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2008年  第25卷  第4期

基本方法
双轴对称固支圆弧拱弯扭屈曲荷载的理论解
杨永华, 陈以一
2008, 25(4): 0-004,.
摘要:
在给出的考虑几何非线性情况下的弹性曲梁总势能的基础上,采用里兹法导出了固支圆弧拱在均匀受压和均匀受弯作用下的弯扭屈曲荷载的理论解,推导中考虑了翘曲刚度的影响。固支圆弧拱在径向均布荷载作用下,屈曲荷载随着拱圆心角的增大而逐渐减小,和简支拱不同,当圆心角为180°时,屈曲荷载并不为零。在正弯矩或负弯矩作用下,固支圆弧拱的屈曲荷载都随着拱圆心角的增大而逐渐增大。该文给出了计算实例,并与其他研究者的结果进行了比较,证明了所得公式的正确性。
基于最小变形能原理的加固效果评价理论
任青文, 杜小凯
2008, 25(4): 0-009.
摘要:
对岩土体采取工程加固措施,来提高结构与地基系统的安全度是一种通常的做法。常用的加固措施有灌浆、混凝土置换、锚杆等。但由于缺乏科学衡量加固效果的物理指标,难以对不同加固方案进行技术上的比较。该文提出基于最小变形能原理的岩土体加固效果评价理论,指出加固效果最好的岩土体加固方案,其变形能最小。研究了变形能与加固岩土体弹性模量、抗剪强度、加固范围等因素之间的关系,表明加固参数在一定范围内,加固效果的增长十分明显,超过这个范围,效果增长的速度趋于平缓。研究还给出结构-地基系统破坏过程中系统变形能的变化规律,当系统趋于破坏前的临界状态时,系统的变形能趋于无穷大。该理论有利于确定最优的加固方案和支护参数,确保系统的加固更有效。
损伤定位向量法原理及应用
纪晓东, 钱稼茹
2008, 25(4): 0-020.
摘要:
该文中证明了损伤定位向量存在的条件,推导了梁、柱和支撑单元的特征应力计算公式,改进了损伤后振型质量归一化系数的简化求解。完成了一个空间钢支撑框架模型损伤定位的数值模拟分析,模拟了包括支撑损伤和连接损伤的7种损伤模式。分别采用力锤激励和环境激励两种激励方式;使用自然激励技术和特征系统实现算法进行模态参数识别,得到了模态频率和振型;使用损伤定位向量法判定损伤单元,并对两种损伤模式进行了误差分析。结果表明:当损伤达到一定程度时,损伤定位向量法能有效判定损伤单元。
薄壁曲线箱梁考虑材料弹塑性的剪力滞效应
陈玉骥, 罗旗帜, 刘光栋
2008, 25(4): 0-025,.
摘要:
依据势能变分原理,推导了薄壁曲线箱梁考虑翼缘应力剪力滞效应和材料非线性的刚度矩阵。采用样条有限点法和截面内力塑性系数法对薄壁曲线箱梁的弹塑性问题进行了求解。研究表明:弯曲剪力滞效应系数的非线性特征较挠度和扭转角的要明显;在荷载达到一定程度时,随荷载的增加,箱梁截面上的翼缘应力的分布逐渐均匀。该文的方法简单、实用,并可推广于变截面、变曲率薄壁曲线箱梁的计算。
耦合地震作用下的MRD与LRB混合控制结构动力分析
张延年, 李宏男
2008, 25(4): 0-031.
摘要:
为改善铅芯橡胶支座(LRB)隔震结构的减震效果和适用范围,研究双向耦合地震作用对减震效果的影响。提出3种磁流变阻尼器(MRD)与LRB隔震混合方案,建立其双向耦合地震作用下的动力分析模型并推导出振动控制方程。对7层MRD与LRB隔震混合控制结构进行地震反应分析,3种混合方案在3种工况荷载作用下的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比LRB隔震结构有不同程度的降低。当考虑竖向地震作用时,随着竖向地震作用的加大,结构的地震反应有小幅度的增加,但各种结构方案都具有良好的减振效果。表明各混合方案在各种工况下的各项地震反应均得到了更好的控制,而混合方案3的减震效果更加明显。
静载荷作用下夹层圆板大幅度振动的时域特性分析
杜国君, 胡宇达, 张秀礼
2008, 25(4): 0-044,.
