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2022年 第39卷  第7期

封面
2022-07期封面+目录
2022, 39(7): .
摘要:
基本方法
基于改进萤火虫算法的有限元模型修正
刘纲, 陈奇, 雷振博, 熊军
2022, 39(7): 1-9. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0271
摘要:
针对标准萤火虫算法后期收敛速度慢、收敛精度低、易陷入局部最优解的问题,提出了参数自适应策略的改进萤火虫算法,建立了基于改进萤火虫算法的有限元模型修正方法。通过隔代随机吸引度因子扩大了算法搜索路径,提升了算法遍历性,避免计算陷入局部最优;通过自适应步长因子使得算法寻优过程中能随迭代次数逐渐减少随机搜索范围,从而提高收敛速度。单、多峰测试函数计算结果表明,改进算法显著提高了收敛速率与收敛精度;简支梁数值算例与某刚构桥实桥有限元模型修正结果表明,简支梁参数最大误差由初始的66.7%降低至修正后的1.08%,刚构桥频率最大误差由14.47%降低至3.25%。所提方法具有良好的更新精度,适用于大型复杂结构的有限元模型修正。
非均质材料与位错交互能的数值等效夹杂算法
李璞, 朱凯, 侯佳卉, 谢东东, 钱厚鹏, 金晓清
2022, 39(7): 10-18. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0229
摘要:
工程结构中的夹杂物和位错会极大地影响材料的力学性能和服役寿命。以往的解析解主要关注特定形状(如圆形、椭圆形)夹杂物与位错之间的相互作用。当采用数值方法计算时,由于位错的奇异性,即使是商用有限元软件也会面临处理上的困难。该文基于数值等效夹杂算法并结合快速傅里叶变换,求解了无穷体内夹杂物与刃型位错的交互能,有效地规避了数值奇异性问题。相对误差的范数分析结果表明,在杂质附近所产生的应力扰动对最终结果具有较大影响。该文计算方法能够更加精确地确定应力扰动场,并显示出优越的数值收敛性和稳定性。在求解任意形状杂质与位错相互作用问题中,该文提供了一种便捷且有效的计算方案。
土木工程学科
带开孔板剪力键的钢-UHPC组合板受弯性能试验研究及数值模拟
周敏, 肖靖林, 杨腾宇, 聂建国, 樊健生
2022, 39(7): 19-29. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0239
摘要:
研究了一种采用开孔板(PBL)剪力键的钢-超高性能混凝土(UHPC)组合板,可用作大跨度桥面板或楼板。基于某特大跨度组合梁斜拉桥的桥面板设计,完成了3块钢-UHPC组合板和1块钢-C60组合板的足尺模型试验,探究剪力连接件种类、数量和混凝土材料对组合板受力性能的影响。试验结果表明:在集中荷载作用下,钢-UHPC组合板发生典型的弯曲破坏,而钢-C60组合板发生冲切破坏;钢-UHPC组合板的承载力、刚度和延性均远优于相同厚度的钢-C60组合板;在3块钢-UHPC组合板试件中,含较多开孔板剪力键的试件表现出最佳的受力性能。基于ABAQUS建立钢-UHPC组合板的精细有限元模型,模型的预测结果与试验得到的荷载-位移曲线吻合良好,进一步利用有限元模型开展了参数分析。
吊顶龙骨节点和拼接点轴向受力性能试验研究
蒋欢军, 王勇, 吴宸
2022, 39(7): 30-38, 80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0264
摘要:
吊顶是震害突出的一类非结构构件,吊顶龙骨节点和拼接点失效是吊顶破坏的主要原因之一。该文对吊顶主龙骨拼接点、主次龙骨节点和边节点开展了轴向单调加载和低周往复加载试验,考察了各类节点和拼接点的破坏模式、承载力、变形能力和滞回性能,并基于试验数据建立了节点和拼接点的易损性曲线。研究结果表明,主龙骨拼接点的破坏模式为拼接点拉出破坏,主次龙骨节点的破坏模式为节点压屈破坏,边节点的破坏模式为节点拉出破坏。边节点的形式和端部龙骨的类型对边节点的破坏模式和承载能力影响小,宜采用螺钉将抗震夹与吊顶边界固定以提高边节点的抗震能力。
