 36(6): 36-48. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0145
摘要:
由于装配式建筑和单边螺栓的快速发展,端板连接节点在结构中得到了广泛应用。这类节点承载能力的计算主要是基于塑性铰线理论,该理论依赖于屈服模式的假定。然而对同一节点而言,可能的屈服模式较多,且屈服模式易受到节点尺寸、构造等因素的影响,使其难以适用于不同的节点。因此应用该理论时计算过程繁琐。该文提出了分块组合法,为端板连接受拉区承载能力的计算提供了一种较为便捷、通用的方法。主要思想是将多孔板件(柱壁、端板等)划分成若干块矩形单孔板,分别计算每一块单孔板的屈服承载力,最后组合叠加得到整块板件的屈服承载力。通过该方法计算屈服承载力时,可降低对板件屈服模式的依赖,并且能够得到准确计算结果。板件承载力的计算考虑了开孔板尺寸,边界条件,孔径大小,孔的位置等因素的影响,通过有限元模型和已有的相关试验验证了该方法的准确性与可靠性。
腹板屈曲约束钢连梁抗震性能研究
王宇航, 刘元九, 周绪红
2019, 36(6): 49-59,69. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0461
摘要:
腹板屈曲约束钢连梁通过在钢连梁腹板两侧设置约束板,保证钢连梁在往复剪切荷载作用下腹板剪切屈服后承载力能够持续强化,相比在腹板上设置加劲肋的传统方式,腹板屈曲约束钢连梁的腹板在接近钢材极限剪应变前不会发生面外屈曲,具有优越的耗能能力。通过5个腹板屈曲约束钢连梁的拟静力试验,研究了不同约束方式对钢连梁抗震性能的影响。试验结果表明:所有试件均实现了剪切屈服及承载力强化,破坏模式主要为翼缘、端板焊缝断裂和约束板弯曲破坏。钢连梁的超强系数平均值为1.38,大于《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的最低要求1.1,其中采用50 mm厚的钢筋混凝土约束板和25 mm厚的木板约束板的试件的超强系数超过了1.5。通过建立有限元分析模型进行试验对比验证和参数分析,提出了约束板最小厚度的建议取值,可为实际工程设计提供参考。
足尺空腔式RC框架柱抗震性能试验研究
杨参天, 解琳琳, 李爱群, 陈越
2019, 36(6): 60-69. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0573
摘要:
该文提出了一种角部螺旋箍筋约束的新型空腔式钢筋混凝土框架柱。为了验证上述新型构造的合理性和可靠性,明确该新型空腔式RC柱的抗震性能,设计了3个足尺空腔柱和1个足尺实心柱试件,开展了低周反复荷载下的拟静力试验。对比分析了空腔柱和实心柱的破坏模式、承载能力、变形能力和耗能能力,探究了空腔率和轴力对空腔柱抗震性能的影响规律。结果表明:空腔柱中的螺旋箍筋对混凝土提供了强有效的约束,使得相同轴力作用下的空腔柱延性优于实心柱,同时承载力与实心柱相当;空腔率对空腔柱的破坏模式和抗震性能具有显著影响,低空腔率空腔柱试件和实心柱试件发生了弯曲破坏且延性较好,高空腔率试件发生了弯剪破坏且延性小于低空腔率试件;轴力对空腔柱的破坏模式和抗震性能存在一定影响,低轴力试件延性更好。该文的相关研究成果可为空腔式RC框架柱的进一步发展提供重要参考。
高温下混凝土动态压缩行为细观数值研究
金浏, 郝慧敏, 张仁波, 杜修力
2019, 36(6): 70-78,118. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0041
摘要:
结合混凝土细观非均质性,考虑高温下细观组分力学性能退化效应及率效应的影响,建立了高温作用下混凝土动态压缩破坏行为及应变率效应研究的细观尺度数值分析模型。首先对混凝土热传导行为进行模拟,进而将"结果输出"作为"初始条件"对混凝土动态力学行为进行细观模拟,模拟与已有试验结果的良好吻合验证了数值方法的可行性及准确性。在此基础上,研究了高温加热后混凝土动态单轴压缩破坏行为及细观破坏机制,揭示了高温作用对动态压缩强度放大系数的影响规律。结果表明:高温加热后,混凝土动态冲击破坏集中在力学性能薄弱的加载端;相比于应变率效应,温度退化效应对混凝土力学性能(如强度、割线模量)影响更为显著。
