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2010年  第27卷  第9期

基本方法
节理岩体非线性本构模型的研究
肖卫国, 兑关锁, 任青文
2010, 27(9): 1-006.
摘要:
基于节理岩体变形的非线性特征,针对在节理剪切过程中微凸体的磨损与破碎而导致的应力下降,提出了考虑峰后软化的切向变形本构模型,将传统的双曲线剪切应力-切向位移关系采用具有驼峰的软化型曲线。对节理岩体法向与切向耦合的剪胀关系,建立了一种新的非线性曲线,修正了以往的线性行为。所得计算结果与试验曲线的比较中,具有很好的吻合性。
压电材料中孔边径向裂纹的动应力强度因子
宋天舒, 李 冬, 牛士强
2010, 27(9): 7-011.
摘要:
采用Green函数法研究含圆孔边界径向有限长度裂纹的无限压电材料对SH波的散射和裂纹尖端动应力强度因子问题。首先构造出具有半圆型凹陷半无限压电介质的弹性位移Green函数和电场Green函数,然后采用裂纹“切割”方法构造孔边裂纹,并根据契合思想和界面上的连接条件建立起求解问题的定解积分方程组。得到孔边动应力强度因子的解析表达式。最后作为算例,给出了裂纹尖端动应力强度因子的计算结果图并进行了讨论。部分计算结果与相应的弹性材料进行了比较。
实时耦联动力试验的时滞稳定性分析
迟福东;王进廷;金 峰&#;
2010, 27(9): 12-016,.
摘要:
介绍了实时耦联动力试验的基本原理和研究进展。基于传递体系的纯时滞假定建立单自由度实时耦联动力试验的数学模型。利用基于Padé逼近时滞项的根轨迹分析方法求取单自由度实时耦联试验的时滞稳定条件。结果表明:质量、阻尼和刚度的单个稳定上限都随结构自振频率和时滞的增大而呈现拟周期性的变化趋势;在低频部分,稳定上限随结构自振频率和时滞的增大而减小;对于物理子结构中同时包含质量、阻尼和刚度的复合稳定条件,质量上限和下限可能同时存在。最后利用数值模拟验证理论分析得出的稳定条件。
基于LES模型的近地脉动风场数值模拟
朱伟亮, 杨庆山
2010, 27(9): 17-021.
摘要:
符合近地脉动风场特性的LES脉动入口条件是准确模拟结构表面时变风压的必要条件。该文基于LES模型对平板湍流边界层进行模拟,采用周期边界条件实现脉动输入,并将顺压力梯度引入流体控制方程以维持湍流边界层的稳定。数值结果表明,采用周期边界条件可成功实现脉动输入,边界层在顺压力梯度下的自保持性良好,可满足工程需求。顺流向平均流速剖面以及湍流强度剖面均满足低湍流下的风场特性,数值结果可为我国B类地貌下抗风研究采用。
12自由度4结点高精度矩形单元
史文海, 李正农, 黄 斌
2010, 27(9): 22-026.
摘要:
研究了一种用来对包含梁柱和板单元的线弹性结构进行静力或动力分析的平面矩形单元。该矩形单元的每个结点含有3个自由度,其平面内转动自由度可使板单元与梁单元在结点的位移完全协调,从而使该单元能被方便地应用于包含板单元的框架填充墙或剪力墙等结构的建模中,且仅用非常少的该单元进行结构分析就能获得高精度的结果。该文通过3个算例论证了该单元处理结构静力和动力问题时的简便和高精度性,算例结果也表明该单元非常适用于框架填充墙或剪力墙等结构的分析。
稳定化的新型协同转动四边形曲壳单元
李忠学, 刘永方, 徐 晋, 叶青会, 俞冬良
2010, 27(9): 27-034.
