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当期目录

2020年 第37卷  第S期

基本方法
实时子结构试验中显式算法对比分析
唐玉, 覃晖
2020, 37(S): 1-5, 12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S001
摘要:
实时子结构试验技术中的一个关键问题是求解数值子结构的动力响应,而这一过程可选取合适的数值积分算法来实现。针对目前已建立的三种基于模型的显式积分算法(Chang法、CR法和实时子结构RST法),对比分析了各算法在线性系统和非线性系统中的数值特性。结果表明:三种算法在线性系统和具有刚度软化特性的非线性系统中均是无条件稳定的,在具有刚度硬化特性的非线性系统中变为有条件稳定。当结构阻尼比为零时,三种算法均无数值阻尼,且周期延长率结果完全一致,并随Ω的增加而增大;当结构阻尼比不为零时,三种算法均存在数值阻尼,且CR法的数值阻尼绝对值最小,而RST法的周期延长率最小。两个算例表明,RST法和Chang法的精度要优于CR法,但因Chang法是半显式的,因此RST法更适于实时子结构试验中数值子结构的仿真计算。
携带集中质量的矩形薄板面外非线性动力失稳研究
钟子林, 刘爱荣
2020, 37(S): 6-12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S018
摘要:
对于面内对边周期荷载作用下携带集中质量的矩形薄板,当周期荷载的激振频率在板的两倍自振频率附近时,板发生面外参数共振失稳。该文基于薄板大挠度理论,运用伽辽金法推导出携带集中质量的矩形薄板非线性动力失稳的Mathieu-Hill方程,进而求解得到板发生面外参数共振失稳时周期荷载的临界激振频率域以及非线性动力失稳曲线。运用有限元软件进行瞬态分析得到不同激振幅值作用下板发生面外参数共振失稳时周期荷载的最小与最大临界激振频率值,通过与解析解进行对比,验证了计算结果的正确性。研究结果表明:随着集中质量的增加,参数共振失稳的临界激振频率及其不稳定域的宽度逐渐减小,不稳定域的位置逐渐向低激振频率的方向移动;随着集中质量的增加,面外参数共振失稳域的临界激励幅值逐渐增加;随着集中质量所处位置的模态位移增加,不稳定域的宽度减小。
集中荷载作用下弹性扭转约束层合浅拱的非线性面内稳定
张紫祥, 刘爱荣, 黄永辉, 钟丽聪
2020, 37(S): 13-19, 31. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S048
摘要:
该文研究了集中荷载作用下弹性扭转约束层合拱的非线性面内稳定,基于虚功原理建立了拱的微分平衡方程及屈曲平衡方程,追踪了拱的平衡路径,获得了屈曲临界荷载的解析表达,提出了修正长细比参数及柔度系数以表征拱的失稳模式,通过有限元模拟验证了解析结果的正确性,着重分析了铺层模式及边界条件对层合拱的屈曲及后屈曲的影响。研究结果表明:当长细比及柔度系数给定,层合拱的屈曲临界荷载随着开口角及修正长细比的增大而增大;铺层模式显著影响拱的屈曲临界荷载,随着90°铺层逐渐远离中面,拱的承载能力明显降低。
土木工程学科
建筑结构钢材及其焊缝循环微观损伤模型的韧性参数校正分析
王元清, 关阳, 刘明, 卜宜都, 刘希月, 顾浩洋
2020, 37(S): 20-31. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S019
摘要:
为预测Q235B和Q345B钢材循环荷载作用下的断裂,该文以适用于超低周疲劳断裂预测的微观力学模型退化有效塑性应变模型(DSPS)和循环孔穴扩张模型(CVGM),进行缺口圆棒循环加载试验,并结合有限元软件ABAQUS,校正Q235B和Q345B普通钢材基于微观机理的超低周疲劳断裂预测模型参数。试验分别从Q235B和Q345B母材、焊缝熔敷金属及热影响区取样并加工成缺口圆棒,在两种加载制度条件下,进行超低周循环加载试验,并利用有限元对钢材断裂进行预测。研究结果表明:Q235B钢材较Q345B钢材表现出了较好的延性,但耗能总体弱于Q345B钢材;CVGM模型的预测比DSPS模型预测更加精准,在C-PTF加载制度下微观损伤模型预测程度好于CTF加载制度。CVGM模型与DSPS模型均可较准确预测循环荷载下的断裂。
注浆加固预应力混凝土空心板梁抗剪性能试验研究
张劲泉, 李鹏飞, 韦韩, 王仙
2020, 37(S): 32-41. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S059
摘要:
为了对预应力混凝土空心板梁端部剪跨区内出现的腹剪斜裂缝进行加固,提出了对空心板梁端部注浆加固的措施,以达到增加空心板受剪截面积的目的。进行了3片足尺20 m先张法预应力钢筋混凝土空心板梁注浆加固后抗剪性能试验,以验证加固后空心板梁的受力性能及加固效果,三片梁端部注浆长度分别为1.5 m、2.0 m、2.5 m,分析了不同注浆长度下试验梁的应变、挠度、裂缝分布、刚度、承载力变化规律,通过与未加固前梁体试验结果对比,分析端部注浆加固措施对梁体抗剪承载能力的改善程度。试验表明,采取端部注浆加固措施后,梁体整体刚度变化较小,梁体在正常使用荷载作用下,端部剪跨区内没有出现腹剪斜裂缝,梁体的抗剪能力有较大提高,加固后梁体的破坏模式为加固段与未加固段交界处发生的弯剪破坏。
弹塑性时程分析中地震动输入处理方式影响
汪维依, 冀昆, 温瑞智, 任叶飞, 尹建华
2020, 37(S): 42-50, 62. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S003
摘要:
以包含残余永久位移和(或)速度脉冲的强震动记录为重点分析对象,针对强震动滤波以及基线校正方式等不同处理方式对结构弹塑性响应的影响展开对比研究。考虑了多项式基线校正,Butterworth因果滤波,以及基于残余位移趋势线基线校正等几种常用的强震动记录处理流程和方法。首先以2018年台湾花莲地震,2014年云南鲁甸地震,日本311地震等代表性的强震动记录为输入,通过单(多)自由度体系以及典型平面RC框架的数值模拟结果,从结构弹塑性反应谱,层延性需求,以及最大层间位移角等方面对比研究了不同记录处理方式的影响。对比结果表明速度脉冲形状与相位是否完整保留对于结构的弹塑性响应有很大影响,对于包含速度脉冲或(及)永久位移的强震动记录,Butterworth因果滤波在滤除噪声的同时不仅消除了地表残余永久位移,同时使速度脉冲形状产生了畸变,并会传递到最后的弹塑性时程分析结果中,且对短,中,长周期结构均可能产生影响,该文推荐采用基于基线趋势线校正的处理方法对该类近断层记录进行逐条处理。最后,对于不含速度脉冲也不含永久位移的强震动记录,该文中弹塑性时程分析结果表明记录处理方式的影响并不显著。为了尽量消除因果滤波对记录时程相位谱的影响,我们给出了基于非因果滤波的批量化强震动记录处理流程供参考。
