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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》编辑部

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>>
优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
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基于等效能量原理的延性材料J (δ)阻力曲线测试新方法研究
彭云强, 蔡力勋, 韦利明
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0706
[摘要](2) [HTML全文](1)
摘要:
基于等效能量原理获取的I型裂纹试样弹塑性载荷~位移关系和J积分~载荷关系半解析统一表达式,借助半解析法实现了对多种裂纹试样J阻力曲线的有效测试;采用该方法,还可很容易实现C型外缺口压缩(C-shaped outside edge-notched compression,COEC)小试样的高温J阻力曲线测试。此外,借助半解析公式确定的锐裂纹试样的实时裂纹扩展长度,亦可实现延性材料的裂尖张开位移(Crack tip opening displacement,CTOD,δ)阻力曲线测试。
基于Green函数法的Timoshenko曲梁强迫振动分析
赵翔, 周扬, 邵永波, 刘波, 周仁
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0708
[摘要](2) [HTML全文](1)
摘要:
本文运用Green函数法求解了Timoshenko曲梁在强迫振动下的解析解,通过分析曲梁截面的力学平衡,建立了Timoshenko曲梁的振动方程。依次采用分离变量法和Laplace变换法,对不同边界的Timoshenko曲梁求解出了相应的Green函数。并且通过引入两个特征参数来考虑阻尼对强迫振动的影响。数值计算中,验证了该解析解的有效性,并对其中涉及的各种重要物理参数的影响进行了研究。研究结果表明:通过将半径R设置为无穷大,可以简化为Timoshenko直梁振动模型,在此基础上,将剪切修正因子κ设置为无穷大,可以退化为Prescott直梁振动模型,最后再把转动惯量γ设置为0,可退化为Euler-Bernoulli直梁振动模型。文中给出的数值结果验证了所得解的有效性。
部分预制装配型钢混凝土短柱抗震性能试验研究
杨勇, 张树琛, 薛亦聪, 于云龙
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0702
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
为了充分发挥预制装配结构在施工性能及型钢混凝土结构在抗震性能方面的优势,提出了部分预制装配型钢混凝土柱(PPSRC柱)及预制装配型钢混凝土空心柱(HPSRC柱)。PPSRC柱由高性能混凝土预制部分与普通强度混凝土现浇部分组成;为进一步减轻柱自重,HPSRC柱保持柱横截面空心。结合2个系列10个试件的拟静力试验,对PPSRC短柱与HPSRC短柱的抗震性能进行了研究。通过对试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、变形及耗能能力的研究,对柱截面形式、现浇混凝土强度、轴压力、配筋率及配箍率对PPSRC短柱和HPSRC短柱滞回性能的影响进行了分析。研究结果表明:配筋率较低的PPSRC短柱与HPSRC短柱的最终破坏形态为弯剪破坏,其余配筋率较高的试件均发生剪切破坏;所提出的预制高性能混凝土外壳、型钢及现浇混凝土能较好地协同工作,试件柱身未发现明显的纵向黏结裂缝;由于柱芯混凝土的存在,PPSRC短柱比HPSRC短柱表现出更好的耗能及变形能力;轴压力较低、配箍率较大、现浇混凝土强度较高的试件表现出更好的耗能及变形能力。基于试验结果和现行规范,提出了PPSRC短柱与HPSRC短柱的受剪承载力计算式,其计算值与试验值吻合较好。
HDC与RPC加固RC柱轴心受压性能试验研究
邓明科, 李睿喆, 张阳玺
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0045
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
为研究高延性混凝土(HDC)和活性粉末混凝土(RPC)围套加固钢筋混凝土(RC)柱的轴心抗压性能,设计制作了8个RC方柱,其中4个采用HDC加固、3个采用RPC加固、1个未加固作为对比试件,通过轴心受压试验,研究了加固层材料、加固层受压方式和加固层是否配置钢筋网对试验结果的影响,分析了各试件的破坏形态、荷载-位移曲线和应变发展规律。试验结果表明:加固柱的破坏形态得到改善;配置钢筋网的加固层整体性较强;加固层与混凝土界面具有可靠的粘结强度,两者变形协调;加固试件的承载力和变形能力均有所提高;加固层直接受压的加固试件承载力提高幅度较大。通过分析加固层的工作机理,考虑了加固层应力滞后的影响,给出加固试件的受压承载力计算公式,其计算结果与试验结果较为吻合。
装配式自复位钢框架-开缝钢板剪力墙结构试验研究
张艳霞, 庞占洋, 武丙龙, 王彦
当前状态:
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
本文提出了一种新型带有开缝钢板剪力墙的装配式自复位钢框架结构,设计并完成该结构在低周往复荷载作用下的拟静力试验,研究其刚度、耗能性能、破坏模式以及复位能力。结果表明:该结构具有良好的开口闭合机制,震后自复位并通过更换钢板墙快速恢复主体结构功能。结构初始刚度高,耗能能力优。在水平荷载作用下,钢板剪力墙进入屈曲耗能,有效地保护框架主体结构。在达到规范规定弹塑性层间位移角限值1/50时试验结束,自复位钢框架基本处于弹性状态,残余开口较小,且试验过程中最大索力远小于屈服索力,为该结构能够承受更大的地震作用提供良好基础。
横风下移动列车非定常气动力计算
姚志勇, 张楠, 程泽农
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0730
[摘要](2) [HTML全文](1)
摘要:
为研究横风对移动列车非定常气动力的影响,本文首先介绍了两种获得移动列车脉动风速时程的模拟方法;然后基于准定常理论和气动权函数方法,推导了能同时考虑三个方向的湍流脉动和不同横风风向角效应的移动列车非定常气动力计算公式;最后通过数值算例,研究了不同参数对计算结果的影响。研究结果表明:通过气动权函数方法得到的非定常气动力会出现滤波和时间滞后效应;当考虑更多方向的湍流分量时,会获得更大的力脉动;横风风向角和侧向湍流分量会分别影响非定常力的均值和变异系数。
轴向往复运动抽油杆柱在弯曲井眼内横向振动的仿真模型
王宏博, 董世民
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0731
[摘要](2) [HTML全文](1)
摘要:
抽油杆柱横向振动的研究是分析油井杆管偏磨现象的基础。本文将定向井抽油杆柱在弯曲井眼内的横向振动问题简化为具有初弯曲的纵横弯曲梁在油管约束下的横向振动问题。除考虑交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励外,首次提出弯曲井眼也是轴向往复运动抽油杆柱横向振动的主要激励。综合考虑弯曲井眼对轴向往复运动抽油杆柱横向振动的激励,以及交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,应用弹性碰撞理论描述油管对抽油杆柱横向振动的约束,基于弹性体振动理论建立了具有初弯曲的抽油杆柱在弯曲井眼内的横向振动仿真模型。采用有限差分法与Newmark法实现了对定向井抽油杆柱横向振动的仿真计算。仿真结果表明:(1)仿真结果与现场实际偏磨情况相符,说明在分析抽油杆柱横向振动时,轴向运动导致的弯曲井眼激励是一项不可忽略的因素。(2)算例油井中,杆管偏磨的危险点主要出现在油井的造斜段与抽油杆柱的受压段。本文所建立定向井抽油杆柱横向振动仿真模型可用于指导抽油杆扶正器的优化配置。
风-波浪荷载对海上风机地震响应的影响
席仁强, 许成顺, 杜修力, 许坤
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0715
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