地铁上盖层间隔震建筑设计研究
解琳琳, 王心宇, 李爱群, 苗启松, 閤东东, 孙海林
2022, 39(7): 39-48. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0214
摘要:
层间隔震技术是提升地铁上盖结构抗震性能的有效措施。为识别影响该类结构关键设计指标的控制因素,从而指导该类结构的精细设计,依托一大底盘-双塔楼地铁上盖层间隔震工程案例,考虑了3种塔楼方案和4种隔震层方案,设计了12个分析案例。基于精细模型分析了塔楼、隔震层和大底盘相对刚度比和隔震层屈重比对9个关键设计指标的影响规律,包括塔楼和大底盘的中震减震系数、大震最大层间位移角和楼面绝对加速度,以及隔震层的大震位移、极大面压和极小面压,识别了影响各设计指标的关键影响因素。结果表明:对于塔楼,减震系数和楼面最大绝对加速度的控制因素是隔震层刚度和屈重比,减小两者可以取得更好的控制效果,增大塔楼刚度也会存在一定的控制效果,但相对有限;增大塔楼刚度和减小隔震层刚度及屈重比可以一定程度控制塔楼最大层间位移角,当两者达到一定程度后控制效果均趋于稳定。对于大底盘,塔楼和隔震层对其设计指标影响相对较小。对于隔震层,隔震层刚度及屈重比是大震隔震层位移的主要控制因素,其减小会显著增大该位移;塔楼刚度是极大面压的控制性因素,刚度的增大会带来重力的增大,从而带来极大面压的增大;增大塔楼刚度和减小隔震层刚度均可显著控制支座中的拉应力,其中塔楼刚度的增大效果更为突出。该研究的相关成果可为地铁上盖层间隔震建筑的抗震性能控制和设计提供参考。
全装配式自复位防屈曲支撑滞回模型及其性能试验研究
金双双, 李盈开, 周建庭, 杜轲, 白久林
2022, 39(7): 49-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0218
摘要:
为减小防屈曲支撑的震后残余变形,降低结构的修复难度和成本,该文提出了一种采用组合碟簧实现复位的全装配式自复位防屈曲支撑,该新型支撑通过设置BRB系统承载力和SC系统预压力的比率,可有效控制滞回曲线的特性。文中阐述了该支撑的构造和工作原理,推导了循环加载下的理论滞回模型,并据此设计制作了3个不同组合的全装配式自复位防屈曲支撑,通过拟静力试验分析对比了残余变形和滞回耗能等特性,探讨了自复位效果和破坏模式。试验结果表明:新型全装配式自复位防屈曲支撑滞回曲线有明显的旗帜型特征,滞回性能稳定;组合碟簧自复位系统大幅减小了支撑的残余变形,复位效果明显;理论滞回模型与试验结果基本吻合,是一种十分有效的自复位减震阻尼器。
风震联合作用下高层建筑主体结构和玻璃幕墙的性能研究
任重翠, 李建辉, 唐意, 刘军进, 严亚林, 郝玮, 孙超
2022, 39(7): 58-69. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0223
摘要:
为研究风、地震单独及联合作用下,主体结构和玻璃幕墙的性能变化和相互影响,基于高烈度区98 m高框筒结构,依据规范要求增设玻璃幕墙形成总体有限元分析模型,选取3组三向地震动记录,并通过比例为1∶440的缩尺模型风洞试验获得不同重现期的风压时程数据,采用动力弹塑性分析方法,研究风、地震单独与联合作用下主体结构和玻璃幕墙的受力变化。结果表明:主体结构对玻璃幕墙的受力影响大于玻璃幕墙对主体结构的,在风、地震单独及联合作用下,主体结构的层间变形大于玻璃幕墙自身变形。在设防大震和超烈度大震作用下,主体结构的响应和玻璃幕墙的损毁范围随荷载增大而增大,结构变形增长大于结构基底剪力;玻璃幕墙在风荷载作用下未坏,主体结构完好,结构基底剪力、顶部楼层位移和楼层层间位移角呈线性增长;与单独大震作用相比,在1.1倍100年重现期风压和大震联合作用时,结构出现扭转现象,楼层层间位移角之比由1.0增至1.3,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应大于风震单独作用的叠加,其中结构顶点位移和最大层间位移角为单独作用时求和值的121%、106%。在大震及风震联合作用下,玻璃幕墙容易发生破坏的位置为平行地震作用主向的侧面。
