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2016年  第33卷  第11期

综述
土工结构安全系数定义及相应计算方法讨论
宋二祥, 孔郁斐, 杨军
2016, 33(11): 1-10. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.06.ST12
摘要:
以地基承载力、土坡稳定等常见土工结构问题为例,讨论土工结构安全系数的两种不同定义,一是极限 荷载与容许荷载之比,一是已有强度参数与保持稳定所需强度参数之比。分析表明,前一定义仅对某些结构适用, 而后一定义原则上可用于各种结构,具体选用要看结构及其所处环境的情况。当两种定义均适用时,允许安全系 数的取值可有较大差别,具体设计时应予注意。此外,还对两种安全系数的计算方法进行了讨论,包括滑移线法、极限平衡法、极限分析法等传统方法以及近年来应用日趋广泛的弹塑性有限元法、有限元极限分析法等,对各类 方法的优缺点及应用时需注意的问题给出自己的看法。
基本方法
湿热力载荷下复合材料层合板力学行为
吴振, 刘子茗
2016, 33(11): 11-19,58. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0256
摘要:
复合材料层合结构在制造和使用过程中经常暴露在湿热环境中,复合材料湿热行为准确分析已是复合材 料结构设计不可回避问题。然而,至今复合材料湿热分析理论模型仍存在如下问题:已有分析复合材料湿热问题 理论模型多忽略层间应力连续条件,不能准确计算层间应力;近期复合材料湿热研究甚至假设湿热膨胀系数不随 铺设角变化,此假设将产生误导。该文发展预先满足层间应力连续并考虑横法向应变的高阶整体-局部理论,构造 三角形单元分析在湿热力载荷作用下复合材料力学行为,并研究湿热膨胀系数对湿热行为影响。
CRO试样的疲劳裂纹扩展行为试验方法研究
赵兴华, 蔡力勋, 包陈
2016, 33(11): 20-28. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0291
摘要:
考虑到如紧凑拉伸和三点弯曲等标准试样的大尺寸要求以及高试验成本等突出问题,该文发展了含外侧径向裂纹C形环小试样(C-ring with an outer radial crack,CRO)的疲劳裂纹扩展行为试验方法。利用有限元分析建立了CRO小试样的高精度应力强度因子算式以及基于柔度法理论的裂纹长度预测公式。采用5083-H112铝合金分别完成了CRO试样和标准CT试样的疲劳裂纹扩展速率试验,获得了相应的Paris方程中的幂指数。通过对比发现,CRO和CT试样的疲劳裂纹扩展规律基本一致,验证了新方法的有效性。基于上述方法对C250钢两种厚度CRO试样的疲劳裂纹扩展行为进行了应用研究。
基于连续损伤的岩石渗流有限元分析
王永亮, 柳占立, 林三春, 庄茁
2016, 33(11): 29-37. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0229
摘要:
该文基于连续损伤力学,建立了含损伤的岩石渗流模型,研究岩石损伤破坏并分析其渗流特性。该文采用Weibull分布函数来模拟岩石弹性模量和强度的非均质特性,利用Biot本构关系建立含孔隙结构的弹性变形方程,结合Drucker-Prager强度准则、统计强度理论和连续损伤理论推导出岩石连续损伤演化控制方程及其定解条件,进而采用有限元法对其求解。该文给出的数值算例结果表明所提出的含损伤渗流模型适用于研究岩石的渗流特性,分析结果与实验数据吻合较好,且该求解方法可以对岩石体积压裂、岩层弱面进行可靠、有效的数值分析。
土木工程学科
超大跨斜拉桥多点振动台试验研究
孙利民, 谢文
2016, 33(11): 38-48. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.05.ST06
摘要:
以一座试设计主跨1400 m斜拉桥为工程背景,进行了多点振动台阵试验。试验采用包括桩基础的1:70缩尺模型,通过层状剪切土箱模拟场地土的作用,台阵包括4个振动台,可模拟非一致地震输入。研究了半漂浮体系、弹性约束体系和辅助墩体系等不同结构体系对斜拉桥纵向地震响应的影响;进而针对辅助墩体系,研究了上塔柱区段附加耗能构件对斜拉桥横向地震响应的影响;最后通过破坏性试验研究了斜拉桥的横向破坏模式及其灾变过程。结果表明:弹性拉索体系和辅助墩体系可有效减小主塔和塔-梁的纵向相对位移;附加的耗能构件对塔顶横向相对位移的减小效果有限,但可有效降低主塔应变响应,起分散主塔受力和附加耗能作用;主塔的横向破坏模式具有明显的双塑性铰模式。
适用于城市高层建筑群的震害预测模型研究
熊琛, 许镇, 陆新征, 叶列平
2016, 33(11): 49-58. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0713
摘要:
高层建筑是城市建筑的重要组成部分,现有建筑震害预测模型难以满足城市区域高层建筑群震害分析的要求。该文提出了一套非线性多自由度弯剪耦合模型(NMFS)以及其参数标定方法。该模型:1)能模拟高层建筑显著的弯剪耦合变形行为。与传统的剪切层模型对比,该模型能准确的模拟高层建筑的层间位移角包络,其结果与精细有限元模型的结果非常接近;2)具有非常高的计算效率。与精细有限元模型对比,该模型的计算加速比超过60000倍;3)参数标定简单。仅需要借助于少量的建筑属性信息(结构高度、建设年代、设计信息和结构类型)就能生成整个模型的弹塑性参数;4)能输出各层时程响应以及层间位移角情况,使未来基于工程需求参数(EDP)的区域高层建筑经济损失预测成为了可能。论文针对一栋典型高层结构详细展示了模型的建立与标定流程,并对标定参数的准确性进行了校验。最后对北京CBD地区高层建筑群进行了震害模拟,验证了该方法在城市区域中应用的可行性。该文的成果期望为未来区域高层建筑的地震损失预测提供参考。
试件-加载系统相互作用对实时子结构试验系统稳定性影响
郭珺, 唐贞云, 陈适才, 李易, 李振宝
2016, 33(11): 59-67. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0012
摘要:
实时子结构试验将易于建模部分进行数值仿真,剩余部分进行物理试验,从而间接增强了既有设备的试验能力。加载系统与试验试件动力特性的耦合是影响子结构系统稳定性的关键问题。现有稳定性分析方法忽略了其耦合效应对稳定性分析精度的影响。该文建立了作动器、振动台与物理试件间的动力耦合模型,建立了可考虑耦合动力特性的稳定性分析方法,通过试验与理论分析验证了该方法的准确性。基于该方法分别讨论了试件-加载系统相互作用对基于作动器和振动台的子结构试验系统稳定性影响。分析结果表明:试件-加载系统相互作用在不同条件对子结构试验系统稳定性会不同程度的降低或提高,需要特别考虑。
H形梁柱节点域弹性刚度的修正计算公式
潘伶俐, 陈以一
2016, 33(11): 68-74,94. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0227
摘要:
对钢框架H形梁柱节点承受梁端不平衡弯矩时的节点域弹性刚度进行研究。考察了节点域的变形组成,在合理假定基础上,经理论推导得到只考虑纯剪切作用的弹性刚度上限值,以及同时考虑双向弯曲影响的弹性刚度修正计算公式。基于经试验校准的有限元模型,进行了不同几何尺寸的梁柱节点参数分析,并以数值拟合得到在一定程度上修正理论推导时各类假定所导致误差的修正公式。经与试验及有限元弹性刚度值的比较,显示该文提出的两个修正公式能更准确地计算节点域弹性刚度。
建筑结构构件基于性能的抗爆设计方法
于润清, 方秦, 陈力, 颜海春
2016, 33(11): 75-83. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0280
摘要:
