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2018年  第35卷  第7期

综述
行业标准《屋盖结构风荷载标准》的主要内容
杨庆山, 田玉基, 陈波, 黄国庆
2018, 35(7): 1-6. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.ST03
摘要:
全面介绍了新编行业规范《屋盖结构风荷载标准》的主要内容。针对多种屋盖主体结构的风振响应计算分析和抗风设计,采用平均风压与脉动风振等效静力风压之和表达主体结构的风压标准值,提出了脉动风荷载作用下结构风振响应极值的单目标、多目标等效静力荷载表达方式;采用多目标等效静力风荷载分析方法,给出了平面桁架、张弦梁、网架、球壳、柱壳、鞍形屋盖和悬挑屋盖的风振等效风压系数图表及体型系数图表。采用围护结构风压系数极值表达围护结构的风压标准值,规定了长/短时距的风压极值估计方法,给出了低矮房屋单坡/双坡类屋盖、四坡屋盖、中高层房屋屋盖、开敞屋盖、悬挑罩蓬的风压系数极值图表。《屋盖结构风荷载标准》引入屋盖主体结构风振等效风压系数和围护结构风压系数极值的概念,完善和发展了我国屋盖结构抗风设计的相关规定。
基本方法
任意多个凸起地形对平面P波的散射
巴振宁, 彭琳, 梁建文, 黄棣旸
2018, 35(7): 7-17,23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0181
摘要:
结合"分区契合"技术,采用间接边界元方法研究了任意多个凸起地形对平面P波的散射问题。求解中将模型分解为开口层状半空间域和多个凸起闭合域,同时将波场分解为自由波场和散射波场。自由波场由直接刚度法求得,而开口域和闭合域内的散射波场则通过在相应的边界上施加虚拟均布荷载,求解动力格林函数来模拟,虚拟荷载密度通过引入边界条件确定。该文通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,进而开展数值计算,研究了两侧凸起高度、凸起间距和凸起个数对中间凸起及附近地表位移幅值的影响。数值结果表明:凸起间存在动力相互作用,使得多个凸起情况位移幅值显著大于单一凸起情况,多个凸起与单一凸起对应的位移幅值及放大谱均存在显著差异;两侧凸起的高度和凸起间距的改变,均使得凸起间动力相互作用机制发生了改变,进而改变了放大谱的峰值以及峰值频率。凸起个数对凸起间动力相互作用机制影响较小,不同凸起个数情况对应的放大谱峰值频率非常接近;两侧凸起高度的增大、凸起间距的减小以及凸起个数的增多,会使得凸起间动力相互作用进一步加强,位移幅值较大且空间分布更为复杂。
运动简谐振子作用下地基梁体系振动特性的半解析研究
程永锋, 朱照清, 卢智成, 张富有
2018, 35(7): 18-23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0252
摘要:
该文研究了地基梁体系在运动简谐振子作用下的振动特性。其中,地基梁体系由均质各向同性的欧拉梁以及弹簧和阻尼器组成的粘弹性地基模型组成。而移动的简谐振子则通过单自由度体系来描述。推导地基梁体系-简谐振子的耦合振动控制方程,并通过引入中间变量建立该耦合振动控制方法状态空间方程,给出该状态空间的方程的逐步求解方法。最后,通过简单算例,研究地基的基本特性、简谐振子的基本特性对梁的振动的影响。
土木工程学科
复杂循环路径下钢材弹塑性屈曲行为研究
王宇航, 余洁, 吴强
2018, 35(7): 24-38. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0525
摘要:
复杂强震荷载作用下钢管混凝土柱中的钢管受压屈服后易发生局部屈曲,在杆系有限元模型中采用不考虑屈曲影响的钢材本构模型无法准确模拟钢结构构件的地震响应。为研究复杂循环荷载作用下钢材的屈曲行为,该文设计了强度等级分别为Q235和LYP160的30个钢材试件,并设计了多种复杂循环加载路径进行加载,获得了不同复杂循环荷载作用下钢材的弹塑性屈曲行为和应力-应变滞回关系。基于已有文献中的3种钢材循环本构模型:Légeron模型、GA模型和DM模型对试验结果进行对比分析和评价,结果表明:Légeron模型无法模拟钢材受压区服后的屈曲效应,GA模型中受压屈曲时的应力-应变规律与试验结果较为吻合,DM模型中受拉和受压卸载刚度与试验结果较为吻合。
具有复位功能的阻尼耗能支撑滞回模型与抗震性能研究
徐龙河, 王坤鹏, 谢行思, 李忠献
2018, 35(7): 39-46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0204
摘要:
在传统磁流体阻尼器基础上提出了一种具有复位功能的阻尼耗能支撑,对传统Bouc-Wen模型进行了改进,建立了适用于阻尼耗能支撑的恢复力计算模型,并在Simulink环境下对改进的双Bouc-Wen模型进行仿真分析,将仿真结果与支撑有限元模拟分析结果进行了对比;基于OpenSees平台,对改进的双Bouc-Wen模型进行二次开发,并对采用具有复位功能的阻尼耗能支撑和普通防屈曲支撑的9层Benchmark钢框架结构模型进行了抗震性能对比分析。结果表明,双Bouc-Wen模型仿真得到的滞回曲线与有限元模拟得出的滞回曲线吻合较好,可以很好地描述阻尼支撑旗形滞回特性,具有复位功能的阻尼支撑可有效减小钢结构的最大层间位移及震后残余变形,阻尼耗能支撑结构具备良好的可恢复性。
设有单根拉条滑动座连接檩条的稳定性分析
唐亚军, 童根树, 张磊
2018, 35(7): 47-54. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0213
摘要:
采用精确解析解方法研究了跨中设有拉条、与屋面板采用滑动座连接的檩条承受纯弯矩时的弯扭屈曲,檩条两端简支,屋面板对檩条提供均布弹性扭转约束,拉条提供侧向弹性支撑。求解得到了解析解,给出了檩条由对称屈曲转变为非对称屈曲对应的拉条门槛刚度的表达式,并讨论了檩条截面、跨度、扭转约束刚度大小、拉条刚度大小及拉条作用点高度等因素对门槛刚度和临界弯矩的影响。经过全范围算例计算,给出了临界弯矩简化表达式。研究发现,无论均布扭转约束多大,无拉条时檩条总是以一个正弦半波屈曲,从而呈现出与均布弹性地基上压杆的屈曲不一样的性质。
考虑水体压缩性的椭圆柱体地震动水压力分析
王丕光, 赵密, 杜修力
2018, 35(7): 55-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0235
摘要:
地震作用下水与柱体结构的相互作用会对结构产生动水压力,该文研究椭圆柱体的地震动水压力。首先,基于椭圆坐标系推导了椭圆柱体地震动水压力的解析解;其次,通过ABAQUS声固耦合方法验证了提出的椭圆柱体地震动水压力的解析解,算例表明两者误差在1%左右;最后,引入无量纲参数数频率、宽深比和长短轴比,定量分析了水体压缩性对地震动水压力的影响。
近海大气环境下锈蚀平面钢框架抗震性能试验研究及有限元分析
郑山锁, 张晓辉, 黄威曾, 赵旭冉
2018, 35(7): 62-73,82. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0127
摘要:
为研究近海大气环境下锈蚀钢框架结构的抗震性能,采用人工气候加速腐蚀技术对42件钢材材性试件和4榀平面钢框架进行加速腐蚀试验,然后对不同锈蚀程度的钢材材性试件进行拉伸破坏试验,获得锈蚀Q235B钢材力学性能指标(屈服强度、极限强度、伸长率和弹性模量)与其失重率的函数关系。并对4榀平面钢框架进行低周往复加载试验,研究了锈蚀对平面钢框架的破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力等的影响。结果表明:4榀平面钢框架试件均发生了延性较好的破坏,呈现出混合屈服机制;但随着锈蚀程度的增加,试件承载力、耗能能力显著降低,强度和刚度退化明显,延性变差。在试验研究的基础上,利用通用软件ABAQUS对试验平面钢框架进行了非线性有限元分析,研究了轴压比对其力学性能的影响,结果表明:随着轴压比的增大,试件承载力、延性不断降低。
基于短期实测数据的普立大桥设计风速推算
罗颖, 黄国庆, 陈宝珍, 刘威展, 李明水, 廖海黎
2018, 35(7): 74-82. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0190
摘要:
基于普立大桥桥位处临时观测站的短期风速资料,采用了区组模型、超阈值模型、风速相关性方法和虚拟气象站法对普立大桥设计风速进行了推算。此外,结合数值模拟方法,通过模拟桥位区域的地貌特性,确定了观测站风速与桥面参考点风速之间的关系,得出了桥面各点的设计风速。结果表明:用不同方法得出的设计风速有一定差异,比较而言,对于短期数据,建议采用相对合理的超阈值模型;山区峡谷桥梁风速沿着桥轴线分布并非均匀,采用规范给出的统一地形修正参数进行设计不够准确,应该针对具体情况通过数值模拟或者风洞试验进行修正。
多块混凝土板拼装组合钢板剪力墙试验与有限元参数影响研究
汪大洋, 韩启浩, 张永山
2018, 35(7): 83-93,138. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0195
摘要:
对竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙开展拟静力试验,对比分析各试件破坏特征、滞回性能、耗能能力、刚度退化及位移延性,采用ABAQUS软件建立数值模型并针对不同拼缝宽度、螺栓距厚比和混凝土板厚度的竖向拼装组合钢板剪力墙进行了参数影响研究。结果表明:混凝土板分块布置会一定程度地降低其耗能能力和抗侧刚度,但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响;竖向拼装组合钢板剪力墙是一种抗震性能更为优越的抗侧力构件,竖向拼装组合钢板剪力墙的耗能能力是横向拼装组合钢板剪力墙的1.3倍,且竖向拼装组合钢板剪力墙刚度退化相对缓慢;为保证组合钢板剪力墙具有较好的抗侧能力,螺栓距厚比为100和125时,其拼缝宽度分别不宜大于48 mm和72 mm;混凝土板约束刚度足够情况下,螺栓距厚比不宜大于125。
考虑荷载分布模式的弯剪型结构最优刚度分布解析研究
何浩祥, 王文涛, 范少勇
2018, 35(7): 94-103,149. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0197
摘要:
如果结构在外部激励下产生均匀损伤或均匀变形,则可避免出现薄弱层且可提高承载能力和安全性,以此为目标进行结构优化具有重要意义。将弯剪型结构简化为连续变截面悬臂杆,假定结构截面函数具有自然指数型和幂函数型等形式,将地震和风荷载等外部激励等效为均布、倒三角和惯性相关等三种荷载分布模式。根据均匀变形准则将结构绝对位移曲线关于高度的二次导数为零作为优化目标,建立结构连续化位移方程并进行优化求解,获得了考虑荷载分布形式的弯剪型结构最优刚度和截面分布解析解。理论和数值分析结果表明:截面按幂函数变化的结构能够实现均匀损伤,不同荷载分布模式下的最优刚度或截面分布有所不同。有限元静动力分析结果进一步验证了解析解的准确性和实用性。
PC框架结构基于易损性的“强柱弱梁”设计方法研究
张耀庭, 杨力, 张江, 张诚诚
2018, 35(7): 104-116. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0200
摘要:
研究和震害均表明,按规范设计的钢筋混凝土框架结构很难实现"强柱弱梁"的破坏机制。当前指导我国预应力混凝土(PC)框架结构抗震设计的04规程是以01抗震规范为基础编制的,滞后于10抗震规范,因而,有必要进行PC框架结构"强柱弱梁"设计方法的研究。首先,考虑进行PC框架设计时其梁中受力钢筋预先确定的特点,提出均采用抗震等级为一级的RC框架结构"强柱弱梁"设计的方法,即:依据梁端实际抗震受弯承载力来调整其柱端弯矩的方法;其次,针对与新方法匹配的柱端弯矩增大系数的合理取值问题,依据04规程设计了抗震等级为一、二、三级的4个多层PC框架,并在OpenSees平台上对其建立非线性分析模型,建模时以框架能形成"强柱弱梁"的屈服机制为目标,在罕遇地震作用下,采用除框架底层柱下端外其他柱截面的纵筋均不屈服的梁铰机制,对每个框架分别输入35条地震波进行罕遇地震作用下的响应分析,并对柱端弯矩增大系数的需求值进行统计,结果表明:PC框架结构边节点和中节点处的柱端弯矩增大系数,在抗震等级为三级时可分别取1.05、1.0,二级时分别取1.25、1.15,一级时分别取1.3、1.2;最后,按新方法对抗震等级为二、三级的两个PC框架进行重新设计,并对其进行基于IDA的易损性分析,验证了本文所提出的设计方法的实用性。