预期损伤部位采用FRC梁柱组合件层间剪力-变形计算模型研究
王英俊, 梁兴文
2019, 36(6): 79-91. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0177
摘要:
通过分析梁柱组合件层间变形与梁端变形、柱端变形和节点核心区剪切变形之间的关系,梁端、柱端弯矩与曲率之间的三折线关系及节点核心区剪力与柱顶剪力之间的关系,提出预期损伤部位采用纤维增强混凝土(FRC)梁柱组合件层间剪力-变形计算模型;以节点核心区剪切破坏为主要破坏模式,分析FRC梁柱组合件在开裂点、屈服点和峰值点处的层间剪力、梁端变形、柱端变形和节点核心区剪切变形及各部分变形引起的层间变形占层间总变形中的比例及变化规律。将模型计算结果与试验结果进行比较,结果表明:提出的层间剪力-变形理论计算模型可较好地反映FRC梁柱组合件在地震作用下的层间剪力-变形关系。
预制装配型钢混凝土梁受剪承载力试验与计算方法研究
杨勇, 薛亦聪, 于云龙
2019, 36(6): 92-100. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0217
摘要:
为了深入研究预制装配型钢混凝土梁的受剪机理并提出可准确预测其受剪承载力的计算公式,该文完成了2个足尺预制装配型钢混凝土梁试件的静力剪切性能试验。通过分析试件的破坏过程、荷载-位移曲线和应变发展规律,对不同剪跨比下试件的破坏形态和承载能力进行了研究。基于变形协调桁架-拱模型和Nakamura模型建立了该种预制装配型钢混凝土梁及普通现浇型钢混凝土梁共同适用的受剪承载力计算模型。通过与75个发生剪切破坏的型钢混凝土梁试验结果对比可得:该文提出的计算方法可较好反映型钢混凝土梁的剪切破坏机理,试验值与计算值吻合良好;规范AISC 360-2010和JGJ 138-2016建议的受剪承载力计算公式较为保守。
基于多链差分进化的贝叶斯有限元模型修正方法
蒋伟, 刘纲
2019, 36(6): 101-108. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0229
摘要:
针对传统贝叶斯算法在高维参数下采样效率低且收敛难的问题,建立了基于多链差分进化算法的贝叶斯有限元模型修正方法。在标准马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法的基础上,引入差分进化算法,通过多条马氏链间的随机差分运算来自适应选择条件分布的大小和方向以快速逼近目标分布;引入子空间采样算法,通过自适应选择优良的参数维度进行采样以提高采样效率;引入异常链检测算法,通过在采样的非平稳期对马氏链进行异常检测与剔除以提高在平稳期的采样效率。简支梁理论模型和实验室4层框架结构的模型修正结果表明:该方法修正精度较高,且具有良好的抗噪性,在高阶频率以及振型下的修正效果均优于DRAM算法,为解决不确定性模型修正中的计算精度提供了一种新手段。
考虑摩擦效应的颗粒阻尼器力学模型研究及参数分析
王宝顺, 闫维明, 何浩祥, 许维炳
2019, 36(6): 109-118. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0248
摘要:
颗粒阻尼具有高度非线性特性且影响因素复杂,在土木工程减振控制的研究和应用处于简单理论探究与实验阶段,尚未形成成熟可靠的理论对实际设计和应用进行指导。在阻尼颗粒未发生堆积时,考虑阻尼颗粒与阻尼器腔体之间的碰撞过程和摩擦效应,构建一种颗粒阻尼器-单自由度结构系统力学模型,并求得该力学模型在简谐激励下位移响应的解析解。该模型能够充分反映颗粒阻尼器的碰撞和非碰撞过程,其相轨迹可以体现颗粒阻尼器的复杂非线性特征。通过单层钢框架在简谐激励下的电磁振台试验对颗粒阻尼器的理论及运动特性进行验证,证明该理论模型的合理性和解析结果的正确性。最后对颗粒阻尼器进行颗粒质量、激振幅值、激振频率和阻尼颗粒运动间隙的参数分析,并与已有冲击阻尼器模型进行对比,结果表明所构建的力学模型能更加合理地评价颗粒阻尼器的减振性能。
装配式自复位耗能支撑恢复力模型与试验验证
徐龙河, 孙雨生, 要世乾, 李忠献
2019, 36(6): 119-127,146. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0249
摘要:
提出一种装配式自复位耗能(ASCED)支撑,该支撑主要由核心杆、外管、摩擦耗能系统和碟簧复位系统组成。对ASCED支撑在低周往复荷载作用下的工作原理及力学性能进行了介绍,基于经典的Bouc-Wen模型建立了ASCED支撑的恢复力模型。设计并加工了一长为1.2 m的ASCED支撑试件,对其进行了拟静力试验,研究了支撑滞回特性、耗能能力、残余变形等性能。结果表明在低周往复荷载下支撑的摩擦耗能系统与碟簧复位系统能有效的共同工作,呈现出饱满的旗形滞回曲线,具有稳定的耗能能力和良好的自复位性能。恢复力模型计算得到的支撑滞回曲线与试验结果吻合较好,残余变形接近,表明所建立的恢复力模型能够准确描述ASCED支撑在低周往复荷载下的滞回特性及自复位性能。
基于显式摩擦摆单元的大规模复杂连体结构非线性时程分析
曹胜涛, 李志山, 刘博
2019, 36(6): 128-137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0259
摘要:
为克服复杂摩擦摆减隔震结构隐式非线性动力分析收敛困难且计算效率低的技术瓶颈;基于经典的摩擦摆力学模型,该文构造了一种2节点12自由度的显式摩擦摆单元,利用修正的向前Euler方法实现了此单元的内力计算;在自主研发的非线性有限元软件中完成开发,通过与SAP2000隐式摩擦摆单元对比,验证了开发内容的正确性。利用自主研发软件对某三塔连体结构进行了整体动力时程分析,研究了结构非线性、连廊支座类型及参数对结构动力响应的影响。
自复位粘弹性腹杆的力学原理与滞回性能研究
卢啸, 吕泉林
2019, 36(6): 138-146. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0265
摘要:
为改善超高层建筑伸臂桁架抗震性能,消除传统斜腹杆屈曲后强度刚度退化明显、耗能不足和残余变形较大等问题,该文设计了一种兼具稳定刚度、耗能和复位功能的自复位粘弹性斜腹杆(SC-VEDM)代替传统型钢腹杆。通过合理的构造措施,将粘弹性材料、预应力筋和型钢组装起来,利用粘弹性材料剪切变形提供耗能能力,预应力筋始终受拉提供复位能力;建立SC-VEDM的理论力学模型,分析不同工作阶段的受力特征,推导其理论恢复力模型;利用通用有限元软件MSC.Marc建立SC-VEDM的精细有限元模型,对其滞回性能进行了模拟预测。结果表明,该文提出的构造措施可行,设计的SC-VEDM具有稳定的刚度、较好的耗能和复位能力。且SC-VEDM的数值模拟结果与理论恢复力模型结果吻合良好,腹杆第一刚度相对偏差为0.4%,受压承载力最大相对偏差约为4.64%,累积滞回耗能最大相对偏差约为10.9%,为后续SC-VEDM的试验和设计方法研究奠定了基础。
内填脱硫石膏砌块墙体的新型装配式钢框架抗震性能研究
杨俊芬, 程锦鹏, 翟伟, 张文喆
2019, 36(6): 147-156. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0267
摘要:
