2023年 第40卷 第6期
2023, 40(6): 1-8.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.08.ST07
摘要:
青藏高原的环境条件限制常导致混凝土出现密实性缺陷问题，如何对混凝土的密实性缺陷进行精确的无损检测，是保障结构承载力及耐久性的关键。该文结合此前在西藏雅鲁藏布江藏木大桥与广西南宁实地开展的混凝土超声试验结果，基于不同气压下混凝土实体的超声波速计算模型，建立了以气压、水胶比为参数的混凝土实体部分超声波速计算模型；进一步对混凝土在不同孔隙率、缺陷条件、骨料分布情况条件下的超声波速进行了计算分析。揭示了孔隙率及缺陷条件对混凝土超声波速的影响规律及机理。研究了骨料分布占比对混凝土超声检测结果的影响规律，建立了混凝土整体超声波速的多因素计算模型，并提出了基于超声波速的混凝土密实性统计分析方法，可以为实际工程中混凝土结构密实性的超声无损检测结果分析提供理论依据。
青藏高原的环境条件限制常导致混凝土出现密实性缺陷问题，如何对混凝土的密实性缺陷进行精确的无损检测，是保障结构承载力及耐久性的关键。该文结合此前在西藏雅鲁藏布江藏木大桥与广西南宁实地开展的混凝土超声试验结果，基于不同气压下混凝土实体的超声波速计算模型，建立了以气压、水胶比为参数的混凝土实体部分超声波速计算模型；进一步对混凝土在不同孔隙率、缺陷条件、骨料分布情况条件下的超声波速进行了计算分析。揭示了孔隙率及缺陷条件对混凝土超声波速的影响规律及机理。研究了骨料分布占比对混凝土超声检测结果的影响规律，建立了混凝土整体超声波速的多因素计算模型，并提出了基于超声波速的混凝土密实性统计分析方法，可以为实际工程中混凝土结构密实性的超声无损检测结果分析提供理论依据。
2023, 40(6): 9-18.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0890
摘要:
基于三阶剪切变形板理论(TSDPT)和正弦剪切变形板理论(SSDPT)，研究了功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRC)板的屈曲和弯曲行为，并通过与一阶剪切变形板理论(FSDPT)计算结果的比较，分析了TSDPT、SSDPT与FSDPT在FG-GRC板屈曲和弯曲力学行为研究过程中的差异。材料的有效杨氏模量通过修正的Halpin-Tsai微观力学模型估算，有效泊松比通过混合律确定。利用最小势能原理推导出了包含五个未知量的控制方程，并获得了简支FG-GRC矩形板弯曲挠度和临界屈曲载荷Navier形式的解析解。数值结果表明：与TSDPT和SSDPT相比，FSDPT明显高估了FG-X型FG-GRC板的临界屈曲载荷而明显低估了其弯曲挠度，且略微低估了FG-O型FG-GRC板的临界屈曲载荷而略微高估了其弯曲挠度，而UD型和FG-A型FG-GRC板在三种理论下的计算结果几乎完全一致；TSDPT和SSDPT在计算FG-GRC板的弯曲挠度和临界屈曲载荷时结果十分相近；当板的总层数NL小于10层~15层时，弯曲载荷比率和临界屈曲载荷比率的变化非常显著，当总层数NL超过10层~15层时，弯曲载荷比率和临界屈曲载荷比率的变化趋于平缓；由于石墨烯纳米片(GPLs)极高的弹性模量，FG-GRC板中GPLs的重量分数fG与板抵抗弯曲和屈曲的能力正相关。
基于三阶剪切变形板理论(TSDPT)和正弦剪切变形板理论(SSDPT)，研究了功能梯度石墨烯增强复合材料(FG-GRC)板的屈曲和弯曲行为，并通过与一阶剪切变形板理论(FSDPT)计算结果的比较，分析了TSDPT、SSDPT与FSDPT在FG-GRC板屈曲和弯曲力学行为研究过程中的差异。材料的有效杨氏模量通过修正的Halpin-Tsai微观力学模型估算，有效泊松比通过混合律确定。利用最小势能原理推导出了包含五个未知量的控制方程，并获得了简支FG-GRC矩形板弯曲挠度和临界屈曲载荷Navier形式的解析解。数值结果表明：与TSDPT和SSDPT相比，FSDPT明显高估了FG-X型FG-GRC板的临界屈曲载荷而明显低估了其弯曲挠度，且略微低估了FG-O型FG-GRC板的临界屈曲载荷而略微高估了其弯曲挠度，而UD型和FG-A型FG-GRC板在三种理论下的计算结果几乎完全一致；TSDPT和SSDPT在计算FG-GRC板的弯曲挠度和临界屈曲载荷时结果十分相近；当板的总层数NL小于10层~15层时，弯曲载荷比率和临界屈曲载荷比率的变化非常显著，当总层数NL超过10层~15层时，弯曲载荷比率和临界屈曲载荷比率的变化趋于平缓；由于石墨烯纳米片(GPLs)极高的弹性模量，FG-GRC板中GPLs的重量分数fG与板抵抗弯曲和屈曲的能力正相关。
2023, 40(6): 19-27, 36.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0887
摘要:
转子-机舱组合体(Rotor-Nacelle Assembly, RNA)又称风机机头，常用的简化模型包括点质量(RNA_M)、偏心点质量(RNA_ME)、偏心点质量-转动惯量(RNA_MEJ)和刚性机舱-刚性叶片(RNA_RB)。该文基于NREL 5MW单桩式海上风机原型，使用Abaqus软件分别建立包含这四种RNA简化模型的风机模型，以刚性机舱-可变形叶片(RNA_FB)风机模型为基准，分析不同的RNA简化模型对风机结构特征频率和地震响应的影响。研究结果表明：对于只涉及支撑结构1阶模态的问题，四种简化RNA模型计算的频率均是准确可靠的；当涉及支撑结构的2阶模态或/和扭转模态时，应采用RNA_MEJ、RNA_RB或RNA_FB模型；当涉及支撑结构的更高阶模态时，应采用RNA_FB模型。对于风机结构地震响应分析，RNA_MEJ与RNA_RB模型计算的结构响应更准确，但它们的大多数结构响应峰值的最大相对偏差均超过了10%，在实际工程应用时应慎重使用这些RNA简化模型。
