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2009年  第26卷  第1期

基本方法
多条表面裂纹相互作用的应力分析
卿 海, 杨 卫, 吕 坚
2009, 26(1): 1-006,.
摘要:
脆性材料在热冲击载荷作用下,表面上经常会出现一些裂纹。含裂纹的构件可能会突然出现部分的或完全的失效。多条表面裂纹之间的相互作用通常会影响机械构件的寿命。该文采用迭加法研究了在热载荷下有限厚度的无限大板中N条中心对称分布的半圆形表面裂纹的相互作用问题:首先解析地求得板中不含裂纹时的应力分布;然后,根据叠加原理,有限元建模将反向等值载荷加在裂纹面上,从而得到问题的解。该文研究了多种裂纹构型下的应力强度因子,并以图的形式给出。
阵风响应问题的区间分析方法
苑凯华, 邱志平
2009, 26(1): 7-012.
摘要:
研究弹性飞机在大气中飞行时受到阵风干扰后产生的结构响应,考虑飞机阵风响应问题分析中存在的不确定性参数,将其用区间向量定量化,基于区间扩张理论和Taylor级数展开,并结合有限元计算方法,提出了区间分析的方法来估计结构阵风响应的变化区间。该方法只需要知道不确定参数的所在范围界限,为解决含有不确定参数的阵风响应这类复杂的气动弹性动力学问题提供了一个途径。通过数值算例,将区间分析方法与概率方法的结果进行了比较,显示了区间分析方法的有效性。
竖向集中力作用下分数导数型半无限体粘弹性地基变形分析
刘林超, 杨 骁
2009, 26(1): 13-017.
摘要:
研究成果表明地基土体具有粘弹性性质,在长期荷载作用下会产生蠕变变形。为了准确预测地基变形,必须建立精确的土体本构模型。分数导数粘弹性模型具有精确度高,确定模型所需的实验参数少,应用范围广的特点。针对半无限体粘弹性地基,采用分数导数粘弹性本构模型模拟土的力学行为,运用弹性-粘弹性对应原理分析了粘弹性地基的变形。研究发现,采用分数导数粘弹性本构模型得到的地基沉降量较经典粘弹性模型要小,经典粘弹性模型不能很好地反映集中力对周围地基沉降的影响以及地基的蠕变性质。
颗粒增强复合材料中界面破裂过程数值模拟研究
杨菊英, 张娟霞, 王大国, 马天辉
2009, 26(1): 18-024.
摘要:
运用材料真实破裂过程分析RFPA系统,模拟研究了颗粒增强复合材料中的界面破裂过程及其对材料宏观力学性能的影响。所研究的复合材料由基体、颗粒和界面等三相材料单元组成。单元的破裂同时采用拉伸和剪切强度准则进行判断。分别研究了单颗粒和复杂多颗粒分布的情形。模拟结果不仅在应力场分布方面与MARC和ABAQUS等软件的分析结果一致,对于帮助理解颗粒增强复合材料的破坏机理具有重要意义。
考虑随从力作用的运动粘弹性板的动力稳定性
周银锋, 王忠民, 王 砚
2009, 26(1): 25-030.
摘要:
从二维粘弹性微分型本构关系出发,建立了运动Kelvin-Voigt粘弹性矩形薄板受切向均布随从力作用下的运动微分方程,采用归一化幂级数法,导出了四边简支运动粘弹性板在随从力作用下的复特征方程。分析了系统的前三阶复频率与量纲一运动速度、量纲一延滞时间及量纲一随从力的变化关系。计算结果表明:量纲一延滞时间、量纲一运动速度和量纲一随从力对运动非保守粘弹性板的动力稳定性有着显著的影响。
三向编织复合材料弹性性能研究
张 平, 桂良进, 范子杰
2009, 26(1): 31-036.
摘要:
基于均匀应变假设和界面连续性条件,并考虑到编织向纤维束波动周期在特定区域沿着自身横向的渐变,建立了一种分析三向编织复合材料弹性性能的理论预测方法。对比理论分析和实验研究结果,验证了理论预测方法的正确性。参数研究表明:在同一纤维体积分数条件下,随着编织角的增大,纵向弹性模量逐渐减小而横向弹性模量逐渐增大,面内剪切弹性模量和泊松比先增大后减小(分别在约50°和35°时达到最大值);随着轴向纤维束与编织向纤维束大小之比的增大,纵向弹性模量逐渐增大,而横向弹性模量、面内剪切弹性模量和泊松比逐渐 减小。
土木工程学科
钢梁-钢筋混凝土柱梁柱中节点非线性有限元模拟
申红侠, 顾 强
2009, 26(1): 37-042,.
