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2018年  第35卷  第6期

综述
胶合木梁抗剪性能研究综述
曹磊, 陈伯望
2018, 35(6): 1-5,14. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.ST09
摘要:
木材的剪切性能相对其它力学性能较低,在不确定的多种应力作用下,胶合木梁很可能产生剪切破坏。然而,因其抗剪性能研究较为复杂且较少,胶合木梁的抗剪设计常被忽视。该文整理和分析了胶合木梁抗剪性能研究现状,介绍和分析了影响胶合木梁抗剪性能的因素,包括剪跨比、构件尺寸、测试方法、裂纹及干湿条件等,分类总结和评价了胶合木梁抗剪设计的几种理论方法,为胶合木梁的抗剪设计提供参考。
基本方法
一种高效的FE-PSBFE耦合方法及在岩土工程弹塑性分析中的应用
孔宪京, 陈楷, 邹德高, 刘锁, 余翔
2018, 35(6): 6-14. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.ST08
摘要:
针对复杂岩土工程结构建模困难、耗时费力的难题,结合八叉树网格离散技术,对网格中的六面体采用等参单元,对于非六面体采用多面体比例边界有限单元(PSBFE),建立了一种快速、高效的FE-PSBFE弹塑性耦合数值分析方法。采用实现的PSBFE对标准土石坝进行数值模拟,验证了其正确性和计算精度;通过典型复杂心墙坝对提出FE-PSBFE耦合方法的灵活性、通用性和高效性进行了研究,研究结果表明:与传统FEM相比,该耦合方法可大幅加速模型前处理进程,解决了复杂三维空间河谷形状、水平分层填筑和材料分区导致的网格剖分难题,几十万单元的网格划分一般仅需几分钟;与PSBFE相比,显著提高了岩土结构弹塑性分析的效率,FE-PSBFE可减少超过80%的求解时间。FE-PSBFE耦合方法对其他复杂几何条件的工程问题也具有良好的实用性,为快速精细化抗震分析提供了技术手段。
饱和层状地基条形基础动刚度的精细积分算法
李志远, 李建波, 林皋, 韩泽军
2018, 35(6): 15-23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0170
摘要:
采用基于积分变换、对偶方程和精细积分的算法求解饱和多层地基条形基础的动刚度问题。利用Fourier积分变换得到Biot多孔饱和介质波动方程在频域-波数域内的常微分方程,引入广义对偶变量,对二阶常微分波动方程进行降阶处理;针对地表自由排水和封闭排水边界条件,给出了适于精细积分算法的矩阵表达;对控制方程采用精细积分解答,得到波数域内的格林函数,对结果进行逆Fourier积分变换,得到空间域的力和位移关系;施加边界条件,最终得到刚性条形基础的动刚度的解答。通过与文献已有结果进行对比,验证了精细积分算法的准确性。最后计算两组算例,分别分析了表面薄层的孔隙率、渗透力阻尼系数对条形基础动刚度的影响。
水平基底上薄膜流体的数学模型及其数值模拟
潘晓军, 张燕平, 陈曦, 高伟, 樊剑
2018, 35(6): 24-32,41. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0105
摘要:
以应用于车体外壳的薄膜涂层为研究对象,针对涂覆于镀膜钢板上的流体高度差分布,提出了一种独特的数值模拟方法。首先基于该应用中薄膜流体的特殊几何特征和润滑近似理论简化描述流体的经典Navier-Stokes方程,结合边界条件建立所描述的薄膜流体运动的数学模型,然后运用傅里叶伪谱法与Runge-Kutta法相结合的方法进行数据处理,并根据所建立的数学模型与选取的相关算法,采用MATLAB编程对以上所描述的薄膜流体的涂覆的均匀性进行数值模拟。最后将数值模拟结果与实验数据进行对比,验证了数学模型与计算方法的合理性。通过数值模拟与实验分析可知,随着时间的推移,薄膜流体的自由液面高度差向着均匀性发展,但发展速率有限。
土木工程学科
不同抗震等级RC框架结构抗地震倒塌能力的研究
范萍萍, 陆新征, 叶列平
2018, 35(6): 33-41. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.0378
摘要:
为研究抗震等级对钢筋混凝土(RC)框架结构抗地震倒塌能力的影响,根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)分别设计了不同抗震设防烈度和抗震等级的20个典型RC框架结构,应用动力增量分析法对框架结构进行了倒塌易损性分析,并对比了不同抗震等级框架结构的抗地震倒塌能力。结果表明:框架结构的抗震等级对其抗地震倒塌能力有重要影响,同一抗震设防烈度下,随着抗震等级的提高,其倒塌概率不断减小,倒塌储备系数(CMR)不断增大,框架结构的抗地震倒塌能力不断提高。框架柱的轴压比、纵向配筋率和体积配箍率是影响框架结构抗地震倒塌能力的重要因素。
A572 Gr.50厚板对接焊缝断裂性能研究
尹飞, 周晖, 王元清, 廖小伟, 杨璐
2018, 35(6): 42-51. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0430
摘要:
A572 Gr.50厚板常用于锅炉钢结构大板梁的加工制作,其对接焊缝易存在焊接裂纹缺陷。为评定含缺陷的锅炉钢结构大板梁的安全性,通过焊接接头模拟制作实际大板梁下翼缘的A572 Gr.50厚板对接焊缝,分别对其母材、焊缝金属及热影响区材料进行了系列单轴静力拉伸试验、冲击韧性试验和直三点弯曲断裂韧度试验,并结合有限元分析对A572 Gr.50厚板对接焊缝存在裂纹缺陷时的断裂性能进行了研究。研究结果表明:厚板对接焊缝母材、焊缝和热影响区材料基本力学性能均能满足规范要求,均具有良好的塑性变形能力;随温度的降低,母材、热影响区及焊缝处的夏比冲击功减少,但均具有良好的冲击韧性;比较而言,母材的抗低温冷脆性能最好,焊缝最差;母材、焊缝和热影响区3个区域中焊缝的断裂韧度最差;厚板对接焊缝接头的焊缝区是大板梁焊接缺陷安全性评估的重点控制区域;基于断裂力学,可以运用有限元软件方便的对带裂缝的工作状态下工作的钢结构构件的断裂性能进行分析,保证其安全性。
一种新型自复位SMA-剪切型铅阻尼器的试验及其数值分析
刘明明, 李宏男, 付兴
2018, 35(6): 52-57,67. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0066
摘要:
利用形状记忆合金(shape memory alloys,SMA)的超弹性以及金属铅的屈服耗能特性,开发出一种新型复合耗能自复位阻尼器,由形状记忆合金丝、剪切型铅块以及复位弹簧组成,其特点是结构简单、制作方便,同时具有高耗能及自复位功能。制作了阻尼器模型,并进行了力学试验,研究了在循环荷载作用下不同加载速率、不同位移幅值对其力学性能的影响。建立阻尼器的力学模型对其进行了数值模拟,结果表明:新型阻尼器在循环荷载作用下滞回性能稳定,利用形状记忆合金与铅同时工作耗能,阻尼器具有良好的耗能能力;复位弹簧的设置能使阻尼器具有良好的自复位能力;数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了力学模型的正确性。
混凝土材料真实动态强度及率效应机理研究
王国盛, 路德春, 杜修力, 李萌, 穆嵩
2018, 35(6): 58-67. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0101
摘要:
混凝土的动态承载力包括真实动态强度和惯性承载力两部分,并且真实动态强度存在极限动态强度。以往的研究并没有区分真实动态强度和惯性承载力,过高地估计了混凝土的真实动态强度。该文研究了混凝土材料应变率相关强度的物理机制,将混凝土的宏观承载力分为真实动态强度和惯性效应引起的附加承载力,分别揭示了真实动态强度与惯性效应的物理机制。物理机制表明混凝土的真实动态强度不是无限增加的,而是存在一个极限值,这与混凝土材料非线性单轴动态S准则的规律相同。因此,利用S准则来描述混凝土的真实动态强度。通过与动态单轴压缩试验结果和动态单轴拉伸试验结果比较表明,S准则能够合理地描述混凝土材料的真实动态强度规律,并且能够很好地反映混凝土材料的极限动态强度。
连梁骨架曲线与滞回特性研究
范重, 刘云博, 王祥臻, 吴徽, 王义华
2018, 35(6): 68-77,87. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0118