转子-机舱组合体(Rotor-Nacelle Assembly, RNA)又称风机机头，常用的简化模型包括点质量(RNA_M)、偏心点质量(RNA_ME)、偏心点质量-转动惯量(RNA_MEJ)和刚性机舱-刚性叶片(RNA_RB)。该文基于NREL 5MW单桩式海上风机原型，使用Abaqus软件分别建立包含这四种RNA简化模型的风机模型，以刚性机舱-可变形叶片(RNA_FB)风机模型为基准，分析不同的RNA简化模型对风机结构特征频率和地震响应的影响。研究结果表明：对于只涉及支撑结构1阶模态的问题，四种简化RNA模型计算的频率均是准确可靠的；当涉及支撑结构的2阶模态或/和扭转模态时，应采用RNA_MEJ、RNA_RB或RNA_FB模型；当涉及支撑结构的更高阶模态时，应采用RNA_FB模型。对于风机结构地震响应分析，RNA_MEJ与RNA_RB模型计算的结构响应更准确，但它们的大多数结构响应峰值的最大相对偏差均超过了10%，在实际工程应用时应慎重使用这些RNA简化模型。
2023, 40(6): 28-36.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0846
摘要:
钢板剪力墙因具有良好的抗震性能被大量应用到高层建筑和高烈度区域。为解决装配式钢板剪力墙滞回曲线捏缩、平面外屈曲问题，该文提出一种带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙。针对该装配式高强钢板剪力墙，变化高厚比和钢材牌号对其进行拟静力荷载作用下抗震性能有限元和试验研究，分析破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能和延性。研究结果表明：该装配式高强钢板剪力墙内嵌板环形阻尼器和边界连接板带屈服破坏，其他构件完好；滞回曲线饱满，位移延性系数在5.7~8.7，抗震性能良好；提出的抗剪承载力计算公式简单明了、概念明确，与有限元模拟和试验吻合良好。
钢板剪力墙因具有良好的抗震性能被大量应用到高层建筑和高烈度区域。为解决装配式钢板剪力墙滞回曲线捏缩、平面外屈曲问题，该文提出一种带环形阻尼器的装配式高强钢板剪力墙。针对该装配式高强钢板剪力墙，变化高厚比和钢材牌号对其进行拟静力荷载作用下抗震性能有限元和试验研究，分析破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能性能和延性。研究结果表明：该装配式高强钢板剪力墙内嵌板环形阻尼器和边界连接板带屈服破坏，其他构件完好；滞回曲线饱满，位移延性系数在5.7~8.7，抗震性能良好；提出的抗剪承载力计算公式简单明了、概念明确，与有限元模拟和试验吻合良好。
2023, 40(6): 37-45.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0842
摘要:
结构初始刚度是工程抗震设计中的重要参数，在内嵌蒸压加气混凝土(ALC)板框架结构拟静力试验的基础上，基于试验现象，提出了一种填充墙体-框架结构相互作用模型并推导出结构初始刚度计算公式。建立5组28个有限元模型，研究梁柱线刚度比、墙体高宽比、嵌缝材料弹性模量、墙体弹性模量和厚度对填充墙体刚度贡献的影响。研究发现：填充墙体的刚度贡献主要受局部压缩的影响，其贡献程度与墙体-框架抗侧刚度之比呈负相关。基于此，通过拟合得到了墙体刚度折减系数aw关系式，通过与试验结果的对比，结果表明：该文提出的内嵌填充墙体框架初始刚度计算公式结果准确，可以为工程实践提供参考。
结构初始刚度是工程抗震设计中的重要参数，在内嵌蒸压加气混凝土(ALC)板框架结构拟静力试验的基础上，基于试验现象，提出了一种填充墙体-框架结构相互作用模型并推导出结构初始刚度计算公式。建立5组28个有限元模型，研究梁柱线刚度比、墙体高宽比、嵌缝材料弹性模量、墙体弹性模量和厚度对填充墙体刚度贡献的影响。研究发现：填充墙体的刚度贡献主要受局部压缩的影响，其贡献程度与墙体-框架抗侧刚度之比呈负相关。基于此，通过拟合得到了墙体刚度折减系数aw关系式，通过与试验结果的对比，结果表明：该文提出的内嵌填充墙体框架初始刚度计算公式结果准确，可以为工程实践提供参考。
2023, 40(6): 46-60.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0843
摘要:
细长直管道系统，相比于纵向其横向的力学性能对管道的稳定性更重要；对直管道支架抗震性能进行研究，考虑连接方式对管架抗震性能的影响，管道支架与底部基础采用螺栓连接和焊接，设计了SJ1和SJ2两试件进行拟静力试验，并建立管道支架的有限元模型。在获得准确有限元模型的条件下对管道支架构件进行考虑不同中面板构造形式、肋板数量以及连接方式等支架细部构造的参数分析，最终获得具有良好抗震性能的管道支架构造参数。研究结果表明：该文采用螺栓连接的支架构件由于螺栓易被拉起未能充分发挥支架结构的抗震性能，相较于螺栓连接，管架与底部基础采用焊接连接时支架构件试验及有限元分析所得滞回曲线相对饱满，骨架曲线较高，耗能能力较强，表现出相对较好的抗震性能；不同中面板构造形式的支架结构其骨架曲线、耗能能力曲线数值差异不大，刚度退化规律基本一致；增加竖向肋板的数量，支架构件抗屈曲能力增强，承载力和耗能能力得到显著提高，当竖向肋板数量为2个时，有利于协调管道支架的承载力、强度、刚度和耗能能力，更好发挥支架结构的抗震性能。
