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2019年  第36卷  第7期

综述
半刚性节点网壳结构研究进展及关键问题
范峰, 马会环, 马越洋
2019, 36(7): 1-7,29. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.ST05
摘要:
装配式节点通常采用单根或多根螺栓与构件连接,往往具有一定的半刚性特性。但目前,由于对装配式节点认识不足,在装配式网壳结构分析和设计时,通常假定其节点连接为铰接;然而,通过研究发现实际装配式节点具有较好的半刚性性能;为适应实际工程所研发的新型装配式半刚性节点具有刚度更大、更加高效等优点,可应用于更大跨度的单层网壳结构中。半刚性节点网壳结构具有广阔的应用前景,针对半刚性节点及其网壳性能的研究逐渐成为建筑结构领域的热点研究课题之一。该文综述了国内外半刚性节点及半刚性节点单层网壳结构的现有研究成果以及尚需深入研究的主要问题。文献分析表明,目前针对半刚性节点及半刚性节点网壳结构静力性能的研究已取得一定的成果。然而,关于空间半刚性节点在复杂荷载作用下节点抗弯性能、空间半刚性节点耗能性能、适用于更大跨度的新型空间节点研发、半刚性节点网壳结构动力稳定性等方面有必要进行更多更深入的试验和理论研究,以推动半刚性节点单层网壳结构的实际工程应用。
基本方法
自适应有限元线法在二维无穷域问题中的应用
董义义, 邢沁妍, 方楠, 袁驷
2019, 36(7): 8-17. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0351
摘要:
无穷域问题广泛存在于实际工程中,半解析、半离散的数值计算方法—有限元线法(Finite ElementMethod of Lines,简称FEMOL)对其具有较好的适应性。在已有的映射型FEMOL无穷单元理论的基础上,基于单元能量投影(Element Energy Projection,简称EEP)法的自适应FEMOL被应用于二维无穷域问题的求解。用户只需输入稀疏的初始网格和误差限,算法即自动生成优化的FEMOL网格,该网格上常规单元和无穷单元的FEMOL解均按最大模度量满足给定误差限。文中首先介绍二维FEMOL的原理策略、无穷单元的构建,然后概述基于EEP法的自适应FEMOL算法,并讨论其对无穷域问题的适用性,之后对圆柱绕流的Poisson方程问题、带孔无穷大板单向拉伸的弹性力学平面问题、受圆形均布荷载半空间体的三维轴对称问题进行了自适应分析,最终不仅给出了满足误差限的函数(位移)解,也给出了具有优良性态的导数(应力)解,从而为无穷域问题的求解提供了一种高效可靠的新途径。
正交异性膜材大变形行为的有限质点法求解
杨超, 罗尧治, 郑延丰
2019, 36(7): 18-29. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0318
摘要:
建筑薄膜具有正交异性和拉伸非线性的力学特性,其本构关系的表征和大变形行为的描述都较为复杂,具有很强的几何、材料双重非线性特征。有限质点法是一种新颖的结构数值分析方法,它将传统分析力学方法中复杂的函数连续体模型用清晰的离散质点物理模型取代,通过质点的运动描述结构的行为。该文根据途径单元的基本概念直接在质点内力计算过程中引入不同的膜材本构,将有限质点法拓展应用于正交异性薄膜结构的几何与材料非线性大变形分析。为了准确表征膜材力学特性,根据复合材料本构理论分别建立了适用于有限质点法的正交异性膜材的线性与非线性拉伸本构模型,并通过若干算例探讨了该文方法和程序的适用性和正确性。
单层网壳结构弹塑性屈曲分析的离散单元法研究
叶继红, 张梅
2019, 36(7): 30-37,47. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0374
摘要:
该文提出离散元塑性区法,即将任意2个球元的接触截面划分成若干小面积,通过各小面积的应力状态描述整个截面的塑性发展过程,较离散元塑性铰法更精确。该文推导了杆系离散元截面应变增量计算公式,建立了截面在三维应力-应变状态下的结构弹塑性本构方程、加卸载准则、截面内力积分公式以及计算分析流程。离散元弹塑性屈曲分析的追踪策略与弹性屈曲分析完全相同,即仍采用离散元力控制法或位移控制法。采用Fortran语言自编程序对若干单层网壳结构算例进行弹塑性屈曲分析,验证了离散元塑性区法的正确性和适用性,拓宽了离散单元法在工程领域的应用范围,为结构分析提供了新路径。