摘要:
基于均布载荷作用下夹层圆板大幅度振动的基本方程和四种边界条件,将动挠度设为时间和空间函数的分离形式,利用空间模态假设和变分法,得到用挠度函数表示的应力和转角的表达式,再利用伽辽金法推导出时间模态的控制方程。在此基础上,讨论了初挠度以及夹层板剪切参数对系统振动特性的影响。
考虑接触变形的梁受到球碰撞时弹塑性冲击荷载
剧锦三, 蒋秀根, 傅向荣
2008, 25(4): 0-038.
摘要:
使用有限元数值方法模拟了考虑接触变形时弹性、弹塑性梁分别受到弹性和弹塑性球横向撞击全过程,得到具有不同刚度球、不同刚度梁、不同质量比和不同撞击速度时梁受到的弹性和弹塑性冲击荷载。从中得到如下结论:对于弹性球撞击弹性梁:随着球-梁的相对刚度值的增大,冲击荷载峰值非线性增加,球和梁的接触时间减小。随着球速的增大,冲击荷载峰值随速度近似呈线性关系增长;接触时间降低,但不呈线性关系;冲击荷载最大值不一定出现在第一次接触的时段内。速度相同时,质量比越大,球和梁接触的时间越短;冲击荷载峰值越小。对于弹性和弹塑性球撞击弹塑性梁:梁的材料非线性性质对冲击荷载影响很大,弹塑性冲击荷载峰值比弹性荷载峰值低一个量级。冲击荷载的峰值和初速度成正比,但不是线性关系。质量比越大,冲击荷载峰值越小,且球和梁接触时间越短。
基于界面元法的改进压力集中型锚索作用分析
章 青, 陈爱玖, 李 珍, 卓家寿, 孙学毅
2008, 25(4): 0-049.
摘要:
传统压力集中型锚索在工作中承压板下面的水泥芯柱易被压坏,从而会导致锚索失稳,为此提出了改进的压力集中型锚索。针对这种新型预应力锚索,基于不连续介质力学的界面元法建立了精细模型。在模型中,模拟了水泥浆芯柱、外部岩土体和不同介质交界面等材料的特性,考虑了岩土体和水泥浆芯柱的弹塑性及开裂效应等非线性力学行为。通过典型问题的计算分析,得到了各种情况下预应力锚索各介质的应力值,较为全面地分析了这种新型预应力锚索的受力特征和加固效应,得到了一些有益的认识。研究结果表明:该文所建立的方法可以考虑预应力锚索中各种介质的不连续变形特征,能够较好反映预应力锚索体中各种介质之间的相互作用效应,是进行加锚岩体数值仿真和加锚作用机理研究的一种有效方法。
脆性材料复合型裂纹的断裂准则
蒋玉川, 徐双武, 陈 辉
2008, 25(4): 0-054.
摘要:
实际工程中,脆性材料中的裂纹多处于复合型受力状态,因此,确定脆性材料中的复合型裂纹起裂角和临界荷载有着重要的理论意义和实用价值。以复合型裂纹为研究对象,将裂纹尖端的最小无量纲塑性区尺度 和广义合成偏应力强度理论相结合,建立脆性材料复合型裂纹的断裂准则,预测裂纹起裂角及临界荷载,将其结果与最大周向应力准则和应变能密度因子准则相比较发现,基于该文方法得到的临界荷载曲线大于最大周向应力准则得到的临界荷载曲线,与应变能密度因子准则得到的临界荷载曲线比较接近。因而,表明了用该文的方法来预测脆性材料复合型裂纹起裂角和临界荷载是行之有效的。
弹性材料受杆形射弹冲击的实验研究
赵宝虎, 侯振德, 亢一澜, 富东慧
2008, 25(4): 0-064.
摘要:
采用实验方法,研究了长杆形钢射弹冲击钢、铝和尼龙6弹性材料时,射弹中应力随时间的变化规律。分析了冲击初速度、被冲击物材料特性对射弹中应力变化的影响。实验结果表明:弹性范围内,冲击初速度不改变射弹中应力变化规律,仅改变其幅值,应力波形中包含了被冲击物材料特性信息和几何信息。
受简谐激励载流导线的主共振
杨志安, 席晓燕
2008, 25(4): 0-058,.
