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2019年  第36卷  第S1期

基本方法
P波垂直入射下海域岛礁场地动力反应分析
宝鑫, 刘晶波, 王东洋, 王建平, 郭东, 宋可
2019, 36(S1): 1-7. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S012
摘要:
该文重点研究P波垂直入射时海域岛礁场地的地震反应。截取包含岛礁礁体、海水以及下部基岩的近场计算域建立有限元模型,利用流体介质动力人工边界和一致粘弹性人工边界单元模拟无限海水介质与半无限地基的波动辐射效应。基于介质波动理论推导得到了P波垂直入射时含上覆水层的半空间自由场理论解,并利用基于人工边界子结构的地震波动输入方法,将该自由场运动转化为等效地震输入荷载,从而实现了海域岛礁场地P波垂直输入。通过算例分析,验证了该文模型与方法的准确性。并利用该地震反应分析模型研究海水与礁体的耦合作用以及水体中的波动输入对海域岛礁场地地震反应的影响。该研究可为海域场地地震反应分析提供一定的理论指导和方法借鉴。
考虑拉力修正抗弯刚度的缆索频率计算
张永平, 徐荣桥
2019, 36(S1): 8-11. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S001
摘要:
拉索的抗弯刚度在其频率特性计算中具有重要影响。目前相关研究都认为缆索抗弯刚度在不同条件下都是定值,但最近的试验与理论研究发现,缆索抗弯刚度是一个与缆索拉力相关的参数。因此,频率计算中的抗弯刚度取值,也应根据缆索拉力进行修正。该文提出了考虑拉力影响的修正抗弯刚度的非线性模型,进而推导频率计算公式,算例结果表明要获得更精确的频率结果必须采用拉力修正的抗弯刚度,特别是对于短索。
曲梁几何方程推导
李卓庭, 宋郁民
2019, 36(S1): 12-16. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S025
摘要:
曲梁几何方程的精确描述是曲梁静力分析和动力分析时建立微分方程的关键。现有研究中关于曲梁几何方程的论述与推导,存在着坐标系、内力矢量和位移矢量正负规定不明确或混乱的现象。该文基于“剪心”与“形心”重合假定,对曲梁的几何方程进行了严格的推导和阐述:首先明确规定了坐标系、内力矢量以及位移矢量的正方向,而后分别推导了曲梁微段的面内变形和面外变形,其中,面内变形包括轴向拉压应变和径向弯曲,面外变形则包括竖向弯曲和扭转。同时验证了所得曲梁几何方程的正确性,为曲梁运动力学微分方程的建立和求解奠定了基础。研究结果可为相关理论研究及工程应用提供有益参考。
土木工程学科
基于Bouc-Wen模型的消能减震结构显式非线性时程分析
曹胜涛, 李志山, 刘付钧, 黄忠海
2019, 36(S1): 17-24. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.S002
摘要:
该文基于Bouc-Wen模型构造了一种2节点12自由度的显式消能器单元;利用修正的向前Euler算法实现了单元内力计算。将该文显式单元及其内力计算方法在完全自主研发的非线性有限元分析程序中完成开发。为提高显式分析效率,自主研发程序采用了CPU+GPU异构并行计算技术。通过与低屈服点钢剪切滞回试验对比,验证了该文显式消能器单元的正确性和适用性。采用该文显式消能器单元模拟某实际消能减震结构的金属消能器;基于结构整体动力分析结果,讨论了金属消能器的减震效果。
高层斜交网格筒结构最小势能法简化计算研究
张锋, 史庆轩, 贺志坚
2019, 36(S1): 25-30,36. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.02.S003
摘要:
高层斜交网格筒结构是由交叉布置的斜柱和水平环梁组成的筒体结构,斜柱主要承受轴力作用。通过等效刚度的方法,将高层斜交网格筒结构等效为各向异性板壳模型,用最小势能原理求出等效模型的位移场闭合解。研究结果表明:高层斜交网格筒等效连续化方法求解结构侧移分布精度较高,同时可以得到结构的内力分布;该类结构是弯曲型和剪切型变形的叠加;该类结构具有明显的剪力滞效应;通过等效简化方法可以将三维筒体结构转化为具有等刚度、且不改变内力分布的平面模型。提出的等效连续化简化方法可为高层斜交网格筒体结构进一步研究提供理论参考。
残余应力对碳纤维增强压弯H型钢弹塑性稳定性的影响研究
钮鹏, 丁静姝, 金春福, 杨刚, 郭强
2019, 36(S1): 31-36. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S004
摘要:
建立轴压和弯矩共同作用下碳纤维增强H形截面构件绕强轴失稳时极限荷载的计算公式。通过弹塑性有限元法并结合非线性屈曲理论,进行了压弯荷载共同作用时碳纤维增强钢构件和考虑残余应力影响下钢构件的屈曲分析。当给定弯矩仅在某一范围内时,考虑残余应力的CFRP增强钢构件的极限承载力相比CFRP增强完善条件下的钢构件极限承载力相比要低很多。当给定弯矩超出此范围时,前者要略高于后者。受残余应力影响的碳纤维增强压弯构件极限承载力始终比未增强完善钢构件的限承载力高,表明构件可以通过碳纤维增强来弥补残余应力所导致的构件承载力损失,充分体现了碳纤维良好的增强效果。
分布式连接全装配RC楼盖横板向弯曲刚度计算方法研究
庞瑞, 张艺博, 张天鹏, 李倩倩, 梁书亭
2019, 36(S1): 37-43,58. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S005
摘要:
在分布式连接全装配RC楼盖(DCNPD)中,板与板之间和梁板之间通过连接件连接以提高楼盖的竖向承载力和平面内刚度。为研究DCNPD竖向承载力计算方法,在试验基础上进行了DCNPD横板向弯曲刚度理论与数值模拟分析。结果表明: DCNPD的竖向承载能力略小于现浇楼盖,远大于不加连接件的装配式楼盖,验证了DCNPD板缝构造横板向传力的有效性;建立了DCNPD横板向弯曲刚度简化分析模型,基于等效梁模型理论提出DCNPD横板向弯曲刚度计算方法,并验证了该方法用于楼盖竖向承载力弹性分析的可行性;楼盖的板缝数和连接件个数对其横板向与整体楼盖的竖向承载能力影响较大,而板缝数的影响更为显著,工程中在运输和吊装条件允许的情况下,宽板预制方案可有效提高楼盖的竖向承载能力。研究成果可为分布式连接全装配RC楼盖的研究应用提供参考和依据。
