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期刊信息

工程力学

Engineering Mechanics

(月刊,1984年创刊)

主管单位:中国科学技术协会

主办单位:中国力学学会

主  编:陆新征

编辑出版:《工程力学》杂志社

ISSN 1000-4750CN 11-2595/O3

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  《工程力学》由中国科学技术协会主管,中国力学学会主办。1984年创刊,月刊。主要报导力学在工程及结构中的应用,刊登力学在科研、设计、施工、教学和生产方面具有学术水平、创造性和实用价值的论文,包括力学在土木建筑、水工港工、公路铁路、桥梁隧道、航海造船、航空航天、矿山冶金、机械化工、国防军工、防灾减灾、能源环保等工程中的应用且具有一定学术水平的研究成果。 更多>>
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2021年第3期, 刊出日期:2021-02-03
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封面
2021-03期封面
2021, 38(3).  
[摘要](52) [PDF 1519KB](27)
摘要:
综述
基于有限元模型修正的土木结构损伤识别方法
翁顺, 朱宏平
2021, 38(3): 1-16.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.ST02
[摘要](142) [HTML全文](26) [PDF 1642KB](90)
摘要:
基于有限元模型修正的结构损伤识别方法计算过程直观、物理意义明确,能同步识别结构损伤位置和损伤程度,是结构损伤评估最直接的依据。该文介绍了基于有限元模型修正的损伤识别方法基本原理与过程,总结近三十年来有限元模型修正技术的发展。土木工程结构模型复杂性(包含大量单元、节点、待修正参数等)导致有限元模型修正过程效率低,详细介绍了基于子结构有限元模型修正的土木工程损伤识别方法在提高计算效率方面的优势。将两种有限元模型修正方法应用于一栋超高层建筑数值模型的损伤识别,说明两类方法在土木结构损伤识别中的特点。土木工程尺度大而结构损伤通常发生在局部区域,子结构方法将整体结构的分析转换为对若干独立子结构的分析,通过少数局部子结构的模型修正实现损伤识别,避免重复分析大尺寸整体结构,为大型结构基于有限元模型修正的损伤识别开辟高精度和高效率的途径。
基本方法
基于能量等效原理的金属材料硬度预测方法
张志杰, 郑鹏飞, 陈辉, 蔡力勋
2021, 38(3): 17-26.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0249
[摘要](85) [HTML全文](18) [PDF 2172KB](26)
摘要:
硬度是一种广泛应用于材料科学与工程实际中的力学性能参数。基于能量等效原理,对于均匀连续、各向同性、应力-应变关系符合Hollomon律的金属材料,提出了一种获取布氏、洛氏硬度的半解析预测模型,已知材料的Hollomon律参数即可预测其布氏、洛氏硬度。使用少量有限元计算确定出预测模型的待定参数,再进行更广泛的有限元计算验证预测模型,结果表明,模型预测效果良好。选取6种延性金属材料完成了布氏、洛氏硬度试验,采用该文方法预测的硬度值与试验结果吻合良好。
土木工程学科
基于无人机与计算机视觉的中国古建筑木结构裂缝监测系统设计
杨娜, 张翀, 李天昊
2021, 38(3): 27-39.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0263
[摘要](153) [HTML全文](19) [PDF 1426KB](48)
摘要:
中国古建筑木结构中裂缝繁多,裂缝成因与发展规律复杂,易引起木结构构件脆断,从而严重威胁中国古建筑木结构健康情况。该文基于无人机与计算机视觉技术设计了一套适用于中国古建筑木结构裂缝的监测系统,该监测系统包含无人机系统、相机系统和图像处理系统。在无人机系统中,该文设计了一款适合于中国古建筑木结构裂缝监测的无人机,并分析其悬停拍照的可行性。在相机系统中,进行了相机畸变矫正、像素解析度标定,并提出了一种改进的SIFT+RANSAC方法以提高裂缝图像拼接精度。在图像处理系统中,选择了适用于中国古建筑木结构裂缝图像的预处理方式,并将Hessian矩阵与自适应阈值分割法融合,有效地提取了中国古建筑木结构裂缝特征,进而通过计算机视觉测量方法准确识别构件和裂缝的尺寸。最后,基于中国古建筑木结构亭子模型验证了所提出中国古建筑木结构裂缝监测系统的可行性。
钢板-高延性混凝土组合低矮剪力墙抗震性能试验研究
邓明科, 刘俊超, 张阳玺, 刘海勃, 景武斌
2021, 38(3): 40-49.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0414
[摘要](131) [HTML全文](26) [PDF 1075KB](34)
摘要:
为提高低矮剪力墙的抗震性能,提出外包钢板-高延性混凝土(HDC)组合低矮剪力墙。设计了1片HDC低矮剪力墙、2片内置钢板-HDC组合低矮剪力墙和2片外包钢板-HDC组合低矮剪力墙,通过拟静力试验,研究了轴压比、配钢形式对试件破坏形态、滞回性能、承载能力、变形能力、耗能能力和刚度退化的影响。试验结果表明:HDC低矮剪力墙发生剪切破坏,内置钢板-HDC组合低矮剪力墙发生弯剪破坏,外包钢板-HDC组合低矮剪力墙发生弯曲破坏;与HDC低矮剪力墙相比,钢板-HDC组合低矮剪力墙的变形能力和承载力明显提高;钢板-HDC组合低矮剪力墙的峰值荷载和刚度受轴压比的影响较小;轴压比从0.5变到0.7时,内置钢板-HDC组合低矮剪力墙的变形能力降低,外包钢板-HDC组合低矮剪力墙的变形能力没有降低;提出钢板-HDC组合低矮剪力墙受弯承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。
剪跨比对CFRP加固无腹筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响研究
金浏, 夏海, 蒋轩昂, 杜修力
2021, 38(3): 50-59, 85.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0028
[摘要](62) [HTML全文](24) [PDF 1507KB](22)
摘要:
剪跨比对FRP抗剪加固梁的裂缝开展和破坏模式有重要影响,但对FRP加固梁抗剪强度及尺寸效应的影响研究较少。采用三维细观数值模拟方法,考虑混凝土细观组成的非均质性及碳纤维布(CFRP)与混凝土之间的相互作用,建立了CFRP加固无腹筋钢筋混凝土梁剪切破坏力学分析模型。在验证细观模拟方法合理性的基础上,拓展模拟与分析了剪跨比对CFRP加固钢筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响机制与规律。研究结果表明:剪跨比对CFRP抗剪加固梁剪切破坏模式影响较大,剪跨比越大,加固梁愈趋近于延性较好的斜拉破坏;剪跨比对CFRP加固梁抗剪承载力有较大影响,对抗剪强度尺寸效应影响较小;剪跨比对加固梁中的CFRP剪切贡献影响较大,剪跨比越大,CFRP对加固梁的抗剪效果越好,其中对中型剪跨比(λ=2.5)的梁加固效果最有效。
唐代殿堂型木构架摇摆柱力学模型研究
王娟, 崔志涵, 张熙铭
2021, 38(3): 60-72.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0255
[摘要](100) [HTML全文](25) [PDF 2739KB](32)
摘要:
以山西佛光寺东大殿为代表的唐代殿堂型木结构建筑年代久远,具有极其重要的历史文化价值。已有研究表明柱架层、铺作层和屋架层的水平分层结构使其具有良好的抗震性能,其中柱摇摆在抗震中发挥了重要作用。以唐代殿堂型木构架中的木柱为研究对象,对其在水平荷载作用下的抗侧机理进行了详细分析:考虑摇摆过程中柱头和柱脚受压面应力状态变化及受压区木材的弹塑性变形,将柱摇摆过程划分为六个子状态,分别建立了各子状态的几何方程、平衡方程和接触面应力分布关系;对柱头、柱脚受压面形状变化以及柱头栌斗压力合力作用点和柱脚础石支反力合力作用点的平移过程进行详细分析;建立了摇摆柱抗侧力-柱头水平位移力学模型,并通过与数值计算结果及已有理论模型的对比验证了所提模型的有效性。此外,还对比分析了唐、宋两个历史时期殿堂型木构架因柱架层构造不同而产生的抗侧性能差异。研究成果可为早期古建木构抗震性能及加固研究提供理论基础。