摘要:
发展了一种新型协同转动9节点四边形曲壳单元。在单元中采用了矢量型转动变量,它们是节点处中性面法向矢量的两个较小分量,在增量求解过程中它们的增量是采用简单的加法直接累加的,因此在更新切线刚度矩阵时可以提高单元计算效率和简化计算过程。不同于现有的其它协同转动有限元公式,本单元的切线刚度矩阵可以通过计算应变能或能量混合泛函对节点变量的二次微分得到,且节点变量的微分次序是可以互换的,因而得到的单元切线刚度矩阵是对称的。为消除或减轻闭锁现象的不利影响,采用了降阶积分法来计算单元内力矢量和切线刚度矩阵,并采用稳定化方法消除可能出现的伪零能模态。多个算例的分析结果表明:本文发展的9节点四边形曲壳单元的可靠性、收敛性和计算精度是令人满意的。
洪水演进模型及冲击荷载数值分析
肖诗云, 王晓庆
2010, 27(9): 35-040.
摘要:
根据Saint-Venant方程组显式差分格式,在考虑底坡、水流阻力的基础上,推导了溃坝溃堤的一维洪水演进模型,该模型能够计算不同时刻、不同地段洪水演进过程中水深、流速等。在洪水演进模型的基础上,根据洪水演进的水深、流速和冲击时间,将一元非恒定流能量方程与洪水演进的解析解相结合,推导出一维洪水冲击荷载的计算公式。该模型能够较好地计算不同时刻、不同地段和不同高度处洪水冲击面的冲击荷载,冲击荷载随水深呈线性变化,且与上游静水位、距溃口的距离、冲击面高度、冲击时刻等参数有关。最后,对某算例进行了数值分析,计算了三种工况下的冲击荷载,并探讨了冲击荷载的变化规律。
光弹贴片法研究混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展过程
董 伟, 何化南, 吴智敏, 易富民
2010, 27(9): 41-048.
摘要:
该文采用光弹贴片方法对最大尺寸为2500mm×600mm×200mm的混凝土四点剪切梁,Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂、稳定扩展直至失稳破坏全过程进行了系统的研究,通过照相机拍摄光弹贴片所显示的裂缝扩展全过程,得到了混凝土裂缝稳定扩展阶段完整而直观的观测结果。根据光弹贴片所显示的彩色条纹序列,测得了四点剪切荷载作用下裂缝尖端附近主应变场分布,得到了荷载-裂缝扩展量曲线。根据光弹贴片所观察的裂缝扩展长度∆a,借助有限元计算了裂缝扩展过程中尖端应力强度因子的变化,并模拟断裂过程。结果表明,对于混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂,裂缝在失稳扩展前存在着明显的亚临界扩展,采用光弹贴片方法可有效地记录这一过程,而以往不考虑裂缝扩展量得到的断裂准则是偏于保守的。试验结果还表明,在裂缝起裂后,虽然加载方式仍为Ⅰ-Ⅱ复合型,但断裂类型已由Ⅰ-Ⅱ复合型退化为纯Ⅰ型断裂。
边界元中近奇异积分的一种解析方法
邓 琴, 李春光, 王水林, 郑 宏, 葛修润
2010, 27(9): 49-054.
摘要:
准确求解边界元方法中的近奇异积分是一个非常重要的问题。一般情况下,分析中涉及到的常规积分采用高斯方法即可获得较高的精度。但当源点位于边界附近时,采用高斯积分就会使计算结果精度大大降低,甚至得出错误的结果。对于平面问题,以源点作为原点,以所积分单元的切向和法向为坐标轴建立局部坐标系,对于线性单元可以得到所有积分的解析解。基于除角点外的所有边界点的场变量在边界上连续且有界的特点,所有在边界上引起场变量奇异的项之和必为零,故对于边界上的点可以直接在解析解中删除这些奇异项即可。算例表明,该方法可大大提高边界元的计算精度和效率。
求解结构地震响应位移输入模型中存在问题的一种新解决方法
柳国环, 李宏男, 国 巍, 田 利
2010, 27(9): 55-062.
摘要:
为了更现实有效地解决求解结构地震反应的当前位移输入模型中容易但不容忽视的问题,进一步提出了一种新的解决方法——附加无质量刚性元法,旨在能够推广并应用于工程实际。首先,回顾当前求解结构地震反应的位移输入模型,描述了模型中存在的问题;然后,提出了无质量刚性元法,并对该方法进行物理角度解释、理论分析和数值验证,进一步应用于一桥梁工程。分析表明:无质量刚性元法不仅物理概念清晰、合理易行,而且与以往文献中的附加无质量束缚元(Appended Massless Constraint Element,AMCE)法相比,避免了“束缚”条件,无需对现有的有限元程序内核改进或者嵌入新的外挂程序即可实现,因此更具有现实性和推广意义。
体外预应力筋的极限应力:既有典型计算方法评述
杜进生, 区达光
2010, 27(9): 63-068.