摘要:
借助ANSYS有限元分析软件,对5个“梁贯通”式RCS梁柱中节点进行三维非线性有限元分析,并和试验结果相比较。分析中考虑材料非线性以及混凝土的开裂与压碎。对单元类型的选取、钢和混凝土材料模型的定义、整体有限元模型的建立、施加荷载、设置求解选项并求解等数值模拟技术进行了深入的研究。研究表明,通过合理设置参数,ANSYS有限元软件能够模拟RCS梁柱节点在静力荷载作用下的性能,并和试验结果吻合 较好。
位移型消能器在结构减震控制中的位置优化研究
曲激婷, 李宏男, 李 钢
2009, 26(1): 43-048.
摘要:
提出一种位移型消能器优化布置的新型数学模型,考虑了地震作用下三种不同的结构控制指标。首先,通过试算给定新型优化模型的五种加权系数组合;然后,在阻尼器数量一定的前提下,利用遗传算法对不同形式的结构在四类场地条件地震动作用下的阻尼器进行优化布置研究;最后,按照基于新模型中不同系数组合情况获得的阻尼器优化结果,进行三种有控结构在不同类型场地条件下的时程反应分析,得到目标函数中加权系数最佳取值组合,体现综合控制效果上的最优。数值算例验证了新模型的有效性,给出可以指导消能器优化布置方面的经验性结论。
地下结构抗震分析与设计的Pushover方法适用性研究
刘晶波, 刘祥庆, 薛颖亮
2009, 26(1): 49-057.
摘要:
目前已提出了一种适用于地下结构抗震分析与设计使用的Pushover分析方法,介绍了该方法水平荷载分布形式与目标位移的确定思路以及实施步骤。分别通过改变结构在地基中的埋深、地基土体刚度和结构材料强度对地下结构Pushover分析方法的适用性进行了研究,将不同情况下该方法的计算结果与基于粘弹性静-动力统一人工边界的静-动力联合分析方法结果进行了对比。由计算结果可以看到Pushover分析方法与静-动力联合分析方法符合较好,表明该方法具有良好的适用性与计算精度,可以用于地下结构的抗震分析与设计。
变参数土层一维固结的半解析解
潘旦光, 楼梦麟
2009, 26(1): 58-063,.
摘要:
基于直接模态摄动法方法,提出了变参数土层一维固结方程的半解析解。该方法利用均匀土层一维固结方程的特征值和固有函数,将变参数土层的固结微分方程转化为代数方程,从而得到变参数土层的特征值和固有函数,计算结果具有两阶以上精度。在此基础上进一步导出了超孔隙水压力和沉降随时间变化的计算公式。该文建议的方法对土层性质的变化规律没有特殊要求,不仅适用于层状土层,也适用于土介质物理特性沿深度不均匀变化的土层,从而为各类变参数土层的一维固结分析提供一种有效的计算手段。通过算例,表明这一方法简单实用,且具有良好的精度。
梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能研究
李 波, 杨庆山, 茹继平, 杨 娜
2009, 26(1): 64-073.
摘要:
采用试验和数值的方法对梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了研究。试验结果表明:在设计水准下腹板开圆孔的钢框架仍能够满足现有规范的相关要求,结构性能并没有因为梁腹板开孔削弱而降低;在强震作用下,梁腹板削弱处率先形成空腹梁机制,结构通过梁的局部变形来耗散地震能量,形成所谓的“强柱弱梁,强节点弱构件”延性框架。该文以一栋在Northridge地震中梁柱节点遭受严重破坏的17层钢框架结构为算例,对腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了数值分析。分析结果表明:在原框架的梁腹板开设一定大小的圆孔后,并没有降低结构的刚度;在强震作用下,腹板开圆孔的钢框架形成了“强柱弱梁、强节点弱构件”的延性框架,最大塑性区移至梁腹板削弱处,最大限度的减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的抗震性能。
预应力混凝土梁桥系统失效树分析
何雄君, 李 季
2009, 26(1): 74-078,.