摘要:
研究受简谐激励的两条长直电流间载流导线的主共振问题,应用动力学方法建立载流导线受外部激励和安培力的Duffing方程。根据非线性振动的多尺度解法,得到了系统满足主共振情况的近似解以及对应的定常解,并对其进行了数值计算。分析了电流、调谐值、张力、激励等对系统的影响。
冷弯薄壁卷边槽钢弹性畸变屈曲分析中的转动约束刚度
姚 谏, 滕锦光
2008, 25(4): 0-069.
摘要:
畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢的重要屈曲模式,腹板提供给翼缘板的转动约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一。该文对冷弯薄壁卷边槽钢弹性畸变屈曲分析中腹板提供给翼缘板的转动约束刚度取值进行了全面深入的研究。首先推导了腹板在8种不同应力情况与变形形状下的转动约束刚度理论计算公式;接着利用这些公式详细讨论了腹板变形形状的影响;最后提出了计算简便且精度较高的转动约束刚度统一近似公式。研究成果为解析法分析卷边槽钢的弹性畸变屈曲、进而提出畸变屈曲荷载的实用计算公式提供了依据和方便。
磁电弹性功能梯度板共线Griffith裂纹断裂行为
薛 雁, 聂 辉, 冯文杰
2008, 25(4): 0-074.
摘要:
该文考察了磁电弹性功能梯度板的反平面问题。该板具有多个垂直于边界的共线裂纹。裂纹表面采用磁电不穿透或可穿透假设。应用积分变换和位错密度函数将问题化为柯西奇异积分方程求解。导出和分析了场强度因子和能量释放率。数值结果表明了载荷组合参数、材料梯度指数及裂纹构形对裂尖断裂行为的影响。
可靠性灵敏度分析的自适应重要抽样法
张 峰, 吕震宙
2008, 25(4): 0-084.
摘要:
基于全局优化的模拟退火方法,提出了结构可靠性灵敏度分析的自适应重要抽样方法。所提方法由模拟退火来逐步寻找结构最可能失效点,通过逐步优化的最可能失效点来构建可靠性灵敏度分析所需的重要抽样函数。从重要抽样密度函数中抽取样本,来对结构可靠性灵敏度作无偏估计,推导了可靠性灵敏度估计量方差和变异系数的计算公式。与基于Monte-Carlo法的可靠性参数灵敏度分析相比,该方法具有更高的抽样效率,算例证明了所提方法的优越性。
基于均匀化方法的节理岩体等效弹性性能预测
任 强, 徐卫亚
2008, 25(4): 0-079,.
摘要:
假定节理岩体具有均质的宏观结构和非均质的周期性分布的细观结构,利用均匀化方法,根据材料周期性特点,通过摄动理论建立依赖于两尺度坐标变量而变化的渐进位移场,推导出反映节理岩体细观结构的控制方程,并结合有限元法,数值模拟得到其宏观等效弹性模量。将算例得到的等效弹性模量与Taylor方法、自洽方法及Hashin-Shtrikman结果进行对比分析,证实了均匀化算法的合理性。同时探讨了节理岩体的弹性性能与组份性能及细观结构的关系,并考察了节理岩体的岩质材料泊松比对宏观力学性能的影响。
承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验研究
李顺才, 缪协兴, 陈占清, 茅献彪
2008, 25(4): 0-092.
