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2011年  第28卷  第增刊I期

基本方法
几何非线性样条有限元法
秦 剑, 黄克服, 张清东
2011, 28(增刊I): 1-004.
摘要:
根据样条有限元方法的基本原理,拓展建立了一种几何非线性样条有限元方法。该方法充分利用了样条函数乘积的性质,将样条函数的积分显式地表达出来,使得传统有限元中需要花费大量时间的刚度矩阵计算可以很简单的得到,具有精度高、输入量小、连续性强等优点。它与普通有限元法使用高斯积分计算的精确结果均在高斯积分点上不同,样条有限元所得到的结果均在单元节点上,在数据的后处理方面更为方便和精确。
三种非线性梁柱单元的研究及单元开发
陈学伟, 韩小雷, 孙思为
2011, 28(增刊I): 5-011.
摘要:
罕遇地震作用下混凝土梁柱构件易进入塑性阶段而发生弹塑性损伤,正确地模拟结构进入非线性状态后的力学行为对评价结构的抗震安全性具有重要的意义。通过面向对象语言编制了基于宏观单元的结构弹塑性分析软件平台MESAP,增加了三种非线性梁柱单元:基于刚度法纤维单元、基于柔度法纤维单元及基于柔度法的塑性铰单元。通过算例分析三种非线性梁柱单元之间的差异。基于柔度法塑性铰单元的柔度矩阵积分方法可分为四种,通过算例讨论四种积分方法的差异。算例分析结果表明基于柔度法的塑性铰单元是一种精度高具计算成本低的宏观单元。Gauss-Radau积分法要求进行塑性计算的积分点只有两个,该积分法计算效率较高且精度良好,适用于整体结构的非线性分析之中,具有实际工程应用意义。
用不协调实体单元进行梁构件温升分析
余新盟, 查晓雄
2011, 28(增刊I): 12-015.
摘要:
该文开发了不协调实体有限元单元和升温下的三维本构关系模型用于受弯构件在温升情况下的行为分析,解决了本构增量算法在进行温升分析时出现已收敛应力闭锁问题。在通过有限元模型模拟结果与理论解以及其它软件模拟结果的比较表明该模型可以很好地用于结构在火灾中的分析。
改进的基于弹性核法的曲梁有限梁段法
宋郁民, 吴定俊
2011, 28(增刊I): 16-021.
摘要:
基于弹性核法的曲梁有限梁段法,在求解曲梁单元刚度矩阵时,因柔度矩阵的表达式繁琐,难以直接求逆得到单元刚度矩阵的解析表达式。相关文献及曲梁的梁段有限元程序均采用数值方法求逆,得其刚度矩阵。该文提出一个矩阵求逆理论,并证明之。依此理论推导出曲梁单元刚度矩阵的解析解,并提出对曲梁有限梁段法的改进。算例验证了公式的正确性和可靠性。依据改进后的曲梁单元刚度矩阵及其解析解,简化了曲梁杆系结构有限元程序的编制,提高了微机工作效率和计算精度。
土木工程学科
人字形支撑与横梁的板式连接节点的低周疲劳性能及设计建议
张文元, 陈世玺, 张耀春
2011, 28(增刊I): 22-028,.
摘要:
为保证往复弹塑性层间变形条件下人字形支撑与横梁连接的板式节点不先于支撑发生破坏,从节点板与被连接的人字形支撑构件的低周疲劳寿命入手,使用ANSYS和fe-safeWorks程序对由人字撑和节点板组成的支撑系统进行了大量非线性有限元参数分析,研究了工字形截面支撑翼缘宽厚比、支撑长细比、支撑或连接件最外端至梁下翼缘的距离(简称净距)、人字形支撑轴线交点位置等参数对支撑系统低周疲劳寿命的影响规律。基于我国抗震规范按不同抗震设防烈度而规定的支撑长细比和翼缘宽厚比的不同限值,在保证节点板低周疲劳寿命高于支撑的前提下,提出了板式节点人字形支撑端部净距的合理取值方法,为节点板的抗震设计提供了依据。
运营桥梁结构间接辨识的统计估计方法
李炜明, 朱宏平
2011, 28(增刊I): 29-034.
摘要:
建立了运营桥梁结构系统辨识的数学模型,以及对于运营桥梁结构参数实现间接辨识的点估计及区间估计的方法。引入系统辨识理论,定义了运营桥梁结构的数据、模型类、准则要素;基于车辆响应,通过对准则优化的实现,实现了基于车辆响应对结构参数的间接辨识;分别基于半解析解、数值解、加入白噪声的半解析解以及数值解对结构的频率和刚度,进行了响应辨识、参数点估计与参数区间估计。辨识结果表明:不同模型类显著影响点估计的误差与区间估计的整体分布,噪声水平显著影响区间估计的长度;由此指出了合适模型类,测试与分析过程中降噪为下一步工程应用的关键因素。
基于Boussinesq应力解和位移解的复合地基沉降可靠度分析
丁继辉, 袁 满, 王 岩
2011, 28(增刊I): 35-039.
