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2018年  第35卷  第S1期

基本方法
基于弯扭耦合理论的颤振频率计算方法
郑欣, 刘宇斌, 陈璞, 沈峰, 张圣君, 傅向荣
2018, 35(S1): 1-5,12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S002
摘要:
首先,该文基于颤振研究的频率重合理论,对两组悬臂壳体结构进行了弯扭耦合模态的颤振规律研究,提出一种简便的颤振频率预估方法,并进行了两组模型校检。第一组模型控制均质梯形薄板掠角作为单一变量,对颤振模态与耦合模态进行了规律性研究,并对颤振频率计算方法进行试算,为带掠角的梯形翼颤振参数初选提供了参考。第二组模型以单向铺层结构的矩形悬臂薄板的铺层角度作为基本变量,给出颤振方向性对颤振参数的影响规律,同时也检验了复合材料薄板的颤振频率预算结果,为复合材料机翼设计提供相应参考依据。
基于线性强化模型的双层厚壁圆筒极限内压统一解
姜志琳, 赵均海, 吕美彤, 张磊
2018, 35(S1): 6-12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S025
摘要:
基于双剪统一强度理论与双线性强化模型,考虑材料拉压强度的不同及中间主应力效应的影响,推导了均匀内压作用下双层厚壁圆筒的弹、塑性极限内压解,分析了强化模量系数、拉压强度比、统一强度理论参数、内外半径比及分层半径对弹、塑性极限内压统一解的影响。结果表明:随着外径与内径之比的增大,弹、塑性极限内压增加,随着统一强度理论参数的增大,其值增加,随着拉压强度比的增大,其值减小;弹性极限内压与强化模量系数的取值无关,塑性极限内压随着强化模量系数的增大而增加;内外筒的分层半径对弹性极限内压有显著影响,而对塑性极限内压的影响较小。工程应用中,应选择较为合理的壁厚,使其在安全的基础上承受更大的内力;应充分考虑材料中间主应力及拉压强度比的影响,更准确的计算其受力情况,充分发挥材料的潜能。
弹性约束下Timoshenko夹层梁的热屈曲行为研究
钮鹏, 李旭, 李世荣, 金春福, 柳杨
2018, 35(S1): 13-16,39. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S028
摘要:
综合考虑构件轴线伸长和1阶横向剪切变形等条件下,建立横向受热作用且周围有弹性支承约束的夹层梁几何非线性精确数学模型。利用打靶法数值方法获得了两端转角弹簧与横向弹性地基共同约束时夹层梁的静态热过屈曲数值解。改变梁端转角弹簧刚度,获得不同的临界屈曲温度;当改变夹层梁物性参数时,给出平均升温参数与水平轴向压力之间的关系曲线;当两端转角弹簧刚度和弹性地基刚度同时给定时,分析非均匀升温参数与夹层梁热过屈曲和热弯曲组合变形之间的关系。
随机结构动力可靠度计算的条件概率方法
杨杰, 马萌璠, 王旭
2018, 35(S1): 17-21. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S030
摘要:
针对复合随机可靠度问题,基于动力响应跨越过程的Markov假设基础上,建立了条件概率求解的两种方法:一是基于泰勒展开法推导了随机结构动力可靠度计算的2阶近似表达式;二是基于数理统计概念建立了基于Kriging模型的数值抽样法。其中,Kriging抽样法通过Kriging插值模型来拟合动力可靠度与结构随机参数间的非线性关系,因此可以直接利用有限元结果分析随机结构参数对动力可靠度的影响,避免了理论推导的繁琐和困难。数值算例结果表明,基于Kriging模型的数值抽样法不仅对变异系数大小不敏感,在计算精度和计算效率方面也更具优势。
考虑层间滑移的多层组合梁挠度计算
张永平, 徐荣桥
2018, 35(S1): 22-26. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S031
摘要:
目前对组合梁的研究大多集中在两层组合梁,对多层组合梁的研究甚少。该文推导了考虑各层层间滑移的多层组合梁控制方程,求解了其在均布荷载与简支边界条件下的挠度计算的解析表达式,给出了挠度放大系数公式,结合规范中的折减刚度法,可以方便地用于工程设计。
土木工程学科
LYP100钢材大应变下滞回性能
何群, 陈以一, 田海
2018, 35(S1): 27-33. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S008
摘要:
对LYP100钢材进行了单调拉伸试验和大应变下的循环加载试验,为了防止试件受压失稳,循环加载采用标距直径比为1.25的试件。循环加载一共做了4类共计7种加载制度,试验结果表明LYP100钢材具有十分明显的强化特征,表现为随动强化和各向同性强化的混合。通过对不同加载制度结果的对比,LYP100钢材的强化特征表现为同应变幅相关,这在目前的Chaboche模型中并未体现,需要对材料模型进行修改。此外,该文在Chaboche模型的基础上针对等幅加载的试验结果做了参数标定,采用标定后的结果进行计算,计算的结果表明Chaboche模型存在无法考虑应力强化同应变幅相关的缺陷。
运营环境作用对跨海大桥模态频率的影响研究
周毅, 孙利民, 谢谟文
2018, 35(S1): 34-39. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S017
摘要:
模态频率是反映结构整体性能的动力学指标之一,然而实践中发现,即使结构性能正常,它也会随运营环境作用发生可观的变化。因此有必要研究运营环境作用与结构频率的相关性,以便从频率的总变化中剔除正常变化,凸显由结构损伤引起的频率变化。利用东海大桥的长期监测数据,该文同时分析了桥梁高阶频率和低阶频率的变化规律。在运营条件下,东海大桥的高阶频率和低阶频率均存在周期变化特征,且与运营环境因素的变化周期相吻合;结构温度和交通荷载是引起频率变化的最主要因素,温度与各阶频率的变化均呈负相关关系,而交通荷载与高阶频率的相关性不同于低阶频率。
高温后中空夹层钢管混凝土柱压弯机理分析
刘晓, 徐建烨, 王兵
2018, 35(S1): 40-45. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S001
摘要:
为了研究高温后中空夹层钢管混凝土压弯柱力学性能,该文设计24根压弯构件,选取合适的本构参数,利用ABAQUS有限元软件进行分析,并与相应的试验参数作对比,有限元结果与相应的试验结果对比吻合良好。该文中设置轴压比、温度、空心率等参数并研究其对跨中P-Δ曲线的影响。该文对高温后中空夹层钢管混凝土压弯柱工作机理和破坏模态进行分析,结果表明:随着温度的升高、轴压比的变大,构件横向承载能力变小。随着温度的升高,轴压比的变小,构件的位移延性变好。不超过500℃时,构件抗弯承载能力随着空心率的变大而变小,超过500℃,构件抗弯承载能力随着空心率的变大而变大,但空心率对构件抗弯能力的影响不大。