摘要:
连梁作为剪力墙的主要耗能构件,对结构在罕遇地震作用下的抗震性能具有很大影响。该文主要着眼于连梁在往复荷载作用下的受力特点与极限变形能力,对国内外47个连梁模型试验结果进行较为深入的分析。连梁的破坏形态与其配筋形式密切相关。受到混凝土交叉裂缝以及钢筋滑移等影响,平行配筋连梁的滞回曲线捏拢严重。对于小跨高比连梁,通过配置对角斜筋或综合配筋等方式,可改善连梁的耗能性能。该文引入弯矩-变形角表征连梁内力与变形的关系,可以综合考虑弯曲变形、剪切变形、混凝土开裂以及钢筋滑移等因素的影响。连梁最大变形角与跨高比、配箍特征值和剪箍比的相关性分析结果表明,配筋形式对连梁极限变形能力的影响不大。基于连梁在往复荷载作用下试验结果得到连梁的标准骨架曲线,与我国相关设计规范对连梁的要求保持一致,便于在实际中工程应用。通过假定卸载刚度与加载刚度相同、滞回曲线包裹面积相等的方法,确定滞回曲线的捏拢控制参数,得到的连梁简化滞回曲线与试验结果符合良好。
基于分布参数模型的复合自复位结构参数分析
武大洋, 吕西林
2018, 35(6): 78-87. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0160
摘要:
该文提出一种复合自复位结构,该结构在体系层次上由主、次两个子体系组成。主体系承担结构基本的使用功能,可以简化为剪切梁;次体系承担控制结构损伤模式、耗能和自复位的功能,可以简化为底部带有弹性转动约束的弯曲梁;二者组成复合自复位结构的剪弯梁分布参数模型。求解微分方程得到体系振型方程的闭合解。将剪弯刚度比和弯曲梁与底部弹性转动约束刚度比作为参数,分析了二者对体系的特征值、振型、振型参与系数和振型转角的影响,从动力学的角度解释了体系控制损伤模式的机理。利用该分布参数模型,可以合理地选择两种刚度比参数,使体系的层间位移分布均匀。结合振型叠加法计算结构响应,该模型可以为体系的初步设计和方案选择提供一定的参考。
基于节点刚度的钢框架梁柱子结构抗倒塌性能试验研究
孟宝, 钟炜辉, 郝际平
2018, 35(6): 88-96. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0120
摘要:
以钢框架中3种不同连接节点形式(栓焊连接、顶底角钢腹板双角钢连接和腹板双角钢连接)的两跨三柱型梁柱子结构为研究对象,通过对中柱施加静力荷载的大变形试验考察梁柱子结构在中柱失效连续倒塌条件下的破坏模式、力学形态和抗倒塌机理。结果表明:栓焊连接试件因梁柱节点处梁端受拉翼缘发生断裂而失效;顶底角钢腹板双角钢连接试件为梁柱相连的受拉角钢在螺栓孔处发生断裂,且因梁端腹板螺栓孔发生承压破坏而失效;腹板双角钢连接试件因腹板两侧角钢在螺栓孔处断裂而破坏。梁柱节点刚度对结构的抗倒塌性能影响较大,腹板双角钢连接试件主要通过悬链线机制提供抗力;而其他两类试件在加载前期主要通过梁机制提供抗力,进而转变由悬链线机制来抵抗外部荷载。其中,顶底角钢腹板双角钢连接试件在后期更能充分发展梁端节点转角和梁截面轴力,表现出更为富余的抗倒塌能力储备。
强震作用下独塔斜拉桥拉索松弛现象研究
易江, 莫金生, 李建中
2018, 35(6): 97-104,114. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0143
摘要:
为考虑地震作用下斜拉桥拉索的垂度效应,常规方法是将拉索模拟为弹性单元,根据恒载索力修正单元材料的弹性模量;但该方法忽略了索力变化对拉索轴向刚度的影响,也未考虑强震中可能出现的拉索松弛现象。该文先给出了三种不同的拉索应力-应变方程,然后以一座独塔斜拉桥为背景,通过赋予拉索不同的应力-应变关系建立了三个非线性有限元模型,研究了强震作用下拉索的地震响应和拉索松弛现象。结果表明:在近场地震作用下,拉索索力变化幅度较大,部分拉索有可能出现松弛现象;拉索松弛后,出现松弛的拉索最小索力不再减小,最大索力继续增加;对于整个结构而言,拉索松弛只是局部响应的变化,对梁体位移和塔柱受力等地震响应的影响有限;但地震中不考虑索力变化对拉索轴向刚度的影响可能低估结构的地震响应,最大偏差可达到20%。
钢管混凝土平面框架子结构抗连续倒塌精细有限元分析
王景玄, 王文达, 李华伟