基于嵌固稳定安全系数的悬臂结构优化设计
高幸, 王维玉, 丁继辉
2020, 37(S): 51-56. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.S005
摘要:
常规基坑支护设计沿用传统的平面设计方法,而基坑作为一个具有长、宽、深的三维空间体系,平面设计无法满足基坑三维空间结构的特点。基于基坑的空间特性,提出依据坡顶水平位移反推空间效应影响下的主动土压力与被动土压力的计算方法。参考现行规范计算空间效应影响下的嵌固稳定安全系数,以嵌固稳定安全系数最小值(最危险状态)作为优化标准,提出悬臂支护结构优化设计方案。研究表明:基坑开挖时主动土压力与被动土压力同时受到空间效应的影响,但主动土压力相对于被动土压力受空间效应影响更加明显。嵌固稳定安全系数随距坑角距离的减小而呈幂函数形式增大。
不同场地高铁隔震桥梁概率地震需求模型比较
吴迪, 熊焱, 蒋国平, 吴成亮, 冼巧玲, 徐丽
2020, 37(S): 57-62. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S006
摘要:
根据我国典型高速铁路(高铁)桥梁摩擦摆隔震支座的力学性能试验和桥梁结构设计参数, 建立高铁隔震梁桥有限元模型。根据不同场地的地震反应谱特征,提出不同场地条件下高铁隔震桥梁概率地震需求模型的比较方法。根据上述研究方法和分析结果,获得场地条件对典型高铁隔震桥梁概率需求模型的影响规律。
泄水建筑物空蚀与冲磨耦合作用机制试验研究
王新, 胡亚安, 李中华, 钱文勋
2020, 37(S): 63-67, 90. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S008
摘要:
为真实模拟泄水建筑物空蚀与冲磨复杂的破坏行为,基于Venturi空化空蚀发生器结构特点和水力学Bernoulli原理,发明了高压高速水流自动挟沙装置,设计并制作了空蚀与冲磨混合作用试验系统。利用研发的装置开展了系列试验,探讨了高速水流空蚀与冲磨混合作用机制。研究表明,空蚀与冲磨混合作用下,材料表面呈现出空蚀与冲磨复合破坏特征,混合作用下的破坏程度明显大于单独作用,空蚀与冲磨之间存在一定的促进和增强作用,空蚀的冲击在材料表面产生的孔洞及散粒体骨架结构,在冲磨切削作用下加速破坏,空蚀使冲磨破坏更加容易。
亚健康简支T梁桥限载指标评估及验证
陈炳聪, 黄海云, 刘嘉玲, 王海红
2020, 37(S): 68-74. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S009
摘要:
为更合理评价亚健康桥梁剩余承载力,该文提出通过截面折减反馈计算法对亚健康简支T梁桥的应变进行控制,从而确定桥梁临界使用承载力和限载指标行之有效的评估方法。通过旧桥荷载试验实测数据与有限元模型计算结果的比值,推算其刚度折减系数,再算出亚健康桥梁折减抗弯惯性矩以及质心位置,修正有限元计算模型,进行反馈计算。通过控制应变,以折减设计荷载的方式求出桥梁内力,进而确定旧桥的限载指标。通过旧桥检测实例,验证该限载措施的有效性和该评估方法的可行性。
考虑地层动力特性差异的减振轨道减振效果评价
梁瑞华, 马蒙, 刘卫丰, 杜林林, 李林峰
2020, 37(S): 75-81. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S010
摘要:
评价运营地铁线路减振轨道的减振效果时,常选取非减振参考轨道断面与其进行对比测试,计算得到“对比损失”。然而两测试断面背后地层动力特性通常存在差异,这种差异导致测试得到的“对比损失”不能准确的反映出减振轨道的实际减振效果。为定量分析这一因素对减振效果评价的影响,该文利用车辆-轨道耦合解析模型计算得到列车运行时钢轨的扣件支反力,利用有限元软件建立“轨道-隧道-地层”三维数值模型,考虑整体道床轨道和钢弹簧浮置板轨道两种轨道型式,计算并分析了地层动弹性模量等参量变化对浮置板轨道对比损失造成的影响,并对数值模型计算结果进行拟合,得到减振轨道Z振级对比损失的修正公式。结果表明:地层动弹性模量差异是测试断面地层动力特性差异的控制参数,对减振轨道减振效果评价结果影响显著;测试点所处地层动弹性模量若小于500 MPa,则对比测试断面之间的地层动力特性差异会对减振效果评价结果造成更加显著的影响。
碳纤维布加固砌体填充墙抗近距离小当量炸药爆炸数值模拟研究
万军
2020, 37(S): 82-90. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S012
摘要:
该文采用数值模拟方法对碳纤维布加固砌体填充墙抵抗近距离小当量炸药爆炸进行了研究。进行了1/2缩比的砌体填充墙爆炸实验,对文中墙体抗爆分析数值分析方法的有效性进行了检验。建立了实际墙体的有限元模型,采用LS-DYNA程序对单层和多层纤维布加固的砌体填充墙在爆炸荷载作用下的破坏形式进行了分析。研究表明:近距离小当量爆炸时,砌体填充墙的破坏主要表现为爆炸近区的砌块在爆炸荷载的驱动下,撕裂纤维布向后以较高的速度飞散运动;纤维布的破坏主要表现为横向拉伸应力超过强度极限而产生拉伸断裂,并由爆炸近区分别沿水平和垂直方向向周围发展;当纤维布层间粘结能力有限时,难以发挥纤维方向抗拉强度高的优点。
各国规范对于楼面峰值加速度规定的对比研究
尚庆学, 郑迦译, 李吉超, 王涛
2020, 37(S): 91-96. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S013
摘要:
该文系统总结了各国抗震设计规范中对于结构楼面峰值加速度取值的相关规定。建立了一系列不同设计参数、不同振动周期的钢筋混凝土框架结构的有限元模型,对弹性和弹塑性结构进行了不同强度地震动作用输入下的时程分析。将楼面峰值加速度通过地面峰值加速度归一化,考察了结构各楼层楼面峰值加速度分布情况。结果表明,现行抗震设计规范中对楼面峰值加速度取值的相关规定不能很好地反映其在不同楼层的分布情况,有待进一步的研究。
远场地震作用下输电塔-线体系最不利输入方向预测研究
刘俊才, 田利, 张睿, 易思银
2020, 37(S): 97-103. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S014
摘要:
该文采用已有的最不利输入方向判别方法,开展了远场地震动激励下输电塔-线体系最不利输入方向的预测研究。依托实际工程,在ABAQUS中建立了输电塔-线体系有限元模型。为了验证该近似方法的适用性,选取了7条典型的远场地震波进行激励。开展了不同远场地震动输入方向下输电塔-线体系时程分析,并与近似方法的计算结果进行对比。结果表明,近似方法具有良好的准确性,利用近似方法得到的远场地震动最不利输入方向基本可以确定输电塔-线体系的最不利响应,减少了时程分析的计算代价。同时,不同地震动的最不利输入方向是不同的,同一条地震动激励下,输电塔-线体系的振动响应随输入角度而变化。