摘要:
将复合地基的加固区和下卧层作为一个整体,加固区视为压缩模量为复合模量的天然地基,按天然地基的分层总和法计算复合地基沉降。以竖向荷载作用下Boussinesq应力解和位移解为基础,建立了复合地基沉降量的可靠度分析模型。并结合工程实例对复合地基沉降量的可靠指标的影响因素进行了分析。考虑复合地基变形可靠度分析中,功能函数的高度非线性且包含有积分项,采用验算点法较蒙特卡洛法困难,蒙特卡洛法不用计算功能函数的偏导数,不受功能函数非线性和数值积分的限制。
胶粉改性沥青混合料弯曲蠕变试验研究
王 岚, 常春清, 邢永明
2011, 28(增刊I): 40-043.
摘要:
胶粉改性沥青混合料是一种典型的粘弹性材料,具有很好的抗高温和抗低温开裂性能。由于利用了废旧橡胶轮胎对于减少黑色污染,发展循环经济和保护环境,具有重要意义。通过配合比相同的胶粉改性沥青和SBS改性沥青混合料的弯曲蠕变对比试验,研究了在15℃、0℃、15℃、30℃和45℃下两种沥青混合料粘弹特性。得出胶粉改性沥青和SBS改性沥青混合料在不同温度下的蠕变应变-时间对比曲线及蠕变速率。可以看出,胶粉改性沥青混合料比SBS改性沥青混合料具有更好的低温性能。同时发现,Burgers模型可较好的模拟其粘弹性力学特性,通过拟合得出粘弹性参数,并利用ABAQUS软件模拟了弯曲蠕变试验过程。
水化热及入模温度对灌注桩回冻过程影响的研究
贾艳敏, 田海旗, 郭红雨
2011, 28(增刊I): 44-047.
摘要:
以传热学为基础,给出冻土地区桩基温度场的二维控制微分方程及初始边界条件。结合试桩工程实例,建立二维数值模型,采用数值方法求解,计算值与实测值吻合较好,研究了成桩后由于混凝土水化热作用对冻土的热扰动以及这种热扰动的消散规律,讨论了入模温度和总水化热对回冻过程的影响,分析结果表明:混凝土水化热对地温的热扰动是一个长期的过程,随着回冻时间的增大而减小;混凝土入模温度和总水化热对回冻时间有一定影响,前者影响较大,后者影响较小。
轻型钢框架支撑体系振动特性与抗震性能分析
邹 昀, 张振炫, 李凯文, 王城泉
2011, 28(增刊I): 48-052.
摘要:
为了分析不同支撑形式对钢框架结构体系振动特性的影响,利用PKPM软件设计了X型、V型和人字型3种不同支撑形式的12层钢框架支撑结构,提供了主要构件的尺寸和结构的振动特性,再利用有限元软件ANSYS和SAP2000对3种不同支撑的自振特性分别进行了分析,探明了不同支撑形式对该结构体系的动力特性的影响;利用ANSYS软件进行了El-Centro波和上海人工二波输入下的多遇和罕遇地震的弹塑性时程分析,探讨了不同支撑形式的结构地震响应。分析结果表明,V型和人字型对结构刚度的提高比X型的支撑明显,前二种支撑效果非常接近,分析结果可供工程设计人员在结构选型时参考。
某八层混凝土框架结构火灾连续倒塌模拟
李 易, 陆新征, 任爱珠, 叶列平, 陈适才
2011, 28(增刊I): 53-059.
摘要:
为了模拟火灾下结构倒塌破坏行为,需要开发能够反映结构火灾整体行为的高效数值模型。该文基于纤维梁模型和分层壳模型开发了混凝土框架火灾倒塌分析程序,对程序中采用的材料高温力学模型进行了分析与检验,并通过对构件抗火性能试验的模拟验证了程序的计算精度。最后,该文利用该倒塌分析程序对一个八层框架结构的火灾倒塌过程进行了模拟,分析了结构在火灾下的倒塌机理。
箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力分析
李士彬, 张 鑫, 贾留东, 王 欣
2011, 28(增刊I): 60-063,.