方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能分析
王文达, 陈润亭
2021, 38(3): 73-85.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0259
[摘要](111) [HTML全文](15) [PDF 1551KB](17)
摘要:
为研究方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能,该文建立了有限元数值模型,并用其他研究者完成的试验数据对模型进行了验证。在此基础上分别建立了震损后组合梁节点在三种受火工况下耐火极限计算模型,分析了组合梁节点柱防火保护层在滞回加载中的脱落位置及脱落程度和三种受火工况对节点耐火极限、破坏模态的影响。结果表明:经历柱端往复荷载作用的节点随着损伤程度的不断加重,钢管应力值及变形程度明显增大;当节点在楼板以下区域受火时,随着受火时间的增长,栓钉由底部至顶部的温度梯度较明显,楼板混凝土由于栓钉的影响,温度场分布呈现波浪形;不同损伤程度及不同受火工况对节点破坏模态均影响显著,但有无考虑防火保护层脱落的节点在三种受火工况下的破坏模态均没有较大差别;在楼板以下区域受火及楼板以上区域受火两种工况下,防火层脱落对重度损伤节点的耐火极限影响显著。在楼板上下区域均受火的工况下,防火层脱落对节点的耐火极限没有显著影响。
核电工程双钢板组合墙-筏板基础插筋式锚固节点拉拔性能试验研究
孙运轮, 孔思宇, 陈岩, 樊健生, 丁然
2021, 38(3): 86-97, 147.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0261
[摘要](47) [HTML全文](10) [PDF 1471KB](17)
摘要:
双钢板混凝土组合结构结合了钢与混凝土两种材料的优势、力学性能以及耐久性优越,且施工快速便捷,正越来越广泛地应用于核电工程中。双钢板混凝土组合墙与钢筋混凝土筏板基础的锚固节点是其优越性能充分发挥的关键之一。插筋式节点相较于传统嵌入式节点和埋件式节点可以显著提高施工效率,从而得到更多青睐,但是目前关于该类节点锚固性能的研究较少。该文设计了4个1∶2缩尺的双钢板混凝土组合墙-钢筋混凝土基础插筋锚固节点,对其进行静力单调拉伸试验。通过对试件承载力、刚度、裂缝形态、钢筋及钢板应变等开展分析,探究了搭接钢筋布置方式以及对拉钢筋配置对于节点锚固性能的影响规律,并针对可能的破坏模式提出了相应的设计方法。试验结果表明:该类节点可以实现等强连接,且延性较好;对拉钢筋对控制裂缝发展,提高节点整体性具有重要作用,且沿长度方向对拉钢筋应变呈非线性分布;随着搭接钢筋与钢板距离的增大,钢筋与钢板间的不平衡力矩增加,导致对拉钢筋应变增大,但搭接钢筋的滑移有所降低。该文研究结果为插筋式节点的锚固设计提供了重要依据。
型钢高延性水泥基材料粘结性能试验研究与有限元分析
白亮, 张淼, 杨磊, 胡帅, 包正福
2021, 38(3): 98-111.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0265
[摘要](114) [HTML全文](17) [PDF 13036KB](49)
摘要:
为了研究型钢与高延性水泥基材料(ECC)界面粘结滑移性能,对型钢ECC试件进行推出试验,分析PVA纤维掺量、横向箍筋配箍率、ECC保护层厚度及型钢锚固长度对型钢ECC试件破坏形态、荷载-滑移曲线及粘结应力的影响,提出粘结应力沿型钢锚固长度分布规律,研究表明:PVA纤维掺量和ECC保护层厚度对型钢ECC粘结应力影响较大,粘结应力最大值出现在靠近加载端的位置,随着荷载增大,等效粘结应力也相应增大。根据试验结果,建立不同状态下型钢ECC粘结应力计算表达式,提出粘结应力-滑移本构关系。在此基础上,利用非线性弹簧考虑型钢与ECC界面间的粘结性能,建立型钢ECC推出试件的有限元模型,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,结果表明,该文提出的有限元模拟方法能够准确地分析型钢ECC的粘结滑移性能。
