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2020年  第37卷  第2期

综述
混凝土与各向同性岩石强度理论研究进展
丁发兴, 吴霞, 向平, 余志武, 龚琛杰
2020, 37(2): 1-15. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.ST07
摘要:
强度理论是研究复杂应力状态下材料是否破坏的理论,该文总结了古典强度理论以及混凝土和各向同性岩石等两类现代强度理论,将各项同性现代强度理论分为剪应力强度理论、八面体强度理论与主应力强度理论。通过收集国内外已有相关三轴实验数据对各种主要强度理论进行论述、比较与评价,在此基础上对混凝土和各向同性岩石的主应力空间损伤比强度理论进行展望。
基本方法
基于精确几何模型梁单元的螺旋弹簧刚度分析
张健, 齐朝晖, 卓英鹏, 国树东
2020, 37(2): 16-22,80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096
摘要:
以精确几何模型梁单元为基础,对圆截面螺旋弹簧刚度的非线性特性进行了分析。结合弹簧细长结构的变形特点,选取弹簧半径、弹簧高度、螺旋线极角和簧丝截面扭转角作为螺旋弹簧的描述变量;按照Bernoulli梁理论,通过形心曲线切矢量和簧丝截面扭转角建立截面坐标系;基于大转动梁的变形虚功率,获得螺旋弹簧曲率矢量,构建弹簧变形虚功率;应用柔体建模过程的滤除高频震荡分量方法修正弹簧系统动力学方程求得弹簧刚度,提高计算效率。数值算例表明,计算结果符合弹簧刚度的受力变形规律。同时与弹簧经典理论算法和传统有限元方法进行对比,验证了分析方法的正确性和合理性。
求解粘弹性问题的时域自适应等几何比例边界有限元法
何宜谦, 王霄腾, 祝雪峰, 杨海天, 薛齐文
2020, 37(2): 23-33. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0099
摘要:
提出一种基于分段时域自适应算法和等几何分析的求解粘弹性问题的数值方法。利用时域分段展开,建立了递推格式的比例边界元求解方程,环向比例边界采用等几何技术离散,在继承常规比例边界有限元半解析、便于处理应力奇异性/无限域问题等优点的同时,可更准确地描述几何边界,由此进一步提高了计算精度;在时域,通过分段时域自适应计算,保证不同时间步长下的计算精度。通过数值算例,从计算精度、收敛性等方面,对所提方法的有效性进行了验证。
土木工程学科
模拟酸雨腐蚀钢管混凝土构件静力性能研究
陈梦成, 方苇, 黄宏
2020, 37(2): 34-43. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.ST01
摘要:
该文讨论了模拟酸雨腐蚀环境下钢管混凝土构件静力性能的退化规律,具体包括模拟酸雨腐蚀后:钢材材料力学性能;钢管混凝土构件轴压力学性能;钢管混凝土构件纯弯力学性能;钢管混凝土构件偏压力学性能。分析了腐蚀率对钢材屈服强度、弹性模量、极限抗拉强度和极限延伸率的影响,采用钢管壁厚折减以及壁厚折减耦合材性折减的模拟腐蚀损伤方法,结合有限元ABAQUS软件、规范公式,分别计算了构件荷载-变形关系曲线、极限承载力,并和试验结果进行了比较,发现钢管壁厚折减方法优于壁厚折减耦合材性折减方法,地方标准严于国家标准。
高层框架-斜交网格结构协同受力性能研究
史庆轩, 张锋
2020, 37(2): 44-49. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0078
摘要:
高层框架-斜交网格结构是由高层斜交网格结构和框架结构组成的双抗侧力体系。采用理论推导和数值模拟的方法研究了该体系处于弹性和弹塑性状态下楼层水平剪力分配规律。针对高层斜交网格结构和框架结构协同工作变形特点,提出结构体系的弹性平面简化分析模型,进一步推导出结构侧向变形和剪力计算公式,并研究了结构处于弹性阶段时的剪力分配规律;采用非线性静力推覆法对结构体系在弹塑性阶段的变形特性、刚度退化和剪力分配规律进行了研究。结果表明:高层斜交网格结构和框架结构的协同工作性能良好,结构在弹性阶段,结构刚度的特征值及荷载分布对其剪力分配影响较大;结构进入塑性阶段,斜柱刚度退化速率较快,楼层剪力存在重分配现象。