建立广义单自由度模型,考虑运行、停机两种工作状态,揭示风-波浪荷载影响海上风机地震响应的机理。针对NREL 5MW单桩式海上风机,通过风-波浪统计关系确定波浪谱参数,采用FAST软件分析结构地震响应,验证初步分析结果的正确性,并探讨风-波浪影响海上风机地震响应的规律。结果表明:风-波浪作用的气动阻尼和动荷载效应使其显著影响海上风机地震响应;对于运行状态的海上风机,轮毂高度处平均风速等于额定风速时,支撑结构最危险;强震作用下,风-波浪作用减小泥面内力和塔顶位移幅值;弱震作用下,风-波浪荷载增大泥面内力和塔顶位移幅值。
高延性混凝土加固钢筋混凝土梁抗震性能试验研究
邓明科, 郭莉英, 李睿喆, 陈佳莉
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0237
[摘要](2) [HTML全文](2)
摘要:
为研究高延性混凝土(HDC)加固钢筋混凝土(RC)梁的抗震性能,设计了8个RC梁试件,采用HDC和碳纤维布(CFRP)条带加固,通过低周反复荷载试验,研究剪跨比、加固方式对其破坏形态、变形和耗能能力等的影响。试验结果表明:采用HDC围套加固RC梁,HDC面层良好的拉伸应变硬化和多裂缝开展特性能有效控制剪切裂缝发展,明显改善构件的脆性破坏特征;HDC加固层与原构件协同工作良好,加固层对内部混凝土形成良好的约束作用,HDC加固梁的承载力、变形和耗能能力明显提高,其加固效果明显优于CFRP条带加固;剪跨比较大时,在HDC加固层配置钢筋网,试件的变形和耗能能力明显提高,但对承载力贡献较小。最后基于桁架-拱模型理论,提出HDC加固梁的抗剪承载力计算方法,计算结果与试验值吻合较好。
平面曲梁面外自由振动有限元分析的p型超收敛算法
叶康生, 梁童
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0694
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
本文用p型超收敛算法对平面曲梁面外自由振动问题进行求解。该法基于频率和振型结点位移在有限元解答中的超收敛特性,在单元上建立振型近似满足的线性常微分方程边值问题,用更高次元对该线性边值问题进行有限元求解获得各单元上振型的超收敛解,将振型的超收敛解代入Rayleigh商,得到频率的超收敛解。该法作为后处理法,修复计算分别在各个单元上单独进行,故通过少量计算即能显著提高频率和振型的精度和收敛阶。数值算例显示,该法稳定、高效,值得进一步研究和推广。
钢支撑动力屈曲致扭机理及BRB减扭机理的研究
高向宇, 李杨龙, 李建勤, 徐吉民
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0748
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
研究了钢支撑混凝土框架结构侧移和扭转地震响应的特点,揭示了在反复加载过程中钢支撑动力屈曲会对抵抗扭矩产生影响,使结构塑性铰状态发生非均衡性变化从而导致非弹性扭转的过程。运用达朗贝尔原理研究了钢支撑屈曲使结构产生惯性力、惯性扭矩并出现非弹性扭转突增的致灾机理,并通过振动台试验、有限元非线性分析对类似性能加以验证。对比研究了防屈曲支撑对结构的抗扭效果,以及阻断结构发生非弹性扭转突增的工作机理。最后针对设计上将普通钢支撑作为中心支撑混凝土框架结构第一道抗震防线的保障条件、设置防屈曲支撑减控非弹性扭转的技术保障措施等提出了建议。
相依失效生命线工程系统抗震可靠度估计的统一RDA算法
顾倩, 夏恒, 何军
当前状态:
[摘要](3) [HTML全文](1)
摘要:
在网络连通可靠度分析的递推分解算法(Recursive Decomposition Algorithm,简称RDA)的基础上,先整合原RDA算法中分别用于不同网络赋权形式的三部分程序,发展出统一RDA算法。然后,应用顺序复合法(Sequential Compounding Method,简称SCM)和Gumbel Copula函数分别计算RDA算法中不交最小路和不交最小割事件的联合失效概率,解决元件相依失效生命线工程系统的抗震可靠度估计问题,最终发展出相依失效生命线工程系统抗震可靠度估计的统一RDA算法。36节点格栅型网络可靠度案例计算结果表明,此方法可以用于相依失效网络系统的动力抗震可靠度估计,计算精度较高。
基于截面应力法的钢-UHPC组合板初裂荷载计算方法研究
卜一之, 刘欣益, 张清华
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0738
[摘要](2) [HTML全文](1)
摘要:
负弯矩作用下钢-超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)组合板结构层的局部受拉开裂问题,是该类新型组合桥面板结构体系应用和发展的基础性研究课题。基于平截面假定和双折线UHPC拉伸本构模型,提出了能够描述UHPC结构层实际应力分布的截面应力法,用于计算这种新型结构在纯弯曲作用下的开裂荷载。通过2组4个模型试验并结合相关文献试验结果对所提出的计算方法进行了验证,研究结果表明:利用截面应力法能够较为准确的描述钢-UHPC组合板在纯弯曲作用下的开裂行为,计算给出的开裂荷载与实测值比值平均为0.95;UHPC的开裂强度仅取决于其自身材料特性,钢-UHPC组合板开裂荷载的提高不会影响UHPC层的开裂强度;UHPC层在可视裂缝出现时的应变硬化高度是组合效应及配筋对其约束的直观体现;减小纵筋保护层厚度或提高配筋率能够提高UHPC应变硬化区域高度,提高钢-UHPC组合板抗弯性能。
P波斜入射下非基岩场地中核岛结构地震响应规律研究
赵密, 王鑫, 钟紫蓝, 杜修力
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0744
[摘要](2) [HTML全文](1)
摘要:
随着我国核电产业飞速发展,厂址的选择将会不可避免地遇到非基岩场地。本文针对地震动斜入射下非基岩场地中核电结构抗震问题,建立了包括CAP1400核岛结构和岩土场地的土-结构系统三维有限元模型,基于黏弹性人工边界和斜入射地震动输入方法,研究了P波斜入射角度和非基岩分层场地对核岛结构地震响应的影响规律。研究表明:非基岩场地将增大核岛结构加速度响应和楼层反应谱,多数条件下也将增大楼层相对位移;P波入射角度增大,核岛结构竖向响应减小、水平响应增大,楼层反应谱的频谱特性发生改变。
外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱耐火性能研究
李佳奇, 王蕊, 赵晖, 王会文
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0679
[摘要](2) [HTML全文](1)
摘要:
为研究外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能,本文采用ABAQUS对该类组合构件的耐火极限进行了有限元分析。首先,对比分析了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱与普通外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱受火机理的不同。其次,研究了截面直径、空心率、荷载比和材料强度对构件耐火极限的影响。研究结果表明:外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱比外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱具有更好的耐火性能;该类构件的耐火极限受截面直径和荷载比的影响较大,空心率和材料强度对构件的耐火极限也有一定影响。本文在参数分析基础上给出了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的抗火设计建议。
基于NES的空间桁架结构被动减振研究
刘艮, 陈贡发
当前状态:
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