为分析脱硫石膏砌块填充墙体对新型装配式钢框架抗震性能的影响,开展了2榀1/2缩尺的单跨2层装配式钢框架的拟静力试验研究。通过与纯钢框架试件的对比,得到了脱硫石膏砌块填充墙体的破坏模式及其对钢框架抗震性能的影响。结果表明:采用新型装配式节点的钢框架具有良好的抗震性能;脱硫石膏砌块填充墙体不仅显著提高了框架的初始抗侧刚度,而且对框架的延性、耗能均有不同程度的提高。采用数值建模的方法对试验进行模拟,其结果与试验结果吻合良好,并针对试件的轴压比、高跨比和砌块厚度进行变参分析,得出增大试件的轴压比对试件的延性有一定的削弱作用,建议轴压比取值小于0.4;过大或过小的高跨比对结构均不利;改变砌块厚度对结构初始刚度影响较大,但对结构的承载能力影响较小。
高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)连续梁模型在地震荷载下的响应及其敏感性分析
古泉, 张宁, 郑越
2019, 36(6): 157-163,182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0268
摘要:
综述了高延性纤维增强水泥基复合材料(engineered cementitious composite,ECC材料)在拉伸荷载下呈现高延展性等特点,常用于弥补普通混凝土抗拉性能不足的缺点。该文基于现有的ECC本构模型,利用非线性有限元平台OpenSees对已有的算法进行二次开发,利用OpenSees建立ECC连续梁模型,并将模拟结果与试验结果进行了比较分析。该文基于直接微分法(direct differentiation method,DDM),推导实现ECC材料参数的敏感性算法,并将DDM计算结果与有限差分法(finite difference method,FDM)结果进行对比,验证了DDM分析算法的优越性。该文利用连续梁算例,体现敏感性分析的重要性,并将模拟结果进行分析总结。
一种改进型方钢管柱与钢梁连接节点抗震性能研究
牟犇, 王君昌, 崔瑶, 庞力艺, 松尾真太朗
2019, 36(6): 164-174. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0275
摘要:
该文主要讨论了一种改进型方钢管柱与钢梁连接节点的抗震性能。通过对3个试件进行低周反复荷载试验,研究了是否采用T型件和梁截面高度比两个设计参数对节点域剪切承载力和变形能力的影响。在试验基础上,采用MSC.Marc 2012有限元软件进行了数值模拟分析,有限元模型能够较好地模拟试验试件的各项性能。试验和有限元分析结果表明:改进型高低梁柱异型节点试件应力集中主要发生在T型连接件与梁2的焊接处;虽然两种节点各部分的变形分担率十分接近,但改进型高低梁柱异型节点的剪切承载力和耗能能力分别提高了20%和200%。文末提出了T型连接装置的计算模型和设计方法,为今后实际工程应用提供了参考依据。
试论结构工程中的大数据:范式、技术与实例分析
陈隽
2019, 36(6): 175-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0279
摘要:
源自信息科学的大数据思想是当前科学和技术领域的热点话题,大数据技术的推广和应用已经迅速上升到了国家战略的高度,给包括结构工程在内的各个学科带来了新的历史性发展机遇。该文尝试结合大数据概念及其技术特征,着重从研究范式转变的角度,探讨大数据思维和大数据技术应用于结构工程领域所带来的冲击、机遇和挑战,在厘清一些模糊认识的同时,结合第三代结构设计理论的发展讨论了大数据技术可能的应用场景,并以建筑物活荷载研究为例进行了分析。
火灾下钢-混凝土组合梁内力变化的试验研究
张建春, 张大山, 董毓利, 王卫华
2019, 36(6): 183-192,210. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0281
摘要:
实际工程中,钢-混凝土组合梁大多具有轴向约束,从而使得组合梁在大变形时产生悬链线效应来继续承担外部荷载。为研究火灾下钢-混凝土组合梁的悬链线效应产生机制,开展了2块足尺钢-混凝土组合梁的火灾试验,测试组合梁截面内力随受火时间的变化过程。介绍了试件设计、加载方案和测量内容,描述了相关试验现象及破坏特征,得出以下主要结论:升温时,组合梁截面温度梯度分布变化较大且易产生附加弯矩,对组合梁极限承载能力产生不利影响;火灾下组合梁的破坏模式主要表现为梁端负弯矩处形成明显的塑性铰,同时板底钢梁的受拉下翼缘出现整体侧向失稳,这与常见单个钢梁的受压翼缘屈曲而整体失稳的现象相悖;荷载比是影响组合梁抗火性能重要的参数之一;通过实测得到火灾发生时组合梁内力的变化过程,分析出在同等条件下的相同时间内,荷载值越大组合梁悬链线效应越明显。
钢-混凝土预制混合梁变形性能研究
张锡治, 李青正, 章少华, 牛四欣, 段东超
2019, 36(6): 193-201. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0282
摘要:
基于两端固定边界条件下预制混合梁的静力受弯试验,研究了此类预制构件在跨中集中荷载作用下的变形性能。采用奇异函数法建立了预制混合梁的挠曲线计算公式,分析了钢梁与混凝土梁抗弯刚度比、长跨比以及高跨比对变形性能的影响。结果表明:各试件考虑剪切变形影响的挠度计算值与试验值吻合较好,与预制混凝土梁相比,剪切变形对预制混合梁变形性能影响更为显著;由剪切变形引起的附加挠度与总挠度比值随长跨比增加呈线性增长趋势,相同长跨比下其比值随高跨比的增加而增大;建议预制混合梁在高跨比大于1/12时考虑剪切变形的影响。
自复位放大位移型SMA阻尼器优化设计方法研究
黄宙, 李宏男, 付兴
2019, 36(6): 202-210. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0287
摘要:
该文利用形状记忆合金(SMA)的超弹特性提出了一种新型自复位放大位移型SMA阻尼器(re-centeringdeformation-amplified SMA damper,RDASD)。该阻尼器可将位移变形根据实际工程需要进行放大,通过限制放大以后的位移充分发挥SMA材料的耗能能力。首先建立了该阻尼器的恢复力模型,并通过试验进行了验证。基于SMA材料的旗帜型恢复力模型,分析了预变形、超弹性拉伸位移、刚度和长度四个参数对该阻尼器耗能系数的影响规律。为实现最佳耗能和减震控制效果,提出了该阻尼器的设计准则和性能优化方法。最后以某三层钢框架结构为例,分析了有控和无控两种工况下结构在地震动作用下的动力响应,验证了该阻尼器的减震效果。
纵肋与横隔板交叉构造细节穿透型疲劳裂纹扩展特性及其加固方法研究
卜一之, 金通, 李俊, 张清华
2019, 36(6): 211-218. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0288
摘要:
纵肋与横隔板交叉构造细节是正交异性钢桥面板最易发生疲劳开裂的构造细节,通过建立有限元数值模型,采用断裂力学方法,研究栓接角钢加固方式对该处疲劳易损细节穿透型裂纹的加固效果。基于疲劳试验足尺节段模型相对应有限元模型,建立了纵肋与横隔板焊接处穿透型疲劳裂纹模型,针对栓接角钢和纵肋外侧栓接钢板两种加固技术的加固效果进行评估。研究结果表明:钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳裂纹扩展至一定长度后将发展成穿透型裂纹,裂纹面受力复杂,纵肋腹板内外侧疲劳裂纹扩展特性表现的不一样,但是随着裂纹扩展的逐步进行,裂纹尖端的开裂模式均以复合型开裂为主;栓接角钢加固方式主要抑制纵肋与横隔板交叉构造细节易损部位疲劳裂纹的I型开裂,因此能很好地抑制短裂纹的扩展,但对于该细节处以复合形式扩展的穿透型疲劳裂纹的加固效果并不显著;在纵肋外侧栓接半U形钢板的加固方法能有效改善穿透型疲劳裂纹的等效应力强度因子,并且加固之后均保持在裂纹扩展阈值以下,表明该加固方式对穿透型疲劳裂纹有良好加固效果。
