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2017年  第34卷  第4期

基本方法
参数差分线法的退化线边界条件
林永静, 袁驷
2017, 34(4): 1-4. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0942
摘要:
参数差分线法是一种求解曲线围域上偏微分方程的有效算法,但是在退化线处存在边界条件“缺失”的问题。该文“找到”了退化线处的边界条件,解决了这个问题。文中以二维Poisson方程为例,给出了具体的公式推导,所给出的数值算例验证了该边界条件处理的正确性。
基于有限质点法的三维固体弹塑性问题求解
张鹏飞, 罗尧治, 杨超
2017, 34(4): 5-12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0709
摘要:
有限质点法是一种新型的数值方法,可有效求解结构或机构的大变位、大变形及其相互耦合等复杂行为,目前已经应用于无穷小机构、可展结构、接触碰撞、结构倒塌破坏、结构屈曲、索杆结构、平面固体、膜结构的找形及褶皱、结构多尺度、结构精细化等方面的研究,均取得了较好的效果。为形成从平面固体到三维固体及弹塑性等问题的完整研究体系,该文基于有限质点法推导了一种适用于三维固体非线性问题分析的四面体固体元,并将其应用于弹塑性问题的求解。通过自编程序,分别计算静力,动力等经典算例,并将该方法的计算结果和有限元法及试验结果进行了对比。结果表明,该方法能够有效地求解三维固体的弹塑性等静动力问题。
土木工程学科
基于微观机理的Q460钢材角焊缝搭接接头延性断裂研究
施刚, 陈玉峰
2017, 34(4): 13-21. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.1001
摘要:
该文基于微观断裂力学的方法,针对Q460钢材角焊缝搭接接头的断裂行为进行了研究。分别通过对接焊缝试件的静力拉伸试验得到了焊缝材料的本构关系,11个开圆弧形平滑槽圆形截面拉伸试件标定了焊缝材料微孔扩张模型VGM和应力修正临界应变模型SMCS的断裂参量ηα,5个正面角焊缝搭接接头拉伸试验获得了焊接接头的荷载-变形曲线并进行了数值模拟。试验结果表明,E55-D2型焊材的角焊缝搭接接头拉伸破坏形式呈延性破坏。断裂参量结果分析表明,焊材的化学成分会导致焊缝金属断裂性能的差异。该文研究成果为焊缝材料建立了准确的数值模型,同时为高强度钢材焊缝的设计和焊接结构的破坏预测提供了一种有效的方法。
地震作用设计参数调整对框架结构抗震设计及安全性的影响
卢啸, 陆新征, 李梦珂, 顾栋炼, 解琳琳
2017, 34(4): 22-31. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.11.0871
摘要:
汶川、芦山等大地震震害经验表明:地震中建筑遭受的实际烈度经常远高于规范规定的设防烈度,这导致建筑结构在地震中受到非常严重的破坏。虽然随着规范的改进和新的设防区划图的提出,我国建筑抗震的安全水准在不断提升,但是很多专家仍认为目前建筑结构的抗震安全储备偏低。因此,确定合理的地震作用对保证建筑结构的抗震安全性有重要意义。该文以基于2010版《建筑抗震设计规范》设计的一系列钢筋混凝土框架结构为研究对象,通过调整地震动力放大系数、地震作用和荷载分项系数等参数的取值,对框架进行重设计,并对框架结构进行倒塌分析,研究地震作用设计参数调整对框架结构的设计控制指标、地震力、材料用量和抗震安全性造成的影响。研究结果表明:调整措施将使底层柱轴压比增大约8%;楼板和框架梁的钢筋用量提高约6%;对初始破坏始于底层的倒塌模式,调整措施能明显提高结构的抗震安全性,但随着设防烈度提高,地震下抗倒塌能力的提高程度略有降低。
地震波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土结动力相互作用的大跨连续刚构桥地震响应分析
王笃国, 赵成刚
2017, 34(4): 32-41. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.03.0180
摘要:
基于多源叠加粘弹性人工边界和等效线性化理论,建立了SV波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土-结构动力相互作用的大跨结构动力响应分析计算方法。该文首先给出了SV波斜入射下非线性场地的自由场等效线性化求解方法,然后利用ANSYS有限元软件对一座5跨连续刚构桥和场地建立了有限元模型,计算了考虑场地非线性情况下不同入射角、不同地形和不同场地刚度工况下连续刚构桥的动力响应。计算结果表明:桥墩轴力随着入射角的增大而增大,剪力则随着入射角的增大而减小;局部地形不规则程度对桥梁结构内力放大效应有所不同,地形变化越剧烈,放大效应越明显;土体刚度对考虑土-结构动力相互作用的桥梁结构动力响应有较大影响,土体越软,土-结构动力相互作用效应越明显。
坝基界面在非线性水压力驱动下的非线性断裂过程模拟
钟红, 林皋, 李红军
2017, 34(4): 42-48. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.10.0817
摘要:
基于多边形比例边界有限元法和粘聚裂缝模型提出了混凝土坝坝基界面在随缝宽非线性变化的水压力驱动下的非线性断裂数值模型。混凝土和基岩采用多边形比例边界单元模拟,界面裂缝的断裂过程区采用粘性界面单元模拟。因为界面裂缝总是处于复合断裂模态,故同时引入了法向和切向的界面单元,且考虑了裂纹面作用有法向和切向任意荷载时的应力强度因子求解。以裂尖为原点,裂尖附近的位移场和应力场在径向上解析求解,在环向具有有限元精度。因此无需在裂尖附近加密网格或采用富集技术即可求得高精度的解。对于界面断裂,可模拟出与两种材料差异性相关的非1/2奇异性。断裂过程区的水压力随缝面宽度变化,采用指数函数的形式进行表征,通过参数调整可实现不同分布的水压力的模拟。水压力与粘聚力考虑为与裂缝宽度相关的组合函数,便于非线性迭代的实现。结合多边形网格生成和重剖分技术,可方便地模拟界面裂缝在水力驱动下的扩展过程。算例研究表明了该文模型的有效性,从中也可看出考虑缝内水压及其具体分布形式对研究坝的稳定性具有重要影响。
轴压加载下高强钢筋混凝土柱尺寸效应试验研究
李冬, 金浏, 杜修力
2017, 34(4): 49-56,71. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0744
摘要:
钢筋混凝土构件的尺寸效应主要是:1)混凝土材料本身的非均质性和力学非线性;2)钢筋/混凝土相互作用的高度复杂性共同导致的。随着建筑结构尺寸不断变大,高强混凝土的应用越来越广泛,其高脆性使得其尺寸效应行为更加明显。此外,钢筋混凝土构件大多处于复杂加载条件下,进而使得其尺寸效应问题变得尤为复杂。该文设计了最大截面尺寸为800 mm×800 mm的16组几何相似高强钢筋混凝土柱,对其在轴向受压单调加载及循环重复加载下的力学行为进行了试验研究,并对其名义轴压强度的尺寸效应进行了分析。结果表明:1)高强钢筋混凝土柱的破坏模式受到加载模式的显著影响;2)随试件尺寸变大,高强钢筋混凝土柱耗能能力减弱;3)较单调加载情况,轴向受压循环重复加载下高强钢筋混凝土柱的破坏表现出更强的脆性,且名义轴压强度减小,尺寸效应更显著;4)Ba?ant提出的“尺寸效应律”能够较好地描述大尺寸高强钢筋混凝土柱名义轴压强度的尺寸效应规律。
再生混凝土梁时变挠度分析与预测
肖建庄, 郑世同
2017, 34(4): 57-62. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.10.0833
摘要:
重点考虑收缩和徐变等因素,对再生混凝土梁的时变挠度进行了理论分析。假定收缩和徐变不会相互影响,通过截面时随分析,得到再生混凝土梁时变相对受压区高度表达式。依据现有文献的试验数据,对分析结果准确性进行了验证。结果表明:对于不同的再生粗骨料取代率,时变挠度的计算结果与试验结果相比,大多数误差可控制在19%以内。该文的工作较好揭示了再生混凝土梁时变挠度的演化特点,可以为今后再生混凝土梁的长期挠度预测提供理论基础。
基于欧拉多相流模型的桥梁主梁三维风驱雨数值研究
刘顺, 黄生洪, 李秋胜, 陈伏彬
2017, 34(4): 63-71. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.10.0852
摘要:
该文利用欧拉多相流模型,对矩形断面和准流线型断面的桥梁主梁进行了三维风驱雨数值模拟计算。通过计算,得到了桥梁主梁周围风雨流场的分布和主梁上雨滴平均冲击荷载分布,并重点探讨了降雨对桥梁主梁断面三分力系数的影响以及来流攻角和湍流强度的变化对风驱雨效应的影响。通过和相关风洞试验数据的比较,验证了欧拉多相流方法在桥梁工程风驱雨研究中的有效性和便利性,为桥梁工程风驱雨研究提供了一个新的手段。通过分析发现,降雨会影响桥梁主梁的三分力系数,但雨滴对主梁的平均冲击荷载相对于风荷载而言较小,影响并不显著;攻角和湍流强度的变化对风驱雨效应的影响亦不明显。
单柱失效下结构连续倒塌的动力响应分析
郭义庆, 喻君
2017, 34(4): 72-77. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0776
摘要:
该文提出了一种基于三折线结构抗力形式和升压平台形荷载函数的非线性单自由度模型,并推导了该模型的解析解,用于分析由单柱移除引起的连续倒塌过程中的结构瞬态动力响应。该模型可以涵盖各类抗力形式,包括抗力软化及大变形条件下的悬链作用,并考虑了柱子移除时间对动力响应的影响。钢筋混凝土和钢结构的梁柱子结构的动力试验结果与非线性单自由度模型计算所得到的动力响应结果(例如跨中位移)的对比表明:此模型可以准确地预测结构倒塌过程中结构的动力响应,计算速度快,准确性高,便于应用。
地震作用下铁路斜拉桥动力响应及行车安全性研究
朱志辉, 杨乐, 王力东, 蔡成标, 戴公连
2017, 34(4): 78-87, 100. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0790
摘要:
为研究高速铁路斜拉桥在地震作用下的车-桥耦合动力响应及列车走行性能,以新建杭长客专铁路长沙段(112 m+80 m+32 m)槽型截面独塔斜拉桥为研究对象,利用车-线-桥耦合动力学分析软件TRBF-DYNA建立了考虑地震作用的列车-轨道-桥梁耦合系统空间动力分析模型。采用等效荷载法计算轨道-桥梁子系统的地震响应,通过考虑拟静力位移分量,将钢轨相对地震响应转化为绝对坐标系下动力响应,最终通过空间轮轨滚动接触模型将地震作用传递至车辆子系统。对比分析了不同列车运行速度和不同地震强度条件下桥梁、列车动力响应的变化规律,评估了列车行车安全性能。结果表明:地震对列车运行安全性有显著影响,根据我国规范可判断列车在7度、8度、9度多遇地震下的安全行车速度阈值分别为200 km/h、180 km/h和140 km/h;根据轮轨接触评判准则,在80 km/h~240 km/h的行车速度范围内,在7度、8度和9度多遇地震下轮轨相对位移仍在安全范围内。
考虑年均倒塌概率的结构倒塌安全储备可接受值
羡丽娜, 何政, 张延泰
2017, 34(4): 88-100. doi: