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考虑高架桥和风屏障影响的高速列车龙卷风荷载特性研究
操金鑫, 秦宇辉, 曹曙阳, 葛耀君
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0281
摘要:
针对高速列车在龙卷风等局地强风作用下的运营安全,开展了高架桥上高速列车在模拟龙卷风作用下气动力识别刚体模型测压实验,研究了不同龙卷风中心作用下列车气动力的空间分布特征,评价了风屏障对列车气动力的影响。结果表明:相比混凝土栏杆,风屏障将减小龙卷风作用下列车的整体阻力、升力和倾覆力矩系数的最不利值,但会增加整体俯仰和横摆力矩系数最不利值。采用风屏障将改变“气流−车−桥”间的相互作用机制,从而改变列车整体风力系数最不利值发生的龙卷风中心位置。风屏障高度对列车整体风力系数各分量的影响规律不相同。
软土地基超高层结构条件均值谱应用研究
许柳韵, 周志光
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S041
摘要:
准确可靠的预测地震作用下的结构响应要求选择合适的输入地震动,地震动的选择最主要的步骤在于确定目标谱以及根据目标谱进行匹配、调幅的方法。常用的一致危险谱存在过于保守的问题,根据地震危险性的合成和分解而提出的条件均值谱克服了这一弊端,因而受到国内外广泛的关注。但是就目前而言,对于条件均值谱的研究在软土地基以及超高层结构方面的研究并不完善。该文以上海地区超高层建筑上海中心为主要研究对象,通过概率地震危险性分析确定了其第一自振周期点处50年超越概率10%的谱加速度值;以此为目标值进行地震危险性分解,结合上海地区衰减关系确定了上海场地平均贡献地震以及第一自振周期点对应的谱形参数,从而创建了条件均值谱。与上海规范反应谱进行对比,并运用同时匹配目标谱均值和标准差的方法进行选波。结果表明:以条件均值谱为目标谱选择的地震动离散性更大,对于长周期结构,以上海规范反应谱为目标谱偏于保守。
考虑局部屈曲的H形截面钢构件单轴压弯恢复力模型研究
陈乐川, 程欣, 陈以一
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0326
摘要:
考虑局部屈曲影响的恢复力模型是对薄柔框架结构进行抗震分析的基础。为得到H形截面钢构件绕不同主轴压弯的截面层次的弯矩-曲率恢复力模型,对薄柔H形截面钢构件单轴压弯的滞回性能进行了有限元参数分析。基于试验及参数分析结果,建立了考虑板件局部屈曲相关作用引起的各项退化的恢复力模型,该模型按照退化阶段加载刚度是否有滞升现象分成两种退化模型,绕强轴压弯与腹板有屈曲的绕弱轴压弯采用一般退化模型,腹板无屈曲的弱轴压弯采用刚度滞升模型。通过与多个不同宽厚比、轴压比组配截面的试验与有限元分析结果进行对比,证明了所提恢复力模型正确性与适用性。该文提出的模型体现了薄柔H形截面在屈曲后仍具有一定的延性和耗能能力,这表明在抗震设计中是可以利用的,为轻钢体系建筑的性能化设计提供了设计依据。
基于长短时记忆神经网络的大跨拱桥温度-位移相关模型建立方法
郑秋怡, 周广东, 刘定坤
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0323
摘要:
建立温度-位移相关模型是开展基于位移响应的大跨桥梁性能评估的关键步骤。该文提出一种基于长短时记忆(LSTM)神经网络的多元温度-位移相关模型建立方法。充分利用LSTM神经网络能够考虑位移时滞效应和适合处理超长数据序列的优势,采用自适应矩估计方法对LSTM神经网络进行优化,并引入丢弃正则化技术提升模型的预测能力。在此基础上,基于一座三跨连续系杆拱桥长期同步监测的温度和位移数据,讨论了影响该桥主梁竖向位移的主要温度变量,并建立了多元温度-位移的LSTM神经网络模型,与基于误差反向传播(BP)神经网络的多元温度-位移相关模型进行了比较。研究结果表明:构件有效温度与主梁竖向位移具有明显的非线性关系,构件间温差和主拱温度梯度与主梁竖向位移呈线性相关性;主拱有效温度和主梁与主拱的温差是引起该桥主梁竖向位移的主要温度变量;相比于BP神经网络模型,该文提出的LSTM神经网络模型能够大幅降低温度位移的重构误差和预测误差。
海上风电大直径单桩的修正p-y曲线模型
孙毅龙, 许成顺, 张小玲, 杜修力, 席仁强
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0051
摘要:
单桩基础是当前海上风电常用的基础形式,常采用API规范推荐的p-y曲线对单桩的水平位移进行分析计算。当单桩基础桩径大于2 m时,API推荐的p-y曲线模型高估了初始地基刚度,引起桩基水平位移计算结果不准确。因此,分析现有p-y曲线法高估初始地基刚度的主要因素;对p-y曲线模型中的关键参数进行修正;根据FLAC3D数值模拟计算结果,引入桩径大小、土体深度对初始地基刚度K的影响,建立修正p-y曲线模型。在此基础上,开展三个案例分析对建立的修正p-y曲线进行验证,与现有的p-y曲线、已有的修正模型对比;结果表明建立的修正p-y曲线模型的计算结果与试验实测值吻合较好,验证了建立的修正模型的合理性。
单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏压性能试验研究
周天华, 余吉鹏, 张钰, 李亚鹏
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0333
摘要:
为研究单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏心受压性能,进行8根单轴对称十字型钢混凝土中长柱偏压试验,分别研究不同加载方向十字型钢偏心率和荷载偏心率对试件破坏模式、侧向挠度、荷载-挠度曲线和极限承载力的影响规律,建立该组合柱正截面受压承载力计算方法。结果表明:根据荷载偏心率的不同,组合柱表现出小偏心受压破坏和大偏心受压破坏两种形态,组合柱截面应变符合平截面假定。正向偏心时,十字型钢偏心率增大,试件极限承载力和变形能力小幅降低;负向偏心时,十字型钢偏心率对发生小偏心受压破坏的试件偏压性能影响较小,发生大偏心受压破坏的试件极限承载力随十字型钢偏心率增加略有提高;荷载偏心率增大,试件初始刚度和极限承载力降低。将单轴对称十字型钢偏于安全地换算成H型钢,采用规范JGJ 138−2016计算换算截面试件偏压承载力,计算结果偏于保守,采用该文提出的方法计算的试件偏压承载力与试验值吻合较好。
考虑车钩垂向约束的机车轴重转移计算方法研究
张志超, 李谷, 储高峰, 祖宏林
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0810
摘要:
机车牵引时,连挂车钩钩头接触面在拉钩力作用下产生的垂向约束作用会对机车轴重转移产生影响。该文将机车后端连挂车钩的垂向约束作用简化为线性弹簧约束,通过车体和构架的受力平衡分析推导得到了考虑车钩垂向约束作用的机车轴重转移计算方程,提出了基于系统刚度矩阵的简便准确且具有通用性的机车轴重转移计算方法,最后采用该方法分别分析了车钩垂向约束作用、机车悬挂参数对其轴重转移的影响规律。结果表明:车钩垂向约束作用会对机车轴重转移产生明显影响,根据某HX系列机车自由端车钩抬升量实际测定值可确定该车钩尾等效约束刚度的控制值;减小机车一系垂向刚度、增大二系垂向刚度以及降低牵引点高度均可减弱机车牵引时的轴重转移。
A VIBRATION RECOGNITION METHOD BASED ON DEEP LEARNING AND SIGNAL PROCESSING
Zhi-gang CHENG, Wen-jie LIAO, Xing-yu CHEN, Xin-zheng LU
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0644
摘要:
Effective vibration recognition can improve the performance of vibration control and structural damage detection and is in high demand for signal processing and advanced classification. Signal-processing methods can extract the potent time-frequency-domain characteristics of signals; however, the performance of conventional characteristics-based classification needs to be improved. Widely used deep learning algorithms (e.g., convolutional neural networks (CNNs)) can conduct classification by extracting high-dimensional data features, with outstanding performance. Hence, combining the advantages of signal processing and deep-learning algorithms can significantly enhance vibration recognition performance. A novel vibration recognition method based on signal processing and deep neural networks is proposed herein. First, environmental vibration signals are collected; then, signal processing is conducted to obtain the coefficient matrices of the time-frequency-domain characteristics using three typical algorithms: the wavelet transform, Hilbert–Huang transform, and Mel frequency cepstral coefficient extraction method. Subsequently, CNNs, long short-term memory (LSTM) networks, and combined deep CNN-LSTM networks are trained for vibration recognition, according to the time-frequency-domain characteristics. Finally, the performance of the trained deep neural networks is evaluated and validated. The results confirm the effectiveness of the proposed vibration recognition method combining signal preprocessing and deep learning.
碟簧装置恢复力模型及其在自复位RC剪力墙中的应用
陈曦, 徐龙河, 肖水晶
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0607
摘要:
为了准确模拟碟簧装置和自复位RC剪力墙的力学性能,对碟簧装置的工作原理和力学特性进行了分析,提出并开发了碟簧装置恢复力模型,通过试验验证了恢复力模型的准确性。在低周往复荷载作用下,对内置碟簧装置的自复位RC剪力墙的滞回性能进行数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:应用碟簧装置恢复力模型的数值模型可有效模拟自复位RC剪力墙的滞回特性、自复位性能及耗能能力。自复位RC剪力墙的承载力随碟簧预压力、附加摩擦力及碟簧装置刚度的增大而增大;耗能能力随附加摩擦力的增大而增大;残余位移随附加摩擦力的增大而增大,随碟簧预压力和碟簧装置刚度的增大而减小。
地铁上盖结构隔震效果研究
范重, 崔俊伟, 薛浩淳, 杨开, 高嵩, 王金金, 吴徽
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S015
摘要:
为了对地铁上盖结构隔震效果进行深入研究,建立了大底盘-多塔楼双自由简化模型,考察质量比和周期比对结构动力特性以及塔楼和底盘地震作用的影响规律。采用ETABS软件建立了地铁上盖精细模型,研究塔楼高度、塔楼数量、隔震层刚度以及粘滞阻尼器等对结构动力特性、塔楼和底盘减震效果的影响。双自由度简化模型分析结果表明,在隔震塔楼与大底盘常见的周期比范围内,塔楼的剪重比与塔楼质量关系不大,大底盘的剪重比随着塔楼质量增大略有减小。大底盘-多塔楼隔震结构精细模型分析结果表明,地震惯性力沿塔楼高度分布均匀,建筑高度对地震作用影响很小,大底盘的地震作用随塔楼高度增大总体上略有增大。随着塔楼数量增加,塔楼的减震效果略有下降,大底盘的地震作用小于非隔震结构。隔震层刚度增大时,塔楼地震作用增大,大底盘地震作用减小。隔震设置粘滞阻尼器后,地震力沿塔楼高度的分布规律发生明显改变,塔楼底部的地震作用减小,顶部的地震作用显著放大;设置粘滞阻尼器可以有效降低大底盘的地震作用。