连续排水边界条件下线性加载地基一维固结解析解
冯健雪, 陈征, 李勇义, 梅国雄
2019, 36(6): 219-226. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0294
摘要:
基于瞬时加载下的连续排水边界条件,推导出任意荷载连续排水边界条件,建立了任意荷载连续排水边界条件下线性加载一维固结方程。利用有限正弦傅里叶变换,求解出其解析解,通过公式退化和有限元成果对比分析,对该文解答的正确性进行了验证。在不同加载速率和界面参数的条件下,分析了加载速率和界面排水参数对孔压和平均固结度的影响。结果表明:加载速率对固结影响较为显著,加载速率越大,孔压消散越为迅速;当加载速率趋于无穷大时,线性加载退化为瞬时加载;随着界面参数的增大,孔压消散明显,地基固结增快;当界面参数趋于无穷大时,排水边界退化为完全排水边界。工程中,在界面参数或堆载时间确定时,对选择合适的堆载时间或界面参数保证地基稳定性和提高工程效益具有一定参考意义。
高速铁路桥梁竖向变形与轨面几何形态的通用映射解析模型研究
勾红叶, 冉智文, 蒲黔辉, 许会燕
2019, 36(6): 227-238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0295
摘要:
针对高速铁路常用的32 m简支梁桥及CRTS I型板式无砟轨道结构,通过逐层分析无砟轨道层间结构受力状态,建立了桥梁竖向变形与轨面几何形态的通用映射解析模型。通过对比映射解析模型、有限元模型和室内试验在不同桥梁竖向变形模式下的钢轨变形和扣件力的求解结果及试验数据,验证了映射解析模型的准确性和有效性。提出钢轨变形延伸系数的概念用以描述钢轨及梁体变形区域长度与影响钢轨变形的关键参数之间的关系。通过研究关键参数对钢轨变形的影响,提出了控制钢轨变形的措施。研究结果表明:通用映射解析模型可求解由桥梁竖向变形引起的CRTS I型单元板式无砟轨道钢轨变形。当桥梁发生竖向错台时,钢轨的最大变形值极大程度上取决于错台幅值,且在桥梁竖向变形边界上钢轨会出现"上翘"现象。采用竖向刚度较小的扣件可以使得钢轨变形曲线更平缓。
钢筋混凝土梁-板子结构抗连续性倒塌性能研究
钱凯, 李治, 翁运昊, 邓小芳
2019, 36(6): 239-247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0297
摘要:
该文通过试验与有限元模拟研究边柱失效工况下钢筋混凝土(RC)梁-板子结构抗连续倒塌性能。在实验室通过对RC梁-板子结构缩尺模型开展pushdown试验研究梁-板子结构的破坏模态,并进一步讨论了梁-板子结构在倒塌过程中的荷载传递机理和抗力机制。试验结果表明:RC梁-板子结构在倒数第二个边柱失效下可以形成有效的梁机制、压拱机制、悬链线机制以及拉膜机制抵抗倒塌。在小变形阶段,楼板在负弯矩区作为梁翼缘可以显著提升RC梁抗弯承载力(T型梁作用);在大变形阶段,楼板发展拉膜作用早于梁发展悬链线机制。此外,根据有限元软件LSDYNA开展的数值分析结果表明:楼板提升RC框架屈服承载力与极限承载力分别高达65%和61%。
多向动力耦合激励下隔震结构连续倒塌性能分析
杜永峰, 时晨
2019, 36(6): 248-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.11.0616
摘要:
为分析隔震结构在多向动力耦合激励下的连续倒塌动力响应及抗倒塌能力,建立了隔震结构在多向动力耦合激励下的运动方程,对比分析了隔震结构仅考虑竖向不平衡荷载作用与考虑多向动力耦合激励下的倒塌动力响应,基于二次四阶矩可靠度理论建立随机鲁棒性指标,并利用该指标对隔震结构抗倒塌能力进行评判。研究结果表明:隔震结构在多向动力耦合激励下,其倒塌动力响应更大;支座瞬时失效后,结构内力重新分布达到新的平衡所需时间更长;结构抗连续倒塌能力更弱。