基于时滞追踪的实时混合试验自适应补偿方法
李宁, 周子豪, 李忠献
2019, 36(7): 38-47. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0355
摘要:
实时子结构试验方法因其高效、适用面广,近20年来受到结构试验领域的重视。虽然近年来硬件技术有所提升,但仍受到一些限制,例如,作动器加载时运动机构和控制回路存在时滞,导致无法准确地施加位移。故实时子结构试验中,如何消除时滞影响成为试验成功与否的关键所在。为了减小和消除实时子结构试验中时滞的不利效应,该文首先根据液压伺服作动系统和Simulink建立了实时子结构试验平台,而后提出了基于时滞追踪的自适应补偿方法,最后采用数值仿真和子结构加载试验进行了验证和参数分析。结果表明:该算法可根据作动系统负载不同对时滞实时自适应地补偿,从而避免迭代试验。该方法不改变原控制器固有算法,也无需对系统时滞参量进行预判定或系统辨识,只需将提出的自适应补偿算法串联接入到系统之中即可,实用性、鲁棒性好。算法对非线性系统导致的时变时滞效应也有理想的补偿效果,通过一个铝合金梁的弯曲测试说明了该算法的正确性,可推广应用于结构实时仿真试验。
土木工程学科
自重对混凝土三点弯曲梁断裂性能的影响
尹阳阳, 胡少伟, 王宇航
2019, 36(7): 48-56,108. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0458
摘要:
自重对三点弯曲梁试件的断裂性能有重要影响,而以往基于三点弯曲梁研究混凝土的断裂性能时,很少考虑自重引起的试件初始裂缝张口位移(CMODini)的影响。为了研究CMODini对三点弯曲梁断裂性能的影响规律,给出了CMODini及考虑CMODini影响的有效裂缝长度(ac)和失稳断裂韧度(KICun)的计算公式,并用不同试件尺寸及不同初始缝高比的三点弯曲梁试验数据进行了对比分析。结果表明:当试件初始缝高比为0.4时,CMODini受试件尺寸影响较小,即使试件尺寸达到2200 mm×550 mm×240 mm时,自重对其CMODiniacKICun的影响均小于5%。CMODini受初始缝高比的影响较大,且随着初始缝高比的增大而增大,对于尺寸为1143 mm×305 mm×76 mm,初始缝高比为0.818的三点弯曲梁试件,自重对其CMODini、ac及KICun的影响分别为24.26%、1.73%和17.31%。可见,当三点弯曲梁试件尺寸及初始缝高比均较大时应该考虑自重引起的CMODini的影响。
钛-钢复合钢材力学性能及本构模型研究
班慧勇, 白日升, 刘明, 李文斌, 白音
2019, 36(7): 57-66. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0343
摘要:
为系统研究钛-钢复合钢材的力学性能,对2 mm~12 mm厚TA2+Q235B钛-钢复合钢材进行了系列试验研究,包括拉伸、剪切、粘结、弯曲、冲击韧性、硬度等试验,其中拉伸试件设计考虑了复合比的影响。基于试验结果,得到了该类钛-钢复合钢材的基本力学性能指标,并重点对其单调拉伸荷载下的力学性能进行了分析研究。试验结果表明:钛-钢复合钢材的应力-应变曲线特征及典型力学性能指标与复合比的大小直接相关;随着复合比的增大,屈服平台逐渐消失,弹性模量逐渐减小,屈服强度和断后伸长率逐渐升高,但抗拉强度的变化并不明显,这与钛TA2和Q235B低碳钢本身的力学性能有关。基于拉伸试验数据和有限元数值计算结果,提出了钛-钢复合钢材的力学指标计算方法,建立了其本构模型。此外,剪切和粘结试验得到的复合界面强度尽管较低,但对拉伸力学性能影响十分有限;同时,该类复合钢材的受弯和冲击性能良好,硬度结果呈现两侧高、中间界面层低的情况。研究结果可为钛-钢复合钢材在结构工程领域的研究和应用提供基础参考和材料本构模型,并有利于促进其工程应用。
平缀管式钢管混凝土格构柱拟动力试验研究