摘要:
为研究箍筋锈蚀钢筋混凝土梁抗剪性能退化规律,在考虑质量损失影响的基础上,对48根混凝土中自然锈蚀光圆钢筋试件进行轴向拉伸试验。结果表明:钢筋试件大多断面整齐,基本无颈缩现象,表现为脆性破坏;随着质量损失的增大,钢筋的屈服平台缩短甚至消失,极限变形显著减小。经回归分析,建立了自然锈蚀光圆钢筋的强度退化模型。考虑钢筋锈蚀对箍筋截面面积和力学性能及混凝土截面的影响,基于《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)以剪压破坏的受力特征为基础建立的混凝土梁抗剪承载力计算公式,提出了箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力估算公式。并且,对所提出的箍筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力的理论预测进行了试验验证。计算结果与试验结果吻合较好,且偏于安全。
保温砂浆墙体保温系统温度效应研究
秦尚松, 刘元珍, 李 珠, 王 宏
2011, 28(增刊I): 64-068.
摘要:
基于热传导和热弹性的基本理论,利用ANSYS有限元软件分析了玻化微珠保温砂浆不同保温形式墙体的温度场和温度应力。分析结果表明:不同保温形式下,墙体系统保温层与结构层温度场差异较大;外墙外保温形式保温层温度变化幅度大,设计中应注意其保温层温度变形及疲劳温度应力的计算;在寒冷和严寒地区冬季,外保温墙体和内外复合保温墙体结构层温度均为正温,内保温墙体结构层温度会出现正负循环的温度场;在不利温度作用下,内保温基层墙体温差最大(约25℃),同时其温度应力较大,影响墙体结构耐久性。
方钢管高强混凝土柱的受力性能研究
李 斌, 高春彦
2011, 28(增刊I): 69-074.
摘要:
该文以轴压比、含钢率和长细比为参数,进行了8根方钢管高强混凝土柱的低周反复荷载试验,研究分析了该类构件的滞回曲线、延性、刚度退化、耗能能力、破坏机理和特征;考察了轴压比、含钢率和长细比对试件受力性能及抗震性能的影响规律。研究表明,方钢管高强混凝土柱滞回曲线饱满,耗能能力强,达到极限荷载后具有良好的延性和较为稳定的后期承载能力,位移延性系数在3.05―4.07之间,满足延性构件的要求。柱轴压比对试件的承载力和抗震性能的影响最大,随着轴压比的增加,试件的承载力降低,位移延性减小,耗能能力降低,刚度退化的速度加快;随着含钢率的增加,试件的弹性阶段刚度和承载力提高,位移延性增加,耗能能力提高;随着长细比的增加,试件的承载力和弹性阶段刚度都明显降低。经与钢筋混凝土柱、型钢柱的对比分析可知,方钢管高强混凝土柱在受力、施工和经济性能等方面明显优于其他结构,有进一步研究和推广应用的价值。
双塔结构风荷载干扰效应试验研究
刘庆宽, 马文勇, 盛永青, 侯莉倩
2011, 28(增刊I): 75-079.
摘要:
在模拟的大气边界层中,通过双塔结构刚性测压模型风洞试验,研究了两高耸建筑间的风荷载分布特征,通过分析结构的体型系数,研究了两建筑间的风荷载干扰效应。结果表明:该双塔结构风干扰效应主要表现为遮挡效应和狭管效应,由于位于上流的施扰建筑的影响,受扰建筑的负压绝对值明显减小;当施扰建筑平行与受扰建筑时,狭管效应导致位于两个建筑之间的负风压值大幅高,且随着建筑高度的增大,该狭管效应逐渐减弱。
超低温环境下钢筋与混凝土的粘结性能
李会杰, 谢 剑
2011, 28(增刊I): 80-084.
摘要:
随着对LNG低温储罐关注度的提高及在严寒地区进行大量的土木工程建设,混凝土结构已广泛应用于低温、超低温环境。如LNG低温储罐的发展使混凝土结构可能被应用于165℃的超低温环境,因此有必要对超低温环境下的相关材料性能进行系统的研究。该文在参考大量国内外文献的基础上对超低温下钢筋、混凝土材料的力学性能以及钢筋与混凝土的粘结性能做了综述,重点讲述超低温环境下钢筋、预应力钢筋的力学性能以及超低温对钢筋与混凝土粘结性能的影响。
混凝土浇筑期高大模板支架工作状态的试验测试
谢 楠
2011, 28(增刊I): 85-089.
摘要:
混凝土浇筑期是高大模板支架最危险的时期,为了了解这一时期的高大模板支架的工作状态,该文对两个模板支架进行了内力的静态和动态实测。测试结果表明:立杆所受到的最大荷载出现在浇筑过程中,而不是在浇筑结束后;支架整体工作;个别立杆在浇筑过程中退出了工作,使得附近立杆的轴力大幅度提高。该文对这一现象进行了分析,根据试验和分析结果,掌握了高大模板支架的工作状态,提出设计时应将混凝土荷载视为可变荷载,并忽略浇筑和振捣混凝土产生的荷载动力效应。
碎石桩加固液化砂土地基的数值模拟分析
牛琪瑛, 刘建君, 张 明, 刘少文
2011, 28(增刊I): 90-093.