带板钢筋混凝土框架连续倒塌理论分析
高佳明, 刘伯权, 黄华, 周长泉
2018, 35(7): 117-126. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0201
摘要:
采用拆除构件法对一榀两层2×1跨带板钢筋混凝土框架结构进行拟静力倒塌试验,分析了框架结构底层边柱失效后,剩余结构竖向倒塌的变形破坏模式以及受力机制。试验结果表明:带板混凝土结构连续倒塌抗力先后由梁拱-板压膜机制、梁拱-板拉膜机制、梁悬索-板拉膜机制、板拉膜机制提供;结构变形先后经历外推、内收、倒塌三个阶段,结构最大抗力出现在框架柱内收-外推转换点(梁悬索-板拉膜机制)。框架梁破坏后,结构转化为板柱模型,现浇板仍能将抗力维持在较高水平。理论分析了结构竖向连续倒塌关键变形处的临界位移和抗力值,提出了结构极限承载力计算方法,并建议同时考虑极限承载力和梁端转角对混凝土结构进行倒塌判定。
风机基础开孔板连接件剪切受力机理试验研究
吕伟荣, 朱峰, 卢倍嵘, 石卫华, 张家志, 何潇锟, 卿胜青
2018, 35(7): 127-138. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0207
摘要:
鉴于目前国内出现了多台问题风机基础中穿孔钢筋疲劳脆断的工程事故,该文基于风机基础常采用的开孔板连接件构造,考虑多孔受力影响,共进行了4组12个开孔板连接件的推出试验以确定其抗剪承载力,并为其极端和运行工况设计提供依据。试验结果表明,穿筋试件的破坏过程大致分为3个阶段:①钢板与混凝土界面间摩擦受力阶段;②混凝土榫孔剪切受力阶段;③穿孔钢筋塑性剪断及其变形上方混凝土压溃。应变测试结果表明,由于穿孔钢筋的加入,上排孔的剪切受力使得下排穿孔钢筋弯曲受力明显,试件抗剪承载力较未穿筋试件得到显著提高;破坏阶段中,钢筋弯曲受力状态转变为孔内受剪,随着其上方混凝土的压溃,钢筋因受剪屈服退出工作;随着竖向裂缝的开展,全穿筋试件中3根钢筋均屈服,强度和塑性均得到有效的发挥,建议工程对中排、下排设置穿孔钢筋或三孔全设置。基于试验结果,针对不同构造的多孔推出试件破坏形态建立了多孔穿筋推出试件的抗剪承载力统一计算公式,计算结果表明计算值与试验值吻合较好,且偏于保守,可应用于实际工程。
一种渗流吸水诱发岩体强度弱化的有限体积数值计算方法
郭影, 姜忻良, 曹东波, 白铁钧, 朱广轶, 冯春
2018, 35(7): 139-149. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0209
摘要:
传统的渗流数值计算方法难以较真实地描述岩石材料性能劣化和渗透性演化机制。该文提出了一种渗流吸水诱发岩体强度弱化的有限体积数值计算方法。利用高斯散度定理采用有限体积法求解水在岩体中的渗流过程及岩体的变形破坏过程,建立了基质吸水引起岩体模量及强度弱化的理论模型及相应的数学表述。基于考虑吸水弱化算法的各向同性孔隙渗流模型,模拟了低、高两种边界流体压力下某粉砂岩试样的吸水软化过程和不同吸水时间下试样的单轴压缩过程。数值算例表明:边界流体压力越高,试样达到整体饱和状态的时间越快;渗流初期以自由水渗流填充孔隙为主,渗流后期以孔隙内自由水向基质吸水的转化为主;边界流体压力对渗流速率具有明显控制作用,但对基质吸水速度无影响;随着吸水时间的增加,试样的强度(黏聚力、内摩擦角)逐渐减小至残余值,得到的基质吸水含量随时间变化的数值解与理论解基本一致,表明了数值算法的计算精度,可以用于隧道突水、围岩稳定性等实际岩体工程问题的渗流-应力耦合效应分析。
钢-竹组合工字形梁界面滑移及变形分析
李玉顺, 张家亮, 童科挺, 郭军, 邬沛