本文利用等效方法将由众多杆件构成的、离散的空间直线式桁架等效为连续梁,对等效梁附加NES(非线性能量阱)的桁架结构进行瞬态减振研究。通过等效法将梁式晶格结构建模为等效线性连续系统(有限长度梁),并用有限元模型对其进行了验证。建立了含NES附件的等效悬臂梁的振动控制方程,并采用伽辽金法进行离散,分别分析了附加和不附加NES附件的梁在外激励下的位移响应。通过计算NES附件附着在结构的不同位置条件下的外激励响应,研究了NES对结构的振动抑制作用。此外,还研究了不同质量的NES附件在不同位置时候结构的外激励响应,得到了NES附加质量对减振效果的影响。从结果可以看到,NES附件可以减弱X型桁架在瞬态激励作用下的响应效率, 且当NES附件的质量增加时, 系统的振动振幅下降更快, NES附件的能源消耗效率更高。同时还对比了NES被动减振和线性刚度阻尼减振器(TMD)的减振效果。结果表明,在附加NES的结构中,在激励发生后的5秒左右时,结构振幅的衰减就达到了可观的程度,振幅下降的趋势更为陡峭,体现了NES优于线性刚度阻尼减振的良好减振效果。并通过实验验证了不同质量的NES附件的衰减效果,在梁的自由端施加相同的位移激励幅值(15 mm),在此情况下,NES附件的质量越大,悬臂梁结构的瞬态响应衰减效率越高。实验结果与理论计算结果吻合较好。
多边形比例边界有限元非线性高效分析方法
李佳龙, 李钢, 余丁浩
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0634
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
比例边界有限元法作为一种高精度的半解析数值求解方法,特别适合于求解无限域与应力奇异性等问题,多边形比例边界单元在模拟裂纹扩展过程、处理局部网格重剖分等方面相较于有限单元法具有明显优势。目前,比例边界有限元法更多关注的是线弹性问题的求解,而非线性比例边界单元的研究则处于起步阶段。本文将高效的隔离非线性有限元法用于比例边界单元的非线性分析,提出了一种高效的隔离非线性比例边界有限元法。该方法认为每个边界线单元覆盖的区域为相互独立的扇形子单元,其形函数以及应变-位移矩阵可通过半解析的弹性解获得;每个扇形区的非线性应变场通过设置非线性应变插值点来表达,引入非线性本构关系即可实现多边形比例边界单元高效非线性分析。多边形比例边界单元的刚度通过集成每个扇形子单元的刚度获取,扇形子单元的刚度可采用高斯积分方案进行求解,其精度保持不变。由于引入了较多的非线性应变插值点,使得舒尔补矩阵维数较大,本文采用Woodbury近似法对隔离非线性比例边界单元的控制方程进行求解。该方法对大规模非线性问题的计算具有较高的计算效率,数值算例验证了算法的正确性以及高效性,将该方法进行推广,对实际工程分析具有重要意义。
单箱多室波形钢腹板箱梁的横向受力分析
乔朋, 钟承星, 狄谨, 秦凤江
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0627
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
为研究单箱多室波形钢腹板箱梁桥在车轮荷载下的横向受力特点及有效分布宽度,建立了单箱单室、双室、三室波形钢腹板箱梁的有限元模型,对比分析了3种截面箱梁的横向应力和有效分布宽度的规律。通过缩尺模型梁试验,验证了有限元分析结果。通过研究发现,单箱多室波形钢腹板箱梁的横向受力可近似简化为单室箱梁,但按照目前规范计算波形钢腹板箱梁的有效分布宽度存在较大误差。利用有限元模型,研究了荷载横向作用位置、腹板中心间距、悬臂板长度、顶板厚度、波形钢腹板尺寸及类型等参数对单箱单室箱梁有效分布宽度的影响,结果表明荷载横向作用位置和箱室腹板中心间距是最重要影响因素。通过对参数分析结果进行曲面拟合,得到了单箱单室波形钢腹板箱梁的有效分布宽度计算公式;单箱多室箱梁有效分布宽度可按0.9倍的单室箱梁有效分布宽度计算。最后,以某单箱三室波形钢腹板箱梁桥为例,按照本文公式求得有效分布宽度,采用弹性框架法计算了横向单点和多点车轮荷载作用下箱梁的顶板横向应力,并与有限元模型、桥规方法计算结果进行了对比,发现:横向多点车轮加载时,忽略不同箱室有效分布宽度的差异会使横向应力计算结果偏不安全,建议采用文中提出的应力折减系数考虑此因素影响;按照本文方法计算的横向应力结果更精确,与规范方法相比误差可减小20~40%。
环氧沥青铺装对钢桥面板受力影响试验研究
王石磊, 齐法琳, 柯在田, 高岩
当前状态:
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
某悬索桥钢箱梁采用正交异性钢桥面板,运行数年后钢桥面板构件连接部位出现了4种疲劳裂纹,为考察新换环氧沥青混凝土铺装对疲劳敏感部位受力影响,建立了有限元模型,开展了长达6年的现场试验,试验涵盖原铺装、铺装铲除、新铺装三种状态,测试了疲劳敏感部位的受力及构件变形规律,开展了考虑温度影响的疲劳寿命改善效果分析研究。结果表明:6年试验期内环氧沥青混凝土铺装与钢桥面板组合受力处于稳定状态,在低温环境下,疲劳敏感部位1~4应力改善效果分别为80%、14%、32%、46%;4个疲劳敏感部位应力与温度线性关联,线性速率分别为-4.00、0.64、1.89、1.91;将实测应力统一至年均温度后,新铺装对部位1疲劳寿命相对改善较大,约提高了2.95倍,对部位4疲劳寿命改善次之,约提高1.64倍,对于部位2、3疲劳寿命改善效果不明显,高温环境下部位2、3开裂可能性仍较大。
考虑土-结构相互作用的核电厂楼层反应谱研究
高永武, 王涛, 戴君武, 金波
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0675
[摘要](3) [HTML全文](2)
摘要:
楼层谱是核电厂设备、管道抗震设计和抗震裕度评估的重要依据。为了研究不同烈度下场地土对核电厂楼层谱的影响,本文使用叠层剪切土箱模拟土体及其边界条件,对某新型核电厂房进行1:25缩尺模型地震模拟振动台实验。选取10组水平加速度地震动记录,按照运行安全地震动(OBE)0.15 g、极限安全地震动(SSE)0.30 g和超设计基准地震动(ULE)0.75 g作为输入。在考虑土-结构相互作用条件下,研究不同地震动强度引起楼层谱的变化规律,并对《核电厂抗震设计规范》中楼层谱确定方法的输入基准地震动进行讨论分析。根据设备响应比分析,揭示了现有核电设备抗震裕度评估方法具有一定的保守性,特别是设备响应比为1/1.5~1.5,采用现有抗震裕度评估方法得到的设备抗震裕度可能小于审核地震动。为了得到该设备的真实抗震裕度,建议对这些设备做更详细分析。
缺陷可检修型半灌浆套筒连接拉伸性能试验研究
陈曦, 苗启松, 杨参天, 閤东东, 刘谦敏, 解琳琳
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0644
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
为解决灌浆套筒的施工质量检测和修补的难题,本文提出了一种缺陷可检修型半灌浆套筒(Defect detectable and repairable half grouted sleeve,简称为DDRHGS)。为了验证DDRHGS连接接头的拉伸性能和修补功能的可靠性,本研究综合考虑有无灌浆缺陷、灌浆缺陷率、是否修补、修补材料种类、钢筋直径等因素影响,设计制作了26组78个连接接头试件,开展了单向拉伸加载试验。结果表明:无灌浆缺陷连接接头试件的拉伸性能可满足相关规范要求;灌浆缺陷率对连接接头试件的拉伸性能影响最为显著,较高的缺陷率会导致钢筋滑移破坏,试件的承载能力和变形能力无法满足相关规范要求;新型套筒灌浆缺陷修补功能整体可靠,48个试件的破坏模式、承载能力和变形能力与无缺陷试件基本相当,同等级灌浆料和植筋胶作为修补材料均可保证其修补质量。
新型双层钢板-混凝土组合剪力墙力学性能研究
蔡健, 巫博璘, 罗翼锋, 李名铠, 陈庆军, 黄少腾
当前状态:
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摘要:
提出一种在剪力墙和边缘构件之间设置竖向缝、墙体钢板通过盖板连接件螺旋连接的新型双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行了4个试件的拟静力试验,讨论该新型组合剪力墙的抗震性能,并与未设竖向缝及墙体钢板焊接的同类型试件进行对比。试验结果表明:新型的双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,4个试件的屈服位移角平均值为 1/169,极限位移角平均值为1/37;竖向缝对于试件的承载力有所削弱,但对延性和耗能性能有所提高;试件的破坏均表现为墙体底部的弯压破坏,表明通过盖板连接件螺旋连接的措施可保证连接缝应力的有效传递。采用有限元软件ABAQUS建立该新型双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析。基于有限元模型,分析了盖板连接件处螺栓群受力机理,竖向缝对边柱破坏形态影响,以及材料强度、轴压比和剪跨比对该新型剪力墙力学性能的影响。