反力梁变形对抗震试验的影响及补偿方法
胡云强, 唐贞云, 郭云峰
2020, 37(S): 104-110, 120. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.S015
摘要:
反力梁是土木工程试验中的主要反力装置。当反力梁与试件的刚度比较小时,反力梁产生的变形与试件相比不可忽略。这种情况下,会对试验结果产生较大影响,特别是对拟动力和混合试验需要位移在线更新的试验影响更大。然而,关于反力梁变形的影响和补偿方法鲜有详细报道。为此,该文通过理论分析讨论了反力梁变形对抗震试验各参数的影响规律,建立了加载过程中对反力梁变形的在线补偿方法,并通过试验进行了验证。
钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土单轴受力应力-应变曲线研究
钟光淳, 周颖, 肖意
2020, 37(S): 111-120. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S016
摘要:
既有研究表明,在混凝土基体中同时加入钢(S)纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维,形成S-PVA混杂纤维混凝土,可以显著提升混凝土的综合性能。在此基础上,依据钢纤维、PVA纤维长度和掺量的不同,设计了17组试验组,完成了单轴受力全过程试验。根据试验结果,定量分析了钢纤维、PVA纤维对于改善混凝土弹性模量、材料韧性、抗拉抗压强度及其峰值应变的影响;提出了实用的S-PVA混杂纤维混凝土单轴受拉和受压应力-应变曲线数学表达式。提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为混杂纤维混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础。
钢框架-嵌挂结合型密肋复合墙板整体性能研究
龚超, 贾明明, 刘信, 吕大刚
2020, 37(S): 121-129. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S020
摘要:
该文提出一种新型的嵌挂结合型密肋复合墙,不仅可以避免钢框架的外露腐蚀,同时外挂苯板可以起到保温隔热作用。钢框架与密肋复合墙体的受力和变形性能差别明显,在荷载作用下两者的受力变形模式和单独的构件受力时存在的差异需要通过二者的协同受力分析。因此该文建立钢框架-密肋复合墙协同体系的有限元模型,分析在不同墙体高宽比、不同开洞形式和不同框格数目下的结构整体受力性能,并通过滞回曲线、骨架曲线、耗散能量以及等效粘滞阻尼系数的分析,研究了墙体对整体结构性能的影响。
铝合金网壳结构箱型-工字型盘式节点单肢受力性能有限元分析
张颖, 王元清, 张俊光, 欧阳元文
2020, 37(S): 130-138. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S021
摘要:
为了研究铝合金箱型-工字型盘式节点单肢构件在竖向和侧向力作用下的受力性能,该文以足尺试件的静力加载试验为基础,采用通用有限元分析软件ABAQUS对铝合金箱型-工字型盘式节点单肢构件进行非线性有限元分析,同时将该盘式节点与刚性节点受力性能进行对比。有限元分析结果表明:在竖向荷载作用达到极限时,试件DZ1的长肢箱型杆件与节点盘相连处的腹板以及下翼缘发生局部屈曲,试件DZ3的紧邻长肢工字型杆件的短肢箱型杆件腹板进入塑性;在侧向荷载作用达到极限时,试件DZ2、DZ4均表现为长肢杆件与节点盘连接处最外侧铆钉孔断裂破坏。有限元模拟结果与试验结果拟合较好,节点较刚性节点应力分布相似,该种混合型盘式节点具有较高的刚度,可作为半刚性节点应用于实际工程当中。
准流线型桥梁断面气动力特性的雷诺数效应研究
任若松, 梁新华, 刘小兵, 马文勇, 刘庆宽
2020, 37(S): 139-144, 167. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S023
摘要:
雷诺数效应是桥梁抗风设计研究的关键问题,随着桥梁跨度的增加,桥梁断面雷诺数效应的研究日显重要。选取两个常用的大跨度桥梁准流线型桥梁断面为研究对象,通过风洞试验测得模型表面风压分布,采用压力积分方式获得断面在不同雷诺数下的三分力系数,并分析其变化规律。结果表明:桥梁断面局部细微差异并不能改变三分力系数随雷诺数的变化规律;从模型不同位置处的平均风压系数来看,前缘尖角的下游位置表现出较明显的雷诺数效应,这可能是前缘分离流再附所致;将不同流线型桥梁断面表面风压的无量纲空间分布进行对比,发现不同形状的尖锐棱角仅影响棱角附近平均风压系数极值大小。
北京新机场结构后浇带施工控制
潘旦光, 付相球, 谭晋鹏, 鲍占博, 段先军, 雷素素
2020, 37(S): 145-150. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S025
摘要:
北京新机场航站楼核心区一层为437 m×565 m超大型单块混凝土板,由1152个隔震支座支撑。混凝土板由宽度4 m~4.5 m的结构后浇带分为11个区进行施工。为减小结构后浇带封闭施工对隔震支座水平位移的影响,基于航站楼温度场的分布模型及不同区域温度随时间的变化规律,研究了不同后浇带封闭顺序及施工进度下结构温度变形的变化规律。研究结果表明:在相同温度场分布下,后浇带封闭顺序对隔震支座最大水平位移影响很小;后浇带的施工进度对隔震支座位移的影响明显,存在最优施工进度,采用10天一个施工步的施工速度,隔震支座的位移最小。
T型截面拱在拱顶集中力作用下的平面外弯扭失稳
刘璐璐, 刘爱荣, 卢汉文
2020, 37(S): 151-156. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S026
摘要:
该文以在拱顶径向集中力作用下T型截面两端铰接圆弧拱为研究对象,考虑了剪切变形的影响,推导了适用于单轴对称截面的应变与位移函数关系。求解了拱屈曲前精确的内力。再根据势能驻值原理和Rayleigh-Ritz法推导了T型截面圆弧拱弯扭屈曲荷载解析解,并与有限元数值结果进行了比较,二者吻合较好,证明了理论解的正确性。研究发现,单轴对称参数βx对弯扭屈曲荷载的影响明显,且剪切变形对较浅的拱影响较为明显。
FRP层合板自由边效应的变分渐近降维模型
王鹏, 钟轶峰, 罗丹, 彭啸