夹心保温墙体GFRP连接件轴向性能研究
何之舟, 潘鹏, 王海深
2021, 38(3): 112-121.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0279
[摘要](59) [HTML全文](20) [PDF 1408KB](16)
摘要:
夹心保温墙体是一种兼具承重、围护、保温功能的预制构件。墙体包括内外叶钢筋混凝土板和中间保温层。连接件垂直穿过保温层,将外叶板的荷载传递至内叶板,其力学性能对保证墙体安全性至关重要。传统连接件在保温层超厚条件下存在刚度不足,承载力受施工质量影响大等问题。为此,设计了新型GFRP工字型连接件,提出端部插入锚固钢筋的新型锚固形式,并进行了试验研究和有限元分析。试验研究表明:连接件拉拔和受压破坏模式为混凝土冲切劈裂锚固破坏,其承载力分别为25.6 kN和36.8 kN。有限元分析得到了连接件端部混凝土受力状态和破坏模式,发现锚固钢筋对混凝土破坏模式起重要作用。基于试验和有限元分析结果,提出冲切破坏面确定方法和承载力计算公式,为连接件设计提供参考。
结构胶侧扭约束玻璃柱轴压承载力设计方法研究
黄小坤, 段树坤, 刘强, 崔明哲, 聂建国
2021, 38(3): 122-131.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0280
[摘要](66) [HTML全文](23) [PDF 1278KB](7)
摘要:
玻璃柱在工程应用中的一种形式是采用结构胶将其与玻璃面板连接,结构胶对玻璃柱的约束效应能改善玻璃柱稳定性。考虑结构胶对玻璃柱的侧向弹簧约束及扭转弹簧约束作用,基于平衡方程推导了结构胶约束玻璃柱的轴压临界荷载公式,讨论了结构胶弹性模量及玻璃柱的柱高、截面高度、截面厚度对临界荷载的影响,发现结构胶弹性模量、玻璃截面厚度影响最为显著。基于等效刚度法将临界荷载公式推广至夹层玻璃柱。针对工程实践中常用的硅酮结构胶,提出了结构胶约束玻璃柱在轴压荷载作用下考虑玻璃开裂及结构胶破坏的承载力设计准则,并通过有限元模型计算验证了理论研究的合理性。
边坡渐进破坏多参量评价指标
卢应发, 张凌晨, 张玉芳, 李健, 刘珉玮, 朱蕾
2021, 38(3): 132-147.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0286
[摘要](46) [HTML全文](15) [PDF 3216KB](17)
摘要:
传统的强度折减法就是以强度折减表征岩土体破坏后区的软化力学行为,该折减系数实质为描述边坡的整体稳定系数,但物理意义不明显。边坡稳定性是一个与众多因素相关的复杂科学课题,当边坡局部处于破坏后区应力状态时,其整体并不一定发生破坏,这种由破坏区和非破坏区组成的整体实质为非稳定力学系统,难以用连续介质力学的方法获得真实解。该研究提出了描述边坡点、面(滑面)和体(滑体)的多参量稳定性评价指标;定义了点破坏、面破坏(破坏面积比、破坏应力率、破坏应变率、摩擦力变化系数、正压力变化系数、下滑力变化系数、滑面位移变化系数等)和体破坏(富余摩阻力稳定系数、主推力稳定系数、富余摩阻力稳定系数、综合位移稳定系数、富余位移稳定系数等)边坡多参量稳定性评价指标,用来对边坡点破坏、滑面扩展、连通等实施全方位演化过程描述。并充分利用部分强度折减法、理想弹塑性模型、全过程本构模型等揭示滑坡点、面和体多参量随位移和力的变化规律;以传统和推广的不平衡推力条分法为例,利用多参量描述边坡的渐进破坏过程,揭示了在边坡临界状态一步一步移动过程中点、面及体的全过程多参量稳定性演化特征。大冶市桃花山边坡计算结果表明:多参量稳定性评价指标可以较好地描述桃花山边坡各特征量的演化规律,且基于理想弹塑性模型的部分强度折减条分法点、面描述参量(破坏率、破坏比等)的值小于全过程剪应力-应变本构模型的值,边坡整体稳定系数(主推力法、综合位移法和富余位移法)描述指标大于全过程剪应力-应变本构模型,但富余摩阻力法稳定系数则相反等。该研究重点是建立了边坡多参量稳定性评价指标,并使传统的稳定系数可以和该文建议的方法加以比较,为边坡监测预警提供了理论支撑。