摘要:
该文分析和评述了确定体外预应力筋极限应力的三类计算方法,即:粘结折减系数法、基于截面配筋指标的回归方法和基于变形的方法。分析表明,基于变形的方法能够反映体外预应力混凝土梁所具有的构件截面强度与构件整体变形相耦合这一显著特征。在基于变形方法中的两个常用的等效塑性区长度模型中,与构件跨高比和外荷载作用形式相关联的模型过分夸大了荷载作用形式对体外预应力筋极限应力的影响。针对桥梁结构所承受的移动交通荷载,承载能力极限状态下,实际设计中很难判断和选择与荷载作用形式相关联的系数。而与构件失效时关键截面中性轴高度相关联的等效塑性区长度模型中的关键参数在不同试验中则具有较好的稳定性和一致性。该文的研究结果有助于建立简单而正确的体外预应力筋极限预应力计算方法。
土木工程学科
铝合金薄腹板梁的抗剪强度分析
石永久, 王元清, 程 明, 袁焕鑫
2010, 27(9): 69-073.
摘要:
铝合金薄腹板梁在受剪时腹板很容易发生屈曲,但是在翼缘和加劲肋的约束下,腹板中可以产生相当可观的屈曲后强度。该文介绍了几种常见的计算铝合金薄腹板梁抗剪强度的理论方法,结合国外学者完成的铝合金梁抗剪试验评价各种方法的优劣。对于其中较为准确的旋转应力场法进行了讨论,说明了其中存在的问题和应用的注意事项。最后对旋转应力场法进行了适当的改进,在原有方法的基础上考虑翼缘和加劲肋对腹板的约束作用以及翼缘对抗剪强度的贡献,使得计算结果更加接近试验结果。
基础偏心时土-非对称结构相互作用体系参数分析
姜忻良, 王美丽
2010, 27(9): 74-079.
摘要:
为分析基础偏心对非对称结构平扭耦联的影响,建立了考虑基础偏心的地基土-非对称结构相互作用运动方程。利用强解耦方法解耦后,编制MATLAB程序。分别详细分析了基础质量偏心率和刚度偏心率对上部结构地震反应的影响程度。得出基础质量偏心率对上部结构的影响很小,而基础刚度偏心率对上部结构的影响相对明显,尤其是对结构扭转反应的影响。通过对基础刚度偏心率为0.6与0.6两种情况进行时程分析,验证了参数分析所得到的规律。
中间带弹性支承各种边界条件连续梁模态分析
叶 茂, 谭 平, 任 珉, 周福霖, 王道远
2010, 27(9): 80-085.
摘要:
根据弹性支承点处的协调条件,基于转换矩阵法,给出了两端简支、两端固定、悬臂梁、两端自由边界条件下欧拉连续梁的特征方程,并认为连续梁各跨段跨度不同、弯曲刚度不同、单位长度质量不同,且中间带弹性支承。通过理论和数值分析,将采用转换矩阵法分析得到的结果与三力矩方程法分析得到的结果进行对比,验证了方法的正确性,最后分析了中间弹性支承刚度和边界条件对连续梁模态的影响。
空间网架结构形状记忆合金隔震研究
陈 鑫, 李爱群, 丁幼亮, 刘 涛
2010, 27(9): 86-093,.
摘要:
利用形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)的独特性能研制合适的隔震装置是SMA在隔震领域应用的关键之一。该文设计了一种超弹性SMA隔震支座;推导了该支座的理论力学模型,建立了它的有限元模型,运用理论模型进行数值模拟并与有限元结果进行了对比;针对所设计的SMA隔震支座,提出了简易的SMA隔震设计方法,对某空间网架结构进行了隔震设计与分析。结果表明,该文设计的SMA隔震支座能有效降低网架结构地震响应。该文的研究为控制空间网架结构的地震响应提供了可行的方法。
体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度分析
丁 敏, 蒋秀根, 剧锦三
2010, 27(9): 94-101.