袁辉辉, 吴庆雄, 陈宝春, 蔡慧雄
2019, 36(7): 67-78. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.0388
摘要:
在平缀管式钢管混凝土格构柱拟静力试验研究的基础上,进行了2个1∶8缩尺模型的拟动力试验,分别采用2008年汶川大地震和1995年日本阪神大地震的地震动时程记录作为输入地震波,研究在不同强度地震和主余震作用下此类结构的变形、强度、刚度、耗能等抗震性能。研究结果表明:平缀管式钢管混凝土格构柱具有良好的抗震性能,在8度多遇、基本、罕遇、极罕遇地震作用下,结构处于弹性工作状态;在9度罕遇地震作用下,钢管混凝土柱肢发生屈服,结构进入弹塑性工作状态;随着地震动峰值加速度的增加,柱底钢管应变急剧增加,柱顶最大响应位移非线性增长;直至试验加载结束,柱肢底部塑性铰区域未形成屈服环,结构无明显破坏。主余震作用加剧了结构的累积损伤,结构的刚度退化现象比较明显,在经历1次9度罕遇主震和2次同等强度的余震作用后,结构弹性阶段刚度相比初始弹性刚度减小约50.0%,最大位移增大约41%。通过钢管混凝土格构柱在各地震工况下的强度与变形的验算,进一步表明此类结构具有足够的强度储备和良好的变形能力,在经历多次强震后仍能保持一定的承载能力,在我国高烈度地区的桥梁工程中具有极大的应用前景。
内置角钢改进夹心节点抗震性能研究与抗剪承载力计算
侯立群, 闫维明, 陈适才, 陆新征
2019, 36(7): 79-88. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0319
摘要:
梁柱采用不同强度混凝土的节点核心区通常采用同柱等强的高强度混凝土浇筑(传统节点),而采用同梁等强的低强度混凝土浇筑(夹心节点)可简化施工过程,但同时降低了节点的抗震性能。为研究内置角钢改进夹心节点的可行性,通过一个空间夹心节点和一个内置角钢空间夹心节点试件进行双向等幅低周往复试验研究,对比分析了破坏模式、延性、耗能、刚度、应变和抗剪承载力等方面的差异。结果表明:采取改进和不采取改进措施节点破坏模式均以梁端屈服后的节点破坏为主,但采取改进措施的试件延性和抗剪承载力明显提高,耗能能力、刚度退化和变形能力有一定改善,表明改进措施改善了节点的抗震性能。最后在此基础上,给出了与该文和其他文献试验结果吻合较好的采取或者不采取改进措施夹心节点抗剪承载力计算公式。
基于地震碰撞易损性的相邻结构临界间距研究
吴巧云, 王涛, 魏敏, 朱宏平
2019, 36(7): 89-98. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0464
摘要:
提出了一种基于近似解析的地震碰撞易损性确定相邻结构临界间距的方法。首先根据基于性能的抗震设计理论,将碰撞事件表示为单势垒首次超限可靠度问题;其次,通过随机振动理论得到不同地震动强度下结构体系的条件失效概率;然后,结合相邻结构的地震碰撞易损性,将临界间距的计算表述为逆可靠性问题,求出在结构设计使用年限内,某一具体目标碰撞概率所对应的临界间距值,通过蒙特卡洛数值模拟方法进行的相关验证,证实了上述理论的适用性与有效性。
支主管夹角对X形圆钢管节点平面外受弯性能影响
赵必大, 蔡扬政, 王伟
2019, 36(7): 99-108. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.0285
摘要:
应用于单层网壳结构的X形圆钢管相贯节点往往具有支主管平面内非正交、平面外夹角的几何特征。为了研究支主管平面内、平面外夹角对节点平面外受弯性能的影响,进行了支主管平面内夹角不同的两个X形节点试件的平面外受弯滞回性能试验、以及理论研究和有限元分析。研究结果表明:两个节点均表现出较好的抗震性能和变形能力,节点主要依赖主管管壁的塑性变形以及开裂后裂缝扩展来耗能;支主管平面内夹角较小时,节点域主管管壁的塑性发展更加缓慢、均匀,节点具有更高的承载力和抗震性能;支主管平面外夹角导致节点平面外抗弯弹性刚度和反向抗弯承载力降低、但增强了节点的正向抗弯承载力。
基于多元EMD-AM/FM分解的多点非平稳雷暴风速模拟
宋淳宸, 苏延文, 黄国庆, 刘瑞莉, 杨成