基于比例型Paris公式和逆高斯过程的金属疲劳裂纹扩展随机模型
陈龙, 黄天立, 周浩
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0671
摘要:
疲劳失效是金属构件的主要失效方式之一,该文针对金属疲劳裂纹扩展过程中的不确定性,以“首次达到给定裂纹长度a的时间t(a)”为随机描述量,采用比例型Paris公式描述裂纹的平均扩展路径,建立基于逆高斯过程的单样本疲劳裂纹扩展随机模型和考虑样本异质性的裂纹扩展随机效应模型,分别采用最大似然估计法(MLE)和最大期望算法(EM)推导了单样本模型和随机效应模型的参数估计公式。最后,利用提出的裂纹扩展随机模型拟合了68个铝合金板的疲劳裂纹数据,对结果进行了拟合优度分析。结果表明:该文提出的疲劳裂纹扩展随机模型能够有效地分析和解释金属疲劳裂纹扩展过程中的不确定性。
极限状态模糊性对地震易损性分析的影响研究:以钢筋混凝土框架结构为例
于晓辉, 李越然, 宋鹏彦, 吕大刚
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0604
摘要:
合理定义不同极限状态的结构抗震能力是地震易损性分析的关键步骤。然而,极限状态的定义十分依赖工程经验,包含较强的“模糊性”。为此,有必要针对极限状态模糊性对地震易损性的影响开展全面分析。考虑10种隶属函数来描述极限状态的模糊性,考虑不同模糊度的影响,以4个不同高度不同设防烈度的钢筋混凝土框架结构为例,开展了考虑极限状态模糊性的地震易损性分析,采用模糊-概率积分方法推导获得了不同隶属函数对应的地震易损性函数。对比考虑与不考虑极限状态模糊性的地震易损性分析结果,研究了在极限状态模糊性中考虑不同隶属函数和不同模糊度对地震易损性结果的影响,给出了考虑极限状态模糊性修正的地震易损性函数。分析结果表明:采用不同隶属函数考虑极限状态模糊性对地震易损性结果影响较为显著。随着模糊度的提高,不同隶属函数对应的考虑极限状态模糊性的地震易损性分析结果差异也逐渐增加。采用该文提出的考虑极限状态模糊性修正的地震易损性函数可以较好地体现极限状态模糊性对地震易损性的影响。
钢筋混凝土框架柱延性破坏准则研究
付国, 何斌, 刘伯权
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0780
摘要:
现有框架柱破坏准则多为构件塑形变形程度的定性描述,未考虑变形能力强弱对构件性能退化和破坏的影响。该文研究钢筋混凝土框架柱延性大小、轴压比、配箍率等参数与抗震性能退化之间的量化关系,提出了一种改进的延性破坏准则,采用统计分析方法并借鉴阿伦尼乌斯公式提出了破坏指数计算式。结果表明提出的延性准则较好地实现了柱破坏的量化表征,105个低周反复加载试件和9个单调加载试件在4种情况下破坏指数平均值均接近1.0,标准差在0.2~0.4,考虑配箍率和承载力退化后的破坏指数可更好地定义构件破坏。综合29根框架柱的试验现象、破坏特点和破坏指数统计结果,给出了延性准则对应的破坏标准,研究成果可为混凝土柱抗震性能评估提供参考。
轴压比对RC剪力墙剪切破坏尺寸效应影响的细观分析
金浏, 苗丽越, 李冬, 杜修力
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0581
摘要:
剪切破坏是剪力墙破坏的主要模式之一,借助细观数值分析方法对高宽比为1.0的钢筋混凝土(RC)剪力墙的破坏行为进行了分析,研究了轴压比对不同尺寸剪力墙的破坏模式、抗剪承载力、延性、耗能能力等性能的影响,分析了剪力墙剪切破坏的尺寸效应行为,并揭示了轴压比对名义抗剪强度尺寸效应的影响规律。结果表明:不同轴压比作用下的RC剪力墙均发生了明显的剪切破坏,且破坏模式一致;轴压比增大,剪力墙抗剪承载力提高,但延性降低,变形能力下降;随剪力墙尺寸的增大,其名义抗剪强度降低,即存在明显的尺寸效应;轴压比越大,剪切破坏更具脆性,尺寸效应更明显;当剪力墙长度大于1600 mm后,其名义抗剪强度趋于稳定值,尺寸效应逐渐消失。
基于EM算法和模态形式的状态空间模型自降阶工作模态分析
施袁锋, 朱正言, 陈鹏, 戴靠山
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0618
摘要:
工作模态分析具有试验简单、经济可行等优点,在工程实际中有广泛的应用。在基于状态空间模型的模态分析中,模型阶次的确定是获得准确和稳定的模态参数的关键问题之一。该文结合期望最大(EM)算法和模态形式状态空间模型来实现模型自降阶和模态参数估计。将状态空间模型变换到模态形式,使待估计参数量得到精简的同时,可直接估计各阶模态响应。引入表征各阶模态响应在实际响应中占比的模态贡献作为模型降阶的指标,在EM求解模型极大似然估计时实现模型降阶。同时结合频谱图分析和阻尼比阈值剔除虚假模态,以获得实际的结构模态信息。通过数值结构模拟和现场结构实测的数据分析,结果表明该文方法具有较好的适用性和有效性。
基于稀疏观测识别高层剪切框架结构参数与未知地震作用
雷鹰, 戚铖恺, 吴嘉敏, 黄金山, 杨宁
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0716
摘要:
地震作用下高层建筑结构状态识别具有重大意义。高层剪切框架结构因其自由度多, 使得结构状态和性能参数识别的难度增加,尤其是在未知地震作用下。该文分别基于弱震、强震作用下结构绝对加速度响应的稀疏观测,在课题组最新提出的广义未知激励下扩展卡尔曼滤波(GEKF-UI)方法的基础上,提出了两种方法,分别适用于未知弱震下线性高层剪切框架与地震激励的识别,以及未知强震下非线性高层剪切框架结构与地震激励的识别。第一种方法基于结构模态展开与GEKF-UI相结合,采用相对坐标系下的结构运动方程及绝对加速度的稀疏观测,进行线性结构系统和未知地震激励的同时识别,不仅能有效地降低结构状态的维度且不增加未知激励的维度。第二种方法针对强震作用下的非线性高层结构系统,提出了一种子结构与GEKF-UI相结合的方法,同时识别非线性高层结构参数与系统状态以及未知强震激励,通过将子结构边界力作为附加未知激励,且无需观测边界处的响应,进行各子结构的独立并行识别,避免了误差累积。该文采用2个数值算例分别对两种方法进行验证,结果表明所提方法均可有效识别未知地震激励下的高层建筑状态与参数,并同时识别未观测的地震激励。
装配式可更换耗能铰滞回性能试验研究
叶建峰, 郑莲琼, 颜桂云, 薛潘荣, 马永超
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0531
摘要:
提出一种可恢复功能装配式节点,由可更换耗能铰、约束节点核心区、预制梁柱等组成。可更换耗能铰为人工塑性铰,其滞回性能是装配式节点抗震性能的关键影响因素。将可更换耗能铰设置在装配式节点的预制梁与节点核心区外伸梁端之间,对其进行低周往复荷载作用下的滞回性能试验。在该试验的基础上仅更换耗能铰中破坏的金属阻尼器,进行第二次试验。考察可更换耗能铰的破坏模态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、承载能力、延性、能量耗散能力等抗震性能。通过两次试验的对比分析,揭示可更换耗能铰抗震性能的可恢复能力。结果表明:可更换耗能铰弯矩-转角滞回曲线饱满,转动能力与耗能能力强,延性良好,强度退化不明显;可更换耗能铰实现了装配式节点的损伤、破坏集中在耗能铰上,耗能铰耗散的能量占装配式节点耗散总能量的70%以上;两次试验中可更换耗能铰的各项抗震性能基本一致,说明更换破坏的金属阻尼器后,耗能铰抗震性能基本可恢复。
考虑井阻随时间变化及径-竖向渗流下砂井地基固结的解析解及其分析
江文豪, 詹良通, 杨策, 吴剑军
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0478
摘要:
基于Deng等提出的砂井渗透系数随时间呈指数函数形式降低的假定,考虑了土体中的径-竖向渗流,推导建立了砂井地基的固结控制方程,并通过采用分离变量法求得了该方程的解析解。通过将该文退化解与已有的解析解及该文解析解与有限差分解分别进行对比,验证了该文解答的正确性。根据该文解答,分析了砂井地基的固结性状。分析表明,无论是否考虑竖向渗流,砂井地基的固结速率均随井阻因子\begin{document}$\alpha$\end{document}的增大而减小,且井阻的变化主要对砂井地基后期的固结性状有着重要影响;在考虑径-竖向渗流的情况下,不同\begin{document}$\alpha$\end{document}下砂井地基的最终平均固结度均可达100%;竖向渗流加快了砂井地基的固结速率,且随着竖向渗透系数kv的增大,砂井地基的固结速率增大;当地基厚度H较小时,竖向渗透系数kv对砂井地基初期的固结性状影响较大;当地基厚度H较大时,竖向渗透系数kv对砂井地基后期的固结性状影响较大。
考虑面外变形的装配式塑性铰支剪力墙抗震性能试验研究
田瑞鑫, 崔瑶, 王啸霆, 王涛
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S021
摘要:
塑性铰支墙可用于替代传统RC剪力墙的底部加强区域,形成稳定的墙底塑性耗能区。通过设置只承担水平剪力和竖向荷载的抗剪组件和只承担弯矩的抗弯组件实现剪力墙弯剪解耦设计的目的。该文在已提出基于“弯剪分离”思想的塑性铰支墙的基础上展开了考虑面外变形的装配式塑性铰支墙体的抗震性能试验研究。该文介绍了两片1/3缩尺的墙体试件的拟静力试验,两个试件分别采用装配式混凝土剪力墙和装配式钢板剪力墙。试验结果表明:该文提出的装配式塑性铰支墙的连接方式是合理有效的,且该墙体试件在存在面外变形的情况下仍具有良好的抗震性能。
连续式高速风洞液氮降温供配气系统设计与实现
李峰, 高超
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0755
摘要:
研制低温高雷诺数风洞对我国国防工业的发展具有重要战略意义和工程应用价值。通过喷注液氮的方式,建成了国内第一套适用于连续式高速风洞的降温系统。介绍了NF-6连续式高速风洞降温系统的总体方案和主要技术指标,重点论述了其中供配气系统结构和技术原理,并给出了运行调试结果。测试结果表明:NF-6风洞降温系统的液氮需求量计算方法正确,液氮存储装置工作稳定,液氮存储量和驱动气源的能力满足降温实验要求;配气系统设计合理,预增压装置工作稳定,喷前压和挤推压控制平稳;供配气系统与整体降温系统匹配良好,总温、总压、马赫数及运行时间等关键指标达到设计要求,风洞实验雷诺数提高近50%。
波形钢腹板组合箱梁带栓钉埋入式抗剪连接件承载力推出试验及有限元模拟分析研究
胡锋, 刘晓东, 袁阳光, 韩万水, 许昕, 王俊峰
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0695
摘要:
针对一座波形钢腹板组合箱梁部分斜拉桥的受力需求,设计了带栓钉埋入式抗剪连接件。为研究其抗剪承载力,设计并开展了推出试验并进行了试验全过程的有限元模拟,对试验过程中试件的破坏及受力机理进行分析;随后根据该类型连接件的承载机理及受力特点,建立了承载力的近似计算方法。结果发现:对于该带栓钉埋入式抗剪连接件,当栓钉焊接在连接件波形板的直板外侧时,其承载力高于在内侧焊接的情形;当开孔位置位于直板、上折板与下折板时,其承载力依次降低;连接件波形板的上折板荷载-位移曲线存在明显的强化阶段,而下折板几乎不存在强化阶段,直板处荷载-位移曲线特征介于二者之间;另外,该类连接件混凝土开裂及主裂缝均在荷载水平达到0.8倍极限承载力以后形成发展的。所建立的推出试验全过程有限元模拟方法能够准确模拟试验过程中试件的受力行为,并能够诠释栓钉焊接位置、开孔位置对抗剪承载力的影响以及试件破坏机理;基于推出试验与有限元模拟分析,分析可得该类连接件承载力主要由波形板包裹的混凝土与约束钢筋所形成的块连接件、开孔内混凝土剪力销以及栓钉提供,随之建立的抗剪承载力近似计算方法分析结果与试验结果相对误差不超过8.93%,与有限元模拟结果相对误差不超过5.47%,具有良好的适用性。
考虑数值积分算法的实时子结构试验稳定性研究
李宁, 鲁旭杰, 周子豪, 李忠献
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0767
摘要:
实时子结构试验是研究动载荷下结构行为和性能的高效试验方法之一,持续受到国内外学者的青睐。稳定性是保证实时子结构试验顺利进行的必要条件,该文对实时子结构稳定性研究进展进行了分析介绍。以单自由度实时子结构试验为例,使用z变换将单自由度结构运动方程离散后引入CR积分算法,用闭环传递函数的极点分布情况对结构的稳定性进行判断,并得到系统的稳定域。对该文方法和已有的连续稳定性分析方法,研究了子结构划分和阻尼比对试验稳定性的影响,并对比了两种方法的结果。同时使用数值模拟和试验证明了该文方法的正确性和可靠性。研究结果表明:结构的质量比、刚度比对实时子结构试验系统的稳定性起决定性作用。增大结构的阻尼比可以改善系统稳定性。对CR法而言,当积分算法的步长小于0.01 s时,两种方法绘制的稳定域基本相同,此时可以直接使用连续方法进行稳定性分析。反之,当积分步长大于0.01 s后,就必须考虑积分算法对系统稳定性造成的改变,此时建议使用该文方法进行稳定性分析,结合时滞考虑实际积分算法的影响。
基于ABAQUS的MVLEM模型及其在RC剪力墙抗震分析中的研究
陈庆军, 余梅霞, 李冰州, 凌育洪, 梁竣杰, 左志亮
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0779
摘要:
多垂杆单元模型(MVLEM)通常被用于钢筋混凝土剪力墙的抗震分析中。基于ABAQUS创建了多垂杆单元模型(ABA-MVLEM),建立了适用于纤维梁单元的混凝土和钢筋的本构模型,开发了二线型原点指向型弹簧UEL单元,并编制了ABA-MVLEM的参数化建模程序。为验证该文模型的准确性,制作了3片RC剪力墙试件并对其进行了低周反复加载试验,将试验数据与本文数值模拟结果进行对比,表明了该模型(ABA-MVLEM)模拟精度较高,可满足工程精度要求。在RC剪力墙抗震研究的应用中,ABA-MVLEM模型既可表征结构的整体响应,也可从材料层次进行细致分析,具有分析高效性和结果可视化的优点。进一步利用此模型进行参数化分析,探究高宽比、轴压比对RC剪力墙抗震性能的影响,计算发现:在相同侧向位移下,增大高宽比,RC剪力墙构件承载力显著降低,但刚度退化较为平缓;在轴压比n≤0.5时,提高轴压比对小高宽比构件的承载力提升更加明显。
含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构滞回性能研究
程倩倩, 连鸣, 关彬林, 张浩, 苏明周
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0338
摘要:
为了研究含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RDSL)的滞回性能,利用ABAQUS有限元分析软件建立了2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RDSL子结构试件的有限元模型,对耗能梁段所用钢材进行循环加载试验得到其循环本构,验证了有限元模型的准确性和适用性。建立了16个足尺子结构有限元模型,分析耗能梁段长度比、裙梁净跨高比、耗能梁段腹板加劲肋间距、连接处螺栓直径和加固板厚度对结构滞回性能的影响规律。研究结果表明:HSS-FTS-RDSL子结构主要通过双槽钢截面耗能梁段进入塑性耗散地震能量,其余构件基本处于弹性状态或者轻微发展塑性;随着耗能梁段长度比的增加,结构承载力、刚度和耗能能力逐渐降低,耗能梁段超强系数减小,建议耗能梁段长度比取0.84~1.40;双槽钢截面可更换耗能梁段可较好地应用于净跨高比不超过4.6的裙梁中;改变耗能梁段加劲肋间距对结构承载力、刚度和耗能能力影响较小;减小螺栓直径会使连接区域螺栓滑移提前,对结构刚度和承载力影响较小;减小加固板厚度会增加连接变形,降低耗能梁段的塑性变形程度。
对称地下结构抗震分析的边界强制反应位移法
韩润波, 许成顺, 许紫刚, 蒋家卫, 杜修力
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0075
摘要:
基于土-地下结构体系拟静力推覆试验的需求,该文探讨一种模型侧边界强制施加水平位移的对称地下结构地震反应简化分析方法,即边界强制反应位移法。该文详细介绍了这一边界强制反应位移法的实施步骤及基本特点,并以1995年日本阪神地震中破坏的Daikai车站为算例,将该文方法、传统的强制反应位移法及动力时程方法计算结果进行了对比分析,结果表明:当模型宽度取值合理时,该文方法计算精度远高于传统的强制反应位移法,结构内力和层间位移误差在15%以内,是一种有效的对称地下结构抗震简化分析方法。同时,该文分析了拟静力模型中侧边界强制位移传递的衰减规律,可为土-地下结构体系拟静力推覆试验提供一定的参考。
考虑脉动风场的3 MW风机钢塔筒基础底板脱开失效概率
蒋友宝, 刘志, 贺广零, 彭穗湘, 郑峻林
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0426
摘要:
该文采用谐波合成法按Davenport风速谱和Kaimal风速谱分别模拟了某陆地风电场的脉动风速时程。根据相应高度处的平均风速,并结合伯努利理论,得到风荷载时程。建立某3 MW风机钢塔筒有限元模型,并考虑风机气动推力、塔筒风荷载时程和重力二阶效应的影响,求解钢塔筒的动力响应。考虑作用效应时程变化及材料容重变异性,采用Monte Carlo方法按规范准则分析该风机基础底板脱开失效概率,并研究对应可靠指标随基础底板半径变化的规律。结果表明:无论是正常运行工况还是极端荷载工况,该风机塔筒底部总弯矩和总剪力近似完全相关,且变异系数较大;选用Davenport风速谱时正常运行和极端荷载工况下基础底板脱开失效概率分别约为0.00820和0.0188,选用Kaimal风速谱时对应失效概率分别约为0.0107和0.0281;基础底板不脱开失效的可靠指标会随着半径增大而提高,当半径增加至1.2倍时,两种工况下可靠指标提高均不少于39.90%。
既有框架性能化抗震鉴定方法研究及工程应用
程绍革, 朱毅秀, 杨欣, 孙魁, 张伟平
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0559
摘要:
基于震害总结分析及大比例模型振动台试验研究,提出了以层间变形为衡量指标的既有框架结构性能水准,建立了性能水准与建筑损伤之间的联系;采用地震易损性分析方法研究了不同历史时期框架结构的易损性曲线,建立了结构易损性函数与矩阵;基于地震易损性分析结果,提出了基于概率的结构震害指数计算方法,可以对未来遭遇地震的损伤程度给出直观清晰的定性描述。最后以某展览馆为例,对展览大厅抗震加固前后的抗震性能进行了评估,验证了抗震加固的可靠性。
基于坡面卸荷的土质边坡应力状态及稳定性分析
杨奎斌, 朱彦鹏
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0753
摘要:
边坡稳定性分析中极限平衡法难以考虑土体应力状态,坡体滑面应力计算又长期停留在数值方法上。为解决这一问题,提出坡面卸荷应力等效思路,将坡面按半无限边界考虑后利用弹性理论求解坡体应力,并根据滑面应力进行稳定性安全系数计算,最后结合多个算例将潜在滑动面位置、滑面应力分布、安全系数与已有理论进行比较。研究结果表明:坡面卸荷应力等效思路概念清晰,符合边坡受力特征,且通过该思路求得的滑面应力与有限元分计算结果基本一致,搜索得到的潜在滑动面位置,以及对应的稳定性安全系数与有限元强度折减法、极限平衡法计算结果十分接近。此外,该计算方法还能有效与支护结构预应力结合,体现预应力的加固作用。
多因素作用下小区风环境风洞试验研究
沈炼, 韩艳, 唐春朝, 袁涛, 杨瑛, 匡希龙
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0270
摘要:
风环境风洞试验由于受到试验尺寸与试验设备的限制,很难获取高精度详尽的小区风场分布,加之我国对小区风环境研究还相对滞后,较大程度阻碍了当前绿色城市的发展。该文以长沙通用时代国际社区为研究背景,利用10 m (宽)×3 m (高)×21.0 m (长)大尺寸风洞,对不同来流形式、风速大小,有无高耸建筑与植被等因素影响下的小区风环境进行了全方位、多工况试验研究,获取了多因素影响下的小区风场详细分布。研究结论显示:均匀来流通过800 m长度的地表粗糙距离可产生与C类地貌来流较为一致的平均风剖面,但湍流度剖面还存在较大差异;低风速来流作用下小区无量纲风场分布随来流风速变化具有一定的波动,但来流风速大于7 m/s时,小区流场的无量纲风速分布趋于稳定;小区内部风场分布与邻近高耸建筑的位置和形态密切相关,高耸建筑会引起建筑周边风场加速。同时,植被能降低小区人行高度平均风速,对通用时代小区而言,10 m高大树、7 m高中树和5 m高小树可对小区平均风速分别造成12.8%、10.6%和7.2%的减速。
旋转圆柱气动力特性风洞试验研究
刘剑寒, 马文勇
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S016
摘要:
圆柱在转动时会形成非对称的流场,导致圆柱气动力发生改变,旋转圆柱的气动力在风力发电或航海领域有很广的应用前景,气动力特性的研究对这些应用有重要的意义。通过刚性模型测力风洞试验,对不同转速下旋转圆柱的气动力特性及其变化规律进行研究,总结得到转速比和升阻力系数的关系。结果表明:随着转速的提高,旋转圆柱的平均升力系数增加,平均阻力系数减小;在不同的转速比区间内平均升阻力系数的变化规律有所差异,转速提高时升力系数增加幅度有所变化,而阻力系数受到影响很小。
基于并行有限质点法的界面断裂-接触行为分析
唐敬哲, 汪伟, 郑延丰, 罗尧治
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0424
摘要:
界面断裂、摩擦接触等行为广泛存在于结构破坏、连续倒塌、上下部结构协同等实际工程的精细化分析中。有限质点法对于强非线性行为模拟的适应性以及并行计算能力的优势使其可以以较低的成本完成界面行为的细观模拟。该文提出了适用于有限质点法并行计算体系下的三角形界面单元,用于通用化地模拟界面之间的粘结、断裂、接触等界面作用行为。根基于并行化的有限质点法计算框架,该文详述了并行化的作用对侦察,并介绍了基于等加速度的粘结作用、基于内聚力模型的断裂作用,以及基于罚函数法的接触作用这三种作用下的状态判据和作用力计算方法。依托于有限质点法通用计算平台FPM,通过模拟界面行为的数值算例的形式对此界面单元的计算效果进行了正确性和有效性验证。
装配铅挤压阻尼器的摇摆-自复位双柱墩抗震性能及设计方法
石岩, 钟正午, 秦洪果, 韩建平, 孙治国, 王军文
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0575
摘要:
为发展具有损伤可控和自复位性能桥梁双柱墩,选取铅挤压阻尼器(lead-extrusion dampers, LEDs)为可更换耗能装置,并通过预应力筋提供自恢复力,组成摇摆-自复位(rocking self-centering, RSC)双柱墩体系(RSC-LEDs);通过对其抗震性能的研究,对应发展了一种基于等能量设计流程(equivalent energy-based design procedure, EEDP)的设计方法。首先建立了RSC-LEDs双柱墩的数值分析模型,结合一RSC双柱墩试件的拟静力结果验证了建模方法的正确性。在此基础上,定性分析了阻尼器出力、初始预张拉力、无粘结预应力筋配筋率、上部结构重量及盖梁-墩柱刚度比对RSC-LEDs双柱墩滞回性能的影响。设计了32组不同参数的RSC双柱墩试件开展回归分析,并结合RSC-LEDs双柱墩的力学特性,得到了RSC-LEDs双柱墩等效屈服强度、刚度的半经验计算公式。结合中国公路抗震设计规范和EEDP,提出一种适用于RSC-LEDs双柱墩体系的两阶段抗震设计方法,设计案例分析表明:半经验计算公式可较为准确地估算RSC-LEDs双柱墩的等效刚度及屈服强度;所提出的设计方法可使RSC-LEDs双柱墩达到预期的能力曲线,并实现在E1地震作用下保持弹性,在E2地震作用下LEDs屈服耗能且地震位移需求得到控制的设计目标。
含端板螺栓连接耗能梁段的高强钢框筒结构基于性能的塑性设计方法研究
程倩倩, 连鸣, 苏明周, 张浩, 关彬林
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0500
摘要:
含端板螺栓连接耗能梁段的高强钢框筒结构(SFTSs)可以有效改善传统钢框筒结构的抗震性能,且可实现震后功能可快速恢复,是一种新型的高层可恢复功能结构。由于现行规范的抗震设计方法无法准确预测和控制结构的弹塑性性能,可能会使结构损伤集中于个别楼层出现薄弱层。为了设计具有理想失效模式的SFTSs,建立该结构体系“小震不坏,中震及大震可修,巨震不倒”的四水准抗震设防性能指标。考虑不同地震水准作用下的性能目标,采用三线型的能力曲线对传统的基于能量平衡的塑性设计方法进行改进,且考虑结构高阶振型和屈服后刚度的影响,提出了SFTSs基于性能的塑性设计方法。采用建议的设计方法设计了一个30层的结构算例,并基于OpenSees对结构算例进行弹塑性时程分析。结果表明:采用提出的设计方法设计的结构算例能够实现结构预期的失效模式以及不同地震水准作用下的性能目标,结构具有良好的抗震性能,验证了所提出的基于性能的塑性设计方法的有效性,可以为SFTSs的工程设计提供参考。
火灾下平行钢丝束温度膨胀及高温蠕变试验研究
杜咏, 严芙蓉
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0536
摘要:
采用非接触式应变视频测量系统,对常用于实际工程的1670级平行钢丝束进行了15个温度水平下的温度膨胀试验以及多应力水平下的高温蠕变试验,并对历经2 h高温蠕变试验后冷却至室温的平行钢丝束试件进行了抗拉强度测试,获取了平行钢丝束热膨胀应变历程及高温蠕变应变历程曲线。试验结果表明,平行钢丝束热膨胀应变随着温度升高呈非线性增长,且在750 ℃附近材料微结构发生相变;温度和应力水平对高温蠕变历程均会产生显著影响;蠕变试验温度愈高,应力水平对历经高温后平行钢丝束的剩余抗拉强度的影响愈显著;与1860级预应力钢绞线相比,1670级平行钢丝束具有较小的高温蠕变应变。基于试验数据,建议了平行钢丝束热膨胀系数关于温度的函数式及高温蠕变模型。该文所建议的平行钢丝束热膨胀系数及高温蠕变模型有利于预应力钢结构火灾高温下的力学响应分析。
基于六旋翼无人机搭载风速仪的边界层风剖面实测研究
李正农, 冯豪, 蒲鸥, 沈义俊
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0553
摘要:
对基于六旋翼无人机搭载风速仪进行边界层风场测量的可行性进行了研究,分析了实测得到的平均风速和风向角、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度与功率谱密度等风场特性参数,并与测风塔上固定安装的风速仪测量结果进行比较。结果表明,基于无人机方法所测得的风速风向值经过修正后与测风塔实测值基本一致,两者误差在±3%以内;基于无人机方法所测风速拟合的风剖面精度较高,且与规范规定的B类地貌风剖面接近,其拟合计算的平均地面粗糙度为0.148;基于无人机方法所测得的各项脉动风特性参数与测风塔的实测值较为接近,两者误差控制在±5%以内;湍流度与阵风因子存在指数相关性;基于无人机方法所测得的脉动风速功率谱与测风塔所测脉动风速功率谱基本一致,且与Karman谱有较好的吻合。
坯料随机局部弯曲对滚弯成形结果影响的蒙特卡洛分析
郑子君, 陶裕梅
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0594
摘要:
采用蒙特卡洛有限元模拟方法研究了坯料局部的随机弯曲对滚弯成形结果的影响。为了提高滚弯模拟的效率,提出了基于欧拉网格和经典梁单元的滚弯模拟方案,并与传统有限元模型和理论解对比验证了该方案的正确性。在此基础上模拟了具有零均值正态分布的局部曲率的超长坯料的滚弯过程,并统计产品曲率半径的分布规律。结果表明:输出曲率半径分布近似满足正态分布,且随着坯料曲率标准差的增大,均值减小,方差增大,宏观上表现为产品半径减小。产品的目标半径越大,代表性单元长度越长,受初始弯曲的影响就越大;对于给定的目标形状,辊轮位置参数对实际输出半径的分布没有影响。
箱形柱芯筒式双法兰刚性连接节点平面框架拟静力试验研究
张爱林, 王杰, 张艳霞, 刘安然
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0649
摘要:
提出一种箱形柱芯筒式双法兰刚性连接节点平面纯框架及减震框架,设计了两榀5层原型结构,对两榀原型结构试验子结构进行0.7倍缩尺,完成拟动力试验之后继续进行拟静力试验,该文对拟静力试验中两榀框架的滞回性能、各典型部位应变变化、刚度退化及耗能能力等进行对比研究。试验结果表明,当层间位移角为0.005 rad(1/200)时,纯框架和减震框架整体均保持弹性状态,中间柱型摩擦阻尼器开始摩擦耗能,占结构总耗能的71.3%;当层间位移角为钢结构弹塑性位移角限值0.02 rad(1/50)时,两榀试验结构滞回曲线均呈双线性,节点域均无塑性产生,减震框架柱脚塑性发展较纯框架更小;当层间位移角为0.04 rad(1/25)时,滞回曲线均更为饱满,节点域仍无塑性产生,纯框架柱脚屈曲更为明显。拟静力试验中两榀框架连接节点可靠,中间柱型摩擦阻尼器通过摩擦耗能,有效延缓减震框架主体结构塑性发展,减震框架结构刚度、耗能能力、抗震性能优于纯框架。
岩体多裂纹扩展演化过程数值流形方法研究
韩智铭, 刘庆宽, 王雪, 谭超, 高一帆
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S003
摘要:
岩体中含有大量节理、裂隙、断层等各类结构面,结构面在应力作用下的扩展与贯通是导致岩体破坏的重要原因。数值流形方法(NMM)可以有效模拟连续和非连续问题,然而,其在多裂纹动态扩展的模拟方面仍处于探索阶段。该文以线弹性断裂力学原理为基础,提出了一种基于高阶数值流形方法的多裂纹扩展模拟算法。通过在基函数中增加关键项来考虑裂纹尖端位移场的奇异性;裂纹尖端的应力强度因子则采用了J积分来计算;Ⅰ-Ⅱ型混合裂纹的开裂和扩展方向依据最大周向拉应力准则来判断;采用假设-修正的多裂纹扩展算法解决了多裂纹的扩展问题。根据强化后的基函数,对于不符合单纯形积分形式的被积函数,采用了泰勒级数展开式计算近似解。通过多个静态裂纹扩展的经典问题的数值模拟对计算方法的合理性和计算精度及进行了验证。
基于等效黏性阻尼模型的非比例阻尼体系反应谱CCQC法
孙攀旭, 杨红
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0717
摘要:
由不同材料组成的混合结构,其阻尼矩阵不再满足与质量矩阵、刚度矩阵的比例关系,具有非比例特性。我国设计规范中常用的振型分解反应谱法是基于比例阻尼建立的,并不严格适用于计算非比例阻尼体系的地震作用效应。该文在基于等效黏性阻尼模型的复模态叠加法基础上,结合虚拟激励法和平稳随机理论,推导了基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC(Complex Complete Quadratic Combination)法实数表达式,建立了一种解决非比例阻尼混合结构的地震作用效应计算问题的理论方法。算例分析表明,与基于分块Rayleigh阻尼模型的反应谱CCQC法相比,该文建立的基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法直接依赖于结构的质量、刚度和阻尼参数,不受振型组合的影响,具有计算结果唯一的优点,且仅涉及位移相关系数的计算;与基于能量法的反应谱CQC法相比,基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法可有效考虑结构的非比例特性,适用于非比例特性较强的混合结构。
二维有限元单元角结点位移精度修正之初探
黄泽敏, 袁驷
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.S002
摘要:
二维四边形有限元单元角结点位移相较于其他结点位移,有更高的收敛阶。对于足够光滑的问题,采用\begin{document}$m$\end{document}次单元,其角结点位移收敛阶最高可达\begin{document}$2m$\end{document}阶。该文以二维Poisson方程为例,在有限元解的基础上,利用单元能量投影(EEP)法的超收敛解计算残余荷载向量,在不改变整体刚度矩阵的基础上,仅需进行代数方程组回代,即可得到具有更高精度的单元角结点位移。数值结果表明,当采用EEP简约格式解计算残余荷载向量时,单元角结点位移收敛阶最高可提高为\begin{document}$2m + 2$\end{document}阶。特别地,对于线性元,精度翻倍,效益十分显著。
近海山地台风风场特性实测研究
陈伏彬, 翁兰溪, 肖雁, 李秋胜
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0524
摘要:
基于2017年台风“海棠”和台风“纳沙”登陆近海山地时的实测数据,选取10 min平均风速≥10 m/s的强风样本,研究了平均风速、湍流度、阵风因子和地面粗糙度指数的变化规律,并分析了不同风速区间的风剖面和湍流剖面的变化规律。结果表明:台风登陆过程中风速时程呈双“M”型四峰分布,平均风向发生了260°的转变,10 m高度处湍流强度在0.15~0.34波动,并随地貌粗度指数增大有增大的趋势。实测得到风剖面和湍流剖面与规范GB 50009−2012进行了对比,不同高度处的平均风速变化符合指数率的变化趋势;两个测风塔实测得到台风风场的风剖面指数α均值为0.15和0.14大于季风风场的风剖面指数,接近GB 50009−2012中B类地貌规定值,但台风风场中的湍流强度剖面参数要大于GB 50009−2012中B类地貌规定参数值,该文结果可为近海山区工程结构抗台风设计提供参考。
大跨屋盖结构脉动风振响应特性预测方法研究
李玉学, 冯励睿, 李海云, 田玉基
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0497
摘要:
基于结构脉动风振响应计算的三分量(背景、共振及其耦合项)完全组合思路,提出一种大跨屋盖结构脉动风振响应特性预测方法,据此实现结构脉动风振总响应的高效精准计算。首先,引入应变能的概念,综合考虑结构所有节点上三分量响应对脉动风振总响应的贡献,定义各响应分量应变能预测系数,为了避免直接计算各响应分量具体数值,根据大跨屋盖结构各响应分量传递函数和风荷载谱特征,对各响应分量表达式进行简化处理,实现只需借助几个简单的风荷载参数和结构动力特性参数就能方便地得到各响应分量应变能预测系数。其次,根据各响应分量应变能预测系数取值情况,将大跨屋盖结构脉动风振响应特性划分为I~VI类,在此基础上,制定与风振响应特性类型相对应的脉动风振总响应组合求解策略。最后,以国家网球中心莲花球场屋盖结构为例,进行结构脉动风振响应特性类型预测以及风振响应组合计算。结果表明:所提方法能够方便地预测结构脉动风振响应特性类型;据此组合计算的脉动风振总响应与精确值吻合较好。
基于两方程模型的路堤风吹雪数值模拟
李飞强, 马文勇, 崔子晗, 李江龙, 郑熙
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S034
摘要:
道路风吹雪灾害是风吹雪地区道路规划中考虑的重要因素之一,对于风吹雪问题,数值模拟作为其研究的主要手段之一,在近年得到了较快的发展,但由于风吹雪问题的复杂性,数值模拟方法及参数的选取还有待进一步完善。采用欧拉-欧拉方法,利用雪相两方程控制模型,结合实测经验公式确定充分发育来流雪相浓度,将其作为雪相浓度壁面条件进行模拟计算,利用平坦地面风吹雪对模拟方法进行验证,分析了湍流施密特数对路堤风吹雪模拟结果的影响,并对不同风速下路堤风吹雪进行了模拟。结果表明:平坦地面风吹雪模拟与现场实测结果一致,湍流施密特数对路堤周围空间雪相浓度计算结果影响较大,不同来流风速下路堤周围雪相浓度分布规律一致,这为进一步研究道路周围风致积雪重分布及防治提供参考。
碳化环境下混凝土结构耐久性模型的更新方法
谷慧, 李全旺, 侯冠杰
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0361
摘要:
碳化环境下的混凝土结构耐久性模型,是基于扩散理论、快速试验、自然暴露试验以及工程经验建立的。由于结构固有的不确定性和服役环境的复杂性,理论模型的预测结果与实际结构检测的耐久状况存在较大偏差。该文利用工程耐久性检测获得的碳化深度、检测钢筋锈蚀比例、检测混凝土开裂比例,综合先验知识,基于贝叶斯理论,提出碳化环境下的耐久性模型更新方法。结合结构实际的检测结果,经过更新的耐久性预测模型与待评估结构实际耐久状况更相符。依此模型进行相应剩余耐久寿命的概率预测和耐久性评级,为既有结构耐久性评估提供参考。
基于宏应变曲率的桥梁式动态称重方法研究
陈适之, 冯德成, 杨干, 韩万水, 吴刚
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0862
摘要:
桥梁式动态称重技术利用桥梁响应反算车辆轴重、轴距等关键信息,相较于路面式称重技术,其安装维护避免了对正常交通的影响,应用前景广泛。然而还存在着密集群轴难以识别、传感器耐久性不足等问题。为此,本文基于长标距光纤光栅(FBG)传感器序列测得的宏应变时程,提出车辆信息相关指标:宏应变曲率,并建立了新型桥梁式动态称重方法,可同时识别车辆车速、轴距及轴重。结合经试验验证的车桥耦合模拟获取不同参数工况下桥梁宏应变响应,对本方法在不同车型、车速、路面不平顺、传感器位置及标距长度等参数工况下的识别精度进行分析,结果表明:本方法车速、轴距的整体识别精度较高,受不同参数影响较小,误差小于1%,相较而言,轴重识别结果较不理想,尤其对于较小轴距的车轴或群轴,可通过缩短传感器标距长度进行改善,解决密集群轴难以识别的问题。该方法识别精度还不受传感器布置位置影响,可有效提升系统安装维护便利性。
基于非概率集合理论的屋面板风致疲劳寿命估计
孙大奇, 朱颖, 刘晓光, 双妙
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0439
摘要:
现有疲劳分析中,通常将结构材料参数、几何尺寸等定义为确定性参数;实际结构中,相关参数均为有界但不确定变量,如按确定性参数估计结构的疲劳寿命是偏于不安全的。该文将结构体系中不确定参数定义为区间变量,在线性疲劳损伤累积理论基础上,提出一种仅需一次动力响应分析即可计算不确定结构在动力荷载作用下疲劳损伤的新方法。该方法将金属屋面板弹性模量和屋面板板厚等由于施工误差等因素引起的不确定参数定义为区间变量,通过摄动法和区间动力响应分析,计算屋面板在脉动风荷载作用下的应力响应区间;结合屋面板材料的S-N曲线,采用修正Miner疲劳线性累积准则对屋面板的疲劳损伤和寿命区间进行估计。结果表明:该文方法可有效计算考虑结构参数不确定条件下金属屋面板的疲劳损伤和寿命区间;与顶点法比较,该文方法仅需一次动力响应分析就可计算金属屋面板风致疲劳损伤和寿命区间。
长宽比对长方体周边风致积雪分布影响
崔子晗, 马文勇, 李飞强, 李江龙, 柴晓兵
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S023
摘要:
建筑物周边风致积雪是冬季多雪大风地区最常见的自然灾害之一。由于风吹雪的机理复杂,虽然数值模拟方法近几年取得了丰硕的成果,但方程及参数设置仍存在不足,实测数据库中又仅有在风雪流中单个立方体模型周边积雪的实测对比数据,模拟方法得不到广泛验证,缺乏模型的多样性限制了预测方法的进一步提升和推广。为了揭示不同长宽比对建筑物周边积雪分布的影响,对不同工况下长方体周边积雪分布进行了现场实测,同时用数值模拟方法模拟了不同工况下长方体周边风场,讨论了风场与其积雪分布的关系。结果表明:该模拟方法利用模型周边风速分布能较好的推测出积雪侵蚀堆积范围,对于不同长宽比的建筑,迎风侧积雪分布只与建筑高度有关,长宽比对其影响不大,横风向侵蚀影响范围与建筑长度成正比,且背风侧侵蚀范围受建筑长度影响较大,建筑宽度对其周边积雪分布影响较小。
基于构件冗余度均衡化的单层网壳结构优化研究
朱南海, 李杰明
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0758
摘要:
为实现单层网壳结构构件冗余度的均衡分布,减小构件间的冗余度差异,提高结构抵抗荷载作用的能力。将文献[12]提出的基于敏感性分析的构件冗余度评价方法应用到单层网壳结构中,以衡量构件在结构中的重要性;而后根据构件冗余度系数值的大小,将结构构件划分为重要构件、一般构件和次要构件三个不同层次的构件集合,实现结构构件的分类控制;在此基础上以构件的截面尺寸为优化变量,将结构构件的冗余度标准差与各层次构件的冗余度标准差之和最小化定义为目标函数,采用粒子群算法优化结构构件的截面尺寸。结果表明,构件的冗余度系数可以准确地反映构件在结构中的重要性及其失效后对结构的影响程度,减小构件间的冗余度差异,可以实现结构构件截面尺寸的合理分布,有效提升结构的整体性能和极限承载力。
单侧约束三边支承高强钢板的局部屈曲性能
孙立鹏, 刘永健, 张宁, 卢迅
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0407
摘要:
部分包裹组合柱的翼缘板可归类为三边固支、一边自由,并在面外受混凝土单侧约束的平板。此类板件的局部屈曲可通过限制板件的宽厚比来避免。为了得到此类高强钢板的宽厚比限值,该文以薄板的弹塑性局部屈曲理论为基础,采用Bleich近似计算方法,结合Ramberg-Osgood高强钢材本构模型,推导出了板件在均布压应力作用下的弹塑性屈曲应力,给出了板件宽厚比限值的近似计算公式。采用有限元法进行了高强钢部分包裹组合柱轴压数值试验,有限元结果与已有的试验结果验证了该文提出的宽厚比限值近似计算公式的准确性。与相关规范的对比分析表明:混凝土的单侧约束作用可以使三边支承高强钢板的宽厚比限值提高39%;该文近似计算公式所得的受混凝土单侧约束、三边固支、一边自由高强钢板的宽厚比限值比澳大利亚规范AS/NZS 2327:2017的计算结果小19%,与欧洲规范EN 1994-1-1的计算结果仅相差5%。建议受混凝土单侧约束、三边固支、一边自由高强钢板的宽厚比限值可偏保守地取该文近似计算公式和EN 1994-1-1计算结果的较小值。
分布式连接全装配RC楼盖人行荷载试验与振动舒适度分析
王文康, 庞瑞, 周飞, 张天鹏
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0686
摘要:
为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)动力特性与人致激励响应规律,进行了2个DCPCD试件和1个现浇楼盖试件在四边简支条件下的振动特性试验,并施加多种人行激励工况,分析步频、行走路线、行人数量和荷载分布等对楼盖振动响应的影响。结果表明:板缝降低了DCPCD的弯曲刚度,使阻尼比增大,第二阶和第三阶振型分别沿横板向和顺板向反向对称;增加连接件数量可有效提高DCPCD自振频率、降低楼盖振动响应;连接件位置对DCPCD振动特性有较大影响,跨中连接件影响最显著;峰值加速度随步频和人数的增加而增大;沿DCPCD横板向行走比沿顺板向和对角线方向行走时的峰值加速度大;荷载分布密集度越大峰值加速度越大,荷载分布越靠近楼盖中心则峰值加速度越大;DCPCD试件自振频率满足舒适度要求,但加速度在不同的边界支承条件下差别明显;基于正交各向异性双向板振动理论提出了DCPCD自振频率和峰值加速度计算方法,理论值与试验值吻合良好;基于DCPCD竖向振动舒适度,楼盖的横板向与顺板向刚度比建议在0.3~0.75。
连续梁桥边墩不均匀沉降下轨道层间变形协调关系及动力学应用
冯玉林, 蒋丽忠, 陈梦成, 周旺保, 刘祥, 张云泰
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0373
摘要:
高速铁路连续梁桥边墩沉降将造成其上简支与连续梁桥的共同变形,边墩不均匀沉降差引起的轨道几何形位改变直接影响列车运行平稳性和安全性。该文基于APDL建立考虑引桥与路基及其上轨道结构影响的高速铁路CRTS II型无砟轨道-变截面连续梁桥系统精细化仿真模型,通过大量的仿真计算,探明了边墩不均匀沉降差与轨道几何形位改变的轨道层间变形协调机理。基于线性回归方法获得了不同连续梁桥跨度条件下,边墩不均匀沉降差与轨道几何形位改变的层间变形协调关系的定量函数表达式,进而采用该仿真模型、文献模型及列车-轨道-桥梁耦合动力学理论验证其拟合精度和正确性。最后基于定量函数表达式研究了边墩不均匀沉降差对列车运行平稳性和安全性的影响。结果表明:三种模型计算结果吻合良好,说明该文定量函数表达式具有较高精度;在边墩不均匀沉降工况下,存在激振频率接近车体自振频率的临界跨度,发生共振时,显著恶化列车运行平稳性;采用大跨度连续梁桥可有效降低边墩不均匀沉降差、提升乘坐舒适度、降低轮轨力及缓和列车与轨道动态作用效应;沉降差小于25 mm时,轮重减载率随跨度的增大而显著减小。
改进滞变阻尼模型的时域计算方法
孙攀旭, 杨红
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0313
摘要:
依据基于复阻尼模型的滞变阻尼模型,创建了改进滞变阻尼模型在复数域内的拉氏运动方程以及对应的时域运动方程。改进滞变阻尼模型克服了复阻尼模型的时域发散问题,并能保证有阻尼自振频率随损耗因子增大而减小。依据外激励加速度的识别方法,结合改进滞变阻尼模型的时域运动方程特点,分别提出了基于傅里叶变换的时域计算方法和基于希尔伯特-黄变换的时域计算方法。算例分析表明:基于傅里叶变换的时域计算方法是一种全局过程的计算方法,可计算任意时刻的结构动力响应,但计算量大;基于希尔伯特-黄变换的时域计算方法是一种时域逐步计算方法,计算量小,适用范围更广,但计算误差不易估计。
混凝土微观力学基础研究进展及应用展望
胡传林, 李宗津, 王发洲
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.ST09
摘要:
混凝土是现代土木工程建设的基础和关键结构材料,现代工程建设的发展对混凝土性能提出新的挑战。水化硅酸钙(C-S-H)是水泥水化最重要的产物(约占水化产物的70%),也是混凝土中最重要的胶结性物质,起到胶结砂石骨料、发挥强度的关键作用。在微观尺度上,C-S-H是一种多孔介质材料,组成结构十分复杂。因此,对C-S-H微观力学性能进行解析和设计,是认识和提高水泥基材料宏观力学性能的关键,同时也是混凝土研究领域的基础科学问题。该文旨在介绍混凝土微观力学性能表征方法、混凝土微观力学计算理论以及其在混凝土应用过程的新发现,同时展望混凝土微观力学在工程建设中的应用。
纳米改性再生骨料混凝土单轴受压疲劳性能
罗素蓉, 承少坤, 肖建庄, 游帆
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0700
摘要:
采用纳米二氧化硅对再生骨料混凝土(RAC)进行改性,开展了不同再生骨料取代率及纳米改性后的再生骨料混凝土单轴受压疲劳试验,研究其疲劳寿命、疲劳方程、疲劳变形规律及疲劳剩余强度,并利用纳米压痕试验从细观层面上分析探讨了纳米二氧化硅对再生骨料混凝土多重界面过渡区的影响。结果表明:再生骨料混凝土疲劳寿命均较好地服从两参数威布尔概率分布。50%保证率、0.75应力水平下,再生骨料混凝土的疲劳寿命比普通混凝土降低了25.8%,掺入纳米二氧化硅可显著提高再生骨料混凝土的疲劳寿命。对比应变演化曲线和剩余强度模型,纳米二氧化硅改性后的再生骨料混凝土,剩余强度衰减非线性规律明显。纳米二氧化硅的掺入提高了再生骨料混凝土多重界面过渡区的压痕模量,改善了再生骨料混凝土的疲劳性能。
地震视波速确定方法与行波效应研究
范重, 张康伟, 张郁山, 刘涛, 张宇, 赵作周, 葛红斌, 黄进芳
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S010
摘要:
通过对地震波在单一土层和不同土层之间传播规律的研究,提出基于岩土层剪切波速的视波速计算方法,并给出多土层视波速简化计算公式,便于工程应用。对于均质土层,地面某点的视波速仅与该震源深度、震中距和该土层的剪切波速有关,视波速恒大于剪切波速。采用结构中点的视波速取代根据其两端点得到的视波速,可以避免结构各方向长度不同的影响,计算简便,误差可以忽略不计。在震源深度范围内,地壳厚度通常远大于覆盖层厚度,多土层的等效剪切波速与震源所在岩层剪切波速较为接近,场地类别对视波速的影响较小。算例结果表明,该文给出的多土层视波速简化计算方法,与视波速方程数值解的误差一般在5%以内。根据95%构件内力影响系数的最大值确定地震行波效应的放大系数,可以避免由于构件内力过小引起行波效应异常增大。厦门新机场分析结果表明,考虑多点激励地震效应后,航站楼结构底部总剪力变化很小;虽然框架柱、支承屋盖钢管柱和大跨度屋盖杆件内力的平均值减小,但部分构件内力可增大约5%~10%。
钢框架肋板加强型弱轴连接节点的有限元分析
徐莹璐, 苏耀烜, 尚永芳
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S006
摘要:
为了探讨肋板加强对于传统钢框架弱轴楔形加劲板连接的适用性,运用有限元软件ABAQUS对钢框架肋板加强型弱轴连接节点进行循环荷载作用下的参数分析。结果表明,肋板加强型弱轴连接节点具有良好的滞回性能,可以将梁上塑性铰外移至肋板末端,减小梁翼缘对接焊缝破坏的风险。建议肋板长度a=l+(0.5~0.6)hb,肋板高度b=0.4 a,及肋板厚度t≥1.5tbf,其中l为楔形加劲板的长度,hb为钢梁截面高度,tbf为梁翼缘厚度,且该建议参数取值适用于不同的梁柱截面,并给出了肋板加强型弱轴连接节点的设计方法。
寒区水塘冰温度应力原型观测及分析
丁法龙, 茅泽育
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0624
摘要:
冰体内温度应力引起的膨胀压力可导致结构物不同程度的破坏,其值是寒区水工建筑物的关键设计参数。为探究静冰温度应力的时空分布特性,采用原型观测研究手段,结合理论分析及计算,以黑龙江省大庆市青花湖6号水塘为研究对象,对水塘淡水冰层内部温度场和应力场进行了观测及分析。结果表明:冰温变化主要取决于上部气温的波动情况,表层冰温与气温呈良好的线性关系,且斜率在0.38~0.56;深度30 cm以上的冰温对气温变化的响应较为敏感,30 cm以下的冰温沿垂向基本呈线性分布;基于冰的Bergdahl粘弹性本构关系提出了一种冰温度应力计算模型,并结合实测数据回归分析确定模型中的参数,参数的拟合值明显依赖于测点位置;温度应力模型计算结果与观测结果吻合良好;从距离侧边挡墙较远的测点1到较近的测点4,随着周边围岸约束作用的增强,整体冰应力水平呈递增趋势;冰应力沿垂向呈非单调分布,即冰层表面产生的应力稍小,最大应力值出现在冰深10 cm~30 cm处,其下随深度逐渐减小,且冰应力只在0.7 m以内的冰层上部产生。
倒角化处理对于矩形高层建筑风荷载特性的影响机理研究
董欣, 丁洁民, 邹云峰, 左太辉
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0451
摘要:
通过风洞测压试验,对比不同风向下、不同倒角半径的矩形高层建筑表面风压分布、整体风力及斯托罗哈数St;采用PIV试验,给出建筑的近尾流流动特性,并从流场作用角度,揭示倒角化处理对于矩形高层建筑风荷载特性的影响机理。研究表明:临界风向下,在建筑一侧分离的剪切层发生流动再附,形成分离泡;此时,建筑的阻力达谷值,升力和St达最大值。相比而言,倒角化矩形高层建筑的临界风向小于无气动措施的工况。St主要受到横风向投影宽度和尾流涡对间距的影响,在一定的风向范围内,当倒角半径达一定数值,St将有所增大。在建筑的整体阻力方面,倒角化处理将使得建筑尾流涡对尺寸减小;涡对横向流速增大,涡量掺混运动加剧,旋涡强度减弱。在此作用下,建筑整体阻力降低。在建筑的整体升力方面,采用倒角化处理后,旋涡脱落的不规则性和随机性增大,脱落强度减弱,这促使建筑整体升力减小;但倒角化处理对于升力的减小效应并非见于所有风向。
失效测点影响下极地船舶结构冰载荷的有效识别方法
王键伟, 陈晓东, 何帅康, 段庆林, 季顺迎
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0507
摘要:
冰载荷是极地船舶在冰区航行时受到的一种极端环境载荷,而对船体结构的现场监测是研究冰载荷的重要途径。一般通过在船体结构上安装应变传感器直接测量冰载荷引起的应变响应;采用影响系数矩阵法根据应变响应反演识别冰载荷。然而当应变传感器无法正常工作时,识别结果的准确性将难以得到保障。通过对典型极地船舶舷侧板架结构的有限元分析,研究了测点失效对识别结果的影响。基于对“天恩号”多用途冰级船实测应变数据以及典型极地船舶舷侧板架结构有限元应变数据的深入分析,确定了测点应变的空间分布规律,并进一步提出了失效测点影响下基于最小二乘拟合的冰载荷识别方法。在此基础上,较为准确地识别出7种典型工况下的冰载荷,大幅降低了识别误差,最终验证了该方法的有效性。
沪苏通大桥风-车-桥耦合系统非线性动力响应研究
徐曼, 曾滨, 乔宏, 许庆, 郭薇薇, 夏禾
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0679
摘要:
几何非线性是大跨度桥梁结构的主要非线性影响因素之一,对桥梁结构及桥上列车行车安全性的影响不容忽视。本文以世界首座跨度超1 km的公铁两用斜拉桥——沪苏通长江大桥为工程背景,基于桥址区复杂风场实测,采用谱表示法提取实际风场特征,模拟全桥三维风速场,建立了考虑复杂非线性空间特性的风荷载模型,考虑垂度效应、梁柱效应和大位移效应等几何非线性因素,建立了桥梁非线性计算子模型,采用全过程迭代法计算考虑非线性因素的风-车-桥耦合振动响应,并给出行车安全性分析。结果表明,考虑非线性因素工况下,桥梁与车辆的动力响应均有一定程度的增大,且车辆动力响应的低频成分显著增加;大位移效应对结构响应影响较大,梁柱效应影响较小;忽略非线性因素影响,可能导致响应分析偏小,评估偏不安全;当车速为200 km/h,瞬时风速超过35 m/s,或当瞬时风速为30 m/s,车速超过210 km/h时,车辆轮重减载率指标超出安全阈值,车辆的安全性能受到威胁。沪苏通大桥的非线性风-车-桥耦合振动分析具有重要的科学研究意义,并对保障桥梁结构和列车运行安全性具有重要的工程指导作用。
运动方程一阶方程组格式的线性时域有限元及其EEP超收敛计算
袁全, 袁驷
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.S001
摘要:
该文将运动方程转换成一阶常微分方程组,采用Galerkin线性单元,构建相应的\begin{document}$ {h^2} $\end{document}阶精度的递推公式,并基于单元能量投影(EEP)法进行结点位移修正得到\begin{document}${h^4}$\end{document}阶精度的有限元结点解。文中对其稳定性和收敛阶给出数学分析和证明,同时给出了一个自适应步长算法,并通过数值算例验证其不失为一种有效、简洁的时域积分算法。
焊接方式对负载下加固工形截面钢梁残余变形影响的试验研究
黄健鸣, 王元清, 宗亮, 张亚伟
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S043
摘要:
为研究负载下焊接加固方式对受弯钢梁焊接残余变形的影响,该文对4根Q345B焊接工字形受弯钢梁进行了负载下的焊接加固试验研究。该4根钢梁考虑工程实际采用了四种不同的焊接加固方式。试验中测量了焊接全程中的钢梁跨中挠度与跨中上下翼缘的侧向挠度变化过程。该文对该试验中遇到的一些特殊问题以及试验现象进行了解释,分析了焊接方式对跨中挠度以及跨中转角的影响,并对比了焊接残余挠度的规范计算值与试验值,以期对负载下焊接加固试验的进行提供经验,对焊接加固方式对焊接残余变形发展的影响有更加清晰的认识,为负载下焊接加固钢梁的试验方法和设计方法提供试验依据和建议。
面向水面光伏电站的UPVC-FRP复合浮体系统受力试验与模拟
杨晨, 韩娟, 方海, 刘伟庆, 吴启凡
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0550
摘要:
传统水面光伏电站常采用塑料浮体结构,但其强度低、耐久性差、易沉没,因此该文提出了一种面向水面漂浮式光伏电站的复合材料浮体系统。该复合材料浮体圆管采用在UPVC塑料圆管外侧缠包玻璃纤维增强树脂基复合材料(FRP)制成,对其制造安装流程进行了详细介绍,并对其组成材料的力学性能以及UPVC-FRP复合圆管的平压和弯曲性能进行了试验研究。综合考量其受力特性和经济性,优选出合理的复合浮体系统。进而,基于双向流固耦合数值模拟方法研究了该浮体系统因风、浪、流作用引起的水动力特性。结果表明,该复合圆管浮体方阵结构具备抵御风、浪、流作用的能力,结构安全可靠,为该浮体系统适用水域环境的选择提供参考。
含多裂纹损伤圆弧曲梁自由振动扰动的有限元网格自适应分析
王永亮, 王建辉, 张磊
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0708
摘要:
该文建立圆弧形曲梁裂纹的截面损伤缺陷比拟方案,实施微裂纹损伤诱发截面弱化,实现多裂纹深度、位置、数目的模拟。引入变截面Timoshenko梁的h型有限元网格自适应分析方法,求解含裂纹损伤圆弧曲梁自由振动问题,得到优化的网格和满足预设误差限的高精度自振频率和振型解答,研究多裂纹损伤对圆弧曲梁振型的扰动行为。数值算例表明该算法中网格非均匀加密可适应裂纹损伤引起的振型变化,应用于各类曲梁夹角和裂纹损伤分布工况下的自由振动研究,定量分析了多裂纹损伤深度、数目、分布对圆弧曲梁自振频率和振型的扰动影响,检验了该文算法的精确性和实用性。
基于Kresling折纸构型的空间结构可控失稳模式研究
喻莹, 徐新卓, 罗尧治
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0545
摘要:
基于Kresling折纸构型的空间结构受压时会发生多种失稳模式。为了实现破坏模式可控的智能结构,该文采用有限质点法对基于Kresling折纸构型的空间结构的失稳模式进行研究,提出通过调节该结构材料、预应力和结构布置的方法对结构刚度和失稳模式进行控制。文中首先建立了采用有限质点法进行索、杆、膜结构计算的基本流程,通过对Kresling双稳态失稳模式的分析验证了分析方法的有效性。然后,对Kresling索杆模型、索杆膜模型、嵌套模型的失稳模式进行了分析,研究了弹性模量、预应力水平和结构布置对结构失稳模式和结构应变能的影响。最后实现了双层Kresling模型的失稳模式控制,为设计破坏可控的智能结构提供了一种新的方法。
基于骨架提取的拓扑优化最小尺寸精确控制
闫晓磊, 陈佳文, 张树忠, 张勇, 黄晓东
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0108
摘要:
受到可制造性的约束,拓扑优化技术目前多用于结构的概念设计,因此,研究直接面向加工制造的拓扑优化方法很有必要。该文基于启发式BESO(Bi-directional Evolutionary Structural Optimization)算法,提出了一种高效的可精确控制结构最小尺寸的拓扑优化方法。通过灵敏度插值,细化边界单元,改进BESO算法,解决边界不光滑问题;采用拓扑细化方法,提取拓扑结构的骨架构型;以此为基础,判定结构中不满足最小尺寸约束的部位,基于改进的BESO算法,实现拓扑优化结构的最小尺寸精确控制;此外,在优化过程中,通过松弛施加最小尺寸约束的方法,有效避免优化早熟问题。数值算例表明了该拓扑优化方法的有效性。
深度神经网络在EMD虚假分量识别中的应用
何定桥, 王鹏军, 杨军
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S036
摘要:
无线智能传感器结合云平台可以实现建筑结构的长期健康监测,模态识别是结构健康监测的重要内容。希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform, HHT)因其适用于非线性非平稳信号,且具有完全自适应性等特点,在模态识别领域中被广泛应用。与实验室中进行结构模态参数识别不同的是,长期监测中模态参数识别的算法不能出现主观的参数选择过程,而传统HHT的第一步经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)会产生虚假的固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)分量,对虚假分量的识别与剔除往往依赖研究人员的主观判断。本文提出了一种基于深度神经网络(Deep Neural Networks, DNN)与K-L(Kullback-Leibler Divergence)散度的新算法,可以自动化识别并剔除EMD产生的虚假分量,从而使得EMD后得到的固有模态函数均为真实分量。
地震作用下起重机对高桩码头的动力响应影响
张安琪, 苏雷, 凌贤长, 唐亮, 解立波, 周林禄
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0515
摘要:
目前,针对高桩码头响应的研究大多数未考虑上部起重机结构,或将起重机结构简化为集中质量,针对起重机-码头结构相互作用缺乏精细化模拟。基于开源有限元数值计算平台OpenSees,建立起重机-码头三维有限元模型。结合起重机固有振动特性,对有/无起重机的高桩码头动力响应进行对比分析,研究了地震作用下起重机对码头结构响应的影响。研究结果表明:1) 起重机模态分析显示起重机的动力行为主要表现为腿部与门架结构以及前后大梁的摆动;2) 起重机的存在改变了下部码头结构的内力分布和内力最大值出现的位置,这将改变码头结构的破坏模式;3) 起重机对桩剪力和弯矩最大值的影响与地震时刻相关。研究成果对起重机-码头结构相互作用体系地震反应与抗震技术研究具有重要理论意义与应用价值,可为类似体系数值模拟提供借鉴与参考。
解析型几何非线性圆拱单元
丁敏, 石家华, 王斌泰, 王宏志, 邓婷, 罗双, 蒋秀根
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0504
摘要:
为研究圆拱结构几何非线性内力和位移计算以及平面内稳定分析问题,基于圆拱几何非线性静力分析模型,构造了解析位移形函数,进而利用能量法和势能变分原理,构造了解析型几何非线性圆拱单元,给出了单元列式;同时将本文模型通过理论退化,得到了不考虑轴向变形的无压缩圆拱模型,进一步得到了解析型无压缩几何非线性圆拱单元,并将此单元应用于圆拱的平面内稳定分析。研究结果表明:采用本单元模型进行平面内分岔失稳分析得到的失稳临界荷载系数与经典Timoshenko模型、Dinnik模型及静力法模型计算结果一致,相对误差为0%;平面内分岔失稳的临界荷载与平面内极值点失稳的临界荷载一致。本文单元具有解析型、高精确性以及良好的适用性,可用于任意工况下圆拱结构几何非线性位移、内力和平面内稳定分析。
一种新型分缝耗能砌体填充墙的抗震性能试验与有限元分析
卢啸, 查淑敏
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0776
摘要:
震害显示填充墙的破坏不仅会造成严重的经济损失,还会影响建筑的使用功能,阻碍震后的救援工作,因此,增强填充墙的抗震性能对提升建筑结构整体的抗震韧性有重要意义。提出了一种分缝耗能的低损伤砌体填充墙,通过在墙内合理设置竖缝和连接件,来减轻墙体在地震作用下的损伤;开展了足尺分缝耗能填充墙的低周往复加载试验,对其损伤演化机理和滞回特性进行了研究;并建立了分缝耗能填充墙的精细有限元模型,对其滞回性能进行模拟。研究结果表明:该文提出的分缝耗能砌体填充墙有效可行,相比于普通砌体填充墙,变形能力提升了约1.6倍,在相同位移下的损伤程度明显减轻,层间位移角1/200时,分缝耗能填充墙仍处于轻微损伤状态,层间位移角达到1/100时,分缝耗能填充墙处于中等损伤状态。
功能梯度压电压磁圆柱轴对称的静力学响应
谢军, 李星, 汪文帅
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0754
摘要:
针对无限长功能梯度压电压磁空心圆柱,研究轴对称空心圆柱电磁弹耦合静力学问题。在柱坐标系下,假定材料参数沿径向为幂函数分布,推导出在外激励作用下空心圆柱体中位移、应力、电势以及磁势等物理场的解析解。数值讨论中,针对BaTiO3-CoFeO4复合材料空心柱体,在不同边界条件下得到了不同梯度参数及不同厚度下空心圆柱应力、电势和磁势的分布规律。结果表明,对于功能梯度压电压磁空心圆柱,材料的失效主要是由于环向应力引起的,且圆柱厚度对环向应力有着显著影响。此外,梯度参数强烈影响功能梯度压电压磁传感器/制动器的电/磁输出和力学性能。结果对压电压磁圆柱型传感器/制动器的设计和分析具有一定的指导作用。
不同耗能特征的黏弹性阻尼器性能对比试验研究
周颖, 刘晓芳, 汪盟
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S030
摘要:
本文通过不同应变幅值、不同加载频率以及疲劳荷载下的低周往复试验,对A、B两种具有不同耗能特征的黏弹性阻尼器的基本力学性能进行了研究,并对其储能剪切模量、耗能剪切模量、损耗因子等力学性能进行比较分析。试验结果表明:在相同变形幅值下,A、B两种黏弹性阻尼器的损耗因子和等效阻尼比的值比较接近,其中A种黏弹性阻尼器的单位体积材料的耗能量较大,提供的刚度也更大,但是加载过程中材料内部的升温效应比较明显,疲劳荷载下的各力学性能指标的衰减量也较大;B种黏弹性阻尼器的单位体积材料的耗能量和刚度较小,但是其力学性能受材料内部升温效应以及累积疲劳损伤的影响较小,疲劳荷载下各力学性能指标的衰减量较小。因此在实际工程应用中,A种黏弹性阻尼器适合应用于有较高的刚度需求和耗能需求的结构,而B种黏弹性阻尼器适用于对力学性能稳定性以及抗震疲劳性能要求较高的结构。另外,采用Bouc-Wen模型得到的模拟结果与试验数据吻合良好。
考虑周边建筑影响的大跨煤棚风荷载体型系数研究
郑怡彤, 吴倩云, 贾娅娅, 刘小兵
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S014
摘要:
为了研究周边建筑对大跨煤棚风荷载体型系数的影响,以某发电厂大跨度煤棚工程项目为背景,采用计算流体力学(CFD)的方法,模拟了4个典型来流风向下结构表面的风荷载体型系数云图。研究了有干扰和无干扰、多干扰和少干扰条件对煤棚风荷载体型系数的影响。结果表明:最大正体型系数出现在结构表面的迎风面,周边干扰使最大正体型系数减小,在一定风向下出现分块现象;最大负体型系数出现在结构顶部或上表面迎风侧的前缘,周边干扰对最大负体型系数的削弱作用较小。
