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2014年  第31卷  第3期

综述
建筑隔震结构研究进展与分析
朱宏平, 周方圆, 袁涌
2014, 31(3): 1-10. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST05
摘要:
基础隔震技术在减震控制效果、防灾减灾以及社会经济效益等方面具有显著优势, 近几十年在建筑结构与桥梁工程领域中取得了成功应用。该文全面综述了国内外学者针对建筑基础隔震技术方面取得的研究成果以及工程应用研究现状, 总结了目前建筑基础隔震技术研究方面存在的不足, 为建筑基础隔震技术进一步的研究工作的制定提供参考, 同时通过对隔震技术在高层建筑领域中取得的进展及存在问题的阐述, 讨论了我国高层建筑结构隔震技术研究的下一步发展方向, 对隔震技术在我国高层建筑结构领域中的应用起到一定的促进作用。
基本方法
桥梁地震碰撞分析中不同接触单元模型的对比分析
禚一, 李忠献, 王菲
2014, 31(3): 11-17. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.04.0302
摘要:
地震时邻梁间的碰撞是引起桥梁局部损坏甚至落梁的主要原因。为合理分析桥梁的地震碰撞响应, 基于所开发的结构精细化模拟分析平台FENAP, 对比分析了桥梁地震碰撞分析中不同接触单元模型的计算精度和适用条件。在FENAP平台上引入线性弹簧、Kelvin-Voigt、Hertz和Jan-Hertz-damp等四种接触单元模型, 建立了结构地震碰撞分析平台, 并通过数值验证以及对正弦波和地震动激励下的模型试验的数值分析, 对比分析了不同接触单元模型对结构碰撞响应的影响。研究表明:所建立的结构地震碰撞分析平台具有较高的计算精度和效率;在四种接触单元模型中, Kelvin-Voigt和Jan-Hertz-damp模型的计算精度和适用性更高, 而线性弹簧和Hertz模型, 由于未考虑碰撞过程中的能量损失, 仅适用于恢复系数较高的近似弹性碰撞情况。
考虑边缘框架贡献的钢板剪力墙结构设计
金双双, 欧进萍
2014, 31(3): 18-26. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0800
摘要:
传统钢板剪力墙结构在设计时假设内嵌钢板承担100%的水平作用, 未量化考虑边缘框架的贡献, 但分析表明, 在梁柱刚接的情况下边缘框架对侧向承载力的贡献不能忽略。通过钢板剪力墙结构的塑形极限状态分析, 提出考虑边缘框架贡献的钢板剪力墙结构设计方法。对边缘框架梁(HBE)和边缘框架柱(VBE)进行受力分析, 推导考虑轴力影响的VBE截面设计公式并将其应用于考虑框架贡献的侧向承载力公式中, 确定内嵌钢板与边缘框架的剪力分配公式。通过对单层单跨的钢板剪力墙结构的算例分析, 验证剪力分配公式的适用性。最后分别采用传统设计方法和考虑框架贡献设计方法设计9层钢板剪力墙结构并对其进行非线性动力时程分析, 计算结果表明:两种方法设计的结构层间位移角均满足规范限值(1/50), 验证了该设计方法的合理性;在总用钢量方面, 采用考虑框架贡献设计的结构节省钢材6.48%, 较为经济。
基于偶应力理论薄膜-基体界面剪应力尺寸效应的研究
聂志峰, 肖林京, 韩汝军, 王凯, 李星龙, 吴恒恒
2014, 31(3): 27-31. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0778
摘要:
C1自然单元法应用于偶应力理论, 建立了偶应力理论无网格法。考虑到薄膜厚度在微米量级, 与其材料的特征长度相当, 因此基于构建的偶应力理论无网格法, 研究了薄膜-基体复合结构界面剪应力的尺寸效应现象。计算结果表明:随着薄膜厚度的减小, 无量纲界面剪应力(定义为偶应力理论下的剪应力与经典理论下的剪应力之比值)逐渐变小, 尺寸效应逐渐增强。对于给定的粘合强度, 偶应力理论下的剪应力要小于经典理论下的剪应力, 这意味着偶应力理论下薄膜更不容易发生脱胶失效现象。
