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2020年  第37卷  第3期

综述
非连续变形分析的若干问题
凌道盛, 巩师林, 胡成宝, 钮家军
2020, 37(3): 1-7. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.ST05
摘要:
基于加法分解及其线性化后的位移增量表达式在更新块体构型时,常导致常规非连续变形分析块体应变计算精度低、块体体积虚假膨胀。根据原始DDA位移模式,分析了该位移模式中因对转?增量1阶近似导致的块体体积自由膨胀;应变分量增量直接叠加导致的块体应变场畸变;以及采用加法分解线性化后的位移增量公式推导块体加速度表达式导致的忽略块体转动时的离心力与科氏力。数值算例表明,原始DDA的位移模式直接导致块体体积自由膨胀、块体内应变场畸变以及忽略了块体转动时离心力与科氏力产生的应变。
基本方法
基于有限质点法的含间隙铰平面机构动力分析
郑延丰, 杨超, 刘磊, 罗尧治
2020, 37(3): 8-17. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0212
摘要:
间隙的存在使得铰节点的轴承和轴颈易发生碰撞,从而使带间隙机构的动力响应与理想机构不同。基于有限质点法,对含间隙铰的平面机构开展动力分析。首先给出有限质点法的质点运动控制方程和平面梁单元的内力计算公式。然后引入Lankarani-Nikravesh模型和修正库仑摩擦模型,来计算间隙铰中轴承和轴颈碰撞过程中的接触力和摩擦力。对平面四杆机构和曲柄滑块机构开展了动力分析,验证了该文方法的正确性和有效性。分析结果表明:间隙铰对机构运动的位移和速度影响不大,但使加速度有较大振荡;相比于理想铰,间隙铰的接触力峰值也有较大的增加;相比于刚性机构,柔性机构中间隙铰导致的动力响应要小;而相比于单个间隙铰,多个间隙铰将增大机构的动力效应。
隔离非线性分层壳有限单元法
李钢, 吕志超, 余丁浩
2020, 37(3): 18-27. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0189
摘要:
分层壳单元由于其模型简单,物理意义清晰,被广泛应用于建筑结构的有限元数值模拟中。该文基于隔离非线性有限元法提出了分层壳单元的高效非线性分析模型,将分层壳单元的截面变形(应变和曲率)分解为线弹性变形和非线性变形,以单元中面的高斯积分点作为非线性变形插值结点,建立了非线性变形场,并根据虚功原理,推导了分层壳单元的隔离非线性控制方程,采用Woodbury公式和组合近似法联合求解控制方程。依据时间复杂度理论的统计分析表明:该文建立的方法相较于传统变刚度有限元方法在非线性分析效率方面具有显著优势。并与有限元软件ANSYS的计算结果进行对比,验证了该文方法的准确性。
基于新型振型函数的渐细变截面悬臂梁的自由振动理论与实验研究
周坤涛, 杨涛, 葛根
2020, 37(3): 28-35. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0260
摘要:
该文基于超几何函数和Meijer-G函数的线性组合构建了一种新的变截面悬臂梁的模态函数,该振型函数具有实系数、无近似、精度高等优点。该文分两个步骤验证该振型函数的有效性和精确性:第一步,证明该振型中的自由基频及模态函数形状的准确性;第二步,验证该振型函数在研究变截面梁非线性振动时的效果。第一步中,自由基频及归一化后模态函数形状的理论解、有限元解、有限元半解析解及实验的对照结果精度较好。第二步中,将模态函数代入变截面悬臂梁非线性振动的控制方程,得到了伽辽金截断后的常微分方程的弯曲非线性系数及惯性非线性系数,随后用能量平衡法得到了非线性自由振动时的幅频响应,最后用实验验证了该幅频响应。结果显示,激光位移传感器测得梁上的一个靶点的位移-时间历程图和用振型函数加幅频响应的理论解的预测值吻合,说明了该文方法在预测变截面悬臂梁非线性振动时变形情况的准确性。