2020, 37(S): 157-163. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S027
摘要:
为准确预测因相邻层弹性性能不同产生的自由边应力,避免分层或横向开裂等过早破坏,基于变分渐近法构建FRP层合板的多尺度模型。利用板厚宽比很小的特点,严格将原三维各向异性弹性问题分解为代表单胞分析和二维板宏观分析。前者可提供板宏观分析所需的本构关系和三维重构关系。基于最小势能原理,通过对二维板能量泛函中主导变分项的渐近分析,得到表征板几何非线性的系列波动函数解;通过本构关系和求解得到的翘曲函数解重构自由边附近的局部三维应力场分布。通过拉伸、弯曲和扭矩共同作用下的对称铺设层合板算例表明:构建降维模型可准确预测沿自由边厚度方向和层间界面的应力分布,且计算效率大为提高,为结构设计人员在初步设计阶段对FRP层合板性能评估提供了一种简洁的途径。
地震动加速度、速度和位移时程的构成
李文博, 刘铁林, 王宇
2020, 37(S): 164-167. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S029
摘要:
该文研究地震动加速度时程、速度时程和位移时程的构成。将地震动加速度时程表示成正弦级数并对其积分,给出速度通项构成的地震动速度时程的计算公式。积分上述地震动速度时程,给出位移通项构成的地震动位移时程的计算公式。在PEER数据库中选取Landers、Taft和El-centro波的加速度时程,利用该文给出地震动加速度、速度和位移时程的计算公式分别得到三种地震动的加速度、速度和位移时程曲线,并通过与数据库提供的三种地震动的加速度、速度和位移时程曲线进行对比,验证了地震动加速度、速度和位移时程计算公式的正确性。得到以下结论:给出了加速度通项、速度通项和位移通项,三种通项分别求和可构成地震动加速度时程、速度时程和位移时程。
可液化场地高桩桥梁振动台模型试验研究
徐丹, 杜春波, 王涛, MohantyPiyush
2020, 37(S): 168-171. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S031
摘要:
高桩桥梁受地震影响较大,特别是在可液化场地,以唐山地震中倒塌的胜利桥为原型,进行1∶14.44缩尺模型振动台试验。通过连续的白噪声信号,获得桩自振频率的变化,从而研究可液化场地高桩桥梁的倒塌机制。结果表明,振动台试验可以很好地再现液化宏观现象,随着液化深度的加深,桩自振频率不断减小,从而导致桩顶位移增大,进而可能导致桥梁破坏甚至倒塌。
基于Pushover分析方法的体外预应力自复位框架抗震性能研究
夏婉秋, 鲁亮, 张会会, 徐颖超
2020, 37(S): 172-179, 186. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S032
摘要:
基于Pushover分析方法,研究了体外预应力自复位框架(External Prestressed Self-centering Frame, EPSCF)结构的抗震性能。采用ABAQUS软件建立了EPSCF结构有限元模型,并与振动台试验结果进行对比,验证了模型及建模方法的可靠性和准确性;采用Pushover分析方法评定EPSCF无控及受控结构的抗震性能并对比分析其地震响应。结果表明,设置层间阻尼器的EPSCF受控结构的等效阻尼比大幅度提升,阻尼器屈服耗能是结构的主要耗能形式,在罕遇地震作用下的结构加速度和位移响应得到了有效控制,EPSCF受控结构的抗震性能优异。
软弱地层大断面隧道三台阶七步法与临时仰拱法适应性分析的对比研究
陈洁金, 高超, 晋婉晴, 阳军生
2020, 37(S): 180-186. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S033
摘要:
软弱围岩力学性质较差、强度低、自稳能力差。目前在软弱围岩隧道施工中常采用的三台阶七步法经大量工程实践表明存在初期支护变形大、地表沉降大、难以及时封闭、对突发事件的应变能力较差等特点。针对广东赤竹、高栋两座高速铁路隧道洞口段软弱围岩具体条件,进行三台阶七步法和三台阶临时仰拱法两种施工工法的对比试验,在隧道拱顶沉降、周边收敛和地表沉降测试基础上,从工程应用效果以及数值仿真模拟等方面进行了系统的工法适应性研究。结果表明:在该类软弱围岩地层大断面隧道施工中,三台阶临时仰拱法在控制拱顶沉降、地表沉降、围岩应力、塑性区扩展面积及深度方面要优于三台阶七步法,所得结论对其他类似工程具有借鉴意义。
埋入式抗滑桩承担的滑坡推力分析
敖贵勇, 张玉芳, 赵尚毅, 郑颖人, 王永甫
2020, 37(S): 187-192. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S034
摘要:
采用有限元强度折减法对埋入式抗滑桩加固的滑坡模型进行了数值分析。模拟结果表明,在设计工况下埋入式桩承担的滑坡推力与全长桩承担的滑坡推力相当,推力大小与设计安全系数有关。在极限破坏工况下,桩悬臂段越长,滑体越顶滑动破坏时对应的稳定安全系数也越大,桩承担的滑坡推力越大。由此提出埋入式抗滑桩加固滑坡设计时,埋入式桩的合理桩长可采用强度折减数值方法根据设计安全系数确定,埋入式桩应承担的滑坡推力可用传统极限平衡法按全长桩计算,也可用有限元强度折减法进行校核。
基于倾角演化的滑坡监测及稳定过程
杨贺, 王立伟, 郝圣旺
2020, 37(S): 193-199. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S035
摘要:
滑坡监测及滑后稳定过程,是理解滑坡机理及进行滑坡预警的关键。该文基于微芯桩监测系统监测四川省雅安市泸定县黄草坪滑后边坡得到的倾角数据,分析边坡稳定过程和监测结果的影响因素。监测结果表明,边坡失稳后的稳定过程,在不同的区域呈现出不同倾角发展特征,这表明同一滑坡事件中,不同区域发展机理的不同。但是,各区域滑后稳定过程有一个共同的特征,即均存在两个典型阶段,即失稳滑动后的倾角快速发展阶段,但是该阶段呈现减速发展特征;随后,随着倾角发展速度逐渐减小,并趋向于一个近似于零速度的稳定阶段,即第Ⅱ阶段。进一步地数据分析结果表明,该滑坡稳定过程可以用伯格斯蠕变模型来很好地描述。这表明滑后边坡稳定过程实际是一种蠕变稳定过程。该文监测结果显示,在这类昼夜温差较大的区域,监测结果受设备温度差影响较大,这也是导致测量结果呈现规律性日较大涨落的关键因素。
预应力高强混凝土管桩的抗剪性能有限元分析
杨志坚, 雷岳强
2020, 37(S): 200-207. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S036
摘要:
采用ABAQUS软件,选取适合模型的本构关系,在验证模型正确性的基础上,建立21个预应力高强混凝土管桩有限元模型,考察剪跨比、轴压比、混凝土强度、增配普通钢筋以及预应力筋配筋率等参数对管桩极限抗剪承载力和P−Δ关系曲线的影响。分析结果表明:剪跨比、轴压比、预应力筋配筋率、增配普通钢筋对管桩的抗剪性能有影响,随着构件剪跨比的减小和预应力筋配筋率的增加,管桩的极限抗剪承载力有较大提高;增配普通钢筋后的管桩,与仅配预应力筋的管桩相比,其极限承载力更高,不同剪跨比下的曲线变化规律也与后者基本一致;增加混凝土强度可以提高管桩的抗剪承载力,但P−Δ关系曲线的弹性阶段几乎没有变化;管桩的极限抗剪承载力随着轴压比的提高而增大。
老化普通板式橡胶支座的剪切性能研究
董振华, 张劲泉, 韦韩, 王仙
2020, 37(S): 208-216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S037
摘要:
普通板式橡胶支座作为我国公路钢筋混凝土梁桥体系中的重要支承构件,其老化力学性能可影响局部及整体结构的服役安全性。因此,考虑橡胶材料老化、轴向压应力、支座几何构型等参数,研究老化橡胶支座在不同受力阶段的剪切性能。设计并进行了6个普通板式橡胶支座的剪切性能试验,对不同参数影响下支座的剪应变-剪应力曲线、剪切模量、水平位移-水平力及剪切刚度等参数进行对比分析。进一步应用有限元数值模拟方法,对老化支座的剪切性能进行参数分析,其有限元分析结果与试验结果进行对比。结果表明,橡胶等效老化年限小于20年,其橡胶老化对支座剪切性能的影响较小,则当橡胶等效老化时间大于50年,其剪切模量和剪切刚度增加,剪切变形能力降低,而橡胶老化对支座宏观剪切刚度的影响程度明显大于对材料剪切模量的影响。此外,支座剪应力-剪应变曲线、水平位移-水平力曲线及剪切刚度模拟结果随老化时间的变化规律与试验结果一致,且支座剪切性能随其剪切变形的增大,其模拟结果与试验结果之间差距逐渐降低。其中,当支座剪切变形达到100%时,支座剪切刚度模拟结果与试验结果最大相差20.4%,模拟结果与理论计算结果最大相差21.2%。鉴于实际桥梁工程中橡胶支座的老化受环境气候条件、车辆荷载或偶然荷载等的综合影响,其老化速度会有所加快,在进行老化支座剪切性能计算时应考虑其老化性能指标的取值。
公路梁式桥上部结构洪水作用机理及抗洪性能研究
李鹏飞, 毛燕, 董振华, 韦韩
2020, 37(S): 217-223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S038
摘要:
洪水灾害是影响桥梁结构安全运行的严重威胁,洪水发生时流水冲击力直接作用于桥梁结构,以往桥梁设计中对水位线以上的桥梁上部结构可能遭受的洪水作用缺乏考虑,造成桥梁上部结构抗洪能力不足。该文以洪水的力学性能为基础,研究了洪水对桥梁上部结构的作用机理,提出了洪水破坏力计算公式及相关参数的确定方法,分析了桥梁上部结构在洪水作用下的主要失效模式及对应的力学平衡方程。研究表明,洪水对桥梁上部结构的主要作用力包括水平冲击力、竖向上浮力、上托力。相应的桥梁上部结构的破坏模式主要有支座滑动、支座剪切、整体倾覆等。在此基础上,针对桥梁上部结构的主要薄弱点,遵循洪水破坏力与结构抗力之间的平衡关系,提出了桥梁上部结构发生支座滑动破坏、支座剪切破坏、整体倾覆破坏模式下的抗洪性能分析思路及计算公式,对公路桥梁的抗洪设计及安全性评估具有指导意义。
并列双钝体箱梁气动力的干扰机理研究
刘慧杰, 陈帅, 刘小兵
2020, 37(S): 224-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S041
摘要:
为了研究并列双钝体箱梁气动力的干扰机理,进行了双钝体箱梁在不同间距比下的数值计算,并与风洞试验结果进行对比。研究表明:数值计算所得的气动力系数变化规律与风洞试验结果基本一致,数值计算得到的可视化流场分布可以解释气动力的干扰机理;并列双箱梁之间存在明显的漩涡,这是上游箱梁阻力系数减小、下游箱梁阻力系数为负的主要原因;下游箱梁的顶板受到的风吸作用明显减弱,这是下游箱梁升力显著减小的主要原因。
既有混凝土框架结构振动台试验动力特性及加速度响应
孙魁, 程绍革, 朱毅秀
2020, 37(S): 229-236. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S043
摘要:
以抗震设防水平不高、抗震构造措施不足且已经服役多年的低延性钢筋混凝土框架结构1/5缩尺振动台试验模型为研究对象,为捕捉在低强度振动中砌体填充墙与主体框架开裂行为以及框架自身发生开裂导致动力特性变化趋势,采用强度小、持时短的白噪声进行扫频。采用自然激励技术和特征系统实现算法对试验加速度信号分析,识别出试验模型完备模态;采用小波变换提取各阶模态的楼层加速响应并进行分析。研究结果显示:特征系统实现算法适用于低强度振动中的动力特性识别;高阶模态对既有框架结构加速度响应贡献显著。
花岗岩高压状态方程实验研究
王晓峰, 吴飚, 刘晶波, 孔德锋, 李述涛, 王菲
2020, 37(S): 237-241. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S044
摘要:
通过二级轻气炮开展了花岗岩的飞片高速、超高速撞击实验,研究了花岗岩的Hugoniot冲击关系和高压状态方程。实验样品中的平均冲击波速度由光纤探针测量,实验最大撞击速度为4.47 km/s,对应的最高撞击压力为42.4 GPa。通过对有效实验结果进行拟合,得到了高压下花岗岩的Hugoniot关系、Hugoniot参数Cλ以及多项式状态方程。研究结果可为花岗岩材料在岩石爆破、陨石撞击等领域的应用提供参考。
流线型桥梁断面表面脉动风荷载特性研究
李海飞, 梁新华, 孙一飞, 崔会敏, 刘庆宽
2020, 37(S): 242-248, 260. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S045
摘要:
气动力是大跨度桥梁抗风稳定性检算和振动分析的基础,流线型桥梁断面的气动力随雷诺数的变化问题是风工程研究和桥梁设计关注的问题。通过风洞试验,研究表面风压分布随雷诺数的变化规律,可以分析雷诺数效应发生的机理。通过刚性节段模型测压试验,获得了模型表面风压分布随雷诺数的变化,采用基于功率谱密度矩阵的特征正交分解方法,从频域上分析了结构表面的脉动压力场,解析了流线型桥梁断面表面脉动风荷载的主要分布形式和作用频率,分析了雷诺数变化对结构表面脉动压力场的影响。研究发现:流线型桥梁断面表面脉动风荷载的作用形式会随雷诺数的改变而改变,在特定位置流动分离和再附等现象会随雷诺数发生变化,从而影响整体的气动力和漩涡脱落规律。
有覆层土体中部分埋入式表面波屏障
葛倩倩, 于桂兰
2020, 37(S): 249-253. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S046
