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2020年  第37卷  第6期

综 述
深地能源工程热水力多场耦合效应高效模拟方法
赵志宏, 刘桂宏, 徐浩然
2020, 37(6): 1-18. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.ST09
摘要:
深地能源工程多场耦合效应数值模拟面临的主要难题有深部岩体的非线性力学特性、复杂的赋存环境、以及围岩-结构尺寸相差悬殊的计算瓶颈。针对深地能源工程井筒结构独特的细长型几何特点,将井筒简化为一维线单元,考虑井筒内流体沿井筒轴向的渗流传热,而井筒内流体与周围岩体的换热过程则采用等效换热系数近似考虑,套管和砂浆层的影响包含在等效换热系数中,利用该方法实现了远场尺度深地能源工程热-水-力多场耦合效应的高效模拟。依托中国京津冀及周边地区典型水热型地热田群井系统开展案例研究,不仅证明了该文所提出的数值模拟方法可兼顾百平方千米尺度深地能源工程多场耦合效应模拟分析的精度与效率,还揭示了深部热储温度场、渗流场、变形场的长期演化特征。
剪力墙的型式、设计理论研究进展
郭彦林, 朱靖申
2020, 37(6): 19-33. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0432
摘要:
该文回顾了近几十年来剪力墙在材料和截面型式上的发展历程。由于剪力墙体系在承载性能、抗震性能以及建筑布局上的优势,其已经越来越多地被应用到多高层建筑和住宅结构中。剪力墙经历了钢筋混凝土、纯钢、钢-混凝土组合的发展历程。随着材料和截面型式的不断更新,剪力墙逐步体现出高性能、装配化的发展方向,符合目前中国住宅建筑的发展需求。该文着重介绍了多种型式的波形钢板剪力墙的受力机理、设计理论研究过程及其在单调荷载作用和水平往复荷载作用下的试验研究成果,并阐述了波形钢板混凝土组合墙的受力机理和装配化加工过程,说明了针对波形钢板混凝土组合墙的截面强度承载力、整体稳定承载力、墙肢稳定承载力和抗震性能等问题的研究过程、试验结果以及设计理论,给出了部分关键设计公式。该文还介绍了《波形钢板组合结构技术规程》的适用范围和编制内容,也简要说明了波形钢板混凝土组合墙-钢管混凝土异形截面柱框架结构体系中异形柱的设计方法。
基本方法
曲线裂纹裂尖SIFs等效分析的广义参数Williams单元确定方法
徐华, 邓鹏, 蓝淞耀, 刘祖容, 杨绿峰
2020, 37(6): 34-41. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0455
摘要:
基于Williams级数建立的含直线裂纹平面弹性体裂尖应力强度因子(Stress Intensity Factors,简记SIFs)分析的广义参数Williams单元(简记W单元),因裂纹面必须满足σθ=0、τρθ=0(θ=±π)的边界条件,而曲线裂纹面无法满足该边界条件使得W单元不能直接适用。该文针对此问题,将含曲线裂纹平面弹性体裂尖局部区域进行等效处理,以裂尖为圆心,选取合适的半径建立等效区,即截取斜率呈单调变化的曲线微段,在微段两端引切线交叉成折线段,以该折线段近似代替曲线微段。算例分析表明:当等效区的尺寸取建议值时,该文方法的计算结果精度较高,证明了该文改进方法在分析曲线裂纹尖端SIFs的合理性,同时给出了等效区尺寸的建议值,即ψmin=5π/6,且等效区截取曲线长度宜大于原曲线长度的1/5。
有限元法中间构形初始解预示的Laplace-Beltrami方程法
刘永财, 陈文亮, 胡庆婉, 鲍益东
2020, 37(6): 42-50. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0425
摘要:
一步有限元法具有高效的计算能力,在板料成形模拟方面得到了广泛的应用,但它存在应力计算精度不足的问题。为弥补这一不足,通过增加中间构形的方式,人们提出多步有限元法。而中间构形需根据初始解迭代计算获得,因此,初始解预示算法是多步有限元法的一个关键问题。该文把中间构形解耦分解为弯曲变形和拉伸变形两个独立的变形过程,且将弯曲变形作为中间构形的初始解预示,改善了多步有限元法的稳定性;并根据大位移小应变理论,建立了节点的位移约束条件;进一步,首次通过Laplace-Beltrami方程的建立和求解,实现了中间构形初始解的快速预示,该方法易于编程实现,稳定性好。通过典型零件数值算例的高效准确计算,验证了该算法的可行性和有效性。
基于三场变分原理的对偶mortar有限元法
周墨臻, 张丙印, 张顶立, 方黄城
2020, 37(6): 51-59. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0540
摘要:
通过引入独立媒介面,将mortar有限元法由二场变分原理推广到三场变分原理。通过采用满足双正交性条件的对偶基函数离散Lagrange乘子空间,实现了Lagrange乘子的凝聚,由此提出了基于三场变分原理的对偶mortar有限元法。提出的新方法同时解决了常规mortar元的约束交叉、主从偏见及求解效率等问题。自主编制了相应的计算程序,并采用两个三维数值算例对新方法进行了验证。研究结果表明:基于三场变分原理的对偶mortar方法对界面连续性条件的求解精度高,可有效用于含约束交叉的非协调网格计算,所支持的复杂子区域划分使得有限元分析更为灵活。
土木工程学科
钢梁与钢管混凝土束剪力墙端板式刚接节点
胡立黎, 尹卫泽
2020, 37(6): 60-64. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.ST03
摘要:
该文提出一种工字型钢梁与钢管混凝土束剪力墙端板式刚接节点。采用塑性极限分析方法,推导出端板厚度设计方法。通过6个试件的低周反复荷载节点试验,验证了该节点力学性能和计算结果的可靠性。通过实际工程示范,验证了该节点的制作、运输和施工便利性。结果表明:该设计方法能够满足工程应用要求,安全可靠。
钢管柱-钢筋混凝土框架转换节点设计研究
范重, 柴会娟, 陈巍, 聂鑫, 高劲洋, 樊健生, 葛红斌, 黄进芳
2020, 37(6): 65-78. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0282
摘要:
在传统钢管柱与钢筋混凝土框架转换方式的基础上,提出了一种适用性较强的新型转换节点。框架柱纵向受力钢筋与节点域钢管侧壁焊接,框架梁纵向受力钢筋与节点钢牛腿翼缘焊接。该转换节点钢管下插长度小,节约钢材效果明显。通过钢牛腿翼缘的叠层式连接构造,既能解决框架梁钢筋焊接的问题,又可减小牛腿翼缘偏心受力的影响,焊接施工方便。在清华大学教育部重点实验室进行了4个转换节点的缩尺模型试验,并采用非线性有限元软件Marc对转换节点的受力机理进行深入分析。结果表明:在水平往复荷载作用下,试件加载至最大位移时,牛腿端部混凝土压溃、剥落,纵向受力钢筋弯折变形显著,形成塑性铰。框架柱顶部混凝土裂缝数量较少,试验结束时框架柱基本完好。钢管柱底部管壁可能进入屈服,钢管柱及节点域均未出现面外变形。试件的荷载-位移滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力。钢管柱的最大应力均出现在框架的顶部附近,过渡段钢管的应力低于钢管柱。在达到极限变形状态时,钢牛腿、内环板及竖向加劲肋应力较低,均处于弹性状态。该钢管柱-钢筋混凝土框架转换节点具有良好的技术经济性能,能够达到“强节点、弱构件”的抗震性能目标。
盐雾环境下一字型短肢RC剪力墙抗震性能试验
秦卿, 郑山锁, 丁莎
2020, 37(6): 79-91. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0296
摘要:
盐雾环境下氯离子侵蚀对既有RC结构抗震性能具有较大影响,采用人工气候实验方法模拟近海盐雾环境对8榀剪跨比为2.14的一字型短肢RC剪力墙进行加速腐蚀,达到预期腐蚀目标后对其进行拟静力加载试验,重点研究盐雾腐蚀程度对剪力墙试件承载力、变形、强度衰减、刚度退化、耗能等指标的影响以及不同设计参数对锈蚀试件抗震性能的影响。试验结果表明:钢筋锈蚀对RC剪力墙抗震性能影响较大,随锈蚀程度增加,试件逐渐以剪切破坏为主的弯剪破坏向以弯曲破坏为主的弯剪破坏转变,试件的承载力不断减小,变形能力变差,强度衰减和刚度退化不断加剧,耗能能力变差;但是,横向分布钢筋减小可以有效改善锈蚀RC剪力墙的变形能力;同时,限制剪力墙的轴压比也可以有效改善锈蚀RC剪力墙试件的抗震性能。
建筑隔震橡胶柔性管道抗震性能试验研究
曾德民, 刘文科, 解琳琳, 李爱群, 杜志超, 陈曦, 耿海刚
2020, 37(6): 92-99. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0412
摘要:
橡胶柔性管道在隔震建筑中逐渐得到应用,其震后能否正常工作会直接影响建筑的使用功能。该文选取竖向安装的橡胶柔性管道作为研究对象,变形位移需求为400 mm,考虑2种公称内径和4种管道设计长度影响,进行了抗震性能试验,对比分析了该类管道的地震损伤演化模式、变形和承载能力特征。试验结果表明:设计长度较小的管道均无法满足预期变形目标,经历管道绷直以及单侧断裂破坏两个关键状态,震后必须更换;对于设计长度符合规范建议的管道,则可以满足变形需求;回归分析获得了管道公称内径和设计长度与其水平变形能力之间的量化关系;管道设计长度相同时,管道公称内径与其破坏时的水平极限荷载呈正相关关系,但大公称内径和小公称内径管道的极限水平荷载之比小于公称内径比。
内置有挡板的矩形水箱阻尼比估算方法比较分析
钟文坤, 吴玖荣
2020, 37(6): 100-109. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0422
摘要:
该文以一矩形水箱为研究对象,假定水箱底部受到的外加激励为正弦激励,利用能量耗散原理和虚功原理两种方法,分别推导了底部安装有多块垂直挡板和左右侧壁对称安装有多组水平挡板的矩形水箱线性阻尼比估算公式。一方面,分析和讨论了挡板宽度、挡板所在位置、水深比及激频比对水箱系统线性阻尼比的影响;另一方面,把阻尼比数值估算结果与已有实验结果进行了对比分析。该文研究结果表明:在线性条件下利用能量耗散原理和虚功原理推导的矩形水箱阻尼比估算公式具有一致性,且都具有较好的估算效果;同时激频比对矩形水箱的阻尼比影响较大,不可忽略。该文研究结果对内置有多种类型挡板布置形式的矩形水箱阻尼比的估算具有一定的参考价值。
钢-混凝土组合节点连接PC柱抗震性能影响参数分析
杜永峰, 李虎, 韩博, 李芳玉
2020, 37(6): 110-121,154. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0530
摘要:
为了研究钢-混凝土组合节点连接PC柱的抗震性能,对1个整浇柱试件和2个PC柱试件进行低周往复加载试验,对比分析PC柱与整浇柱的抗震性能差异,研究轴压比对PC柱抗震性能的影响。利用ABAQUS建立有限元模型,模拟PC柱在水平往复荷载作用下的滞回性能,数值计算结果与试验结果吻合较好。扩充分析参数范围,采用该有限元模型进一步分析各参数对PC柱抗震性能的影响。研究表明:PC柱试件具有与整浇柱试件相当的滞回性能;轴压比和剪跨比是影响PC柱抗震性能的重要因素,轴压比增大或剪跨比降低时,PC柱的水平刚度和水平承载力提高,但变形和耗能能力降低;提高配箍率或纵筋率均可改善PC柱的抗震性能,改变拼接段各节点参数对PC柱抗震性能的影响较小。
底部铰支自复位钢筋混凝土剪力墙设计与性能研究
徐龙河, 张焱, 肖水晶
2020, 37(6): 122-130. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0235
摘要:
为克服传统钢筋混凝土剪力墙在遭受较大地震时易发生墙脚压溃形成塑性铰等问题,减小结构残余位移,提出一种底部铰支自复位钢筋混凝土剪力墙。通过将传统剪力墙破坏严重的底部进行替换,上部墙板通过V型连接梁与基础铰接,两侧墙脚位置处布置具有双线性滞回特性的复位支撑,将墙板传递的内力解构,弯矩由复位支撑单独承受,在墙体底部形成弹性旋转约束的方式,实现了剪力墙较大弹性侧移,从而降低墙体损伤和残余位移。数值模拟分析了普通钢筋混凝土剪力墙(SW)和相同截面的自复位钢筋混凝土剪力墙(SC-SW)在低周往复荷载下的承载能力、耗能能力、变形能力及损伤分布。结果表明:SC-SW通过合理设计可达到与SW相同初始刚度和承载力,同时延性提高了26.52%;损伤水平明显小于SW,避免了以墙体塑性受损而吸收能量的耗能方式;残余位移明显减少,复位效果较好。
钢筋活性粉末混凝土简支梁受弯力学性能试验与计算
李海艳, 张博扬, 李金书
2020, 37(6): 131-139. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0428
摘要:
活性粉末混凝土(RPC)与普通混凝土(OC)相比,具有超高的强度、高韧性和优异的耐久性,其构件承载力与刚度计算方法必然不同于普通混凝土构件。该文对4根钢筋活性粉末混凝土简支梁开展受弯性能足尺试验,获得了梁的开裂弯矩、极限弯矩及荷载-跨中位移曲线,揭示了RPC简支梁受弯变形特征与破坏模式,推导了钢筋RPC简支梁的开裂弯矩与正截面受弯承载力计算公式。结果表明:钢纤维RPC极限压应变为4394 με~5200 με,开裂应变为690 με~820 με,均远大于普通混凝土;由于添加了钢纤维,公式推导时必须考虑RPC拉区拉应力的影响,推导所得开裂弯矩、正截面受弯承载力及刚度公式计算值与试验值吻合较好,计算公式具有较高的精度,可用于钢筋RPC梁的设计计算。
考虑多组件疲劳损伤的组合梁剩余承载力计算方法及试验验证
汪炳, 黄侨, 刘小玲
2020, 37(6): 140-147. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0434
摘要:
针对现行规范中无法计算钢-混凝土组合梁在疲劳后的剩余承载力问题,提出考虑多组件疲劳损伤的组合梁剩余承载力的计算方法。基于材料剩余强度理论,分别引入组合梁各组件(混凝土板、钢梁和栓钉连接件)在疲劳荷载作用下的强度衰减模型;对疲劳荷载作用下的组合梁进行受力分析,得到在既定疲劳荷载幅值下各组件的疲劳应力幅;将各组件的疲劳损伤计入钢-混凝土组合梁剩余抗弯承载力计算中,并考虑疲劳加载过程中组合梁抗剪连接度的变化,建立完全抗剪连接和部分抗剪连接两种情形下的组合梁剩余承载力计算方法,并通过6个试验梁的剩余承载力试验进行验证。研究结果表明:在疲劳荷载作用下,组合梁的抗剪连接度逐渐降低,剩余承载力退化明显且不可忽略。该文建立的组合梁剩余承载力计算方法的计算值与试验值吻合较好,具有良好的计算精度与适用性,补充并完善了现有组合梁承载力的计算方法。
斜拉桥跨中竖向位移的温度灵敏度系数研究
周毅, 孙利民, 符振慧, 江震
2020, 37(6): 148-154. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0437
摘要:
环境温度变化下桥梁跨中竖向位移的变化规律是结构健康监测关注的重要问题。前期研究表明,拉索温度和主梁平均温度是引起斜拉桥主跨跨中竖向位移变化的关键温度变量。该文通过平面几何分析和级数展开得到了对称双塔斜拉桥主跨跨中竖向位移关于拉索温度、主梁平均温度的灵敏度系数的实用计算公式。该公式反映温度变形的物理机理,揭示温度灵敏度系数与材料特性(线膨胀系数)和结构尺寸参数(主跨长度L0、边中跨比γ0和塔高跨比ζ)之间的关系,为斜拉桥温度变形的研究提供了新思路。
单向受拉状态下的钢纤维混凝土本构模型
毕继红, 霍琳颖, 乔浩玥, 赵云
2020, 37(6): 155-164. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0443
摘要:
在混凝土中添加随机分布的钢纤维能有效提高混凝土力学性能。为了更好地考虑纤维对单向受拉状态下钢纤维混凝土(SFRC)的增强作用,提出一个钢纤维混凝土的弥散开裂本构模型。在弹性阶段,纤维混凝土被视为简单复合材料,基于两相复合材料理论,对SFRC的弹性刚度矩阵进行修正;在受拉开裂后,混凝土的塑性变形量被视为纤维与混凝土界面脱粘过程中滑移量,利用粘结滑移模型计算纤维在混凝土开裂面上的桥接作用。该文通过有限元软件ABAQUS中子程序二次开发接口Umat,进行Fortran编程,在ABAQUS中实现该本构模型。通过数值模拟结果与受拉实验数据进行对比,验证了该本构模型的准确性。通过数值模拟分析,进一步探究钢纤维混凝土相关参数对抗拉性能的影响,为钢纤维混凝土在实际的工程中的应用提供建议。
配钢率对型钢混凝土异形柱抗震性能的影响分析
刘祖强, 周昕, 薛建阳, 周超锋, 赵林
2020, 37(6): 165-173. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0454
摘要:
设计了16个型钢混凝土异形柱试件,包括L形柱、沿腹板加载的T形柱、沿翼缘加载的T形柱和十形柱各4个,采用试验研究和有限元模拟相结合的方法分析配钢率对试件抗震性能的影响,得到了试件的破坏形态及滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度、耗能能力等性能指标。结果表明:剪跨比为2.5的试件在低周反复荷载作用下发生弯曲破坏,配钢率对试件破坏形态的影响较小,但配钢率增大能够抑制混凝土裂缝的开展,延缓试件的破坏;试件的滞回曲线饱满、对称,延性好,耗能能力强,刚度退化先快后慢;随着配钢率增大,试件的滞回环面积越来越大,承载力显著提高,延性明显改善,刚度退化变缓,但耗能能力变化较小。
考虑柱纵向钢筋屈曲特征的修正材料本构模型
杨红, 耿南锋, 刘子珅
2020, 37(6): 174-185. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0465
摘要:
纵筋屈曲会加速钢筋混凝土(RC)柱峰值后承载力退化,在钢筋的材料本构关系中合理地考虑屈曲效应是RC柱的有限元模型可信的基础之一。Gomes等提出的屈曲钢筋材料本构模型(G-A模型)力学概念清楚,但两个基本假定存在明显误差。在OpenSees平台上,采用基于纤维截面的集中塑性铰非线性梁柱单元对24个钢筋试件的屈曲受力性能循环加载试验进行模拟。基于有限元计算结果,对G-A模型采用的全截面塑性弯矩Mp、忽略杆件轴向变形的几何关系进行了误差分析。通过回归分析,建立了修正G-A模型。研究结果表明,屈曲钢筋试件关键截面的应力分布与G-A模型的全截面塑性基本假定差别较大,忽略轴向变形影响会导致屈曲钢筋跨中侧向位移计算结果存在误差。原始G-A模型的模拟效果较差,修正G-A模型对全截面塑性弯矩、几何关系均进行改进,其计算精度明显提高。
可更换耗能连接力学机理及变形性能研究
谢鲁齐, 吴京, 章锦洋, 刘晨昱
2020, 37(6): 186-195. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0475
摘要:
提出一种安装于装配式混凝土梁柱连接部位的可更换耗能连接组件,可以诱导结构的损伤集中在连接区域,保证结构主要构件在强震下处于弹性状态,增强结构的可修复性。利用MTS力学试验机开展3个组件的试验分析,研究组件的滞回性能、耗能能力和低周疲劳性能。试验结果表明,可更换耗能连接组件的滞回性能稳定,展现出了优良的延性和低周疲劳性能。基于ABAQUS开展的组件参数化分析主要针对核心耗能部件的厚度及核心耗能部件与约束部件之间的间隙。结果表明:增加核心耗能部件的厚度会减轻结构的高阶屈曲波数,优化构件长度方向的应变分布均匀性;核心耗能部件与约束部件之间的间隙也会影响核心耗能部件的应变分布。该文分析结果表明,该可更换耗能连接可以应用于对结构延性和可恢复性要求比较高的高震区框架结构中。
中央开槽箱梁断面扭转涡振全过程气动力演化特性
刘圣源, 胡传新, 赵林, 葛耀君
2020, 37(6): 196-205. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0478
摘要:
中央开槽箱梁因其优越的颤振性能而在大跨度桥梁建设中得到应用,但中央开槽存在引发结构大幅涡振的气动稳定性问题。以典型大跨度桥梁中央开槽箱梁断面为对象,进行弹簧悬挂节段模型风洞测压、测振试验。对比研究了扭转涡振锁定风速全过程起振点、上升区中点、振幅极值点、下降区中点及涡振结束点等涡振发展过程箱梁表面气动力演化特性。研究表明,箱梁表面气动力在涡振过程不同阶段具有明显的变迁历程,气动力特性与涡振响应有明显的同步演化关系。分布气动力对涡激力的贡献与扭转涡振振幅呈正相关关系,均在振幅极值点风速达到最大,下游箱梁上下表面后部区域及上游箱梁上表面前部区域对涡激力贡献较大,前两者起增强作用,后者起抑制作用,这些区域的气动力是引起中央开槽箱梁扭转涡振的主要原因。与闭口箱梁上下表面下游分布气动力对整体涡激力贡献相互抵消效应相比,中央开槽使得下游箱梁上下表面分布气动力均对整体涡激力起增强作用,这是中央开槽箱梁相比闭口箱梁涡振效应更加突出的重要原因。
板柱节点冲剪破坏后的精细有限元分析
杨友喆, 李易, 周大兴, 陆新征, 孙海林
2020, 37(6): 206-215. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0494
摘要:
按实际结构构造建立了板柱节点的精细有限元模型,采用实体单元和梁单元分别模拟混凝土和钢筋,采用生死单元技术模拟冲剪过程中混凝土开裂和冲剪后的钢筋断裂。3类典型冲剪试验的模拟验证表明该方法可以准确模拟冲剪和冲剪后的位移和承载力。基于该模型对约束节点的冲剪受力全过程进行了进一步的分析,结果表明:面内约束的板柱节点试验中,整体性钢筋和受弯钢筋对冲剪后承载力贡献为42%和58%;提高配筋率对节点冲剪前后的刚度均提升显著,而板厚增加仅对节点冲剪前的承载力和刚度有显著提升;欧美澳中四国规范在计算约束节点冲剪强度值时至少仍有36%的承载力储备,现有冲剪后承载力计算方法低估了负弯矩钢筋贡献,其冲剪后强度的计算值也都低于试验值。
跨海桥梁高桩承台波浪冲击荷载概率模型
魏凯, 周聪, 徐博
2020, 37(6): 216-224. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0500
摘要:
高桩承台是跨海桥梁常用的基础形式之一。但是高桩承台质量大、侧向刚度小,对波浪冲击荷载的水平分量十分敏感。在极端波浪作用下,高桩承台水平向的动力响应会明显大于静力方法算得的结构响应,严重威胁结构安全。传统波浪荷载计算方法无法充分考虑波浪冲击荷载的时变和随机特性。该文以跨海桥梁高桩承台为研究对象,开展了极端波浪冲击高桩承台尺缩模型的水槽试验。通过分析归一化后的波浪冲击荷载时程,建立了波浪冲击荷载时程模型;运用概率方法对波浪冲击荷载峰值与冲击上升段持续时间进行分析,给出了冲击荷载峰值和冲击上升段持续时间的边缘分布以及基于Copula的联合概率分布形式。
多阶梯被动变阻尼装置设计、试验及结构风振控制分析
付伟庆, 李茂, 李通, 张春巍
2020, 37(6): 225-233. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0523
摘要:
针对粘滞阻尼器出力范围窄,磁流变等变阻尼装置需能量输入和反馈控制的局限性,在前期单阶梯被动变阻尼装置研制基础上,设计制作了一种多阶梯被动变阻尼耗能装置(Multi-stage Passive Variable Damping Device,MPVDD),该装置采用被动控制方式,在不同速度区间拥有不同的阻尼系数变化规律。对其进行了相关性能验证试验和基于该装置结构风振控制效果的数值计算,试验和分析表明:装置可根据外部激励速度变化,实时机械式改变阻尼系数,实现宽域值变阻尼力的输出,且不需外部能源供给和状态反馈;安装耗能装置高层结构风振下的加速度和位移响应均得到有效控制,保证了风载下结构的舒适性和安全性要求。所做研究为该装置的应用打下了良好的试验和理论基础。
薄壁钢板自冲铆接受剪性能及承载力计算方法研究
谢志强, 张爱林, 闫维明, 张艳霞, 虞诚, 慕婷婷
2020, 37(6): 234-245. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0793
摘要:
为将机械工程领域中效率与自冲化程度高的自冲铆接应用于冷弯薄壁型钢结构,对51组薄壁钢板自冲铆接进行了受剪性能试验。研究了钢板厚度、厚度比及铆钉长度对其受剪性能和破坏机理的影响规律,拟合出了钢板组合厚度与铆钉长度间的经验公式;分析了现有自冲铆接受剪强度计算方法和各国规范中自攻螺钉连接受剪承载力计算方法的适用性;基于试验和分析结果,提出了薄壁钢板自冲铆接受剪承载力计算方法。结果表明:钢板厚度和板厚比分别是影响受剪性能与破坏机理的关键因素,铆钉长度对受剪性能影响较大且存在较优长度,其可通过拟合出的经验公式快速确定;针对不同破坏模式提出的自冲铆接受剪承载力计算方法,与现有方法相比更适用于设计,且其精度更高、稳定性更好。
其他工程学科
弹性膜结构几何非线性分析的刚体准则法
陈朝晖, 杨帅, 杨永斌
2020, 37(6): 246-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0488
摘要:
提出了一种新型弹性空间膜结构几何非线性分析方法。根据刚体准则的思想,初始受力平衡的单元在经历刚体位移后,其单元结点力方向随单元发生转动而大小不变,单元仍保持平衡。建立了新型三角形空间膜单元,该膜单元由三根空间杆件组成铰接三角形,并在中间张拉薄膜而成,杆件的材料与薄膜相同。所建立的空间膜单元的整体位形由杆单元空间铰接三角形确定,而膜单元的有限弹性变形由内部张拉的薄膜变形确定。由满足刚体准则的杆单元几何刚度矩阵推导了空间膜单元的几何刚度矩阵。根据刚体准则思想,认为膜单元在变形过程中,其刚体位移对其整体变形的贡献较大,而单元的弹性变形贡献较小。采用更新的拉格朗日格式的增量迭代法,在分析的每个阶段充分考虑刚体转动效应,利用小变形线性化理论处理自然变形的剩余效应。该方法几何刚度矩阵推导简单,无需引入对单元大变形的人为假定,可容易地退化为平面膜单元,增量迭代计算过程充分考虑刚体准则,对若干典型空间膜结构算例的分析及与已有方法的比较,验证了所建单元与方法的准确性以及计算效率。