摘要:
体外预应力钢-混凝土组合梁同时具有预应力钢结构、预应力混凝土结构和非预应力组合梁的特点,这使得影响其长期挠度的因素众多。该文作者推得了综合考虑混凝土板中非预应力纵向钢筋、混凝土收缩、徐变和预应力筋松弛等因素影响的体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度计算模型,并已得到试验结果验证。在此基础上,通过张拉龄期、初始有效预拉力、非预应力纵向钢筋配筋率、混凝土板宽度、钢梁高度、环境年平均相对湿度、混凝土强度等级以及预应力筋种类等因素的不同取值,分析各因素对体外预应力钢-混凝土组合梁长期挠度的影响规律及程度。结果表明:施加体外预应力可以大大减小组合梁附加挠度,当体外预应力抵消全部恒载产生的挠度时,终极跨中附加挠度可以降低28.9%;而且初始有效预拉力值越大,组合梁终极跨中附加挠度越小。该研究成果可为体外预应力钢-混凝土组合梁的设计和挠度控制提供技术依据和参考。
钢管混凝土粘结-滑移性能试验研究及数值分析
康希良, 程耀芳, 涂 昀, 薛建阳
2010, 27(9): 102-106.
摘要:
在对三组9根不同的长细比、不同径厚比和不同含钢率的钢管混凝土轴压短柱推出试验研究的基础上,建立了钢管混凝土轴压短柱的非线性有限元分析模型并进行了数值分析。研究了钢管应力、钢管与混凝土的粘结应力和相对滑移沿钢管长度方向的变化规律。数值分析结果与试验结果吻合较好。该文试验及数值分析结果为进一步建立钢管混凝土粘结滑移本构关系提供了参考依据。
空间索桁体系的形状确定问题
张志宏, 董石麟
2010, 27(9): 107-112.
摘要:
该文提出并初步探讨了空间索桁体系上下弦曲线形状确定问题。首先,基于节点平衡关系建立了单榀索桁体系在外荷载无自内力的情况下连续化平衡方程,并将其推广到存在自内力的情况。在无自内力的情况下,该文从数学的角度添加优化条件,归结为基于上下弦索曲线的总拉压应变能泛函和仅包含二阶导数的具有非整型约束条件和固定边界条件的变分极值问题,可由欧拉方程组求得其解。该文的工作可供建筑、结构设计人员和有关学者参考。
梁柱四角钢连接钢框架内填RC墙结构滞回性能试验研究
孙国华, 何若全, 顾 强, 申 林, 方有珍
2010, 27(9): 113-121,.
摘要:
该文通过6榀1/3缩尺的两层单跨梁柱四角钢连接钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构(简称PSRCW)试件模型的低周反复荷载试验,研究了PSRCW结构的传力机理及破坏模式,分析了PSRCW结构的滞回性能、刚度退化、变形及延性性能、耗能能力以及内力分配关系等。研究结果表明:PSRCW结构具有较高的承载力和较大的抗侧移刚度,耗能能力一般。设计荷载水平,与钢梁相连抗剪连接件分担约80%的水平剪力,钢框架分担约70%倾覆力矩。抗剪连接件在拉剪耦合受力状态下易发生低周疲劳破坏,改善抗剪连接件的性能是提高PSRCW结构延性的关键。
混凝土保护层胀裂时刻钢筋锈蚀深度的理论模型
张英姿, 范颖芳, 赵颖华
2010, 27(9): 122-127.
摘要:
钢筋锈蚀产物产生的膨胀力往往会引起钢筋混凝土结构中混凝土保护层的开裂,为了研究混凝土保护层胀裂时刻钢筋的锈蚀深度,在假设钢筋为均匀锈蚀的前提下,以c/d0 (c为混凝土保护层厚度,d0为钢筋的原始直径)作为控制指标,分别基于弹塑性力学和断裂力学的基本理论,建立了混凝土保护层开裂时刻钢筋临界锈蚀深度的理论计算模型。通过已有文献的多组试验数据对计算模型进行了验证,结果表明理论模型计算结果与试验结果能够较好地吻合。
槽形截面梁静力学特性的研究
段敬民, 钱永久
2010, 27(9): 128-132.