正交各向异性板剪切屈曲载荷的近似表达式研究
刘庆辉, 乔丕忠, 郭兴文, 徐吉峰, 陆孜子
2014, 31(3): 32-38. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0750
摘要:
利用Rayleigh-Ritz法和通用有限元程序ANSYS分析了纵向边被转动弹簧或扭转加劲肋约束的正交各向异性长板的临界屈曲问题, 引入无量纲正交各向异性参数、约束系数和临界屈曲系数, 利用曲线拟合技术, 得到了这两类约束板在均匀剪力作用下的临界屈曲载荷近似解公式;利用临界纵横比, 把求得的针对转动弹簧约束的临界屈曲解应用到扭转加劲肋约束板的临界屈曲解中, 同样得到了扭转加劲肋约束板的临界屈曲载荷。将求得的近似表达式与有限元ANSYS数值解以及文献中的结果进行对比, 结果吻合良好。
混凝土单轴抗压强度三维细观数值仿真
王娟, 李庆斌, 卿龙邦, 管俊峰
2014, 31(3): 39-44. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0768
摘要:
该文在细观层面上将混凝土看作粗骨料、砂浆、界面、初始缺陷组成的四相复合材料, 给出了三维随机缺陷界面弹簧元模型模拟混凝土单轴抗压强度的数值方法。讨论了初始缺陷含量及其分布的确定方法以及界面细观计算参数的取值范围。数值模拟结果表明:混凝土的抗压强度随着初始缺陷含量的增加有大幅度降低;当界面初始缺陷含量为30%时, 混凝土抗压强度的计算值与试验值吻合较好。
基于厚板精化理论研究结构振动的模态控制方法
倪博, 胡超, 周传平
2014, 31(3): 45-51. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0795
摘要:
平板动力学与控制是工程结构设计中的重要研究课题。该文基于厚板弯曲振动的精确化方程, 采用Hamilton状态空间方法, 研究了平板结构的振动控制问题。通过满足平板两侧的自由边界条件以及两端的边界条件, 确定了悬臂厚板中的振动模态。而后, 采用独立模态控制方法, 对悬臂板条的振动控制策略进行了研究, 并把结果与基于Mindlin板理论计算得到的结果做了对比分析。最后, 对模态控制实施的数值结果做了进行了讨论。该文研究结果可望能在现代工程结构动力学分析和振动控制中得到应用。
土木工程学科
超前微桩复合土钉支护稳定及变形简化计算方法
宋二祥, 宋广
2014, 31(3): 52-62. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST11
摘要:
超前微桩复合土钉支护是一种经济有效的基坑支护形式, 但对其设计分析方法的研究远落后于工程实践。该文在对此种复合土钉支护的构造及工作性能进行简要分析的基础上, 对其整体稳定验算方法和变形计算方法进行讨论, 借鉴已有的一些相关研究提出了相应的简化计算方法。针对其整体稳定验算, 提出考虑微桩-土相对刚度采用不大于2.5倍特征长度上土体被动抗力来考虑微桩作用的建议, 从而给出一种较为简便的整体稳定验算方法, 就一些实际工程的计算对比表明所建议的方法合理可行。针对其坑壁位移计算, 在仔细分析此种支护体系受力变形机理的基础上, 基于基坑支护计算的增量法及弹性地基梁求解的链杆法, 提出一种思路清晰的简化计算方法, 给出了具体的计算模型、参数确定方法及问题求解方法, 并通过与有限元计算及工程实测的对比对所提出的方法进行了检验。
Q420高强度等边角钢轴压构件整体稳定性能设计方法研究
班慧勇, 施刚, 石永久
2014, 31(3): 63-71. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.06.0561
摘要:
为研究Q420高强度等边角钢轴压构件的整体稳定受力性能与设计方法, 该文采用有限元软件ANSYS建立数值模型, 并经与试验结果对比验证后进行了大量参数分析, 研究了构件几何初始缺陷、残余应力和钢材屈强比对该类轴压构件整体稳定性能的影响, 分析了已有设计方法的适用性。结果表明, 构件初始缺陷对其稳定性能的影响与构件长细比及失稳模态有关, 残余应力的影响与构件长细比有关, 钢材屈强比的影响较小。基于数值计算结果建议了Q420高强度等边角钢轴压构件考虑板件局部屈曲相关作用的整体稳定设计方法, 为补充和完善我国钢结构设计规范提供了参考, 同时也有利于促进高强度钢材在我国钢结构工程中的应用。
高速铁路圆端形空心桥墩抗震性能试验研究
蒋丽忠, 邵光强, 王辉, 姜静静
2014, 31(3): 72-82. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.01.0111
摘要:
以高速铁路中采用的圆端形空心桥墩为原型, 设计了10根大比例模型。考虑恒定轴向力的作用, 进行低周反复荷载试验, 得到不同桥墩模型的破坏特性、滞回曲线, 依此分析各参数下桥墩的延性及耗能性能, 并利用两种典型的抗剪公式对模型的抗剪承载力进行评估。试验结果表明, 该类桥墩均为弯曲型破坏, 墩底普遍有弯剪斜裂缝。滞回曲线捏缩效应明显并且骨架曲线从开裂到屈服上升缓慢。随着轴压比的提高, 模型的弯曲强度有所增大, 延性下降。由于模型的体积配箍率均较低, 其对延性的影响不明显。纵筋率对滞回曲线形状影响较大, 增加纵筋率耗能能力随之增大。
单层球面网壳结构屋面雪荷载最不利布置研究
杜文风, 高博青, 董石麟
2014, 31(3): 83-86. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0751
摘要:
雪荷载对大跨网壳结构的影响相对较大, 而且由于风及温度等的作用, 雪荷载在屋面的分布往往是不均匀的, 确定雪荷载的最不利布置是保证大跨网壳结构安全设计需要考虑的问题。该文提出了一种分区组合法来确定单层球面网壳结构在屋面雪荷载作用下的最不利布置, 该方法首先将屋面沿径向分为8个扇区, 分别考虑雪荷载布置在不同扇区的排列组合, 计算结构的极限承载力, 确定雪荷载的径向最不利布置, 然后再将屋面按环向分为6个环区, 计算并确定雪荷载环向最不利布置, 最后组合径向和环向两种情况, 确定单层球面网壳结构雪荷载的最不利布置。研究结果表明, 当雪荷载布置在半跨并且是最外两环时, 结构的极限承载力最低, 比满跨和半跨雪荷载工况分别降低24.8%和16.3%。
土结相互作用对框架结构倒塌的影响研究
岳庆霞, 叶列平, 陆新征
2014, 31(3): 87-92. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0638
摘要:
在结构的强震倒塌研究中, 结构底部土体的变形会影响上部结构的非线性性能和倒塌机制。该文以一10层钢筋混凝土框架结构为例, 利用纤维梁模型模拟梁、柱的非线性反应, 并根据ATC-40的土体弹簧模型分别考虑软弱土、中软土、中硬土的影响。分析表明, 考虑土结相互作用后, 结构顶点位移变大, 由此产生的结构侧移会加大结构的整体二阶效应, 同时结构的变形明显集中于首层, 对结构反应不利;从结构的破坏形态来看, 不考虑土结相互作用, 结构的破坏始于首层柱底, 而考虑土结相互作用后, 首层柱顶首先屈服破坏, 在上部结构塑性性能未充分发挥前, 结构底层发生倒塌破坏, 结构的抗倒塌能力降低。
基于分布式猴群算法的传感器优化布置方法研究
伊廷华, 张旭东, 李宏男
2014, 31(3): 93-100. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0781
摘要:
建立了针对具有较多自由度的大型结构传感器优化布置的分布式猴群算法。通过引入双重编码的方式, 克服了原猴群算法只能解决连续变量的缺陷;针对单个猴群全局搜索能力较弱的问题, 提出了一种将初始化产生的大量猴子个体按照指定的方式分配到多个猴群进行同步并行搜索的方法;考虑原猴群算法能够跳出局部最优的特点以及和声算法较强的局部搜索能力, 提出将每个猴群得到的初步最优解作为初始和声记忆库, 采用基本和声算法进行二次搜索的方法, 来获取传感器的最终布设方案。文末以大连国贸大厦为例, 进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择, 结果表明分布式猴群算法具有较强的全局寻优能力, 非常适用于具有较多自由度的大型结构传感器优化布置。