采用无缝试件确定混凝土岩石的断裂韧度
管俊峰, 宋志锴, 姚贤华, 陈珊珊, 袁鹏, 刘泽鹏
2020, 37(3): 36-45,107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.0082
摘要:
该文建立了由无缝试件确定混凝土和岩石断裂韧度的理论模型及其解析表达式。该模型考虑了混凝土骨料粒径与岩石颗粒尺寸的重要影响,仅需小尺寸无缝试件的峰值荷载,即可直接确定出无尺寸效应的混凝土与岩石的断裂韧度。进一步,进行了含不同裂缝长度的岩石试件的系列断裂试验,研究结果表明:基于该文模型由无缝试件确定的岩石断裂韧度,与采用含1 mm预制浅裂缝试件的确定结果相吻合,与基于回归分析方法由含不同长度预制裂缝试件确定的断裂韧度基本一致。同时,基于所提模型,对其他学者完成的岩石与混凝土无缝与含缝试件的试验成果进行了深入分析,验证了所提模型与方法的合理性及适用性。该文研究为由实验室小尺寸无缝试件确定混凝土与岩石无尺寸效应的断裂韧度提供了新思路。
土木工程学科
高延性混凝土面层加固受弯无筋砌体墙抗震性能试验研究
邓明科, 董志芳, 樊鑫淼, 梁兴文
2020, 37(3): 46-55. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0323
摘要:
为研究高延性混凝土(HDC)加固无筋受弯砌体墙的抗震性能,设计了1片未加固砖墙、1片钢筋网水泥砂浆面层加固砖墙和3片HDC面层加固砖墙进行拟静力试验,研究其破坏机理、滞回特性和耗能能力。结果表明:1)HDC面层和砖墙具有良好的粘结性能,可有效抑制墙体的开裂和破坏,能改善墙体的脆性破坏特征;2)HDC面层对砖墙形成良好的约束作用,提高了墙体的抗震承载力;3)HDC面层可显著提高砖墙的变形和耐损伤能力,减小或免去震后修复费用,其加固效果优于传统的钢筋网水泥砂浆面层。根据统计分析,该文给出了HDC面层加固墙体基于位移角的易损性曲线。
基于细观模拟的轻骨料混凝土动态压缩破坏及尺寸效应分析
金浏, 杨旺贤, 余文轩, 杜修力
2020, 37(3): 56-65. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0012
摘要:
轻骨料混凝土由于其轻质及保温隔热性能好等优点,越来越多被应用于实际工程结构。采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及两者间界面过渡区组成的三相复合材料,采用塑性损伤本构关系模型,考虑应变率效应的影响,建立了对应的细观随机骨料模型,研究了轻骨料混凝土在动态压缩作用下的破坏行为及尺寸效应规律。发现:随着应变率的增加,惯性效应逐渐成为主导效应,动态压缩强度的尺寸效应逐渐被削弱,达到临界应变率时,尺寸效应被完全抑制。此外,结合率效应影响机制与规律,揭示了轻骨料混凝土动态压缩强度的尺寸效应机理,建立了“静动态统一”的尺寸效应半经验-半理论公式。
物理模拟龙卷风的风速和气压降分布特征
田玉基, 钮亚楠, 杨庆山, 李波
2020, 37(3): 66-76. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0163
摘要:
与季风、台风相比,龙卷风具有空间尺度最小、风速最大的特点,常规气象观测仪器无法记录龙卷风的风场信息;到目前为止,极少量的龙卷风风场信息来自于多普勒雷达探测得到的龙卷风风速、气压特征信息。因此,基于龙卷风实测数据尚不能充分研究龙卷风的风场特征。在实验室中,利用缩尺的物理模拟器生成龙卷风风场,研究其风场特点,对于充分认识龙卷风特性具有重要意义。利用北京交通大学龙卷风模拟器生成了5种涡流比的龙卷风风场,总结分析了龙卷风的切向风速、径向风速、竖向风速以及气压降的空间分布规律,与龙卷风实测结果和龙卷风理论模型进行了对比分析。结果表明,利用北京交通大学龙卷风模拟器生成的龙卷风风场与真实龙卷风的形状相似,风速、气压降的分布特点与真实龙卷风实测值和修正兰金涡理论值吻合或基本吻合,验证了龙卷风模拟器的有效性,为进一步研究建筑、桥梁、输电线等基础设施的龙卷风风效应提供了试验平台。
