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2020年  第37卷  第5期

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综述
玄武岩纤维复合材料性能提升及其新型结构
吴智深, 汪昕, 史健喆
2020, 37(5): 1-14. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.ST10
摘要:
纤维增强复合材料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳的优点,是结构加固增强的理想材料。其中,具有环境友好特性的玄武岩纤维复合材料(BFRP)有望推动工程结构的绿色可持续化发展,得到国家和地方政府的大力支持。为进一步提升BFRP增强工程结构的性能与寿命,还需从BFRP材料性能和结构增强形式等方面进行改善。该文阐述了BFRP高性能化技术,并从设计理念、关键技术和力学性能三个方面,对三种新型BFRP增强结构形式进行了综述,包括高耐久损伤可控BFRP筋/网格-钢筋混合配置混凝土结构、BFRP型材-混凝土组合结构以及BFRP拉索大跨结构,并对BFRP新建结构的发展提出了建议和展望。
大气边界层大涡模拟入口湍流生成方法综述
周桐, 杨庆山, 闫渤文, Pham Van Phuc, 王京学
2020, 37(5): 15-25. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0340
摘要:
随着计算资源的飞速发展以及数值模拟技术的不断进步,大涡模拟被越来越多地应用于结构风工程领域的研究。运用大涡模拟准确模拟结构风效应的关键问题之一是生成满足大气边界层风场特性的入口湍流条件。预前模拟法和人工合成法是目前主流的两类大涡模拟入口湍流生成方法。该文阐述了不同入口湍流生成方法的基本原理,并梳理其在结构风工程领域的发展。从结构风工程研究的角度出发,对比分析不同方法的特点及适用性。最后,针对当前大气边界层大涡模拟入口湍流生成方法存在的问题,提出了未来研究的展望。
基本方法
基于子结构的Woodbury非线性分析方法
苏璞, 李钢, 余丁浩
2020, 37(5): 26-35. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0419
摘要:
非线性分析是研究结构性能的重要手段,准确并高效的模拟非线性行为,对评估结构安全性具有重要意义。工程结构材料非线性行为一般仅发生在局部区域,考虑结构的局部非线性特征,往往能有效提高计算效率。Woodbury公式被应用于多种数值算法中来高效地求解局部材料非线性问题,该公式仅需对小规模的Schur补矩阵进行分解,避免了对整体刚度矩阵的分解运算。然而,Schur补矩阵通常不具备稀疏特征,且其阶数与非线性规模相关,因此,当非线性区域较大时,Woodbury公式的高效性受到限制。为此,该文提出了基于子结构的Woodbury非线性分析方法,该方法将Schur补矩阵分解为若干个子矩阵,大幅降低了非线性分析过程中Schur补矩阵的规模。最后将该方法应用于某钢框架结构的动力非线性分析,并从精度和效率两方面与传统Woodbury法做了对比;结果表明:该文方法在保证计算精度的前提下改善了Woodbury公式的计算性能,进一步拓宽了其适用范围。
土木工程学科
空间三撑杆双环索索穹顶考虑自重的预应力计算方法及参数分析
张爱林, 文闻, 张艳霞, 武超群, 王庆博
2020, 37(5): 36-45. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0403
摘要:
基于传统索穹顶构造形式的单一性和力学性能的不足,提出了一种空间三撑杆双环索索穹顶。提出了一种基于位移法与节点平衡法结合求解索、杆预应力的方法,并运用该方法计算比较了该索穹顶结构在是否考虑自重情况下预应力分布的差别;给出了索穹顶在考虑不同参数影响下的预应力计算表,对比了各种参数对结构性能的影响。结果表明:在考虑结构自重情况下,该索穹顶绝大部分索、杆预应力值都有不同程度的增大;撑杆高度与矢跨比的增大,会导致索穹顶结构中几乎所有构件的初始预应力值呈现减小的趋势,但增大撑杆高度相较于增大矢跨比影响更大。因此,在实际工程中,更多采用增大撑杆高度的方案。
北京大兴国际机场航站楼核心区钢网格结构日照非均匀温度场研究
周勐, 樊健生, 刘宇飞, 张晋勋, 段先军, 雷素素
2020, 37(5): 46-54,73. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0374
摘要:
温度荷载在大跨空间结构的设计与施工过程中十分重要,由于太阳辐射以及各构件之间遮挡关系的复杂性,结构中的温度场一般是不均匀的。该文基于消隐算法,实现了圆截面杆系构件日照阴影的计算方法,编制了能够考虑地理气象信息的太阳辐射量计算程序。以北京大兴国际机场钢网格结构为背景,在ANSYS软件的热分析模块中模拟了结构的瞬态温度场,并对瞬态温度场的重要求解条件进行了讨论。结果表明,考虑太阳辐射后,大跨空间结构中的温度场具有明显的非均匀性与时变特征,日照阴影在温度场模拟中不可忽略。对于较为复杂的大跨空间结构,该文建议的温度场模拟方法为施工过程的精确模拟提供了重要基础。
高延性混凝土加固RC梁抗剪性能试验研究
邓明科, 李琦琦, 马福栋, 黄政
2020, 37(5): 55-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.0367
摘要:
为利用高延性混凝土(HDC)良好的拉伸和剪切变形能力,提高无腹筋钢筋混凝土梁的受剪性能,该文通过对9根HDC加固梁、1根高性能复合砂浆加固梁及3根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、加固层厚度和加固层是否配置箍筋对梁破坏形态、受剪承载力及变形能力的影响。结果表明:采用HDC面层对无腹筋梁进行抗剪加固,可以显著提高梁的抗剪承载力和变形能力;HDC面层可代替部分箍筋的抗剪作用,改善无腹筋梁的剪切破坏形态,并提高梁的剪压比限值;HDC加固层越厚,其受剪承载力和变形能力提高越明显,但加固层厚度较大时,需采用措施防止HDC面层间发生剥离破坏;HDC面层配置附加箍筋,可进一步提高试件的受剪承载力和耐损伤能力。基于试验结果,该文提出了HDC加固试件的受剪承载力计算公式,其计算值与试验结果吻合较好。
箍筋约束混凝土圆柱轴压强度尺寸效应律
金浏, 李平, 杜修力, 李冬
2020, 37(5): 64-73. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0166
摘要:
钢筋混凝土构件的破坏模式与机制区别并远复杂于混凝土材料,采用混凝土材料层面的尺寸效应理论与公式来描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为是值得商榷的。另外,混凝土材料尺寸效应理论公式难以反映钢筋混凝土结构构件中其他重要参数对尺寸效应的影响。以箍筋约束混凝土圆柱为研究对象来看:结合相关物理试验及数值模拟结果,凝练归纳出了影响其轴压破坏尺寸效应的主导参数——箍筋率;根据箍筋约束作用对柱轴压强度的影响机制与规律,在经典的Bažant材料层次尺寸效应律的基础上,建立了箍筋约束混凝土柱轴压强度的尺寸效应半理论-半经验公式。相关试验及模拟结果验证了该构件层次尺寸效应公式的准确性和合理性。
掉层RC框架结构基于典型失效模式的失效概率评估
刘流, 李英民, 姬淑艳
2020, 37(5): 74-81. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0244
摘要:
结构失效模式决定了结构在强震下的抗震性能。该文采用基于可靠度理论的割集方法,对掉层框架结构地震作用下的典型失效模型的失效概率进行评估,并与规则框架结构进行对比,分析了掉层框架结构失效模式的特点。结果表明:掉层框架结构的柱极限剪切失效模式年平均发生概率高于规则结构,且掉层框架结构存在剪切破坏先于弯曲破坏的风险,应采取适当加强措施以满足"强剪弱弯"的设计原则;对掉层结构进行基于年平均概率的柱剪力增大系数分析,建议对掉层结构上接地柱进行抗剪承载力设计时,采用抗震等级提高一级所对应的剪力增大系数,且上接地柱全柱段箍筋应加密布置。
钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能试验研究与数值模拟
李杨, 任沛琪, 丁井臻, 李延涛, 邢万里, 宗金辉
2020, 37(5): 82-93. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0283
摘要:
为了研究钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能,设计了2个两跨连续组合梁试件,对其进行静力加载试验,并与有限元模拟结果进行对比。研究结果表明:双面组合作用梁下部混凝土板可分担钢梁压力,其组合作用有利于钢梁下翼缘的稳定性,但对于腹板的稳定性不起作用。组合梁在按照完全抗剪连接进行设计时,可不考虑界面滑移的影响;与普通组合作用梁相比,双面组合作用梁抗弯刚度更大,其负弯矩区长度可延长约28.3%。相同荷载作用下,双面组合作用梁负弯矩值较低,可延缓上部混凝土板的开裂,有效控制混凝土板裂缝宽度和裂缝区范围。下部混凝土板长度按照完全抗剪连接设计的最小长度取值即可,不必过长。ABAQUS有限元模型分析结果与试验结果吻合良好,可较好地模拟组合梁受力性能。提高双面组合作用连续梁下部混凝土板的强度,可有效提高组合梁的承载力和刚度,受力更合理。
密集横隔板UHPC箱梁锚固区局部承压性能研究
冯峥, 李传习, 潘仁胜, 刘科强, 聂洁
2020, 37(5): 94-103,119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0295
摘要:
为获得密集横隔板UHPC箱梁"隔板连通式齿块"的局部承压受力特征及承载能力,该文以某拟建UHPC箱梁桥为工程背景,通过大吨位张拉试验及非线性有限元模型对UHPC箱梁锚固区进行了受力分析,得到了以下结论:UHPC锚固区局压开裂为UHPC的拉应力控制;"隔板连通式齿块"中"局部弯曲效应"和"径向力效应"均不显著,但"锚下劈裂效应"和"隔板弯曲效应"较为明显且为导致锚固区承载失效的重要因素;背景工程中尺寸小巧的"隔板连通式齿块"张拉到4700 kN时无开裂风险,采用25根钢绞线锚固同样能满足承载能力要求,可在实际工程中广泛采纳;UHPC锚固区的拉应变值即便进入到了拉伸应变硬化阶段锚固区仍能正常使用,为建造经济化在设计中可适当利用UHPC的拉伸应变硬化特征。此外,UHPC锚固区局压承载力基于不同承载力公式所得的计算结果差距较大(最大差值达到了40.9%),其中基于Kim公式、《活性粉末混凝土结构技术规程》以及《超高性能混凝土结构设计技术规程》(征求意见稿)中局压承载力计算公式所得结果与FEA结果较为接近。
高温后半灌浆套筒抗拉性能试验研究
朱佳宁, 郭栋栋, 马金凤, 吴耀鹏, 马江剑
2020, 37(5): 104-111. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0322
摘要:
对灌浆料标准试块和铸铁半灌浆套筒连接件进行了常温、200℃、300℃、400℃、600℃的抗压强度试验和单向拉伸试验。研究了温度对灌浆料性能的影响,以及锚固长度、保护层厚度对高温后半灌浆套筒钢筋连接试件抗拉性能的影响,分析了高温后半灌浆套筒连接破坏模式的转变。结果表明:灌浆料抗压强度随温度的升高而降低,在经历600℃高温后,灌浆料抗压强度损失达73%;套筒试件经历高温后由钢筋屈服后断裂破坏逐渐变为钢筋屈服拔出破坏,最终变为钢筋屈服前拔出破坏;无保护层试件抗拉性能在各个温度下均低于有保护层试件。基于试验数据给出了灌浆料抗压强度随温度变化的计算公式及半灌浆套筒极限拉力随温度和锚固长度变化的计算公式,为相关设计及工程施工提供参考。