摘要:
该文综合考虑了槽形梁的剪切变形和剪滞翘曲应力的自平衡条件,以最小势能原理为基础建立了槽形结构三个广义位移的控制微分方程和自然边界条件,获得了相应广义位移的闭合解,提出了一种对槽形梁静力学特性的准确分析方法。算例中详细分析了剪切变形、剪力滞后和自平衡条件等因素对槽形梁挠度和应力的贡献,明确了槽形梁的静力学特点。该文解析解与有限元数值解进行了比较,证明了该文方法的有效性。
接触热阻及热湿耦合作用对火灾下钢管混凝土柱温度场影响的研究
张江彬, 徐赵东, 韩金生, 孙 晟
2010, 27(9): 133-138,.
摘要:
为更好地分析火灾下钢管混凝土柱截面的温度场,建立了高温下核心混凝土的一维传热传质模型及钢管混凝土柱的传热模型,利用多物理场耦合分析软件COMSOL对核心混凝土的温度场进行了分析,而后研究了接触热阻对钢管混凝土柱截面温度场的影响。分析结果表明:考虑接触热阻和水蒸气等因素的影响后所计算的温度场能够更为真实地反映火灾下钢管混凝土柱截面温度发展的实际情况;与热传导计算模型相比,该文所述的混凝土传热传质数学模型能够更好地描述火灾下混凝土的温度场问题;不考虑接触热阻时计算的柱截面温度高于考虑接触热阻时的计算结果,且越靠近核心混凝土表面计算结果误差越大。
波浪腹板变截面压弯构件稳定承载力设计方法和试验研究
郭彦林, 王小安, 张庆林
2010, 27(9): 139-146.
摘要:
波浪腹板变截面压弯构件用做边柱铰接的门式轻钢结构中,主要承担弯矩、剪力与轴力。该文基于现行《门式刚架轻型房屋钢结构规程》CECS 102:2002中的相关公式,建立了波浪腹板变截面压弯构件平面内稳定承载力与平面外稳定承载力的设计公式。进行了大量的有限元数值计算,其中通过变化构件的几何设计参数并考虑了各种缺陷(几何初始缺陷与残余应力)的影响,验证了所建立的设计公式的可靠性。进行了两根变截面波浪腹板构件的压弯稳定承载性能的试验研究,考察了其失稳机理及稳定承载力,并与有限元数值分析结果吻合较好。
置于氯盐环境中混凝土结构钢筋起锈时间预测
林 刚, 向志海, 刘应华, 魏 东
2010, 27(9): 147-153.
摘要:
该文建立了热、湿度和氯离子在混凝土中耦合传输的模型。通过引入损伤因子,考虑混凝土结构承受环境载荷时,混凝土耐久性能退化,加快湿度和氯离子在混凝土中运输速率。建立了混凝土热传导、湿度扩散和氯离子运输控制方程,并在空间域和时间域离散,采用有限元方法求解。将数值模拟结果和解析解对比,验证了数值模型的准确性和可靠性,此外进一步研究各种因素(对流、耐久性退化、结合效应)对混凝土中钢筋起锈时间的影响。
一种新型剪力墙多垂直杆单元模型:原理和应用
谢 凡, 沈蒲生
2010, 27(9): 154-160.
摘要:
在经典梁理论的基础上提出了一种新的多垂直杆单元模型。新模型的横向位移函数为沿纵向三次式,单元刚度矩阵中考虑了轴向拉压变形与剪切变形的相互作用以及弯曲变形与剪切变形的相互作用。每个单元在纵向采用了四根竖向弹簧,用四段常数应变来拟合线性变化的纵向正应变,一定程度上反映了纵向正应变沿纵向坐标的变化。计算精度随单元高宽比的增加下降极少,减少了单元的划分数量,加快计算速度,并且对于各种荷载组合,均有着较高的计算精度,适应面较广。最后通过算例,并与试验结果比较,表明该模型具有较好的计算精度,可适用于高层建筑结构的弹塑性静力和动力分析。
基于试验的节能砌块隐形密框墙体复合材料力学模型
李升才, 王会丽
2010, 27(9): 161-167.