基于显式算法的RC框架结构抗地震倒塌能力分析
赵鹏举, 于晓辉, 陆新征
2020, 37(3): 77-87. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0165
摘要:
相比于传统动力学分析所采用的隐式算法,显式算法非线性分析的收敛性更好,适宜用来分析结构在倒塌状态附近的强非线性行为。该文基于OpenSees软件平台,采用一种基于修正蛙跳法的显式算法,对按我国规范设计的6个钢筋混凝土(RC)框架结构的抗倒塌能力进行了评估,获得了结构的倒塌易损性曲线,计算得到了结构的倒塌裕度比。在分析过程中,该文对4种不同判据对抗地震倒塌能力的影响进行了分析。其中,第1和第2种判据分别对应我国和美国规范建议的弹塑性层间位移角限值1/50和4%;第3种判据以IDA(Incremental DynamicAnalysis,增量动力分析)曲线上切线斜率低于初始线弹性阶段斜率的20%时的点为结构倒塌点;第4种判据则以结构竖向位移达到1 m来定义结构倒塌状态。分析结果表明:显式算法具有更强的结构非线性分析能力,因此可以更好地模拟结构的倒塌极限状态。判据1~判据3更适宜在结构设计时被用来控制结构倒塌,而判据4利用了结构倒塌的物理意义,其评估结果更接近结构的真实抗倒塌能力。
混凝土结构中考虑滑移效应的钢筋本构模型研究
李磊, 王卓涵, 张艺欣, 郑山锁
2020, 37(3): 88-97. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0167
摘要:
以钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)结构中的钢筋滑移效应为研究对象,通过黏结应力分布简化模型,得到了钢筋应力-滑移关系,基于已有拉拔试验数据验证了该钢筋滑移关系的可靠性。结合塑性铰长度模型建立了可考虑滑移效应的钢筋应力-应变理论关系,分析了混凝土强度、钢筋直径和塑性铰长度等参数对该关系的影响,提出了考虑滑移效应的双线性钢筋本构模型。基于OpenSEES有限元平台,将该模型用于纤维截面的宏观单元模型中模拟RC柱的侧向荷载-位移反应,通过与已有试验结果、不考虑钢筋滑移效应的纤维模型计算结果及考虑钢筋滑移效应的零长度纤维模型计算结果进行对比分析,验证了本文模型的精度和可靠性,并对其适用范围进行了讨论。结果表明,基于本文钢筋本构的纤维模型可以更为准确地计算RC柱的荷载-位移曲线,且能够考虑由钢筋滑移变形引起的柱顶附加水平位移。
三维地震动作用下适用于高耸结构的地震动强度指标
邱意坤, 周长东, 张光伟
2020, 37(3): 98-107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0171
摘要:
烟囱、水塔和广播电视塔等高耸混凝土结构属于高柔的悬臂结构。现有的地震动强度指标多集中于一维或二维地震动作用下的建筑结构,而高耸混凝土结构对竖向地震极其敏感,有必要开展考虑竖向地震动作用的地震动强度指标研究。该文针对混凝土烟囱和水塔结构,提出了一种同时考虑高阶振型和周期延长效应的复合型地震动强度指标,并分别在三维远场地震动和近断层脉冲地震动输入条件下,对该指标的充分性和有效性进行分析和检验。通过和既有的15种地震动强度指标的有效性对比,发现该文提出的指标在三维条件下对这类结构具有较强的适用性。因此,该指标可作为评价高耸混凝土结构抗震性能的一个合理的指标。
部分预制装配型钢混凝土柱火灾后偏压试验研究
杨勇, 魏博, 薛亦聪, 于云龙, 龚志超
2020, 37(3): 108-119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0174