动水力简化计算方法对圆形桥墩传递函数的影响
郭婕, 赵密, 王丕光, 杜修力
2020, 37(2): 50-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0003
摘要:
刚性柱法、莫里森法和基频近似法是可供工程应用的不可压缩无粘性水体地震动水力的简化计算方法。为研究上述方法的差异性,将基于不可压缩无粘性水体辐射理论推导的考虑结构变形的精确解作为标准,从频域传递函数的角度,对各简化方法进行比较分析。以水中悬臂圆柱墩为例,选取2个尺寸参数并设计了84种不同尺寸的桥墩,输入脉冲激励得到墩顶节点的位移传递函数、墩底节点的剪力和弯矩传递函数,提取各传递函数的前两阶共振峰幅值和共振频率,基于标准解结果求得3种简化方法的误差。通过分析误差的范围及变化趋势,发现刚性柱法所得共振峰幅值更精确,基频近似法所得共振周期更精确,莫里森法误差受参数的影响显著。此外,基频近似法所得共振峰幅值大多偏小,而莫里森法所得幅值和周期大多偏大。
城市轨道交通钢桥疲劳损伤等效系数研究
王春生, 徐有良, 赵会东, 张培杰
2020, 37(2): 62-69. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0091
摘要:
为研究城市轨道交通钢桥疲劳损伤等效系数,根据Eurocode中S-N曲线和损伤等效系数法,对中国城市轨道交通钢桥疲劳损伤等效系数进行求解分析。提出6种适用于中国城市轨道交通钢桥的列车编组,选取ZC、ZK和LM71这3种荷载图式作为疲劳荷载模型。根据中国城市轨道交通的实际交通量,提出1种采用双斜率S-N曲线的简化算法,与采用单斜率S-N曲线求解方法进行对比分析。求解分析各项疲劳损伤等效系数,并针对中国城市轨道交通钢桥列车编组的特点提出考虑列车最大容许速度影响的损伤等效系数λv。结果表明:以ZC图式作为疲劳荷载模型,考虑列车最大容许速度的影响,依据双斜率S-N曲线简化算法求得的损伤等效系数较能合理地对中国轨道交通钢桥进行疲劳验算。
冻融损伤低矮RC剪力墙数值模拟方法
郑山锁, 荣先亮, 张艺欣, 董立国
2020, 37(2): 70-80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.02.0063
摘要:
出于冻融环境下RC剪力墙结构抗震性能评估的需要,通过理论分析与试验回归相结合的方法对8榀冻融损伤低矮RC剪力墙拟静力试验结果进行分析,得到了综合考虑冻融损伤参数和轴压比影响的低矮RC剪力墙剪切恢复力模型,进而提出了考虑不均匀冻融损伤分布组合剪切效应的低矮RC剪力墙数值模拟方法。通过模拟结果与试验结果对比发现:采用该模拟方法得到各试件的滞回曲线、骨架曲线以及最终破坏时的累积耗能均与试验结果符合较好,表明该文所提出的数值模拟方法可较为准确地反映冻融损伤低矮RC剪力墙的力学性能和抗震性能,可用于严寒地区在役RC剪力墙结构的抗震性能评估。
单层空间网格结构刚性节点优化设计方法研究
叶继红, 陆明飞
2020, 37(2): 81-89,144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092
摘要:
单层网格结构中的节点不仅须传递轴力,也须传递两个方向上的弯矩。因此,单层网格结构中的节点为受力复杂的刚性节点,应具有合理的结构形式和良好的力学性能。同时,单层网格结构节点连接复杂、高空施工难度大,节点与杆件应有可靠、方便、通用的连接方式。该文提出了单层网格结构刚性节点优化设计方法:通过构造设计节点端,实现节点与杆件的连接;通过对受力复杂的节点核进行拓扑优化,开发高效的受力节点形式。在优化模型中,通过与外荷载无关的自平衡力系表示节点弯曲刚度,使得优化后的节点在任意方向上均有良好的弯矩传递能力。为避免拓扑优化中将力直接施加在设计域而导致的应力奇异问题及节点形式受限的缺点,通过施加加速度场,以体积惯性力等效集中荷载,降低了优化结果对边界条件的敏感性,获得了稳定、可靠的优化结果,解决了刚性节点拓扑优化中的关键技术难点。并以一个实际结构中的节点为例进行优化设计。通过分析节点端连接性能、力学性能以及与传统节点进行对比,验证了将拓扑优化和构造设计相结合的刚性节点优化设计方法。
设置自复位支撑的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究
徐龙河, 张格, 颜欣桐
2020, 37(2): 90-97. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0100
摘要:
提出了一种能准确描述预压弹簧自复位耗能(PS-SCED)支撑滞回性能的力学模型,引入状态变量区分支撑不同工作阶段从而确定其力学响应。基于ABAQUS平台对该力学模型进行二次开发,将开发的PS-SCED支撑单元模拟结果与支撑力学性能试验结果进行对比,并对设置PS-SCED支撑的3层钢筋混凝土框架结构进行抗震性能分析。结果表明:该支撑单元模拟得到的滞回曲线与试验结果吻合较好,可准确描述支撑在动力荷载作用下的力学性能;强震作用下,PS-SCED支撑能够充分耗散地震能量,有效控制结构的塑性变形;此外,PS-SCED支撑框架结构相比于原框架结构残余变形减小了72.1%~92.1%。PS-SCED支撑具备良好的耗能能力和自复位特性,能够显著提高钢筋混凝土框架结构的抗震性能。
部分组合框架-钢板剪力墙边框柱设计方法研究
于金光, 刘利明, 郝际平
2020, 37(2): 98-110. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0110
摘要:
该文通过对部分组合框架—薄钢板剪力墙结构的试验,发现其内嵌钢板破坏顺序为初始对角屈服、统一屈服和应变硬化三个阶段。引入部分组合柱后,有效改善了传统钢柱的弯扭失稳破坏模式,部分组合框架柱破坏模式为柱顶和柱底形成塑性铰的强度破坏。基于“强框架、弱墙板”的设计理念,该文根据叠加原理确定了统一屈服阶段和应变硬化阶段部分组合柱内力计算原则,提出了适用于部分组合框架-薄钢板剪力墙框架柱的设计方法。通过有限元验证表明:该设计方法能够有效地预测底层受压柱的破坏模式及其塑性铰出现的位置,能够为合理的钢板墙边框柱设计提供理论依据。
基于监测数据的钢箱梁U肋细节疲劳可靠性分析
李游, 李传习, 陈卓异, 贺君, 邓扬
2020, 37(2): 111-123. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.0114
摘要:
针对某悬索桥钢箱梁疲劳开裂严重,基于WIM动态称重系统采集的数据,对该桥通行车辆的车型、轴距、轴重、总重、是否超载进行了统计,明确了该桥交通荷载特征及各车道随机车流差异性,依据实桥动应变监测数据,运用雨流计数法及Palmgren-Miner线性损伤累积理论,获得了运营状态下各车道的疲劳应力谱,基于均匀设计-径向基神经网络-重要蒙特卡罗法(UD-RBF-IMC)相结合的算法,运用线弹性断裂力学对U肋对接焊缝疲劳可靠性进行了评估,研究了交通量及轴重增长对疲劳可靠度的影响规律。研究结果表明:该桥疲劳车型可简化为V2~V10共9类,左、右幅V2车型的总重均为单峰偏态分布,超载率不到4%,V3~V10车型的总重均为多峰分布,超载率大于30%,最高达69%;重车道V2~V10车型的比例明显高于其他车道;温度日变化对疲劳应力谱的影响较小,采样频率对应力谱的影响较为显著,不宜小于50 Hz;结合UD、RBF、IMC算法各自的优点,有效提高了基于监测数据的钢箱梁细节疲劳可靠度指标的求解精度和效率;轴重增长系数对疲劳可靠度的影响明显大于交通量增长系数,在运营期间除控制交通量外,还需重点控制重车比例和超载率;当交通量增长系数为3%,轴重增长系数为0.6%时,1#测点疲劳寿命仅为74年;超车道重载卡车数量较少,高水平应力循环较少,疲劳寿命较长,而快车道和重车道重载卡车较多,高水平应力循环较多,存在疲劳开裂风险,需重点关注。