基于NSGA-II的城市桥梁系统震后可恢复性分析与优化
寇峥, 李宁
2021, 38(3): 148-158, 180.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0290
[摘要](199) [HTML全文](28) [PDF 1638KB](42)
摘要:
城市桥梁是经济和社会发展的重要基础设施,特别是重要桥梁以及由其构成的网络在灾难发生后如何快速恢复,对社会安定和地区发展十分重要。近年来抗震韧性倍受关注,如何考虑结构可恢复性并将韧性纳入桥梁系统抗震性能综合评估和优化,还存在很多问题尚待研究。该文定量分析桥梁震后恢复过程、剩余功能和修复时间与韧性指标间的联系,建立城市桥梁系统性能评估方法。由桥梁不同损伤状态计算不同恢复过程的剩余功能、修复时间、可恢复性和震后经济损失;对震后恢复过程的功能函数模型给出建议,量化不同震后恢复策略的影响;将韧性纳入城市桥梁系统抗震性能框架中,提出城市桥梁系统震后可恢复性评估框架,对风险高低不同采用不同的修复过程;对震后经济损失、可恢复性和震前修/改造成本采用多目标优化算法NSGA-II求解震前提升韧性优化策略,用于抗震加固措施的选取。通过案例给出了方法流程,也为城市桥梁系统地震韧性提升提供了新思路。
基于PCA及PSO智能算法的地震动合成方法—以中国西部中强地震为例
胡进军, 张辉, 靳超越, 王中伟, 胡磊
2021, 38(3): 159-168.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0293
[摘要](50) [HTML全文](24) [PDF 10846KB](20)
摘要:
地震动数值模拟方法可为地震危险性评估和结构抗震设计和评估提供地震输入,但是由于地震动模拟参数的不确定性以及模拟技术的局限性,模拟的地震动与目标地区的实际地震动特征可能存在较大差异。随着区域强震观测数据的增多,应考虑将目标区域的实测地震动特征融合到模拟的地震动中,以体现该区域地震动的特征。但是目前尚无成熟、合理的基于目标地区实际地震动合成设计地震动的方法。为了解决此问题,该文采用机器学习中的智能算法结合区域实际观测记录合成地震动时程。基于主成分分析算法从庞大的目标区域地震动数据库中提取表征本区域地震动特征的母波,采用合理的地震动模型构建区域地震动目标谱,再应用粒子群算法快速求解地震动的母波组合系数,使加权得到的反应谱与目标谱匹配,最终使得合成的地震动既满足目标谱的频谱特征、又符合本地实际地震动的时频特征。基于该文提出的方法,以中国西部地区的强震数据为基础,验证了方法的可行性和有效性,为考虑区域差异特征的地震动合成提供了新的思路和方法。
冲击荷载下免蒸养活性粉末混凝土分形特征研究
谢磊, 李庆华, 徐世烺
2021, 38(3): 169-180.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0298
[摘要](66) [HTML全文](15) [PDF 1421KB](41)
摘要:
应用ϕ80 mm分离式霍普金森压杆系统(SHPB)得到了免蒸养活性粉末混凝土(RPC)在6组冲击气压(0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa、1.0 MPa、1.1 MPa)下的峰值强度和吸能值,通过筛分试验统计了相应应变率范围(约90 \begin{document}${{\rm{s}}^{ - 1}}$\end{document}~290 \begin{document}${{\rm{s}}^{ - 1}}$\end{document})内破碎产物中不同粒径颗粒的质量分布特征;采用分形维数对试件的破碎程度进行表征,探究了峰值强度和吸能值随分形维数的变化规律,并与其他水泥基材料进行了对比。结果表明:免蒸养RPC破碎产物的平均粒径随应变率增加而线性递减,随着冲击气压的增加,粗颗粒碎片逐渐转化为细颗粒碎片,中等颗粒碎片的质量没有显著变化;分形维数与冲击速度和应变率间存在指数性关系,峰值应力与吸能值随分形维数的增大而增长,通过对比发现免蒸养RPC的抗破碎能力优于普通混凝土和钢纤维混凝土。通过定量分析破碎分形特征与力学性能之间的关系可以对材料进行更全面的评估。
考虑基础结构损伤的无砟轨道-车辆耦合动力模型及其求解
舒瑶, 蒋忠城, 张俊, 张波, 刘国云, 杨新文
2021, 38(3): 181-191, 213.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0305
[摘要](84) [HTML全文](14) [PDF 1468KB](28)
摘要:
为了探究无砟轨道结构损伤与车轨动态相互作用的相互影响机制,基于经典的车辆-轨道耦合动力学理论,利用混凝土弹性损伤本构考虑无砟轨道结构的损伤效应,将车辆简化为多刚体系统,并假定随机性的轨面不平顺以单节车长为周期重现,利用Hertz非线性接触实现车辆系统与含损伤无砟轨道系统的垂向传力耦合,从而建立考虑轨道结构损伤效应的无砟轨道-车辆垂向耦合周期性动力模型;为了加速该同时包含材料非线性和接触非线性的动力模型求解的收敛速度,采用隐式动力预测-校正算法和轨道-车辆系统交叉迭代的求解策略,实现了含损伤无砟轨道-车辆垂向耦合动力模型的隐式快速求解。
某大跨度公铁两用桁架斜拉桥车桥系统三分力系数风洞试验研究
郭薇薇, 蔡保硕, 娄亚烽, 张慧彬
2021, 38(3): 192-201.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0306
[摘要](186) [HTML全文](28) [PDF 1416KB](23)
摘要:
为研究复杂交通状态下车桥系统的气动特性,对某大跨度公铁两用桁架斜拉桥进行了节段模型风洞试验。测试了不同风攻角下单列车、两列车、三列车通过时车桥系统的三分力。研究了线路位置、桥塔、公路车流、双车及三车交会对车辆和桁梁三分力系数的影响。结果表明:当单列车从迎风侧线路向背风侧线路移动时,车辆和桁梁的阻力系数逐渐减小,但车辆的升力系数及桁梁的力矩系数在背风侧轨道达到最大;当列车通过桥塔,受遮挡车辆的平均表面风压会显著减小,当其位于迎风侧轨道时影响最明显,但在靠近桥塔边缘处的表面风压波动较为剧烈;双车交会时,车辆的阻力和升力系数随交会间距的增大而增大;三车交会时,位于迎风侧列车后方的车辆阻力和升力系数显著下降,中间车的升力系数最小且阻力系数为负数;随着桥上列车数量的增加,桁梁的阻力和升力系数逐渐增大,而力矩系数基本保持不变。
不同强度混凝土高温下动态劈拉性能研究
孟龙, 黄瑞源, 蒋东, 肖凯涛, 李平
2021, 38(3): 202-213.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0310
[摘要](62) [HTML全文](23) [PDF 1753KB](12)
摘要:
采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)装置和加温装置,在不同温度(20 ℃、200 ℃和400 ℃)下对3种不同强度(C20、C45和C70)混凝土材料开展不同应力率的动态劈裂拉伸实验,得到了温度和应力率耦合作用下混凝土材料的动态劈裂强度及相应的破坏形态。实验结果表明,混凝土材料的动态劈裂强度随应力率的增加而增加,且应力率相近时,其动态劈裂强度随温度的增加而明显降低。在此基础上给出了描述混凝土材料在不同温度下的动态劈裂强度与应力率关系的表达式,并确定了相关材料参数。通过对不同应力率和温度耦合作用下混凝土材料的动态劈裂强度进行横向对比,发现混凝土材料动态劈裂强度的温度敏感性随应力率的增加逐渐减小,并且随着混凝土材料强度的增加其温度敏感性也逐渐变小,但是其动态劈裂强度的应力率敏感性却随着温度的升高逐渐增大。
对角槽钢加劲钢板剪力墙抗震性能试验研究
牟在根, 杨雨青
2021, 38(3): 214-227, 238.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0312
[摘要](42) [HTML全文](11) [PDF 2792KB](18)
摘要:
为研究大跨高比的对角槽钢加劲钢板墙结构,该文对3个1/3缩尺的钢板剪力墙试件进行了拟静力试验研究,包括一个拼接式钢板剪力墙和2个拼接式-对角槽钢加劲钢板剪力墙。试验结果表明钢板剪力墙有良好的耗能能力,对角加劲钢板墙滞回曲线饱满呈梭形。槽钢的两个翼缘与钢板连接,形成具有更大抗扭刚度闭口截面,在加载过程中避免了加劲肋的扭转而导致加劲效果降低。对角布置的槽钢加劲肋具有较大的抗弯刚度,在弹性阶段提高钢板的弹性屈曲荷载,限制钢板平面外变形;在弹塑性阶段能起到增大拉力带的作用,提高结构承载力。推导了框架柱的剪力、轴力和弯矩计算公式,结果表明对角槽钢加劲形式对边缘构件的附加轴力和剪力作用较大,因此在设计时应考虑加劲肋的支撑作用。
考虑材料非线性的RC双曲冷却塔风致破坏过程
张军锋, 裴昊, 朱冰, 刘庆帅
2021, 38(3): 228-238.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0324
[摘要](32) [HTML全文](9) [PDF 1684KB](14)
摘要:
为明确RC双曲冷却塔的极限静风荷载及其风致破坏过程,以一座大型冷却塔为例,采用ABAQUS中分层壳单元模拟塔筒的混凝土和双向钢筋网,在线性计算和非线性计算验证的基础上,采用弥撒开裂模型和双线性模型模拟混凝土和钢筋的非线性受力特征,分析了自重+风荷载(工况Ⅰ)和自重+冬温+风荷载(工况Ⅱ)两种工况下的静风破坏过程,并结合荷载位移曲线、内力、应变和应力的发展和分布探究了其破坏机理。结果表明:对于工况Ⅰ,风荷载系数为λ=1.384时,首先在迎风子午线相对高度hs/Hs=0.37位置因子午向受拉出现环向裂缝且为贯通裂缝,之后整个迎风区的环向裂缝不断增加并沿环向扩展,迎风区内表面和侧风区外表面也因环向弯矩而出现子午向裂缝,开裂位置的钢筋应力迅速增加,荷载-位移曲线也由线性进入非线性并且迎风区和侧风区位移迅速增加,迎风区和侧风区内力也表现出明显的重分布特征,最后因混凝土持续开裂和喉部区域双向钢筋屈服而破坏,极限风荷载系数为λ=2.007;对于工况Ⅱ,温度效应的计入使λ=1.0时即在侧风区上部首先出现子午向裂缝,子午向裂缝开展也较工况Ⅰ略严重,但因温度的弯矩效应有限,其荷载位移曲线和工况Ⅰ基本一致,且仍以迎风区环向开裂最为显著,结构破坏依然由风荷载控制,最终的极限荷载荷载系数为λ=1.842。
机械工程学科
基于修正GTN模型的不锈钢管剪切过程韧性断裂准则研究
董建鹏, 王时龙, 周杰, 杨波, 马驰
2021, 38(3): 239-247.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0303
[摘要](54) [HTML全文](10) [PDF 1585KB](8)
摘要:
为了改善修正Gurson-Tvergaard-Needleman模型(修正GTN模型)无法准确模拟不锈钢管剪切过程的缺陷,该文在原模型基础上,构造了一个与位移相关的损伤函数作为新的断裂准则。同时,在ABAQUS中采用隐式向后Euler应力更新算法编制了改进后模型的VUMAT用户子程序,实现了其数值求解。最后进行了SUS304不锈钢管剪切试验,通过分析对比试验数据与改进后模型的模拟结果,验证了该文所提出的方法的准确性。
其他工程学科
齿轨铁路轨道-简支梁桥相互作用及轨缝合理位置研究
张乾, 蔡小培, 蔡向辉, 张岷
2021, 38(3): 248-256.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0269
[摘要](96) [HTML全文](17) [PDF 3150KB](15)
摘要:
齿轨铁路与桥梁的梁轨相互作用对行车安全和结构稳定均有重要影响。基于有限元理论,建立了齿轨(钢轨)-轨枕-桥梁-墩台空间耦合计算模型,分析了典型荷载作用下齿轨铁路轨道-简支梁桥相互作用。结果表明:简支梁桥上齿轨铁路梁轨相互作用强于常规桥上无缝线路,在列车纵向荷载作用下的钢轨纵向力、梁轨相对位移、墩顶纵向力、墩顶纵向位移等指标比常规桥上无缝线路大40%以上,建议增强轨道基础与梁体的约束作用,增大轨道结构纵向阻力,防止在列车纵向荷载作用下的轨道爬行。齿轨最大等效应力小于其容许应力,齿轨强度不是结构设计的控制指标。建议齿轨轨缝与梁缝错开布置,可有效避免齿轨轨缝变化过大。