摘要:
周期结构具有带隙特性,位于带隙频率范围内的振动或波动无法在结构中传播。该文针对土体存在覆层的情况,设计了周期部分埋入式Rayleigh表面波屏障,讨论了不同覆层厚度、波屏障不同埋入深度对带隙的影响,并对El Centro地震波进行了频域响应分析。结果表明,部分埋入工字型截面板式波屏障对El Centro地震波有较好的隔震效果。
轴压比对钢管混凝土柱侧向冲击性能影响研究
康昌敏, 王蕊, 朱翔
2020, 37(S): 254-260. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S047
摘要:
为研究不同轴压比对钢管混凝土柱侧向冲击性能的影响,该文对已有的冲击试验进行了验证。在验证模型基础上建立了不同轴压比的钢管混凝土柱在侧向冲击作用下的动力有限元模型,计算得到连续变化轴压比下钢管混凝土的抗冲击性能参数。结果表明:轴压比对钢管混凝土的侧向抗冲击性能有显著影响。在轴压比小于0.7时,轴力对钢管混凝土构件侧向抗冲击能力有提高作用,当轴压比大于0.7时,轴力对钢管混凝土侧向抗冲击能力有削弱作用。
串列三圆柱平均风压和平均阻力的干扰效应
王世博, 刘夕强, 刘小兵
2020, 37(S): 261-264, 306. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S004
摘要:
为了给实际工程中串列三圆柱结构的风荷载取值提供参考,通过刚性模型测压风洞试验方法,测试了12个不同间距比L/D(L为两圆柱中心之间的距离,D为圆柱的直径)下串列三圆柱的平均风压系数和平均阻力系数,并与单圆柱的平均风压系数和平均阻力系数进行了对比。研究结果表明:串列三圆柱存在临界间距,其临界间距比为3.0≤L/D≤3.5。三个圆柱的平均阻力均小于单圆柱的平均阻力;上游圆柱的平均阻力最大,下游圆柱的平均阻力次之,中游圆柱的平均阻力最小。
并列双方柱气动特性的干扰效应研究
吴倩云, 孙亚松, 刘小兵
2020, 37(S): 265-269. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S007
摘要:
为了研究并列双方柱在不同间距比时气动力特性的干扰效应,采用刚性模型测压风洞试验的方法,通过改变两方柱之间的距离,得到了不同间距比下并列双方柱的风压系数、升力系数和阻力系数。结果表明:当间距比1.2≤L/D<2.5时,并列双方柱平均风压系数的干扰效应明显,且主要表现在内侧面,平均阻力系数和脉动升力系数的干扰效应表现为减小效应;当间距比L/D≥2.5时,并列双方柱的平均风压系数、平均阻力系数和脉动升力系数的干扰效应均不明显。
超高烟囱的风荷载试验研究
孙一飞, 刘庆宽, 马文勇, 刘小兵, 贾娅娅
2020, 37(S): 270-274. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S049
摘要:
超高烟囱由于场地基本风速高、长细比大、刚度小和阻尼低,风荷载及风致振动问题非常突出。通过刚性模型测压风洞试验,对超高烟囱的风压分布开展了研究和分析,分析了高度和外界干扰对烟囱外表面风压分布的影响规律,探讨了在局部开孔情况下,风向角对内压分布的影响。研究结果表明:在无干扰状态下,仅有分离点附近风压随高度变化显著,且呈现随高度增加,风压先逐渐增大,然后保持不变的规律;在有干扰状态下,当风向角为0°时,干扰建筑只对自身高度范围内的烟囱风压产生显著影响,且高度越低,体型系数沿环向分布越均匀,数值越靠近0,高度越高,越接近圆柱绕流的风压分布;当存在局部开孔时,内压随高度变化很小,但随风向角变化显著,从0°~90°,内压逐渐减小,但内压绝对值逐渐增大,最小值甚至可以达到−0.8。
HRB600级钢筋高强混凝土无腹筋梁受剪试验研究
张建伟, 张德利, 冯曹杰, 曹万林
2020, 37(S): 275-281. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S050
摘要:
为了解配置HRB600级纵筋的高强混凝土梁受剪性能,以纵筋配筋率、混凝土钢纤维掺量为变化参数,对5根配置HRB600级纵筋的无腹筋梁进行了受剪试验,对比分析了各试验梁的斜截面承载力、荷载-挠度曲线、裂缝宽度和破坏特征。研究结果表明:随着纵筋配筋率的提高,HRB600级钢筋高强混凝土梁的开裂荷载和斜截面极限荷载增大,斜裂缝宽度减小;钢纤维可以有效地提高高强混凝土梁的斜截面开裂荷载,限制斜裂缝的产生与发展;随着钢纤维掺量的增加,高强混凝土梁的受剪承载力增大;使用现行混凝土结构设计规范和纤维混凝土结构技术规程对配置HRB600级纵筋的高强混凝土梁和钢纤维高强混凝土梁的斜截面受剪承载力进行设计计算,其结果是偏于安全的。
基于拓扑优化的双层交通混凝土箱梁开孔设计
王磊佳, 祝明桥, 胡秀兰, 唐明杰
2020, 37(S): 282-286. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S051
摘要:
双层交通混凝土箱梁是由钢筋和混凝土两种材料组成,而它们的工作性质可抽象为由钢筋和混凝土构成的拉杆-压杆模型。引入一种新的拓扑优化方法“加窗渐进结构优化算法”建立反映结构工作机理的拉杆-压杆模型,为双层交通混凝土箱梁腹板开孔设计提供理论指导。介绍了拓扑最优解建立拉杆-压杆模型和如何完成结构配筋设计方法。结果表明:通过加窗渐进结构优化算法获得的拓扑最优解能较好的呈现结构内部受力状态;根据优化方法完成的工字梁结构配筋及开孔设计与试验设计相比,开孔率增加了5.5倍,极限荷载增长了1.2倍,但钢筋用量减少了30%。
基于双剪试验的铝合金板-混凝土界面粘结滑移性能研究
姜德文, 黄海林, 刘光伟, 张明亮
2020, 37(S): 287-295. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S052
摘要:
铝合金板具有轻质高强、延展性好、低温脆断敏感性小、耐腐蚀、易于成型等优点,可用于腐蚀及寒冷环境下的混凝土结构加固。该文基于双剪试验下的铝合金板-混凝土界面粘结滑移性能研究,完成了45个构件的双面纯剪试验,分析了混凝土强度等级、铝合金板表面粗糙度、铝合金板粘结长度和粘结宽度对粘结界面破坏机理、剥离承载力以及界面滑移的演化规律。研究表明:加载过程中界面应力从加载端向自由端逐步传递,且随着混凝土强度等级、铝合金板的粘结长度和宽度的增加,试件的剥离承载力也有所提高。但铝合金板的粘结长度存在一个有效粘结长度值,超过该值试件的剥离承载力将不会增加,同时铝合金板表面粗糙度对试件剥离承载力的提高没有实质影响。
条形封闭网架煤棚风荷载分布规律试验研究
郑肖楠, 刘庆宽, 崔会敏, 郑云飞
2020, 37(S): 296-300. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S056