摘要:
地下工程中的破碎岩石在渗流过程中其结构发生两方面变化,一方面由于水压的作用引起孔隙结构发生变化,另一方面固体材料之间的接触应力造成棱角破损。因此,承压破碎岩石的渗流不同于自然堆放状态下的堆石渗流,其渗透特性随着位移或载荷的变化而产生显著变化。基于MTS815.02型岩石力学试验系统及破碎岩石渗透仪,利用稳态渗透法及轴向位移控制法测定了粒径分别为5mm―10mm、10mm―15mm、15mm―20mm、20mm―25mm以及混合粒径的破碎砂岩、煤矸石及灰岩在承压过程中非Darcy流的渗透特性,给出了岩样在不同轴向位移水平下的孔压梯度与渗流速度关系曲线,得到了渗透特性随孔隙率的变化规律,揭示了Darcy流偏离因子可能为负的现象。研究表明:1) 随着孔隙率的减少,渗透率呈现整体下降的趋势,而Darcy流偏离因子的绝对值呈现整体上升的趋势;2) 破碎岩石的渗透性不仅和外载水平及当前孔隙度有关,还与碎石的粒径、颗粒的排列方式以及初始孔隙结构(如初始孔隙通道)等有关;3) 三种破碎岩石渗透率的量级为10-16m2―10-12m2,Darcy流偏离因子的量级为1012kg/m4―1015kg/m4;4) 当颗粒的破碎细化现象严重时,Darcy流偏离因子出现负值的可能性较大。
索的动刚度与模态参数识别
任伟新, 胡卫华, 刘浩亮
2008, 25(4): 0-098.
摘要:
索的动刚度描述动态过程索的荷载与变形的关系,是索本身固有特性的描述。从考虑垂度影响的索的动刚度解析解出发,提出了适用索模态参数是不相应的简化解。试验得到了索的频响函数,采用最小二乘拟合的方法,应用推导的索动刚度简化解,识别出了索的各阶频率和阻尼比。
基于子结构和遗传神经网络的递推模型修正方法
何浩祥, 闫维明, 王 卓
2008, 25(4): 0-105.
摘要:
根据实际动力响应对结构有限元模型进行修正,是实现损伤识别和健康监测的必要前提。针对基于神经网络的模型修正方法的不足,选用均匀设计法构造样本从而有效减少所需样本数量,而且计算效率高。采用遗传算法优化神经网络权值,提高了运算速度。基于上述研究,提出了基于子结构和神经网络的递推模型修正方法。该方法将结构分解成多层次的子结构,选取适当的损伤因素逐步实现逐级的修正。应用该方法对一网壳结构进行了模型修正,修正中首先采用固有频率作为损伤因素,结果表明遗传算法明显地提高了神经网络的计算速度,最后的递推修正效果令人满意;其次提出了采用小波包频带能量作为损伤因素的修正方法,该方法同样准确有效,并且不再依赖传统的模态分析技术,更为实用便捷。
典型柔性铰链柔度性能的计算与分析
张志杰, 袁怡宝
2008, 25(4): 0-110.
摘要:
以结构力学中卡氏第二定理为理论基础,通过引入恰当的积分变量,建立了计算一般单边柔性铰链柔度性能的统一数学模型,并用推导的解析式计算了单边直圆、单边抛物线和单边正割曲线形柔性铰链的柔度性能,利用有限元方法对柔性铰链的柔度解析式进行校验,结果表明有限元与封闭形式近似解的相对误差小于9%,通过定义柔度比函数,分析了柔性铰链结构参数对其柔度性能的影响关系,并比较了这几种柔性铰链的柔度性能,为柔性铰链的工程设计提供了理论依据。
具有中间支承的正交异性矩形板自由振动分析
杨端生, 黄 炎, 李 磊
2008, 25(4): 0-114,.
摘要:
应用一般解析解来求解具有中间支承的正交异性矩形板的自由振动问题。一般解析解能求解任意边界条件矩形板的振动问题。求解过程是将整块板看成是沿中间支承分开的两块板。沿支承边两块板的挠度均等于零;斜度和弯矩均相等。由全部边界条件和连续性条件可以求解各阶频率和振型。对几种具有简支边、平夹边或自由边的板进行了计算。
集中力作用下深梁弯剪耦合变形应力计算方法
王正中, 朱军祚, 谌 磊, 郭佳陇, 谭东岳, 米文静
2008, 25(4): 0-120.
摘要:
深梁受力机理及影响因素之多决定了深梁计算的复杂性。由于存在纵向纤维挤压和截面的翘曲,深梁不能简单的应用材料力学细长梁的纯弯应力计算公式。虽然,深梁计算理论中已经有了各种各样的方法,包括级数解法及差分法、有限元法,但应用上,这些理论过于复杂。从弹性力学半平面体受集中荷载作用的计算理论出发,将深梁跨中及支座处的局部看作是一半平面体受集中力作用,并考虑到集中力产生的弯曲应力的影响,应用迭加原理推导出了深梁的应力计算公式,为工程设计提供简单正确且易于实现的计算方式。
土木工程学科
钢管混凝土哑铃形轴压长柱极限承载力研究
陈宝春, 盛 叶
2008, 25(4): 0-127,.
摘要:
共进行了10根不同长细比的钢管混凝土哑铃形轴压长柱(5根强轴向破坏,5根弱轴向破坏)的试验研究。对于沿强轴方向失稳破坏的试件,通过在弱轴方向焊接波形钢板以加大其抗弯刚度来实现,试验结果表明这一方法是可行的。与单圆管轴压长柱相似,哑铃形轴压长柱试件的极限承载力和弹塑性阶段切向刚度均随着试件长细比的增加而减小。但相同长细比情况下,与单圆管长柱弹性失稳破坏不同,哑铃形长柱属弹塑性失稳破坏。提出了哑铃形轴压长柱的非线性有限元计算方法,并进行了长细比对极限承载力影响的参数分析。研究结果表明:哑铃形轴压长柱的稳定系数与单圆管的不同,但沿强轴、弱轴向失稳的极限承载力随长细比变化而变化的规律基本一致,提出了将二者统一的稳定系数简化计算公式。
地震时桥梁碰撞分析的等效Kelvin撞击模型
李忠献, 岳福青, 周 莉
2008, 25(4): 0-133.
摘要:
建立地震时桥梁碰撞分析的Kelvin撞击模型的参数确定方法。基于Hertz接触理论,考虑波动效应,按照最大撞击力与最大撞击变形的比值,确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度;数值分析了影响Kelvin撞击模型阻尼系数取值的邻梁碰撞恢复系数。结果表明:Kelvin撞击模型的碰撞刚度随Hertz接触刚度、撞击速度以及短梁与长梁的长度比的增大而增大;波动效应对碰撞刚度的影响明显,不能忽略;邻梁碰撞恢复系数随撞击速度增大而减小,随短梁与长梁的长度比减小而减小;确定Kelvin撞击模型的碰撞刚度和邻梁碰撞恢复系数对城市桥梁的合理取值范围应分别为3×105 kN/m―6×105 kN/m和0.7―0.95。
保温墙模带缝剪力墙非线性有限元分析
刘元珍, 李 珠, 张泽平, 芦建军
2008, 25(4): 0-157.
摘要:
适应建筑节能、墙材革新等政策的要求,提出一种新型保温承重结构体系——免拆保温墙模带缝剪力墙体系。运用有限元分析程序ANSYS对该体系剪力墙进行非线性分析。通过建立合理的力学模型,模拟分析了在水平荷载作用下带缝剪力墙构件的抗震性能,并与传统剪力墙对比,比较了两种剪力墙的裂缝开展与分布、应力应变特点、刚度、刚度衰减系数及延性系数,通过比较分析了带缝剪力墙在破坏模式、骨架曲线及刚度退化等方面的特点和规律。分析结果表明:开缝可以改变墙体的破坏形态,降低构件的刚度,同时可以提高构件的延性,增大其耗能能力。该文研究成果可以为保温墙模带缝剪力墙的工作性能评价和安全设计提供理论依据。
索穹顶结构施工成形理论分析
陈联盟, 董石麟, 袁行飞
2008, 25(4): 0-139.
摘要:
认为模拟各施工过程就是寻找施工各阶段平衡态的过程,首先采用抛物线单元建立已知原长的构件变形后节点坐标与构件内力之间的关系,接着采用动力松弛法、控制构件原长进行平衡态的找形分析,并尝试对由外及里逐圈张拉下斜索、只张拉外圈下斜索、由外及里逐圈调节压杆长度等3种施工方案进行模拟分析。结果表明:基于动力松弛法、控制构件原长的找形分析方法是有效和正确的,同时该文提出的各施工方案是可行的,可应用于实际工程的施工张拉。
在氯侵蚀和混凝土碳化环境下用时变可靠度和预后验决策优化桥梁检修制度
王建秀, 秦 权
2008, 25(4): 0-145,.
摘要:
基于作者用Monte Carlo法和回归分析法开发的计算在氯侵蚀和混凝土碳化情况下混凝土梁的抗力退化随机过程的软件,用Bayes公式和桥梁检查结果更新桥梁退化状态,考虑桥梁检修的货币收益或更一般的能反映业主的财政承受能力和风险规避心理的效益函数,用预后验决策分析法给出了桥梁检查的期望效益,并以期望效益最大来优化桥梁检修制度。用北京一座混凝土梁桥为例,考虑恒载随机变量和两个Poisson随机过程活载作用下跨中抗弯承载能力极限状态,以设计基准期内任意时段的时变结构可靠度不低于桥梁设计规范的目标可靠度为条件,对这种桥梁检修制度进行优化。结果表明:用效益函数优化时,业主的财政承受能力和风险规避心理能给出明显不同的桥梁检修制度。
基于二阶效应的排架柱计算长度研究
刘 毅, 朱占友, 魏 巍, 白绍良
2008, 25(4): 0-151.
摘要:
传统 法是钢筋混凝土排架柱考虑二阶效应的主要设计方法,排架柱计算长度 取值的合理性是决定该方法准确程度的关键。该文通过分析指出了排架柱计算长度的理论根据——初参数法中存在的不足,并在改进初参数法的基础上提出了排架柱计算长度合理取值。
半刚接钢框架-内填剪力墙结构滞回性能的数值模拟
方有珍, 顾 强, 郁银泉, 申 林
2008, 25(4): 0-190.
摘要:
为了系统研究半刚接钢框架-RC剪力墙结构的滞回性能,编制了非线性有限元程序SRCWNP。对两层单跨半刚接钢框架(柱弱轴)-RC剪力墙结构试验试件的滞回性能进行有限元模拟。分析了RC墙裂缝开展;混凝土压溃过程;结构的内力分配;滞回曲线和破坏模式。模拟结果与试验结果基本吻合。
剪压复合作用下砌体的静力与抗震抗剪强度
吕伟荣, 施楚贤, 刘桂秋
2008, 25(4): 0-164.
摘要:
该文以经典的库仑破坏、主拉应力破坏和主压应力破坏理论为基础,引入模糊数学中模糊理论,首次提出将砌体在剪压复合作用下的剪摩、剪压和斜压三类破坏划分为两个破坏区,即剪摩-剪压破坏区和剪压-斜压破坏区。运用权函数将对应于不同破坏形态的经典破坏理论有机地结合起来,推导出相应的砌体在剪压复合作用下的抗剪强度公式,并加以简化。经对比表明,计算曲线与试验结果吻合良好。同时,针对现行《砌体结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》中关于砌体抗剪强度设计值计算上存在的一些问题,提出了基于上述破坏区理论的砌体静力与抗震抗剪强度设计值公式。计算结果表明,该公式不仅简单,偏于安全,且较现行规范公式有较大的改进,能直接应用于高层砌体结构设计。
钢筋混凝土轴心受压柱的抗火设计方法研究
张智梅, 叶志明, 刘 涛
2008, 25(4): 0-176.
摘要:
该文以四面受火钢筋混凝土轴心受压柱为研究对象,在利用自编钢筋混凝土温度场有限元分析程序进行大量数值分析计算的基础上,通过引入材料平均强度折减系数的概念,建立了截面材料性能随受火时间变化的规律,从而提出了一种类似常温下钢筋混凝土轴心受压柱设计计算的抗火设计新方法,并编制了相应的分析程序。这种设计方法不直接依赖于具体的温度场分析,仅取决于受火时间的长短,为设计人员的抗火设计工作提供了很大便利。最后,利用大量试验数据与该文提出的方法进行了对比研究。结果表明:该文提出的钢筋混凝土轴心受压柱抗火设计方法是安全而有效的。
反分析法确定钢纤维水泥砂浆拉应力与裂缝张开位移关系
陈升平, Kiang Hwee Tan
2008, 25(4): 0-170.