摘要:
针对预应力混凝土梁桥,采用失效树的方法进行系统可靠性分析。运用全局临界强度分枝-约界准则识别结构系统主要失效模式,以JC法计算各主要失效模式的可靠指标,采用Ditlevsen上下界公式分析结构体系的失效概率。以某汉江公路大桥为例,分析了失效树图形,研究了主要失效模式的可靠指标、失效概率及桥梁结构体系可靠性。与实桥运营状态的对比分析表明,上述理论分析较好地预测了实际的结构行为,能用于桥梁结构安全性及可靠性分析评估。
FRP筋混凝土梁正截面抗弯承载力设计研究
薛伟辰, 郑乔文, 杨 雨
2009, 26(1): 79-085.
摘要:
基于本课题组9根、国内外其他学者102根FRP筋混凝土梁的试验结果以及本课题组完成的38根FRP筋混凝土梁的有限元参数分析结果,对FRP筋混凝土梁的正截面抗弯承载力进行了较系统的研究。研究表明FRP筋混凝土梁的破坏模式有受拉破坏、平衡破坏和受压破坏三种。确定了FRP筋混凝土梁的最小配筋率以及配筋率与破坏模式的关系;给出了FRP筋“名义屈服强度”的计算公式,并较系统地提出了FRP筋混凝土梁正截面抗弯承载力的设计建议。与ACI 440.1R-01中的设计方法相比,基于该文设计建议的计算值与试验结果更为接近。
玄武岩纤维混凝土的冲击力学行为及本构模型
李为民, 许金余
2009, 26(1): 86-091.
摘要:
采用 100mm 分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置研究了玄武岩纤维混凝土在不同应变率下的冲击力学行为,并将其与基体混凝土进行对比分析;采用朱-王-唐(ZWT)模型,在试验研究的基础上,建立了考虑纤维三维随机分布效应的玄武岩纤维混凝土非线性粘弹性本构模型,并与SHPB试验结果进行比较。结果表明:玄武岩纤维混凝土的冲击压缩强度与能量吸收能力,较素混凝土有明显提高,具备优异的冲击力学性能;本构模型提供的理论曲线与试验曲线比较接近,改进后的 ZWT 模型可以较为准确地描述玄武岩纤维混凝土的高应变率力学行为。
大尺度土工织物充填袋受力特性分析
邱长林, 闫澍旺
2009, 26(1): 92-097.
摘要:
建立了充填粉土泥浆重度成线性增加情况下土工织物充填袋袋体的力学特性方程,并给出它的数值分析方法。利用该方法研究了大尺度土工织物充填袋的受力特性,并通过实际工程验证了该方法的正确性。计算结果表明:充填压应力相同时,大尺度充填袋袋体的周向拉力远大于小尺度袋体。因此,为保证袋体的强度要求,大尺度土工织物充填袋的充填压应力应控制在比较小的范围。在此小充填压应力下,计算得到的大尺度土工充填袋的水平向尺寸远大于竖向尺寸,为扁平状态,与管状的小尺度土工织物充填袋的形状明显不同。
基于组合单元的混凝土结构徐变分析方法
孙永明, 黄 侨, 任 远
2009, 26(1): 98-103,.
摘要:
对混凝土徐变的研究现状和数值计算方法做出评价,提出了混凝土结构徐变计算的空间有限元分析方法。以组合单元为基础,建立混凝土徐变的三维计算模型:将结构的变形、内力状态、结构形式及约束情况均沿时间轴进行划分,再根据结构在每个时间点上各参数的变化值,推导出了混凝土徐变计算的递推公式;又基于虚功原理建立混凝土徐变刚度矩阵,绕过应力与应变,直接通过位移增量计算自由徐变应变增量的等效荷载,提高了徐变数值计算精度;组合单元是对原有实体等参元的继承和拓展,能够分别考虑钢筋和混凝土各自对单元刚度矩阵的贡献,而两者又通过自由度变换的方法有机的结合在一起,构成一种可专门用于模拟钢筋混凝土结构的单元形式。实例分析结果表明:用组合单元做混凝土徐变分析,能够计入钢筋对徐变的阻碍作用,解决在钢筋和混凝土之间的应力重分布问题,更准确的计算出结构变形和内力变化。
型钢高强高性能混凝土梁粘结滑移行为研究
郑山锁, 李 磊, 邓国专, 曾 磊, 车顺利
2009, 26(1): 104-112.