摘要:
通过6个试件的火灾后偏压试验以及1个试件的常温下偏压试验,对配置活性粉末混凝土外壳的部分预制装配型钢混凝土(Partially Precast Steel Reinforced Concrete,PPSRC)柱和空心预制装配型钢混凝土(HollowPrecast Steel Reinforced Concrete,HPSRC)柱的火灾及火灾后偏压性能进行了对比分析。研究了受火时间、偏心率和核心混凝土强度对PPSRC柱及HPSRC柱的火灾下内部温度分布及火灾后剩余承载力、变形能力等方面的影响,并基于试验结构,对火灾下试件截面温度场进行了数值模拟分析。试验结果表明:火灾升温过程中试件截面测点温度存在明显的温度平台,火灾后试件的活性粉末混凝土外壳未发生爆裂现象,混凝土对型钢具有较好保护作用;模拟结果表明,截面温度及温度变化幅度由表及里逐渐降低,核心混凝土受到良好保护作用,温度相对较低;在偏压荷载下,火灾后试件的偏心受压破坏过程以及破坏形态和常温下类似,剩余承载力随火灾升温时间的增长和偏心率的增大而降低,随核心混凝土强度的增大而升高,试件的延性随核心混凝土的强度增大而增大。
“依赖应变历史材料”结构动力松弛法静力分析中规避虚假应变历史的非线性弹性增量算法
苏小卒, 王伟
2020, 37(3): 120-130. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0185
摘要:
针对SHDM结构(由依赖应变历史材料制成的结构)有限元非线性静力平衡方程组动力松弛法(DRM)迭代求解时的积分点应力更新步骤,提出非线性弹性增量算法,即在一个静力增量步内固定材料的加卸载路径,使之在该增量步内成为非线性弹性材料。该应力更新算法能使包括收敛解在内的迭代序列中不含虚假应变历史。此外,该算法还可避免静力解答精度依赖于静力增量步长的局限性。通过三个SHDM结构的数值试验对该算法进行了验证。该算法可望对SHDM结构非线性有限元静力问题DRM分析技术的发展起促进作用。
考虑行波效应的大跨度矮塔斜拉桥耐震时程分析
沈禹, 谈华顺, 王献挚, 李建中
2020, 37(3): 131-141,148. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0192
摘要:
耐震时程法(ETM)是一种采用幅值随时间不断增大的人工地震动作为输入的新型动力分析方法,其只需通过少量的数值运算便可得到不同地震强度下的结构响应。基于此优势,该文探索了在考虑行波效应下,耐震时程法预测大跨度矮塔斜拉桥地震碰撞响应的精确性和有效性。以一座两侧建有桥台的典型山谷地带矮塔斜拉桥为研究对象,通过与天然地震输入下的增量动力分析(IDA)结果进行对比,验证耐震时程法捕捉地震碰撞响应的可行性;并采用此方法参数化分析了不同地震动视波速对碰撞力、塔梁位移和墩柱曲率响应的影响。研究结果表明:耐震时程法能够高效地预测出考虑行波效应的矮塔斜拉桥地震碰撞响应;此外,行波效应对大跨桥梁地震碰撞响应的影响存在两面性,与结构是否进入非线性以及地震动强度和视波速大小有关。
粗粒土静止侧压力系数影响因素试验研究
蒋明杰, 朱俊高, 梅国雄
2020, 37(3): 142-148. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0199
摘要:
目前,适用于测试粗粒土K0值的试验仪器及方法较少,关于粗粒土K0影响因素的研究几乎空白。为研究分析粗粒土K0影响因素,利用新近研制的大型K0测试仪对某砂卵砾石料进行了大量K0试验。通过改变试样的相对密实度Dr0与颗粒最大粒径dM等初始条件,研究了粗粒土在不同试验条件下K0的变化规律。试验结果表明:粗粒土的Dr0K0存在线性负相关关系;颗粒最大粒径dMK0呈负相关关系,可近似用幂函数表示;K0随着竖向应力σ'v的增加呈减小趋势,而且较低竖向应力下这种趋势显著。
饱和地基高填方工程不排水稳定性分析方法研究