2018, 35(7): 150-158,166. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0215
摘要:
基于初等梁变形理论和界面滑移与应变差关系,建立了钢-竹组合工字形梁界面相对滑移微分方程,推导出3种常见荷载作用下的组合梁钢-竹界面滑移和应变差解析解,在此基础上依据虚功原理提出了界面滑移引起的跨中附加挠度理论计算公式,从而形成了钢-竹组合工字形梁考虑滑移效应的跨中挠度计算方法,进一步通过6根梁的模型试验,探讨了界面应变差、界面滑移分布以及组合梁变形,并与试验结果进行了比较。理论分析和试验研究结果表明:钢-竹界面应变差的理论计算值与试验结果吻合较好,受压区和受拉区应变差分布基本相同;组合梁的纯弯区段,界面滑移曲线斜率增大,而弯剪区段则逐渐减小,界面滑移在梁端达到最大值,且在整个弯剪区段保持较大水平,因此在该区域布置连接件,可有效提高组合梁的整体工作性能;考虑界面滑移效应后的理论分析结果与未考虑滑移效应的换算截面法相比,更接近组合梁真实的变形,平均误差由11.5%减小为1.64%,随着变形的增大,基于界面滑移效应的钢-竹组合梁变形分析方法的优越性将更为突出。
交通量持续增长下大跨桥梁时变极值外推分析
鲁乃唯, 刘扬, NOORI Mohammad
2018, 35(7): 159-166. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0218
摘要:
随着交通运输行业的迅速发展,持续增长的交通荷载逐步成为威胁既有桥梁运营安全的重要因素。为了研究现有交通荷载持续增长对大跨桥梁安全水平的影响,提出考虑交通量区间增长的车载效应极值外推方法,采用基于"时间离散"和"极值概率串联"的改进Rice公式捕捉交通量持续增长导致极值概率的时变特征,由两个数值算例验证考虑交通量增长的时变极值外推的精确性。基于某高速公路实测车流数据模拟了随机车流,预测了车流量线性增长下悬索桥运营期内的最大位移。研究结果表明:交通量增长导致荷载极值时变特征显著,基于独立同分布假定的经典极值理论与Rice公式均无法准确地对拟合高尾极值,而改进Rice公式可精准拟合并外推极值;在交通量年增长系数为1%~3%时,某悬索桥设计基准期内的车载效应放大系数为1.30~1.98;若交通量年增长系数大于3%,则该桥梁1000年重现期的最大位移将大于设计标准值。
超高性能混凝土抗缩比钻地弹侵彻试验及数值仿真
张文华, 张云升, 陈振宇
2018, 35(7): 167-175,186. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0237
摘要:
超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)是一种具有超高强度、超高韧性和超高抗力的新型建筑材料,系统研究UHPC抗缩比钻地弹侵彻机理,对提高军事防护工程的抗弹体侵彻能力和保障防护工程中人员的生命安全具有重要意义。该文利用弹道滑膛炮对C40普通混凝土和C180 UHPC靶体进行500 m/s和850 m/s的弹体侵彻试验,并采用LS-DYNA软件对侵彻过程进行仿真分析。结果表明:与普通混凝土相比较,超高性能混凝土具备优越的抗侵彻能力,能显著地减小弹体对靶体的损伤,有效减小侵彻深度和限制弹坑深度与弹坑直径;数值模拟过程中确定了超高性能混凝土在动态冲击作用下HJC模型的多个关键参数,模拟侵彻结果与真实试验数据十分接近,表明参数的选取与确定科学合理,为分析UHPC抗弹体侵彻机理提供了详实的数据。
型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点抗剪承载力研究
马辉, 李三只, 李哲, 王振山, 梁炯丰
2018, 35(7): 176-186. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0243
摘要:
为研究型钢再生混凝土柱-钢梁(SRRC柱-S梁)组合框架节点的抗剪承载力,该文对8个组合框架节点试件进行低周反复荷载试验,观察试件破坏过程及破坏形态,获得各加载阶段试件中型钢和钢筋的应变,分析再生粗骨料取代率和轴压比对节点抗剪承载力的影响规律。结果表明:节点抗剪承载力随取代率的增大而降低,但降低幅度不大;适当增大轴压比可以提高节点的抗剪承载力;试件屈服前,节点剪力主要由核心区再生混凝土承担;屈服后型钢腹板和箍筋起主要抗剪作用。在此基础上,分析节点区受力机理,推导型钢腹板、箍筋和再生混凝土各部分抗剪计算方法,最后通过叠加法建立该节点的抗剪承载力公式,计算结果与试验结果吻合较好,研究结果可为型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点的工程应用提供参考。
砂浆材料SHPB实验及惯性效应的数值模拟研究
李潇, 方秦, 孔祥振, 吴昊
2018, 35(7): 187-193. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0244
摘要:
进行了砂浆材料在不同应变率下的SHPB实验,拟合实验数据得到了动态强度放大因子DIF随应变率变化的关系曲线。基于实验测得应变率时程曲线,采用简化有限元模型,对实验进行了数值模拟。该文探讨了动态压缩实验中惯性效应产生的原因,并基于数值模拟对本实验中惯性效应对材料动态强度的影响进行了剥离,得到了砂浆材料动态强度放大因子随应变率变化的固有特性曲线,并将该固有特性曲线作为数值模拟中应变率效应的输入,计算结果与实验得到的应力-应变曲线吻合较好。进一步通过比较输入CEB推荐曲线和已有半经验公式的模拟结果,验证了所提出砂浆材料动态强度放大因子固有特性曲线的优越性。
倾斜场地中逆断层错动对上覆土体影响的模型试验研究
石吉森, 凌道盛, 徐泽龙, 黄博
2018, 35(7): 194-207. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0247
摘要:
基于设计的断层错动装置和PIV技术,研究了倾斜场地条件下逆断层错动导致上覆土体破裂的过程,重点分析了场地倾斜对破裂带的扩展规律、土体变形和地表变形等的影响。研究结果表明:随着场地倾斜程度增大,破裂带露头时的基岩错动位移也随之增大;不同倾斜场地的破裂带露头倾角均与Rankine理论预测结果更为一致,而Roscoe理论和Vermeer理论的预测结果均有较大误差;断层错动过程中上盘土体应变(剪应变、正应变和等效应变)均大于下盘土体;随着地表倾斜程度增加,露头时刻地表位移和地表位移梯度均随之增大;同时,结合现场实测数据,对建构筑物与断层的避让距离的研究表明:相较于下盘,上盘地表建构筑物的断层避让距离应更大;而随着场地倾角由正变为负,上盘地表建构筑物的避让距离还应增大。
弯曲荷载与氯盐侵蚀共同作用下的预应力混凝土梁耐久性能研究
蔡健, 魏沐杨, 罗赤宇, 陈庆军, 蚁原野, 张帆
2018, 35(7): 208-218,242. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0256
摘要:
当前在进行海工混凝土结构受氯盐侵蚀的耐久性研究时往往忽略了混凝土力学损伤的影响,这可能会导致高估结构的耐久性能。该文提出了在数值分析中引入损伤因子实现综合考虑结构损伤影响及氯盐侵蚀共同作用的分析方法,通过干湿循环的氯盐侵蚀试验与数值模拟分析,研究遭受氯盐腐蚀且受到长期荷载作用的预应力混凝土梁的耐久性能。结果表明,数值分析结果和试验结果吻合良好。参数分析结果表明:0.2mm宏观裂缝的出现对氯离子浓度有着较为显著的影响,未出现宏观裂缝时,拉应力对氯离子输运的影响较为有限;荷载比的大小影响结构的损伤范围和程度,进而影响氯离子在混凝土内的传输;梁构件施加预应力后,在15%和30%两种低荷载比状态下延缓其力学损伤(裂缝)的开展,减小荷载作用对氯离子扩散系数的增大效应,有效提高构件的抗氯盐侵蚀性能,当荷载比增加到45%以上,普通钢筋混凝土梁相对于预应力梁的氯离子浓度增比降至10%以内,这表明较高应力比下预应力对梁抗氯盐侵蚀能力的影响减弱。
秸秆板轻钢高强泡沫混凝土剪力墙轴心受压性能研究
徐志峰, 陈忠范, 朱松松, 刘吉, 殷之祺