考虑主余震序列影响的低延性钢筋混凝土框架易损性分析
韩建平, 李军
2020, 37(2): 124-133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0116
摘要:
主余震序列作用下余震对主震已受损结构会造成附加损伤,甚至引起倒塌,特别是对低延性结构。目前对低延性结构在主余震作用下抗震性能的分析与评估研究还不充分。根据低延性钢筋混凝土框架的破坏特点,考虑其梁柱节点的剪切破坏、柱的弯剪破坏以及强度、刚度退化行为和梁端纵向钢筋粘结滑移破坏,利用OpenSees有限元软件建立了一6层3跨低延性钢筋混凝土框架结构的精细分析模型。选取真实记录的主余震序列和基于重复法构造的主余震序列,并考虑余震方向性、余震次数的影响。以不同的主余震序列作为输入,对低延性钢筋混凝土框架结构模型进行动力分析,获得不同损伤状态对应的地震易损性曲线,进而分析不同主余震序列作用对其抗震性能的影响。分析结果表明,该文提出的低延性结构精细分析模型能很好地模拟低延性结构梁柱节点由剪切作用引起的刚度和强度退化现象。相对于仅有主震作用,主余震序列作用下低延性钢筋混凝土框架结构对应损伤状态的超越概率提高,且随着结构损伤程度的加剧,提高越明显。基于重复法构造的主余震序列作用下对应损伤状态的超越概率高于真实记录的主余震序列作用下的超越概率。不同的余震作用方向,对相应损伤状态的超越概率有一定的影响。增加余震作用的次数,也会增加相应损伤状态的超越概率。
基于半解析有限元的水泥路面荷载响应分析
沈凯仁, 陈先华, 周杰, 张含宇
2020, 37(2): 134-144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0122
摘要:
基于半解析有限元原理和MATLAB软件,开发了水泥路面荷载响应分析程序CP-SAFEM(cementpavement semi-analytical finite element method)。将CP-SAFEM应用到具体工况中,与现行规范和ABAQUS进行了荷载应力的对比验证。结果表明:对于单层板路面,CP-SAFEM与规范公式计算结果误差不超过1%;对于双层板路面,CP-SAFEM与规范公式计算结果误差约为6%; CP-SAFEM与ABAQUS各项力学响应计算结果最大误差不超过5%;当横断面采用相同的网格划分时,CP-SAFEM的计算时间为ABAQUS的1/6;以弯拉应力作为力学指标确定了水泥路面的临界荷位。各项研究表明CP-SAFEM具有良好的计算精度和运算效率。
带可更换剪切型耗能梁段高强钢组合框筒的结构影响系数研究
程倩倩, 苏明周, 连鸣
2020, 37(2): 145-158. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0127
摘要:
针对传统钢框筒结构耗能能力差和震后修复困难的问题,提出了一种新型钢框筒结构体系-带可更换剪切型耗能梁段的高强钢组合框筒结构(HSS-SFT)。为研究HSS-SFT的结构影响系数,设计了8个具有理想屈服模式的HSS-SFT结构。考虑高阶振型的影响,采用分步侧向力调整法得到结构的性能曲线,基于改进的能力谱法分析了楼层总数和耗能梁段长度对结构影响系数R和位移放大系数Cd的影响。研究结果表明: HSS-SFT在弹塑性阶段,由于内力重分布,结构呈现出较高的超强能力和延性能力;随着结构层数的增加,R呈减小趋势,Cd无显著变化规律,随着耗能梁段长度的增加,RCd略微增大;建议HSS-SFT设计地震作用下的R为3.65,结构超强系数RΩ为2.92,罕遇地震作用下的Cd为7.45,设计基底剪力可比现行抗震规范规定的小震基底剪力降低30%;HSS-SFT可以保证结构在罕遇地震作用下呈现理想的破坏模式,有效地改善传统钢框筒结构耗能能力差和震后修复困难的问题。