摘要:
在数值模拟钢纤维混凝土结构或构件和用基于断裂力学理论的设计方法设计钢纤维混凝土结构或构件时,钢纤维混凝土材料 -w关系是一个重要的材料参数。该文根据三点弯曲缺口梁的荷载与裂缝张开位移(CMOD)曲线用反分析法确定了钢纤维水泥砂浆的 -w关系。试验制作了五种不同体积含量的钢纤维水泥砂浆单轴拉伸试件、圆柱体压缩试件和梁试件,钢纤维体积含量分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%。试验发现,当钢纤维体积含量较小时,三点弯曲缺口梁的荷载与裂缝张开位移曲线呈现CMOD软化特性;而当钢纤维体积含量较大时,三点弯曲缺口梁的荷载与裂缝张开位移曲线呈现CMOD强化特性。对有CMOD软化特性的钢纤维水泥砂浆,可用三折线软化模型来模拟钢纤维水泥砂浆的 -w关系;对有CMOD强化特性的钢纤维水泥砂浆,可用应力跌落-常残余强度模型来拟合。
宽幅空心板梁锚固端纵向抗裂的实用分析方法
周 臻, 孟少平, 刘 钊
2008, 25(4): 0-183.
摘要:
针对宽幅空心板锚固端在局部承压试验研究中产生纵向裂缝的问题,分析了纵向裂缝产生的原因,并结合宽幅空心板锚固端截面设计提出纵向抗裂的分析模型,推导纵向抗裂的分析方法,探讨了锚固端截面尺寸、作用在腹板上的预压力偏心矩以及剪切面上抗剪钢筋对宽幅空心板纵向抗裂能力的影响,并编制了纵向抗裂分析程序。最后,采用编制的程序对宿迁-淮安高速公路宽幅空心板梁锚固端截面设计进行纵向抗裂分析,分析结果与现场局部承压试验相吻合。
型钢高强混凝土短柱的抗剪机理与抗剪承载力
李俊华, 王新堂, 薛建阳, 赵鸿铁
2008, 25(4): 0-199.
摘要:
通过若干个型钢高强混凝土短柱的低周反复加载试验,对轴力和水平剪力共同作用下型钢高强混凝土短柱的受力性能进行了研究。由粘贴在箍筋和型钢表面的应变片和应变花,测到了柱中箍筋的应力-应变、型钢的剪应力-剪应变在不同受荷阶段的发展变化状况,分析了箍筋、型钢腹板以及混凝土在构件中的抗剪作用以及轴力在型钢与混凝土之间的分配关系,揭示了型钢高强混凝土短柱的抗剪机理,提出了型钢高强混凝土短柱不同破坏形态下的抗剪承载力计算公式,公式的计算结果与试验结果符合较好。
其他工程学科
应用SPH方法模拟近水面爆炸
杨 刚, 韩 旭, 龙述尧
2008, 25(4): 0-208,.
摘要:
应用无网格光滑粒子法对近水面爆炸问题进行了数值模拟,模拟再现爆轰产物、水以及空气多种介质间的相互作用过程。相对于传统的基于网格的数值方法,SPH方法的无网格、Lagrangian性质能够自然、简单地处理爆炸产生的大变形、多介质作用等问题。通过自编程序,选用有效合理的SPH理论方法再现了近水面爆炸的复杂物理现象,定性分析了近水面爆炸的密度和压强的分布情况。通过数值模拟,近水面爆炸的复杂物理现象得到了合理再现,同时验证说明了光滑粒子法能有效地对可压缩多介质流进行计算模拟。
充液挠性航天器俯仰运动分岔特性初步研究
吕 敬, 李俊峰, 王天舒, 岳宝增
2008, 25(4): 0-203.
摘要:
该文考虑了带弹性帆板与液体燃料的航天器做俯仰运动时刚-液-弹之间的相互耦合作用,采用已推导的刚-液-弹耦合系统非线性动力学方程组,应用多尺度法解析分析耦合系统的液体一阶主共振,利用奇异性理论对分岔方程进行分析,得到多种分岔模式,随后根据该文研究的耦合系统物理系数范围,确定只存在滞后点分岔,表现为幅频曲线软、硬特性的转换现象。
14MnNbq焊接桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为研究
刘艳萍, 陈传尧, 李建兵, 李国清
2008, 25(4): 0-213.