谢庄子, 程晓辉, 刘伟, 麻强
2020, 37(3): 149-156. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0205
摘要:
对于饱和地基上快速填方,尤其是高填方的稳定性问题,由于超静孔压无法及时消散,有必要进行不排水稳定性分析。我国工程界对于不排水强度指标和分析方法的选用还缺乏广泛的共识,也有因此导致的工程失效案例。为此,该文系统比较了国内外3种不排水稳定性分析方法和相应的强度指标差异,从简单算例入手,到实际工程案例,进行基于有限元极限分析的不排水稳定性计算。计算结果表明对于饱和地基上高填方工程稳定性分析,有必要采用基于Mohr-Coulomb有效应力强度指标的不排水分析方法(Method A),或考虑固结应力作用的不排水强度指标方法(Method B)进行稳定性验算,而利用Mohr-Coulomb总应力强度指标的稳定性分析(Method C)会高估填方工程的稳定性。
考虑剪切作用的盾构隧道管片接头力学模型研究
耿萍, 唐睿, 陈枰良, 郭翔宇, 何川, 张艳阳
2020, 37(3): 157-166. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0213
摘要:
目前使用较广泛的盾构隧道管片接头研究模型往往视切向为刚性,大多考虑了轴力与弯矩的共同作用而忽视了剪力作用。然而剪切力可能会使接头位置发生剪切位移,严重时可能引起管片剪切破坏、隧道错台等。该文将轴向、切向和转动三个方向的位移作为已知荷载,分别推导接头区域内螺栓与混凝土结构的刚度矩阵,然后对刚度矩阵进行合成,得到管片接头考虑剪切时的力学模型。并以狮子洋盾构隧道工程为依托,对比了有限元法与该模型的计算结果。研究表明,模型与有限元法计算的结果规律相同,两者具有较好的一致性。该文建立的模型考虑了轴向、剪切及弯曲三个方向上荷载的耦合作用,使之更符合接头的实际情况。研究成果对补充管片接头力学模型有一定参考价值。
RC带翼缘剪力墙变形能力计算方法研究
王斌, 史庆轩, 蔡文哲, 彭一功, 李涵
2020, 37(3): 167-175,216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0219
摘要:
通过3个T形截面RC剪力墙的拟静力试验,分析了各变形分量所占比重及其在加载过程中的变化规律。以此为基础,基于截面的弯矩-曲率分析,采用考虑等效塑性铰区高度变化的集中塑性铰模型建立了墙肢弯曲变形计算方法,通过对Lowes滑移模型的修正建立了纵筋滑移引起的变形计算方法,根据剪应变与曲率间的线性关系建立了剪切变形计算方法。据此提出了一种全新的考虑弯曲、纵筋滑移和剪切变形贡献的带翼缘剪力墙荷载-变形分析模型,其计算结果与试验吻合良好。研究表明,该文提出的分析模型不但变形分量计算明确,对层间位移及任意高度处的变形均可做出准确估计,同时对于不同截面形式的剪力墙具有广泛的适用性,为性能设计和性能评估提供了一种有效的分析手段,可供工程设计参考。
移动型下击暴流及其作用下高层建筑风荷载的数值模拟
李艺, 黄国庆, 程旭, 赵丽娜
2020, 37(3): 176-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0231
摘要:
下击暴流造成了大量的输电线塔、风机等结构的破坏,对其风场及其引起的结构风荷载研究非常迫切。该文基于RANS,利用SST k-ω湍流模型模拟了下击暴流风速特性及其作用下高层建筑的风荷载。对静止型下击暴流及其作用下高层建筑的风荷载进行了三维定常数值模拟,并将模拟结果与风洞试验结果相对比,结果表明:所建立的CFD计算模型能较好地模拟下击暴流及其作用下高层建筑的风荷载。借助于滑移网格技术对移动型下击暴流进行数值模拟,探究了相应的下击暴流风场及其对位于射流口中心移动路径上的高层建筑的风荷载。将该文模拟得到的移动型下击暴流径向风剖面与实测结果以及其他学者模拟结果相比较,吻合度较高,验证了凭借滑移网格技术能逼真地模拟出下击暴流的风场特性及其作用下高层建筑的风荷载。将静止型和移动型下击暴流的风场特性及其对建筑物的风压作用进行详细对比,研究结果表明:射流口的移动增强了运动方向的径向风速,减小了负方向的风速,并增大了建筑物表面的风压系数,这在结构设计中应予以考虑。