基于微观机制的钢结构节点延性断裂预测与裂后路径分析
王伟, 廖芳芳, 陈以一
2014, 31(3): 101-108. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0769
摘要:
基于微观机制的钢材断裂判据可用于预测大尺度屈服和无宏观构造缺陷情况下的延性裂纹开展。该文对10个钢管柱-梁翼缘直接焊接节点试件在单调荷载作用下的试验进行了高精度有限元分析, 采用经过国产Q345钢材校准的微观断裂判据应力修正临界应变模型(SMCS)和空穴扩张模型(VGM)对各试件进行了断裂预测, 与试验结果相比具有较高的精度, 验证了微观断裂判据用于预测节点在单调荷载作用下延性断裂的适用性。采用自编的ABAQUS软件VUMAT子程序, 分别以SMCS和VGM模型为断裂判据, 将失效的单元逐个删除, 对2个在不同位置发生断裂的钢管柱-梁翼缘直接焊接节点试件进行了裂后路径跟踪分析, 预测结果与试验吻合较好。该微观断裂判据及其模拟技术对于今后进行钢结构在极端荷载作用下的倒塌分析具有参考价值。
黏弹性土中衬砌隧道振动响应的解析解
姚署霖, 闻敏杰
2014, 31(3): 109-115. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.04.0222
摘要:
该文采用解析方法在频率域内对黏弹土层和衬砌结构简谐振动特性进行了研究。首先, 将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体, 根据黏弹性理论, 推导得到了简谐荷载作用下分数导数型黏弹性土层的位移和应力等解析表达式。其次, 建立了两种类型的衬砌运动方程:第一, 将衬砌结构视为均匀弹性介质, 研究了分数导数黏弹性土中弹性衬砌结构的动力特性;第二, 将衬砌等效为薄壁壳体结构, 利用Flügge薄壳理论, 得到了衬砌结构的运动方程, 并对分数导数黏弹性土和壳体衬砌的动力相互作用进行了分析。根据连续性边界条件, 得到了相关待定系数的表达式。再次, 与以往的解析解进行了对比。最后, 通过算例分析了土体和衬砌各参数对系统动力特性的影响, 结果表明:薄壁壳体衬砌结构条件下系统的动力响应大于均匀弹性衬砌结构条件下系统的动力响应;随着土体和衬砌模量比的增加, 响应幅值逐渐减小。分数导数本构参数对系统的动力特性有较大影响。
OpenSEES中混凝土框架结构节点模型关键问题的研究与验证
解琳琳, 叶献国, 种迅, 蒋庆
2014, 31(3): 116-121. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.04.0262
摘要:
为了研究钢筋混凝土框架节点的数值模拟方法, 该文采用有限元软件OpenSEES中的梁柱节点单元对节点进行数值模拟分析。主要研究如何模拟节点核心区混凝土非线性抗剪性能和核心区梁柱纵筋锚固滑移性能两个因素对节点反应的影响, 并应用该模型模拟低周反复荷载下的1个边节点和5个中节点的试验模型。结果对比显示该模型能够比较准确的模拟钢筋混凝土节点的非线性反应。
平板断面压力分布对颤振导数及振动形态的影响
刘祖军, 葛耀君, 杨詠昕
2014, 31(3): 122-128. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.05.0345
摘要:
该文通过适当简化推导了采用模型表面波动压力的形式来描述的颤振导数, 基于流固松耦合的计算策略, 利用现有流体软件的用户自定义(UDF)功能, 应用数值方法分析了模型表面波动压力分布特性对颤振导数的影响。从细观层面上阐述了颤振导数对模型振动的影响及其气动耦合现象。该文研究表明颤振导数的气动耦合现象及其对模型颤振产生的不同作用取决于模型表面波动压力的分布特征, 这就使得振动模型表面波动压力分布特性成为影响模型颤振的主要因素。在颤振临界状态下, 振动模型表面波动压力的主要成分向模型迎风侧漂移, 造成振动模型扭转运动的中心前移, 与模型的几何扭转中心不再重合, 发生了偏移。