摘要:
该文系统地研究了14MnNbq桥梁钢焊接热影响区的疲劳裂纹扩展行为。首先,由中心穿透裂纹(MT)试样疲劳裂纹扩展试验,获得了不同应力比R下的疲劳裂纹扩展速率和门槛值;然后考察了应力比R的影响,给出了适于不同应力比的疲劳裂纹扩展速率和门槛值的一般表达式;最后提出了一种由疲劳裂纹扩展门槛值Kth确定闭合参数U的新方法,将控制疲劳裂纹扩展的有效应力强度因子幅度写为Keff=KKth,由此讨论闭合参数U的确定方法。研究结果表明:对于14MnNbq焊接桥梁钢,该文给出的疲劳裂纹扩展速率表达式与试验结果符合得相当好。
超音速流中二维板的Hopf分叉
陈大林, 杨翊仁, 肖世富, 胡绍全
2008, 25(4): 0-217.
摘要:
应用Hamilton变分原理建立了对边简支对边自由薄板在超音速流作用下的非线性动力学方程,其中几何非线性采用Von-Kaman几何非线性关系进行描述,气动力采用了活塞理论。然后用Galerkin方法将偏微分方程化为常微分方程,并利用Hopf分叉的代数判据得到了系统临界流速随初始载荷变化的表达式以及颤振频率随初始载荷与临界流速变化的表达式,最后用数值方法进行了验证。
压电曲壳单元及其形状控制
王 剑, 赵国忠, 刘宝山
2008, 25(4): 0-229.
摘要:
板壳结构作为航空、航天工程中的主要工作元件,要承受多种环境荷载,而对形状变化非常敏感的机翼、天线等结构,有必要进行形状控制。推导了空间压电曲壳单元的有限元方程,采用约束方程法连接压电曲壳和主体结构,建立了整体结构的有限元分析模型,并基于等效应变原则验证了模型的正确性。在此基础上,利用最小二乘法对结构进行了形状控制,得到压电驱动器上电压的最优分布。算例表明:该文模型能提高计算精度和速度,达到形状控制的要求。
核废料地质处置概念库HM耦合和THM耦合过程的二维离散元分析与比较
张玉军
2008, 25(4): 0-223,.
摘要:
描述了二维离散元程序UDEC 4.0中求解热-水-应力耦合问题的主要的理论背景、控制方程和计算原理,并假定一座核废料处置概念库位于具有二组节理且赋存地下水的岩体中,使用UDEC程序对处置库近场分别为 水-应力耦合及热-水-应力耦合的过程进行了数值模拟,考察和对比了两种工况下坑道围岩中的位移、主应力、塑性区、温度、节理开度、水压力和流速的分布及温度随时间的变化。结果表明,热-水-应力耦合与水-应力耦合相比,核废料放热使得处置库有水围岩中应力、位移的大小和方向发生明显的变化,并且围岩中节理开度、水压力和水流速度均有所减小,特别是在坑道边墙附近相当显著。若要在裂隙岩体中安全、可靠地设计、建造和运行核废料处置库,进行相关的热-水-应力耦合过程的分析是很重要的。
压电热弹性材料四边简支层合板的精确解
刘艳红, 李家宇, 卿光辉
2008, 25(4): 0-235.
摘要:
根据压电热弹性材料的控制方程和热传导关系,重构压电热弹性材料的本构关系,通过新本构关系并结合压电热弹性材料热平衡方程,得出压电热弹性材料机-电-热耦合问题的齐次状态方程。应用精细积分法,状态方程可独立求解。此方法在分析压电热弹性体耦合问题时,避免了求解关于热传导方程和热平衡方程的二阶微分方程,大大减少了数值计算的工作量。
桁架式钢管混凝土拱桥合龙时温度影响对策与计算方法
涂光亚, 颜东煌, 张克波
2008, 25(4): 0-240.
摘要:
分析了桁架式钢管混凝土拱桥空钢管在非设计合龙温度下合龙对成拱内力和线形的影响,探讨了消除温度影响的措施,提出了用最小二乘法计算千斤顶顶推力和压重大小的方法与步骤,并以茅草街大桥为例对该方法的计算效果进行了验证,最后根据计算结果对各种调整措施进行了对比分析,结果表明:对于茅草街大桥,合龙温度高于设计基准温度宜采用顶下弦杆与压重相结合的调整措施,合龙温度低于设计基准温度宜采用拉下弦杆与顶上弦杆相结合的调整措施。