附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁-柱节点恢复力模型试验研究
隋䶮, 薛建阳, 董金爽, 张锡成, 谢启芳, 白福玉
2019, 36(S1): 44-53. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S006
摘要:
为了研究附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁柱节点的恢复力模型,设计制作了4个试件,进行了快速动力加载试验,对试件的受力过程和破坏形态进行观察和记录。基于对试件在受力过程中表现出的典型特征的研究,并考虑加载动力效应,提出了试验试件的四折线骨架曲线模型及恢复力模型,并将其与试验结果进行了对比分析。研究结果表明:试件的从开始加载到最终发生破坏可分成开裂、屈服、极限、破坏4个阶段。试件从屈服阶段开始,随着加载的进行产生了明显的加载和卸载刚度退化及卸载残余变形;提出了四折线骨架曲线模型,其结果与试验结果的骨架曲线吻合度较高;并采用所提出的四折线恢复力模型计算得到了滞回曲线,将其变化趋势与试验滞回曲线的进行对比可以发现二者具有较高相似度,该模型可以较好地描述附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁柱节点的滞回性能。
交替协调子结构混合试验方法研究
杜春波, 王涛, 郄毅
2019, 36(S1): 54-58. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.02.S007
摘要:
该文提出一种静态与动态分离的在线混合试验框架,其中动力方程由时间积分算法得出,回复力由对子结构的静力加载得出。混合试验中,数值子结构和试验子结构之间的边界协调问题是试验成功与否的关键。该文提出一种交替协调的边界近似协调方法,数值子结构边界上的位移由上一步的试验子结构提供,而获得的边界上的力用于这一步的试验子结构的加载。将该方法应用于六层菱形BRB加固的混凝土框架中,通过数值验证,这种近似的边界协调方式引入的误差可以忽略。尽管这不是一种精确的边界处理方式,但它使子结构混合试验的实施变得更加简单且灵活。
单调加载下不锈钢结构梁柱栓焊混用节点承载性能分析
王元清, 乔学良, 贾连光, 张天雄, 蒋庆林
2019, 36(S1): 59-65. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.S008
摘要:
为了进一步探索研究国内S31608不锈钢材梁柱栓焊混用节点的承载性能及变形能力,该文采用有限元软件ABAQUS建立了6个非线性有限元模型,根据S31608不锈钢材及A4-80螺栓材料本构关系,采用高效精确的有限元模型对不锈钢材梁柱节点在单调加载下的受力性能进行模拟,分析了节点试件梁翼缘板沿梁长方向、焊接孔末端梁宽度方向和剪切板根部的应力分布状况。选取其中一个不锈钢结构梁柱栓焊节点在单调荷载作用下进行了试验验证,试验节点试件螺栓选用不锈钢A4-80螺栓,剪切板与腹板之间连接采用承压型连接开孔受力。试验和模拟结果显示梁柱栓焊节点最大承载力分别为251.6 kN和246.1 kN,最大位移分别为197.9 mm和196.1 mm,模拟结果与试验结果吻合度是较好的,而且模拟结果偏安全,可以在后期的参数分析中用此模型进行分析。试验结果也证明了之前循环试验结果的准确性。
窄基输电塔分离式K型节点的受力性能试验研究
王激扬, 陈勇, 郭勇, 陈聪, 孙炳楠
2019, 36(S1): 66-70. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S009
摘要:
各国现行钢结构规范中,均未涉及小夹角(小于30°)K型钢管-节点板连接整体式和分离式节点的极限承载力计算方法。该研究通过对整体式和分离式25°K型钢管节点的承载力试验,探讨了该类节点的承载力-变形曲线和破坏模式,并对承载力、主管应变与节点板分离距离的关系进行了分析。研究表明,当节点板分离距离较小时,节点破坏模式为主管撕裂型剪切破坏,当节点板分离距离较大时,主管发生大变形压屈破坏;其次,节点板的分离导致承载力骤减,分离距离越大承载力越小。因此,虽然常规小夹角K型管-板节点存在节点板过长的问题,但是整体式节点板起到了良好的应力分散与传递作用。
部分填充钢-混凝土组合柱整体稳定分析
林德慧, 陈以一
2019, 36(S1): 71-77,85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S010
摘要:
研究采用厚实截面工字钢的部分填充钢-混凝土组合(PEC)柱构件在轴压和压弯作用下的整体稳定性能。利用ABAQUS有限元软件建立PEC柱模型,并对比文献中的实验数据以校核其正确性。应用该模型进行参数分析,考察纵向钢筋、翼缘系杆、截面高宽比等因素对PEC柱稳定极限承载力的影响。根据有限元计算结果选定了原用于纯钢构件的轴压稳定系数,并提出针对轴压和压弯PEC柱的整体稳定设计用公式。
含可更换剪切型耗能梁段-高强钢组合框筒结构静力弹塑性数值分析
张浩, 连鸣, 苏明周, 程倩倩, 关彬林
2019, 36(S1): 78-85. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S011
摘要:
提出了一种震后功能可快速恢复的新型结构体系—含可更换剪切型耗能梁段-高强钢组合框筒结构(简称HSS-SFTS)。为研究和比较HSS-SFTS与传统钢框筒结构(简称FTS)的抗震性能,给出了HSS-SFTS的初步设计方法,采用SAP2000各建立一个40层的HSS-SFTS和FTS算例结构,对有限元模型进行静力弹塑性分析。结果表明: HSS-SFTS在罕遇地震性能点处的层间侧移角小于FTS的相应值,结构延性得到有效提升。结构层间侧移角达到抗震规范弹塑性转角限值1/50时,HSS-SFTS中耗能梁段塑性铰处于LS状态,可以满足抗震规范中“大震不倒”的设计理念。承载力极限状态时,HSS-SFTS的层间侧移角沿结构高度方向分布均匀,没有出现明显的薄弱层,且其塑性变形与损伤主要集中于耗能梁段处,具有理想的整体破坏模式。新型结构体系有效改善了传统框筒结构的抗震性能,降低了水平地震作用,使得除耗能梁段外的非耗能构件受损程度减轻,此种新型高层钢结构更易于震后修复与功能的快速恢复。
FPS支座双向加载拟静力试验与数值模拟研究
焦驰宇, 马银强, 刘陆宇, 龙佩恒, 侯苏伟