摘要:
该文在六片1/2比例节能砌块隐形密框墙体低周反复加载拟静力试验基础上,并结合节能砌块隐形密框墙体的特殊构造,建立了弹性阶段墙体的复合材料等效弹性板力学简化模型,其中包括两种正交各向异性复合材料计算模型,进而将墙体简化为各向同性的计算模型,给出了墙体弹性模量及剪切模量实用计算公式,为节能砌块隐形密框墙体的实用弹性刚度计算公式提供了必要的参数。将理论计算与试验结果进行对比分析,对墙体的弹性抗侧刚度的计算公式进行修正,提出了适合于节能砌块隐形密框墙体的弹性抗侧刚度的计算公式。结果表明:复合材料力学简化模型具有一定的理论依据和实用价值,能够满足实际工程计算需要。
混凝土箱梁腹板竖向预应力损失的模型试验研究
沈明燕, 钟新谷, 刘学伟
2010, 27(9): 168-174.
摘要:
制作一混凝土台阶梁模拟PC箱梁桥变高度腹板,在梁内安装10根不同长度竖向预应力筋及YGM锚具,测试了竖向预应力各项损失值;同时通过在螺母下放置不同倾角的垫板以模拟锚具安装误差,测试安装倾角误差与预应力瞬时锚固损失的关系;通过改变张拉锚固过程中拧紧螺母施加的扭矩值,得出扭矩、倾角与瞬时锚固损失的关系。测试结果分析表明:除长期损失外,竖向预应力各项损失测试值均大于规范JTG D62-2004计算值。管道摩阻损失与混凝土弹性压缩损失占比重很小,竖向预应力损失主要是由钢筋回缩损失与长期损失组成,其中回缩损失又占绝大部分比例。钢筋的回缩损失与锚具安装误差,螺母拧紧程度存在明显对应关系。施加较大的拧紧扭矩并不能完全消除因锚具安装误差引起的预应力损失,为了减小竖向预应力损失,必须提高锚垫板的安装精度。
滚石对防护结构的冲击压力计算
何思明
2010, 27(9): 175-180.
摘要:
滚石灾害是西部山区常见的一种地质灾害,工程实践表明,在滚石防护结构上设置垫层材料能有效地减轻滚石的冲击力,而滚石冲击力是滚石防护结构设计的关键荷载,目前国内外尚无合理的计算公式,严重地影响了滚石防护结构的应用。在以典型滚石防护结构为原型,根据球形压模压入半空间基本理论,在假设垫层材料为理想弹塑材料的基础上,研究了垫层材料的冲击特性,推导了滚石冲击压力计算公式,为滚石防护结构设计提供合理的冲击力计算公式。结果表明:在考虑垫层材料的实际弹塑性特征时,计算出的滚石冲击压力远小于由完全弹性碰撞理论确定的冲击压力值;垫层材料能有效地减轻滚石对防护结构的冲击作用。
既有桥梁对邻近新建桥梁三分力系数的气动干扰效应
郭震山, 孟晓亮, 周 奇, 朱乐东
2010, 27(9): 181-186,.
摘要:
以某一主跨310m的独塔斜拉桥扩建工程为背景,通过节段模型测力风洞试验研究既有桥梁对其邻近新建桥梁三分力系数的气动干扰效应,引入气动干扰因子研究新建桥梁三分力系数受邻近既有桥梁影响的规律,并利用CFD手段从流场的角度定性的解释了产生干扰现象的机理。研究结果表明:既有桥梁对新建桥梁在施工和成桥运营阶段的三分力系数可能会产生十分显著的影响,并且新建桥梁三分力系数气动干扰因子随风攻角的改变在成桥和施工阶段呈现相似的规律性变化;阻力系数气动干扰因子随着风攻角绝对值的增大而增大;升力系数气动干扰因子随风攻角的增加呈递减的变化趋势,升力矩系数气动干扰因子随风攻角的变化规律较不明显。
冻融与氯盐作用下考虑相关随机变量的预应力结构可靠度分析
陈 妤, 刘荣桂, 周伟玲, 张益多, 汤 灿, 刘 媛
2010, 27(9): 187-191.