细长直管道系统，相比于纵向其横向的力学性能对管道的稳定性更重要；对直管道支架抗震性能进行研究，考虑连接方式对管架抗震性能的影响，管道支架与底部基础采用螺栓连接和焊接，设计了SJ1和SJ2两试件进行拟静力试验，并建立管道支架的有限元模型。在获得准确有限元模型的条件下对管道支架构件进行考虑不同中面板构造形式、肋板数量以及连接方式等支架细部构造的参数分析，最终获得具有良好抗震性能的管道支架构造参数。研究结果表明：该文采用螺栓连接的支架构件由于螺栓易被拉起未能充分发挥支架结构的抗震性能，相较于螺栓连接，管架与底部基础采用焊接连接时支架构件试验及有限元分析所得滞回曲线相对饱满，骨架曲线较高，耗能能力较强，表现出相对较好的抗震性能；不同中面板构造形式的支架结构其骨架曲线、耗能能力曲线数值差异不大，刚度退化规律基本一致；增加竖向肋板的数量，支架构件抗屈曲能力增强，承载力和耗能能力得到显著提高，当竖向肋板数量为2个时，有利于协调管道支架的承载力、强度、刚度和耗能能力，更好发挥支架结构的抗震性能。
2023, 40(6): 61-72.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0864
摘要:
地震易损性分析通过概率计算建立地震强度和结构损伤之间的关系，可以实现结构地震风险预测和评估。为了对框支密肋复合墙结构在不同地震强度下的抗震能力进行评估，该文采用OpenSEES有限元软件，选用密肋复合墙的刚架-等效斜撑简化模型，建立结构整体分析模型，基于增量动力时程分析(IDA)和易损性分析，研究不同参数的变化对结构抗震性能的影响。结果表明：转换层刚度比的变化对结构性能影响显著，结构竖向布置均匀对抗震有利，建议8度区框支密肋复合墙结构的刚度比取值为1.0~2.5；肋柱数量、砌块强度的变化可对结构的抗震性能产生影响，应合理选择；混凝土强度等级对结构的抗震性能影响较大，在实际应用中应在满足规范要求的前提下选择较大的混凝土强度等级。
地震易损性分析通过概率计算建立地震强度和结构损伤之间的关系，可以实现结构地震风险预测和评估。为了对框支密肋复合墙结构在不同地震强度下的抗震能力进行评估，该文采用OpenSEES有限元软件，选用密肋复合墙的刚架-等效斜撑简化模型，建立结构整体分析模型，基于增量动力时程分析(IDA)和易损性分析，研究不同参数的变化对结构抗震性能的影响。结果表明：转换层刚度比的变化对结构性能影响显著，结构竖向布置均匀对抗震有利，建议8度区框支密肋复合墙结构的刚度比取值为1.0~2.5；肋柱数量、砌块强度的变化可对结构的抗震性能产生影响，应合理选择；混凝土强度等级对结构的抗震性能影响较大，在实际应用中应在满足规范要求的前提下选择较大的混凝土强度等级。
2023, 40(6): 73-84.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0871
摘要:
为了提高既有RC构件的承载能力、损伤自修复能力，提升其安全与使用性能，该文提出采用超弹性形状记忆合金(Shape memory alloy, 简称SMA)和工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites, 简称ECC)复合加固钢筋混凝土梁的方法。设计并制作了4种试验梁以对比不同增强材料加固效果，通过低周单向循环加载试验，分析了不同材料加固试验梁的破坏形态、承载力、耗能性能和自修复能力等性能的影响。研究结果表明：SMA/ECC复合加固梁不仅提高了承载能力，且具有较好的延性和变形能力，同时具有优越的自修复性能。考虑ECC拉伸应变硬化特性，建立了ECC加固梁的受弯承载力计算方法，且计算值与试验值吻合较好。
为了提高既有RC构件的承载能力、损伤自修复能力，提升其安全与使用性能，该文提出采用超弹性形状记忆合金(Shape memory alloy, 简称SMA)和工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites, 简称ECC)复合加固钢筋混凝土梁的方法。设计并制作了4种试验梁以对比不同增强材料加固效果，通过低周单向循环加载试验，分析了不同材料加固试验梁的破坏形态、承载力、耗能性能和自修复能力等性能的影响。研究结果表明：SMA/ECC复合加固梁不仅提高了承载能力，且具有较好的延性和变形能力，同时具有优越的自修复性能。考虑ECC拉伸应变硬化特性，建立了ECC加固梁的受弯承载力计算方法，且计算值与试验值吻合较好。
2023, 40(6): 85-98, 256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0876
摘要:
该文采用有限元软件ABAQUS对预制节段超高性能混凝土(UHPC)梁剪力键接缝的抗剪性能进行了三维精细有限元模拟。模型中同时考虑了材料非线性、几何非线性以及UHPC材料的塑性损伤，模拟得到的荷载-滑移曲线和破坏模态等均与试验结果吻合良好。采用经过验证的有限元模型对剪力键接缝的抗剪性能进行了数值参数分析，结果表明：接缝的抗剪承载力及其对应的滑移随着所施加的侧向应力或UHPC强度的增大而增大，但UHPC抗压强度对抗剪承载力的影响大于UHPC抗拉强度，而且UHPC的抗拉压强度之间无固定的相关规律，因此对于UHPC接缝抗剪承载力的计算应分别考虑抗拉强度与抗压强度的影响；由于剪应力分布的不均匀性，抗剪承载力的计算还应考虑多键块的强度折减效应。此外，对剪力键接缝构造的参数分析结果表明：当键块的宽度和总高度相同时，接缝抗剪承载力随着键块相对高度的减小而增大，但当键块相对高度小于1/2时，接缝的抗剪承载力基本保持不变；当键块总面积以及键块数量相同时，多个键块之间的协同工作能力随键块竖向间距的增大而变强；键块深度对接缝抗剪承载力的影响不大。与目前被广泛采用的普通混凝土接缝抗剪承载力的计算公式对比，有限元的预测值明显小于计算公式的预测值，且偏差随着侧向应力的增大而增大，因此有必要针对UHPC剪力键接缝提出新的抗剪承载力计算式。