2019, 36(S1): 86-91. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.S015
摘要:
FPS支座一种具有广阔发展前景的减隔震支座,该支座可通过摩擦耗能,自复位等特性来消耗地震发生时传入结构体系的地震能量,从而在很大程度上降低结构地震动反应。但目前国内外针对曲线桥FPS支座的耦合受力问题,缺乏理论与实验相结合的精细化模拟方法。该文通过FPS支座双向加载拟静力试验,进而得到FPS支座的荷载-位移滞回曲线与摩擦耗能情况。并采用OpenSees软件对FPS支座进行数值模拟,将FPS支座试验与数值模拟结果进行分析对比,验证其准确性,得到了一种FPS支座的精细化模拟方法。
卸载程度对钢桁梁桥主桁构件加固效果的影响
苏庆田, 王思哲, 薛智波, 张春雷, 王倩, 陈亮
2019, 36(S1): 92-97,105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S017
摘要:
早期修建的部分钢桁梁桥已无法满足当前通行能力的要求,需要对原桥主桁进行加固。桥梁加固通常是在负载情况下进行,需要考虑加固构件的分阶段受力,不同的加固施工方案所对应的卸载程度会产生不同的加固效果。该文结合松浦大桥扩宽加固工程,利用ANSYS单元生死技术模拟加固施工过程,提出了能够考虑加固板件应变滞后的有限元模拟方法。分别计算新旧构件在三种不同卸载程度的加固方案下的应力分布,从构件安全度及材料利用率两方面分析卸载程度对加固效果的影响。最后综合考虑社会影响比选施工方案。结果表明:所提出的构件加固模拟方法能有效考虑应变滞后效应并实现杆件的加固模拟;加固构件安全度和加固材料利用率随着卸载程度的增加而提高;综合社会经济性影响,推荐采用先更换下层桥面,再拆除上层桥面,然后加固主桁结构,最后安装新的上层桥面的施工方案。
正交异性钢桥面板肋-面板焊缝疲劳验算的应力分析模型评估
杨雅斌, 石广玉
2019, 36(S1): 98-105. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S018
摘要:
以天津塘沽海河大桥的正交异性钢桥面板为例,建立钢箱梁节段的有限元分析(FEA)模型、简化FEA模型和基于钢箱梁节段的子模型进行肋-面板焊缝疲劳应力分析模型的评估。计算结果表明:对于远离纵腹板处的肋-面板焊缝,通过提高简化FEA模型中横隔板高度和约束横隔板底部翼缘的方式可减小与钢箱梁节段FEA模型结果的误差;对于靠近纵腹板处的肋-面板焊缝,所有简化FEA模型的应力计算结果均低于钢箱梁节段FEA模型的结果,且误差超过23%。基于钢箱梁节段的三跨子模型可以准确地给出钢桥面板任意位置的肋-面板焊缝的疲劳应力。它具有钢箱梁节段FEA模型的计算精度和简化FEA模型的计算效率,因此它可作为正交异性钢桥面板任意位置处肋-面板焊缝疲劳应力分析的准确和高效计算模型。
医疗系统抗震韧性评估指标体系
尚庆学, 李吉超, 王涛
2019, 36(S1): 106-110. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.S019
摘要:
该文提出一种量化医疗系统抗震韧性的评估框架,通过定义医疗系统功能、确定关键基础设施及支撑医疗系统功能的关键构件建立医疗系统模型。将医疗系统划分为5个医疗功能单元及7个子系统,每个子系统由不同的构件构成,由此建立医疗系统抗震韧性评估指标体系,并通过层次分析法确定指标体系各组成部分的权重系数用于后续的韧性评估。结果表明门诊急诊是5个医疗功能单元中最重要的(37.5%)。同时通过专家打分法确定了对应于地震救灾功能以及全部功能恢复所需要的时间需求(分别是8.13 d、27.27 d)。
不同地震下的校园建筑震害与经济损失对比
孙楚津, 程庆乐, 曾翔, 许镇, 陆新征
2019, 36(S1): 111-117,130. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S020
摘要:
城市抗震弹塑性分析方法广泛地应用于地震灾害分析领域,其将强震记录输入目标区域建筑模型进行非线性时程分析,得到目标区域的建筑破坏情况。然而,不同地震的目标区域各不相同,难以对比不同地震的破坏能力。因此,该文以清华校园作为目标区域,将若干条近年来的强震记录和2组模拟地震动输入校园建筑进行分析,对比不同地震下建筑的破坏状态比例,从结果可以看出地震动频谱特性对于目标区域建筑破坏状态具有较大影响。此外,该文分别利用基于FEMA P-58的方法和基于中国规范的方法对上述地震下的校园建筑进行了经济损失评价,结果表明由于计算方法差异两种方法结果有所不同,且结果受到地震动峰值加速度(PGA)影响。该文的分析结果可以为对比不同地震的破坏能力提供参考。
超大型冷却塔风荷载时程响应及动力抗风性能分析
贾明明, 李志平, 吕大刚, 侯宪安, 郎路光
2019, 36(S1): 118-124. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S021
摘要:
采用风洞实验测试和人工生成的方法分别获取某电厂220 m高超大型冷却塔达文波特风压时程数据,并基于国内规范和特征值屈曲建立了结构模型,采用有限元计算方法分析了风荷载动力抗风特性,并对结果进行了对比分析。结果表明:人工生成风压时程结构响应大于风洞实验实测风压响应,人工生成风压时程作用下整体位移和所提取单元各层壳应力均有较大幅度的波动,总体应力状态远低于混凝土强度设计值;在动力风荷载作用下,结构变形最大位置位于迎风面塔体喉部,应力最大位置位于迎风面塔体下部;基于特征值屈曲建立的结构模型整体变形大于国内规范建立模型变形值。研究成果可为超大型冷却塔表面风荷载取值和相关技术规范修订提供参考。
基于减震比设计方法的惯容减震结构分析
赵志鹏, 张瑞甫, 陈清军, 潘超, 王超
2019, 36(S1): 125-130. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S022
摘要:
该研究基于能量方法分析了典型惯容系统能量耗散和结构减震控制的特点,以混联I型惯容系统(SPIS-I)为例说明该方法。首先推导出SPIS-I在白噪声激励下配置该系统的单自由度结构随机响应解,然后定义惯容系统耗能系数来衡量其耗能效果和减震性能。基于目标减震比的惯容系统参数设计方法,在相同目标减震比的设计条件下,对典型惯容系统进行参数设计,采用能量方法进行了参数分析。最后,通过典型算例验证了参数分析所得到的结果。研究结果表明:基于相同目标减震比设计的惯容系统,均能够有效地耗散结构振动能量。当目标减震比较大时,不同力学模式的惯容系统的耗能效率接近,受惯容系统力学模式的影响较小;当目标减震比较小时,建议采用混联型惯容系统以实现更显著的能量耗散效果。