摘要:
该文采用三维有限差分程序FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua)对未加固和碎石桩加固的液化砂土地基进行数值模拟,对其建立模型以及进行地震响应分析,得到碎石桩加固液化地基土模型的抗液化效果。经数值分析,证实了碎石桩具有显著的排水效果。同时与振动台试验数据相比较,论证了数值模拟结果的可靠性。
灾变事件下高速公路限速标准的可靠性分析
陈富坚, 黄世斌, 包惠明
2011, 28(增刊I): 94-098.
摘要:
针对灾变事件下高速公路安全管理中采用定值型限速标准存在的问题,对基于可靠性的限速标准进行了探讨。通过对高速公路平曲线路段车辆行驶的动力学分析,推导了车辆作圆周运动而不发生横向滑移的最大允许车速,以及司机在弯道内发现障碍物而紧急安全停车的最大允许速度。以可靠性工程理论为依据,对高速公路限速标准的可靠度进行了定义,并以圆周运动安全和紧急刹车安全为约束条件建立了高速公路限速标准的功能函数,推导了相应的可靠性计算模型。针对限速标准功能函数的多参数复杂非线性特征,提出采用Monte Carlo法对限速标准可靠性计算模型进行求解。以所推导的基本公式编制了基于MATLAB的限速标准可靠性计算程序,并以算例示范了基于可靠性的限速标准的确定方法。基于可靠性的高速公路限速标准克服了定值型限速标准的不足,对提高高速公路运营安全有积极的意义。
基于弹塑性损伤理论的水泥稳定基层养生期裂缝形成机理分析
曹 鹏, 冯德成, 田 林, 荆儒鑫
2011, 28(增刊I): 99-102,.
摘要:
基于弹塑性损伤理论,该文使用有限元通用软件ABAQUS对于水泥稳定基层在养护时期受到干缩变形与温度变形的耦合作用下裂缝的产生进行了数值模拟。研究结果表明:使用弹塑性损伤理论可以很好地模拟基层裂缝萌生和扩展;数值计算结果中裂缝出现的间距与实际现场调查的结果相近。干缩变形是导致养护期间裂缝的产生的主要原因,该文研究结果可为实际基层施工过程中优化铺设厚度,合理设置伸缩缝间距提供依据。同时,该文开发了一个UEXPAN(User subroutine to define incremental thermal strains)的子程序,使用这一子程序可以将干缩变形引入到有限元计算中,这也为使用有限元方法研究干缩变形提供了一种新方法。
倒梯形板桁主梁CFD简化模型及气动特性研究
李永乐, 安伟胜, 蔡宪棠, 何庭国
2011, 28(增刊I): 103-109.
摘要:
板桁主梁以其良好的整体性和合理的受力性能广泛应用于铁路桥梁建设中,随着桥梁跨径的增大,其抗风性能已逐渐成为控制桥梁设计的关键因素之一。基于桁架受风面积等效,并考虑上流、下流构件间相互的气动干扰,提出了一种简化的CFD分析模型,该模型偏安全地忽略了腹杆和上弦杆、下弦杆连接处相互的气动作用,将三维板桁主梁等效为二维平面结构,从而降低建模难度和减小计算工作量。基于该简化CFD分析模型,对倒梯形板桁主梁的静力气动力系数、涡振性能、颤振导数进行了计算分析,并对比了桥上车辆存在对板桁主梁的气动特性的影响。研究结果表明,倒梯形板桁主梁的涡振性能对雷诺数较为敏感,桥上车辆的存在显著改变了板桁主梁的气动特性。
高层框架结构转动惯性对其地震响应的影响
刘铁林, 石大川, 刘 泓
2011, 28(增刊I): 110-114.
摘要:
针对考虑轴向力效应的弯剪型高层框架结构的弹塑性地震响应问题,研究转动惯性对高层框架结构层间剪力以及楼层屈服程度的影响。该文给出了考虑转动惯性的高层框架结构弹塑性分析的数值计算方法。对比了考虑和不考虑转动惯性时框架结构各层间剪力的最大值。针对不同塑性刚度系数情况,研究了考虑和不考虑转动惯性对楼层屈服的影响。通过是否考虑刚度系数中的轴向力,研究轴向力对结构层间剪力的影响。分析了竖向地震的作用力及楼层柱子的拉压状态。数值计算结果表明:转动惯性可造成高层框架结构底部楼层的层间剪力增大;竖向地震作用和结构自重对结构由水平地震作用产生的层间剪力影响很小;高层框架结构在强竖向地震作用下,其顶部附近楼层的柱子可出现受拉状态。
考虑施工缺陷和初始偏心的高墩稳定性分析
杜进生, 康景亮, 罗小峰
2011, 28(增刊I): 115-118,.