该文采用有限元软件ABAQUS对预制节段超高性能混凝土(UHPC)梁剪力键接缝的抗剪性能进行了三维精细有限元模拟。模型中同时考虑了材料非线性、几何非线性以及UHPC材料的塑性损伤，模拟得到的荷载-滑移曲线和破坏模态等均与试验结果吻合良好。采用经过验证的有限元模型对剪力键接缝的抗剪性能进行了数值参数分析，结果表明：接缝的抗剪承载力及其对应的滑移随着所施加的侧向应力或UHPC强度的增大而增大，但UHPC抗压强度对抗剪承载力的影响大于UHPC抗拉强度，而且UHPC的抗拉压强度之间无固定的相关规律，因此对于UHPC接缝抗剪承载力的计算应分别考虑抗拉强度与抗压强度的影响；由于剪应力分布的不均匀性，抗剪承载力的计算还应考虑多键块的强度折减效应。此外，对剪力键接缝构造的参数分析结果表明：当键块的宽度和总高度相同时，接缝抗剪承载力随着键块相对高度的减小而增大，但当键块相对高度小于1/2时，接缝的抗剪承载力基本保持不变；当键块总面积以及键块数量相同时，多个键块之间的协同工作能力随键块竖向间距的增大而变强；键块深度对接缝抗剪承载力的影响不大。与目前被广泛采用的普通混凝土接缝抗剪承载力的计算公式对比，有限元的预测值明显小于计算公式的预测值，且偏差随着侧向应力的增大而增大，因此有必要针对UHPC剪力键接缝提出新的抗剪承载力计算式。
2023, 40(6): 99-109.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0880
摘要:
各国抗震设计规范采用不同的指标定义场地分类标准，以中、日、美三国的标准最具有代表性，其能否合理体现相同类别内场地放大的集中性、不同类别间场地放大的差异性鲜见有研究开展检验与评价。针对此问题，利用日本KiK-net台网的强震动记录和台站的钻孔资料，分别以三国分类标准划分台站场地类别，基于地震动预测残差分析方法计算台站的真实场地放大因子，比较分析不同分类标准、不同场地类别的场地放大因子均值及标准差分布情况。得到如下结论：在PGA和SA的短周期段(T<0.1 s)，以场地自振周期TS作为分类指标的日本规范没有体现出不同类别间场地放大效应的差异性，以地表20 m内等效剪切波速VSE及覆盖层厚度双指标的中国规范和以地表 30 m 以内平均剪切波速VS30为指标的美国规范均能较好地反映不同类别间场地放大效应的差异性；日本规范在整体上体现相同场地类别内场地放大的集中性方面表现最好，对于长周期(T>2 s)地震动，中国规范则表现最优越；中国III类场地对中长周期地震动的放大体现出较大离散性，分类标准合理性还需要进一步深入分析。研究结果可为改进场地分类方法提供理论参考。
各国抗震设计规范采用不同的指标定义场地分类标准，以中、日、美三国的标准最具有代表性，其能否合理体现相同类别内场地放大的集中性、不同类别间场地放大的差异性鲜见有研究开展检验与评价。针对此问题，利用日本KiK-net台网的强震动记录和台站的钻孔资料，分别以三国分类标准划分台站场地类别，基于地震动预测残差分析方法计算台站的真实场地放大因子，比较分析不同分类标准、不同场地类别的场地放大因子均值及标准差分布情况。得到如下结论：在PGA和SA的短周期段(T<0.1 s)，以场地自振周期TS作为分类指标的日本规范没有体现出不同类别间场地放大效应的差异性，以地表20 m内等效剪切波速VSE及覆盖层厚度双指标的中国规范和以地表 30 m 以内平均剪切波速VS30为指标的美国规范均能较好地反映不同类别间场地放大效应的差异性；日本规范在整体上体现相同场地类别内场地放大的集中性方面表现最好，对于长周期(T>2 s)地震动，中国规范则表现最优越；中国III类场地对中长周期地震动的放大体现出较大离散性，分类标准合理性还需要进一步深入分析。研究结果可为改进场地分类方法提供理论参考。
2023, 40(6): 110-121.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0881
摘要:
钢-Ultra-high performance concrete (UHPC)组合桥面板在大跨桥梁中具有较多应用，栓钉连接件对其组合作用的发挥起关键作用。为探究钢-UHPC组合板中栓钉抗剪性能，开展了6个栓钉抗剪推出试验，收集了6种抗剪承载力计算方法、5种抗剪滑移预测模型和10种抗剪刚度计算方法，根据试验结果分别进行计算分析。试验结果表明：所有试件中的栓钉均表现为焊缝与根部交界处剪断，UHPC板除在栓钉根部位置出现局部破损外，基本保持完好；栓钉的抗剪滑移曲线经历弹性、弹塑性和下降3个阶段；所有试件最大滑移量均小于3.5 mm，可取0.1 mm作为弹性极限滑移量。计算结果表明：现有部分规范计算UHPC中栓钉抗剪承载力时不考虑焊缝影响，计算结果偏低，根据该文2组试验数据和收集29组有效数据，提出考虑焊缝影响的计算式，建议UHPC中栓钉焊缝贡献系数取1.1；不同抗剪滑移模型预测结果差异大，建议采用反比例函数形式的模型预测，较为精确；栓钉的抗剪刚度取值由于未考虑栓钉实际处于受力状态，计算结果差异大，建议取滑移量0.1 mm对应的刚度作为弹性抗剪刚度；建立了栓钉抗剪滑移模型与抗剪刚度的关系式，在缺少试验数据时可为近似计算提供参考。
钢-Ultra-high performance concrete (UHPC)组合桥面板在大跨桥梁中具有较多应用，栓钉连接件对其组合作用的发挥起关键作用。为探究钢-UHPC组合板中栓钉抗剪性能，开展了6个栓钉抗剪推出试验，收集了6种抗剪承载力计算方法、5种抗剪滑移预测模型和10种抗剪刚度计算方法，根据试验结果分别进行计算分析。试验结果表明：所有试件中的栓钉均表现为焊缝与根部交界处剪断，UHPC板除在栓钉根部位置出现局部破损外，基本保持完好；栓钉的抗剪滑移曲线经历弹性、弹塑性和下降3个阶段；所有试件最大滑移量均小于3.5 mm，可取0.1 mm作为弹性极限滑移量。计算结果表明：现有部分规范计算UHPC中栓钉抗剪承载力时不考虑焊缝影响，计算结果偏低，根据该文2组试验数据和收集29组有效数据，提出考虑焊缝影响的计算式，建议UHPC中栓钉焊缝贡献系数取1.1；不同抗剪滑移模型预测结果差异大，建议采用反比例函数形式的模型预测，较为精确；栓钉的抗剪刚度取值由于未考虑栓钉实际处于受力状态，计算结果差异大，建议取滑移量0.1 mm对应的刚度作为弹性抗剪刚度；建立了栓钉抗剪滑移模型与抗剪刚度的关系式，在缺少试验数据时可为近似计算提供参考。
2023, 40(6): 122-130.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0888
摘要:
钢筋桁架混凝土叠合楼板由预制混凝土底板、钢筋桁架及现浇混凝土后浇层组成。预制板块间设置混凝土现浇带，受力钢筋在现浇带处搭接连接，形成整体楼板。通过4块四边简支钢筋桁架混凝土叠合板抗火试验，研究了叠合板在火和荷载耦合作用下的火灾行为，试验中考虑了不同后浇叠合层厚度和不同预制板拼装方式。结果表明：钢筋桁架混凝土叠合板在高温-荷载耦合作用下，预制底板与叠合层未产生明显脱离现象，火灾时叠合板仍具有较好的整体工作性能；板上表面沿现浇带与预制板结合面及钢筋桁架将产生纵向裂缝，最终结合面形成贯通裂缝，楼板被烧穿达到耐火极限，试验板的耐火极限均达到3 h；火灾时现浇板带板底混凝土爆裂严重，现浇带处采用搭接方式连接的钢筋外露，失去作用，双向板受力机理发生变化，形成由预制板和现浇带组成的沿预制板跨方向的单向板带，承载力大幅降低，火灾时板的剩余承载力宜按单向板计算；后浇层厚度小，预制板宽大、拼缝少，耐火极限短；钢筋桁架对保证火灾时叠合层与预制层共同工作起到关键作用。
钢筋桁架混凝土叠合楼板由预制混凝土底板、钢筋桁架及现浇混凝土后浇层组成。预制板块间设置混凝土现浇带，受力钢筋在现浇带处搭接连接，形成整体楼板。通过4块四边简支钢筋桁架混凝土叠合板抗火试验，研究了叠合板在火和荷载耦合作用下的火灾行为，试验中考虑了不同后浇叠合层厚度和不同预制板拼装方式。结果表明：钢筋桁架混凝土叠合板在高温-荷载耦合作用下，预制底板与叠合层未产生明显脱离现象，火灾时叠合板仍具有较好的整体工作性能；板上表面沿现浇带与预制板结合面及钢筋桁架将产生纵向裂缝，最终结合面形成贯通裂缝，楼板被烧穿达到耐火极限，试验板的耐火极限均达到3 h；火灾时现浇板带板底混凝土爆裂严重，现浇带处采用搭接方式连接的钢筋外露，失去作用，双向板受力机理发生变化，形成由预制板和现浇带组成的沿预制板跨方向的单向板带，承载力大幅降低，火灾时板的剩余承载力宜按单向板计算；后浇层厚度小，预制板宽大、拼缝少，耐火极限短；钢筋桁架对保证火灾时叠合层与预制层共同工作起到关键作用。
2023, 40(6): 131-143.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0889
摘要:
以某拱桥为例，通过数值模拟研究了串列双矩形拱肋的气动干扰效应，及其对两截面气动力系数的影响。在对计算模型进行验证的基础上，进一步研究了截面宽高比、间距比和来流风攻角对拱肋周围流场的影响，并结合压力云图和湍动能云图解释了气动力系数的变化规律，讨论了不同宽高比截面的漩涡脱落频率与结构自振频率之间的关系，分析了两拱肋升力时程的差异对整体扭矩可能产生的增大效应。结果表明：串列拱肋间的气动干扰效应显著。受上游截面尾流的影响，下游截面的阻力系数明显减小，其值与漩涡的形态、能量大小、移动轨迹等因素密切相关。上、下游截面的升力时程在幅值和相位上存在明显差异，导致拱肋整体的力矩增大，其效应随宽高比或间距比的增大而明显加强，随风攻角的增大而有所降低。漩涡脱落频率随宽高比的增大呈先增大后减小的趋势，而受间距比、风攻角的影响有限。对漩涡脱落频率与宽高比的变化进行多项式拟合，结合结构的模态频率可为拱肋的气动外形设计提供参考。
以某拱桥为例，通过数值模拟研究了串列双矩形拱肋的气动干扰效应，及其对两截面气动力系数的影响。在对计算模型进行验证的基础上，进一步研究了截面宽高比、间距比和来流风攻角对拱肋周围流场的影响，并结合压力云图和湍动能云图解释了气动力系数的变化规律，讨论了不同宽高比截面的漩涡脱落频率与结构自振频率之间的关系，分析了两拱肋升力时程的差异对整体扭矩可能产生的增大效应。结果表明：串列拱肋间的气动干扰效应显著。受上游截面尾流的影响，下游截面的阻力系数明显减小，其值与漩涡的形态、能量大小、移动轨迹等因素密切相关。上、下游截面的升力时程在幅值和相位上存在明显差异，导致拱肋整体的力矩增大，其效应随宽高比或间距比的增大而明显加强，随风攻角的增大而有所降低。漩涡脱落频率随宽高比的增大呈先增大后减小的趋势，而受间距比、风攻角的影响有限。对漩涡脱落频率与宽高比的变化进行多项式拟合，结合结构的模态频率可为拱肋的气动外形设计提供参考。
2023, 40(6): 144-157.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0891
摘要:
为研究桩靴贯入饱和砂土的承载机制以及桩靴周围砂土变形机理，开展桩靴的抗压承载土工模型试验以及桩靴-土体相互作用的透明土试验，测得了桩靴荷载-沉降变化规律、桩靴周围砂土的位移向量场和等值线图，初步探讨了桩靴贯入饱和砂土时的承载机制与桩靴周围砂土变形机理。基于圆孔扩张理论及分段位移迭代算法，推导出静载作用下桩靴荷载-沉降变化规律；与试验结果的对比发现：计算误差约为11.7%。通过浅应变路径法(SSPM)计算得到桩靴周围土体位移理论值；与试验结果对比发现：计算误差在16.7%~26.3%。
为研究桩靴贯入饱和砂土的承载机制以及桩靴周围砂土变形机理，开展桩靴的抗压承载土工模型试验以及桩靴-土体相互作用的透明土试验，测得了桩靴荷载-沉降变化规律、桩靴周围砂土的位移向量场和等值线图，初步探讨了桩靴贯入饱和砂土时的承载机制与桩靴周围砂土变形机理。基于圆孔扩张理论及分段位移迭代算法，推导出静载作用下桩靴荷载-沉降变化规律；与试验结果的对比发现：计算误差约为11.7%。通过浅应变路径法(SSPM)计算得到桩靴周围土体位移理论值；与试验结果对比发现：计算误差在16.7%~26.3%。