预应力钢绞线网加固混凝土圆柱的轴压性能
郭俊平, 邓宗才, 林劲松, 卢海波
2014, 31(3): 129-137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0744
摘要:
开发了一种预应力钢绞线(钢丝绳)网加固混凝土柱新技术, 对24根预应力加固混凝土圆柱和2根未加固对比柱进行了试验, 研究在单调轴向荷载作用下, 钢绞线间距、预应力水平对混凝土柱加固效果的影响。试验结果表明:较对比柱, 预应力加固柱的轴向峰值应力和应变最大提高幅度为83%和95%, 加固效果随预应力水平的提高而提高;随钢绞线间距的减小, 加固效果大幅度提高;钢绞线间距对加固效果的影响大于预应力水平的影响。建立了预应力钢绞线加固混凝土柱峰值应力和应变计算式, 提出了两种应力-应变全曲线关系模型, 计算结果与试验吻合良好, 可为相关研究提供理论支持。预应力钢绞线网加固混凝土柱技术是一种主动、高效、无损加固新技术, 具有推广和应用价值。
混凝土硬化过程中的应力-应变发展和基于内部湿度的开裂风险预估
魏亚, 高翔
2014, 31(3): 138-143. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0749
摘要:
建立了一种对水泥混凝土开裂风险进行评估的新方法。模型基于硬化过程中混凝土的应变-约束应力发展, 研究了开裂时间与收缩变形率和混凝土内部湿度降低率的关系。研究结果表明:混凝土开裂风险与收缩变形速率有关, 开裂时间与开裂时的临界收缩率存在唯一对应关系。该研究根据混凝土湿度与变形的关系, 提出了一个基于混凝土内部湿度降低速率的混凝土早期开裂预估方法。该方法避免了工程实际中为确定混凝土开裂风险而需要进行的变形测量及复杂的需要考虑徐变、应力松弛、强度和模量的发展等因素但又未必准确的应力计算过程, 简化了混凝土硬化过程中的开裂风险预测。
层状场地自振频率的弹簧-剪切梁法研究
邓亚虹, 彭建兵, 徐平, 李喜安
2014, 31(3): 144-151. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0761
摘要:
基于匀直剪切梁横向自由振动微分方程和刚性半空间上的直立悬臂剪切梁模型, 考虑半空间弹性, 发展和建立了弹簧-剪切梁模型, 并获得了单层以及任意多层覆盖情况下的隐式解析解和递推公式。以弹簧-剪切梁模型分析了传统半空间刚性假设对场地自振频率计算结果的影响。结果表明, 半空间刚性假设引起的计算误差随着剪模比和覆盖层厚度的增大而减小。对于一般实际场地, 在覆盖层厚度不是很小的情况下, 采用传统刚性假设剪切梁法计算场地自振频率可获得比较满意的精度。
加载制度对新型型钢混凝土柱的抗震性能影响
史庆轩, 王朋, 李坤, 郭智峰, 王南, 田建勃
2014, 31(3): 152-159. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0762
摘要:
采用有限元软件对新型型钢混凝土(SRC)柱抗震性能进行了数值模拟, 通过与试验结果的对比, 验证了模型的正确性。通过大量的数值模拟, 研究了加载路径、循环次数、位移幅值增量及变轴力对新型型钢混凝土柱抗震性能的影响。由于柱内存在双轴耦合作用, 双轴往复荷载作用下较单轴往复荷载作用下柱的抗震性能明显降低, 表明加载路径对柱的抗震性能影响显著;屈服荷载前循环次数对柱骨架曲线的影响很小, 屈服荷载后影响显著, 循环次数越多其峰值荷载及其对应的位移和位移延性越小, 但其耗能越大;双轴往复荷载作用下位移幅值增量对柱抗震性能的影响较单轴往复荷载作用下的显著, 屈服位移、屈服荷载、位移延性系数随位移幅值增量的增大而增大, 但其耗能减小;在变轴力作用下柱表现出明显的不对称性, 且其抗震性能明显较定轴力作用下更为 不利。