摘要:
通过12榀不同混凝土强度等级、剪跨比、配箍率的实腹式型钢高强高性能混凝土简支梁试验,得到了各级荷载作用下沿梁长度(即跨度)方向型钢应变、型钢与混凝土界面粘结应力与相对滑移分布规律。结果表明:在界面粘结应力尚未达到局部粘结强度之前,型钢应变和界面滑移近似呈指数变化;此后界面出现粘结软化,且粘结软化区段随荷载的增加逐渐向试件自由端扩散,型钢与混凝土协同工作的能力降低。通过对界面粘结滑移行为与诸影响因素的分析,从机理上揭示了粘结软化的形成与演化过程,分析了局部粘结强度与其主要影响因素的关系,并由试验结果统计回归得出了型钢高强高性能混凝土局部粘结强度的计算公式,进而提出型钢高强高性能混凝土梁局部粘结应力与加载端粘结滑移本构关系的数学模型。最后建立了型钢与混凝土界面粘结滑移分析的理论模型,求解了各级荷载作用下粘结应力的传递规律。研究成果为改进型钢高强高性能混凝土梁设计计算理论和有限元分析提供了试验依据。
苏通大桥静风响应分析
许福友, 陈艾荣
2009, 26(1): 113-119.
摘要:
给出了大跨度缆索承重桥梁静风响应的分析步骤;全面研究了苏通大桥在静风作用下,桩基础刚度、拉索分段、风速剖面、主梁初始攻角和附加攻角等对主梁和桥塔静风位移、静风失稳风速及结构振动频率的影响,并与风洞试验结果进行对比分析。结果表明:静风位移计算值低于风洞试验实测值,雷诺数是其主要原因;如果不考虑桩基础刚度影响,结构侧向位移响应会被严重低估;斜拉索横向风荷载在总体风荷载中所占比例超过40%;不考虑主梁附加攻角会高估静风失稳风速约20%;静风作用下一阶对称竖弯、侧弯和扭转模态频率计算结果与全桥气弹模型风洞试验结果特点相似。
预应力简支钢箱梁自振频率研究
王佳伟, 贾艳敏
2009, 26(1): 120-124.
摘要:
建立了预应力钢箱梁振动性能的非线性分析模型,并推导了曲线型布索的预应力简支钢箱梁自振频率计算公式;以曲线型布索的预应力简支钢箱梁试验模型为基础,应用有限元分析软件ANSYS建立了预应力简支钢箱梁模型并对其进行模态分析,通过模型试验的自振频率测试结果和有限元分析结果验证了理论公式推导的正确性;采用理论计算和有限元数值计算相结合的方法研究了预应力钢索索力、锚固位置对预应力简支钢箱梁自振频率的影响。
基于无单元Galerkin法的软土区高承台超长嵌岩基桩屈曲分析
邹新军, 赵明华, 刘光栋
2009, 26(1): 125-130.
摘要:
为探讨洞庭湖软土区桥梁工程常用高承台超长嵌岩灌注桩的屈曲稳定性,将其视为第二类稳定问题,引入新型无单元Galerkin数值分析法,考虑桩-土共同工作中的非变形协调与非线性等因素,给出了基于非线性弹性-理想塑性模型的桩土接触分析非线性迭代算法及基于弧长法的桩身屈曲分析无单元Galerkin法,并开发出相应的计算程序。最后,结合某大桥一试桩现场载荷试验结果进行了应用,对比分析表明:基于桩身屈曲分析无单元Galerkin法获得的桩顶荷载-沉降曲线与实测曲线吻合较好,桩身失稳临界荷载与实测极限荷载的相对误差为5.6%,远优于按第一类问题的线性与非线性增量屈曲分析结果(其相对误差分别达37.0%和15.4%)。
非线性日照梯度温度作用下斜支承箱梁的温度效应研究
张元海, 李 乔
2009, 26(1): 131-136.
摘要:
建立了斜支承箱梁的简化力学模型,导出了单跨和多跨斜支承连续箱梁在指数曲线和折线两种模式的非线性日照梯度温度作用下的初内力和次内力解析式。详细分析了斜度和弯扭刚度比对斜支承箱梁日照温度次内力的影响,绘制的大量曲线清晰显示了其影响规律。研究结果表明:无论是多跨斜支承连续箱梁还是单跨斜支承箱梁,在非线性日照梯度温度作用下都会产生很大次弯矩和次扭矩;弯扭刚度比和斜度对次内力有显著影响,当弯扭刚度比较小时,其变化对次内力的影响更显著,当斜度为90°时,次弯矩沿梁长均匀分布且与初弯矩等值反向。
活性粉末混凝土的层裂性能研究
赖建中, 孙 伟
2009, 26(1): 137-141,.