摩擦曲面隔震结构动力学模型及地震响应分析
何文福, 侯雨晴, 潘宁, 刘文燕, 方贝舒
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0551
摘要:
针对强震下摩擦滑移隔震系统位移较大且震后存在较大残余变形的现象,提出了一种摩擦曲面隔震结构体系,在地震作用和结构重力作用下上部结构绕隔震层曲率中心做往复滑移运动。建立了摩擦曲面结构的简化单质点双支座力学模型,基于模型的运动方程得到了支座轴力的表达式及其参数相关关系。完成了钢筋混凝土框架剪力墙结构模型的地震模拟振动台试验,实验结果表明摩擦曲面隔震结构相比于平面摩擦滑移结构,上部结构加速度略有增大,但在控制隔震层位移及支座应力方面具有更优的效果。进行了振动台试验的数值模拟,通过试验结果对比验证了正确性,并通过数值模拟分析了曲率半径和隔震层摩擦系数对结构响应的影响。
消除负摩阻力扩体挤密桩的研制及力学特性分析
董建华, 裴美娟
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0042
摘要:
针对湿陷性黄土地区等不良土质地区的桩基负摩阻力问题,提出一种既可以消除负摩阻力,又能提高承载力的扩体挤密新型桩,对其结构构成和工作机理进行详细阐述。根据扩体挤密桩的结构特性,建立扩体装置扩张的菱形孔扩张模型,采用复变函数方法,求解了扩体装置扩张的弹塑性解及极限扩张角,推导出该新型桩的单桩极限承载力计算公式。结合算例采用有限元法和提出的理论计算方法对该新型桩的挤土效应和承载特性进行了分析。结果表明:(1)扩体装置对土体应力的影响范围约为扩体装置扩开宽度的2~3倍;扩体装置扩张形成的塑性区范围大小在竖直方向上和水平方向上基本相等;(2)各扩体装置承力时具有一定的顺序效应和时间效应,扩体装置的承力能力与周围土体的性质有关;(3)数值模拟结果与理论计算结果基本一致,验证了理论分析方法的正确性;(4)与普通直桩及套管桩相比,扩体挤密桩消除负摩阻力效果良好,提高承载力作用显著,受力机制科学合理,为湿陷性黄土地区桩基工程的设计提供一定的理论依据和参考。
大跨度煤棚内混合对流传热特性的数值模拟研究
王文玥, 陈琳琳, 崔会敏, 刘庆宽
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S013
摘要:
大跨煤棚内机器作业以及煤炭自身的氧化放热都会导致室内空气质量下降,威胁作业人员身体健康,因此,合理改善煤棚入口风速,以加快煤棚内对流散热显得异常重要。本文针对放置双列煤堆 (双热源) 的大跨煤棚空间,采用二维数值模拟方法,研究煤棚内部对流传热特点。通过改变入口风速设置四种工况,研究了煤棚内流动传热的瞬态演化过程,给出初始阶段、演化阶段、充分发展阶段煤棚内流线图和温度云图,定量刻画了煤棚中心线上温度的空间分布和各类监测点上温度的瞬态演化。总结了煤棚内混合对称传热情况,为优化煤棚内通风方案、改善人员工作环境提供参考。
基于模型修正的螺栓连接板结构动力学建模方法
郭宁, 黄庆, 曹善成, 徐超
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0503
摘要:
螺栓连接板结构是飞行器结构中应用最为广泛的可拆卸固定结合部之一。该文针对螺栓连接板结构的动力学建模展开研究:基于薄层单元理论建立螺栓连接板结构的动力学等效模型;采用固有频率误差和模态置信准则残差的加权和作为修正薄层单元材料本构参数的目标函数,并利用水循环算法对待修正参数进行全局修正;以一个双边固支五螺栓搭接板结构的动力学建模为例,来验证该文提出方法的可行性和鲁棒性。结果表明,采用该文提出的方法建立的螺栓连接结构的动力学预示模型能够准确地表征其动态特性,并且具有良好的抗噪性。
基于多柔体动力学理论的接触网找形方法
邱江洋, 梅桂明, 王江文, 罗群
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0474
摘要:
基于绝对节点坐标法描述的多柔体动力学理论,提出了一种接触网找形方法。考虑到接触网大变形的非线性问题,采用基于绝对节点坐标法(ANCF)描述的变长度索单元对接触网进行离散,通过多柔体动力学理论对变长度索单元的动力学方程进行推导;根据静力平衡条件对动力学模型进行退化处理,推导了张紧索单元的找形方程。同时考虑接触线的预驰度问题,根据推导的找形方程分别分离出接触线模型和定位器模型进行静态求解;对吊弦力进行更新用于承力索和吊弦模型的静态计算,得到接触网的静态构型。通过3个算例验证了该文提出的找形方法能够准确计算接触网的稳态构型,并作为动力学模型的初始条件进行验证计算。所得结果最大的相对误差不超过2%,符合工程应用的要求,能够指导接触网的设计和施工。
钢-木组合柱轴心受压性能试验研究
刘朋, 钱哲, 王浩然, 王元清
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S028
摘要:
提出了一种钢木组合柱形式,该组合柱是将木方外包在十字钢骨周围,钢、木之间通过螺栓连接或焊接翼缘结合;进行了12个组合柱轴心受压试验,研究了钢木组合柱的工作机理与破坏模式,讨论了钢材厚度、长细比、螺栓间距等对轴压承载力的影响。试验结果表明:组合柱中钢骨为主要承受轴向压力,外围木方能够对钢材提供一定的屈曲约束;钢材厚度影响承载力主要因素;构件长细比大于5.5,外围木约束效果明显;螺栓间距对承载力的影响较小。通过有限元模拟与试验数据对比分析,吻合良好,该研究可为后续钢木组合结构研究提供参考。
严重事故下核电厂安全壳结构概率性能评价
金松, 李鑫波, 贡金鑫
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0437
摘要:
核安全壳结构在严重事故下概率安全性能是核电厂结构概率安全评价中关注的重点。该文基于安全壳三维精细化有限元模型,评估了安全壳结构在严重事故工况下的概率安全性能。为了实现非线性有限元分析自动化运行,开发了Python和Matlab脚本。为量化评估统计不确定性对易损性参数的影响,分别采用统计推断法和bootstrap方法对安全壳结构易损性参数的置信区间进行估计。此外,利用 bootstrap法量化分析了安全壳结构的可靠度和总失效概率的统计特性。采用中值法和置信法评估了安全壳结构的安全裕度。研究表明:统计推断法和bootstrap法对易损性参数\begin{document}${p_{\rm{m}}}$\end{document}的置信区间估计几乎相同,对于易损性参数\begin{document}${\beta _{\rm{S}}}$\end{document},两种方法估计的置信区间差别较大,统计推断法往往会高估易损性参数\begin{document}${\beta _{\rm{S}}}$\end{document}的置信区间。内压易损性参数的统计不确定性对可靠指标和总失效概率的影响不大,并且易损性函数参数的统计不确定性对总失效概率的影响大于对可靠指标的影响。中值法计算的安全裕度与置信水平为95%的置信安全裕度相差不大。总体来看,该文研究的安全壳可以满足严重事故下概率性能目标要求,同时也能满足安全裕度不小于2.5的要求。
中式高耸古木塔风压分布与体型系数风洞试验研究
李雨航, 邓扬, 李爱群, 许涛
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0623
摘要:
中式高耸古木塔是世界建筑文化遗产的重要组成部分之一,是我国的建筑瑰宝。风灾是最为常见的自然灾害之一,因此,风作用下古木塔的结构安全是建筑遗产保护领域关注的重要问题。本文基于应县木塔的1: 50刚性模型开展风洞试验,研究了门窗封闭状态下,墙面与各层屋檐区域的风压分布规律,并计算了木塔各区域体型系数。在试验基础上,计算了风荷载层间力与倾覆弯矩,并与实测结果进行了对比。结果表明,木塔迎风面中上部风压系数最大,而背风面风压系数为负,与现代建筑表面风压分布相似,但木塔表面形状特殊,屋顶及斜侧面等位置的风压分布具有独特性。对比分析结果表明,根据风洞试验结果计算的风荷载与现场实测结果趋势一致,基底剪力与弯矩误差小于14%。本文通过风洞试验获得了复杂中式高耸古木塔的风压分布规律,可为高耸古木建筑的保护提供技术基础,也为类似仿古建筑抗风设计提供参考。
双相型不锈钢S22053循环本构关系研究
骆晶, 施刚, 毛灵涛, 郑云
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0659
摘要:
为研究国产双相型不锈钢S22053在循环荷载下材料的力学性能和本构关系,本文采用S22053热轧钢板加工成母材试件,进行单调和循环加载试验,得到14种加载制度下的应力-应变曲线。基于单调加载试验曲线,分析了单调荷载下的材料性能;利用等应变幅加载试验曲线拟合了Chaboche混合强化参数,并用有限元软件Abaqus对试验进行模拟计算,对比、验证了拟合效果。结果表明:①双相型不锈钢S22053延性较好,没有明显的屈服平台和屈服点,比例极限较低;②循环骨架曲线可以采用Ramberg-Osgood模型进行拟合;③采用不同分量模型标定的3组混合强化参数均能较好的模拟材料的循环受力特征,其中三背应力分量模型(N2L1)拟合效果最好。研究结果可用于分析计算双相型不锈钢结构在地震作用下的受力性能。
锈损冷弯薄壁卷边槽钢短柱受压承载力试验研究
徐吉民, 幸坤涛, 高向宇, 徐善华, 郭小华, 聂彪
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0376
摘要:
为研究锈损对冷弯薄壁型钢短柱受压承载性能的影响,设计加工了6个轴压及6个绕强轴偏心受压短柱试件,首先通过拉伸试验,分析了材料力学性能与锈蚀程度间的关系,然后对试件进行承载力试验,分析其破坏模式、极限承载力及变形特征等特性,结果表明:锈损钢材的屈服、抗拉强度、弹性模量及伸长率均随锈蚀程度的增加呈线性下降趋势。锈损未使短柱试件的最终破坏模式发生变化,但随着偏心距的增大,试件由腹板局部屈曲变为以畸变屈曲为主的耦合破坏模式;在相同锈蚀率条件下,轴压试件的极限承载能力较偏压试件退化更明显。采用ABAQUS有限元软件对试件进行数值模拟,计算结果表明其能够较好的预测试件承载力及屈曲行为。
短边距混凝土平板支座的试验研究
许肖卓, 刘洪滔, 高晓玉, 崔瑶
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S007
摘要:
为探究短边距混凝土网架平板支座的受力机理和破坏模式,分别针对不同混凝土边距以及不同钢底板开孔形式共3个平板支座缩尺试件进行拟静力试验。对平板支座试件的破坏模式、滞回曲线、混凝土柱上层箍筋应变进行分析。试验结果表明:采用规范中对抗剪锚筋混凝土边距的建议长度,不能避免支座混凝土边缘破坏发生,但是混凝土柱上层箍筋对混凝土边缘的约束作用明显,并且采用开长孔钢底板并合理设计开孔长度,能有效推迟甚至避免发生混凝土边缘破坏。
高温后圆钢管再生混凝土界面黏结滑移性能及本构方程研究
贾恒瑞, 陈宗平, 陈俊睿
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0691
摘要:
为了揭示高温作用后钢管再生混凝土的界面黏结性能,以试件的最高经历温度(T)、再生粗骨料取代率(γ)为变化参数,设计并完成了20个高温后试件的静力推出试验。通过试验观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了试件加载端和自由端的荷载滑移曲线,分析了各变化参数对界面黏结性能及黏结损伤演变过程的影响规律,并提出了高温后钢管再生混凝土的界面黏结强度计算方法及黏结滑移本构方程。结果表明:荷载-滑移曲线的形态可以分为T≤400 ℃和T=600 ℃两类,加载端和自由端的曲线形态相似但加载端的初始滑移发生得相对较早;界面黏结性能整体上与钢管普通混凝土相差不大(各取代率下性能差值的均值在11%以内);界面黏结强度随经历温度和再生粗骨料取代率的升高呈现先减小后增大的变化趋势;随着经历温度的升高,界面黏结抗剪刚度先减小后增大再减小,界面黏结耗能能力则逐渐增大;随着再生粗骨料取代率的升高,界面黏结抗剪刚度和耗能能力均呈现先增大后减小再增大的变化趋势;界面黏结损伤发生的早晚随经历温度的升高呈现先提早而后变晚的变化规律,而再生粗骨料取代率对其影响不大;界面黏结损伤发展速度随经历温度和再生粗骨料取代率的升高呈现先增大后减小的变化趋势。
基于简化四阶矩法的各种截面钢管混凝土轴压承载力可靠度分析
熊姝宁, 丁发兴, 向平
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0665
摘要:
该文采用新点估计法和简化四阶矩法对丁发兴提出的钢管混凝土轴压承载力公式进行可靠度分析,该公式考虑了不同截面钢管形状约束系数,且探讨了不同截面形状、混凝土等级、钢材强度等级、两种荷载组合以及不同荷载比对可靠指标的影响。分析结果表明,不同截面形状的钢管混凝土轴压承载力公式的可靠指标均高于3.7,满足目标可靠指标3.2的要求;当办公室活恒载比为1.0时,混凝土强度越高时,可靠指标越大。
近断层地震动脉冲特性研究综述
陈笑宇, 王东升, 付建宇, 国巍
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0582
摘要:
近20年来近断层地震动的脉冲效应获得了广泛关注,其与震源过程和结构地震破坏关系密切。本文首先对近断层地震动中速度脉冲的成因进行简要概括,而后对近断层强震记录处理、脉冲识别与特性参数获取方法进行了系统回顾,最后对现有研究中获得的脉冲个数、脉冲周期和脉冲幅值与地震参数间的统计关系进行比较。认为强震记录处理的传统分段校正方法无法在频域最大可能复原有效地震动信息,还存在脉冲识别与提取方法主要基于向前方向性效应引发、相关脉冲参数统计分析中对地质构造和断层类型考虑不足等问题。建议后续研究中多关注基于时频分析的基线校正方法,深入研究滑冲效应引起的脉冲、竖向地震动中的脉冲特性以及地质构造和断层破裂过程等因素对脉冲特性参数的影响。
T型内芯防屈曲支撑的拟静力滞回性能试验研究
曾聪, 张翼飞, 许国山, 王涛, 潘天林, 王德弘
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0635
摘要:
提出了一种内芯与约束构件均为型钢的全钢装配式防屈曲支撑,该支撑具有全装配、内芯可更换、工艺简单、造价低廉和可用于既有构件加固等优点。钢内芯由2个角钢与加劲板组成T型截面,外约束构件由角钢和盖板通过螺栓连接形成。对6个该支撑试件进行拟静力试验,讨论其滞回性能、抗震性能及破坏机理,并分析内芯上设置填板、内芯与约束构件的间隙、内芯双角钢之间的间距以及限位方式对滞回性能的影响。结果表明,该支撑的实际性能与设计性能基本一致,具有稳定的滞回性能;在支撑中间设置填板对支撑的滞回性能基本没有影响;内芯与约束构件的间隙及内芯双角钢之间的间距过大会降低支撑的滞回性能;采用中部限位方式的支撑滞回性能优于端部限位方式。对试件的抗震性能分析表明,该支撑具有较好的延性和累积塑形变形能力,可作为阻尼器应用于结构中。通过分析破坏模式发现,加劲板末端的焊缝应力集中会造成支撑的断裂位置由屈服段转移至止焊处;设置中部限位卡可以减小摩擦力的不利影响。
布置压杆的弧形钢闸门静动力特性分析
张中昊, 兰佳欣, 汪可欣
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S025
摘要:
采用通用有限元软件ANSYS建立了布置压杆的弧形钢闸门有限元模型,对压杆布置闸门模型和传统闸门模型进行了静动力特性对比研究,验证了压杆布置的有效性。根据闸门运行特点,于支臂分叉点和纵梁下翼缘处均匀布置压杆,通过有限元模型分析了压杆布置对弧形闸门的静动力特性的影响,对两种型式下的闸门分别进行了静力分析、模态分析和谐响应分析。结果表明:所提出的压杆布置闸门在静水荷载作用下的应力和位移有大幅度降低,在用钢量增加极小的情况下闸门整体极限承载能力得到大幅度提升;闸门在无水关闭情况下的自振频率随着压杆的布置而增大;压杆布置闸门的幅值响应频率增大,各关键节点响应幅值降低,达到了提升结构整体稳定和抗振性能的目的。
下击暴流作用下高速列车运行安全性能评估
李波, 陈文龙, 杨庆山, 田玉基, 李若琦
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0640
摘要:
建立了一套利用物理模拟器的下击暴流作用下高速列车运行安全性评估方法。结果表明:受下击暴流风速场与气压场的共同影响,列车距下击暴流中心不同相对位置,所受气动力作用机制明显不同;下击暴流作用下,侧力对轮轨横向力贡献最大,侧滚力矩对轮轨垂向力贡献最大;轮对横向力、脱轨系数、轮重减载率等列车安全运行评价指标随径向距离的增大先增大后减小,相对径向距离r/Djet=0.83时(Djet为喷口直径),为列车安全运行的最不利径向位置;列车安全运行指标随风速、车速的增大而增大,列车安全运行的下击暴流临界风速值随车速的增大而急剧减小。
高变形能力螺栓抗剪连接件抗剪承载力理论分析与验证
齐连训, 罗云标, 严加宝, 林旭川
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0678
摘要:
螺栓抗剪连接件是实现装配式钢-混凝土组合构件的可拆卸功能的基本元素之一。针对螺栓抗剪连接件变形能力不足的问题,提出了一种高变形能力的插块式螺栓抗剪连接件(plug-type bolted shear connector, PTBSC)。试验和有限元分析表明,PTBSC的剪切-滑移关系曲线存在明显的屈服点和极限点,曲线呈现出近似双线性特征。同时,曲线有较大的屈服后刚度(约为初始刚度的1/3~1/2),以及较大的屈服后承载力储备(极限承载力接近2倍的屈服承载力), 其屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的评价方法有待研究。针对PTBSC的屈服抗剪承载力,从PTBSC的受力机理出发,推导了其理论计算公式。为检验所提出PTBSC屈服抗剪承载力的计算公式准确性,将理论计算结果与有限元分析结果进行比较验证。对比发现,PTBSC屈服抗剪承载力的理论计算公式具有较高预测精度,误差在正负20%之内,离散系数不超过13%。对该文提出的屈服抗剪承载力计算公式做参数影响分析,考察其随不同参数的变化规律。增大螺栓直径和螺栓强度等级可显著提高PTBSC的屈服抗剪承载力;增大集中变形段长细比会减小屈服抗剪承载力,增大插块材料抗压强度可提高PTBSC屈服抗剪承载力,当强度大于100 MPa,屈服抗剪承载力基本保持不变。针对PTBSC的极限抗剪承载力,通过对有限元结果进行统计分析标定其经验系数。当PTBSC的螺栓极限抗剪承载力表示为0.7倍的极限抗拉承载力,此时误差在20%之内,可较好地预测PTBSC的极限抗剪承载力且具有一定安全储备。
装配式钢-混凝土组合管剪力墙轴压性能与承载力计算方法研究
庞瑞, 丁书苏, 王文杰, 刘宇豪, 徐科
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0603
摘要:
为研究装配式钢-混凝土组合管(SRCT)剪力墙的轴压性能,完成了7个SRCT剪力墙试件的轴压性能试验,分析了试件的破坏形态、承载能力、位移延性、初始刚度等轴压性能。结果表明:SRCT剪力墙具有良好的轴压承载能力、刚度和变形能力,表现出良好的轴压承载性能;SRCT剪力墙轴压承载能力和初始刚度与距厚比成反比,延性与距厚比成正比;拉结筋布置形式对SRCT剪力墙的轴压承载力有一定影响,对初始刚度影响较小,拉结筋梅花形布置的SRCT剪力墙轴压承载力更高;侧面锚栓布置形式对SRCT剪力墙承载力有较大影响,随着侧面锚栓的加强,SRCT剪力墙承载能力增大;提出了考虑钢板局部屈曲和钢管对内膛混凝土约束作用的SRCT剪力墙轴压承载力和初始刚度计算方法,计算结果与试验值吻合良好。
土-结构相互作用对储液结构动力反应的影响研究
宝鑫, 刘晶波, 李述涛, 王菲
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S022
摘要:
该文建立了考虑土-结构动力相互作用和流固耦合效应的储液结构-土体近场有限元模型,利用人工边界技术模拟半无限地基的波动辐射效应,采用人工边界子结构法实现地震波在近场模型中的输入,在此基础上,研究了土-结构动力相互作用对储液结构地震反应的影响。研究结果表明,考虑土-结构相互作用时,储液结构-液体耦联自振频率整体向低频方向移动,且与不考虑土-结构相互作用的模型相比,出现了额外的有土体参与的自振模态。受地震波频谱成分和储液结构自振频率变化的影响,在不同输入地震波和储液量下,土-结构相互作用对结构地震反应峰值呈现不同的影响规律。对于峰值地震反应过后的后续波动,当考虑土-结构相互作用时,由于下部土体与结构相互作用产生的散射波不断向外部辐射扩散,并最终被人工边界吸收,导致储液结构及其内部水体的振动幅值快速衰减。
埋深对地下结构振动台模型试验结果的影响
江志伟, 刘晶波
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S038
摘要:
振动台试验为开展地下结构抗震研究工作常用的试验方法,但已开展试验的结果差异较大,有时地下结构模型在极罕遇地震作用后仍然基本完好,这对获取期望的损伤破坏试验结果带来问题。产生这种现象的因素有很多,其中模型结构埋深即为关键影响参数之一。该文结合自由场大型振动台试验和整体式反应位移法分析埋深对地下结构振动台试验结果的影响,首先通过自由场振动台试验获取分析自由场土体在大型振动台试验中沿埋深方向的位移、剪应力、剪应变和加速度分布,并基于此,结合整体式反应位移法开展不同埋深模型结构的有限元数值模拟。结果表明:埋深不同本质上改变了模型结构所受土体变形、剪力和惯性力大小,但这些改变与结构埋深的相似比无直接关系,仅与土体本身特性和外荷载等信息有关。因此在开展试验设计时,应结合场地的地震响应来确定模型结构的埋深。在振动台试验中,土体的变形对模型结构的地震响应起决定性作用,此部分作用约占总响应的70%~80%,将结构埋置于场地最大相对变形区域可获取模型结构最不利的地震响应。
基于扩展型共轭无迹变换的随机不确定性传播分析方法
王涛, 李正良, 范文亮
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0569
摘要:
响应的统计矩是描述随机结构系统响应的主要方式之一,相对于响应的概率密度函数,结构响应的统计矩能够较容易获取,因而颇受研究人员的关注,而其中结构响应统计矩的高效计算方法一直是研究的热点。本文以可兼顾精度与效率的共轭无迹变换方法为基础,首先通过引入正态-非正态变换,发展了可适用于涉及任意随机变量分布类型统计矩估计的第Ⅰ类扩展型共轭无迹变换方法;进而,将第Ⅰ类扩展型共轭无迹变换方法与高维分解模型相结合,发展了可适用于任意维度随机系统统计矩估计的第Ⅱ类扩展型共轭无迹变换方法;最后,通过3个数值算例对建议方法进行了验证。算例分析结果表明:1) 建议的两类方法均可以在拓展共轭无迹变换方法适用范围的基础上兼顾计算精度和效率;2) 对于低维和高维问题,分别建议采用第Ⅰ类和第Ⅱ类扩展型共轭无迹变换方法进行响应统计矩估计。
循环荷载下混凝土疲劳损伤累积分析的颗粒流黏结退化模型
张培, 任青文
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S018
摘要:
采用颗粒流程序对混凝土循环加载试验进行离散元模拟,模拟结果显示:(1) 局部摩擦耗能的分布反映出损伤发生的薄弱区域;(2) 累积摩擦耗能与循环加载次数呈线性关系;(3) 摩擦耗能的累积速率对循环荷载大小敏感。基于摩擦耗能与疲劳损伤之间的相关性,提出了基于摩擦耗能的黏结退化模型,分析了模型参数与疲劳寿命之间的关系。对疲劳试验的模拟结果表明:该文提出的模型能够模拟出循环荷载下混凝土的疲劳寿命,以及变形演变、刚度退化、裂纹发展等疲劳损伤累积行为,可用于分析复杂荷载工况下的疲劳损伤累积规律。
边坡坡度对路堤周围积雪分布影响规律的数值模拟研究
何书勇, 冯耀恒, 周一航, 王熙, 李海飞, 刘庆宽
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S031
摘要:
道路风吹雪灾害是雪灾害地区重要的灾害类型,对交通出行等造成很大威胁。该文以二维路堤为研究对象,通过Fluent软件对不同边坡坡度下的路堤进行流场模拟,得到了不同边坡坡度下路堤周围的风速和壁面剪切速度,进而从雪颗粒运动机理上分析边坡坡度对路堤周围积雪分布的影响。结果表明:路堤周围的流场与路堤表面的剪切速度有很好的对应关系;较缓的迎风边坡可减少路堤周围的积雪,在风吹雪灾害频发的地区进行道路建设时建议选取小边坡坡度的路堤;研究结果可为路堤的工程建设提供参考。
基于模态参数及BAS-PSO优化算法的软基水闸有限元模型参数修正方法
李火坤, 王刚, 余杰, 魏博文, 黄伟, 黄锦林
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0638
摘要:
正确合理的有限元模型对于软基水闸结构健康监测及性能评估至关重要,但水闸有限元模型参数的不确定性使得建立的水闸有限元模型难以准确地反映水闸结构真实的动力学特性,该文结合模态参数和基于天牛须搜索算法的粒子群(BAS-PSO)优化算法,提出了一种软基水闸有限元模型参数修正方法。首先,选择对水闸模态参数影响较大的弹模和密度作为待修正参数,建立反映软基水闸待修正参数和模态参数之间非线性关系的基于遗传算法的支持向量回归(GA-SVR)代理模型;其次,提出基于GA-SVR代理模型计算模态参数与水闸振动模态参数之间相对偏差最小的目标函数,构建软基水闸有限元模型参数修正的最优化数学模型;最后,提出一种BAS-PSO优化算法来求解最优化数学模型,克服了局部最优和收敛速度慢的问题。通过软基水闸物理模型实例表明,修正的有限元模型计算的模态参数与水闸识别模态参数在数值上比较吻合,该文方法合理可靠且具有良好的可行性,可为软基水闸有限元模型参数修正提供一条新思路。
考虑场地效应的建筑群动力可靠度PDEM评估
项梦洁, 陈隽
, doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0549
摘要:
城市建筑群的动力可靠度评估对于区域防灾减灾具有重要意义。场地效应会导致地震动的空间变异性和土-结构相互作用效应,进而显著影响区域建筑群的非线性地震响应,而确定性区域震害模拟方法仍不足以准确反映随机建筑群动力系统的整体性态。该研究引入实测地震动场和土-结构相互作用效应,发展了建筑群系统非线性地震响应时域求解方法,并遵循概率守恒假定,建立基于概率密度演化方法(PDEM)的建筑群系统动力可靠度评估框架。以某高层框架结构建筑群为例,进行了场地效应下确定性建筑群非线性地震响应分析,进而完成了随机建筑群动力可靠度评估,并评估了场地效应对建筑群系统动力可靠度影响,得到了有益结论。