2023, 40(6): 158-171.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0892
摘要:
开展11根PVC-CFRP管钢筋混凝土柱-钢筋混凝土环梁T型节点低周反复加载试验，分析环梁尺寸、环筋配筋率、CFRP条带间距、梁纵筋配筋率、轴压比等因素对其破坏形态、滞回性能、骨架曲线等影响。结果表明：节点破坏经历初裂、通裂、极限和破坏四个阶段，节点的弯矩-曲率滞回曲线包括弹性段、弹塑性段和平稳段，节点滞回环饱满，显示出良好的抗震性能。基于软化混凝土本构关系模型，考虑各因素对骨架曲线特征点的影响，提出骨架曲线特征点简化计算公式。基于退化三线型恢复力模型，给出卸载刚度计算公式，提出节点滞回规则，建立预测精度较高的环梁节点弯矩-曲率恢复力模型。
开展11根PVC-CFRP管钢筋混凝土柱-钢筋混凝土环梁T型节点低周反复加载试验，分析环梁尺寸、环筋配筋率、CFRP条带间距、梁纵筋配筋率、轴压比等因素对其破坏形态、滞回性能、骨架曲线等影响。结果表明：节点破坏经历初裂、通裂、极限和破坏四个阶段，节点的弯矩-曲率滞回曲线包括弹性段、弹塑性段和平稳段，节点滞回环饱满，显示出良好的抗震性能。基于软化混凝土本构关系模型，考虑各因素对骨架曲线特征点的影响，提出骨架曲线特征点简化计算公式。基于退化三线型恢复力模型，给出卸载刚度计算公式，提出节点滞回规则，建立预测精度较高的环梁节点弯矩-曲率恢复力模型。
2023, 40(6): 172-181.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0895
摘要:
通过2组8个压型钢板-高延性水泥基材料(ECC)组合楼板静力加载试验，研究上述试件破坏模式、承载力、刚度、应变分布及滑移等受力性能。试验结果表明：峰值荷载时，端部设置栓钉的压型钢板-ECC组合楼板试件滑移值较大，达到峰值荷载后，试件承载力下降平缓，表现为延性剪切破坏；而端部未设置栓钉的试件表现为脆性剪切破坏。分析了剪跨、压型钢板厚度、组合楼板截面高度及端部栓钉等因素对压型钢板-ECC组合楼板纵向剪切性能及剪切承载力影响规律。在试验研究基础上，分别基于欧洲规范(Eurocode-4)和组合楼板设计与施工规范(CECS273: 2010)的m-k法，提出适用于压型钢板-ECC组合楼板的纵向剪切承载力计算公式，经比较分析计算结果与试验结果吻合较好。
通过2组8个压型钢板-高延性水泥基材料(ECC)组合楼板静力加载试验，研究上述试件破坏模式、承载力、刚度、应变分布及滑移等受力性能。试验结果表明：峰值荷载时，端部设置栓钉的压型钢板-ECC组合楼板试件滑移值较大，达到峰值荷载后，试件承载力下降平缓，表现为延性剪切破坏；而端部未设置栓钉的试件表现为脆性剪切破坏。分析了剪跨、压型钢板厚度、组合楼板截面高度及端部栓钉等因素对压型钢板-ECC组合楼板纵向剪切性能及剪切承载力影响规律。在试验研究基础上，分别基于欧洲规范(Eurocode-4)和组合楼板设计与施工规范(CECS273: 2010)的m-k法，提出适用于压型钢板-ECC组合楼板的纵向剪切承载力计算公式，经比较分析计算结果与试验结果吻合较好。
2023, 40(6): 182-192.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0896
摘要:
传统大跨度桥梁抖振响应计算是基于颤抖振理论，并借助节段模型测压或测力试验进行，目前鲜有通过节段模型测振试验实现桥梁抖振响应预测的报道。基于抖振分析理论推导了考虑三维效应的两波数抖振力，并根据综合传递函数的概念提出了基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应预测方法。以某流线型箱梁悬索桥为例，通过节段模型及全桥气弹模型试验研究了该预测方法的精度及可行性。结果表明：结构展宽比对综合传递函数识别精度存在影响，展宽比越大，识别精度越高。即使在湍流积分尺度并未远大于结构宽度的前提下，增大模型展宽比可有效减弱三维效应的影响。基于节段模型测振试验识别综合传递函数的方法可用于大跨度桥梁抖振响应的预测，该方法预测结果偏于保守。
传统大跨度桥梁抖振响应计算是基于颤抖振理论，并借助节段模型测压或测力试验进行，目前鲜有通过节段模型测振试验实现桥梁抖振响应预测的报道。基于抖振分析理论推导了考虑三维效应的两波数抖振力，并根据综合传递函数的概念提出了基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应预测方法。以某流线型箱梁悬索桥为例，通过节段模型及全桥气弹模型试验研究了该预测方法的精度及可行性。结果表明：结构展宽比对综合传递函数识别精度存在影响，展宽比越大，识别精度越高。即使在湍流积分尺度并未远大于结构宽度的前提下，增大模型展宽比可有效减弱三维效应的影响。基于节段模型测振试验识别综合传递函数的方法可用于大跨度桥梁抖振响应的预测，该方法预测结果偏于保守。
2023, 40(6): 193-203.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.08.0676
摘要:
雷暴风引发的结构破坏、财产损失和人员伤害屡有发生，其风场特性的认识和研究是结构抗雷暴风设计的基础。该文基于北京市区325 m高气象塔实测数据识别的70个雷暴风事件，采用经典雷暴风模型对其平均风及脉动风时空特性等进行了统计分析，研究结果表明：雷暴风频发于夏季，其峰值风速主要出现在北京时间的下午及傍晚时分且较易发生于西北方向；在峰值风速发生时段，平均风速剖面均值呈现轻微的鼻形特征；雷暴风湍流强度和阵风因子剖面与大尺度稳态强风特性存在较大差异，且雷暴风统计结果均大于大尺度稳态强风的对应值；北京市结构抗雷暴风设计中可考虑应用Von Karman谱计算雷暴风荷载。该研究结果可为雷暴风风场统一模型的建立和结构抗雷暴风设计提供参考。