考虑梁轴向约束效应的RC梁柱节点受力机理及抗震性能试验研究
王丽萍, 罗文文, 刘思危, 张伟, 蒋利成, 杨仕建
2020, 37(2): 159-167,191. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.0130
摘要:
钢筋混凝土(RC)框架梁受弯损伤会发生轴向伸长,周边构件(抗侧力构件、现浇板)对梁伸长的约束作用会在梁中产生不可低估的轴力,从而影响梁柱构件和节点的抗震性能以及结构的强震破坏模式。分析了梁中约束轴力对节点抗剪受力机理的影响,设计了6个1/2比例的RC梁柱子结构试件,采用可直接量测约束轴力的等效约束装置代替周边构件对梁伸长的约束作用,通过低周往复加载试验考察了梁轴向约束效应对节点抗剪需求、抗剪承载力以及损伤破坏模式的影响。结果表明,约束轴力对抗剪需求的影响比抗剪承载力的影响明显,梁轴向约束效应产生的轴力较大,且随梁弯曲变形的增大而增加。与无约束试件相比,考虑梁轴向约束效应的试件节点抗剪需求增大了1.14~2.22倍,节点区斜裂缝宽度较大,损伤情况更加严重。
带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点设计方法研究
王萌, 毕鹏, 李法雄
2020, 37(2): 168-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0135
摘要:
采用屈服点低、高延性、高耗能能力的低屈服点钢材制作钢框架节点的连接组件,实现耗散地震能量与震后可更换功能叠加,为震后可恢复功能结构提供一种优质解决方案。为提出带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点的设计方法,首先采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性计算模型,结合已有钢框架螺栓连接节点拟静力试验,验证数值模型的准确性和适用性。在此基础上,探讨不同影响因子对带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点工作性能的影响,获得各个影响因子与盖板“结构保险丝”作用的定量关系,最终提出了带低屈服点钢材“延性保险丝”的钢框架盖板连接节点的设计方法和设计流程,并采用实际工程设计算例进行验证。研究结果表明:拼接缝宽度、腹板盖板厚度与梁宽对节点实际承载力系数和盖板“结构保险丝”作用的影响较小;而拼接位置、梁高和翼缘盖板厚度是影响节点实际承载力系数的关键因子,设计不合理时会令“结构保险丝”作用提早失效;基于计算结果拟合得到节点设计承载力系数临界值与拼接位置和梁高的定量表达式,当设计承载力系数小于临界值时,低屈服点钢材盖板“结构保险丝”作用充分发挥;当设计承载力系数大于临界值时,随着设计承载力系数增大,低屈服点钢材盖板“结构保险丝”作用逐渐减弱。
带抗风夹的直立锁边屋面系统抗风性能的参数研究
孙瑛, 武涛, 武岳
2020, 37(2): 183-191. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0136
摘要:
目前许多大跨建筑的屋面围护结构采用带抗风夹的直立锁边屋面系统来抵抗强风作用,但对于使用了抗风夹的直立锁边屋面系统在风荷载下的变形、应力等特征响应的变化鲜有深入研究。该文借助试验与数值模拟手段研究了板宽、板厚、抗风夹间距等参数对屋面系统特征响应及承载力的影响,提出了屋面系统的破坏准则并拟合得到了屋面系统的抗风承载力计算公式。研究表明,板厚每增加0.1 mm,承载力提高10%左右;板宽每减小100 mm,承载力提高25%左右;抗风夹间距小于1100 mm时,每减小100 mm,承载力提高20%左右,抗风夹间距大于1100 mm时,每减小100 mm,承载力提高10%左右;改变抗风夹构造对承载力影响不大。