摘要:
利用有限元法对泾河大桥的2个典型薄壁高墩进行了稳定分析。结果表明,考虑几何非线性的薄壁高墩稳定安全系数比相应线弹性分析的稳定安全系数低31%―36%,实际设计中应考虑几何非线性对薄壁高墩稳定性的影响。稳定安全系数随着施工缺陷深度或高度的增加而减小,并且缺陷深度的增加比缺陷高度的增加对稳定安全系数的降低影响更大一些。相同状态的施工缺陷位于桥墩下部时对稳定性的影响比其位于桥墩上部要大。桥墩的稳定安全系数也随着初始偏心距的增加而逐步降低。
砖混结构混凝土现浇板收缩裂缝的数值分析
贾 强, 王子卿
2011, 28(增刊I): 119-124.
摘要:
运用ANSYS有限元软件,建立三维有限元模型对一个纵向8个开间、横向2间进深的砖混结构多跨连续板收缩裂缝进行数值分析。现浇板的收缩作用是通过对板施加当量温差实现的。数值计算后,在后处理程序中可查看现浇板的应力云图,用路径操作的方法可以得到现浇板的纵向和横向第一主应力-位置曲线。现浇板混凝土收缩产生的最大拉应力主要分布在板的4个大角,以及墙体和现浇板的边界处,板跨中处较小。沿着现浇板的纵向,从端部房间到中部房间拉应力逐步增大,增大率只有5%―7%。现浇板的纵向和横向拉应力相差不大。现浇板跨中无穿线管时,最大应力出现在墙体和现浇板的边界处;而跨中设置了穿线管后,跨中出现了明显的应力集中,这成为穿线管处易出现收缩裂缝的主要原因。现浇板收缩应力的大小,取决于楼层墙体侧移刚度,墙体侧移刚度与墙体的水平截面面积成正比。增大墙体间距,能够减小墙体侧移刚度,从而减小现浇板收缩应力的水平。
无防火保护钢柱抗火性能的研究
吕俊利, 董毓利, 孙建东, 杨志年
2011, 28(增刊I): 125-129.
摘要:
为研究H型截面钢柱在火灾中的行为,自行研制了柱火灾试验炉,对6个试件进行试验研究,考虑轴压比和柱端约束的不同。试验中测得了柱炉内烟气温度、钢柱截面温度、钢柱侧移、钢柱轴向变形和限制轴向变形后产生的附加轴压力。试验结果表明:裸露钢柱四面受火时,同一截面温度基本相同;钢柱高度相同时,各工况下轴向变形相差不大,增大柱端约束,轴向变形略小,若轴向变形受限制,轴压比增大,产生的附加轴力反而减小,但试件所受轴力总和并不一定小;钢柱在火灾中的行为,明显分为膨胀阶段和压缩阶段,其中主要是膨胀阶段,压缩阶段很短。膨胀阶段试件虽然温度已经很高,但能够稳定的承受所施加的荷载,此阶段侧向变形也较小。
两边连接开缝钢板剪力墙的弹性屈曲分析
马欣伯, 郭兰慧, 张素梅, 戎 芹
2011, 28(增刊I): 130-135.
摘要:
两边连接开缝钢板剪力墙具有延性好,耗能能力强等优点,同时有效避免了四边连接钢板剪力墙对框架柱产生的附加荷载,避免了与剪力墙相连框架柱的早期破坏。该文对两边连接开缝钢板剪力墙的弹性屈曲性能进行分析,系统考察了缝间小柱高宽比、宽厚比、开缝排数等参数的影响;同时分析了缝间小柱的屈曲性能,给出缝间小柱端部先于钢板整体弹性屈曲时的临界高厚比限值;分析结果表明,开缝钢板剪力墙保持平面内工作且通过缝间小柱端部形成塑性铰承担荷载并耗能时的理想开缝原则为缝间小柱宽厚比b/t <15且高宽比h/b>3.0。
平面形状为圆环形的混凝土框架结构温度应力研究
张玉明, 边广生, 孟少平
2011, 28(增刊I): 136-140.
摘要:
对平面形状为圆环形的混凝土框架结构在季节温差作用下构件的温度应力进行了研究。从理论上分析了圆环形混凝土框架结构在温度作用下结构变形、梁板中径向应力、环向应力、柱中应力特点,并通过算例进行了计算验证。研究结果表明:圆环形混凝土框架结构裂缝控制的重点为梁板中的环向应力和柱中应力。梁板中环向应力大小与径向位移约束系数成正比,环向应力自外环至内环逐渐增加,可能引起自内环开始的径向放射状通缝;柱根尤其是边柱柱根承受较大弯矩,可能产生严重的弯曲裂缝甚至破坏,需加强配筋满足裂缝控制要求。
活性粉末混凝土轴拉性能试验研究
原海燕, 安明喆, 贾方方, 余自若
2011, 28(增刊I): 141-144.