摘要:
针对季节性冰冻地区的海工结构耐久性失效特点以及结构耐久性具体要求,从失效率与可靠度的关系入手,运用随机场理论,综合考虑正负峰值温度差、氯离子临界浓度与预应力的影响,提出了冻融条件预应力结构氯盐侵蚀的可靠度分析模型。通过算例,讨论了离散数目对失效概率的影响,并对氯离子浓度、保护层厚度等相关随机变量进行了灵敏度分析。结果表明:运用随机场分析结果与JC法及实用分析法得到的数值结果相近;基于所给出的结果,有望为工程应用中的可靠度分析提供合理的前期准备。
基于随机响应面法的结构可靠度分析
胡 冉, 李典庆, 周创兵, 陈益峰
2010, 27(9): 192-200.
摘要:
提出了考虑变量间相关性的随机响应面法,采用正交变换解决随机响应面法输入随机变量间相关性问题。推导了4阶和5阶Hermite随机多项式展开的解析表达式。编写了基于C#语言的随机响应面法计算程序。最后采用算例证明了随机响应面法在结构可靠度分析中的有效性。结果表明,提出的随机响应面法能够有效地分析输入随机变量间相关性的可靠度问题。3阶随机响应面法的计算精度在大多数情况下可以满足结构可靠度分析的需要,而且计算效率较高。但是随着变量间相关性的增加,4阶或5阶随机响应面法才能保证足够的计算精度。概率配点数目为随机多项式待定系数数目的两倍并不总能保证足够的计算精度,一般来说,配点数目要大于两倍待定系数的个数才能保证随机响应面法足够的计算精度。
基于软化拉-压杆模型方法的钢筋混凝土变梁中节点抗剪承载力研究
吴 涛, 邢国华, 刘伯权, 黄 华
2010, 27(9): 201-208.
摘要:
根据10个梁高不等钢筋混凝土框架中节点试件在低周反复荷载作用下的试验结果,重点分析了该类框架节点的破坏过程和破坏特点。在试验研究的基础上,建立了框架中节点等效核心区在剪、压复合作用下的计算模型,应用软化拉-压杆模型方法(简称SSTM)对等效核心区进行了受力分析。研究表明:软化拉-压杆模型理论计算值与试验结果接近,与现行规范建议方法计算结果相当,但软化拉-压杆模型方法有明确的力学计算模型,能较为合理地反映框架节点的受力机理。
海水侵蚀后混凝土三轴强度准则研究
张 峰, 刘小燕, 李术才
2010, 27(9): 209-215.
摘要:
为了有效评估海水侵蚀后混凝土的力学性能,该文开展了混凝土在海水干湿循环作用后各项基本力学性能衰减规律的试验研究,基于大型动静载伺服刚性试验机,研究了海水干湿循环作用次数分别为0次、10次、20次、30次、40次、50次和60次下的混凝土应力-应变关系。根据混凝土应力-应变曲线,总结混凝土弹性模量、抗压强度的衰减规律。根据单轴力学性能退化规律和损伤力学基本理论,总结混凝土侵蚀作用后的三轴OTTOSEN强度准则。试验现象表明:随着干湿循环次数的增多,混凝土轴心抗压强度、弹性模量等力学性能指标的下降程度均逐渐加大。该文研究可为建立符合实际工程的混凝土结构受海水侵蚀后的抗裂设计理论提供基础资料。
机械工程学科
LZ50钢真应力控制下单轴棘轮行为的实验研究
郭 严, 康国政, 刘宇杰, 丁 俊
2010, 27(9): 216-220,.
摘要:
室温下对LZ50钢进行了系统的单轴应变控制和应力控制循环实验,揭示了材料的应变循环特性,讨论了平均应力、应力幅值、应力比及加载波形对材料棘轮行为的影响,重点比较和分析了传统的名义应力控制与改进的真应力控制模式下材料棘轮演变的异同点。结果表明:LZ50钢的变形行为没有明显的率相关性,并可视为循环稳定材料;真应力控制下产生的棘轮应变和棘轮应变率均小于名义应力控制下的结果,且两种控制方式对棘轮变形的影响与总的变形程度有关;棘轮应变随着平均应力和应力幅值的增大表现出单调上升的趋势,但不随应力比单调变化。
金属棒材拉丝应力统一解
李小伟, 赵均海
2010, 27(9): 221-226.