基于自由振动响应识别桥梁断面颤振导数的人工蜂群算法
林阳, 封周权, 华旭刚, 陈政清
2020, 37(2): 192-200. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.0143
摘要:
基于桥梁节段模型风洞试验自由振动衰减时程信号,提出了桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法。基于最小二乘原理,将竖弯和扭转信号的整体残差平方和作为目标函数,使用人工蜂群算法对相关参数进行寻优搜索,识别出桥梁断面的颤振导数。与其他迭代算法相比,人工蜂群算法是受生物启发产生的寻优算法,对初值没有要求,从而避免了迭代初值对识别精度的影响。为考察人工蜂群算法在桥梁断面颤振导数识别中的有效性,进行了理想平板模型仿真以及某大桥节段模型风洞试验,结果表明,桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法具有较好的稳定性和可靠性。
新型全装配钢-混凝土组合梁连接件推出试验研究
侯和涛, 臧增运, 鲁玉曦, 刘锦伟, 季可凡, 王彦明
2020, 37(2): 201-210. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.0146
摘要:
该文主要研究一种新型全装配钢-混凝土组合梁,由预制楼板和钢梁通过新型抗剪连接件(以下简称“紧固件”)组合为一体,紧固件固定于预制楼板的钢导槽上,预制混凝土楼板和钢梁界面的荷载传递主要通过紧固件和钢导槽之间的摩擦来实现。为了更好地研究紧固件和钢导槽的性能,对3组试件进行推出试验,研究了不同钢导槽形式、循环加载及紧固件数量对抗剪性能的影响。试验结果表明:紧固件和钢导槽都表现出较好的性能,试件的荷载-滑移曲线可分为3段;钢导槽截面高度较小时约束作用明显;循环加载可提升紧固件的抗剪承载力和刚度;该文推导的抗剪承载力计算公式与试验结果吻合较好。
不同强度等级混凝土遭受超低温冻融循环作用的受压强度试验研究
时旭东, 汪文强, 田佳伦
2020, 37(2): 211-220,240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.0148
摘要:
通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土经历0次、16次和30次温度区间分别为15℃~-120℃和15℃~-190℃的冻融循环作用试验,探讨不同强度等级混凝土超低温冻融循环作用下受压强度变化规律。试验结果表明,不同强度等级混凝土试件上下限温度时加载的破坏形态基本上类似、均大致呈对顶锥状,但其破坏面状况等破坏特征有所不同。经历各种超低温冻融循环作用工况混凝土上、下限温度时的相对受压强度随其含水率增加基本上均呈下降趋势。而随强度等级提高,上限温度时混凝土相对受压强度呈增大态势,但各强度等级混凝土均随冻融循环作用次数的增加呈下降趋势;下限温度时不同超低温温度区间的混凝土相对受压强度虽也基本上有所增大,但增大的原因存在明显的差异。给定的超低温冻融作用温度区间工况下各强度等级混凝土下限温度时相对受压强度随冻融循环作用次数增加的变化趋势相似,但不同温度区间时却不同。超低温冻融作用对混凝土性能影响与常规冻融作用不同,其受压强度恶化更为严重。实际工程中不能直接地将常规冻融循环作用研究结果应用于设计具有超低温冻融作用的混凝土结构。
藏式石砌体在剪-压复合作用下抗剪性能研究
杨娜, 滕东宇
2020, 37(2): 221-229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0158
摘要:
为研究藏式石砌体抗剪性能,对4组共13个不同压力作用下的泥浆砌筑石墙试件进行双剪试验,分析藏式石砌体沿通缝抗剪强度和破坏机理,研究利用灰缝抗剪强度评估墙体整体抗剪性能的方法。试验结果表明,藏式石砌体灰缝受剪破坏为泥浆层自身变形与界面分离同步发展的延性破坏过程,最终达到完全的界面剪切滑移状态。通过对试验数据的统计回归提出藏式石砌体灰缝的抗剪强度计算公式,计算结果和试验值吻合程度较好。泥浆与水硬性砂浆的主要性能差别在于粘结强度和摩擦系数均较低。通过2种理论模型,分析了砌体灰缝抗剪强度与剪-压复合作用下抗剪强度表达式之间的关系,利用其他研究者的试验数据进行了验证。提出了基于双剪试验结果的藏式石砌体抗剪强度预测表达式,可供藏式石砌体抗剪性能研究参考。
Q690D高强钢基于连续损伤模型的断裂破坏预测分析
黄学伟, 葛建舟, 赵军, 赵威, 赵奥博
2020, 37(2): 230-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0088
摘要:
高强钢材在实际钢结构中已经开始逐步得到应用,该文针对Q690D高强度结构钢材,进行了钢材圆棒试样在单调加载和超低周循环加载下的断裂破坏试验,研究了试样裂纹的起始位置,分析了加载制度对试样承载能力和变形能力的影响,并采用扫描电镜观察了试样断口的微观形貌,断口呈现韧窝形式的延性断裂特征。基于Q690D钢材缺口圆棒试样的单调拉伸试验结果,结合有限元分析,标定了钢材的连续损伤模型参数。最后,应用钢材的连续损伤模型,对圆棒试样和带初始间隙试样在不同加载制度下的断裂破坏进行预测分析,得到试样的裂纹起始位置、荷载-位移曲线、断裂位移和疲劳寿命均与试验结果吻合良好。
机械工程学科
高阶扭转模态耦合下覆冰导线的稳定性和影响因素分析
霍冰, 刘习军, 张锐
2020, 37(2): 241-249. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0093
摘要:
利用Galerkin法建立面内前四阶和扭转前四阶模态耦合的覆冰导线动力学模型。借助分岔理论分析各阶模态的失稳临界条件,研究导线系统在不同风速、扭转阻尼比、档距及初始拉力下各阶模态的失稳规律,并利用数值模拟对理论分析结果进行验证。研究结果表明:考虑了扭转前四阶模态的导线模型,其面内前四阶模态特征值实部随风速变化的响应曲线先后经历2次Hopf分岔,呈限幅振动;扭转阻尼比的增大扩大了面内模态的失稳风速区域;随着档距增大,面内模态的2个Hopf分岔点和扭转模态的一个Hopf分岔点分别左移,表明大档距时,扭转模态逐渐代替面内模态的舞动;初始拉力对面内模态的失稳区域影响显著,而对扭转模态的影响很小。以上结论可为工程中导线的优化设计提供理论依据。
其他工程学科
基于2013年马甸桥北气象塔实测数据的北京城区地貌风速谱分析
王京学, 杨庆山, 孙霖, 李波, 刘敏
2020, 37(2): 250-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0157
摘要:
基于实测的风场特性研究是结构抗风中的基础性工作之一。脉动风速谱作为风场特性的主要参数之一,描述了风的能量在频率上的分布情况。Van der Hoven最先测得的包括宏观气象尺度峰值和微观气象尺度峰值的风速谱在风工程领域具有奠基性贡献。由于早期采集设备精确性不高、计算分析水平不足,以及近年来城市化进程加快,城市地貌下全频率范围的风速谱有待进一步考查。该文采用2013年北京气象塔47 m、80 m和140 m高度处超声风速仪测得的风速数据,计算分析了反映宏观和微观气象尺度变化的全频率风速谱,并和Van der Hoven风速谱以及其他学者的实测谱进行了对比。结果表明:反映宏观气象尺度变化的低频风速谱除了在周期约为4天处存在峰值外,在周期约为1天(24小时)处的峰值非常明显,而在12小时周期处的峰值相对微弱;与宏观气象尺度峰值相比,高频微观气象尺度峰值较为微弱,且随高度增加,宏观气象尺度峰值逐渐增加,而微观气象尺度峰值相差不多。考虑到结构抗风设计时关注的是强风条件下的高频段风速谱,该文挑选平均风速大于8 m/s的风速样本,对其微观气象尺度风速谱进行了讨论,并和经典风速谱进行了对比,发现不同高度处的实测高频风速谱曲线相互吻合,且实测谱与Kaimal谱接近。