摘要:
应用自行设计的外夹式轴拉试验装置,对3种钢纤维体积率的活性粉末混凝土(RPC)试件进行了轴心受拉全过程试验。试验采用变截面弧形过渡的哑铃型试件,配合变厚度铜垫片,解决了外夹式试件易在端部产生应力集中的问题。试验结果表明,在普通万能试验机上不添加任何刚度辅助设施,能够测出钢纤维体积率Vf =1%、Vf =2%时的RPC轴拉应力-应变全曲线,RPC轴拉破坏形式由无纤维时的脆性破坏转为韧性破坏。
装配箱混凝土空心楼盖结构受力性能试验研究
赵考重, 李自然, 王 莉, 孙双军, 房晓朋, 王 超
2011, 28(增刊I): 145-150.
摘要:
装配箱混凝土空心楼盖是一种新型的楼盖形式,是由小型预制构件(混凝土叠合箱)与现浇混凝土肋梁结合成具有连续箱型截面的整体结构。该文通过对装配箱混凝土空心楼板试件的试验,分析了该结构的受力性能,得到了楼盖在荷载作用下的破坏机理。通过分析得到预制箱体与现浇混凝土肋梁能够共同工作,在进行楼盖设计计算时,可简化为T型截面进行抗弯计算。抗弯计算时,每根肋梁为一个计算单元,箱体的顶板(底板)可作为肋梁的受压翼缘,翼缘的有效宽度可取肋梁截面宽度与肋梁净距和12倍箱体顶板厚度两者中较小值之和。配置在受拉区的箱体底板内的钢筋能够充分发挥作用,在进行抗弯计算时可考虑其作用。受拉区箱体底板上的裂缝间距和宽度与肋梁的裂缝不同,箱体底板上的裂缝应按钢筋混凝土轴心受拉构件计算,肋梁则应按受弯构件计算。
基于随机多尺度力学模型的混凝土力学特性研究
杜修力, 金 浏
2011, 28(增刊I): 151-155.
摘要:
提出一种混凝土材料宏观力学特性分析的新方法——随机多尺度力学模型分析方法。从描述混凝土材料的细观尺度入手,首先采用Monte Carlo法生成由骨料颗粒及砂浆基质组成的混凝土试件的随机骨料模型;然后采用材料特征单元尺度法来剖分有限元网格并投影到建立的随机骨料模型上,各单元网格的力学特性则采用复合材料等效化方法来确定。通过分析,给出了混凝土单轴拉伸情况下的变形及宏观应力-应变关系,结果与实验结果相比较为吻合;与细观力学模型相比,该文方法极大地节省了计算资源,具有高效性。
复合土钉墙变形的简化计算方法
魏焕卫, 宋丰波, 杨 敏, 孙剑平
2011, 28(增刊I): 156-161,.
摘要:
复合土钉墙的侧向变形计算是其设计的关键指标,目前规范还没有相应的计算方法。该文假定复合土钉墙的最终侧向变形为部分土压力作用下微型桩的变形与土钉本身在其影响范围内土压力拉拔变形的叠加,把前者等效为一个多跨简支梁变形,建立了利用土钉和微型桩的水平刚度的大小来分配相应位置的微型桩所受到的侧向土压力的计算模型;推导了土钉的水平刚度系数的计算公式,研究表明土钉的水平刚度系数主要受到相应位置钉土间的剪切变形系数和潜在滑动面以外土钉长度L1的影响;提出了按照悬臂梁或水平受荷桩计算微型桩的水平刚度系数的方法;讨论了该文提出的复合土钉变形计算方法中主要参数的计算模式,包括土压力、钉土间剪切变形系数等。通过工程的实测资料对该文计算理论进行验证,结果表明了该文复合土钉墙变形计算简化方法的有效性。该文所提出的复合土钉墙变形计算方法可以利用工程实践中大量的土钉抗拔实测资料,比较容易地推算复合土钉墙开挖后的变形情况,从而为复合土钉墙变形的预测和控制提供了设计和施工方面的依据和参考。
框架柱托换节点承载力理论公式的研究
都爱华, 张 鑫, 朱维申
2011, 28(增刊I): 162-166.