社区地震安全韧性评估系统及应用示范
方东平, 李全旺, 李楠, 王飞, 刘影, 顾栋炼, 孙楚津, 潘胜杰, 侯冠杰, 汪飞, 陆新征
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0670
[摘要](6) [HTML全文](5)
摘要:
韧性是指系统在受到外界扰动时抵抗、调整、恢复和适应的能力。北京历史上多次发生重大地震灾害,地震风险非常严峻。提升地震安全(Safety)韧性(Resilience)是北京市防灾减灾工作的重点之一。目前虽然对地震韧性问题已有诸多研究,但是尚缺少可以实操的区域地震韧性评价方法和工具。在北京市地震局的支持下,清华大学团队提出了可操作的社区韧性定量评价方法,并以一个典型社区为研究对象,开展了地震安全韧性评估工作,并开发了相应的系统平台。研究内容主要包括:社区韧性评估体系;建筑系统韧性评估;交通系统韧性评估;生命线系统韧性评估;非实体系统韧性评估,并在此基础上开发了韧性评估系统应用示范软件平台。评估结果表明:该社区整体韧性水平有待提升。其中,交通系统满足需求的能力较其他系统高;建筑系统韧性水平不足,但在不同地震强度下满足需求的能力较为稳定;生命线系统在地震强度较低时韧性水平较高,地震强度较高时韧性水平较低,满足需求的能力与地震强度密切相关。针对上述结果,研究针对建筑系统提出了若干韧性提升措施并进行了讨论。本研究定量评估了包含多个子系统的典型社区地震安全韧性水平,成果可以作为示范为未来北京市范围内的推广应用提供参考。
考虑支撑断裂及节点板作用的中心支撑框架抗震性能研究
崔瑶, 许肖卓, 林迟
当前状态:
[摘要](1) [HTML全文](1)
摘要:
中心支撑框架(CBFs)具有良好的抗震性能和经济性,是常见的抗震结构体系。CBFs通常利用支撑受拉屈服和受压屈曲行为满足延性变形需求。在以往的地震中,CBFs结构的极限破坏模式均为支撑断裂。然而,在框架分析或设计时,CBFs通常被理想化为桁架结构,即将支撑构件两端考虑为铰接或固接连接并且忽略支撑断裂行为。本文提出能考虑支撑断裂行为和节点板作用的OpenSees数值模型。通过对单支撑构件、一层、三层中心支撑框架进行建模分析,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了数值模型的有效性。采用验证后的三层框架模型进行动力增量时程分析表明,不考虑支撑断裂时,框架的倒塌储备系数偏大。建议对CBFs结构进行设计和分析时,应考虑支撑断裂和节点板作用,以合理评估其抗震性能。
剪切型消能连梁的循环屈曲特性研究
刘晓刚, 樊健生, 聂建国
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0426
[摘要](31) [HTML全文](42)
摘要:
该文对剪切型消能连梁的循环屈曲特性展开了试验研究,并建立了连梁的数值分析模型,分析了不同参数对连梁腹板循环屈曲特性的影响规律。研究表明,轴向位移约束对连梁的腹板的屈曲特性基本没有影响,轴力不大时也基本不影响连梁的腹板的屈曲特性。参数分析表明:腹板高厚比对连梁屈曲位移角的影响最为显著;腹板宽高比和横向加劲肋间距与腹板高度的比值对屈曲位移角的影响也十分明显,但腹板宽高比和横向加劲肋间距与腹板高度的比值超过2之后,其对屈曲位移角的影响变得很小;等效连梁长度系数和材料强化特性对屈曲位移角基本无影响。建立了腹板循环屈曲位移角的理论预测方法,试验和数值验证表明,该方法具有较高的可信性。
内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究
邓明科, 张敏, 张阳玺, 陈森
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0568
[摘要](25) [HTML全文](25)
摘要:
为提高钢板与混凝土的协同变形能力,提出采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土,设计了2个内置钢板-高延性混凝土(HDC)组合连梁与2个内置钢板-混凝土组合连梁对比试件。通过拟静力试验,研究试件的破坏过程、破坏形态、滞回特性、耗能能力及刚度退化等。结果表明:跨高比为1.5的试件均发生剪切破坏,跨高比为2.5的试件均发生剪切粘结破坏;与混凝土组合连梁相比,HDC组合连梁的延性和耐损伤能力均得到明显提高;试件发生剪切破坏时,HDC组合连梁较混凝土组合连梁的极限位移角和累积耗能分别提高了44.4%和83.5%;试件发生剪切粘结破坏时,HDC组合连梁的耗能能力仍有较大幅度提高。根据4个小跨高比组合连梁试验结果,计算得到其设计剪压比为0.48~0.57,明显高于小跨高比连梁的剪压比限值。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比组合连梁的受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。
内嵌钢板及边缘框架相互作用对带连梁低屈服点钢板剪力墙结构受力性能的影响
王萌, 郭勇超
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0640
[摘要](15) [HTML全文](10)
摘要:
为满足快速发展的高层建筑结构对抗震性能及空间灵活性的要求,将高耗能能力、高延性的低屈服点钢材与带连梁钢板剪力墙组合成新型带连梁低屈服点钢板剪力墙结构体系。采用有限元软件ABAQUS建立带连梁钢板剪力墙结构模型,结合国内外已有的典型试验结果验证数值方法的有效性。在此基础上,设计5个不同耦合度的低屈服点钢板剪力墙结构模型进行单调和循环加载,对比分析其损伤机制、承载性能及滞回耗能能力,探讨内嵌钢板与边缘框架的相互作用对结构及构件受力性能的影响,给出设计建议。结果表明:带连梁低屈服点钢板剪力墙结构内嵌钢板与边缘框架相互作用能够有效提高整体结构承载力、承载效率以及耗能能力。综合考虑材料利用率、承载能力及耗能能力,建议连梁耦合度控制在0.45以内。随着连梁耦合度的提高,边缘框架分担剪力多至60%,内部框架柱的轴力显著减小,连梁转角不断减小。因此,在带连梁低屈服点钢板剪力墙结构设计过程中应充分考虑内嵌钢板与边缘框架的相互作用,适当减小内嵌钢板设计厚度及边缘框架截面尺寸,提高材料利用率及设计经济性。同时,与纯框架抗侧性能相比,内嵌钢板与边缘框架的相互作用有效提高了边缘框架的初始抗侧刚度及承载力。
黏土蠕变非线性特性及其分数阶导数蠕变模型
任鹏, 王鹏, 张华, 唐印
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0624
[摘要](13) [HTML全文](8)
摘要:
针对黏土蠕变的非线性性质,首先以成都黏土为研究对象展开蠕变试验,发现黏土变形包括瞬时弹性变形、衰减蠕变变形、稳态蠕变变形和加速蠕变变形;黏土长期弹性模量随时间和应力的增加非线性软化;黏滞系数随应力的增加非线性软化,随时间的增加非线性硬化。其次,基于流变学理论、分数阶微积分理论和Harris衰减函数,分别构建了分数阶导数元件、非线性弹性元件和非线性黏滞元件,从而建立了形式简单、参数较少和概念清晰的非线性分数阶导数蠕变模型。然后,将非线性分数阶导数蠕变模型和Burgers蠕变模型进行对比拟合分析,发现非线性分数阶导数蠕变模型各阶段的拟合结果更好,对黏土非线性蠕变的描述更合理,可准确地反映黏土蠕变全过程,表明了所建立非线性分数阶导数蠕变模型的科学合理性。
氯离子侵蚀下RC框架结构时变抗震性能研究
周炎, 郑山锁, 龙立, 张艺欣, 贺金川, 董立国
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0519
[摘要](13) [HTML全文](8)
摘要:
氯离子侵蚀作用引发的结构耐久性损伤将导致RC结构抗震性能发生时变劣化。在材料层次,该文通过考虑钢筋截面削弱、保护层混凝土开裂软化、核心区混凝土极限压应变降低等模拟氯离子侵蚀对RC框架结构材料性能的影响,并基于试验数据验证了模拟方法的准确性;在结构层次,基于上述材料力学性能退化模型和纤维模型,对3层、6层与8层多不同服役期(0年、30年、50年和70年)RC框架结构进行数值建模,继而进行了静力与动力弹塑性分析,研究了其随服役期增长承载与变形能力退化规律和层间位移角分布变化规律。研究结果表明:结构腐蚀后,随着服役期的增加,结构承载力、特征点位移、位移延性、软化段刚度等抗震性能指标均逐渐减小,结构的屈服PGA和倒塌PGA亦不断降低,结构最大层间位移角不断增大,且结构在罕遇地震作用下层间位移反应受服役期影响较设防地震作用更为明显。
钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究