循环荷载作用下粉砂岩疲劳流变损伤模型研究
苗胜军, 杨鹏锦, 王辉, 梁明纯, 王亚欣
2022, 39(7): 70-80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0235
摘要:
针对现有流变模型难以有效描述循环荷载作用下岩石变形及疲劳损伤演化特征等问题,开展了粉砂岩循环加卸载试验,分析了不同上限荷载下岩石的流变规律与疲劳特性。基于Kachanov蠕变损伤理论建立损伤变量,引入一个带应变触发和应力阈值的黏塑性元件,与Burgers模型串联构建循环荷载作用下岩石疲劳流变损伤模型;将正弦波应力函数替换流变微分本构方程中的恒定应力,推导岩石在循环荷载下的一维、三维微分型损伤本构方程,再根据叠加原理得到模型的黏弹塑性流变损伤方程。适用性验证表明,新建模型不仅可以精确地反映循环加卸载过程中粉砂岩的衰减、稳态流变阶段,还可以有效地描述上限荷载高于疲劳强度时的加速流变阶段。通过粉砂岩疲劳损伤流变全过程定量化分析,提出加速流变阶段的临界损伤阈值和破坏失稳判据,并给出加速流变阶段的启始时间、持续时间及疲劳寿命预测方法,模型对岩体工程长期稳定性评价具有一定的理论指导意义。
基于极限平衡理论的钢与混凝土组合框架结构抗震分析
王玉良, 赵敏, 郝际平, 薛强, 姜维山
2022, 39(7): 81-88. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.03.0238
摘要:
基于极限平衡理论建立一种钢与混凝土组合框架结构罕遇地震作用时简化分析方法。通过理论分析和试验现象,确定组合框架破坏机制;基于极限平衡原理,根据结构在地震作用下达到极限状态时变形和内力分布规律,分别计算框架顶部侧移等于H/50、H/40和极限荷载对应侧移值时组合框架抗震强度,计算结果与国内外十九榀组合框架低周反复荷载试验结果吻合较好,说明此计算方法可有效地预测组合框架结构在罕遇地震下的抗震强度;提出通过对组合框架变形能力和抗震强度同时进行控制,以使结构满足罕遇地震下抗震要求的简化方法。
基于Sigma点全局迭代参数卡尔曼滤波的折线型本构模型参数识别
杨纪鹏, 夏烨, 孙利民
2022, 39(7): 89-98. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0242
摘要:
折线型本构模型控制参数少,物理意义明确,但其数学表达式复杂因而识别困难。针对折线型本构模型的参数识别,提出基于Sigma点变换的全局迭代参数卡尔曼滤波算法。所提方法以待识别参数作为状态向量,降低状态向量维度,减少计算量;基于Sigma点卡尔曼滤波避免求解雅克比(Jacobian)矩阵,实现非连续型函数本构模型的参数识别;通过设定目标函数进行全局迭代,以获得最优解。由于非线性系统下一时刻响应与历史路径有关,量测更新时由初始时刻计算到当前时刻。最后,在地震荷载下,将隔震支座系统简化为单自由度双线性模型,将桥墩简化为单自由度Takeda模型,根据该文所提出的方法理念,分别基于无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)、容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)和球面单纯形径向容积正交卡尔曼滤波(spherical simplex-radial cubature quadrature Kalman filter,SSRCQKF)采样规则识别折线型本构模型参数。结果表明所提方法能够准确识别非线性参数,同时具有较强的鲁棒性,不同滤波器收敛过程及结果也有所差异。