基于损伤的单层球面网壳结构地震剩余承载力评估与优化分析
张天龙, 丁阳, 李忠献
2019, 36(S1): 131-137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S023
摘要:
为准确模拟地震作用下杆件损伤对单层球面网壳结构剩余承载力的影响,该文基于“拟壳法”思想,推导了单层球面网壳结构最薄弱网格区域内杆件损伤与结构剩余承载力的关系式,建立了基于损伤的单层球面网壳结构地震剩余承载力评估模型,并以跨度80m的K8型单层球面网壳结构为例,开展了不同地震作用下单层球面网壳结构地震剩余承载力评估与优化研究。结果表明:建立的评估模型能够快速、准确评估薄弱网格区域处的杆件损伤对单层球面网壳结构地震剩余承载力的影响程度;应用该评估模型对单层球面网壳结构进行地震损伤优化,可明显提高结构的地震剩余承载力。
拔榫状态下直榫节点滞回性能有限元分析
谢启芳, 张利朋, 王龙, 崔雅珍, 杨柳洁
2019, 36(S1): 138-143. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S024
摘要:
榫头部分拔出是现存古建筑木结构榫卯节点的典型残损类型之一,对榫卯节点的滞回性能及整体结构的抗震性能有很大影响。以易于发生拔榫的直榫节点为研究对象,通过分析其在拔榫状态和未拔榫状态下的荷载传递机制,发现两者的受力机理相同。基于此建立了未拔榫状态下直榫节点的有限元分析模型,其弯矩-转角滞回性能模拟结果与已有试验结果的对比分析表明,所建有限元模型可行。在此基础上,通过定义拔榫程度为0、1/10、2/10和3/10,分析了拔榫量对直榫节点滞回性能的影响规律。结果表明:随着榫头拔出量的增大,节点的承载能力降低,变形能力变弱,抗震性能也有着不同程度的退化。所建有限元模型及其分析结果能够为拔榫状态下单向直榫节点的抗震分析及其震后修复加固提供有利参考。
周期十字空沟地震表面波屏障
王维超, 刘泽, 于桂兰
2019, 36(S1): 144-148. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S027
摘要:
地震表面波振幅大,频率低,传播距离远,对结构的危害大。该文设计了基于均匀半无限土壤基体的正方点阵周期十字空沟Rayleigh表面波屏障。利用有限元方法对屏障的能带结构、频域响应进行了数值模拟,探讨了波屏障结构参数对表面波完全带隙的影响,并对Oroville地震表面波进行了地震动时程分析。结果表明:周期十字空沟表面波屏障在低频区能够形成有效衰减域,对Oroville地震表面波有非常好的隔震效果。
FRP加固混凝土梁粘结层剪应力分析
刘兴喜, 徐荣桥
2019, 36(S1): 149-153. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S028
摘要:
外贴FRP以提高混凝土结构抗弯承载力的加固技术的有效性在很大程度上取决于混凝土梁与FRP板之间的界面行为,这也是过去很多研究的重点。特别是针对FRP加固混凝土梁粘结层剪应力提出了很多解析解,但是这些研究很少适用于不对称荷载情形。该文运用最小余能原理得到了FRP加固简支混凝土梁粘结层剪应力分布的解析公式。此公式不仅适用于对称荷载作用的情形,还适用于两端支座处作用不等弯矩这种荷载情形。通过与已有结果进行比较,验证了该文方法的正确性。
杆梁组合结构的有限元分析
杨浩, 罗帅, 邢国然, 王伟
2019, 36(S1): 154-157,169. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S029
摘要:
杆梁组合结构能够充分发挥建筑材料的物理性质,是工程中常用的一种结构形式,由于杆和梁单元的自由度不同,给这类组合结构的理论分析带来了困难。该研究针对杆梁组合结构内力分析过程中刚度矩阵的集成问题,基于不同类型结构构件间的连接关系建立了关联表,推导了基于关联表的结构整体刚度矩阵与单元刚度矩阵各元素之间的对应关系,建立了基于关联表的结构整体分析模型。算例分析的结果表明,该文所采用的关联表方法能够有效地处理杆梁组合结构的受力分析问题,此方法对于解决具有不同自由度数的单元的组合结构分析问题提供了简便可靠的思路。
基于p型自适应有限元法的混凝土骨料模型数值模拟
陈恒, 肖映雄, 郭瑞奇
2019, 36(S1): 158-164. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S030
摘要:
混凝土骨料模型是由骨料、砂浆基体以及界面层组成的三相复合材料。由于骨料形状的复杂性及各相材料性质差异悬殊,需要采用自适应有限元方法进行有效数值计算与模拟。p型自适应有限元法通过自适应提高基函数的阶次来改善各骨料界面处数值解精度,具有对网格质量要求不高、前处理工作量较少以及阶谱性等优点。该文首先基于ANSYS软件生成了含量可达60%以上的几种复杂形态的二维骨料几何模型;然后,设计和分析了一种基于“分区分级”局部误差控制的p型自适应有限元法,并将其应用于几类典型骨料模型的线性及非线性有限元分析中。数值结果表明,该文设计的p型自适应有限元法对求解混凝土骨料模型是非常有效的,可大大提高各骨料界面处数值解的计算精度,为进行混凝土材料的相关力学性能分析提供了一种高效计算方法。
双圆形煤棚风荷载分布研究
王策, 刘庆宽, 贾娅娅
2019, 36(S1): 165-169. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S033
摘要:
近年来,新建煤棚朝着大跨度、轻质量的方向快速发展,是一种风敏感结构,因此对其进行风荷载相关研究具有重要意义。该文以某新建圆形煤棚网架结构为研究对象,通过风洞试验的方法,研究了不同风向角下,在煤棚顶部、底部的风荷载体型系数的分布情况,并分析了两个临近的圆形煤棚之间的风荷载体型系数的相互影响。研究表明:在不同风向角下,煤棚顶部均承受负压。当两煤场之间的距离较近时,两煤棚上的风荷载体型系数相互影响显著。并且发现在两煤棚之间的区域,风荷载体型系数的绝对值相对较小。
基于统一强度理论的高强钢管混凝土柱压弯屈服准则
关少钰, 白涌滔, 刘卫辉, 李银胜, 王伟
2019, 36(S1): 170-174,183. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S035
摘要:
该文基于统一强度理论建立高强钢管混凝土柱的屈服准则。考虑到柱的水平侧移在截面上引起的附加弯矩作用,假设截面应力在屈服前呈线性分布。引入临界斜率k'的定义,以此斜率作为全截面受压的临界值。由平衡条件得到钢管混凝土柱内不同点处的应力状态,代入统一强度理论(UST)得到高强钢管混凝土柱的屈服函数,并采用相关联流动法则建立塑性势函数,以钢管混凝土柱内某点开始进入塑性作为其承载力极限,由此推导出相应的承载力设计值,并将求得的结果与相关规范进行对比验证。结果表明该文提出的UST钢管混凝土柱屈服准则与相关规范求解一致,且对于压弯构件以及轴压构件等都具有很好的适用性。
碱激发矿粉海水海砂混凝土与CFRP筋粘结性能研究
徐金金, 杨树桐, 刘治宁
2019, 36(S1): 175-183. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S036
摘要:
该文通过试验分析研究了碱激发矿粉海水海砂混凝土与碳纤维筋(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋的粘结性能。分别考虑了碱激发矿粉淡水河砂混凝土(FRASC)、碱激发矿粉淡水海砂混凝土(FSASC)、碱激发矿粉海水河砂混凝土(SRASC)和碱激发矿粉海水海砂混凝土(SSASC)四种碱激发矿粉混凝土(ASC),并与钢筋的粘结性能进行了对比。试验中分别采用直径为8 mm的CFRP筋和HRB400带肋钢筋,粘长分别为2.5 d、5 d、7.5 d、10 d和15 dd为筋的直径)。结果表明:粘长为15 d的试件,CFRP筋的试件全部劈裂破坏,钢筋粘长为10 d、15 d的试件全部为钢筋拉断破坏;粘长为2.5 d的CFRP筋试件将筋表面的脱模带拉断而出现第二个峰值;粘结滑移曲线可分为微滑移阶段、滑移阶段、剥离阶段、软化阶段和残余阶段。
对风力发电机塔架施工阶段TMD阻尼器的研究
田英鹏, 徐丹, 周惠蒙, 王涛
2019, 36(S1): 184-188. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.S037
摘要:
风力发电机通常在现场安装,但由于风致涡激振动会导致塔顶产生较大的位移响应,给发电机叶片安装带来极大的困难。为了减小这种位移响应,该文研究了一种频率可调的双向滑轨式调谐质量阻尼器(TMD)。该文将介绍TMD主要参数的选取、数值模拟和实验验证。首先根据结构动力响应选取主要参数,确定TMD质量、刚度和阻尼比;然后进行有限元分析,考虑高阶模态的贡献;最后,通过制作塔架和TMD缩尺模型以验证TMD的有效性。
大跨柱面网壳结构风荷载试验研究
陈琳琳, 崔会敏, 郑云飞, 刘庆宽
2019, 36(S1): 189-193. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S038
摘要:
干煤棚结构一般采用轻质屋面体系,是一种典型的风敏感结构,因此风荷载是结构设计中不可忽视的问题。该文以某热电厂大跨度柱面网壳煤棚工程项目为背景,为了获得准确的用于结构设计的风荷载数据,进行了刚性模型测压风洞试验,考虑了风向角、煤堆以及周边建筑的气动干扰等因素对煤棚体型系数的影响。结果表明:来流风作用在端部山墙上呈90°~120°夹角时,测点的体型系数较大。在90°来流风时,半封闭端部山墙对结构是非常不利的,来流对煤棚顶部会有更大的风荷载。根据研究发现,模型的顶部体型系数相对较大,在建设煤棚时应对其顶部进行加固。
钢框架-支撑结构二阶侧移的分析方法
金路, 马云思, 刘丹
2019, 36(S1): 194-198,216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S039
摘要:
现阶段钢结构直接分析设计法大多基于承载能力极限状态的全过程直接分析,针对侧移刚度较小的多高层钢结构按此方法设计时,验算其整体柱顶侧移大多超过规范限值的要求。因此,若采用一种基于变形性能的直接分析法,首先对结构二阶侧移预判,再按此荷载水平进行承载力极限状态的验算,可得最终结果与传统计算方法一致,从而简化设计步骤和过程。该文介绍了考虑随机初始几何缺陷数值模拟、拟合公式和神经网络预测3种分析钢框架-支撑结构二阶侧移的方法,3种方法均可得到可靠的预测结果。通过以上方法对结构进行二阶侧移预判后,与规范要求的限值进行比较,选择合理的直接分析设计方法,进行有效简便的结构设计。
椭圆形体育馆悬挑罩棚风荷载分布规律的试验研究
安苗, 刘庆宽, 马文勇, 刘小兵
2019, 36(S1): 199-202. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S040
摘要:
大跨度体育场馆轻质罩棚对风荷载往往比较敏感,风荷载成为此类结构设计的控制荷载之一。为了满足工程设计与试验研究的需要,该文对复杂体型体育馆进行了刚性模型测压试验,同时考虑了风向角对风荷载体型系数的影响,经过计算分析得到了不同风向角下结构表面的体型系数分布。研究结果表明:罩棚顶部大部分区域为负压且顶部的波浪造型对风压分布有明显的影响;同时分析出围护结构风敏感区域及风吸力最大值,对结构抗风设计提供了重要依据。
基于承载力拟合的钢拱不利几何缺陷分析
蒋友宝, 尹倩倩, 罗军, 付涛
2019, 36(S1): 203-209. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.S041
摘要:
几何缺陷会显著降低钢拱结构的稳定承载能力。为合理确定钢拱不利几何缺陷,该文采用基于子空间划分的多响应面方法对承载力函数进行了拟合,然后根据函数极值的拉格朗日乘子法求解承载力最低时的几何缺陷分布。以两铰圆弧钢拱结构为例,考虑荷载比、偏差节点数量等参数的变化,对比了按上述不利缺陷法和一致缺陷法确定的缺陷拱结构受力性能。结果表明: 1)基于子空间的多响应面方法拟合承载力函数的精度较高,承载力预测值与有限元分析结果较为接近; 2)采用对承载力拟合函数求极值的方法得到的几何缺陷对承载力更为不利,在参数分析范围内其对应的结构承载力和初始刚度较一致缺陷法分别平均偏低约10%和约22.8%; 3)随着偏差节点数量增多,基于承载力拟合的不利缺陷分布与一致缺陷分布的差别进一步增大,且基于承载力拟合的不利缺陷分布对应的节点正负偏差的波动性更为明显。
内嵌VV-SPSW平面钢框架结构抗震性能研究