李杨, 李延涛, 邢万里, 丁井臻, 宗金辉
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0427
[摘要](13) [HTML全文](6)
摘要:
为了研究钢-混凝土双面组合作用梁框架节点的抗震性能,设计了3个十字形钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点和1个普通钢-混凝土单面组合作用梁十字形框架节点,并对其进行低周往复加载试验,对比分析其破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力、延性、刚度退化等抗震性能指标;通过改变下部混凝土板厚度和传力方式,研究下部混凝土板不同厚度和不同传力方式对双面组合作用梁力学性能的影响。结果表明:与普通钢-混凝土单面组合作用梁框架节点相比,钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点具有更高的承载力和刚度,适用于荷载较大的结构,但在延性、刚度退化和耗能能力等方面无明显优势;下部混凝土板采用集中传力和均匀传力的方式对双面组合作用梁抗震性能的影响无明显区别;下部混凝土板采用预制法制作和螺栓连接更加方便、可靠。
基于改进Park-Ang双参数模型的RCS混合框架结构地震损伤评估
门进杰, 张谦, 徐超, 史庆轩
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0604
[摘要](16) [HTML全文](9)
摘要:
为了评估钢筋混凝土柱-钢梁混合框架结构在地震中的损伤程度,基于Park-Ang双参数地震损伤模型,通过修正相关参数,建立了适用于RCS混合框架结构的地震损伤模型。通过分析楼板对模型关键参数的影响,给出了考虑楼板影响的组合梁构件极限变形计算公式,并对其有效性进行了验证;基于试验结果,通过使构件破坏点损伤指数等于1的方法进行反演,得到组合梁构件循环荷载影响参数β。给出了结构不同破坏程度对应的损伤指数范围,并提出了该种结构的地震损伤评估方法。对一栋4层RCS混合框架结构在El-Centro波作用下的损伤程度进行评估,结果表明:本文提出的地震损伤模型能够比较好地反映RCS混合框架结构的损伤演化过程与程度,研究结果为RCS混合框架结构的地震损伤评估与基于性能的抗震设计方法提供了理论依据。
锈蚀高强钢丝力学性能退化的试验研究
龚帆, 齐盛珂, 邹易清, 林才奎, 王琛, 周海俊
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0669
[摘要](14) [HTML全文](10)
摘要:
本文通过试验研究了锈蚀高强钢丝的锈蚀形貌、产物、力学性能,为其检测评估提供依据。用高分辨率X射线衍射仪和场发射环境扫描电镜分析高强钢丝锈蚀产物,用华朗-3DX+非接触式三维扫描仪确定其截面特性沿钢丝轴向的变化情况,还采用MTS试验机对其进行静力拉伸和疲劳加载试验。通过分析三维扫描数据确定锈蚀高强钢丝表面形貌,基于实测锈蚀高强钢丝力学性能建立本构关系模型参数与锈蚀率的退化关系。试验结果表明高强钢丝锈蚀截面面积的变异性随锈蚀程度增加越来越显著;极限强度在锈蚀率大于1.25%时小于标准极限强度1770 MPa;断后伸长率在锈蚀率大于5.05%时小于规范限值4%;疲劳寿命在锈蚀率大于4.16%时小于200万次;锈蚀率对高强钢丝弹性模量无明显影响。根据试验结果综合完善了现有规范对锈蚀高强钢丝等级划分的指标值。
纤维增强复合板中声弹Lamb波的波结构分析
刘宏业, 刘申, 吕炎, 何存富, 周丽红
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0565
[摘要](14) [HTML全文](5)
摘要:
基于线性三维弹性理论和“增量变形力学”理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了在水平和垂直方向施加初应力时,沿纤维增强复合板的非主对称轴方向传播的声弹Lamb波的波动方程,并对波动方程进行数值求解。为了验证方法的准确性,首先将本文方法求解的各向同性材料的相速度频散曲线与Disperse®软件的计算结果进行比较,两者吻合良好。然后以单层单向纤维增强复合材料板为例,计算了无初应力状态下的波结构应力曲线,并与应力自由边界初始条件的一致性进行了比较。最后,研究了水平和垂直方向初应力效应对Lamb波频散曲线的影响。针对声弹效应较为敏感的Lamb波A0模态,着重分析了初应力效应对波结构位移分布曲线的影响。
梭形空间桁架约束型防屈曲支撑的性能研究
朱博莉, 郭彦林
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0424
[摘要](14) [HTML全文](6)
摘要:
防屈曲支撑的外围约束体系的革新研究始终是其核心内容。该文提出了梭形空间桁架约束型防屈曲支撑(STC-BRB)的概念,并以BRB工程应用中的四榀桁架约束体系为例,研究了STC-BRB的静力承载力和抗震设计方法。STC-BRB采用与其弯矩分布图相似的梭形桁架作为外围约束体系,具有提高材料利用率及外形美观等特点,适用于高层建筑和空间结构设置外露BRB的工程应用。该文建立了STC-BRB梁单元模型,采用ANSYS有限元软件对其弹性屈曲性能、弹塑性承载力和滞回性能展开研究,分别给出了基于承载力型和耗能型BRB约束比门槛值的设计方法。研究STC-BRB弹性屈曲性能,基于弹性屈曲荷载的理论和数值计算结果,提出了弹性屈曲荷载的计算公式,给出了BRB约束比的表达式。基于变化约束比的STC-BRB算例的计算结果,分别对其单调轴压弹塑性承载性能和拉压循环荷载作用下的弹塑性滞回耗能性能进行分析,研究了STC-BRB的失稳模式、极限承载力以及滞回耗能能力,获得了STC-BRB承载型和耗能型的约束比门槛值,建立了承载力和抗震设计的基本计算理论和设计方法。
塑性铰区采用高延性混凝土梁变形性能研究
邓明科, 代龙, 何斌斌
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0350
[摘要](14) [HTML全文](6)
摘要:
为提高钢筋混凝土梁的变形能力,考虑在其塑性铰区采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土。该文设计6个剪跨比为3.6的钢筋混凝土梁试件,包含5个塑性铰区采用HDC的试件和1个普通混凝土对比试件。通过改变HDC区长度、纵筋配筋率以及配筋方式和梁端配箍率,研究试件在低周反复荷载下的滞回特性、变形能力及耗能能力。结果表明:与普通钢筋混凝土梁相比,塑性铰区采用HDC后的试件,其破坏形态由弯剪破坏向弯曲破坏转变,延性和耗能能力都得到显著提高;在纵筋配筋率、配筋方式不变时,梁端塑性铰区采用HDC,试件的位移延性系数和极限位移角分别提高30%和53%,而同时采用HDC和箍筋时分别相应提高33%和76%;梁端局部采用HDC可以减少箍筋用量;梁端塑性铰区的HDC长度对试件延性的影响较小。分别计算塑性铰区采用HDC混凝土梁在开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载、极限荷载作用下的位移,其计算值与试验值吻合较好。
基于NSRFG方法的标准地貌风场大涡模拟研究
胡晓兵, 杨易
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0601
[摘要](14) [HTML全文](7)
摘要:
大涡模拟中入流湍流的准确模拟,是计算风工程领域当前研究的热点;准确定义与各类地貌大气边界层湍流特征相符的入流边界条件,是进行建筑结构风效应研究的前提(也是当前研究的难题)。该文在新提出的以湍流合成法为基础的LES入流湍流生成技术—NSRFG方法上,研究了数学模型中若干参数的适当取值问题。通过数值分析对采样频率间距Δƒ、引入的时间尺度因子\begin{document}$ {\tau }_{0} $\end{document}和空间尺度因子θ、衰减系数\begin{document}$ {c}_{j} $\end{document}及调谐因子\begin{document}$ {\gamma }_{j} $\end{document}等重要参数进行敏感性研究,分析了上述参数的取值对所生成湍流脉动风速功率谱、均方根和空间相关性等模拟结果的影响;在此基础上建议了一套与中国规范四类标准地貌风场相对应的参数表,从而建立基于该方法的“标准数值风场模型”;通过实例对四类标准地貌边界层湍流风场进行数值模拟和平衡态检验。研究表明:上述关键参数的赋值对采用NSRFG方法进行大气边界层湍流风场的重构影响显著,该文基于NSRFG方法所建议的标准地貌数值风场模型,对研究者采用LES进行结构风工程的数值模拟研究具有一定的参考价值。