基于物理机制的随机地震动场中供水管网抗震功能反应分析
缪惠全, 李杰
2022, 39(7): 99-108, 204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0243
摘要:
城市供水管网是生命线工程的重要组成部分,由于受到工程场地地震动随机性的影响,其系统结构响应和服务功能也应呈现显著的随机性。传统的埋地管线地震反应分析既不能考虑管网拓扑结构的影响,也难以反映随机地震动的作用,同时,管线的结构响应未能落实到系统的功能性评价之上。为了解决上述三个难题,该文在工程场地地震动随机场物理模型的基础之上,通过引入埋地管网地震反应分析模型,结合概率密度演化方法,实现了具有非线性特性的埋地管网的随机地震反应分析;进而,结合管网流体的瞬变流分析理论,实现了城市供水管网的动态抗震功能反应分析,为供水管网的抗震功能可靠度研究奠定了基础。
基于动力学模态分解的大跨度平屋盖风压场研究
冯帅, 谢壮宁
2022, 39(7): 109-119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0247
摘要:
采用经过嵌入维数改进的动力学模态分解(DMD)方法和本征正交分解(POD)方法对大跨度平屋面的随机风压场进行分析。结果表明:利用Takens嵌入定理来增加原始快照矩阵的空间维数,能够挖掘风洞试验数据集中隐藏的模糊动态特征;POD和DMD的模态分布均能够反映脉动压力场典型漩涡的主要特征,但POD的每个模态包含多个频率的信息,这在一定程度上让POD的模态成为多个频率段脉动的耦合,而DMD方法分解模态是单频模态并且可以得到每个模态的稳定性。相同比例的POD模态所占的能量比例大于DMD模态结果,但当使用相同比例的模态进行脉动风压场重构时,DMD方法比POD方法的重构结果更能够描述和契合原始脉动压力场的局部特征,这是由于DMD方法是直接对压力场进行重建,而POD方法主要是重建能量场,因此在揭示随机风压场时空演化特征,DMD方法更具优势。
腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁抗剪性能研究
杨远龙, 孙天培, 韩劲钧
2022, 39(7): 120-136. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0251
摘要:
外包U形钢-混凝土组合梁具有承载力高、延性好等优势,其施工工艺也顺应了目前建筑结构装配式发展的趋势。该文采用与钢腹板一体的嵌入式抗剪连接件,设计了9个腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUSCB)的剪切性能试验,考虑了剪跨比、混凝土翼板宽度、连接件间距及倾角、底部纵筋直径、栓钉和箍筋设置、U形钢腹板高厚比等参数的影响,分析并总结了各试件的破坏模式,基于剪力-跨中挠度曲线对比分析了各试件的承载力和延性等抗剪性能指标,基于剪跨区U形钢腹板等效应力的分布形式研究了剪力传递机理。采用ABAQUS有限元分析软件,针对WUSCB试件建立了有限元模型,进行了剪跨比、混凝土翼缘板宽度、腹板高厚比和底部纵筋配筋率四个参数的影响规律分析。基于试验结果和有限元参数分析结果,提出了WUSCB的抗剪设计方法,该方法考虑了混凝土、U形钢腹板和底部纵筋销栓作用对抗剪承载力的贡献,能较准确地预测WUSCB的抗剪承载力。
基于设计地震动的覆盖层场地空间自由场构建
韩鲁, 宋志强, 王飞, 刘云贺
2022, 39(7): 137-146. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0255