2018, 35(6): 105-114. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0148
摘要:
竖向关键构件失效后,结构的抗倒塌能力主要以失效柱上部钢梁的梁机制和悬链线机制为主。选取"两跨三柱"型钢管混凝土平面框架子结构形式为研究对象,采用精细有限元法细致剖析竖向荷载全过程作用下平面框架的倒塌全过程,分析中柱竖向位移与承载力的全过程曲线特征,研究不同几何和物理参数对框架的抗力曲线的影响规律。结果表明:中柱承载力P-竖向位移Δ曲线分为四个阶段:梁机制阶段、转换机制阶段、悬链线机制阶段、破坏阶段。综合抗力指标和位移延性指标可以看出,钢梁翼缘厚度和钢管含钢率对该类结构的抗连续倒塌影响较为显著,工程实际设计和应用中应予重视。
考虑隔震支座特性的隔震结构多尺度模拟与试验验证
李万润, 王辉, 孙玉萍, 杜永峰, 王雪平, 吴忠铁
2018, 35(6): 115-122,131. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0149
摘要:
基础隔震技术由于良好的隔震性能在实际工程中得到广泛应用。现有的隔震结构分析方法主要采用宏观尺度(如弹簧单元)对其地震响应进行分析研究,隔震支座采用弹簧进行模拟时,该文模型只能反映结构的整体响应而未能考虑隔震支座及其他局部关键位置的细节。因此,为了解结构局部关键位置的力学性能(如隔震支座),该文提出一种考虑隔震支座特性的隔震结构多尺度模拟方法。首先,建立微观单元(实体单元)与宏观单元(梁单元)之间的多尺度界面连接方程;其次,通过不同尺度单元之间有效组合建立四种不同串联隔震体系模型(弹簧-梁单元模型、弹簧-实体单元模型、多尺度模型和全实体单元模型),在四种模型梁端施加往复荷载得到其滞回曲线,并与试验结果进行对比分析。分析结果表明,采用多尺度模拟方法不仅能掌握结构局部关键位置(隔震支座)受力特性,还可以提高计算效率,减少计算时间和存储空间,并在计算精度和计算代价之间得到了均衡。在此基础上,结合串联隔震结构振动台试验进一步验证多尺度分析方法的有效性。最后利用多尺度有限元模拟方法的优越性分析某基础隔震结构的动力响应。
预应力钢绞线温度膨胀及高温蠕变性能试验研究
周浩, 杜咏, 李国强, Liew J Y Richard, 汪贤聪
2018, 35(6): 123-131. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0155
摘要:
火灾高温下钢绞线的温度膨胀及高温蠕变性能是影响张拉钢结构抗火能力的重要因素。该文以1860级预应力钢绞线为研究对象,采用非接触式应变视频测量系统,测试了钢绞线在15个温度水平下的热膨胀应变,得到热膨胀应变随温度的变化规律,并拟合出热膨胀系数计算公式。研究发现,大约750℃时钢绞线材料发生相变,导致热膨胀应变突变。通过钢绞线在不同温度及应力水平下的高温蠕变试验,得到蠕变应变与时间的关系曲线,并建议了钢绞线高温蠕变计算公式。高温蠕变试验现象表明,在较高温度及应力水平时,蠕变会导致钢绞线断裂;对经2 h高温蠕变未断裂的钢绞线自然冷却到常温后,进行抗拉强度试验,发现其抗拉强度有一定程度的退化,且经历的蠕变温度越高,应力水平对高温蠕变后试件抗拉强度的退化影响越明显。
混合非线性黏弹性阻尼器非线性特征与力学模型研究
周颖, 龚顺明
2018, 35(6): 132-143. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0156
摘要:
随着黏弹性材料的不断发展,出现了具有更大耗能能力和变形能力的新型黏弹性阻尼器,但同时不可避免的丧失了其线性特征。该文基于一种混合非线性黏弹性阻尼器,揭示了其多种非线性特征的来源及规律,并基于此提出和验证了能够全面考虑其非线性特征的力学模型。结果表明,该种混合非线性黏弹性阻尼器的非线性来源主要包括五方面:相位差非线性引起滞回曲线形状的改变、初次加载大应变速率引起的初始刚度、升温效应和疲劳性能引起的软化、马林斯效应导致的大应变幅值下的软化和捏拢效应导致的大应变幅值下的硬化。提出的力学模型数学表达简洁,能够呈现其多种非线性因素和规律,无需在不同工况下分别进行参数识别,与试验结果吻合良好,能够精确模拟其滞回行为。