自复位预制框架边节点组件受力性能试验研究
蔡小宁, 孟少平, 孙巍巍
2014, 31(3): 160-167. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0764
摘要:
基于可恢复功能结构的理念, 提出新型自复位预应力预制节点(PTED节点), 该节点通过预应力筋和高强摩擦螺栓将预制梁、柱和耗能角钢拼接在一起形成节点, 预应力筋、梁、柱和耗能角钢可看作节点的组件。为了研究节点组件对节点受力性能的影响, 进行了系列的低周往复加载试验, 首先对PTED边节点进行试验, 研究PTED节点整体的抗震性能, 然后用新角钢更换受损的角钢, 重新对其进行低周往复加载, 探讨更换受损角钢后节点的抗震能力, 然后分别试验研究了预应力筋和角钢对节点的受力性能的贡献。试验结果表明PTED节点是PT节点与ED节点的组合, 节点在具有较好的自复位能力的同时, 还具有较好的耗能能力。节点层间位移角加载到4%时, 梁、柱及预应力筋基本保持弹性, 可重复使用;节点损伤主要集中在角钢上, 更换受损角钢后, 节点的抗震能力基本等同于未受损的节点。
屈曲约束支撑端部塑性扭转屈曲试验研究
李涛, 陈泉, 王春林, 吴京
2014, 31(3): 168-172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0765
摘要:
屈曲约束支撑是一种利用金属屈服滞回耗能的装置, 具有性能稳定、制作方便、成本低廉等优点。该文通过三根部分焊接屈曲约束支撑试件的低周疲劳试验, 探讨了其核心板端部无约束段扭转屈曲的失效模式, 并进一步与理论公式进行对比。试验结果表明:屈曲约束支撑核心板端部无约束段的塑性扭转屈曲会导致屈曲约束支撑失效, 需要在设计时特别关注;屈曲约束支撑构件的轴向变形对试件的扭转屈曲失效影响显著, 轴向变形越大, 塑性屈曲临界应力越低, 同时施加的实际轴向应力越大;理论公式能够较好的预测屈曲约束支撑端部无约束屈服段的扭转屈曲失效。
不同水准地震作用下铅消能器附加给结构的有效阻尼比及其设计取值研究
王维凝, 闫维明, 彭凌云
2014, 31(3): 173-180. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0786
摘要:
基于现行建筑抗震设计规范规定的计算方法, 推导了铅消能器附加给具有双线性模型的可以简化为单自由度体系的结构有效阻尼比计算公式, 研究了不同水准地震作用下有效阻尼比的变化规律, 结果表明:有效阻尼比随结构变形的增加而变化, 在结构屈服前有效阻尼比先增后减, 在结构屈服后, 其弹性势能降低, 合理设计的铅消能器附加给结构的有效阻尼比随变形增加而增大。该文对铅消能器的设计原则进行了讨论, 并给出了抗震设计中铅消能器附加给结构的有效阻尼比的取值方法。
钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的抗震性能试验研究
孙延华, 刘金伟, 吴小勇, 熊光晶
2014, 31(3): 181-186. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0774
摘要:
为更有效提高抗震加固效率, 提出采用钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的思路。制作钢筋钢丝网砂浆加 固、钢筋网砂浆加固和未加固钢筋混凝土方柱三类共9个试件, 进行各柱在竖向恒定轴力和水平向低周反复加载作用下的抗震性能对比试验研究, 测试了各柱的抗震承载力、延性、破坏形态及其滞回特性, 讨论了配箍率、加固形式和轴压比对构件抗震性能的影响。结果表明:相对钢筋网加固柱, 钢筋钢丝网加固柱的耗能能力有大幅度的提高。
双曲冷却塔子午线型对结构受力性能的影响
张军锋, 葛耀君, 赵林, 柯世堂
2014, 31(3): 187-196. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0779