摘要:
地震波在覆盖层场地的传播、透射及反射特性异常复杂,合理构建及表达覆盖层场地空间自由场是非一致地震动输入的关键。建立了覆盖层场地空间任一点地震动关于入射SV波、P波时程和入射角的表达式,基于地表水平和竖直两向设计地震动获得入射SV波和P波时间历程及入射角,考虑界面多次反射和土层阻尼引起的幅值衰减,构建了基岩-覆盖层场地空间自由场。与La Cienega场地实测台阵记录对比结果表明:不同深度的特征点两向地震动模拟值与实测记录符合良好,场地任意点水平和竖直地震动时程具有空间非一致性。该文提出的空间自由场构建方法为覆盖层-坝体系统非一致地震动输入提供基础。
分级屈服型金属套管阻尼器减震理论与试验研究
吴山, 何浩祥, 兰炳稷, 陈建伟
2022, 39(7): 147-157. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0261
摘要:
传统金属屈服型阻尼器通常只针对中大震设计,在小震下难以发挥耗能减震作用,且存在震后不易观测实用状态和不便更换等不足。为此提出一种新型金属套管阻尼器,利用具有不同屈服性能的钢条分别耗能,具有多级屈服功能。考虑耗能钢条两端半刚性节点的影响,推导并得到该阻尼器的性能参数计算公式。对阻尼器进行拟静力试验,明确该阻尼器的破坏特征和耗能机理。对试验进行有限元精细化模拟,通过应力云图验证阻尼器具有多级屈服特性。将理论计算、试验及有限元模拟得到的性能参数进行对比。结果表明,该阻尼器有效实现了分级屈服的设计目标,并具备良好的耗能能力,提出的性能参数计算公式精度较高,通过理论计算和有限元模拟得到的阻尼器性能参数与试验结果吻合较好,验证有限元模型的合理性和精确性。
考虑两类装配式节点非线性行为的框架结构响应分析
许伟志, 王曙光, 贲驰, 宋宝玺, 李威威
2022, 39(7): 158-169. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0270
摘要:
装配式混凝土框架结构在中国应用广泛,目前主要按“等同现浇”原则进行设计和结构计算。然而,由节点非线性行为不同引起的结构响应差异不可忽视。该文考虑到两类典型的装配式节点非线性行为与现浇节点的区别,研究了这些区别对框架结构地震响应产生的影响。对于效仿连接节点,由其构造形式分析了节点的受力机制,并据此解释了其与现浇节点在试验现象上的差异,提出了两类节点无量纲化的滞回模型,并通过已有试验结果验证了所提模型的合理性。对于非效仿连接节点,从设计角度出发,系统研究了后张无粘结混合装配预应力混凝土节点的力学行为。研究内容采用动力时程分析方法,从结构位移响应、梁柱延性需求、残余变形等方面揭示了装配式框架与现浇框架的差异。该文的研究结果对装配式框架结构在高地震烈度区的应用具有实用的参考价值。
锚固体系作用下隧道围岩力学响应的全过程解析
孙振宇, 张顶立, 刘道平, 侯艳娟, 李奥
2022, 39(7): 170-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0274
摘要:
隧道锚固体系是围岩变形控制的重要手段,而对其作用机理的准确认识则是其科学设计的关键。为了探究隧道锚固体系作用下围岩响应的全过程演化规律,该文基于隧道开挖面空间效应,考虑隧道锚杆与锚索先后施作时围岩位移释放情况以及二者相对长度的影响效应,并根据锚固体系与围岩相互作用过程中锚固区与塑性区的空间位态关系,建立了锚固体系全过程演化机制的6种工况分析模型并分别进行了解析,得到了锚固体系作用下围岩变形、塑性区半径以及应力场的全过程解答。通过典型算例与数值模拟进行对比,验证了所提出模型的合理性和可靠性。进一步分析了锚固体系的变形控制效果及其影响因素,阐明了锚杆与锚索支护各自的任务和目标,明确了锚索的安全储备作用,对锚固体系的变形控制原理给出了全新的认识。研究成果为隧道锚固体系的定量化设计奠定了一定的理论基础,可为隧道围岩大变形控制提供思路。