轻骨料无腹筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应:细观模拟
金浏, 蒋轩昂, 杜修力
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0253
[摘要](11) [HTML全文](5)
摘要:
轻骨料混凝土具有轻质、高强及保温隔热性能好等优点,被广泛应用于工程结构中。采用细观数值模拟方法,将普通及轻骨料混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了无腹筋混凝土梁剪切破坏行为模拟的三维细观力学分析模型,研究了不同尺寸普通及轻骨料无腹筋混凝土悬臂梁在单调加载下的剪切破坏模式与失效机制,揭示了名义剪切强度的尺寸效应规律。此外,结合模拟结果对相关设计规范抗剪承载力计算公式的准确性和安全性进行了初步探讨。研究结果表明:区别于普通混凝土梁,轻骨料混凝土梁由于骨料强度较低而首先发生破坏;不同尺寸混凝土梁的剪切破坏模式基本一致,梁的名义剪切强度展现出明显的尺寸效应;相比于普通混凝土梁,轻骨料混凝土梁剪切破坏表现出具有更强的尺寸效应。
行程敏感式液阻减振器动力学特性的三维流-固耦合有限元仿真分析
徐文雪, 吕振华
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0584
[摘要](15) [HTML全文](9)
摘要:
建立了缸壁槽形行程敏感式减振器较精细的三维流-固耦合动力学仿真分析模型,利用基于ALE流-固耦合、滑移网格流-流耦合的同步化迭代流-固耦合计算方法及动网格控制方法求解减振器内部的稳态及瞬态流-固耦合动力学响应,进行了部分实验验证。量化分析了缸壁槽形行程敏感式减振器的高速阻尼特性、冲击阻尼特性和活塞偏置、缸壁槽通流面积及结构变化对阻尼特性的影响,结果表明:活塞沿压缩行程方向偏置后的阻尼特性是有利的,而沿伸张行程方向偏置的状态是不利的;缸壁槽的附加泄流作用可削减减振器在地面冲击激励下阻尼力的瞬间冲击峰值;多缸壁槽形行程敏感式减振器的阻尼特性表现出单条缸壁槽作用结果的叠加效应;缸壁槽对阻尼力的减弱比例随活塞速度幅值的减小而增大;缸壁槽在高速工况下被开启及关闭的瞬态过程中伴随有阻尼力波动现象,可通过适当延长缸壁槽端部收缩段加以改善。这些分析结论对于此类液阻减振器的变阻尼特性匹配设计具有重要的价值。
型钢高性能纤维混凝土粘结滑移性能试验研究
明铭, 郑山锁, 郑淏, 董立国, 宋明辰
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0555
[摘要](12) [HTML全文](4)
摘要:
为研究型钢与高性能纤维混凝土之间的粘结滑移性能,以高性能纤维混凝土强度、保护层厚度以及型钢锚固长度为变化参数,设计10个型钢高性能纤维混凝土试件,进而对其进行推出试验,观察试件的破坏过程和裂缝发展形态,获取试件的荷载-滑移曲线。基于试验结果,探讨了各设计参数对特征粘结强度的影响规律,并建立了特征粘结强度的计算公式。对有效粘结应力计算公式进行推导,得到有效粘结应力-滑移分布曲线,并对其进行全过程分析。结果表明:适当增加型钢保护层厚度和混凝土强度,能有效提高型钢高性能纤维混凝土的特征粘结强度;特征粘结强度计算值与试验值吻合较好,表明文中提出的计算公式具有较高的精度;有效粘结应力能够反映型钢与高性能纤维混凝土界面间粘结应力的发展变化过程,并得到粘结应力各组份之间的比例关系。研究成果可为型钢高性能纤维混凝土相关计算理论提供试验依据。
RC框架结构地震均匀损伤优化设计
白久林, 陈辉明, 孙博豪, 金双双
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0572
[摘要](12) [HTML全文](6)
摘要:
地震均匀损伤失效模式是指结构在强震下各楼层的损伤大小相同、侧向变形近似,并具有全局化的耗能机制,是结构较理想的破坏模式。提出了考虑土-结构动力相互作用影响的RC框架结构地震均匀损伤优化设计方法。以结构层间位移角均匀化为目标,以梁柱构件截面配筋为优化变量,考虑材料成本约束和配筋率等约束,融合结构层间位移角分布和梁柱构件转角大小,提出了基于优化准则法的RC框架结构均匀损伤优化设计方法。基于非线性温克尔地基梁模型(BNWF),建立了能够考虑土-结构相互作用的RC框架结构分析模型。以两个5层和12层结构为例,研究了收敛参数对收敛速度和收敛稳定性的影响规律,分析了优化过程中各楼层配筋转移情况,对比了优化前后结构的梁柱转角大小和层间位移角分布。结果表明,本文优化方法可使结构的损伤分布更加均匀,降低结构的最大层间位移角,提高结构的抗震能力。
考虑非平稳因素的混凝土桥梁概率极限状态评估
袁阳光, 韩万水, 李光玲, 郭琦, 许昕, 孙建鹏
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0561
[摘要](17) [HTML全文](4)
摘要:
为建立混凝土桥梁构件的概率极限状态评估方法,借助等超概率原则分析我国在役桥梁构件评估周期及评估基准期,引入个体风险准则、社会风险准则、生命质量指标及成本优化方法确定构件运营阶段目标可靠指标,分别考虑非平稳及平稳概率模型进行荷载效应及抗力评估值确定,基于可靠度理论开展运营阶段评估分项系数校准,并以一座在役桥梁为例进行算例分析。结果发现:考虑我国在役桥梁运维实际情况,构件评估周期、评估基准期可分别取为6年、10年;对于一级、二级、三级延性破坏构件,评估目标可靠指标分别建议为3.37、3.13及2.85;采用一般运行状态或密集运行状态下平稳车辆荷载效应模型进行评估时,评估标准值可分别取为设计汽车荷载效应的0.705及0.805倍,考虑非平稳车载过程进行评估时,可在连续非平稳过程离散化的基础上,引入动态广义极值模型确定评估基准期内荷载效应最大值分布,并以0.95分位值作为评估标准值;对于重要性等级为一级的延性构件,恒载效应及抗力评估分项系数分别建议为1.056与1.194,一般运行状态与密集运行状态汽车荷载效应评估分项系数建议值分别为1.081与1.054,研究成果可为现行桥梁构件安全评估方法修订提供参考。
多分裂导线扭矩-扭转角关系及防翻转研究
楼文娟, 陈思然, 解健
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0557
[摘要](11) [HTML全文](3)
摘要:
提出一种新的多分裂导线扭矩-扭转角关系半解析模型,适用于大档距大扭转角以及翻转计算。该模型考虑间隔棒的竖向及水平向位移、子导线在扭转过程中的张力变化等多重因素,同时考虑分裂导线各截面的扭转角沿跨长呈非线性分布的特征。计算结果与有限元方法、试验结果进行了对比验证,表明导线的几何非线性对导线回复扭矩的影响十分显著,本文提出的半解析模型在小角度和大角度扭转情况下均具有较高的计算精度,并为判定导线是否翻转提供依据。详细分析了布置不同间隔棒数量工况下的扭矩-扭转角关系,从而考察了增加间隔棒数量对抑制翻转的有效性,发现只需少量增加间隔棒就能保证即使扭转角达到180°时扭转刚度依然为正,即可自行恢复,有效预防翻转;对于扭矩非常大的情形,若要保证扭转360°时扭转刚度依然为正,即导线出现扭绞现象后仍具备自行回复原位的能力,则需要布置较多的间隔棒。
基于协调翘曲场的开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转一维有限元分析
文颖, 陈泽林
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0639
[摘要](11) [HTML全文](2)
摘要:
开口及闭口薄壁杆件约束扭转问题已由经典Timoshenko和Benscoter理论解决。然而,开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转分析必须考虑开、闭口部分翘曲能力的差异,翘曲剪流形成机理有待进一步研究。该文假定开、闭口截面翘曲分别满足Vlasov和Wumanski假定,考虑开、闭口截面公共节点翘曲连续性要求,建立含有待定翘曲参数的协调翘曲模型。由截面受力平衡,确定翘曲参数显式列式,提出开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转分析的一维有限元模型。算例及参数分析结果表明,基于Wumanski第二理论的I类方法在悬臂板及闭口周边引入附加剪流,影响翘曲剪应力精度。基于Wumanski第二理论的II类方法只能计算截面板件平均剪应力,无法反映真实翘曲剪流分布。基于Vlasov约束扭转假定的Beam-189单元忽略闭口周边约束效应产生的附加翘曲及剪流,影响翘曲正应力和剪应力精度。该文方法与Shell-63单元能得到基本吻合的变形与应力结果,说明一维梁元能正确反映开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转及翘曲刚度。