2018, 35(7): 219-231. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0262
摘要:
通过对7片秸秆板轻钢高强泡沫混凝土剪力墙(SSRC剪力墙)足尺试件的轴心受压试验,考察了其在轴心荷载作用下的受力性能、破坏模态和承载力,分析覆盖秸秆板、是否填充泡沫混凝土、泡沫混凝土强度和墙体厚度等因素对剪力墙试件轴心受压性能的影响。试验结果表明:剪力墙的破坏模态主要表现为轻钢立柱的局部屈曲和泡沫混凝土的局部压碎;与未填充泡沫混凝土墙体相比,填充A05级泡沫混凝土的竖向承载力和竖向刚度分别提高1.6倍和2.2倍,填充A07级泡沫混凝土可以提高2.2倍和3.1倍;是否覆盖秸秆板对墙体竖向承载力的影响很小;轻钢立柱截面宽度由89 mm增加到140 mm,墙体厚度由205 mm增加到256 mm,墙体竖向承载力提高了60%~70%。针对覆盖新型材料秸秆板的剪力墙受力性能和破坏模式,总结中、美两国规范及已有研究文献中的轴心受压构件承载力计算公式,提出SSRC剪力墙轴心受压承载力简化计算公式,其计算值与试验值基本一致。
机械工程学科
外露式钢柱脚恢复力特性分析
崔瑶, 李浩, 刘浩, 王晶秋, 唐贞云
2018, 35(7): 232-242. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0288
摘要:
该文在外露式柱脚拟静力试验的基础上总结了柱脚在压弯和拉弯状态下的受力机理,提出了两种受力状态下柱脚的屈服承载力、极限承载力及转动刚度的计算公式。该文提出的承载力及转动刚度计算结果与试验结果的误差在10%左右,具有较高的计算精度。在试验研究的基础上还提出了两种状态下柱脚的恢复力模型:在压弯状态下,柱脚的滞回曲线呈"旗帜型",骨架曲线由不考虑强度退化的双折线模拟;在拉弯状态下,柱脚的承载力大幅度下降,滞回曲线为饱满曲线,骨架曲线为不考虑锚栓屈服后强度增加的理想弹塑性模型。恢复力模型与试验曲线吻合较好,可有效地反映出不同受力状态及不同锚栓布置下的外露式柱脚的弯矩转角行为,可有效用于分析整体框架的抗震性能。
变位直齿轮副齿顶修形参数设计
孙衍宁, 马辉, 冯盟蛟, 李占伟, 王奇斌
2018, 35(7): 243-248,256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0240
摘要:
该文以变位直齿轮副的齿顶修形为研究对象,考虑齿轮啮合的非线性接触、修正基体刚度以及延长啮合的影响,建立了考虑齿顶修形的变位直齿轮副时变啮合刚度解析模型,并通过有限元方法验证了该模型的正确性;以对刚度进行快速傅里叶变换(FFT)得到的前五阶幅值之和最小为设计目标,获得了齿顶修形的最优参数范围,并通过有限元模型进行应力分析,反证了该范围的正确性。研究结果表明:基于啮合刚度FFT前5阶幅值之和最小的设计方法可以更为高效地计算并锁定最优修形参数的范围,通过有限元进行应力分析可进一步验证齿顶修形的最优参数;齿轮齿顶修形后,刚度谐波量和应力均明显减小,有助于降低齿轮系统的振动和噪声。研究结果可为变位直齿轮副齿顶修形设计提供理论方法与依据。
其他工程学科
考虑失效的非线性Burgers'海冰模型及其数值应用
石础, 罗宇, 胡志强
2018, 35(7): 249-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0217
摘要:
该文以发表的海冰蠕变实验为基础,建立考虑损伤失效的非线性Burgers'海冰模型。此模型在Jordaan模型基础上考虑韧脆转变应变率影响,使原有模型应用范围扩展至较高应变率。在模型中引入经验损伤失效准则,以准确反映不同应变率、围压等工况下海冰损伤失效过程。应用FORTRAN语言,通过隐式积分中心法对此模型进行数值求解,并将其嵌入到有限元软件LS-DYNA中。对实验室尺度的柱状冰蠕变实验、真实尺度冰块-刚性板碰撞场景进行数值模拟,分析蠕变实验的轴向应变-时间曲线,讨论冰块碰撞得到的压力-面积曲线及碰撞力时历曲线。这些数值模拟结果与实验及真实碰撞结果吻合较好,验证此模型的正确性及其对工程实际进行模拟的可行性。