在我国,基于性能的设计方法已运用于工程结构抗震设计,但尚没有运用在结构抗爆设计。该文将基于性能的设计方法引入结构抗爆领域,提出了基于性能的结构抗爆设计方法,明确了基于性能的抗爆设计中的关键问题,给出了设计思路与步骤。在此基础上,以RC柱为研究对象,以轴心受压承载力损失为性能水平参数,划分了3个等级性能水平;根据典型的爆炸场景,确定爆炸的不同烈度等级,计算出RC柱承受的荷载;针对不同类别的建筑,确定两个水准的抗爆性能目标;结合现有RC柱承载力损失的研究成果,分析不同爆炸烈度下的RC柱的承载力损失,提出RC柱基于承载力损失的性能设计方法;基于确定的性能目标和设计方法,提出RC柱基于性能的抗爆设计步骤;最后,给出了RC柱基于性能的抗爆设计的算例。
输电塔结构离散变量优化设计方法
金树, 任宗栋, 李宏男, 张卓群
2016, 33(11): 84-94. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.02.0102
摘要:
鉴于格构式输电塔结构具有杆件众多、型式复杂等显著特点,所以建设和发展既安全可靠,又经济合理的此类结构一直是工程界的研究热点和难点。因此,该文提出了一套完整的基于蚁群优化算法的输电塔结构离散变量优化设计方法。该方法是在结构的截面、拓扑和形状变量统一转化为离散变量的基础上,将4类不同层次的优化问题统一为不同规模的标准化旅行商问题,并最终采用蚁群算法实现输电塔结构的优化设计。通过对某一实际输电塔结构的优化设计表明:该文方法不仅可以简单高效的求解输电塔结构的截面、拓扑、形状和布局优化问题,而且清晰明确的阐述了不同优化内容的物理意义和优化准则,实现了优化方法和思路的统一。此外,基于蚁群算法的输电塔结构离散变量优化方法通用性强、易于程序化,而且具有非常好的工程应用前景。
基于能量法的被动柔性棚洞防护结构设计理论
刘成清, 倪向勇, 杨万理, 李福海, 赵世春
2016, 33(11): 95-104. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0187
摘要:
由于被动柔性棚洞防护结构缺少相关的设计理论,为此,首先将复杂的结构转化为简单的力学模型,通过增量变刚度法分析了钢拱架变成机构的力学行为,明确了钢拱架与钢绳索的屈服机制,研究了钢绳索耗能与钢拱架极限承载力,建立被动柔性棚洞防护结构的耗能计算原理,为柔性棚洞结构提供了基于能量法的设计理论。然后,结合工程实例,进行有限元分析与理论计算的结果对比,验证基于能量法的设计理论的准确性。最后,根据提出的基于能量法的设计理论,给出了关于柔性棚洞防护结构方案设计与选型方面的建议。研究结果表明:工程实例的理论计算结果与有限元分析结果较吻合;在选型方面,为提高整体结构耗能,应使钢绳索先于钢拱架屈服,并加大钢绳索使用长度及屈服拉力;抛物线式钢拱架极限承载力高于同等条件下其他形式钢拱架,应优先选用。
单层球面网壳抗连续倒塌性能研究
徐颖, 韩庆华, 练继建
2016, 33(11): 105-112. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0232
摘要:
该文结合单层球面网壳冗余度较低、稳定性问题突出等特点,提出了一种基于构件承载能力的敏感性评价指标,对采用不同网格布置形式的单层球面网壳进行了连续倒塌分析,明确了结构在极端雪荷载作用下的连续倒塌破坏模式以及敏感构件和关键构件的分布规律,分析了初始缺陷和压杆屈曲对构件敏感性的影响。分析结果表明:网格布置形式对单层球面网壳的抗连续倒塌性能以及破坏模式有很大影响,K8型网壳以及K8-联方型网壳在撤除敏感构件后均发生了整体倒塌破坏,而短程线型网壳的内力重分布能力较强,未发生连续倒塌破坏。增大关键构件的截面尺寸比增大敏感构件的截面尺寸更能有效提高单层球面网壳的抗连续倒塌性能。考虑初始缺陷后,构件重要性系数最多增大3.0倍,敏感构件的分布位置基本不变;而考虑压杆屈曲后,结构敏感构件的数量明显增加,重要性系数增大了1.2倍~5.6倍。
受火后方钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力研究
张玉琢, 吕学涛, 王微微