用于光滑/非光滑壳的稳定化新型协同转动4节点四边形壳单元
李忠学, 胡万波
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0611
[摘要](13) [HTML全文](9)
摘要:
该文发展了一种适用于光滑壳和非光滑壳的新型协同转动4节点四边形壳单元。在单元中每个节点采用了3个平动自由度和2/3个矢量型转动自由度,每个光滑壳的节点或非光滑壳的非交界节点采用壳中性面法向矢量的2个最小分量作为矢量型转动变量,在非光滑壳中性面交界线上的节点采用3个矢量型转动变量,它们分别是节点定向矢量组中一个定向矢量的较小或最小分量和另一定向矢量的2个最小分量。在非线性增量求解过程中,这些矢量型转动变量可以采用简单的加法将增量累加到原矢量中直接进行更新,且采用了协同转动框架的单元在局部和整体坐标系下得到的切线刚度矩阵都是对称的,结构整体切线刚度矩阵可以采用一维线性存储,可节省大量的计算机存储资源和计算时间。为消除膜闭锁和剪切闭锁的不利影响,采用单点积分方案计算单元内力矢量和切线刚度矩阵,并借鉴Belytschko提出的物理稳定化零能模态控制法来消除可能出现的零能模态。通过对2个光滑壳和2个非光滑壳进行非线性分析,检验了单元的可靠性、计算效率与计算精度。
滞后阻尼体系地震反应的中心差分虚初始条件法
祁文睿, 潘旦光, 高永涛, 付相球
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0596
[摘要](8) [HTML全文](6)
摘要:
针对滞后阻尼体系的直接积分法解发散问题,提出了中心差分虚初始条件法。该方法以实数初始条件为基础,建立相应的虚初始条件,以消除自由振动中的发散项,而使直接积分法的计算结果收敛到稳定解;并以有条件稳定的中心差分数值计算方法为基础,建立中心差分虚初始条件法的直接积分程序;然后,对三个不同自振频率体系在三条地震波作用下进行中心差分虚初始条件法、解析解和频域解的数值计算。计算结果表明,频域分析结果仅包含稳态解,这将导致低自振频率体系在振动的初始阶段将产生显著误差;中心差分虚初始条件法对不同工况的计算结果都是稳定的,且收敛到包括瞬态反应的解析解。
超高韧性水泥基复合材料功能梯度板接触爆炸数值模拟
徐世烺, 李锐, 李庆华, 陈柏锟
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0548
[摘要](15) [HTML全文](10)
摘要:
超高韧性水泥基复合材料(Ultra-High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)具有优异的韧性和吸能效果,采用UHTCC和UHPC材料制成的功能梯度板具有优越的抵抗爆炸冲击性能。为了更好地研究UHTCC材料在爆炸荷载下的损伤规律,设计出性能优良的防护结构,本文利用LS-DYNA软件对UHTCC功能梯度板接触爆炸进行了数值模拟。探讨了靶体材料、炸药量、配筋情况、能量吸收层厚度对结构抗爆性能的影响。研究结果表明,UHTCC功能梯度板可以有效减少爆炸荷载下的开坑、震塌以及靶体损伤,同时吸收更多的爆炸冲击波,从而达到优良的抗爆效果。配置拉结筋并合理设置能量吸收层厚度能有效减少靶体损伤。
功能梯度梁静力与动力分析的格林函数法
邓先琪, 苏成, 马海涛
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0615
[摘要](12) [HTML全文](7)
摘要:
功能梯度梁静动态响应的数值分析方法一般局限于有限元法,存在有限元法的固有缺点,有必要发展新的数值求解方法。将功能梯度梁静力分析的控制微分方程转化为与匀质材料梁静力分析控制微分方程相一致的形式,并利用匀质材料梁静力问题的格林函数,开展功能梯度梁的静力分析。在此基础上,进一步推导获得功能梯度梁的柔度矩阵,据此建立功能梯度梁的运动方程,开展功能梯度梁的动力特性分析和动力响应分析。数值算例表明,采用格林函数法可以高效准确地分析功能梯度梁的静力响应与动力行为,验证了方法的计算精度与效率。
浮放花瓶动力反应机理与振动台试验研究
黄宝锋, 华夏, 卢文胜
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0536
[摘要](9) [HTML全文](5)
摘要:
浮放非结构构件在地震作用下遭到破坏的案例时常发生。浮放花瓶是一种常见的馆藏文物及装饰摆件,在动力作用下,浮放花瓶理论的基础运动模式有4种,即相对静止、相对滑移、摇摆、摇摆伴随滑移。这四种运动模式的产生与浮放非结构构件自身属性(高宽比、重心位置等)、接触面摩擦系数以及地震动特性(波形峰值、频率等)等因素密切相关。该文针对浮放在大理石地面的花瓶,采用慢速推拉的方法测得了花瓶底部与大理石表面间的摩擦系数。选取了4条具有代表意义的波形,即2条天然波和2条人工波开展振动台试验。试验结果表明,花瓶的运动模式与输入加速度峰值和接触面摩擦系数有密切的关系,加速度峰值越高,地震反应越大;并且,在人工波作用下花瓶的地震反应比El Centro波作用下的大。从试验中注意到,花瓶运动时重心处加速度与重力加速度的比值和动摩擦系数相等,试验结果与理论分析结果基本吻合。
II型III型动态裂纹尖端断裂过程区近似评估方法
姬晨濛, 戚承志
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0580
[摘要](15) [HTML全文](14)
摘要:
动态裂纹尖端断裂过程区轮廓的确定问题仍然是一个没有得到完全解决的问题。基于弹性动力学的理论和复应力函数方法,提出一种伪应力函数方法,用于近似评估动态裂纹尖端应力场。通过与已知应力场计算结果对比,验证了伪应力函数的正确性。利用此近似方法通过Von Mises强度准则和Tresca强度准则,分别确定了不同强度准则条件下、不同裂纹扩展速度下断裂过程区的轮廓。计算结果表明:II型和III型动态裂纹尖端断裂过程区关于裂纹面对称分布,随着裂纹扩展速度增大而增大。当裂纹传播速度接近瑞利波速时,断裂过程区变化加剧。利用Tresca强度准则计算得到的动态裂纹尖端断裂过程区面积比利用Von Mises强度准则计算得到的断裂过程区的面积大。
局部褶皱对层状地基马蹄形孔洞散射的影响分析
李志远, 钟红, 胡志强, 林皋
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0512
[摘要](12) [HTML全文](4)
摘要:
水平岩层在构造作用下会产生局部褶皱,研究褶皱对层状地基马蹄形孔洞散射的影响,对地表结构地震安全性评价具有重要意义。基于子结构法建立了复杂场地散射问题的控制方程,将地震波散射问题的求解转化具有规则边界条件的层状地基(自由场)的动力刚度和波动响应的求解。通过Fourier变换和引入对偶变量,将波动方程转化为一阶常微分方程,采用精细积分算法对土层可实现高效合并,施加边界条件可得到内部节点的格林函数,进一步得到动力刚度。同时,采用精细积分算法代替原传递矩阵法的层间合并,可得到层状自由场的波动响应。这种改进传递矩阵法对土层厚度和层数没有任何限制。通过与文献中的结果对比,验证了方法的正确性,并分析了局部褶皱对层状地基中马蹄形孔洞散射场的影响。结果表明,局部褶皱对地表位移幅值的影响与入射波类型、入射波频率以及局部褶皱几何构造等因素均有关系;地表位移峰值受马蹄形孔洞和局部褶皱共同作用的影响,其影响特性与入射波类型无明显关系。
列车动荷载长期作用下圆形隧道衬砌损伤分布特征及演化规律研究
徐利辉, 马蒙, 刘维宁
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0623
[摘要](19) [HTML全文](11)
摘要:
为研究隧道衬砌车致损伤分布特征及演化规律,该文采用规范推荐的混凝土单轴拉压本构关系推导了复杂应力条件下增量损伤本构关系,并基于此本构模型实现了ANSYS标准计算流程的二次开发。通过与单轴拉压试验结果对比验证了计算的可靠性。建立了地铁圆形隧道-地层耦合动力有限元模型,基于改进的Miner累积损伤理论,研究了列车动荷载长期作用下衬砌结构的损伤分布、动力响应、损伤增量及累积损伤演化规律。结果表明:衬砌长期车致损伤关于隧道中心线对称,主要分布于仰拱结构,分布角约120°;列车荷载作用点下方衬砌结构中出现两个损伤集中区,其损伤幅值较其他区域大;随累积运行次数的增加,损伤集中区内车致动应力幅值减小约83%,动应变幅值增大约150%;损伤增量与累积损伤均随列车累积运行次数增加而增大,且呈非线性关系;采用改进的Miner累积损伤理论可提高预测隧道结构疲劳寿命的准确性。