雷暴风引发的结构破坏、财产损失和人员伤害屡有发生，其风场特性的认识和研究是结构抗雷暴风设计的基础。该文基于北京市区325 m高气象塔实测数据识别的70个雷暴风事件，采用经典雷暴风模型对其平均风及脉动风时空特性等进行了统计分析，研究结果表明：雷暴风频发于夏季，其峰值风速主要出现在北京时间的下午及傍晚时分且较易发生于西北方向；在峰值风速发生时段，平均风速剖面均值呈现轻微的鼻形特征；雷暴风湍流强度和阵风因子剖面与大尺度稳态强风特性存在较大差异，且雷暴风统计结果均大于大尺度稳态强风的对应值；北京市结构抗雷暴风设计中可考虑应用Von Karman谱计算雷暴风荷载。该研究结果可为雷暴风风场统一模型的建立和结构抗雷暴风设计提供参考。
2023, 40(6): 204-212.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.02.0181
摘要:
冲击地压是煤矿开采的主要动力灾害，巷道吸能支护是防御冲击地压灾害的新型支护方式和有效手段。吸能支护是在刚性支护基础上附加阻尼耗能构件形成的巷道支护，基于巷道顶板与支护相互作用的动力学模型，分析了在巷道刚性支护与吸能支护作用下的顶板-支护系统动力响应，同时就阻尼构件在吸能支护上的分布特征对减震防冲效应的影响进行了分析，研究了阻尼构件在支护中的串联、并联、混联3种分布特征下的支护吸能减震防冲效应。结果表明：相比于刚性支护，吸能支护不仅能有效抑制顶板的冲击响应，还对支护体的冲击响应具有自保护能力；串联吸能支护模式与混联吸能支护模式对顶板冲击位移的控制及支护体加速度的抑制作用相当，且均优于并联吸能支护模式，其中，在串联吸能支护模式下，顶板冲击位移可下降约89%，支护体加速度可下降约55%。进一步优化串联吸能支护模式可知，当采用支护体上端串联布置吸能构件时，构件吸能效果发挥的最好，并且支护体的变形、应力、等效塑性应变变化平稳且幅值较小，同时相比于在下端以及两端串联吸能构件时支护等效塑性应变分别下降约77%和96%。该研究为冲击地压动力灾害的防冲吸能支护动力可靠性设计提供思路。
冲击地压是煤矿开采的主要动力灾害，巷道吸能支护是防御冲击地压灾害的新型支护方式和有效手段。吸能支护是在刚性支护基础上附加阻尼耗能构件形成的巷道支护，基于巷道顶板与支护相互作用的动力学模型，分析了在巷道刚性支护与吸能支护作用下的顶板-支护系统动力响应，同时就阻尼构件在吸能支护上的分布特征对减震防冲效应的影响进行了分析，研究了阻尼构件在支护中的串联、并联、混联3种分布特征下的支护吸能减震防冲效应。结果表明：相比于刚性支护，吸能支护不仅能有效抑制顶板的冲击响应，还对支护体的冲击响应具有自保护能力；串联吸能支护模式与混联吸能支护模式对顶板冲击位移的控制及支护体加速度的抑制作用相当，且均优于并联吸能支护模式，其中，在串联吸能支护模式下，顶板冲击位移可下降约89%，支护体加速度可下降约55%。进一步优化串联吸能支护模式可知，当采用支护体上端串联布置吸能构件时，构件吸能效果发挥的最好，并且支护体的变形、应力、等效塑性应变变化平稳且幅值较小，同时相比于在下端以及两端串联吸能构件时支护等效塑性应变分别下降约77%和96%。该研究为冲击地压动力灾害的防冲吸能支护动力可靠性设计提供思路。
2023, 40(6): 213-225.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.07.0524
摘要:
随着油气勘探开发向着深层、深水及非常规等复杂领域的不断扩展，钻井面临的井况与约束条件更加苛刻，钻柱的动力学特性更加复杂，失效问题频发。该文应用格林函数理论对多跨旋转钻柱双向耦合动力学特性进行了定量分析和研究。考虑多稳定器及不同约束条件，以钻柱整体为研究对象，基于Euler-Bernoulli梁模型和Hamilton原理建立了具有广义边界约束条件及多稳定器的旋转钻柱双向耦合动力学方程。采用分离变量法、Laplace变换及Laplace逆变换求解所获得的振动微分方程，得到了旋转钻柱系统横向振动的格林函数解以及以格林函数为基础的多跨旋转钻柱系统的闭合形式的模态函数及隐式的频率方程。定量地分析了稳定器位置、弹簧刚度系数与稳定器个数对钻柱系统振动特性的影响。数值结果表明：稳定器位置与固有频率的关系曲线中有相应阶次数目的峰值；随着等效弹簧的刚度系数的增大，系统的固有频率随之增大，但当刚度增加到一定值时，系统的一阶和二阶频率将趋于稳定。研究结果有助于深化对多跨旋转钻柱的动力学特性规律的认识，为提高钻速、减少钻柱失效及钻柱钻井技术的应用提供了新的研究方法和理论依据。
随着油气勘探开发向着深层、深水及非常规等复杂领域的不断扩展，钻井面临的井况与约束条件更加苛刻，钻柱的动力学特性更加复杂，失效问题频发。该文应用格林函数理论对多跨旋转钻柱双向耦合动力学特性进行了定量分析和研究。考虑多稳定器及不同约束条件，以钻柱整体为研究对象，基于Euler-Bernoulli梁模型和Hamilton原理建立了具有广义边界约束条件及多稳定器的旋转钻柱双向耦合动力学方程。采用分离变量法、Laplace变换及Laplace逆变换求解所获得的振动微分方程，得到了旋转钻柱系统横向振动的格林函数解以及以格林函数为基础的多跨旋转钻柱系统的闭合形式的模态函数及隐式的频率方程。定量地分析了稳定器位置、弹簧刚度系数与稳定器个数对钻柱系统振动特性的影响。数值结果表明：稳定器位置与固有频率的关系曲线中有相应阶次数目的峰值；随着等效弹簧的刚度系数的增大，系统的固有频率随之增大，但当刚度增加到一定值时，系统的一阶和二阶频率将趋于稳定。研究结果有助于深化对多跨旋转钻柱的动力学特性规律的认识，为提高钻速、减少钻柱失效及钻柱钻井技术的应用提供了新的研究方法和理论依据。