共面双裂隙类岩石材料抗拉强度试验研究
董晋鹏, 杨圣奇, 李斌, 黄彦华
2020, 37(3): 188-201. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0232
摘要:
研究裂隙充填下岩石的力学特性对确保裂隙岩体的稳定性具有重要意义。该文首先配制了不同裂隙倾角下充填与非充填共面双裂隙巴西圆盘类岩石试样,然后在DNS 300岩石伺服机上进行巴西劈裂试验。基于试验结果,分析了裂隙倾角及裂隙充填与否对试样抗拉强度的影响,并结合其声发射特征和数字散斑系统对试样的裂纹扩展过程进行分析。结果表明:相比非充填试样,裂隙充填一定程度上增加了试样的完整性,使其抗拉强度有所增加;无论试样裂隙充填与否,其抗拉强度都受裂隙倾角的影响,随着裂隙倾角的增加,充填与非充填试样的抗拉强度逐渐呈现下降趋势;裂隙倾角在15°以内和为90°时,裂隙充填与否对试样的破裂模式基本没有影响;而裂隙倾角介于30°和75°之间时对其破裂模式影响较大,且随着裂隙倾角的增加,在形态上充填与非充填试样的破裂模式都由拉张裂纹向翼裂纹转变。
火灾蔓延作用下混凝土连续板力学行为试验研究与模拟
王勇, 马帅, 张亚军, 肖泽南, 张耕源, 陈振兴, 周萌
2020, 37(3): 202-216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0238
摘要:
为研究火灾蔓延作用对三跨混凝土连续板力学行为影响,对四块混凝土连续板进行仅边(中)跨和三跨依次受火试验,获得各跨温度、变形、裂缝、爆裂和破坏模式等变化规律。在此基础上,对一块混凝土试验板火灾行为进行数值分析,研究了几何(非)线性和混凝土热膨胀应变对火灾蔓延作用下连续板各跨弯矩分布和薄膜机理影响规律。结果表明:混凝土板裂缝和爆裂主要出现于受火跨,非受火跨裂缝较少;板底和板顶具有完全不同裂缝分布,即板底短裂缝多出现在板边区域,板顶多为平行短跨方向通长裂缝。同时,混凝土连续板各跨跨中变形趋势取决于自身位置和火灾蔓延方向,变形最大值取决于自身受火时长和炉温。此外,数值分析表明,火灾蔓延行为对连续板各跨最大弯矩分布和拉压薄膜效应发展有重要影响;相比Lie模型,EC2模型计算结果较为合理,且几何非线性影响不可忽略。
一种通用高层建筑模型烟囱效应的数值模拟分析
解学峰, 杨易
2020, 37(3): 217-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0251
摘要:
超高层建筑的烟囱效应问题,是由室内外环境和建筑设计等多种因素引起的一种室内外非受控空气渗透现象。强烈的烟囱效应可能导致电梯营运故障、电梯井道气动噪声及空调能源浪费等问题,当前对于该问题的研究进度远滞后于建设速度。在对10余栋超高层建筑烟囱效应实测研究的基础上,提炼总结其共同建筑设计特征,基于结构风工程中标准高层建筑模型,设计了一种分析室内外空气渗透作用的高层建筑烟囱效应通用高层建筑模型,采用多区域网络模型数值模拟方法进行数值仿真,分析了围护结构气密性等级、首层门厅设计、建筑内部空间分割、外部环境等主要影响因素对电梯门压差分布的影响规律,得出如下结论:相较于短程电梯,通高电梯的电梯门受烟囱效应影响程度最大;除室外环境和电梯井道高度外,建筑幕墙气密性等级、建筑内部隔断设计等因素也影响电梯压差分布;提高幕墙围护结构的密封等级,能有效地削弱烟囱效应的作用强度,降低各层电梯门的压差;首层厅门的设计和状态对烟囱效应影响显著,其开闭状态对首层电梯门压差影响较大;在建筑首层或顶层电梯厅设置前室门后,电梯门压差明显降低;烟囱效应还受室外风场作用的影响,相较于热压作用,风速和风向对建筑烟囱效应压差的影响相对复杂,不同风向和风速的作用规律不同,需要结合实际工程的风气象条件进行具体研究。基于通用高层建筑模型烟囱效应的详细参数分析得出的一般规律,对实际超高层建筑的烟囱效应特性分析以及强烟囱效应的缓解措施具有一定的参考价值。