摘要:
为优化双曲冷却塔的子午线型, 根据线型斜率对多座冷却塔的受力状态进行了对比分析, 探讨了子午线型对自重和风荷载效应的影响机理, 并据此对渡桥电厂实际圆锥线型的不合理性进行了解释。子午线型对冷却塔受力性能的影响主要集中在三个方面:局部线型的缺陷、直线段的存在以及整体线型的差异。局部线型的缺陷包括线型斜率的波动或跳跃, 会使局部内力恶化, 但通过线型略微调整即可消除。直线段的存在将使风荷载作用下子午向轴力在线型转变位置发生跳跃后再沿直线持续向下积聚, 此影响与直线段的长度以及斜率有关, 并非总是不利的, 适当的直线段甚至会产生优于双曲线的受力性能。另外, 风荷载作用下直线段内的环向轴力幅值会有所增加, 故需要对局部稳定BSS检算格外注意。
岩石Holmquist-Johnson-Cook模型参数的确定方法
方秦, 孔祥振, 吴昊, 龚自明
2014, 31(3): 197-204. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0780
摘要:
Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型在混凝土冲击爆炸数值模拟中应用广泛, 该文将其推广到岩石类材料中, 为合理确定岩石材料的HJC本构模型参数, 从塑性屈服面理论出发, 得到了特征化黏性强度系数与帽盖模型参数的关系。基于三轴围压实验、Hugoniot实验和Hopkinson压杆实验数据, 分别得到了Salem石灰岩极限面参数、压力参数和率效应参数的取值。基于上述模型参数利用有限元程序LS-DYNA对Salem石灰岩的弹体侵彻实验进行了数值模拟, 侵彻深度的计算结果与实验数据对比表明了本文所提出的HJC本构模型参数确定方法的合理性和有效性。以相对侵彻深度为目标函数, 对Salem石灰岩HJC模型所涉及的19个参数的敏感性进行了分析, 并对一般岩石材料的HJC模型参数的确定给出了建议方法, 并通过模拟高强花岗岩和Sidewinder凝灰岩弹体侵彻实验, 进一步验证了该文提出方法的合理性。
基于非共轴理论的各向异性砂土应变局部化分析
李学丰, 黄茂松, 钱建固
2014, 31(3): 205-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0771
摘要:
针对各向异性砂土应变局部化分析中本构模型存在的不足, 采用非共轴理论进行改进。传统塑性位势理论采用各向同性假设, 导致其模型不能描述非共轴特性和不能较好描述各向异性的不足, 为克服传统塑性势理论的局限性, 引入非共轴塑性理论建立了砂土的三维非共轴临界状态各向异性本构模型。考虑细观组构张量和应力张量的几何关系, 改进模型即可描述主应力轴旋转条件下砂土材料状态的改变, 材料状态变化直接导致模型的硬化规律和剪胀性发生变化, 从而描述了原生各向异性的影响。非共轴修正后模型可以描述应力诱发各向异性和非共轴特性, 结合分叉理论模型可以对不同沉积角度随围压变化的应变局部化特性进行分析。Toyoura砂的单剪试验和平面应变试验验证表明模型改进效果较好。
大桩群基桩广义剪切位移Unit Cells模型
石名磊, 张瑞坤, 王晋, 曾志军
2014, 31(3): 212-221. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0787
摘要:
基于Unit Cells和剪切位移原理, 引入镜像桩-桩的弹性耦合原理, 建立了考虑大桩群相互作用的基桩荷载传递剪切位移单元模型;并引入桩土剪切位移与相对滑移叠加的广义剪切位移概念, 推导出了基桩单元模型的广义剪切位移解析表达式, 提出了根据桩端位移协调条件迭代求解的方法。通过算例分析, 揭示了疏桩间距、荷载水平对疏桩地基减沉效果的重要影响, 阐明了疏桩与基体的荷载位移传递特征, 以及桩顶相对位移、桩端持力层刚度对疏桩基体体系工作性状的影响机制, 且验证了该模型的正确性和算法的灵活性。
圆钢管混凝土柱的受扭性能研究
王宇航, 聂建国, 樊健生