内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑性能试验及其恢复力模型研究
韩强, 贾振雷, 王晓强, 黄超
2018, 35(6): 144-150,190. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0161
摘要:
为解决防屈曲支撑在大震作用下产生较大残余变形的问题,该文提出了一种内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑,阐述了该支撑的构造和工作原理。该新型支撑由防屈曲耗能系统和自复位系统并联组成,通过控制碟簧预压力和核心单元屈服承载力的组合,可得到工程结构控制所需的滞回特性曲线。在此基础上,设计制作了3个不同工况的内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑,开展拟静力试验,分析其破坏特征,探讨了其残余位移和滞回耗能等特性,并建立其力-位移滞回关系恢复力分析模型。试验结果表明:内嵌碟簧型自复位防屈曲支撑不仅保留了防屈曲支撑稳定良好的耗能能力,而且能较好地控制残余变形,建立的恢复力分析模型与试验结果吻合较好,是一种有效地控制残余变形且性能稳定的结构减震元件。
屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构干式柔性梁柱节点的试验研究
侯和涛, 朱文灿, 曲哲, 崔士起
2018, 35(6): 151-161. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0163
摘要:
建议了一种由受弯框架与采用梁柱柔性节点的屈曲约束支撑框架并联组成的装配式混凝土双重抗侧力体系,设计并完成了4个装配式梁柱节点试件和1个现浇节点试件的往复加载试验。研究了混凝土楼板、螺栓孔形式等因素对该柔性节点受力性能和破坏模态的影响,并与现浇试件进行了对比。试验结果表明:混凝土楼板对柔性节点刚度及承载力有很大的影响,在设计时不可忽略;螺栓孔形式在结构位移较小时对节点的受力性能没有影响,但当结构位移较大时会影响节点的破坏模式;与现浇节点相比,装配式柔性节点具有很大的变形能力。
时程分析考虑高阶振型影响的多频段地震波选择方法研究
张锐, 成虎, 吴浩, 王东升
2018, 35(6): 162-172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0164
摘要:
针对结构抗震时程分析输入地震波选择问题,以加速度反应谱(或设计谱)为目标谱,在反应谱平台段和结构基本周期附近误差双控指标中,引入了由归一化振型参与系数确定的前几阶振型的权重系数,提出了考虑多频段加权匹配的时程分析输入地震波选择方法,以充分考虑高阶振型的影响。以美国SAC Steel Project提出的9层和20层抗弯钢框架Benchmark结构为实例,为方便将建议选波方法与较多地震波输入时程分析结果进行比较,以简单地震信息初选的小型地震波数据库中的20条地震波的均值(放大系数)谱作为目标谱,以这20条地震波时程分析得到的结构最大基底剪力和层间位移角均值为目标反应,前者考虑弹性状态,后者对应弹塑性情况。将按该文方法选出的3条波输入下结构反应均值与目标反应进行了比较分析,初步证实了建议选波方法的可行性。将该文方法与ASCE 7-05地震波输入要求方法对比,在弹塑性反应状态下,两者对结构最大层间位移角沿楼层分布规律的估计以及薄弱层位置的判断均与目标反应较为一致。ASCE 7-05方法输入下结构反应均大于目标反应,偏于安全。而按该文方法输入存在高估和低估结构反应的情况,建议附加"在0.2T1~1.5T1T1为结构基本周期)区间内,3条地震波的平均谱应在目标谱上方"这一限制条件,以防止低估结构反应的情况发生。
应用改进非线性分层壳模型的超高层框架-核心筒结构强震响应分析
何政, 孙丞江
2018, 35(6): 173-181. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.01.0087
摘要:
该文开发了一种适用于模拟超高层建筑中钢筋混凝土剪力墙的分层壳模型。超高层结构中剪力墙的截面尺寸会随着高度的增加不断减小,因此底层墙体的厚度与顶层墙体存在较大差异,导致NLDKGQ壳单元模拟超高层剪力墙构件力学性能不足。基于广义协调理论构造的厚薄板通用元TMQ对四边形平板壳单元NLDKGQ进行了改进,使其可以有效地模拟超高层剪力墙平面外的性能,并结合自行编制的混凝土二维膜材料开发了适用于模拟超高层剪力墙构件的分层壳模型。将提出的分层壳模型集成到自行开发的程序平台中,对板元采用缩减积分来克服可能的剪切闭锁问题,并依次应用于混凝土板、剪力墙构件及框剪结构的计算分析,验证了提出模型的合理性和可靠性;通过分析得出,当结构中剪力墙构件的数量较多、厚跨比较大且剪切效应明显时,建议采用能够考虑面外剪切的壳元。最后,对超高层框架-核心筒结构模型进行动力时程分析得出,是否考虑剪力墙构件的剪切变形对于整体结构的宏观响应影响较小,但对底层重要位置剪力墙构件非线性行为影响较大,因此很有必要开展针对超高层剪力墙壳元的研究。
基于实测数据的桩基承载力恢复计算与分析
李飒, 李婷婷, 张树德, 康思伟, 孙振平
2018, 35(6): 182-190. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0186
摘要:
桩基的承载力恢复受土质条件、桩型、沉桩方式等因素的影响很大。为了探究承载力恢复规律,分析了131根桩的测试数据,提出了采用恢复速率作为评价承载力恢复的指标,并以此为依据建立了恢复速率与时间之间的关系。分析显示,恢复速率与时间在双对数坐标中呈现良好的线性关系,基于该关系给出了不同土质条件、桩型及沉桩方式下的桩基承载力恢复计算公式。采用另外收集的49根桩的承载力实测数据验证公式的有效性,预测值与实测值表现出良好的一致性。
地震灾害农居易损性新方法研究
姚新强, 孙柏涛, 杨在林, 陈宇坤, 杨绪连
2018, 35(6): 191-199. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0600
摘要:
如何从定性到定量评价研究建筑结构抗震能力,尤其是量大面广的农村民居的抗震能力是一个重要而又棘手的问题。该文对12组墙片进行拟静力试验,得到了墙片的滞回曲线、骨架曲线和破坏状态,墙片的骨架曲线和破坏状态进行对比,按照对应的剪应力和位移角进行破坏等级划分,得到了农居主要承重构件墙片的破坏等级双参数定量划分方法。对五大类农居进行了6度~10度的震害矩阵完善,在农居震害矩阵的基础上提出了易损性指数计算新方法,解决了震害矩阵之间的评价问题。
嘉德艺术中心结构模型振动台试验与竖向地震作用分析
甄伟, 盛平, 杨庆山, 田春雨
2018, 35(6): 200-208,230. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0858
摘要:
嘉德艺术中心是同时带有大悬臂和大跨转换层的复杂结构,为保证该结构的抗震安全性,进行了1:16的缩比振动台试验,并利用ABAQUS进行了弹塑性分析。研究了结构的动力特性,研究了结构在8度多遇、设防、罕遇地震及9度罕遇地震下的加速度响应、位移响应及损伤过程。并讨论了大悬臂桁架和大跨转换层桁架竖向地震作用计算方法。研究结果表明:该结构具有良好的变形能力和延性,具有足够的抗震储备能力,满足规范"小震不坏,中震可修,大震不倒"的设防要求;采用竖向振型分解反应谱法计算的竖向地震作用并不一定大于规范简化方法的结果,实际设计中宜取两者的包络;且对于8度抗震设防的大悬臂桁架和大跨转换层桁架,规范简化方法计算的竖向地震作用偏小,宜取重力荷载代表值的15%计算竖向地震作用。
机械工程学科
基于分形的三维粗糙表面弹塑性接触力学模型与试验验证
原园, 成雨, 张静
2018, 35(6): 209-221. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0106
摘要:
基于分形几何理论,利用双变量的Weierstrass-Mandelbrot函数模拟三维分形粗糙表面,建立了三维分形粗糙表面弹塑性接触模型。推导出各等级微凸体发生弹性、弹塑性以及完全塑性变形的存在条件。确定了粗糙表面上各等级微凸体的面积分布密度函数,获得了总接触载荷和真实接触面积之间的关系式。计算结果表明:单个微凸体的临界接触面积与其尺寸相关,随着微凸体等级的增大,微凸体的高度和峰顶曲率半径减小。微凸体的变形顺序为弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形,与经典的赫兹模型保持一致。粗糙表面的力学性能仅与最小等级及后续的6个等级微凸体相关,其余微凸体基本上对整个粗糙表面的力学性能影响很小。最后对粗糙表面的接触力学性能进行了试验测试,验证了该模型的合理性与正确性。
退火处理对紫铜组织和机械性能影响的试验研究
殷琰, 陈海波, 巨阳
2018, 35(6): 222-230. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0116
摘要:
研究退火处理对紫铜组织及机械性能的影响,利用X射线衍射、金相观测、硬度测量、拉伸和疲劳试验以及扫描电子显微镜观测等试验手段,对比分析了退火前后紫铜的金相组织、基本力学性能、疲劳寿命、断口显微形貌和疲劳裂纹扩展行为等。考察了表面形貌对材料试件的疲劳寿命的影响,利用带缺口的试件对疲劳裂纹扩展行为进行了观测,给出了退火前后疲劳裂纹扩展速率及疲劳寿命随表面粗糙度增大而改变的定量结果。结果表明:退火后紫铜主要衍射峰出现窄化,其内部晶粒增大;材料屈服应力、弹性模量、维氏硬度及疲劳性能显著降低。试件疲劳寿命受表面粗糙度影响的敏感性在退火后降低。
其他工程学科
铺层顺序对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响研究
解江, 张雪晗, 苏璇, 牟浩蕾, 周建, 冯振宇, 蓝元沛
2018, 35(6): 231-239. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0129
摘要:
采用仿真和试验相结合的方法探讨复合材料薄壁圆管在准静态轴向压缩载荷下的失效吸能特性和吸能机理。首先,建立复合材料薄壁圆管"层合壳"有限元模型,通过显式动力学方法求解其在准静态轴向载荷下的压溃失效力学行为。仿真与试验结果在圆管轴向压溃变形过程、初始峰值载荷、平均压溃载荷及比吸能等主要吸能参数上具有很好的一致性,验证了"层合壳"复合材料圆管有限元模型和建模方法的有效性。其次,采用解析模型与仿真分析方法分别对[0/90]3s、[0/90/02/902]s、[03/903]s三种不同铺层顺序的复合材料圆管的屈曲载荷与吸能特性进行了对比,进一步分析了铺层顺序对圆管失效吸能特性的影响。研究表明,0°与90°铺层交替程度对复合材料圆管的吸能特性影响较大,保证纤维失效方式在结构宏观失效中占主导地位能够提高材料失效吸收能量。
随机波浪作用下饱和砂质海床弹塑性动力响应规律
王小雯, 张建民
2018, 35(6): 240-248,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0157
摘要:
为研究实际海洋环境中随机性波浪作用下弹塑性海床饱和土体真实的动力学行为及振动液化过程演化规律,该文结合Biot动力固结理论和本课题组提出的砂土震动液化大变形本构理论模型和处理液化时零有效应力状态的数值算法,采用JONSWAP频谱来模拟波浪,给出了随机波浪作用下饱和砂质海床土体中超静孔隙水压力瞬态变化与液化过程的弹塑性动力分析方法。该方法可很好地描述在随机波浪作用下,海床土体内超静孔隙水压力场在时空上呈现出的瞬态起伏变化和平均单调累积增长或消散的特性以及海床内达到零有效应力的液化状态在时间域上间歇性出现、在空间域上连续性移动的规律性。
倾转旋翼气动特性风洞试验与数值模拟研究
李尚斌, 林永峰, 樊枫
2018, 35(6): 249-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0561
摘要:
针对倾转旋翼,开展了悬停及巡航状态气动特性的风洞试验和数值模拟研究。试验中,采用六分量天平和扭矩天平,测量了悬停和巡航状态下的旋翼拉力和扭矩,获得了一些倾转旋翼悬停效率和巡航效率的试验数据,验证了设计的倾转旋翼的气动性能。为了分析流场特征,采用运动嵌套网格方法,通过求解NS方程对倾转旋翼流场进行数值模拟,并开展了数值模拟与风洞试验的相关性对比分析研究,验证了数值模拟方法的有效性。同时,获得了桨叶表面压力、桨尖涡以及诱导速度分布特性。