型钢混凝土框架柱等效塑性铰长度研究
王斌, 孙勇峰, 霍光, 杨倩
2020, 37(5): 112-119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0333
摘要:
为了对地震作用下型钢混凝土框架柱的等效塑性铰长度做出较为准确的定义,根据课题组前期试验结果,对水平地震作用下型钢混凝土框架柱的破坏现象和机理进行了深入分析,建立了地震作用下型钢混凝土柱的柱顶极限位移模型,基于考虑纵筋屈服后型钢和核心区混凝土的弯曲效应以及型钢翼缘的应变渗透效应,通过理论分析与推导得到了柱顶极限位移模型中各分量对应塑性转角计算方法,最终采用曲率积分的原理建立了适用于型钢混凝土框架柱等效塑性铰长度的计算表达式。将解析方法得到计算结果与试验结果进行对比,结果表明:该文所提出的等效塑性铰长度计算公式与型钢混凝土框架柱在水平地震荷载作用下的试验结果吻合较好,该研究结果可为型钢混凝土组合结构构件基于性能的抗震设计和弹塑性分析提供一定的理论支撑。
高强钢筋约束超高性能混凝土柱轴心受压本构模型研究
邓宗才, 姚军锁
2020, 37(5): 120-128. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0344
摘要:
约束超高性能混凝土(ultra high performance concrete,UHPC)轴压本构模型是进行UHPC柱结构设计和非线性分析的基础。该文对9根箍筋约束UHPC柱的应力-应变关系进行了研究,结果表明:UHPC宜采用高强箍筋约束且适配性良好,与普通箍筋相比高强箍筋可较好的提高约束UHPC强度及变形能力;高体积率、小间距、形式复杂的高强箍筋的约束效果良好;高强箍筋在约束UHPC峰值应力时不一定屈服,取屈服强度计算峰值时高强箍筋的约束应力,会高估其对峰值应力的提高程度。基于Ottosen破坏准则推导了约束UHPC峰值应力计算式,给出了峰值应变、峰值应力时高强箍筋应力取值计算式;建立了约束UHPC轴压本构模型,并与几种典型的约束本构进行了对比,表明所建立的本构与试验曲线吻合度较高。
基于力流等效的环形网顶破力学行为解析方法
郭立平, 余志祥, 骆丽茹, 齐欣, 赵世春
2020, 37(5): 129-139. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0345
摘要:
该文提出了一种基于力流等效的环形网片解析计算方法,用于防护系统环形网拦截单元的顶破力学行为解析。考虑钢丝圈数影响,采用液压作动器控制的球冠形顶头对柔性钢丝网片进行位移加载,开展了8种规格共24张环形网片试件的拟静态顶破试验,明确了环形网片在顶破作用下的力-位移关系。根据试验结果,开展了力流分析,发现环形网片顶破极限状态的承载力主要受若干径向分布的环链影响,据此将力流路径上的环链等效为直线纤维,构建了基于力流等效的网片分析模型。采用Python程序求解获得模型的力与位移解,经与试验结果对比分析,验证了该方法的可靠性,同时,该模型可以揭示网片承载的薄弱区分布特征,并能反映网片顶破极限状态下的径向环链受拉特征。
微波加热岩石与混凝土的研究进展与工程应用
邵珠山, 魏玮, 陈文文, 郜介璞, 袁媛
2020, 37(5): 140-155,165. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0352
摘要:
微波加热固体是新型的绿色、高效加热技术,具有即时性、整体性、选择性以及低能耗低污染等优点,微波辅助岩石和混凝土的破碎技术是国内外研究的热点方向。针对微波加热岩石和混凝土的机理和加热特点,国内外学者开展了一系列理论分析、模型模拟以及试验研究。该文系统总结了该领域理论、模拟以及试验的研究进展,在论述微波加热特点、材料对微波加热响应以及加热影响因素的基础上,阐述了微波加热岩石和混凝土的内在机制,讨论了微波加热在岩石强度劣化、辅助岩石破碎、岩石钻孔、混凝土骨料回收以及微波辅助选矿等工程领域的研究现状与应用前景,探讨了相关领域的研究重点以及未来的研究方向,以期为推动工程中微波加热技术的应用和发展提供借鉴与参考。
循环温度作用下饱和黏土中摩擦型桩变形特性研究
陆浩杰, 吴迪, 孔纲强, 刘汉龙
2020, 37(5): 156-165. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0353
摘要:
能量桩兼具支承上部荷载与能量交换的双重功能,循环温度作用下端承型桩的承载性能、摩擦型桩的变形问题是两大主要问题;目前针对长期循环温度作用下饱和黏土中摩擦型桩变形特性与机理的研究仍相对较少。该文针对饱和黏土中的摩擦型桩,开展了长期循环温度作用下桩基热响应特性模型试验研究,实测了桩/土温度分布、温度引起的桩周土体孔隙水压力以及桩顶变形等发展规律,初步探讨了桩顶累积沉降的产生机理与变化规律。研究结果表明:单次温度循环过程中,桩顶位移变化率在制热时略小于制冷时,桩顶位移变化率的差值随着循环次数的增加而逐渐减小,从而累积沉降也逐渐趋于稳定;该文试验条件下,经过长期(20次)温度循环,摩擦型桩的桩顶累积沉降逐渐稳定在2%DD为桩径)。
地震波斜入射下层状TI饱和场地地震反应分析
巴振宁, 张家玮, 梁建文, 吴孟桃
2020, 37(5): 166-177. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0363
摘要:
滨海地区的天然土体在长期的风化和沉积作用下,其水平模量往往会大于其竖向模量,表现出明显的横观各向同性(TI)饱和特性,目前还很少有针对地震波斜入射下TI饱和场地动力响应问题的研究。将HaskellThomson传递矩阵方法拓展到层状TI饱和半空间,求解了直角坐标系下两相介质的Biot动力平衡方程及孔隙流体运动方程,建立了层状TI饱和半空间传递矩阵,并结合地表边界条件求解了地震波斜入射下层状TI饱和场地自由场的时域反应。该文验证了提出方法的正确性,进而以CNTEWGXE波(0.3 g)作为输入地震动,研究了土体TI性质及饱和特性对场地加速度时程及反应谱的影响。结果表明:层状TI饱和场地和各向同性饱和场地地表的动力响应存在一定差异,TI参数的改变使得场地对地震波产生不同的滤波和放大效应;场地的饱和特性对地表的动力响应有重要影响,饱和多孔介质固液耦合作用对地震波具有削弱作用;地震波斜入射时地表加速度时程及反应谱响应小于其垂直入射时的响应,且入射角度对qP1波入射时的场地影响更明显。
装配整体式网格剪力墙压弯承载力计算方法
李斌, 黄炜
2020, 37(5): 178-189. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0380
摘要:
通过6榀装配整体式网格剪力墙试件的低周反复荷载试验,研究了预制墙板竖向钢筋连接方式、竖向接缝形式,布筋方式对墙体抗震性能及压弯承载力的影响,试验结果表明:6榀墙体均发生以竖向边缘构架破坏为主的弯曲型破坏;预制墙板竖向钢筋采用预埋件焊接时,能有效提升墙体的承载力;预制墙板竖向接缝形式对墙体的承载力影响不大;井字形布筋墙体的承载力及延性略大于其他类型布筋墙体。基于平截面假定,充分考虑预制墙板可靠连接钢筋作用,忽略未连接钢筋作用,建立墙体在开裂、屈服、峰值、极限状态弯矩-曲率计算方法,并对影响其各阶段承载力计算公式的因素进行分析。结果表明,所建立的弯矩-曲率计算公式能较为准确地描述装配整体式网格剪力墙各阶段的荷载-变形关系,计算值与试验结果吻合较好。
酸雨环境下腐蚀RC剪力墙抗震性能试验研究
郑跃, 郑山锁, 董立国, 贺金川, 明铭
2020, 37(5): 190-198,227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0394
摘要:
为研究酸雨环境中RC剪力墙的抗震性能,设计了6榀剪跨比为2.14的RC剪力墙试件,采用人工气候环境模拟技术对其进行酸雨环境加速腐蚀试验,进而进行拟静力试验,分析轴压比和腐蚀程度对RC剪力墙抗震性能的影响。结果表明:在酸雨溶液中的H+和SO42+共同侵蚀作用下,试件表面出现析出晶体、侵蚀孔洞、骨料外露等现象,且随酸雨侵蚀循环次数增加腐蚀现象不断加重;随腐蚀程度增加,墙底水平裂缝出现时间提前且裂缝之间间距增加,裂缝宽度变宽,试件承载能力、变形能力和耗能能力均有不同程度的退化,峰值点剪切变形及其占总变形比例减小;随轴压比增加,墙体开裂、屈服和峰值荷载增大,裂缝发展速度减慢,但各试件的变形能力和耗能能力不断降低,峰值点剪切变形及其占总变形比例减小。
超大型冷却塔风致倒塌全过程数值仿真与受力性能分析
吴鸿鑫, 柯世堂, 王飞天, 葛耀君
2020, 37(5): 199-207. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0399
摘要:
历史上强风作用下大型冷却塔风毁事件多次发生,现有研究关注的重点大多为风致塔筒局部强度超限或失稳破坏,均忽略了由局部损坏引发的整体连续倒塌破坏的后续现象,且难以揭示大型冷却塔风致倒塌过程及作用机制。鉴于此,基于计算流体动力学(CFD)与显式动力分析算法(LS-DYNA)技术提出了大型冷却塔风致倒塌全过程数值仿真模拟方法,并以山西潞安电厂世界最高220 m超大型冷却塔为例,建立了考虑材料非线性塔筒-支柱三维有限元模型,并分析了结构动力特性;基于显示动力时程分析方法,加载基于CFD获得的塔筒三维平均风压进行拟动力分析,数值再现了超大型冷却塔风致倒塌全过程;研究了塔筒应力分布变化规律与倒塌全过程的扭曲变形姿态等特征,提炼出冷却塔风致倒塌的受力特点与作用机制,并讨论了单元失效参数的影响。结果验证了该文数值方法可以有效模拟超大型冷却塔风致倒塌全过程;其倒塌过程始于塔筒喉部迎风面大变形,并在两侧30°范围内呈现褶皱现象,最终因变形不协调而相互牵扯垮塌。研究表明,强风致超大型冷却塔倒塌受力机制可划分为弯拱机制与悬绞线机制,材料模型的单元失效参数对于超大型冷却塔风致倒塌的影响不可忽略。
建筑隔震金属柔性管道抗震性能试验研究
卢嘉茗, 解琳琳, 李爱群, 曾德民, 杨参天, 杜红凯
2020, 37(5): 208-216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0402
摘要:
隔震层中具有大变形需求的柔性管道显著影响隔震建筑的震后功能可恢复能力,然而目前对于柔性管道抗震性能的研究还相对较少。该文以量大面广且承载重要功能的竖向安装金属柔性管道为研究对象,考虑实际工程应用现状和相关规范建议,以400 mm变形为目标,以公称内径、管道安装长度、管道设计长度为研究变量,共设计了9组27个试件,进行了抗震性能试验,研究了金属柔性管道的损伤演化模式、关键损伤状态及其变形和承载能力。结果表明:目前工程上采用的柔性管道设计方案无法满足大变形需求或存在安全隐患,规范建议的方案则可很好地满足目标;对于破坏的柔性管道主要经历两个关键状态,即外金属套网绷直和单侧完全拔出破坏,破坏后无法承受工作压强需要更换;水平变形能力主要取决于管道安装长度和管道设计长度,随两者的增大而增大;破坏主要取决于管道受拉竖向荷载分量,该分量近似正比于公称内径,破坏水平荷载随着公称内径和极限水平位移的增大而增大。该文的研究成果可为建筑隔震金属柔性管道的抗震设计和易损性研究提供重要参考。
锥形非固结隔震支座理论模型参数试验研究及其结构地震响应分析
何文福, 曾一峰, 许浩, 刘文光, 冯德民
2020, 37(5): 217-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0410