2014, 31(3): 222-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0788
摘要:
对四个圆形截面钢管混凝土柱在纯扭和压扭荷载作用下的滞回性能进行了试验研究, 将试验所测得的扭矩-扭转角滞回曲线与采用分层筒模型计算的理论结果进行了对比, 结果表明分层筒模型在分析圆钢管混凝土柱在纯扭和压扭往复荷载作用下的受力性能时具有较高的精度。基于分层筒模型, 对钢管混凝土柱在纯扭和压扭荷载作用下的轴力和扭矩分配, 应变变化规律和主要影响参数进行了较为详细的分析和讨论。最后采用回归方法, 基于大量理论计算结果提出了钢管混凝土柱的抗扭承载力和轴力-抗扭承载力相关关系简化计算公式, 可适用于实际工程设计。
纤维编织网增强混凝土侧面加固偏压短柱试验研究
薛亚东, 刘德军, 黄宏伟, 王明卓
2014, 31(3): 228-236. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0826
摘要:
纤维编织网增强混凝土具有耐腐蚀、耐高温、限裂效果好、施工便捷、几乎不增加结构尺寸等突出性能而逐渐成为近期研究的热点。开展TRC侧面加固偏压短柱试验, 探讨偏心距、前期受力历史和纤维编织网用量对加固效果的影响。试验结果表明:TRC侧面加固方法适合于大偏心受压结构, 偏心距越大, 增强效果越明显;结构前期受力历史对加固效果影响非常明显, 随着前期历史载荷的增大, 加固效果明显减弱;提高纤维编织网用量在一定程度上可以增强加固效果, 但增强幅度随用量的增加呈现出减弱趋势。在室内试验与相关研究成果的基础上, 提出了纤维编织增强混凝土侧面加固偏压短柱极限承载力计算方法, 计算值与试验值吻合较好。
机械工程学科
多界面干摩擦系统的减振特性及设计方法研究
范雨, 戴光昊, 李琳
2014, 31(3): 237-246. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.10.0755
摘要:
作为一类非线性阻尼, 干摩擦阻尼器的减振效果通常与激振力水平直接相关, 且往往只在一个激振力水平下具有最佳振动抑制效果。为改善其“激振力-减振效果”特性, 提出了设计多界面干摩擦系统的思路。从一类可描述扭转振动的集总参数模型出发, 探讨了此类系统的可行性, 并给出了无量纲的动力学方程组。其次, 提出了一种改进的时/频转换方法, 用以分析包含任意干摩擦界面系统的频域响应, 考虑了每个干摩擦界面上可能出现的周期内“滑移”、“滑移-阻滞”和“阻滞”运动状态。同时, 用相应的数值积分方法验证了该方法的正确性和在计算速度上的优势。在此基础上, 分析了干摩擦界面的个数、临界摩擦力和质量对系统特性的影响, 以二界面和三界面干摩擦系统为算例, 阐明了采用多个干摩擦界面改善系统减振性能的机理和设计方法。
其他工程学科
不同边界扰动形式对充气天线反射面形面精度的影响
伞冰冰, 朱召泉, 何小斐
2014, 31(3): 247-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.07.0640
摘要:
充气天线的性能主要取决于其形面几何精度。该文以几何非线性有限元法为基础, 对不同焦径比和口径的天线反射面进行分析, 探讨了三种具有代表性的边界扰动分布形式(均匀扰动、局部扰动及波形扰动)对天线反射面几何形状及应力的影响特性及原因, 并分别获得了形面精度对这三种扰动的敏感度。研究从影响区域、影响值大小、影响敏感度及褶皱分布等几个方面对三种扰动形式进行了定性和定量的比较, 得到如下主要结论:均匀扰动及波形扰动对整个曲面形状均有影响, 在边界影响区曲面会同时产生平移和曲率变化, 中间区域则主要发生曲面平移。局部扰动则只对局部区域有影响;三种扰动形式中, 在扰动值相同的情况下, 均匀扰动引起的误差值最大, 但形面误差值对局部扰动和波形扰动更敏感;除施加向外均匀扰动时无褶皱以外, 其他扰动形式均会导致在影响区域内出现褶皱。此外, 研究还探讨了天线焦径比和口径的影响。最后, 在上述研究成果的基础上给出了反射面形面精度被动控制和主动控制的合理建议。