摘要:
材料拉压强度不相等时棒材拉丝问题的应力解答是研究材料成形工艺人员所关心的问题。根据统一强度理论,分析了棒材拉丝问题,得到考虑材料拉压比影响的棒材拉丝应力统一解和最大截面缩减率统一解。分析过程中引入一个反映棒材拉制和压制工艺的系数,将棒材拉丝问题的拉制解和压制解统一起来。当材料拉压强度相同时,棒材拉丝应力的Mises解答是棒材拉丝应力统一解的特例。在拉丝过程中,棒材拉丝问题的最大截面缩减率随材料拉压比变化而变化。当材料的拉压强度相等时,棒材拉丝最大截面缩减率的Mises解答是最大截面缩减率统一解的特例,也是它的最大值。
汽车异常振动振源识别的试验研究
宋向荣, 李建康, 席桂东
2010, 27(9): 227-233.
摘要:
汽车整车振动和噪声控制涉及到动力系统、传动系统、悬架系统等是个综合问题。某款样车在95km/h―120km/h车速时,车体出现异常振动并伴随共鸣噪声,该文同时采用固定采样和阶次跟踪采样进行道路测试,利用阶次跟踪技术、工作变形分析,结合偏频测试和频谱分析,找到整车异常振动的原因是由于车轮11Hz―15Hz的周期激励与车身和地板的某阶模态频率接近引起。提出合理改进措施,改进后车体异常振动情况大大改善。该试验方法对类似的异常振动问题提供了有利借鉴。
地铁车轮踏面制动疲劳强度评价方法及应用
肖 楠, 谢基龙, 周素霞
2010, 27(9): 234-239.
摘要:
地铁车轮在运用中受到与车轮转动相关的高频次轮轨载荷和频繁的闸瓦制动热负荷的联合作用,是导致车轮疲劳失效的主要原因。该文采用有限元法模拟了全程实际运营下车轮的制动热应力和轮轨机械应力,并分析了热应力与轮轨机械应力的叠加模式,进而提出了地铁车轮疲劳强度评价的思路和方法。通过实例分析:揭示出了制动和车轮踏面磨耗量对车轮疲劳强度的影响规律。
其他工程学科
地铁车站内爆炸波的传播规律与超压荷载
曲树盛, 李忠献
2010, 27(9): 240-247.
摘要:
地铁车站内人群密集、环境封闭,一旦发生意外或恐怖爆炸事件,爆炸波对车站结构的冲击作用更为强烈,甚至会引发结构破坏,造成大量的人员伤亡。数值模拟了地铁车站内爆炸波的传播过程,研究了爆炸波的传播和衰减规律,得到了爆炸发生时避免人受伤和死亡的安全距离,同时分析了结构高度和出口距爆源距离对爆炸波传播的影响。研究表明:地铁车站内爆炸波的传播时间更长、衰减更慢,对结构的破坏作用更大;结构高度不同不仅影响爆炸波的衰减,而且会引起波形的差异;出口的泄爆作用与出口距爆源的距离有关,出口距爆源越近,其泄爆作用越明显。
水下通气超空泡航行体结构屈曲可靠性分析
周 凌, 安伟光, 安 海
2010, 27(9): 248-256.
摘要:
在水下一定深度处高速运行的超空泡航行体,其所受轴向力非常大,同时受通气空泡环向压力,容易发生结构屈曲问题。考虑到结构自身参数和通气空化数的不确定性,有必要对航行体舱段结构进行屈曲可靠性分析。该文将航行体环向加肋舱段简化为变厚度圆柱薄壳,运用半解析有限元求解临界屈曲载荷系数,并采用随机有限元与有限步长迭代法相结合求屈曲可靠性指标。算例结果表明:屈曲可靠性指标随环肋个数增加而有较大增幅且在两端简支条件下受面内轴向约束影响较大,并随航行深度的增大呈下降趋势。控制薄壳厚度、弹性模量和环肋厚度的不确定程度可提高屈曲可靠性指标,而通气空化数的不确定程度变化对屈曲可靠性指标影响较为复杂。