2016, 33(11): 113-120. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0244
摘要:
为研究方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后的剩余承载力,设计并制作18根在核心混凝土中配置纵向受力钢筋的方钢管钢筋混凝土短柱进行明火试验和承载力试验,观察试件经历火灾后的破坏形态,获取柱的极限承载力等指标。在ISO 834标准升降温曲线作用下,基于ABAQUS有限元软件建立方钢管钢筋混凝土轴压短柱温度场和火灾后力学场分析模型,分析结果得到试验结果的验证,在此基础上,利用该模型对影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的参数进行了分析。试验结果表明:受火后的方钢管钢筋混凝土短柱承载力有一定程度折减,但仍具有较高的承载能力;配置纵向钢筋对核心混凝土起到更好地约束作用,配筋率的增大对于受火后试件极限承载力的提高作用明显;影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的主要因素是升温时间和构件截面尺寸;在常用参数范围内,回归方钢管钢筋混凝土短柱火灾后剩余承载力实用计算式。
基于PIV技术的平屋盖表面分离泡流动结构研究
孙虎跃, 叶继红
2016, 33(11): 121-131. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0245
摘要:
该文利用粒子图像测速技术,通过风洞流场显示试验,观察了大跨平屋盖表面的分离泡现象,给出了不同来流工况下多个可视化平面的旋涡流线和涡量场分布。试验结果表明,当风向垂直于平屋盖迎风前缘时,屋盖顶面将出现典型的分离泡现象,涡量场的负向峰值出现在迎风前缘处,屋面风压力随离迎风前缘距离的增加而减小。均匀流场下流动将在迎风边缘产生分离而后再附,再附长度近乎横跨整个屋盖;而湍流场中的小尺度湍流促使分离剪切层较早地再附形成分离泡,且湍流度越大,旋涡再附长度越短。运用FLUENT模拟了平屋盖表面的分离泡,与流动显示试验结果吻合较好。通过多个可视化平面的综合分析得到分离泡的三维形态特征,建立了旋涡的演化、涡核位置与建筑物表面压力分布的内在联系,获得了若干有价值的结论。
考虑合力作用点位置的主动土压力计算
陈建功, 胡日成, 许明
2016, 33(11): 132-139. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0246
摘要:
从滑动土体整体静力平衡方程出发,推导了坡面起伏,且有不均匀超载,墙背倾斜,黏性填土等一般情况下的主动土压力泛函极值的等周模型。在此基础上,引入拉格朗日乘子,将主动土压力问题转化为确定含有两个函数自变量的泛函极值问题。依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,得到了对数螺旋线的滑裂面函数和沿滑裂面分布的法向应力函数。结合边界条件和横截条件,主动土压力泛函极值问题进一步转化为以两个拉格朗日常数为未知量的函数优化问题。通过算例表明,对于一般土体,在作用点位置系数下界限处,主动土压力最小,滑裂面为平面;随着作用点位置的上移,主动土压力呈非线性增长,相应滑裂面为对数螺旋面,在作用点位置系数上界限处,主动土压力达到最大。在作用点位置系数上下界限处所对应的主动土压力构成的数值范围,包含了各种挡墙变位模式下的主动土压力。通过算例对比分析,采用库仑土压力理论进行的抗倾覆设计存在安全系数偏低的缺点,应该根据主动土压力和作用点位置的区间估计来指导设计。
钢绞线斜拉索在鞍座内的受力状态分析
胡方健
2016, 33(11): 140-147. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0252
摘要:
斜拉桥中采用塔上鞍座锚固的钢绞线拉索在金属管道内受到摩阻效应的影响而具有抗滑锚固性能,该文分析了摩擦型及机械型锚固构造的传力机理,讨论了永久作用及可变作用对拉索抗滑性能的影响,建立了计算模型并编制了程序,以此为工具对南昌朝阳大桥的塔上锚固装置进行了计算。经过研究得出结论:鞍座区钢绞线拉索在不平衡力作用下的摩擦角比值可作为抗滑措施选用的依据,机械型抗滑装置可利用鞍座区的反向摩阻效应锚固拉索,鞍座区钢绞线拉索在可变作用下的响应由于受摩阻效应影响会发生累积。
海上风机单立柱三桩基础灌浆连接段轴向承载力试验研究
李炜, 潘文豪, 樊健生
2016, 33(11): 148-154. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0259
摘要:
结合某海上风机单立柱三桩基础,对海上风机灌浆连接段进行轴向承载力试验。共设计四个试验模型,包括两个带剪力键的模型和两个无剪力键的模型。试验结果表明:带剪力键的模型承载力和延性比无剪力键的模型显著提高;受过疲劳荷载的带剪力键模型虽然延性有一定降低,但其承载力仍与未受过疲劳荷载的模型相当。该文还讨论了UK规范、API规范和新旧DNV规范建议的四个灌浆连接段轴向承载力经验公式。各公式之间的对比表明,它们都存在一定的缺点:API规范公式和旧版DNV规范公式形式还不太成熟,而UK规范公式和新版DNV规范公式试验数据参数范围不全。因此,该文最后建议提出一个灌浆连接段界面抗剪强度的新公式,以适应更广泛的工程应用条件。
基于能量法的加筋扁球壳轴对称自振缩尺模型研究
于伟, 李正良
2016, 33(11): 155-162. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0262
摘要:
该文基于结构体系的总能量进行相似转换,导出了大型加筋扁球壳轴对称振动时模型需满足的广义相似条件和缩尺原理。在此基础上,创新性地引入结构刚度参数公式,重点研究了不完全相似缩尺振动。以正交加强(径-环向加筋)扁球壳为例,基于线性几何方程和壳体最大动能,应用里兹法建立结构的频率方程,分析了模型与原型的完全和不完全相似。结果表明:完全相似缩尺模型能准确地预测原型。不完全相似分析中,当模型与原型的加筋肋满足截面积、一阶矩和二阶矩与对应加筋肋间距比值相似时,模型加筋肋截面可采用与原型不同的形式,为试验模型的设计提供了方便;当模型与原型的材料泊松比相等或相近时,推导的缩尺原理能较好的预测原型结构的动力特性。该文采用的方法和给出的结论对于相关试验和设计具有很好的实用价值。
受火后混凝土框架基于纤维模型的软件开发与试验验证
夏敏, 余江滔, 陆洲导
2016, 33(11): 163-173. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0264
摘要:
为了对受火后混凝土框架的残余力学性能进行有效准确的数值模拟,该文基于纤维单元模型和分层壳单元模型的思路,以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python脚本语言对其进行二次开发,建立了混凝土框架火灾受损分析系统(简称ASFCF系统)。为了验证该系统,设计了2个相同尺寸的带楼板的单层单跨空间混凝土框架,一个进行火灾试验(称为火后框架),一个不进行火灾试验(称为常温框架),对这两个框架中的各个梁、板构件按顺序依次进行静载破坏试验;利用ASFCF系统对两个框架分别进行非线性有限元分析,将火后框架与常温框架各个构件的模拟计算结果与试验实测数据进行对比,结果表明:二者的吻合度较高,误差均在可接受的范围之内,说明采用纤维单元模型和分层壳单元模型模拟火灾后框架结构中的梁、柱和楼板是合理有效的,采用ASFCF系统对混凝土框架进行高温后热力耦合分析的计算结果准确、可信,能够较好地用于受火后混凝土框架残余承载力的计算和评估中。
轴向约束高强(纤维)混凝土柱抗火性能试验研究
王冠, 毛小勇, 杨才千, 金健, 周立人, 史本龙
2016, 33(11): 174-182. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0273
摘要:
分别进行了ISO-834标准升温下轴向约束高强混凝土柱四面受火轴心、偏心荷载作用试验,三面受火轴心荷载作用试验;高强纤维混凝土柱四面受火和三面受火轴心荷载作用试验。得到了试件半高处截面各测点温度-时间曲线以及试件轴向位移-时间曲线、侧向位移-时间曲线、轴向约束反力-时间曲线,对试验中爆裂现象进行了分析。试验结果表明:高荷载比、高轴向约束刚度比下,高强混凝土柱初始爆裂出现较早;PP(聚丙烯)纤维的桥联作用,限制了早期爆裂的发生,熔融后形成孔道,抑制了后期爆裂;相同荷载比及受火边界条件下,荷载偏心作用降低高强混凝土柱耐火极限;三面受火条件下,柱出现向非受火面的弯曲;轴向约束条件下,受热膨胀阶段,柱中会出现附加轴力,对高强混凝土柱的初始爆裂时间有一定影响。
火灾后型钢混凝土柱抗震性能有限元计算模型
王广勇, 刘庆, 张东明, 张超
2016, 33(11): 183-192. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.06.0472
摘要:
该文建立了型钢混凝土柱温度场计算模型,计算结果与实测结果吻合较好。同时,还提出了型钢混凝土柱过火最高温度场的计算方法,并在考虑型钢与混凝土之间以及钢筋与混凝土之间的界面粘结滑移特性的基础上提出了火灾后型钢混凝土柱抗震性能的有限元计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。该文模型可用于型钢混凝土柱火灾后抗震性能的计算与分析。
基于Copula函数的桥梁系统地震易损性方法研究
宋帅, 钱永久, 吴刚
2016, 33(11): 193-200,207. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.07.0620
摘要:
桥梁系统地震易损性分析的关键是建立桥墩、支座等多个构件的联合概率分布函数。然而,由于构件地震需求之间的相关性,直接建立构件之间的联合概率分布函数较为困难。为此,引入Copula函数方法,将构件地震需求之间的相关性和各构件的边缘概率分布函数进行分离,从而简化了联合分布函数的建模过程。在桥墩、支座地震易损性的基础上,基于Copula联合概率分布函数,建立了桥梁系统的易损性曲线,并将其和一阶界限法及Monte Carlo方法的分析结果进行对比。结果表明:基于Copula函数得到的桥梁系统易损性在整个地震动强度范围内均位于一阶界限法的上、下界之间;和Monte Carlo方法相比,Copula函数方法不仅考虑了构件地震需求之间的非线性相关关系,而且避免了大量的数值抽样,使计算效率显著提高。
考虑抗拉强度的岩石强度准则对比分析
张磊, 刘保国
2016, 33(11): 201-207. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0642
摘要:
岩石强度准则的研究一般着重于抗压强度而忽略抗拉强度,抗拉强度是岩石的一个重要力学性质,在工程设计中是一个重要的力学参数。该论文采用五种岩石的室内岩石力学试验数据对四种强度准则进行拟合,以对抗拉强度的描述精度、最小平均标准拟合差和拟合的主应力间关系曲线综合评价强度准则与试验值的吻合性,探究不同的强度准则对抗拉强度的预测效果。分析表明:指数强度准则拟合值与试验值最接近,描述精度最好,评价不同应力状态下岩石的强度特征优先考虑指数强度准则。
基于不同混凝土本构模型的混凝土双向板火灾行为分析
王勇, 王腾焱, 袁广林, 安晓莉, 董毓利
2016, 33(11): 208-219. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0690
摘要:
为考查本构模型对混凝土双向板火灾行为的影响,建立不考虑骨料类型影响的混凝土高温本构模型,编程对混凝土试验板火灾行为进行分析,验证了本构模型的有效性。在此基础上,基于EC2、ASCE和该文模型,分析本构模型、火灾工况、板厚和骨料类型等参数对混凝土双向板火灾行为的影响规律。结果表明,与EC2和ASCE模型计算结果相比,该文模型所得结果均趋于保守。