除尘器壳体双肢组合截面立柱轴压稳定性研究
宋碧颖, 王登峰, 王元清, 方滨
2020, 37(3): 228-237. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0280
摘要:
除尘器壳体围护结构中的立柱因需要支承顶部较宽截面的箱形梁以及承担较大的轴力而设计成双肢H型钢组合截面。利用非线性有限元方法,研究此双肢组合截面柱在考虑初始缺陷情况下承受轴向压力时的稳定性。研究表明,立柱轧制、墙板与立柱焊接产生的残余应力会小幅降低立柱稳定承载力。立柱的失稳形式为柱顶跨段内前翼缘与前腹板组成T形截面整体弯扭失稳与腹板局部失稳同时发生的相关失稳。墙板与两肢间连接墙板作为蒙皮板,为立柱承担部分荷载并约束其侧向变形。连接墙板越靠近前翼缘,立柱的稳定性越好。连接墙板宽度、墙板宽度、墙板角钢加劲肋刚度和节点连接板厚度等因素对立柱稳定性影响较小。仅邻近立柱的墙板和连接墙板增厚可对立柱稳定性有增强作用,远离立柱的墙板壁厚影响较小。立柱稳定系数与H型钢柱翼缘宽厚比的关系不是单调的;立柱绕弱轴弯曲长细比、腹板高厚比的增大会降低立柱稳定性。基于大量非线性有限元计算结果,提出了除尘器壳体中双肢组合截面轴心受压柱稳定承载力的计算建议。
其他工程学科
基于改进粒子群算法的月地转移轨道优化
李远平, 蔡远利, 李济生
2020, 37(3): 238-244. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0176
摘要:
月地转移轨道优化是月球返回任务的技术难题之一,其搜索空间大、约束条件多。该文通过罚函数法将多约束优化问题转化为无约束优化问题,提出了一种改进粒子群算法,利用适应度函数来更新惯性权重,对粒子的速度加以约束,还对粒子的位置参数引入随机反馈控制,分析了算法的收敛性。在月地返回窗口内获得了逃逸速度增量最小的月地转移轨道优化结果,并利用目标函数的等高线图分析,对优化结果进行了验证。
漂浮式光伏电站方阵环境载荷计算方法研究
肖福勤, 陈作钢, 代燚, 宋肖锋, 郭军, 余德海, 吴昊
2020, 37(3): 245-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0230
摘要:
针对我国建成的全球首个单体容量达到40 MW的漂浮式光伏电站方阵进行了环境载荷数值预报研究,在与风洞模型试验结果对比验证的基础上,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对该大规模方阵的整体风载荷和流载荷进行了数值研究。CFD计算的数值考察验证了采用简化浮体模型进行研究的可行性,单体模型的计算结果与风洞试验结果吻合良好;对方阵进行实尺度建模及3D简略计算,得到了整体风载荷在不同风向角下的变化规律;通过对最大载荷风向的北风条件下的载荷分布规律的分析,提出了2.5D计算的策略,得到了数值验证;根据计算结果设计并实施了18行×11列单元模块的缩尺方阵风洞试验,试验结果和CFD计算结果吻合良好,据此构建了完整的数值计算方法;对2.5D进行高精度计算,确定了针对3D简略计算的修正系数,得到较为准确的整体风载荷结果。流载荷计算方法与风载荷相同。采取势流计算方法开展了波浪载荷数值分析研究,得到了在单位波幅规则波作用下漂浮方阵波浪载荷随行和列的变化规律;根据此规律获得了整体漂浮方阵的波浪载荷,并据此计算了50年一遇的极端条件下漂浮方阵所受的波浪载荷。该研究为漂浮式光伏电站的风、流、波浪等环境载荷的数值预报提供了方法,为漂浮方阵的锚泊计算及水上光伏电站的系统设计提供了技术支持。