低热水泥全级配混凝土断裂试验及尺寸效应分析
高小峰, 胡昱, 杨宁, 邬昆, 李庆斌
2022, 39(7): 183-193. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0276
摘要:
该文分析了低热水泥全级配混凝土断裂性能的尺寸效应规律。通过在大坝工程施工现场浇筑成型试件有效高度为0.75 m、1.5 m和2.25 m的楔入劈拉试件并开展试验,获得低热水泥全级配混凝土稳定的双K断裂参数。基于试验结果,采用理论方法推求全级配混凝土无尺寸效应的失稳和起裂韧度,预测任意尺寸试件的最大和起裂水平荷载。研究发现,当韧带高度与骨料最大粒径比值大于等于6.0后,双K断裂参数趋于稳定。尺寸效应模型及其演化形式可用于确定全级配混凝土无尺寸效应的起裂和失稳断裂韧度,定量分析强度与韧度对裂缝扩展的影响,并可通过引入等效几何参数,分别建立任意尺寸试件最大和起裂水平荷载的预测方程。
外挂墙板采用耗能连接钢框架结构抗震性能研究
种迅, 朱东, 蒋庆, 黄俊旗, 冯玉龙, 宋磊
2022, 39(7): 194-204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0279
摘要:
提出一种适用于钢框架和整间外挂墙板间的耗能连接方式。为研究这一连接方式对钢框架抗震性能的影响,对两榀分别采用X型和U型钢板消能器作为耗能连接的钢框架和一榀作为对比的纯钢框架试件进行了拟静力试验研究,并对所采用的两种消能器进行了拟静力试验研究。结果表明:X型钢板消能器疲劳加载阶段发生核心板局部屈曲,最终核心板在根部发生疲劳断裂;U型钢板消能器整个加载过程中仅出现轻微裂纹,疲劳性能较好;两种消能器滞回环均较为饱满,均存在屈服后强化现象。由于核心板的薄膜效应,X型钢板消能器强化更明显;三榀钢框架试件的破坏模式相同,外挂墙板和耗能连接未改变钢框架本身的损伤机制;试件GKJ-1由于X型钢板消能器的薄膜效应,导致外挂板在加载后期受拉产生裂缝,且最终一侧螺栓被剪断而破坏;试件GKJ-2加载结束后消能器未出现任何破坏现象,外挂板也未发现任何破坏现象;采用耗能连接的外挂墙板对钢框架的初始刚度、承载力和耗能能力均有一定程度贡献。
带可更换耗能钢棒的装配式混凝土单侧屈服梁柱节点抗震性能试验研究
朱云青, 吴京, 童超, 柳东森, 谢鲁齐
2022, 39(7): 205-216, 256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0280
摘要:
提出了一种新型的钢筋连接器——可调组合钢筋连接套筒,并基于此组装了一套耗能连接件。对耗能连接件开展了轴向的低周往复加载试验,验证了其荷载传递的可靠性以及优异的耗能性能。将耗能连接件内置于装配式混凝土框架梁端底部,提出了一种带可更换耗能钢棒的单侧屈服梁柱节点(REDB-SYBC)。对试件开展拟静力试验研究,分析节点的损伤分布、破坏形态、滞回特性、耗能能力等抗震性能。试件滞回曲线稳定饱满无捏缩,抗震性能良好。试验结果表明:新型节点单侧屈服的变形模式减少了楼板的变形与损伤,充分发挥了梁底连接件的耗能能力,其主要损伤及破坏均发生在梁底耗能钢棒上,实现了损伤集中的设计目标以及“强柱弱梁”的抗震设计原则;利用新型连接套筒的内部空间即可实现耗能钢棒的更换,经过更换和修复后的节点各项抗震性能与初始节点基本相当。
砂土可视化直剪试验与剪切带形成机制研究
王子寒, 张若钰, 景晓昆, 肖成志, 黄达
2022, 39(7): 217-226. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0283
摘要:
通过对常规直剪仪进行可视化改造,并结合数字图像变形量测技术,探究了不同尺寸砂土试样在剪切过程中剪切带的形成机制和扩展过程,归纳了试样尺寸对砂土强度指标的影响,并针对典型尺寸试样总结了不同剪切时刻、不同法向应力下剪切带(尤其是副剪切带)的演化规律,同时对试验中发现的拱形破坏区域进行受力分析,对主/副剪切带的强度参数进行了对比。结果显示:试样尺寸影响强度指标,当长边与短边之比大于2时,试验结果偏离平均值,当比值大于4时,会造成严重误差;剪切破坏区域不是始终沿水平剪切缝发展,而是在上盒中下部逐渐形成一条向上凸起的弧形副剪切带,剪切破坏区域沿着主、副两条剪切带而展开;随着剪切位移的增加,以及法向应力的减小,拱形破坏区域会逐渐减小;拱形副剪切带上的正应力和剪应力均大于水平主剪切带;而主/副剪切带的强度指标基本一致,间接证明了副剪切带存在的合理性。
钢筋混凝土柱纯扭破坏尺寸效应数值分析
金浏, 祝华杰, 杜修力
2022, 39(7): 227-236. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0288
摘要:
在地震作用下,钢筋混凝土柱时常会受到扭矩的作用,而扭矩的存在会改变钢筋混凝土柱的破坏模式。为探究钢筋混凝土柱纯扭破坏的尺寸效应行为,采用三维细观数值模拟方法,考虑了混凝土细观组分的非均质性及钢筋与混凝土间的粘结滑移作用,建立了钢筋混凝土柱的纯扭作用数值模型。模拟分析了结构尺寸、纵筋率、配箍率和截面形状对钢筋混凝土柱抗扭破坏的影响。结果表明:钢筋混凝土柱扭转破坏表现为脆性特征,名义抗扭强度表现出明显的尺寸效应;纵向配筋对扭转强度尺寸效应影响不大;方形截面柱比圆形截面柱具有更强的尺寸效应;箍筋可以提高扭转强度,且可以削弱名义抗扭强度的尺寸效应。最后,修正了Bažant尺寸效应律,建立了全结构尺寸范围内的名义抗扭强度预测公式。
台风非平稳性对钢格构浮式基础海上风机动力响应影响研究
闫渤文, 朱恒立, 黄叙, 张浩, 王宇航, 周绪红, 杨佑发
2022, 39(7): 237-246. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.09.0717
摘要:
该文提出了一种用于海上风机的新型钢格构式浮式基础,研究了台风作用下新型钢格构式浮式基础的动力载荷和动力响应。根据美国可再生能源实验室的5 MW风电机组参数初步设计了一种新型的钢格构式浮式基础;采用Holland台风模型和超强台风“山竹”(1822)的实测数据,基于叶素动量理论、势流理论和Morison方程分析了台风-浪荷载联合作用下的浮式基础动力响应特性。结果表明:该文提出的钢格构式浮式基础的动力载荷和运动响应会受到台风作用的显著影响,强台风及台风过境工况下的响应显著大于稳态强风工况,并呈现出剧烈的非平稳性。浮式基础动力载荷和运动响应与环境风速变化的趋势一致,且当风向不断变化,将引起塔筒底部产生较大的扭矩,海上风机浮式基础产生较大的艏摇运动响应。证明了考虑台风作用对钢格构式浮式风机基础稳定性影响的必要性,为钢格构式浮式基础海上风机在台风作用下的安全评价提供了理论依据和分析方法。
其他工程学科
水下爆炸荷载作用下圆柱结构反射压力解析计算方法研究
闫秋实, 张志杰, 王丕光, 宝鑫, 李述涛
2022, 39(7): 247-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.04.0249
摘要:
为助于桥梁、码头等近海结构的抗爆和防护设计,该文拟针对近海结构中常见的等截面圆柱结构,提出一种计算水下爆炸情况中冲击波作用下圆柱分布反射压力的高效解析算法。基于绕射波浪理论,该文根据水体状态方程和边界条件,在柱坐标系下通过分离变量法推导圆柱结构反射压力的时域解;通过数值模拟对比验证该文提出的反射压力时域解的计算精度,数值算例表明二者计算误差在工程允许范围内;基于考虑水体压缩性的时域子结构分析方法,通过对比该文提出的未考虑水体压缩性的解析方法,分析了水体压缩性对反射压力的影响。