摘要:
该文依据16组框架柱双梁式托换节点的正交试验,得到了行走梁的跨高比、托换梁的箍筋配箍率、纵筋配筋率等因素对框架柱托换节点承载力的影响关系,通过对试验结果的分析,总结出框架柱托换节点的受力机理、破坏形态,并得出行走梁的跨高比是影响框架柱托换节点破坏形式的关键因素;并在此基础上通过理论分析将框架柱托换节点的界面破坏过程分为界面冲切滑动前和界面冲切滑动后两个阶段,针对界面冲切滑动前这一阶段提出了框架柱托换节点的空间“拉杆拱”力学模型,并对这一空间模型进行了受力分析,推导出了框架柱托换节点承载力的理论计算公式,并将理论结果与试验结果进行了对比,二者吻合较好。
喷射聚合物保温砂浆在外墙加固节能中的应用
张学伟, 刘卫东, 钟海荣, 邹文宝, 肖煌俊
2011, 28(增刊I): 167-171.
摘要:
该文在材料试验研究和现场施工样板检验的基础上,证明采用喷射聚合物保温砂浆加固与节能组合法是一种行之有效的墙体加固节能方法,尤其在砖砌体结构的加固改造中其优势更加明显。该文首先对聚合物保温砂浆进行了性能测试研究,着重介绍了喷射聚合物保温砂浆加固与节能组合法的施工工艺,分析了该方法加固保温的机理,并进行了现场砂浆喷射模拟试验,结果表明该方法的施工效果良好,可供相关加固节能改造工程参考。
斜拉桥钢锚箱组合索塔水平受力性能简化分析模型
苏庆田, 秦 飞
2011, 28(增刊I): 172-177.
摘要:
钢锚箱组合索塔锚固结构是最近用于大跨度斜拉桥索塔锚固区的一种新型结构,在斜拉索斜向索力作用下组合索塔不仅承受竖向荷载,同时在水平面内还承受水平力,该水平力往往是控制索塔受力的关键因素。该文在研究钢锚箱组合索塔结构及其传力机理的基础上,提出了分析组合索塔水平受力的简化计算模型,通过与已有的试验结果对比,验证了该文提出的简化分析模型的合理性和准确性。
高拱坝梁向配筋抗震措施效果研究
龙渝川, 许绍乾, 高雪超
2011, 28(增刊I): 178-183.
摘要:
该文应用塑性-损伤耦合模型和钢筋刚化方法,分别模拟混凝土损伤开裂和钢筋-混凝土相互作用效应,然后基于仿真计算分析梁向配筋前后高拱坝的地震非线性响应,研究该抗震措施的加固效果。仿真分析显示,梁向配筋措施可以降低强震下拱坝横缝张开位移与顶拱相对变形,减小坝体中上部开裂区域的裂缝张开位移,限制沿坝厚方向的裂缝扩展范围,有助于提高拱坝的抗震安全性能。然而,建议配筋方案的加固效果仍不能满足工程要求,特别是坝踵区域开裂严重,直接威胁拱坝整体安全,而梁向偏配筋措施对限制坝踵开裂的效果不显著;同时,上游配筋范围未能完全覆盖开裂区域,应对建议配筋方案进行改进和优化。
风嘴角度对封闭和半封闭箱梁涡振及颤振性能的影响
孟晓亮, 郭震山, 丁泉顺, 朱乐东
2011, 28(增刊I): 184-188,.
摘要:
以象山港大桥和椒江二桥为例,通过风洞试验和计算流体动力学方法研究风嘴角度对封闭和半封闭箱梁斜拉桥涡振性能和颤振性能的影响。研究结果表明,封闭钢箱梁和半封闭分离双箱梁断面采用较尖的风嘴角度,可以改善此类主梁断面斜拉桥的涡振性能,且较尖的风嘴角度基本不会对桥梁的颤振稳定性产生不利影响。封闭箱梁采用较尖的风嘴角度后,其抑振效果要比半封闭箱梁采用较尖风嘴的抑振效果明显。桥梁断面外部绕流形态数值模拟表明,风嘴角度的改变使得桥梁断面附近的绕流形态发生了变化。气流流经封闭箱梁断面时,由流动分离产生的漩涡比较简单,分布比较规整,而气流流经半封闭钢箱梁断面产生的漩涡分布复杂,规律性差。
E2地震作用下部分填充钢管混凝土桥墩非线性时程分析及抗震性能评价
王占飞, 隋伟宁, 吴 权
2011, 28(增刊I): 189-194.
摘要:
该文主要描述了由部分填充钢管混凝土桥墩组成的五跨连续梁桥在顺桥及横桥方向受E2地震作用产生的动力反应并对各个桥墩进行了抗震性能评价。采用的地震动为1995日本兵库县南部地震在神户海洋气象台记录的JMA的NS和EW成分。动力分析采用桥梁抗震设计专用软件TDAPⅢ。在桥梁分析模型中,桥墩采用非线性纤维单元,上部结构和桥台采用弹性梁单元,基础采用节点弹簧单元,橡胶支座采用剪切弹簧单元。从动力分析结果可知桥墩在横桥方向的响应大于顺桥方向,但在横桥方向E2地震动作用下该座桥的桥墩仍处于安全状态。
桥梁群桩基础-水耦合系统动力特性数值模拟
魏 凯, 伍勇吉, 徐 灿, 庞于涛, 袁万城
2011, 28(增刊I): 195-200.