摘要:
采用60%的超细工业废渣取代水泥制备了一种生态型的活性粉末混凝土(RPC),采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的RPC材料进行了层裂性能实验。研究得出了入射波强度和冲击次数对层裂过程中应力波传播的影响规律。按一维弹性波理论编写了入射压缩波和反射拉伸波在试件自由端附近相互作用的程序,计算出试件自由端附近拉应力的分布,由试件的层裂位置得到材料的层裂强度。结果表明,随着入射波强度的增加和冲击次数的提高,材料的拉伸损伤逐渐增加,反射拉伸波的强度逐渐降低。RPC材料层裂强度和破坏形态具有明显的应变率效应,层裂强度和破坏程度随着应变率的提高而增加。通过纤维的增强作用,层裂裂缝的宽度和深度都降低了。
基于结构多尺度模拟和分析的大跨斜拉桥应变监测传感器优化布置研究
张政华, 毕 丹, 李兆霞
2009, 26(1): 142-148.
摘要:
该文以润扬大桥斜拉桥钢箱梁结构为研究对象,针对结构安全评估为目标的大跨桥梁结构健康监测系统中应变传感器的优化布置问题,提出了一个基于桥梁结构多尺度模拟和结构响应分析结果进行应变传感器优化布置的方法。通过斜拉桥脊骨梁模型来研究确定钢箱梁的关键截面,通过子模型方法实现钢箱梁结构的多尺度模拟和从结构整体到主要局部构件中的应力状态分析,据此进一步分析和确定斜拉桥健康监测系统中钢箱梁结构应变传感器的安装位置,并用在润扬斜拉桥上进行的静动载试验的测试结果验证了结构整体与局部响应分析结果,从而间接验证了应变传感器优化布置结果的正确性。
超大型冷却塔风致干扰效应试验研究
赵 林, 葛耀君, 许林汕, 武占科
2009, 26(1): 149-154,.
摘要:
设计加工了1︰200缩尺比某超大型冷却塔气弹模型和刚体测压模型,对不同塔距双塔组合、四类典型工程场地单塔风振响应进行气弹模型测振风洞试验,比较了双塔塔距、来流方向角和流场条件对于冷却塔塔筒风振系数的影响;结合东南沿海某工程场地冷却塔群塔及周边建筑物组合形式,采用刚体模型测压试验和气弹模型测振试验比较了复杂场地条件多塔比例系数和风振系数,表明工程场地中与冷却塔同等尺寸其他建筑作为施扰物的重要影响。上述试验结论与我国冷却塔荷载规范进行了详细对比,指出现行规范在适用新建超大型冷却塔工程需要改进的方面。
海水中冻融循环后的混凝土在非比例加载下的双轴受压性能研究
覃丽坤, 宋玉普, 姚家伟, 王玉杰
2009, 26(1): 155-159.
摘要:
采用快速冻融方法,对处于模仿海水的3.5%Nacl溶液中的混凝土进行0、25、50、75次冻融循环,利用大型混凝土静、动三轴试验系统,进行了4种定侧应力等级的非比例加载下的双轴压试验,系统地探讨了有侧应力作用时,混凝土受腐蚀冻融循环后的双轴受压强度和变形特性等力学性能。在此基础上,建立了以八面体应力空间表示的腐蚀冻融循环后的混凝土在非比例加载下的双轴受压破坏准则。
桁架结构智能布局优化设计
姜冬菊, 王德信
2009, 26(1): 160-165.
摘要:
结构的布局优化由于涉及尺寸、形状和拓扑三个层次的综合设计而成为优化问题中的难点,结合桁架结构提出了一个基于多个初始基结构的布局优化方法。以智能生成的、型式多样合理的基结构代替传统模型中的单一基结构,然后从不同基结构下的拓扑优化结果中找出最优设计。在克服传统基结构法有可能限制求解空间而丢失最优解这一局限性的同时,将形状和拓扑优化设计有效分离,降低了求解的难度,并且结合拓扑变化法,实现了桁架结构从选型生成、分析计算到优化设计的一体化智能设计过程。算例表明:利用该文提出的方法进行桁架结构的最优布局设计是可靠有效的。
CFRP筋在RPC中锚固性能的理论分析及试验研究
蒋田勇, 方 志
2009, 26(1): 166-173.
摘要:
静载试验详细研究了碳纤维增强塑料CFRP筋在活性粉末混凝土RPC的锚固性能。试验结果表明:对于抗拉强度不大于3000 MPa的表面压纹CFRP筋在抗压强度130 MPa的RPC中的临界锚固长度为20倍CFRP筋直径;多根压纹CFRP筋的合理筋间距为1倍CFRP筋直径。平均粘结强度及其对应滑移量的公式具有较好的适用性。平均粘结应力与滑移之间的预测曲线与试验曲线吻合较好,验证了提出的粘结滑移本构关系。理论推导了锚固变量沿锚固长度分布的表达式,算例验证了有效性。分析表明:距离自由端约为0.6倍锚固长度位置处的粘结应力等于平均粘结应力。对于压纹CFRP筋,当锚长≤12.5倍筋材直径时,粘结应力沿埋长分布较为均匀,其不均匀性系数在1.02―1.05之间;当埋长>12.5倍且≤20倍筋材直径时,粘结应力沿埋长分布较为不均匀,其不均匀性系数在1.05―1.14之间。
钢筋混凝土桥墩滞回性能的有限元参数敏感性分析及模型改进
司炳君, 孙治国, 艾庆华, 王东升
2009, 26(1): 174-180,.
摘要:
研究了反复荷载作用下钢筋混凝土桥墩滞回性能的有限元建模方法,以6个弯剪破坏形态的钢筋混凝土桥墩拟静力试验结果为依据,利用ANSYS软件,首先建立了不同的桥墩有限元模型进行参数敏感性分析,讨论了混凝土的裂缝剪力传递系数、应力-应变曲线的下降段、纵筋的包辛格效应、纵筋与混凝土之间的粘结-滑移关系以及混凝土压碎破坏面等参数对模拟结果的影响;在此基础上对分析模型进行了改进,并将模拟得到的桥墩滞回曲线及骨架曲线同试验结果进行对比,验证了模型的正确性。
给定索矢跨比的张拉式膜结构协同形态分析
刘 凯, 高维成
2009, 26(1): 181-186.
摘要:
针对张拉式膜结构整体分析提出了新的求解方法。首先,推导了膜片中索初始预张力的公式;然后,根据现有的索膜非线性有限元找形理论和索杆体系找力方法,提出了用于整体结构协同分析的形态迭代求解法,并编制了相应的程序;最后通过一道算例验证了该文所述方法的正确性,并得到如下结论:按该方法得到的找形结果满足力平衡方程、相容方程和建筑师给定的支座边界条件;满足膜片中索的矢跨比的要求;膜面平衡态的主应力分布状态能够基本达到初始假设主应力分布状态;可以直接获得施工张拉索的理论控制值。
预应力箍板RC柱抗震性能数值模拟及试验验证
张 杰, 郭子雄
2009, 26(1): 187-192,.
摘要:
为全面了解设置预应力箍板(PSJ)RC柱抗震性能,进一步研究施加横向预应力构件受力机理,建立PSJ -RC柱有限元模型,以剪跨比、轴压比、预应力度以及箍板用量为主要参数,开展弹塑性数值模拟。分析其破坏形态、承载力和变形能力,并进行不同轴压比、预应力度试件的试验验证。设置PSJ能够有效提高试件抗剪承载力,明显改善试件变形能力,尤其对高轴压比柱抗震性能的提高。增加预应力度能提高试件位移延性,预应力度宜控制在0.3―0.5,低于0.15可能导致箍板参与抗剪和横向约束作用降低,箍板配置参数在0.75―1.0能够最大发挥材料效能。设置PSJ能有效提高RC柱抗震性能,施工工艺简单、可行,可供工程实践参考。
基于补偿器结构的LTR结构振动控制方法
盛 严
2009, 26(1): 193-197.
摘要:
针对传统观测器结构LQG/LTR控制器的问题,该文提出了一种基于补偿器结构的LTR控制器设计方法。设计出的补偿器结构控制器的有如下特点:是开闭环稳定的控制器;对给定的回路传函恢复度,该控制器需要的增益和带宽要小于LQG/LTR控制器;对于相同的控制器增益,该控制器的回路传函恢复效果要好于LQG/LTR控制器;低增益和小带宽控制器能较好地摆脱控制力易饱和与控制过程易受噪声污染的困扰,这对结构控制的实际应用和推广有着非常重要的现实意义。最后,数值算例验证了该方法的有效性。
弦支穹顶施工张拉全过程分析
郭佳民, 袁行飞, 董石麟, 赵宝军, 楼道安
2009, 26(1): 198-203.
摘要:
弦支穹顶由单层网壳和下部索杆组成。在零状态时给结构中索杆单元施加一组既定的初始应变,计算后结构便会得到一组确定的单元内力值,依据这一对应关系,提出了一种求解零状态时,索杆单元所需施加初始应变值的迭代计算法,并给出了相应的计算公式与计算流程。为了准确、可靠地指导弦支穹顶的实际施工,确保施工的顺利进行,该文结合具体的张拉方案,利用迭代计算法,将零状态下索杆单元所需的初始应变确定后,依据各单元在初始态与零状态下无应力长度之差确定的原则,提出了基于初始应变不变的施工模拟计算法,并对一跨度为122m的弦支穹顶,在已定施工张拉工序的基础上进行了施工张拉模拟计算。计算结果表明:迭代计算公式高效准确,施工模拟计算法的计算假定与计算流程更加符合实际施工过程。这一施工模拟计算法可在实际结构施工张拉模拟计算过程中采用。
结构地震反应分析的Newmark精细耦合级数显式方法
郭泽英, 李青宁
2009, 26(1): 204-208,.
摘要:
将Newmark-β法中常平均加速度法的基本假定与精细积分法耦合,对积分项的计算引入指数矩阵的Taylor级数展开式,提出了动力方程的显式耦合级数解,设计了相应的时程积分算法,并应用在结构的地震反应分析中。分析表明,由于该方法是显式的,在质量矩阵为对角矩阵时,不需要计算耦联的方程组,因此可以有效地减少内存占用和机时耗费。该方法的稳定性条件显然满足,其精度可根据Taylor级数展开式的截断阶数进行灵活控制。算例表明该方法对地震作用的有效性和适应性。
其他工程学科
端部约束悬臂输流管道的动力学特性
包日东, 金志浩, 闻邦椿
2009, 26(1): 209-215.
摘要:
根据梁模型横向弯曲振动模态函数一般表达式,由边界约束条件确定其模态函数的一般表达式,采用Galerkin法将运动方程在模态空间内展开,利用动力学分析方法,分析端部受线性弹簧支承和扭转弹簧约束的端部约束悬臂管道从非保守系统逐渐变为保守系统过程中的固有特性和稳定性。数值仿真结果表明,这种特殊边界输流管道具有复杂变化的动力学特性,支承和约束刚度系数的变化对系统固有特性和稳定性产生很大的影响:随着弹簧刚度的增大,系统的固有频率上升,管道失稳方式从颤振变为屈曲,并且影响系统其他参数对管道动力学特性的作用。
一类机电耦合非线性动力系统的余维2动态分岔
张琪昌, 田瑞兰
2009, 26(1): 216-220.
摘要:
利用含有参数的可逆线性变换和近恒同非线性变换,得到一类机电耦合非线性系统的最简规范形。进一步,得到了该系统的普适开折以及开折参数与原系统参数之间的关系。讨论了该系统的余维2分岔, 揭示了各参数对机电耦合系统动力学行为的影响,对系统的参数设计、稳定运行和故障诊断提供了理论依据。给出了该机电耦合系统的数值仿真结果,验证了理论分析结果。
输电塔线体系风振反应的半主动摩擦阻尼控制
陈 波, 瞿伟廉, 郑 瑾
2009, 26(1): 221-226,.
摘要:
该文研究了智能半主动摩擦阻尼器对输电塔线体系风振反应的控制问题。该文提出了一种适用于输电塔结构风振控制的半主动摩擦阻尼器力学模型,建立了输电导线动力分析的多自由度模型,并建立了塔线耦联体系的受控动力分析模型和动力分析方法。基于半主动摩擦阻尼器的特点,提出了抑制结构风振反应的两种半主动控制策略。通过数值研究考察了半主动摩擦阻尼器对输电塔线体系风致振动响应的控制效果,并进行了相应的参数研究。研究表明,半主动摩擦阻尼器形式简单、具有较好耗能能力,可以有效地抑制输电塔的风致振动。
空间卷曲折叠管充气控制展开动力学研究
卫剑征, 毛丽娜, 杜星文
2009, 26(1): 227-232.