摘要:
大跨度煤棚结构作为风敏感结构,在工程设计中应充分考虑风荷载的影响。该文以煤棚结构为研究对象,对其刚性模型进行风洞试验研究。考虑分别在0°、90°、180°和270°风向角下,煤棚两端弧面及天窗位置处风压分布情况,进一步分析煤棚表面特殊形状位置处体型系数随风向角的变化规律。研究表明:观察0°、90°、180°和270°风向角下各个测点的体型系数,发现风向角为90°时,弧面底部位置处,测点A1(B1)体型系数较大,在煤棚设计与施工中应针对该测点附近区域进行加固。对比分析各风向角下,天窗位置测点的体型系数,90°风向角下体型系数绝对值较大,认为此时风压较大,应适当对其加固。
螺旋线参数对斜拉索气动特性影响的试验研究
郑云飞, 刘庆宽, 战启芳, 刘训臣, 刘晓庆
2020, 37(S): 301-306. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S057
摘要:
斜拉索的大幅振动问题,例如风雨振、干索驰振,是桥梁设计和研究人员关注的问题之一。为了防止风雨振的发生,在斜拉索表面设置螺旋线是一种常见措施。而在进行螺旋线直径、间距选取时,只关注其对风雨振的影响,未考虑对干索驰振的影响。为了明确不同螺旋线参数组合对风雨振、干索驰振振动特性的影响,通过风洞试验的方法,在风速6 m/s~50 m/s范围内,在有、无人工模拟降雨环境下对不同螺旋线参数组合斜拉索进行测振试验,得到斜拉索模型振幅随螺旋线参数的变化规律。研究结果表明:总体而言,设置螺旋线后,斜拉索振幅减小,但斜拉索的振幅并非随螺旋线直径单调改变,呈现先增大后减小的趋势,螺旋线直径增大到某一数值时,振幅最大,工程应用中应慎重选择螺旋线的直径;随着螺旋线间距的增大,斜拉索振幅逐渐减小,设置螺旋线后,干索驰振的振幅明显减小;对于同一间距,螺旋线直径改变对干索驰振的影响不明显,对于同一直径,螺旋线间距小于临界间距后,螺旋线间距的改变对干索驰振的影响不明显,螺旋线间距大于临界间距后斜拉索发生明显振动。
一种耗能牛腿的力学性能试验研究
宋薇, 王涛, 周中一
2020, 37(S): 307-312. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S058
摘要:
提出了一种耗能牛腿的新型构造方式,具有构造简单,易于更换的特点,并对其进行了低周反复试验。试验选用多种不同宽厚比的耗能板,研究了耗能牛腿的力学性能和疲劳性能,分析了耗能板的宽厚比对耗能牛腿力学性能的影响。实验结果表明:新型耗能牛腿具有良好的滞回性能和稳定的耗能性能;在一定范围内,耗能板的宽厚比越大,耗能牛腿的延性和耗能能力越好。
地震作用下矮塔斜拉桥的动力优化设计
姜亚丽, 杨刚, 宋红红
2020, 37(S): 313-319. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S060
摘要:
该文以一座矮塔斜拉桥——大连长山大桥为工程背景,对地震作用下结构的动力优化问题进行研究,通过优化改善桥梁结构的静动力特性,提高结构抗震性能,确保它们在动力环境下安全可靠的工作。在ANSYS中建立长山大桥空间有限元模型,然后采用响应面法以桥梁振型频率为优化目标,进行结构动力特性的优化设计;采用试验设计的优化方法以地震作用下结构的动力响应为优化目标,进行结构动力响应的优化设计;采用神经网络建立网络模型,快速有效的预测结构地震响应,为桥梁结构优化设计提供参考作用。研究表明:进行结构动力优化设计可以在保证桥梁结构整体性不变的前提下,充分发挥结构自身潜能,减小桥梁地震动力响应。
基于弯曲变形修正的砌体墙抗侧刚度计算模型
郭猛, 李薇薇, 贾英杰
2020, 37(S): 320-326. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S063
摘要:
转动变形是砌体墙在水平荷载作用下的一种变形机制,对砌体墙受力全过程中的等效抗侧刚度产生影响,考虑转动变形影响对砌体墙抗侧刚度计算方法进行修正,对于提高砌体结构在开裂后的地震作用分配精度具有重要意义。为考虑转动变形对砌体墙抗侧刚度的影响,在既有抗侧刚度模型基础上,引入高宽比及转动变形调整系数对弹性刚度计算模型中的弯曲变形部分进行修正,提出了基于弯曲变形修正的砌体墙抗侧刚度计算模型。根据相关砌体墙拟静力试验结果,通过数据拟合的方法,初步得到了转动变形刚度调整系数。算例分析表明,基于弯曲变形修正的砌体墙等效抗侧刚度算法与传统弹性刚度算法相比,墙段刚度下降,高宽比越大,等效刚度下降越多,分担的地震作用越小;高宽比越小及带有窗下墙的墙段,转动变形影响导致的刚度下降相对较少,其分担的地震作用相应增加。
基于释放法蒸压加气混凝土板内钢筋自应力研究
徐春一, 武沾青, 阎磊
2020, 37(S): 327-332, 339. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S064
摘要:
为研究分析蒸压加气混凝土板中钢筋在高温蒸压过程产生的自应力及其对板受力性能的影响,试验采用分步释放法测自应力,通过对配置HPB300钢筋的蒸压加气混凝土板进行切割逐步释放板中钢筋的自应力,记录对比蒸压加气混凝土板受压侧和受拉侧在跨中及板端自应力值,给出自应力在板内分布规律及取值。分析自应力对板的开裂弯矩及承载能力的影响。试验结果表明:蒸压加气混凝土板受压区板端自应力约为跨中自应力值的56%;受拉区板端自应力约为跨中自应力值的84%,跨中受拉区自应力约为受压区自应力的54%;板端受拉区自应力约为受压区的83%,并分析其产生及分布机理。此外,自应力也提高了板的抗裂能力,其中对开裂弯矩有较大影响,自应力所抵抗的开裂弯矩约为理论开裂弯矩值的65.7%。合理计算自应力可以有效利用蒸压加气混凝土板的抗裂和承载能力,对蒸压加气混凝土板的推广与发展有重要的理论价值和现实意义。
机械工程学科
车辆载荷下PE燃气管道的虚拟仿真技术及其动力响应分析
王威翔, 姚安林, 徐涛龙, 代强, 古芃
2020, 37(S): 333-339. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S028
摘要:
当前,城镇燃气管道受车辆碾压造成的事故时有发生,为分析车辆载荷下PE燃气管道的动力响应,借助虚拟样机系统仿真软件ADAMS并结合有限元分析软件研究车辆的运动载荷及受载埋地PE燃气管道的力学特征。建立车辆-路面-土体-管道模型,根据实测值对仿真结果进行了验证。基于虚拟样机系统仿真提取的车辆动态载荷谱,分析PE燃气管道的动力响应过程,并开展不同车重、不同车速下埋地PE燃气管道的动力响应规律研究。结果表明:管体所受的应力及其位移量随着车重的增大而增大;管体所受应力随着车速的增大而增大,而其位移量随着车速的增大而减小。