2019, 36(7): 109-115,125. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0148
摘要:
雷暴风对建筑物和输电线塔等结构具有很大的破坏性。为了准确估算结构的动力响应,获得可靠的风速样本至关重要。该文结合多元经验模态分解(MEMD),调频函数/调幅函数(AM/FM)分解和本征正交分解(POD)建立了基于时频分析的非平稳多点风速的模拟方法。第一,采用MEMD分解多点风速,产生固有模态函数;第二,采用AM/FM分解计算各点的固有模态函数的瞬时频率和瞬时幅值;第三,利用POD对瞬时频率解耦;第四,将瞬时幅值和解耦后的瞬时频率用于重构多点非平稳风速。实测多点雷暴风的模拟结果表明: MEMD-AM/FM分解-POD方法能满意地模拟多点非平稳雷暴风速。
高延性混凝土加固震损砌体结构振动台试验研究
邓明科, 董志芳, 杨铄, 王露, 周铁钢
2019, 36(7): 116-125. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0185
摘要:
为研究高延性混凝土(HDC)面层加固震损砌体结构的抗震性能,该文对一栋缩尺比为1∶2的两层村镇砖砌体房屋模型依次在未加固、采用钢筋网水泥砂浆和高延性混凝土加固三种情况下进行振动台试验,分析了HDC加固震损砌体结构的动力特性、加速度反应、位移反应、扭转效应和破坏形态。试验结果表明:采用HDC面层加固法可以显著提高震损砌体结构的耐损伤能力、变形能力和整体刚度,延缓结构刚度退化,有效传递水平剪力;采用HDC面层加固能有效抵抗结构因质量中心和刚度中心不重合引起的扭转效应;采用HDC面层加固震损砌体结构,其抗震性能明显优于钢筋网水泥砂浆面层加固,可大幅减轻砌体结构在8度及以上地震动下的损伤。
纤维增韧轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究
魏慧, 吴涛, 杨雪, 刘喜
2019, 36(7): 126-135,173. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0191
摘要:
为探究纤维增韧后轻骨料混凝土应力-应变全曲线,完成了不同混凝土强度等级、纤维种类及掺量下的9组棱柱体单轴受压试验,分析了破坏过程和破坏特征,系统研究了各因素对峰值应力、峰值应变和弹性模量的影响,并结合已有研究给出了各曲线特征点计算模型,考虑纤维轻骨料混凝土自身特征,建立了分段式纤维轻骨料混凝土应力-应变全曲线模型。研究表明:轻骨料混凝土破坏特征与普通混凝土显著不同,掺入纤维有效抑制了其内部微裂缝的开展,起到阻裂、增韧的效果,且随混凝土强度等级、纤维种类及掺量变化差异明显;纤维增韧后试件的应力-应变曲线下降段坡度趋于平缓,脆性得到有效改善;建议的应力-应变全曲线模型与试验结果吻合良好,能够准确描述纤维增韧轻骨料混凝土在单轴受压作用下的受力变形特征。
双柱式摇摆桥墩结构体系地震反应和倒塌分析
周雨龙, 杜修力, 韩强
2019, 36(7): 136-145. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.0224
摘要:
摇摆构造可将地震损伤控制在摇摆界面内,以避免主体结构损伤破坏,且具有较好自复位能力。为研究一种双柱式摇摆桥墩结构体系的地震反应,基于拉格朗日方程和动量矩守恒定理给出计算该双柱式摇摆桥墩结构体系动力反应的刚体动力分析模型,并进行了实例分析、参数分析和倒塌分析。研究结果表明:采用工程实际尺寸的双柱式摇摆桥墩结构体系可满足我国桥梁抗震设计规范的E2地震抗震设计需求;桥墩宽高比和尺寸的增大可减小结构体系的地震反应;给出在Ricker小波作用下的倒塌加速度谱和两种倒塌模式,以及倒塌模式过渡现象需要在抗震设计中得到重视的建议,并提出一种墩底扩大截面的抗倒塌措施。
预制UHPC模板及采用预制模板的RC板受力性能及承载力分析
梁兴文, 王莹, 于婧, 李林
2019, 36(7): 146-155. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.0255
摘要:
采用超高性能混凝土(UHPC)制作厚度为10 mm的模板,对UHPC模板进行施工阶段加载试验,评估其作为现浇楼板的模板的可行性;以UHPC模板作为底模,分别制作了6个简支单向板和1个两跨连续单向板,对其进行静力加载试验。结果表明,厚度为10 mm的UHPC板作为建筑模板时,模板下的支撑间距可取0.5 m,模板处于弹性状态下可施加的均布荷载为6 kN/m2,约为施工均布活荷载设计值的1.7倍。以UHPC作为模板的钢筋混凝土(RC)单向板,在板破坏时,UHPC模板与后浇混凝土界面未出现肉眼可见的粘结滑移现象;其受弯承载力约为相同截面尺寸及配筋的RC板的2倍。考虑UHPC模板及受拉区混凝土的受拉作用,建立了这种RC单向板的受弯承载力计算模型,模型的计算值与试验值符合较好。
带自复位耗能支撑钢板剪力墙墙板受力性能研究
刘嘉琳, 徐龙河
2019, 36(7): 156-164. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0316
摘要:
提出一种由自复位耗能支撑和两边梁连接墙板组成的带自复位耗能支撑钢板剪力墙,对其构造及滞回性能进行介绍。建立有效的有限元分析模型,对两边梁连接墙板在往复荷载作用下的受力性能、受压承载力及墙板对整体滞回的影响进行研究。结果表明,墙板滞回曲线存在捏缩现象,且墙板内产生的屈曲半波越多,捏缩越严重。墙板的平面外变形随宽高比的增大而增大,随高厚比的增大而减小,且受宽高比影响更大,在侧向力作用下,墙板内形成局部拉力带。建立了用于计算墙板内受压应力和受压承载力的公式,当支撑水平剩余恢复力大于墙板受压承载力时,带自复位耗能支撑钢板剪力墙在支撑恢复力的作用下具有很好的复位能力。
城市建筑群概率地震灾害风险评估研究
王东明, 高永武
2019, 36(7): 165-173. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0331
摘要:
科学合理地考虑地震风险评估中各环节的不确定性是地震风险评估结果可靠的基础。该文利用某城市现有工程场地地震安全性评价数据,综合考虑城市地震危险性评估中的不确定性,以结构基本类作为城市建筑群模型,并考虑地震动不确定性对建筑群地震易损性的影响,建立了同时考虑地震危险性和地震易损性不确定性的地震风险评估模型,最终给出城市结构基本类不同极限破坏状态的年平均超越概率和50年内地震风险概率。基于结构不同极限破坏状态对应的损失比,获得每一种结构基本类的地震经济损失风险曲线。在此基础上,提出了采用地震风险一致概率为控制点,得到城市建筑群总的地震经济损失风险曲线组合的方法,该方法可为评估城市建筑群概率地震风险提供参考。
氯离子及迷流共同作用下持荷盾构管片钢筋锈层形态
余朔, 金浩, 周顺华, 毕湘利
2019, 36(7): 174-183. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0354
摘要:
针对盾构隧道结构在服役期间可能出现钢筋锈蚀的问题,考虑杂散电流、氯离子及外部荷载共同作用,建立了电-化-力三场耦合的三维管片数值模型,分析了多因素作用下拱腰部位管片钢筋的锈蚀率变化规律及锈层分布形态。研究表明: 1)靠近管片外侧钢筋的锈蚀率比内侧的大,不同区域的钢筋出现最大锈蚀率的位置与连心线的夹角在0°~52°之间。2)在荷载作用下管片钢筋的锈蚀率与体积应变有关,管片中部的锈蚀率大于两端的锈蚀率。3)在钢筋脱钝情况下,管片钢筋的锈蚀率随阴阳极电势差增大呈线性增加,随氯离子含量增大呈对数增加。4)在三种因素共同作用下管片钢筋的锈层分布呈偏心圆形态,且偏心圆圆心坐标及半径的大小与钢筋不均匀锈蚀系数及最大腐蚀电流密度有关。
火灾后钢管RPC柱近距离爆炸残余承载力研究
邹慧辉, 陈万祥, 郭志昆, 周子欣
2019, 36(7): 184-196. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0309
摘要:
对梁-柱构件的轴向力和侧向爆炸荷载进行适当简化,提出了一种基于等效单自由度方法的近距离爆炸分析模型。首先对标准火灾和爆炸作用后的钢管活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete Filled Steel Tubular,简称钢管RPC)柱初始挠度进行估算,然后结合钢管混凝土统一理论给出残余承载力计算公式并对钢管RPC柱的爆炸损伤进行评估。通过大比例模型试验研究了标准火灾后钢管RPC柱的近距离爆炸残余承载力,分析受火时间和爆炸比例距离对残余承载力和破坏形态的影响。结果表明:理论计算结果与试验数据吻合较好,验证了该文计算模型的可靠性。钢管RPC柱的残余承载力损失范围为16%~67%,火灾和爆炸作用对钢管RPC柱承载力产生了不同程度的毁伤,且残余承载力对受火时间更为敏感。其中,仅受火105 min的钢管RPC柱承载力下降60%,而仅遭受爆炸作用的承载力下降16%;经历火灾作用再遭受爆炸荷载的钢管RPC柱承载力损失高达67%。对5根钢管RPC柱进行爆炸损伤评估: 1根为轻度破坏,2根为中度破坏,2根为重度破坏,表明钢管RPC柱具有良好的抗火性能和抗爆性能。
波形钢板剪力墙及组合墙抗剪承载力研究
王威, 刘格炜, 苏三庆, 张龙旭, 任英子, 王鑫
2019, 36(7): 197-206,226. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0356
摘要:
为研究波形钢板剪力墙及其组合墙在水平荷载作用下的破坏形态、受力性能以及抗剪承载力计算方法,设计了4个波形钢板剪力墙及其组合墙试件,进行了低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件对24个波形钢板剪力墙及其组合墙模型进行了模拟分析。研究结果表明:波形钢板剪力墙具有较好的变形能力,波形钢板能有效抑制混凝土裂缝的发展,并与混凝土具有很好的界面粘结力,水平波形钢板剪力墙较易在约束边缘构件底部形成塑性铰;波形钢板剪力墙及其组合墙具有较好的承载能力、延性和耗能能力,且承载力下降缓慢; ABAQUS有限元软件能较好地模拟试验,模拟结果与试验结果吻合较好,有限元计算结果表明:承载力随波形钢板的厚度和波角的增加有少量增加,此外,波形钢板-混凝土组合剪力墙承载力随剪跨比的增加而降低,竖向波形钢板剪力墙的抗侧承载力性能与水平波形钢板剪力墙的基本相同;该文提出的波形钢板剪力墙及其组合墙抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合良好,可为设计和工程实际参考; H型钢柱对波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗剪承载力贡献最小,竖向波形钢板对组合墙剪力分担率大于水平波形钢板的,竖向波形钢板更有利于提升组合墙的承载性能。
我国公共建筑中吊顶的震害特征及其易损性分析
李戚齐, 曲哲, 解全才, 王多智
2019, 36(7): 207-215. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0358
摘要:
地震中建筑物内吊顶的破坏主要表现为吊顶板、灯具等构件的坠落。其不但会造成经济损失,而且会严重影响建筑物在震后的正常使用,阻碍建筑物功能的快速恢复。该文以在2013年7.0级芦山地震中获得的我国实际吊顶的震害资料为基础,分析我国公共建筑中吊顶的震害特征。结合震害数据,以吊顶的坠板率作为衡量其损伤状态的指标,以楼面峰值加速度为工程需求参量,初步建立了我国吊顶在“快速恢复”和“难以恢复”2个损伤状态下的易损性曲线,并与国外已有的关于吊顶的易损性曲线进行了比较。结果表明:我国公共建筑吊顶的抗震能力相对较弱,边角部位尤其易于破坏;当楼面峰值加速度约为1.1 g时,吊顶即有50%的概率达到或超越“难以恢复”状态。
基于Bayesian理论的弯剪破坏钢筋混凝土柱变形能力概率模型
马颖, 王东升, 解河海, 白卫峰
2019, 36(7): 216-226. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0362
摘要:
为了准确预测地震作用下弯剪破坏钢筋混凝土(RC)柱的变形能力,基于Bayesian理论提出了一种建立柱类构件变形能力概率模型的方法。首先对已有RC柱变形能力公式进行评价并选作先验模型,再借助美国PEER柱抗震性能试验数据库中发生弯剪破坏的20根矩形截面RC墩柱的拟静力试验数据作为客观认识,应用Bayesian参数估计方法综合这两类信息进行推断,修正先验模型的偏差从而建立反复荷载作用下弯剪破坏RC柱变形能力的概率模型;采用Bayesian方法剔除影响修正效果不显著的因素以获得模型简化,达到对先验模型的动态更新。最后,讨论了不同形式修正项对修正效果的影响。结果表明,Bayesian方法既继承了先验信息的完备性,又利用了试验数据的准确性,建议的概率模型较已有公式能够更准确地预测弯剪破坏RC柱的变形能力,从而为RC柱抗震设计或评估中考虑能力不确定性提供了便利。
地热对井系统裂隙岩体三维渗流传热耦合的等效模拟方法
李馨馨, 李典庆, 徐轶
2019, 36(7): 238-247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0340
摘要:
研究地热对井系统中的裂隙岩体渗流传热问题对于开采深层地热能和发展可再生清洁能源利用技术具有重要价值。基于渗流传热耦合理论和离散裂隙网络模型,提出了裂隙岩体三维热流耦合的等效模拟方法:考虑由岩块基质及复杂离散裂隙网络组成的双重介质,采用无厚度单元模拟裂隙、线单元模拟对井,通过裂隙、对井和岩块三者之间的流量和热量交换实现渗流和传热过程耦合分析。通过与解析方法和精细模拟方法相比较,验证了等效模拟方法的有效性;并将其应用于含大规模裂隙岩体地热对井系统热采过程的数值模拟,获取了储层内温度场的分布规律,评价了裂隙开度对储层平均温度和整体开采率的影响。结果表明:该文方法能够对裂隙及井筒中的渗流传热行为进行细致模拟,在保证精度的前提下,可大幅减小计算量和计算时长;裂隙网络的非均匀及各向异性分布导致岩体温度场分布呈现高度不均匀性,反映了热流耦合的早期热突破和长尾效应等特点;裂隙内水的对流传热作用明显,冷锋面沿储层内的主要贯通裂隙网络移动,裂隙开度是影响岩体温度场分布的重要因素。
孔隙固体超弹性本构模型与应用
马康, 程晓辉
2019, 36(7): 248-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0314
摘要:
油气井封固、核废料填埋与浅层地热能利用等问题是能源岩土领域的研究热点。土体、岩石、混凝土材料的多场耦合本构模型理论是这些研究热点问题的核心所在。传统固体弹塑性力学、岩土力学与孔隙固体力学理论相比,由于其基本假设或构建手段的局限性,其关于岩石与混凝土材料的变形计算往往会产生较大误差,且理论扩展性不强。该文分别从饱和岩土力学理论、经典Biot孔隙弹性力学理论出发,阐述其在孔隙固体材料本构理论的相关研究工作,并进行梳理与对比;其后运用严格物理热力学理论框架,建立孔隙固体材料的超弹性本构模型;最后针对石灰石与水泥石的既有试验数据,验证孔隙固体超弹性本构模型的有效性。
机械工程学科
考虑除尘器箱体墙板-立柱协同受力时立柱在横向荷载作用下的内力计算
钱海峰, 赵婧同, 王元清, 王登峰
2019, 36(7): 227-237,247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0134
摘要:
大气除尘装备箱体围护结构形式和荷载情况十分复杂,目前尚无关于除尘器箱体立柱在横向荷载作用下其内力分布的精确计算方法。该文采用理论推导与有限元计算相结合的方法对除尘器箱体立柱在墙板直接受横向荷载作用时的内力与强度计算方法进行研究。在考虑墙板所受横向荷载向立柱传递时,将墙板视作由上、下相邻加劲肋和左、右两侧立柱围成的四边简支板,加劲肋处传递集中力,加劲肋间传递非均匀分布荷载。将立柱作为多跨连续弹性梁,采用力矩分配法编写程序计算其最大弯矩和剪力值。根据除尘器箱体立柱的跨数、每跨立柱范围内对应墙板区格数目以及墙板区格宽高比,编制了立柱最大弯矩计算表格。考虑墙板与立柱的协同受力作用,以有效宽度范围内的墙板与立柱组成组合截面共同抗弯,修正立柱正截面强度计算方法。研究结果表明:在墙板与立柱组合结构体系中,随着墙板壁厚增大或墙板宽度减小,墙板的抗弯贡献提高;随着立柱截面惯性矩增大或立柱横向支撑间距减小,墙板的抗弯贡献降低。根据对工程常用几何构造的除尘器箱体结构计算统计,偏于安全地提出了立柱截面模量统一放大系数。相比于传统工程简化内力计算方法,工程设计人员可以利用该文提出的方法方便、准确地计算立柱内力最大截面的正应力和剪应力,从而设计出安全经济的立柱截面。