摘要:
充气展开管是大型空间充气展开结构的基本支撑部件,该文针对柔性卷曲折叠管,采用刚体平面运动理论分析了有无阻尼控制的展开过程,并提出了分段式充气控制体积有限元模型,模拟了空间环境下卷曲折叠管的展开动力学。最后对卷曲折叠管在阻尼控制下进行了充气展开测试,试验结果与数值模拟结果相一致。这表明:采取一定控制展开的卷曲折叠管能作为空间充气展开结构的控制展开方式;数值模拟是有效的,可为空间环境下的展开过程提供一定依据。
振动筛系统的Hopf-Hopf-Flip分岔与混沌演化
张永祥, 孔贵芹, 俞建宁
2009, 26(1): 233-237.
摘要:
建立了振动筛系统的动力学模型和周期运动的六维Poincaré 映射,基于Poincaré 映射方法和数值仿真分析了此系统在余维三分岔点附近的动力学行为。研究了其Jacobian矩阵两对复共轭特征值和一负实特征值同时穿越单位圆情况下的Hopf-Hopf-Flip分岔,该系统在此类余维三分岔点附近存在周期运动的Hopf分岔、Flip分岔、环面分岔以及“五角星形”概周期吸引子,揭示了环面倍化以及分形出“五角星形”概周期吸引子并向混沌演化的两种非常规过程,它对于振动筛系统的动力学优化设计提供了理论参考。
海底悬跨管道的状态识别
胡家顺, 冯 新, 李 昕, 周 晶
2009, 26(1): 238-243.
摘要:
提出了一种基于非线性核判别分析的悬跨管道状态识别方法。首先分析了悬跨管道状态识别问题的主要特点,根据悬跨管道状态变化频率结构的内部特征,构造由自然频率、归一化频率、频率变化率等特征参数组成的状态矢量。然后基于统计模式识别中的核判别分析原理,建立了悬跨管道的状态识别方法。最后通过实例分析研究了该方法的有效性,并讨论了悬跨管道状态矢量选取对识别效果的影响。研究结果表明:该方法能有效识别悬跨管道的多种状态,具有较强的抗测试误差能力。
500kV超高压输电线路风偏数值模拟研究
刘小会, 严 波, 林雪松, 李文蕴
2009, 26(1): 244-249.
摘要:
该文采用数值模拟方法研究500kV超高压输电线路在随机风荷载作用下的风偏问题。根据架空输电线路的结构和运动特征,在ABAQUS/CAE中建立一500kV超高压特征段线路的多体模型。采用考虑随高度变化的Kaimal风速谱和Davenport相干函数,利用谐波分解法(WAWS)数值模拟线路的风场。进而采用ABAQUS软件对模型进行时程分析。基于时程分析得到的风偏角的统计结果,讨论现行架空高压输电线路杆塔塔头设计中风偏角计算方法的不足,指出计算悬垂绝缘子串风偏角时,风压的计算应引入考虑风动态特性的风荷载调整系数。
蒙皮波动对飞艇阻力的影响
谢 飞, 叶正寅
2009, 26(1): 250-256.
摘要:
通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程,采用SST两方程湍流模型,研究了蒙皮以不同波长、频率以及波幅作波动时对飞艇流场特性产生的影响。研究结果表明:沿流向蒙皮的波动会引起绕飞艇流场的显著改变。当蒙皮上下表面的波动同相位时,在固定波动幅度和频率条件下,波动的波长减小,流动分离会加剧,时间平均的阻力系数增加;在固定波动波长和频率条件下,波动的波幅增加,流动分离加剧,时间平均的阻力系数增加,而当波幅减小到一定程度时,蒙皮波动对阻力系数基本没有影响;在固定波动波长和幅度条件下,波动频率增加,非定常效应增强,阻力系数减小,甚至出现负值,即可以为飞艇提供推力;此外,适当的波幅和波长组合也可以减小阻力系数。当蒙皮上下表面的波动相位相反时,波长与波幅变化带来的影响与同相位的情况相似;固定波动波长、幅度,波动频率增加,非定常效应增加,由于上下表面的非定常效应是相互抵消的,虽然阻力系数会出现瞬时负值,但是时间平均的阻力系数不会出现负值。