李达, 牟在根
2019, 36(S1): 210-216. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S042
摘要:
对3个内嵌竖向连接竖向加劲钢板墙(VV-SPSW)平面钢框架结构进行了缩尺拟静力试验和有限元分析,通过对多项力学性能指标的数据比较,系统研究了这种平面结构的抗震性能和破坏规律。研究表明:该结构体系在水平荷载作用下具备良好的耗能能力、变形能力以及必要的抗震承载力,抗震性能优良;内嵌的VV-SPSW可作为该结构体系的第1道抗震防线,经合理设计的该平面钢框架体系的破坏规律符合多道抗震防线的设计思想以及“强框架,弱墙板”、“强柱弱梁”的抗震概念设计要求,是一种适合于高烈度地震区的新型抗侧力系统。
复理石顺层边坡最危险岩层倾角及简化的单一层面模型
邱天琦, 杨军, 吴志轩, 沈兆普, 梁宇钒
2019, 36(S1): 217-221,228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S043
摘要:
最危险岩层倾角为0°~90°范围内使边坡安全系数最小的岩层倾角,该倾角是对顺层边坡稳定性最不利的岩层产状。以由岩块和岩层面组成的层状边坡为分析对象,采用有限元极限分析法的隐式节理模型分析了不同坡角对应的最危险岩层倾角。结果表明:最危险岩层倾角随坡角的增大而增大,对应安全系数的变化规律相反,最危险岩层倾角下的破坏均为整体顺层滑移破坏;通过极限平衡法得到最危险岩层倾角的理论公式,计算结果与有限元极限分析法偏离不超过2%;在众多岩层面中,对缓倾顺层边坡稳定性起决定性作用的为过坡脚的层面,采用单一层面简化模型得到的边坡破坏模式与常规模型相近,安全系数偏离不超过3%,缓倾顺层边坡可利用此模型进行简化的边坡稳定分析。
盾构下穿铁路碎石道床沉降规律及施工参数控制
彭华, 杨志蔚, 曹全, 马文辉
2019, 36(S1): 222-228. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S044
摘要:
为研究盾构下穿施工影响下铁路碎石道床的沉降规律以及控制道床沉降的盾构施工参数调控要点,以北京岳各庄电力工程盾构隧道下穿京广铁路工程为例,通过数值模拟、现场实测分析了盾构下穿施工中道床沉降的时程变化规律及沉降槽发展趋势,继而结合对盾构施工参数的分析,探究了沉降规律与盾构施工参数的关系。研究结果表明: 1)碎石道床沉降的数值模拟结果与监测数据有一致性,由于在下穿施工中盾构施工参数的调控较为严格,故道床沉降速率缓和,而在下穿施工前后道床沉降速率较快; 2)通过对盾构施工参数的调控,可以有效地控制道床的沉降。下穿施工中,盾构出土量均值控制在18.8 m3,约为理论出土量的1.25倍;土仓压力保持平稳增长,由0.050 MPa逐步增大至0.054 MPa;扭矩值控制在了1150 kN/m~1200 kN/m;同步注浆量与二次注浆量也配合着土仓压力的变化而及时增减。
黄土场地桩基横向力学行为数值模拟
程麦理
2019, 36(S1): 229-233. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S045
摘要:
为探讨黄土地区桩基的水平承载特性,研究桩基在桩顶水平荷载作用下的内力和变形分布规律。借助有限元软件ANSYS建立桩基半结构模型,结合水平加载制度,深入探究桩基的横向承载能力,对桩长、桩径进行了参数分析。结果表明:桩顶水平荷载作用下,桩-土界面有明显的相互作用力学行为,桩-土界面分离深度可达4.5 d,桩径比桩长参数对桩基的抗侧移刚度和水平承载力影响更显著,桩基减震耗能能力有限。
封闭形式对大跨度煤棚风荷载影响研究
孙一飞, 张磊杰, 刘庆宽, 刘小兵, 马文勇
2019, 36(S1): 234-239. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S046
摘要:
煤棚属于风敏感结构,为了控制工程安全,该文进行了风荷载研究。该文通过刚性模型测压试验,分析了风向角对典型测点和分块区域体型系数和极值风压系数的影响规律,研究了全封闭状态(两端山墙)和半封闭状态(只有一端山墙)对体型系数和极值风压系数的影响规律。研究表明:与全封闭状态相比,半封闭状态下,内压对风压分布的影响程度增大,并且当开口处于迎风区,内压为正值;当开口处于背风区,内压为负值,易引起主体风荷载在某些风向角范围内产生较大力矩,将导致分块区域的极值风荷载增大。
隧道纵向地震反应最不利时刻的确定及其应用
刘晶波, 王东洋, 谭辉, 宝鑫
2019, 36(S1): 240-247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S047
摘要:
《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909―2014)建议的隧道结构纵向反应位移法,采用梁-地基弹簧计算模型,以自由场位移时程为等效地震作用,在一定程度上考虑了地震作用下土和结构之间相互作用,能够反映不同频谱成分地震波对结构纵向地震反应的影响。该文给出了根据自由场地震反应确定隧道结构纵向最不利变形和内力发生时刻,即最不利时刻的确定方法。采用规范纵向反应位移法,完成了出平面剪切波斜入射下北京某盾构隧道结构纵向地震反应计算,并应用最不利时刻的概念将规范方法在地震动持时内所有时间步的静力计算转化为单一时间步的静力计算,与动力时程法计算结果进行了对比。结果表明,规范方法得到的隧道结构位移值和弯矩值与动力时程法较为接近,但由于离散的地基弹簧不能有效模拟地基土对地下结构真实的约束条件,使得轴力和剪力结果存在较大误差;应用最不利时刻的概念,在一定程度上提高了计算效率,同时降低了隧道纵向地震反应(尤其是剪力)的计算误差。
预应力混凝土管桩与承台连接节点抗震性能研究
杨志坚, 韩嘉明, 雷岳强, 赵海龙, 胡嘉飞
2019, 36(S1): 248-254. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S048
摘要:
基于预应力混凝土管桩与承台连接节点的低周往复荷载试验,并采用OpenSees对预应力混凝土管桩与承台连接节点进行了往复荷载作用下的受力性能分析。有限元建模时,考虑了端部锚固钢筋的滑移,计算得到的荷载-位移滞回曲线、弯矩-转角滞回曲线等与试验结果吻合较好。研究结果表明,PHC管桩与承台连接节点由于桩端预应力筋被拉断或桩与承台交接处锚固钢筋发生屈服而发生受弯破坏;锚固钢筋的弯折方式和填芯对节点桩端的承载力和滞回性能影响不大;桩端和承台之间的转动对节点受力性能影响较大。