摘要:
该文首先介绍了基于势流体单元的结构-水相互作用完全数值分析方法,并对基于该方法的桥梁群桩基 础-水耦合系统动力特性分析的实现及建模进行了研究。以某深水桥梁群桩基础为工程背景,利用有限元分析软件ADINA分别建立了结构的三维实体单元和水体的势流体单元模型,分析了结构在不同水深条件下的动力特性。基于简化模型,通过参数分析研究了桩基、承台的设计与流固耦合效应间的关系。主要结论有利用完全数值分析方法进行结构-水耦合系统的动力特性分析是有效的,但分析结果收敛性受流固边界两侧网格尺寸控制;水体-结构相互作用对结构动力特性有明显影响,水深越大,影响越强;桩基、承台的设计都会对水-结构相互作用产生影响,通过合理设计可以减小水体对结构振动的影响。
结构-桩-土振动台试验桩土地震反应规律分析
吴薪柳, 姜忻良
2011, 28(增刊I): 201-204,.
摘要:
该文以天津站交通枢纽工程为背景,开展了结构-桩-土相互作用振动台模型试验,在此基础上,对桩土地震反应规律进行分析。分析表明:地震波向上传播过程中,小震对加速度起放大效果,大震放大系数明显减小;桩放大系数小于土体放大系数,桩的存在对放大系数有减小的影响;桩应变呈中间大两端小的趋势;随震级增加,桩身最大位移与桩土接触压力增大,且位移随桩高度呈增大趋势,与桩端相比,桩中间部位接触压力增加最快。
其他工程学科
TMD在半潜式平台垂荡响应控制中的应用
刘 鲲, 朱 航, 欧进萍
2011, 28(增刊I): 205-210.
摘要:
深海半潜式钻井平台的垂荡性能是平台作业的制约因素。该文以南海某半潜式平台为例,根据调谐质量阻尼器(TMD)的原理,设计了一种活动式垂荡板,用来减小平台的垂荡响应。该文随后通过AQWA软件计算平台的频率域的水动力参数,并在Simulink平台上建立了该新型平台的时间域模型,根据最小化平台在南海工作海况下的垂荡响应,优化了活动式垂荡板与平台结构连接刚度和阻尼;计算了新型平台在不同海况下的垂荡响应,并与传统半潜式平台和装有固定式垂荡板的半潜式平台的垂荡响应进行比较。结果表明,这种活动式垂荡板结构,在一般海况下的波浪荷载作用下,能够有效降低平台的垂荡响应,且相比安装固定式的垂荡板,有更好的控制效果,为半潜式平台的垂荡响应控制提供了一种新的有效方法。
海床土刚度对钢悬链线立管触地点动力响应的影响分析
白兴兰, 黄维平, 高若沉
2011, 28(增刊I): 211-216.
摘要:
基于大挠度柔性索理论,分别采用大挠度曲线梁、弹性地基梁模拟钢悬链线立管的悬垂段和流线段,揭示触地点在不同海床刚度和浮体运动条件下的动力响应。其中,SCR控制方程的建立和求解采用非线性有限元法,数值积分采用Newmark-β法,海床约束采用弹簧-阻尼系统模拟。结合SCR顶端的运动边界条件,求解线性波浪载荷条件下SCR触地点的动力响应及应力状态。通过工程算例,分析海床刚度对SCR触地点挠度及应力大小的影响。研究表明:海底土刚度越大,SCR的极限应力越大,疲劳损伤越严重;SCR的竖向运动,将会引起触地点处的峰值弯曲应力。
托管架托辊荷载的实验研究
谢 鹏, 周 雷, 张向锋, 孙 贞, 唐琰林
2011, 28(增刊I): 217-220.
摘要:
托管架托辊荷载是深水S型铺管中管道分析和托管架设计的主要荷载。管道大变形、托辊高度分布不均匀、船体运动等因素使托辊荷载的解析和数值求解都非常困难,而常规的水池实验也因缩比太大难以保证实验精度。该文基于dSPACE仿真平台设计了模拟海底管道S型铺设的半实物仿真实验系统,开展了中大比尺托管架与管道之间相互作用的模型实验研究。将静力实验结果与数值结果进行对比,吻合良好,在此基础上研究了托辊荷载的分布规律。通过对比托辊动力荷载和静力荷载,进一步分析了深水铺管作业过程中船体运动对托辊动力荷载的影响。