波形钢腹板(钢腹杆)-混凝土组合箱抗扭承载力试验与计算
董桔灿, 吴庆雄, 陈康明, 谢润, Bruno Briseghella
2016, 33(11): 220-230. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.10.0847
摘要:
为研究波形钢腹板(钢腹杆)-混凝土组合箱抗扭特性,进行了构件的抗扭承载力试验,结果表明:混凝土底板首先出现斜向裂缝,裂缝与混凝土主拉应变垂直,顶底板裂缝呈螺旋状开展,裂缝方向与主梁纵轴线约成45°;底板出现宽度较大的主斜裂缝,钢筋受拉屈服,组合箱受扭破坏。采用有限元软件ANSYS对扭转试验构件进行了非线性有限元分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好。参照混凝土箱梁的开裂扭矩计算公式,建立了组合箱开裂扭矩的计算公式;应用混凝土箱梁变角度空间桁架理论,根据波形钢腹板(钢腹杆)-混凝土组合箱达到极限扭矩时可能出现三种破坏形式,建立了组合箱极限扭矩的计算公式。通过与试验结果和实桥截面有限元分析结果的比较表明,建立的波形钢腹板(钢腹杆)-混凝土组合箱抗扭承载力简化计算公式具较高精度,最大误差不超过10%,可运用于实桥计算。
机械工程学科
考虑绳索质量和惯性力影响的绳牵引并联机器人
苏宇, 仇原鹰, 韦慧玲
2016, 33(11): 231-239,248. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0230
摘要:
该文研究了高速大跨度冗余驱动绳牵引并联机器人的动力学建模和张力优化分布。首先,建立了基于有限元思想的绳索动力学模型;其次,推导了包含绳索动力学影响的绳牵引并联机器人的动力学方程;继而,以绳索张力方差最小为目标,得到了适用于冗余驱动绳牵引并联机器人的张力优化分布模型;进而,在优化模型的基础上,提出了一种以直线模型的索长和张力为迭代初始值,以绳索垂度不发生改变为终止条件的绳索张力迭代优化算法,实现了绳索张力的优化求解;最后,通过算例仿真说明了考虑绳索质量和惯性力影响的必要性,并且验证了算法的收敛性、有效性和合理性,为绳牵引并联机器人的力控制奠定了理论基础。
其他工程学科
不同SST模式在细长体绕流模拟中的应用比较
刘跃, 管小荣, 徐诚
2016, 33(11): 240-248. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0247
摘要:
分别运用SST(Shear-Stress Transport)k-ω、SST-DES、SST-SAS湍流模型对亚音速条件下细长旋成体大攻角绕流流场及气动力特性进行了数值研究,通过侧向力轴向演化、物面压力分布、涡粘度变化、计算网格适应性及对流场细节的捕捉等方面比较了3种湍流模式的计算结果。数值实验表明:在相同计算条件下,3种模式对细长体后部的模拟结果差异较大,SAS模型能捕捉到更多的小尺度涡及尾涡系的非定常特性;相同横截面处涡粘度处于同一量级且大小关系为SAS
大展弦比柔性机翼气动弹性风洞模型设计与试验验证
谢长川, 胡锐, 王斐, 刘燚, 常楠
2016, 33(11): 249-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0254
摘要:
大展弦比柔性机翼飞机的气动弹性是当前理论研究的热点,而风洞试验研究则是揭示大变形气动弹性运动机理和验证理论方法的必要手段。该文建立了能够考虑几何非线性特点的大展弦比柔性机翼风洞试验模型结构设计方案。该方案设计结合几何非线性气动弹性理论分析与模型地面试验,在确保分析模型与理论模型一致的基础上,进行了实物模型的气动弹性风洞试验。风洞试验结果表明大展弦比柔性机翼的结构大变形效应对其气动弹性特性产生了一定影响,大变形导致结构水平弯曲模态发生失稳进而降低了模型的颤振速度,与几何非线性气动弹性分析结果一致。试验颤振速度、颤振模态均与理论分析结果吻合,验证了该文几何非线性气动弹性分析方法的准确性。