并列双钝体箱梁间距对涡激共振特性的影响
杨群, 张胜斌, 刘小兵, 刘庆宽
2019, 36(S1): 255-260. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S049
摘要:
首先通过节段模型风洞试验测试了并列双幅钝体箱梁在10个不同间距(双幅箱梁的净间距D与单幅箱梁宽B之比D/B的变化范围为0.2~4.0)时的涡激共振振幅与风速锁定区间,并与单幅钝体箱梁的的涡激共振振幅与风速锁定区间进行了对比,研究了对并列双幅钝体箱梁的间距对涡激共振特性的影响。然后基于CFD数值计算结果,从流场的角度对涡激共振特性的影响机理进行了分析。研究结果表明:下游箱梁对上游箱梁涡激共振的影响在0.2≤D/B≤2.0时表现为一定的放大效应,在D/B≥2.5时基本可以忽略;上游箱梁对下游箱梁涡激共振的影响表现为明显的放大效应,这种放大效应在D/B=0.8时最显著,即使当D/B=4.0时仍不可忽略。
复式防波堤断面尺度对波浪爬高的影响研究
韩新宇, 罗鑫, 董胜
2019, 36(S1): 261-267. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S051
摘要:
数值模拟是求解防波堤爬高问题的重要方法。以Navier-Stokes方程为控制方程,该文建立了基于紧致插值曲线法(CIP法)的二维不可压缩流体的有限差分数值模型。通过分步算法对时间积分求解控制域,采用双曲正切函数自由面捕捉法(THINC法)对自由液面进行捕捉,采用浸入边界法IBM对固体边界进行处理,将波浪爬高问题视为固-液-气多相流问题。通过建立二维数值水槽,对波浪爬高越浪问题进行数值验证;进而在相同波浪条件下,对不同断面尺寸的复式防波堤进行波浪爬高的数值模拟。结果表明:该模型可以较好地模拟波浪过程中的变形、翻卷、破碎等强非线性现象,得出最大爬高与复式防波堤尺寸之间的关系,从而给出了最小爬高时对应的防波堤断面尺度。
规则波作用下导桩锚泊的浮防波堤水动力特性的数值模拟
王钰, 纪巧玲, 刘庆凯
2019, 36(S1): 268-271,284. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.07.S052
摘要:
浮防波堤主要有锚链锚泊和导桩锚泊两种锚泊方式,两种锚泊方式的浮体的运动响应不同,消波效果和水动力特性也不同。该文基于Navier-Stokes方程,采用紧致差分格式CIP (constrained interpolation profile)离散控制方程的对流项,以多相流和浸没边界IB (immersed boundary)的方法处理流体间和固体间的相互作用,以此建立二维数值模型研究规则波作用下导桩锚泊的浮防波堤的水动力特性。运用建立的数值模型研究了导桩锚泊的浮防波堤的垂向运动响应、波浪力和波浪力矩随相对宽度的变化趋势,通过与现有的物理模型试验结果比较,表明所建立的数值模型能够模拟规则波作用下导桩锚泊的浮防波堤的运动响应和受力特性。
凹痕对斜拉桥斜拉索气动性能影响研究
刘庆宽, 孙一飞, 张磊杰, 胡波, 马文勇, 刘小兵
2019, 36(S1): 272-277. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S053
摘要:
斜拉索具有长细比大、柔度大、阻尼小等特点,其风荷载和风致振动研究具有重要工程意义。通过测力和测振风洞试验,对具有特定形状、尺寸凹痕的斜拉桥斜拉索气动力和风致振动性能进行了研究,分析了风攻角和雷诺数对具有凹痕斜拉索平均阻力系数和平均升力系数的影响规律,研究了风攻角和雷诺数对具有凹痕斜拉索临界区振动特征值(振幅和平衡位置)的影响规律,结果表明:风攻角对具有凹痕斜拉索的气动力系数随雷诺数变化曲线影响明显,30°和60°风攻角下,临界雷诺数减小,临界区宽度增加;在试验雷诺数范围内,具有凹痕斜拉索在不同风攻角下最大振幅差别较大,60°风攻角时最大,30°风攻角时最小,而平衡位置偏移最大值在各个风攻角下基本相同。
基于p-y曲线法的高桩码头全结构段和单排架模型对比研究
王浩天, 董胜
2019, 36(S1): 278-284. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S054
摘要:
以某钢筋混凝土高桩梁板结构为例,基于p-y曲线法,采用ANSYS建立了全结构段和单排架模型。施加相应荷载组合,对两种模型的桩基内力进行了对比。通过调整单排架中船舶撞击力在排架中的分配系数,对比单排架的桩基和横梁内力与全结构段的误差。所得结果说明,规范中规定的横向水平力在排架中的分项系数不适用于三维有限元梁板结构。结论对高桩码头内力计算有参考价值。
CFRP-火灾后混凝土界面快速剥离试验
何栋尔, 章子华, 肖云逸, 罗威, 单艳玲
2019, 36(S1): 285-292,297. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S059
摘要:
该文完成了72个快速荷载下CFRP加固火灾后混凝土试件单面剪切试验,基于Dai模型对界面应变分布进行拟合,并探讨了混凝土强度、应变率和过火温度三种因素对界面剪切黏结强度、应变分布、黏结剪应力、界面黏结滑移关系和界面断裂能等黏结性能参数的影响。试验表明:界面剪切黏结强度、峰值剪应力和界面断裂能随着混凝土强度和应变率的提高而提高,但随着过火温度的升高而下降,在500℃以后下降尤为显著,过火温度为700℃的试件界面平均峰值剪应力相比于常温试件下降33.0%,界面断裂能下降83.8%;有效粘结长度随着混凝土强度和应变率的提高略有减小,但随着过火温度的升高而显著增大。常温试件的有效粘结长度在70 mm~90 mm之间,而过火温度为700℃的试件有效粘结长度达165 mm左右。
碳纤维布加固砌体填充墙抗近距离小当量炸药爆炸实验研究
万军
2019, 36(S1): 293-297. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S062
摘要:
该文实验研究了无加固、单层碳纤维布加固和多层碳纤维布加固的单向砌体填充墙在近距离小当量炸药爆炸作用下的破坏形式和失效机理。研究表明,近距离小当量炸药爆炸条件下,墙体通常受到局部破坏和整体破坏作用。采用墙体背部粘贴锚固纤维布的加固措施,可以有效减小炸药爆炸对墙体的局部破坏和整体破坏作用。为了使墙体能够抵抗近距离小当量炸药的爆炸,在爆炸近区和爆炸远区需要根据墙体结构形式和纤维布的具体形式分别选用合适的纤维布铺层方式和层数。