基于人群-结构耦合作用甘肃省体育馆悬挂结构振动舒适度评估及控制
朱前坤, 蒲兴龙, 惠晓丽, 张琼, 杜永峰
2018, 35(S1): 46-52. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S003
摘要:
为研究大跨楼板结构在人行激励作用下的振动舒适度,以甘肃省体育馆悬挂结构为例,借助有限元软件ANSYS,在傅里叶荷载模型的基础上,将人体等效为具有刚度-质量-阻尼的单自由度体系生物力学模型,考虑定点加载、单人行走以及人群同步等工况下行人-结构的耦合振动前后结构的加速度响应。以峰值加速度为指标评估该悬挂结构的振动舒适度,并分别利用单自由度TMD和3-DOF TMD对结构的过量振动进行控制,对比了单自由度TMD与3-DOF TMD减振效果。结果表明:对大跨楼板结构进行人致振动控制时,3自由度TMD对大跨楼板结构具有很好的控制效果。
小剪跨比钢筋混凝土墙拉剪性能试验研究
纪晓东, 程小卫, 徐梦超
2018, 35(S1): 53-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S004
摘要:
强震作用下,高层建筑中部分剪力墙可能出现拉-剪耦合受力的不利状态。该文完成6个大尺寸钢筋混凝土(RC)矮墙拟静力试验,研究了小剪跨比RC墙拉剪受力下的破坏形态、滞回性能、承载力和刚度。试验结果表明:轴拉力水平不同,RC墙试件出现不同的破坏形态,包括:剪切破坏(竖向钢筋平均拉应力水平ns=0)、剪切-滑移破坏(ns=0.23~0.63)和滑移破坏(ns=0.8~1.0);RC墙试件轴心受拉的开裂荷载试验值为理论计算值的0.6倍~0.7倍,轴心受拉的初始刚度和开裂后刚度试验值与理论计算值接近;轴拉力严重影响RC墙的抗侧承载力,当竖向钢筋平均拉应力水平ns=0.63和ns=1.0时,试件的承载力分别比无轴拉试件小54%和76%;轴拉力也导致RC墙的等效抗侧刚度降低,当ns=0.23~0.63时,试件的等效抗侧刚度为无轴拉试件的0.56倍,仅为其初始刚度理论值的1/10。该文建议了拉剪受力RC墙的等效抗侧刚度计算公式,该公式计算值与剪切-滑移破坏试件的试验结果吻合良好。最后,该文对比了各国规范中拉剪承载力计算公式,美国ACI 318-14规范和欧洲EuroCode8规范均低估了小剪跨比RC墙试件的拉剪承载力,试验值与规范公式计算值之比分别为1.90和2.41;而中国JGJ 3―2010规程的RC墙拉剪承载力公式可能安全度不够。
型钢-UHTCC组合梁静载力学性能试验研究
孙超杰, 李庆华, 吕君锋
2018, 35(S1): 62-66,79. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S005
摘要:
为促进超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)在组合结构中的应用,开展了型钢-UHTCC组合梁静载力学性能试验研究。同时与型钢-混凝土组合梁试件的荷载-挠度关系、抗弯承载力、裂缝开展、破坏形态以及型钢与两种水泥基材料的变形协调性进行了对比分析。研究结果表明:在UHTCC与混凝土轴心抗压强度基本一致的情况下,UHTCC与混凝土两种材料之间的变形能力差异导致两种组合梁的静载力学性能存在明显差异。与型钢-混凝土组合梁相比,型钢-UHTCC组合梁的跨中最大挠度是其2.26倍,整体性更佳;相同荷载条件下的裂缝宽度仅为其50%左右;抗弯承载力提高了6.4%;跨中截面应变更加符合平截面假定;UHTCC能够与钢材变形协调、共同工作。
钢筋套筒挤压连接的预制RC柱非线性有限元分析
张微敬, 张晨骋
2018, 35(S1): 67-72. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S006
摘要:
通过套筒挤压连接纵向钢筋是装配式混凝土结构采用的一种新型钢筋连接技术。该文基于MSC.MARC有限元软件,模拟了低周反复荷载下2个不同参数的、钢筋套筒挤压连接的预制RC柱受力性能。仿真结果表明:数值模拟得到的滞回曲线、骨架曲线、破坏形态等,均与试验结果吻合较好;验证了预制RC柱有限元模型的正确性和套筒挤压连接模拟方法的有效性,为钢筋套筒挤压连接的装配式RC框架的抗震性能数值模拟打下基础。
摇摆桁架-BRB-钢框架体系地震失效模式与抗震性能分析
贾明明, 周洲, 吕大刚, 杨宁
2018, 35(S1): 73-79. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S009
摘要:
建筑结构抗震设计所希望的结构地震失效模式是完全梁铰式失效,由于各种不确定性的存在,在实际地震中,结构是否能发生完全梁铰式失效是无法预知的。而防屈曲支撑构件(BRB)延性较大,在地震作用下可稳定地耗散地震输入结构的能量。鉴于此该文提出了一种摇摆桁架-BRB-钢框架体系,采用静力推覆分析方法,识别出了结构的主要地震失效模式,对其失效路径以进行了分析;对传统钢框架结构、摇摆桁架-钢框架体系、摇摆桁架-BRB-钢框架体系在小震、中震、大震作用下进行时程分析,并基于峰值层间位移角评价了三种结构的抗震性能。结果表明摇摆桁架-BRB-钢框架体系,在结构耗能减震、失效模式的优化控制,降低结构的残余变形等方面均起到了重要作用,新结构的侧向变形较传统钢框架结构更加均匀,结构整体参与耗能的能力更强。
基于小应变硬化土模型的基坑开挖对下穿地铁隧道影响的三维数值模拟分析
温科伟, 刘树亚, 杨红坡
2018, 35(S1): 80-87. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S011
摘要:
选择小应变硬化土模型(HSS模型),通过室内试验、原位测试以及有限元软件Z-Soil的虚拟实验室及数据库合理确定模型参数,建立三维计算模型,进行考虑流固耦合的有限元分析,评估基坑在各工况下的施工对下穿地铁隧道的影响,并与实测结果进行对比,为同类项目的模型选择、参数确定及分析评估提供经验。
基坑工程内支撑活络端结构革新性研究
张明聚, 杨萌, 王锡军
2018, 35(S1): 88-94,119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S012
摘要:
在内撑式基坑工程中,常用的打入钢楔式活络端存在整体性差、点接触受力、承载力小、刚度弱等缺陷,不利于基坑工程变形和稳定控制。为改进活络端结构,设计研发了一种螺栓紧固锥楔式(BFW)活络端。该文首先阐述其结构、功能及工作原理,计算其承载力与刚度,采用数值模拟分析其力学特征;然后,设计制作3组足尺试件,在试验室进行弹性加载试验与最不利工况下极限承载力加载试验,测试了不同调节长度及轴心与偏心荷载作用下的承载力与刚度,得到了其破坏形态;最后,将BFW活络端的力学参数与常用的不同型号钢支撑的力学参数进行对比,研究了其适用性。研究结果表明:BFW活络端结构简单,受力明确,承载力和刚度大;通过理论分析、数值模拟和室内加载试验,证明其工作原理可靠;与不同规格的钢支撑配套使用,满足“强节点、弱构件”结构设计理念。该文给出的BFW活络端的型号适用609/630型号钢支撑,若与800型号钢支撑配套使用,需要设计更强活络端。
合龙段温度场的分区时变温升速率计算方法
潘旦光, 程业, 刘文军, 马骏, 丁民涛
2018, 35(S1): 95-100. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S014
摘要:
在桥梁悬臂法施工过程中,合龙段混凝土常由于温度应力而开裂。为采用有限元方法合理的分析合龙段混凝土施工期水化热的温度场,提出了分区时变温升速率计算方法。在该方法中,首先,根据混凝土的浇筑顺序,将合龙段分为n个区域;然后,根据混凝土的绝热温升试验结果和不同区域的浇筑时间,对于每个区域施加不同的随时间变化的温升速率。为验证算法的合理性,对西安市红光路沣河大桥D合龙段进行施工阶段温度场实测。实测和计算的温度结果表明,与不分区相比,分区时变温升速率计算方法的峰值误差和峰值滞后时间更小,温度峰值的计算误差小于5%,可供类似工程施工设计参考。
高大模板支架的容错优化设计研究
谢楠, 赵凯, 胡杭, 潘明栋
2018, 35(S1): 101-106. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S018
摘要:
高大模板支架坍塌事故不断发生,人为错误是主要原因,但改错效果不理想,支架往往带错工作,迫切需要新的设计思想和技术。该文借鉴道路工程中已取得明显效果的“容错设计”,将其引入模板支架的设计中,提出一种新的容错模架。在通过现场调研掌握人为错误发生规律的基础上,给出不易改正的顽固人为错误的辨识方法,研究容错结构的功能函数和安全水准,提出考虑顽固人为错误发生的优化设计方法,以消除错误的负面影响,达到安全、适用和经济的目标。算例表明,经优化后的结构,容错模架的可靠指标为3.39、用钢量节省19.5%,达到了“容错设计”的目标。
损伤可控型钢框架边节点的试验研究
丁杰, 邹昀, 蔡鑫, 李天祺, 郑黎君, 赵桃干
2018, 35(S1): 107-112. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.S019
摘要:
该文提出一种损伤可控型钢框架节点(DCSF节点)。在梁端腹板上设置连接钢板,通过高强摩擦螺栓将梁、柱拼接在一起,并在梁内布置预应力筋来提供节点的复位能力。在小震作用下,通过高强螺栓来提供节点的初始刚度和抗弯承载力;在中震作用下,通过螺栓杆在螺栓孔壁内的滑移来改善节点的耗能,以此避免梁、柱主体构件受到损伤。共设计完成了4个足尺试件的低周往复加载试验,分别考虑了连接钢板的不同接触表面、预应力筋的初张拉值以及高强螺栓预紧力对该类节点的初始刚度、损伤特征、滞回性能和自复位能力的影响。研究结果表明:高强螺栓在螺栓孔内的滑移为节点提供了良好的耗能能力;预应力筋能够减少结构的残余变形,提供节点的自复位能力;当层间位移角达2.4%时,主体构件未发现明显损伤,螺栓杆与孔壁发生挤压破坏,更换连接钢板后,节点的承载力和耗能能力基本不变,DCSF节点具有良好的抗震性能;节点的连接无需现场施焊,施工方便、快捷,可在地震区推广应用。
一种新型变曲率摩擦摆力学性能的试验研究
洪越, 唐贞云, 林树潮, 李振宝
2018, 35(S1): 113-119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S020
摘要:
变曲率摩擦摆支座可同时隔振长周期和短周期地震动作用,其性能优于传统摩擦摆。然而随着滑移位移的增加,球面聚四氟乙烯板与金属滑盘之间接触面积减小、吻合度降低,限制了变曲率摩擦摆的隔震效果。为解决该问题,发展了一种新型变曲率摩擦摆,用两个正交的反对凹梁代替传统的金属滑盘,用平面聚四氟乙烯板代替球面聚四氟乙烯板,并通过往复动力加载试验对其力学性能进行研究,建立了新型摩擦摆的力学模型。
管线系统抗震支架力学试验研究
尚庆学, 李泽, 刘瑞康, 王涛
2018, 35(S1): 120-125,133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S021
摘要:
震害表明,支撑和悬吊系统破坏是管线系统失效的主要原因。该文首先针对悬吊管线系统较为常用的钢缆式、梁夹式、螺杆式三类抗震支撑进行了9组拟静力试验,通过易损性分析确定了FM1950位移限值下各类抗震支撑的极限承载力,并将其转化为响应加速度指标。三类支撑中螺杆式抗震支架的承载力最高,应用最广泛,故针对采用不同直径螺杆(12 mm、16 mm)的此类抗震支架,按照FEMA461的相关规定补充进行了6组拟静力试验,发现吊杆直径对此类支架的抗震能力影响不大,吊杆直径较小的抗震支架具有更大的变形能力。
玻纤格栅配筋砌块墙体抗震性能试验研究
徐春一, 逯彪, 余希
2018, 35(S1): 126-133. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S022
摘要:
针对配筋砌体存在配筋层砂浆灰缝较厚,不利于节能保温,该文采用玻纤格栅土工材料替代配筋砌体中的水平钢筋,可有效减小灰缝厚度、方便施工。为研究其抗震性能,该文采用四连杆机构加载装置分别对水平配玻纤格栅砌块墙体、水平配钢筋砌块墙体和无筋砌块墙体进行低周往复荷载试验,对比分析各类墙体的破坏特征及抗震性能。试验结果表明:水平配玻纤格栅可显著提高墙体抗剪承载力、变形能力及延性。其与无筋砌块墙体相比极限荷载提高了75%,极限位移提高了7.5倍,延性系数为无筋砌块墙体的3.61倍。其与配钢筋墙体相比各抗震性能指标较为接近,且略小于配钢筋墙体。采用玻纤格栅配置在砌体水平灰缝中,不仅可以实现薄灰缝砌体,提高砌体热工性能,还可显著提高砌体墙体的抗震性能,具有很好的应用前景,对砌体结构抗震及促进建筑节能具有重要的理论价值和现实意义。
单排配筋L形截面剪力墙振动台试验研究
郑文彬, 张建伟, 曹万林
2018, 35(S1): 134-139. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S023
摘要:
为了解配筋形式对单排配筋L形截面混凝土剪力墙在非工程轴方向的抗震能力影响,进行了2个单排配筋L形截面剪力墙模型的振动台试验,1个为普通单排配筋剪力墙,1个为带斜筋单排配筋剪力墙,2个剪力墙模型的总配筋量相同。通过在L形截面剪力墙的非工程轴方向输入El-Centro地震波,测试比较2个剪力墙模型在弹性、开裂及破坏阶段的动力特性、地震反应与破坏特征,分析不同配筋形式下L形截面混凝土剪力墙在非工程轴方向的抗震能力,结果表明,带斜筋与不带斜筋的单排配筋L形截面混凝土剪力墙在非工程轴方向均有良好的抗震性能,能够满足低多层建筑结构的抗震设计要求。
轴力作用下剪切钢板阻尼器力学性能试验研究
朱柏洁, 张令心, 王涛
2018, 35(S1): 140-144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S024
摘要:
该文通过5个拟静力试验检验了普通型剪切钢板阻尼器和形状优化型剪切钢板阻尼器的力学性能,分析了形状优化以及轴力对阻尼器力学性能的影响。试验结果表明:阻尼器设计公式计算值与试验结果吻合较好;阻尼器的腹板形状经过优化后,极限位移角增加33%,耗能区域由四角转移至中部,应力和应变集中现象得到明显改善,有效降低了夹持连接部位钢板的断裂损伤发生概率;与设计值相比,轴力可提高阻尼器的屈服承载力但使刚度有所下降;基于装配式思想设计的全螺栓连接阻尼器易于更换,较传统焊接的连接方式避免了焊接应力的不利影响,大幅度减少了修复时间与成本。
轨道梁周期支承缺失下的频响特性
康雷, 应祖光, 倪一清
2018, 35(S1): 145-149,155. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S026
摘要:
铁路轨道的动刚度或频响特性是支承列车安全平稳运行的重要动力学性能指标,轨道由离散周期性轨枕支承提供刚度与阻尼,但实际轨道不可避免存在周期支承缺失,它将对轨道的频响与动力学性能产生影响,故需要研究轨道在周期支承缺失情况下的频响特性及其影响规律。该文研究周期支承缺失对于轨道梁频响特性的影响,建立非周期离散支承轨道梁的频响函数方程,应用Galerkin法得到轨道梁的频响函数表达式,适用于非周期与周期情形。计算分析典型轨道梁在支承刚度阻尼损失、支承位置周期性偏移等周期支承缺失情况下的频响特性,通过非周期与周期支承等情况的频响比较说明各种周期支承缺失的影响特性,得到支承刚度阻尼损失对于邻近跨中频响第一个共振幅值影响较为显著、支承刚度阻尼周期性损失与支承位置周期性偏移将产生新的频响峰、支承位置随机偏移对于较高频段相位差有较大影响等,不同周期支承缺失模式对于频响的影响规律为进一步通过轨道梁频响的周期支承异常识别提供理论基础。
考虑土体质量的Winkler地基梁非线性自由振动分析
马建军, 聂梦强, 高笑娟, 秦紫果
2018, 35(S1): 150-155. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S027
摘要:
基于Winkler地基模型、Euler梁理论和弹性地基的运动方程,建立了考虑土体质量影响的Winkler地基上有限长梁的非线性动力学模型。利用特征值分析和多尺度方法,分别求得梁的线性和非线性固有频率及模态构型。进而通过数值分析,研究了土体质量对Winkler地基上有限长梁线性和非线性自由振动的影响。研究结果表明:若将土体质量对梁动力响应的影响引入Winkler地基上有限长梁的动力学模型,梁的固有频率降低;土体质量对梁的高阶非线性模态构型影响显著。
混凝土徐变计算模型及其实用性评述
汪建群, 吕鹏, 许巧, 罗许国, 祝明桥
2018, 35(S1): 156-160. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S029
摘要:
混凝土的徐变预测关系到结构长期性能的合理确定。目前已有多种混凝土徐变预测模型,为便于设计和研究,对各计算模型的影响因素进行了分析和综述。基于试验实测和参考文献结果,对各预测模型对高强混凝土徐变、早龄混凝土的压缩/拉伸徐变的实用性进行了评价。结果表明:JTG D62―2012和GL 2000模型较适用于高强混凝土;GL 2000模型较适用于早龄混凝土的压缩和拉伸徐变,但压缩徐变误差超过26.4%,拉伸徐变误差大于46.1%,其他预测模型的误差不可接受。因此,既有的混凝土徐变模型不适用于早龄混凝土的拉伸与压缩徐变预测。如要对早龄结构进行受力分析,需采用反映早龄混凝土结构拉伸/压缩徐变特性的徐变模型。
高温后型钢再生混凝土梁受弯研究
王兵, 尤洪旭, 刘晓
2018, 35(S1): 161-165,180. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S032
摘要:
为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)梁高温之后受弯的力学性能,通过利用ABAQUS有限元分析软件建立了高温作用后型钢再生混凝土梁受弯的有限元模拟模型,对截面温度场及剩余承载力进行分析,并和现有的有关实验数据进行对比验证。分析了受火时温度、再生粗骨料取代率、混凝土强度、型钢屈服强度、截面含钢率对剩余承载力的影响。在模型正确的基础上进行了梁工作性能,破坏模态的机理分析。结果表明:型钢再生混凝土的取代率对型钢再生混凝土的承载力有部分影响,取代率的增加可以提升再生混凝土的承载力,构件的承载力主要跟受火温度有关,受火200℃的构件承载力减低了10%~15%,受火600℃的构件承载力降低了20%~25%。该文的研究结果对高温后型钢再生混凝土的工作机理有了更深的研究。根据取代率和受火温度可以判断型钢再生混凝土梁的极限承载力的变化情况。
多螺箍筋柱轴压承载力研究
唐琼, 李易, 陆新征, 闫维明
2018, 35(S1): 166-171. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S033
摘要:
多螺旋箍筋能够显著提高矩形混凝土柱的轴压承载力。该文采用有限元方法分析了多螺箍筋约束对矩形混凝土截面应力分布和幅值的影响。采用试验数据对多国规范的约束混凝土柱轴压计算方法进行了分析验证,分析了不同计算方法引起承载力计算结果出现差异的因素。基于数值分析结果,推导了适用于多螺旋箍筋柱的轴压承载力计算公式,其中不同部位的混凝土根据约束条件采用不同的约束混凝土本构。试验结果的对比分析表明该方法具有更高的计算精度。
BFRP筋与珊瑚混凝土粘结性能试验研究
杨超, 杨树桐, 戚德海
2018, 35(S1): 172-180. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S034
摘要:
为研究玄武岩纤维增强复合材料筋(BFRP筋)与珊瑚混凝土的粘结性能,对不同直径(d=8 mm、12 mm)、不同粘结长度(2.5 d、5.0 d与7.5 d)及不同养护环境(标准养护室养护、20±2℃人工海水养护)的共24个BFRP筋与珊瑚混凝土粘结锚固试件进行了中心拉拔试验。结果表明:除直径为12 mm,粘结长度为7.5 d的拉拔试件出现珊瑚混凝土劈裂破坏外,其余试件均为BFRP筋从珊瑚混凝土中拔出破坏,其破坏形态与BFRP筋和普通混凝土粘结破坏形态无明显区别,只是更易发生劈裂破坏。其粘结滑移曲线可分为微滑移阶段、滑移阶段、剥离阶段、下降阶段和残余阶段共5个阶段。其最大平均粘结应力随直径与粘结长度的增加显著减小。标准养护条件下的BFRP筋与珊瑚混凝土的粘结强度明显高于20±2℃人工海水养护下的粘结强度。
双层交通混凝土箱梁传力路径试验研究与分析
祝明桥, 张紫薇, 蒋俏, 石卫华
2018, 35(S1): 181-187. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S035
摘要:
该文对双层交通箱梁试验模型的顶板不同位置在弹性范围内进行单点加载(6个工况)的试验研究。基于试验结果建立有限元模型对其进行分析,在分析值与试验值吻合良好的基础上,进一步探究了双层交通混凝土箱梁的传力路径。研究表明:箱梁的桥面板按双向板传递;节间荷载(内横梁、纵梁)的剪力按简支梁形式传到节点,再按节点的荷载分配系数分到到每榀框架梁,最后传到两端支座。
异型网架结构分级优化方法及其工程应用
侯钢领, 王晓东, 邱继军
2018, 35(S1): 188-192,199. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S037
摘要:
异型网架结构具有受力复杂、形体变化大和结构参数相关性强等特点,导致该类结构的优化分析一直是研究的难点。从异型网架结构的几何特征和受力特点出发,以异型网架结构重量最轻为优化目标,提出适合于异型网架结构的分级优化模型,即第一级基于网架结构的局部约束,进行满足杆件强度和稳定的截面优化;第二级基于网架结构的整体约束,完成结构位移和整体稳定等优化。将离散变量优化和相对差商法进行结合,给出了适应于异型网架结构分级优化的计算方法。基于上述研究成果,应用ANSYS软件及其参数化语言,编制了异型网架结构的分级优化程序。以某实际工程为研究对象,通过与网架设计通用软件MST的计算结果比较,表明并验证了该文异型网架结构分级优化方法的有效性和实用性。
考虑螺栓连接滑移影响的输电铁塔塔身结构分析
杨风利
2018, 35(S1): 193-199. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.S039
摘要:
在ANSYS中建立了考虑节点螺栓连接滑移特性的输电铁塔塔身节段三维有限元模型,分别计算得到了垂直荷载和水平荷载作用下塔身节段杆件轴力和节点位移,分析了螺栓连接节点类型、荷载类型和螺栓滑移距离对塔身节段杆件内力和变形的影响。垂直荷载作用下,斜材与主材节点螺栓连接滑移对塔身节段杆件轴力及节点位移的影响更为明显,塔身主材、塔腿斜材和第2节间倒K斜材轴力变化大都高于水平荷载工况;而水平荷载作用下,横隔面杆件与主材螺栓节点的连接滑移是主要影响因素,其对加载点附近塔身主材和交叉斜材轴力的影响显著,第3节间主材和交叉斜材轴力的变化幅度分别达到34.8%和45.2%。螺栓滑移距离对塔身主材和塔腿斜材轴力最大值影响较小,但对加载点竖向变形影响明显。
FAST圈梁支承结构性能理论与实验研究
赵保庆, 王启明, 李志恒, 雷政
2018, 35(S1): 200-204,211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S040
摘要:
圈梁结构是500 m口径球面射电望远镜(FAST)反射面的主支承结构。承载反射面单元的柔性索网通过150个牵索耳板与圈梁结构相连。建设和观测过程中,基于结构可靠性考虑以及反射面精度要求,主支承结构的刚度必须得到保证。研究发现,如此巨大尺度的结构,温度荷载对圈梁结构的刚度起控制作用。通过科学合理地温度应力释放、结构刚度调整,以及采用预留变形空间的方法,利用有限元模拟并进行实验验证,研究基准面时圈梁刚性变形,为观测时变位抛物面提供输入调整依据。
基于双剪统一强度理论应变退化模型的隧道结构稳定性分析
关少钰, 白涌滔
2018, 35(S1): 205-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S041
摘要:
论文基于双剪统一强度准则应变软化模型对圆形隧道稳定性的分析,提出一种简单的数值计算方法来对围岩进行弹塑性分析。该文采用差分法,基于广义形式的双剪应力屈服准则,并采用相关联流动法则,建立本构方程。对于应变软化模型,该文选定塑性应变增量作为软化参数,并且假设强度参数随软化参数成线性函数关系。弹性区的解答引用拉梅解答,而求解塑性区的解答时,将塑性区分成很多微元圆环,并假设每个圆环的径向应力σr沿半径向内均匀递减;其次,建立每个微元圆环的平衡微分方程、本构方程、几何方程及相邻两微元之间的应力增量和应变增量的关系。从弹塑性交界面处的塑性区最外一个圆环开始,求解出每一个微元圆环的解答。并且利用MATLAB进行编程求解出最终的结果:应力场、应变场、径向位移场的数值解。此外还分析讨论了中间主应力影响系数b、软化参数临界值η*对解答的影响,并分析了影响塑性区半径的因素。
地下结构地震反应分析中人工边界条件和地震波动输入方法对比研究
谭辉, 刘晶波, 王东洋, 宝鑫, 李述涛
2018, 35(S1): 212-216,222. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S042
摘要:
针对地下结构地震反应分析问题,现有研究中常采用的计算模型存在较大差异。该文选取竖直入射剪切波作用下的二维土体模型,依据波场分解理论对比了不同边界条件和选择不同波场求解等效输入地震荷载的方法所得的土体反应。为了模拟有地下结构时产生散射波场的情况,建立了土体内部有隧洞的计算模型并计算了采用不同方法时的地震反应。通过与解析解或远置边界解的对比表明,地下结构地震反应分析中,所有截断边界均设置人工边界,并且在迎波面边界选择入射波场或者自由波场,非迎波面边界选择自由波场求解等效输入地震荷载时,地震动输入的精度最高,计算结果最可靠。
考虑颗粒破碎的堆石料湿化变形特性离散元模拟研究
王蕴嘉, 周梦佳, 宋二祥
2018, 35(S1): 217-222. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S043
摘要:
堆石料广泛应用于土石坝和山区机场地基的填筑工程中,其湿化变形可能会影响工程的正常使用甚至威胁其安全性。颗粒破碎是导致湿化变形的重要原因,然而目前对于堆石料湿化过程中颗粒的破碎规律尚不明晰。该文采用离散单元法,分别模拟了侧限条件下单线法和双线法湿化变形试验,比较了单、双线法湿化变形的差异。采用Hardin破碎率表征颗粒破碎量,分析了湿化过程中颗粒破碎量与填筑体应变及颗粒间摩擦耗能等的关系。此外,还讨论了湿化路径、颗粒形状、材料软化系数对湿化变形的影响。研究结果表明:侧限条件下湿化变形随应力水平增加而增加,且单线法测得的湿化变形大于双线法。湿化路径对总变形量有一定影响,先湿化后加载可有效降低总变形量。加载过程中,颗粒破碎以棱角破碎为主,且多棱角颗粒的试样湿化变形大于浑圆颗粒试样。Hardin破碎率与试样摩擦耗能的关系受湿化路径的影响,与应变的关系不受湿化路径的影响,仅与试样初始状态和材料特性有关。
改进的PHC管桩与承台连接处桩端受力性能研究
杨志坚, 雷岳强, 谭雅文, 李帼昌, 王景明
2018, 35(S1): 223-229. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.S044
摘要:
进行了配置非预应力筋、桩身混凝土中掺入钢纤维以及桩端缠CFRP三种改进的PHC管桩与承台连接处桩端的往复荷载试验,研究了构件的滞回性能、耗能性能和刚度退化等。试验结果表明,桩身混凝土掺入钢纤维之后,管桩的耗能性能有所改善,三种改进方式对管桩的刚度都有一定的提高,其中配置非预应力筋的效果最为显著。采用有限元分析软件ABAQUS对节点在往复荷载作用下的受力性能进行了模拟分析,计算结果和试验结果吻合较好;在此基础上,对试件各进行了全过程受力分析,结果表明,管桩改进之后,预应力筋的应力有所减小。
考虑侧阻与端阻影响的基桩水平承载力传递矩阵解
竺明星, 龚维明, 卢红前, 王磊
2018, 35(S1): 230-238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S045
摘要:
为研究桩侧竖向摩阻力、桩端竖向阻力及水平剪应力对基桩水平承载特性的影响,该文首先根据桩侧摩阻力三折线τ-s曲线推导得出了附加弯矩-转角本构模型线性解析表达式。随后在四弹簧模型基础上结合该文所提出的桩侧、桩端附加弯矩以及桩端水平剪力本构关系进而建立桩身受力微分方程,并采用Laplace变换解得桩身弹性、塑性段的传递矩阵系数解析解。最后在给出的迭代求解方法基础上进而求得考虑侧阻与端阻影响的基桩水平承载力响应解。通过两组案例对比分析不但验证了该文推导的正确性,也证明了该文所提出的桩侧、桩端附加弯矩以及桩端水平剪力本构模型的合理性;同时结果也表明当地基土体较好、桩径较大时桩侧附加弯矩Ms、桩端附加弯矩Mb和剪力Fb对水平承载特性影响不可忽略。
变轴力钢筋混凝土墩柱抗震性能研究
陈嵘, 雷俊卿
2018, 35(S1): 239-245. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.S046
摘要:
为研究墩柱在变轴力往复荷载下的抗震性能,制作6个试件,1个承受恒定轴力,5个承受变轴力,对比研究恒定轴力和变轴力,变轴力墩柱的不同纵筋配筋率、箍筋体积配箍率、高宽比对墩柱抗震性能的影响,试验表明轴力变化对位移、残余变形、破坏程度有较大影响。建立OpenSees纤维模型进行数值模拟,理论值与试验值符合较好。根据试验和理论分析总结规律,基于性能化设计方法给出建议。
不同墩柱形式曲线桥主梁合理数值模拟方法研究
焦驰宇, 胡彪, 刘陆宇, 龙佩恒
2018, 35(S1): 246-252. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S047
摘要:
目前已有大量针对曲线桥主梁建模方法的研究,但其实用性仍存在一些不足,特别是缺乏针对不同下部结构形式的主梁数值模拟方法适用范围的探讨。该文以京开立交某匝道桥为工程原型,建立不同曲率半径、桥面宽度以及下部支承形式的曲线桥主梁数值分析模型,并以曲线桥边墩支座变形及中墩墩底剪力作为关键结构响应,探讨单梁法、脊梁法、梁格法模型在桥梁地震反应中的误差规律。该文研究结果针对不同类型曲线桥的主梁建模方法提出了合理化的建议,对曲线桥在抗震设计中提高建模的精度和效率具有重要意义。
不同激励作用下钢弹簧浮置板轨道减振效果研究
李林峰, 马蒙, 刘维宁, 杜林林
2018, 35(S1): 253-258. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S048
摘要:
为了研究不同激励作用下钢弹簧浮置板轨道的减振效果,该文建立了二维车辆-轨道耦合动力有限元模型,考虑了普通整体道床和钢弹簧浮置板轨道两种轨道型式,对比和分析了在冲击荷载、移动常力和移动列车荷载作用下,两种轨道结构的振动响应,并通过插入损失评价不同荷载作用下钢弹簧浮置板轨道的减振效果。结果表明:①与移动常力作用相比,冲击荷载会高估钢弹簧浮置板轨道的减振效果。②与移动单节车辆作用相比,冲击荷载在钢弹簧浮置板轨道自振频率以下频段会低估其减振效果,在125 Hz~400 Hz频段内会高估减振效果。
强地震下高速铁路桥上行车精细化模拟及行车安全性分析
国巍, 李君龙, 刘汉云
2018, 35(S1): 259-264,277. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S049
摘要:
近年来我国高速铁路线路发展迅猛,深入至中西部强地震频发地区,研究强地震下高速铁路桥上行车安全性具有重要的实际意义。该文首先基于多体动力学软件Simpack和地震仿真开源软件OpenSees编制了车辆-轨道-桥梁系统联合仿真程序(SOTTB),该程序发挥了多体动力学软件Simpack和有限元软件OpenSees各自的优势。继而,基于单跨简支梁桥的时程分析,验证了基于OpenSees与Simpack联合仿真思路的正确性和可行性。利用SOTTB程序建立地震作用下高速列车-轨道-桥梁系统精细计算模型,研究在横向地震和轨道不平顺激励下列车的运行安全性。高速列车空间振动模型采用德国ICE动车组,轮轨力计算基于非线性Hertz接触理论和简化Kaller蠕滑理论。结果表明:车辆运行安全性指标和车体的加速度随着地震强度和运行速度的提高有较为明显的增大趋势,横向轮轨力和车体横向加速度受横向地震强度和运行速度影响显著,并且随着地震强度的增大而显著提高。列车的轮重减载率和竖向加速度受地震强度的影响较小,列车的运行速度是影响轮重减载率的主要因素。
钢-混凝土组合与叠合双重作用梁负弯矩区刚度和叠合面滑移研究
王园园, 段树金, 牛润明
2018, 35(S1): 265-269. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S050
摘要:
钢-混凝土组合连续梁由于其负弯矩区混凝土板的开裂制约着组合结构的发展。该文提出一种钢-混凝土组合与叠合双重作用梁,在负弯矩区钢梁上翼缘与混凝土顶板底面的叠合面使用抗拔不抗剪连接件连接,使叠合面在不发生分离的条件下产生自由滑动效应,以释放混凝土板拉应力、降低混凝土板开裂风险。得到了考虑叠合面摩擦抵抗的截面抗弯刚度;采用基本力学原理分析叠合界面在均布荷载和集中荷载分别作用下的滑移和滑移应变,得到了界面滑移和滑移应变沿梁长的分布规律。
半开式桁架桥结构稳定性分析
岳子翔, 温庆杰, 卓涛
2018, 35(S1): 270-277. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.S052
摘要:
半开式桁架桥无上部联系,其上弦杆易发生平面外屈曲。在上弦杆屈曲后的整桥体失稳模态中,存在明显的横向弯曲与扭转变形,上弦杆屈曲临界力和屈曲模态与理论结果有一定差异。该文使用有限元软件对一定数量的半开式桁架桥进行分析,通过有限元结果对影响桁架桥稳定性的因素进行了探讨,发现影响半开式桁架桥稳定性的尺寸参数是宽跨比,对这一桥型而言,稳定性与其宽跨比有正比关系;宽跨比对稳定性的影响来自其对整桥横向刚度和扭转刚度的影响,两种刚度共同决定整桥稳定性,但横向刚度是决定性因素;横向刚度会影响整桥失稳模态,若失稳模态产生突变,稳定性能随之产生巨大变化;对单座桥梁而言,若要通过增大宽跨比来提高稳定性,必须使两榀主桁建立有效联系,否则会起反作用;加装风撑能有效联系主桁,加强整桥横向刚度,进而提升整桥稳定性,但风撑无法加强抗扭刚度。
既有结构混凝土累积损伤原位评估方法
钟铭
2018, 35(S1): 278-286. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.02.S054
摘要:
为实现对长期承受疲劳作用的混凝土桥梁进行原位评估,该文提出了基于实测弹性模量的结构混凝土累积损伤评估方法。首先根据损伤力学的定义讨论了混凝土弹性模量的取值,建议混凝土的初始无损弹性模量采用静力弹性模量;然后根据混凝土应力-应变曲线和残余应变与累积应变的统计关系,提出混凝土静力等效应变和残余应变计算方法,以及混凝土损伤后强度的估算方法,给出了混凝土结构现场测试与分析的详细步骤和弹模比、残余应变的阶段特征值。在以上研究基础上,比较分析了混凝土变形模量、静力等效应变和残余应变损伤指标的应用效果,结果表明残余应变损伤指标的适用性最好,因此根据残余应变的实用限值将混凝土损伤程度划分为4个等级。最后,为了简化评估过程,提出了一种根据混凝土实测强度和弹模比的快速查表评估方法,直接得出混凝土的剩余强度和损伤等级,对工程实践具有参考价值。
建筑物对地铁引发场地振动影响的实测分析
宗刚, 郑玉琴, 任晓崧, 张永红
2018, 35(S1): 287-292. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S055
摘要:
选取上海某地铁沿线工程建设场地,先后开展了建设前自由场和建设后建筑—场地的振动实测,通过实测数据的时域、频域分析,对比研究了建筑物对场地振动的影响规律。结果表明:建筑物的质量对振动响应的影响较小,而地下室结构的墙、板构件对场地内传播的弹性波有显著的反射、阻隔作用。波的反射效应在地下室与轨线间局部区域形成能量聚焦区,导致地表振动响应放大,最高的放大率超过1倍以上;波的阻隔作用使地下室内形成振动能量的屏蔽区,振动响应减小,减小率超过45%。
不同频谱特性地震动下风电塔破坏分析
赵志, 戴靠山, 毛振西, 张采薇
2018, 35(S1): 293-299. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S056
摘要:
风力发电塔是一种顶部有较大质量的细长高耸结构,基本周期一般较长,因此可能会在不同频谱特性地震动下呈现不同的破坏模式。为了研究该问题,该文针对某典型风电塔,使用ABAQUS建立精细有限元模型,基于规范反应谱选择两类不同特征周期(0.4 s和1.1 s)的地震动记录,进行非线性动力时程分析。结果表明,对于0.4 s特征周期的地震动,地震动能量远离风电塔基本周期,结构受高阶振型影响较大,虽然初始塑性铰出现在底部,但全截面塑性铰和倒塌出现在中上部;对于1.1 s特征周期的地震动,地震动能量更加靠近风电塔基本周期,因此结构主要受第一振型控制,初始塑性铰、全截面塑性铰和倒塌出现在底部。对于同一条地震动,可能由于峰值加速度不同引起破坏位置变化。
叠层天然橡胶支座抗震性能的实时混合试验研究
彭天波, 李翊鸣, 吴意诚
2018, 35(S1): 300-306. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S058
摘要:
在地震期间,叠层天然橡胶支座(LNR支座)能够延长结构的周期,隔断地震能量向上部结构的传递,减小地震带来的不利影响。该文采用实时混合试验研究LNR支座的抗震性能。首先介绍了实时混合试验及其设备;然后研究了加载速率、竖向压应力和地震加速度峰值对LNR支座抗震性能的影响,试验结果表明加载速率对水平等效刚度和阻尼比有显著的影响。
快速荷载下CFRP-高温后混凝土界面正拉粘结性能试验
罗威, 肖云逸, 何栋尔, 章子华
2018, 35(S1): 307-312,324. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S059
摘要:
该文通过对90个CFRP-高温后混凝土标准试件进行快速荷载下正拉试验,得到了加载速率、混凝土强度等级及过火温度等因素对界面正拉粘结强度的影响规律。在欧洲规范(CEB-FIP1990)建议的混凝土动态抗拉强度公式和高温后混凝土轴心抗拉强度折减公式基础上,综合考虑应变率效应和高温劣化作用,提出了高温后界面正拉粘结强度预测模型,并验证其可靠性。在此基础上给出了不同混凝土强度等级构件火灾后极限加固修复温度。试验结果表明:正拉粘结强度随混凝土强度等级和加载速率的提高而提高;在20℃~500℃内提高过火温度会显著降低界面正拉粘结强度,超过500℃后下降幅度不明显。
小型汽车撞击后框架柱剩余承载力的数值研究
钱蓝萍, 李易, 陆新征, 闫维明
2018, 35(S1): 313-319. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S060
摘要:
建筑结构局部构件遭受撞击后的承载力损失可能引发整体结构系统的连续倒塌。为分析小型车辆撞击下多层框架柱轴向剩余承载力的影响因素,该文按照轴压承载力相等的原则,设计了3类柱:钢筋混凝土(RC)方柱、方钢管混凝土(CFST)柱和方钢(ST)柱,并基于非线性有限元软件对4种因素(车速、撞击角度、轴压比和柱类型)的影响进行了参数分析。分析结果表明:速度越大,柱损伤越大,柱剩余承载力越低;柱在斜向45°撞击时比0°正撞下剩余承载力更大;轴压比对剩余承载力的影响取决于柱截面类型;RC柱的剩余承载力最大,CFST柱和ST柱剩余承载力较大且差异不明显。
基于抗震性能的高烈度区高端阀厅选型研究
张立红, 胡晓, 曾迪, 周德才, 毛宇, 吕玮
2018, 35(S1): 320-324. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S061
摘要:
换流站阀厅作为特高压电网中的主要建筑物,其抗震安全问题在高地震烈度地区尤为突出。该文从阀厅结构及其内部悬吊阀塔的抗震安全性出发,以阀厅及阀塔整体结构为研究对象,结合实际工程对高烈度地震区某±800 kV换流站的高端阀厅开展了结构选型研究。采用模态分析和非线性动力时程计算方法,分别对混合结构和全钢结构两种型式的阀厅进行了对比分析。综合考虑模态分析以及在不同地震波作用下的时程分析结果可知,全钢结构阀厅的抗震性能优于混合结构阀厅。因此对于高地震烈度区换流站高端阀厅,宜优先选用全钢结构型式。
基于静-动力分析相结合方法的桥梁桩基础地震反应分析及抗震性能评价
张永亮, 冯鹏飞, 陈兴冲, 宁贵霞, 丁明波
2018, 35(S1): 325-329,343. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S062
摘要:
针对强震下高速铁路桥梁桩基础抗震设计中存在的问题,对桩基础的抗震性能提出了多级设防目标并给出了相应的评价指标与合理取值。该文提出了两种计算模型:静力Pushover分析模型及动力SR分析模型。首先通过Pushover分析模型获得结构的能力曲线、性能点控制值及承台底平动与转动弹簧本构关系。然后采用动力SR分析模型输入地震波进行非线性时程反应分析,获得结构的响应值,并与能力曲线控制点对比评价桩基础的抗震性能。最后以高速铁路32 m简支箱梁桥墩为研究对象,通过实例验证了该法的可行性。
近场脉冲型地震作用下PC框架结构抗震性能分析
郑福聪, 郭宗明, 张耀庭
2018, 35(S1): 330-337. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S063
摘要:
对近场地震作用下的PC框架结构的抗震性能进行分析已成为工程中的必须,为此该文按照我国现行规范设计了两榀预应力混凝土框架,并基于OpenSees平台建立有限元模型,对所设计的框架在近场脉冲型地震和近场无脉冲型地震作用下的动力响应进行了研究。分析结果表明:罕遇地震作用下,PC框架结构的响应增幅较常遇地震作用下更大,结构进入塑性阶段时,近场脉冲型地震会比近场无脉冲型地震使PC框架结构产生更大响应;当加速度峰值相同时,罕遇地震作用下,近场脉冲型地震作用会使自振周期较长的PC框架结构产生较大响应;按我国现规范进行近场区预应力混凝土框架结构的建设时,有可能存在不安全的因素,有必要对现规范在近场区的适用性进行深入研究。
钢丝网-喷射UHTCC薄板抗弯性能试验研究
穆富江, 王激扬, 李伟平, 徐世烺
2018, 35(S1): 338-343. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S065
摘要:
喷射超高韧性水泥基复合材料(喷射UHTCC)具有显著的应变硬化和多缝开裂特性,但其抗拉和抗弯强度不高,因此工程中常常考虑与钢丝网组合使用。本文对喷射UHTCC、钢丝网喷射UHTCC和钢丝网复合砂浆的薄板试件分别进行了四点弯曲试验。其中,选取的钢丝网复合砂浆薄板直接拉伸的失稳破坏强度与喷射UHTCC薄板接近。试验表明,钢丝网喷射UHTCC薄板的抗弯强度和极限弯曲挠度分别比喷射UHTCC薄板提高了69.8%和59.0%,也比钢丝网复合砂浆薄板提高了3.9倍和73.3%。
其他工程学科
深海重型设备浮力辅助安装模拟研究
焦春硕, 王浩霖, 董胜
2018, 35(S1): 344-348. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S013
摘要:
浮式辅助安装技术是一项通过为水下生产系统配载浮力块来减轻吊重,从而降低水下生产系统对主装吊架起重能力要求的安装工艺。水下生产系统,安装完成后需在水底释放浮力块。该文基于Flow3D软件建立水下生产系统下放模型和浮力块上浮模型,分别对生产系统下放和浮力块上浮过程进行模拟,同时将数值结果与试验结果进行对比,验证了数值模型的准确性;并对计算结果进行分析研究,为浮式辅助安装技术的实施和改进提供理论指导。
高水头阀门顶止水抗冲磨与变形特性试验
王新, 胡亚安, 严秀俊
2018, 35(S1): 349-354. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S015
摘要:
针对高水头阀门顶止水破坏的主要影响因素,提出三种止水材料配方,设计具有相同条件的试验方法,采用水下棱石法开展止水材料抗冲磨试验;研发阀门顶止水1∶1切片试验装置,制作不同型式阀门顶止水试件,进行止水安装变形特性、不同水头压力变形特性试验。研究表明:止水表面冲磨破坏呈现波纹状特征,随材料硬度增大,止水表面冲磨趋于光滑、抗冲磨性能降低,相对而言,配方2抗冲磨性能略优;随着安装荷载或水头差的增大,止水变形近似线性增大,“半圆头型”止水相对较优;在高水头作用下止水变形较大,在止水现场安装时可考虑适当预留间距,以降低压缩变形及应力。
射流簇底流消能旋涡区脉动压力特性研究
张陆陈, 王余杰, 骆少泽
2018, 35(S1): 355-358. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.S016
摘要:
射流簇底流消能流态特征复杂,近壁旋涡可能影响消能安全。通过大比尺模型试验,研究了典型运行方式下各向旋涡区脉动压力特性。结果表明:旋涡区脉动压力可视作平稳的随机过程;纵轴旋涡强度最大、脉动压力系数为0.042~0.081,立轴旋涡强度其次、脉动压力系数为0.029~0.068,横轴旋涡强度最弱、脉动压力系数为0.025~0.063;频域能量特征揭示了水流的脉动主频和旋涡脱落频率,水流脉动主频低于0.5 Hz,立轴旋涡和横轴旋涡频率约2.5 Hz,纵轴旋涡频率为3.5 Hz。
夏威夷ALEUTIAN海啸的NEOWAVES数值模拟
翟金金, 董胜
2018, 35(S1): 359-364. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.S053
摘要:
夏威夷群岛因其特殊的地理位置及周围海底地形,长期遭受太平洋地震带和近岸地震带产生的海啸影响,如何准确地确定夏威夷群岛沿岸的海啸爬高对海洋结构设计具有重大意义。基于非线性浅水方程建立的NEOWAVES模型包含非线性静水压力项和垂向动量方程,用于描述海底的动态变形和弱频散波的传播过程,它能够模拟海啸的整个生命过程,包括产生、传播、爬高和淹没。以对夏威夷地区影响比较严重的1946年Aleutian历史海啸为例,采用NEOWAVES模型模拟其产生、传播以及在夏威夷欧胡岛沿岸地带的爬高。计算结果表明,NEOWAVES模型计算得到的欧胡岛沿岸(北部、西部和南部)的爬高与历史记录的爬高数据接近,验证了NEOWAVES模型的合理性和可靠性,同时也为夏威夷地区海洋结构物的设计提供合理的参考意见。