2023, 40(6): 226-235.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0894
摘要:
揭示热氧老化条件下不同预载的隔振脚垫动态特性机理是空调器压缩机隔振系统匹配的关键所在。该文引入Peck模型表征热氧老化因子，并运用包含热氧老化因子的分数导数Kelvin-Voigt摄动模型和Coulomb摩擦摄动模型分别描述其频率依赖性和振幅依赖性，建立了考虑变预载影响的隔振脚垫热氧老化-动态特性模型。进一步辨识了不同预载条件下的模型参数，通过试验数据验证了模型的正确性，创新提出了刚度转变点和刚度转变频率的概念以更好地描述服役后变预载、变振幅工况下橡胶隔振脚垫的软化效应。为深入研究空调压缩机与隔振脚垫的刚度匹配与橡胶配方的优化设计奠定理论基础。
揭示热氧老化条件下不同预载的隔振脚垫动态特性机理是空调器压缩机隔振系统匹配的关键所在。该文引入Peck模型表征热氧老化因子，并运用包含热氧老化因子的分数导数Kelvin-Voigt摄动模型和Coulomb摩擦摄动模型分别描述其频率依赖性和振幅依赖性，建立了考虑变预载影响的隔振脚垫热氧老化-动态特性模型。进一步辨识了不同预载条件下的模型参数，通过试验数据验证了模型的正确性，创新提出了刚度转变点和刚度转变频率的概念以更好地描述服役后变预载、变振幅工况下橡胶隔振脚垫的软化效应。为深入研究空调压缩机与隔振脚垫的刚度匹配与橡胶配方的优化设计奠定理论基础。
2023, 40(6): 236-244.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0862
摘要:
为探究镍钛合金血管支架植入下肢动脉后产生断裂失效的原因，对Absolute Pro下肢动脉支架在多级载荷耦合作用下的疲劳性能进行研究。利用有限元方法对镍钛合金支架在一级(生理脉动、轴向拉伸、压缩、弯曲、扭转)、二级(拉-弯、拉-扭、压-弯、压-扭、弯-扭)和三级(拉-弯-扭、压-弯-扭)载荷下分别进行数值模拟，基于应变法评价支架的疲劳强度，采用名义应力法和断裂力学进行疲劳寿命预测。经疲劳性能分析发现，一级载荷和部分多级载荷下的支架疲劳强度均满足10年疲劳寿命的要求，其中二级载荷的拉-弯和三级载荷的拉-弯-扭下最大交变应变大于疲劳极限，易产生应力集中导致疲劳失效；寿命云图和安全系数显示，在一级载荷下，压缩载荷对支架寿命的影响最大，脉动载荷最小，在二级载荷下，拉-弯载荷影响最大，弯-扭载荷影响最小，在三级载荷下拉-弯-扭对支架寿命的影响大于压-弯-扭；基于断裂力学寿命预测发现，初始裂纹的大小对支架的寿命有显著的影响。该研究结果揭示了多级载荷对支架疲劳强度和寿命的影响，为支架的临床断裂失效机理提供理论参考。
为探究镍钛合金血管支架植入下肢动脉后产生断裂失效的原因，对Absolute Pro下肢动脉支架在多级载荷耦合作用下的疲劳性能进行研究。利用有限元方法对镍钛合金支架在一级(生理脉动、轴向拉伸、压缩、弯曲、扭转)、二级(拉-弯、拉-扭、压-弯、压-扭、弯-扭)和三级(拉-弯-扭、压-弯-扭)载荷下分别进行数值模拟，基于应变法评价支架的疲劳强度，采用名义应力法和断裂力学进行疲劳寿命预测。经疲劳性能分析发现，一级载荷和部分多级载荷下的支架疲劳强度均满足10年疲劳寿命的要求，其中二级载荷的拉-弯和三级载荷的拉-弯-扭下最大交变应变大于疲劳极限，易产生应力集中导致疲劳失效；寿命云图和安全系数显示，在一级载荷下，压缩载荷对支架寿命的影响最大，脉动载荷最小，在二级载荷下，拉-弯载荷影响最大，弯-扭载荷影响最小，在三级载荷下拉-弯-扭对支架寿命的影响大于压-弯-扭；基于断裂力学寿命预测发现，初始裂纹的大小对支架的寿命有显著的影响。该研究结果揭示了多级载荷对支架疲劳强度和寿命的影响，为支架的临床断裂失效机理提供理论参考。
2023, 40(6): 245-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0857
摘要:
为研究玻璃球的宏细观冲击特性，该文开展了不同相对密实度玻璃球的一维霍普金森杆(SHPB)冲击试验和离散元-有限差分法耦合数值模拟研究。结果表明：一维冲击荷载下玻璃球经历初始弹性、屈服、颗粒间互锁硬化和颗粒破碎硬化四个阶段。基于耦合数值模拟发现，颗粒平均配位数随着冲击荷载时程不断增加，但增加的速率逐渐下降，其原因是配位数变化取决于孔隙压缩和以旋转为主的颗粒重排，随着试样压缩变形的发展，孔隙压缩和颗粒重排需要克服更大的颗粒间互锁效应，因此逐渐变缓。而试样孔隙率在弹性阶段基本不变，在屈服阶段和互锁硬化阶段近似线性下降，其原因是孔隙率变化受控于颗粒整体移动，弹性阶段颗粒整体移动尚未发展，屈服之后颗粒整体移动产生的孔隙压缩随荷载时程呈线性发展。冲击荷载下，颗粒位移以整体移动为主，相对位移为辅，因此，颗粒位移对试样的初始密实度不敏感。颗粒旋转需要克服周围颗粒的互锁效应，互锁效应取决于试样级配和颗粒粒径，对密实度较敏感。
为研究玻璃球的宏细观冲击特性，该文开展了不同相对密实度玻璃球的一维霍普金森杆(SHPB)冲击试验和离散元-有限差分法耦合数值模拟研究。结果表明：一维冲击荷载下玻璃球经历初始弹性、屈服、颗粒间互锁硬化和颗粒破碎硬化四个阶段。基于耦合数值模拟发现，颗粒平均配位数随着冲击荷载时程不断增加，但增加的速率逐渐下降，其原因是配位数变化取决于孔隙压缩和以旋转为主的颗粒重排，随着试样压缩变形的发展，孔隙压缩和颗粒重排需要克服更大的颗粒间互锁效应，因此逐渐变缓。而试样孔隙率在弹性阶段基本不变，在屈服阶段和互锁硬化阶段近似线性下降，其原因是孔隙率变化受控于颗粒整体移动，弹性阶段颗粒整体移动尚未发展，屈服之后颗粒整体移动产生的孔隙压缩随荷载时程呈线性发展。冲击荷载下，颗粒位移以整体移动为主，相对位移为辅，因此，颗粒位移对试样的初始密实度不敏感。颗粒旋转需要克服周围颗粒的互锁效应，互锁效应取决于试样级配和颗粒粒径，对密实度较敏感。