导管架型靠船墩的系统可靠性分析
陈硕, 赵玉良, 董胜
2020, 37(S): 340-346. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S040
摘要:
针对港口工程中导管架结构靠船墩结构形式复杂、环境荷载多变的特点,该文将其简化成空间刚架结构,基于β分支法确定主要失效构件和失效路径,得到了导管架结构靠船墩的失效特征和系统可靠性指标。为提高复杂刚架结构系统可靠性分析效率,同时提出了利用人工神经网络结合蒙特卡洛法,确定结构响应与环境荷载的关系,进而确定结构极限状态方程,获得结构整体失效概率。结果表明:对于海洋或海岸工程中复杂刚架结构,基于β分支法的体系可靠性分析对于确定结构的薄弱构件和失效特征具有重要意义,人工神经网络(ANN)结合蒙特卡洛法(MCS)可以明显提高计算效率,可应用于更复杂港工结构物的可靠性分析。研究结果对海洋海岸工程结构风险评估及安全设计具有指导意义。
浮式海洋平台系泊锚链拖曳力系数数值分析与实验研究
王广喜, 张敏, 汪天戈
2020, 37(S): 347-351. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S030
摘要:
该文针对浮式平台系泊锚链,运用物理模型实验测得系泊无挡锚链在不同流态下的拖曳力系数CD,并分析其变化规律。运用CFD的方法,采用湍流模型LES和κ-ω SST,计算系泊无挡锚链的拖曳力系数CD,结合物理实验结果,比较分析得出较为精确的湍流模型。在此基础上,推算了实际海洋工程环境中系泊锚链拖曳力系数随雷诺数与来流方向的变化规律,并给出工程建议。
其他工程学科
基于电化学-力耦合模型的锂离子电池充电过程中石墨颗粒的应力模拟
梅文昕, 王青松, 孙金华
2020, 37(S): 352-357. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S022
摘要:
在锂离子电池的充放电过程中,随着电极颗粒中锂的嵌入和脱出,颗粒会发生膨胀和收缩而导致应力的产生,应力过大时会发生电极材料的脱落、破裂,致使电池内阻增加、循环性能下降、容量衰减,最终导致电池失效。该文对正负极椭球颗粒建立三维电化学-力耦合模型,计算了充电过程中电极颗粒的锂浓度分布以及负极石墨颗粒的应力分布。结果表明:两个颗粒接触的部位应力较大,且过大的应力会削弱锂离子的脱嵌能力,导致两个负极颗粒接触的部位锂浓度较低而两个正极颗粒接触的部位锂浓度较高。此外,颗粒表面径向应力为零,径向应力最大值出现在颗粒中心,最大切向应力出现在两个颗粒接触的表面。
内孤立波对Spar平台作用力的理论研究
崔俊男, 董胜
2020, 37(S): 358-362, 370. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S011
摘要:
该文采用内孤立波KdV理论和eKdV理论描述内孤立波波面及流场特征,与Morison方程联系,建立了内孤立波对海洋石油开采平台典型Spar平台的水平力理论计算模型。参考南海水深及内孤立波实测数据设定了内孤立波特征参数,并使用典型Spar平台Hoover的参数作为算例,计算了Hoover平台受到的内孤立波水平力。通过与KdV理论的计算结果进行对比,发现eKdV理论对于内孤立波水平力的计算与KdV理论较为接近,但是eKdV理论下的内孤立波波形较为平缓,Spar平台受到的内孤立波水平力持续时间较长,极值稍小于KdV理论下的水平力极值。
高铁列车运行作用下燃气管涵结构动力响应分析
曲翔宇, 冯同同, 夏龙, 刘卫丰
2020, 37(S): 363-370. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.S039
摘要:
以京张高铁跨越某燃气管涵为例,建立混凝土防护刚构-土体-燃气管涵三维动力有限元模型,将三维车辆-轨道刚柔耦合动力学模型计算得到的列车荷载施加到三维动力有限元模型中,分析燃气管涵结构的动力响应特性;预测京张高铁通车后对现有燃气管涵的振动影响。计算结果表明:燃气管涵振动速度和加速度响应主要集中在0 Hz~10 Hz的低频段,燃气管涵的最大动力响应点的速度峰值仍然小于《建筑工程容许振动标准》中规定的速度最大值限值。随着车速增大,管涵的速度及加速度时域响应明显增大。京张高铁运营后设计时速列车荷载的动力作用不会对混凝土刚构结构下的燃气管涵产生显著的不利影响。
铁磁性材料缺陷处的磁记忆信号特征分析
包胜, 赵政烨, 金鹏飞, 杨健
2020, 37(S): 371-375. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.S054
摘要:
为明确缺陷对试件表面磁场的影响,该文对30Cr合金钢进行了逐级加载拉伸试验,在试件表面提前人为预制了缺陷,利用TSC-1M-4型磁检测仪采集磁场信号,研究了试件表面磁记忆信号在缺陷处的特征表现。切向磁记忆信号对试件的局部屈服更敏感。对其进行分析的结果表明:试件表面的磁记忆信号在缺陷边界处有明显的变化,通过表面磁场分布可以对试件的应力集中状况进行评价。
座头鲸胸鳍前缘仿生叶片空气动力学特性研究
张照煌, 李魏魏
2020, 37(S): 376-379, 386. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S061
摘要:
仿生学是人类借鉴生物进化成果推进技术进步理论创新的一个重要源泉[1-3]。座头鲸胸鳍独特的凸凹前缘可以改变胸鳍上流体的流动状态,进而展现优秀的力学特性。因此,座头鲸胸鳍仿生在流动控制及叶片增效方面有着极大的研究价值。该文通过图像处理方式获得座头鲸胸鳍外形,建立以NACA 634-021翼型为截面的叶片;通过研究叶片空气动力学性能及叶片涡量分布分析凸凹前缘对叶片的影响。由于凸凹前缘产生的脱体涡,仿生叶片升力系数和升阻比优于对比模型。
相对厚度对翼型气动特性的影响研究
高超, 贾娅娅, 刘庆宽
2020, 37(S): 380-386. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S062
摘要:
为了更好地了解相对厚度对风力机翼型气动特性的影响,该文以NACA4412、NACA4415、NACA4418这3种不同厚度的翼型为研究对象,分析了翼型相对厚度对翼型升阻力系数、升阻比、流场和压力系数的影响。研究结果表明:在小攻角时,随着厚度的增大,翼型的升阻比逐渐减小;在大攻角时,NACA4415和NACA4418翼型仍能保持较高的升阻比,而NACA4412翼型升阻比较低;随着攻角的增大,3种翼型均出现气流分离并形成尾部涡,NACA4412翼型比NACA4415和NACA4418翼型的尾部涡分布范围大。研究结果为风力机叶片的设计以及优化提供了参考依据。