摘要:
提出了一种适用于低层及多层房屋抗震的锥形非固结隔震支座,建立了该支座在水平剪切、滑动和斜面压剪阶段的力学模型,对10组不同设计参数的支座试件进行了参数试验研究,包括坡度角、橡胶层厚度、加载位移及竖向压应力与支座水平力学性能的相关性,试验结果表明所提出的理论模型与试验结果吻合较好,得到了支座设计参数与耗能影响规律。并进一步给出了锥形非固结隔震结构的高宽比在不同场地的限值,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类场地的高宽比限值分别为2.3、1.7、1.3和0.5。通过有限元软件探讨其在地震作用下的响应规律,结果表明在不同力学参数下锥形非固结结构的抗震能力均较显著。
基于小样本记录的柱面网壳结构地震响应评估
李玉刚, 范峰, 洪汉平
2020, 37(5): 228-236. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0418
摘要:
结构的地震反应可以采用时程分析法或反应谱法来估计,在用时程分析法计算结构抗震设计需求时,中国抗震设计规范规定了选择3条或至少7条地震动记录的准则。可以用峰值加速度(PGA)或加速度反应谱(SA)来对地震动记录进行调幅,但用哪一个地震动强度参数来调幅为最佳还是未知的。该文针对柱面网壳的分析结果表明:合适的地震动强度参数取决于所需的结构反应,为降低由地震动记录间差异引起的结构最大杆件内力、支座反力或基底剪力的变异性,采用PGA调幅地震动记录要优于SA,而对于结构的最大位移反应则恰好相反。由于结构频谱十分密集以及受高阶振动模态的影响,采用反应谱法计算结构最大杆件内力或基底剪力是不合适的。同时,该文计算了采用3条和7条地震动记录准则获得的结构最大杆件内力和基底剪力的统计值,以期能为选择合适的地震动强度参数和地震动记录数量提供依据。
考虑面力作用的HFR-LWC梁抗爆试验研究
罗立胜, 陈万祥, 郭志昆, 范鹏贤, 袁鹏
2020, 37(5): 237-248. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0421
摘要:
实际工程中,面力作用会导致梁板构件的承载力提高以及破坏模式改变。为确切把握面力作用在爆炸加载全过程的变化规律及其对结构抗力的影响,该文进行了混杂纤维轻骨料混凝土(HFR-LWC)梁抗爆性能试验研究,得到爆炸荷载超压时程曲线及梁跨中位移、破坏模式等试验数据,结合端部约束刚度计算方法分析了面力作用对HFR-LWC梁抗力及破坏形态的影响规律。结果表明:试验装置可以合理模拟爆炸加载过程中梁构件的面力作用,是一套定量评估面力贡献的有效工具。面力作用能有效阻止纵向钢筋过早进入屈服状态,充分发挥混凝土的抗压性能,抑制裂缝的开展,有效减小梁的跨中位移,从而提高HFR-LWC梁的抗爆能力。
分离式叠合板组合梁抗火性能研究与数值分析
吕俊利, 吕京京, 蔡永远, 仲崇强
2020, 37(5): 249-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0535
摘要:
为了研究分离式叠合板组合梁的火灾行为,对四块足尺分离式叠合板组合梁进行了均布荷载作用下的火灾试验。考虑了栓钉间距、后浇层厚度、预制板在钢梁上翼缘搭接长度的影响因素,研究了组合梁在受火过程中沿板厚混凝土温度场分布规律、混凝土板中钢筋温度、沿钢梁高度温度场分布规律、抗弯刚度以及叠合板与钢梁的整体工作性。并利用ABAQUS对叠合板组合梁在热力耦合作用下的温度场和变形行为进行了数值模拟分析。结果表明:升温过程中,后浇层与预制底板结合界面未发生明显破坏,仍能共同承受荷载;但由于结合界面和预制板拼缝的存在,组合梁的整体抗弯刚度明显降低;热力耦合作用下,预制板在钢梁上翼缘搭接长度对组合梁的变形能力影响显著;对比试验研究结果与数值分析结果,二者吻合良好,验证了数值分析模型的有效性与可行性。