不锈钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究
代鹏, 杨璐, 卫璇, 周宇航
2019, 36(S1): 298-305. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S065
摘要:
对9根奥氏体型和9根双相型不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,测得了短柱在轴压作用下的极限荷载、纵向应变和环向应变等,重点考察了钢管壁厚和混凝土强度对短柱承载性能的影响,并参考普通钢管混凝土设计规程欧洲规程(Eurocode 4)、美国规程(ACI 318-99)、日本规程(AIJ-CFT),我国相关规程DBJ 13-51―2003、DL/T5085―1999和CECS 28:2012计算了不锈钢管混凝土短柱的承载力并进行对比分析。结果表明,不锈钢管混凝土轴压短柱在核心混凝土强度等级相同的情况下,构件承载力随钢管壁厚的增加而增大,混凝土强度对其有影响。6种规程在计算不锈钢管混凝土短柱承载力时偏于安全,其中CECS 28:2012更接近试验结果,该文成果对不锈钢管混凝土短柱承载力的设计有一定的参考意义。
机械工程学科
临界雷诺数区光滑圆柱振动与气动力研究
周佳豪, 马文勇, 黄伯城
2019, 36(S1): 306-310. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S050
摘要:
临界雷诺数区气动力特性是影响细长圆柱结构大幅振动的重要因素之一。该文通过刚性模型测压风洞试验,对临界雷诺数区光滑圆柱动态气动力分布特性及对临界区圆柱发生大幅振动的原因进行了分析。研究结果表明:圆柱在临界雷诺数区会发生大幅振动,当振动发生时,圆柱沿展向的气动力状态有一定的差异,这种气动力状态的差异说明气动力的非定常特性是引起大幅振动的主要原因。
船舶艉部整体隔振系统中轴承载荷增量研究
赵兴乾, 帅长庚, 徐伟, 李正民
2019, 36(S1): 311-315. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.S060
摘要:
该文建立了船舶艉部整体隔振系统有限元模型,并提出“径向轴承载荷增量”这一概念实现对整体隔振系统中轴系静态安全性定量分析。该文计算了在不同螺旋桨推力载荷作用下及船舶纵倾工况下的轴承载荷增量,结果表明:螺旋桨推力作用及纵倾工况均会产生数吨载荷增量。此外,该文分析了推力轴承刚度、推力作用位置及隔振器支撑位置等系统参数对载荷增量的影响,发现:当增加轴承轴向刚度、螺旋桨推力作用向筏架重心集中及隔振器分布于筏架艏部方向时更有利于轴承载荷增量的降低。
其他工程学科
高放废物地质处置切缝药包定向爆破技术研究
满轲, 刘晓丽, 王驹, 岳中文, 王锡勇, 许鹏
2019, 36(S1): 316-323,328. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S013
摘要:
基于切缝药包定向断裂技术,详细研究了切缝药包在巷道爆破中的爆发过程及其破坏原理;并结合高放废物地质处置爆破工程的特殊性(围岩损伤要求尽可能的小),论述了甘肃北山坑探设施BET项目,设计了切缝药包定向爆破的参数。并从理论上分析了高放废物地质处置工程定向断裂爆破岩石破坏的起裂及破坏判据,其采用动态力学参数(动抗压强度、动抗拉强度、动态弹性模量、动泊松比、动断裂韧性、动应力强度因子等)对该破坏判据进行了刻画。进一步的,在同一巷道掌子面情况下,于不同左、右帮部位置处,实施了切缝药包爆破试验,发现在采用切缝药包的右帮位置处,光面爆破效果良好,并且在切缝药包处的围岩损伤范围与爆破振动速度均较普通药包情况下的损伤范围小,验证了通过上述方法计算得到的爆破参数是合理的,切缝药包技术应用于高放废物地质处置工程是可取的。需指出的是,钻爆施工涵盖多种不同的爆破参数,影响因素众多,该文爆破试验获取的爆破数据仅仅是对切槽药包定向断裂爆破在高放废物地质处置工程的初步探索,该研究可对后续工程开挖提供相应的试验数据与理论支撑,其对于深部地下工程的爆破开挖有一定的理论指导意义。
周期格栅式表面波屏障的设计与性能研究
刘岩钊, 尹首浮, 于桂兰
2019, 36(S1): 324-328. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.04.S026
摘要:
该文基于周期结构带隙设计思想,针对在中远场情况下具有较强破坏性的Rayleigh表面波,尤其是20 Hz以下的低频波,设计了新型周期格栅式表面波屏障,并对其频散曲线和频率响应进行了数值模拟。探讨了波屏障结构参数对带隙的影响。研究结果表明:周期格栅式表面波屏障具有良好的隔震性能。
天然气泄漏爆炸冲击同沟并行邻管的模拟方法
徐涛龙, 梁博, 文霞, 姚安林, 李又绿, 蒋宏业
2019, 36(S1): 329-338. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.05.S061
摘要:
任意拉格朗日欧拉算法(arbitrary lagrange-euler algorithm,ALE)、爆腔理论(blasting cavity theory,BC)、光滑粒子流体动力学和有限元耦合法(smooth particle hydrodynamics-finite element method,SPH-FEM)均可模拟天然气管道泄漏后的爆炸冲击效应,三种方法各具特点。利用加拿大Suffield防务研究所的爆炸实验数据,发现ALE和SPH-FEM都能较好地描述爆轰波在土中的传播规律,且SPH-FEM能精确反映爆炸后土体压缩、开裂及地表变形等情况。针对同沟并行的埋地输气管道,设计了基于三种方法的管土爆炸模型,在同种工况下,三种方法得出的管道受力规律基本一致,然而,BC相比于SPH-FEM,土体鼓包变形量更大,结果更偏保守,且BC模型受爆腔半径的制约较大,即当半径大于当量炸药埋深时则无法建模,根据爆轰波作用下土体单元压力时程分析压力传播特征,最后,从管体迎爆面、管顶、管体背爆面及管底的受力变形情况,对爆炸冲击载荷下同沟并行邻管的动力响应进行分析。研究评估了已有爆炸模拟方法的优缺点,为开展并行输气管道极端灾害下的可靠性分析与风险防控提供技术参考。