直立锁缝金属屋面加强抗风揭能力的优化设计
许秋华, 万恬, 刘凯
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.ST13
[摘要](8) [HTML全文](3)
摘要:
中国2012年以前设计的直立锁缝金属屋面板的公共建筑,因按2006年版荷载规范设计导致设计负风压取值明显偏低而出现了金属屋面板风揭破坏,所以加强其抗风揭能力对此类既有公共建筑的安全使用至关重要。结合直立锁缝屋面系统现已广泛运用于公共建筑屋面系统中的实际,该文阐述了直立锁缝金属屋面系统抗风揭原理,对复杂受力状态下的直立锁缝屋面板系统各关键组成部分在极端暴风工况下的抗风揭能力进行了初步分析:该文从昌北机场T2航站楼工程既有直立锁缝式金属屋面系统破坏后加固设计案件的实际需要出发,通过分析直立锁缝金属屋面系统的传力路径及其破坏特点,探讨了既有直立锁缝式金属屋面系统确保重点区域、兼顾一般区域并通过实物抗风揭对比试验确定的加强设计优化思路,提出了通过实物抗风揭试验来进行评价及具体优化的方法;通过系列抗风揭承载性能的对比试验,提出了在既有直立锁缝式金属屋面板在一般区域及加强区域分别于支座上增加不同间距夹具的有效方法,并提出了对此类屋面板抗风揭承载力设计的优化建议,特别提出了要进一步提高既有直立锁缝金属屋面板板头部位的防掀能力,避免产生“撕纸破坏连锁效应”。不仅可以为此类既有屋面的加固设计提供科学依据,而且为类似大型场馆金属屋面新建工程的设计提供有价值的参考。
抑制柱体结构涡激振动的非线性能量阱减振装置优化设计
陈东阳, 顾超杰, 朱卫军, 李迺璐, 杨俊伟, 芮筱亭
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0613
[摘要](10) [HTML全文](4)
摘要:
为了抑制柱体结构的涡激振动(Vortex induced vibration, VIV)问题,该文基于Van der Pol尾流振子模型、结构动力学理论和优化算法,建立了非线性能量阱(Nonlinear energy sink, NES)减振装置优化设计仿真模型。采用Van der Pol尾流振子模型,将其与二维弹性支撑柱体结构动力学方程结合,建立二维弹性支撑柱体单自由度涡激振动预报模型,并与文献实验数据对比,验证了模型的准确性;在模型中嵌入NES控制模型,完成NES作用下的单自由度柱体VIV预测模型,并将其与优化算法相结合,通过优化算法改变非线性能量阱的参数,设计出对柱体涡激振动抑制效果满足设计要求的非线性能量阱;通过仿真分析优化后的NES结构参数对柱体涡激振动的抑制效果和机理。案例优化结果表明,在\begin{document}$U_{\rm{r}} = 5.5$\end{document}时,NES作用下的柱体振幅减小了66.39%,减振效果明显。同时,该文采用优化方法获得的NES结构参数符合实际生产要求,确保了实物生产设计的可能性。
基于粘结单元的三维随机细观混凝土离散断裂模拟
杨贞军, 黄宇劼, 尧锋, 刘国华
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0559
[摘要](14) [HTML全文](9)
摘要:
开发MATLAB 和ABAQUS Python脚本程序,建立含随机三维多面体骨料的混凝土细观有限元模型。通过自编高效C++程序插设三维零厚度的粘结界面单元,以模拟复杂三维离散多裂缝的起裂与扩展。对典型混凝土试件单轴拉伸断裂的模拟,分析粘性界面单元的主要材料参数(抗拉强度与断裂能)对应力-位移曲线、断裂过程、裂缝面特征的影响。结果表明:宏观应力-位移曲线主要受砂浆、界面粘性裂缝单元的抗拉强度、断裂能绝对数值的影响;裂缝面的位置与形态决定于砂浆、界面粘结裂缝单元的抗拉强度相对比值以及断裂能相对比值;混凝土的力学响应反映其裂缝发展特征,二者既决定于断裂材料参数,也受到骨料大小、形状等细观结构因素的影响;建立的有限元模型能有效描述混凝土复杂三维断裂过程。
热环境中的功能梯度扁球壳非线性稳定性分析
赵伟东, 高士武, 黄永玉
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0541
[摘要](11) [HTML全文](5)
摘要:
基于经典壳理论和von Karman几何非线性理论,导出了功能梯度圆底扁球壳的位移型几何非线性控制方程及简支边界条件,推导过程考虑了均匀变温场及均布外侧压力。用打靶法计算了由控制方程和边界条件提出的两点边值问题,得到了壳体轴对称变形的数值结果。考察了壳体几何参数、材料横向梯度特性、组份材料体积分数指数和弹性模量以及均匀变温场对壳体屈曲平衡路径、上/下临界荷载和平衡构形的影响。数值结果表明:随组分材料体积分数指数的增加和弹性模量的减小,壳体上临界荷载均会显著减小。体积分数指数对壳体下临界荷载影响规律较复杂。均匀升温使壳体上/下临界荷载显著增加/减小。材料横向梯度特性对简支边功能梯度圆底扁球壳屈曲平衡路径和后屈曲稳态构形有显著影响。文末给出了便于工程设计的两个数表和一些数值曲线。
基于非线性气动力的失速颤振计算与试验研究
戴玉婷, 严慧, 王林鹏
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.0141
[摘要](9) [HTML全文](7)
摘要:
飞行器大攻角飞行过程中的动态失速会导致结构自激扭转或俯仰运动,造成非线性失速颤振现象,直接影响飞行器飞行安全与结构安全。该文对标准Leishman-Beddoes非线性非定常气动力模型进行马赫数修正,使其适用于低速不可压情形的动态失速气动力计算,然后基于二元翼段气动弹性模型,采用Newmark时域推进方法进行工程失速颤振计算。依据计算结果设计并完成了二元翼段失速颤振风洞试验。试验结果表明,多数试验状态,基于L-B模型的失速颤振计算结果与试验结果均吻合较好。结果验证了修正的L-B模型可以用来进行低速大展弦比平直翼段翼型的失速颤振工程分析与极限环振荡评估,同时,失速颤振速度与极限环幅值受初始攻角的影响很大。
基于时域响应相关性分析及数据融合的结构损伤检测研究
王慧, 王乐, 田润泽
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.10.0588
[摘要](11) [HTML全文](8)
摘要:
基于时域振动响应的结构损伤检测方法因其便于实现在线监测受到了越来越多的关注。本文回顾了两种利用时域响应相关函数建立的结构特征向量(即内积向量及互相关函数幅值向量)及其对应的损伤检测方法。为了从时域响应相关函数中提取更多的结构健康信息,通过利用不同的结构响应组合,将上述两种结构特征向量扩展到了多种结构特征向量,并进一步采用数据融合理论,提出了检测精度更高的结构损伤检测方法。针对8层框架结构损伤检测的试验研究结果表明,本文方法可以对框架结构上的微小损伤进行定位。
钢筋网高延性混凝土加固砖柱偏心受压性能试验及计算方法研究
邓明科, 李彤, 范丽玮
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0550
[摘要](10) [HTML全文](7)
摘要:
通过27个钢筋网高延性混凝土(HDC)面层加固砖柱的偏心受压试验,研究了不同偏心距荷载作用下加固砖柱的破坏形态和受力性能,并对荷载-位移曲线、极限承载力以及砖柱截面应变进行了分析。结果表明:钢筋网HDC面层与砌体具有良好的协调工作能力,可大幅度提高砖柱的承载力和变形能力,改善了砖柱的脆性破坏特征,并且提高了砖柱的整体性;随偏心距增大,砖柱的承载力逐渐降低,但初始偏心距并未削弱钢筋网HDC面层的加固效果。考虑HDC的抗拉作用,并对加固层的应力进行计算简化,得到钢筋网HDC面层加固偏心受压砖柱的承载力计算公式,与试验结果吻合较好。分析了二次受力对砖柱承载力的影响,给出了不同初始偏心荷载作用下的HDC抗压强度利用系数,可供加固设计参考使用。
平面SV波入射下山体地形中双线隧道动力响应
张海, 杜雪姣, 刘中宪, 徐颖, 杨国岗
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0404
[摘要](27) [HTML全文](19)
摘要:
根据弹性波动理论,结合“分区契合”思想,采用间接边界元方法,考察SV波入射下隧道—山体系统整体地震反应特征和相互作用规律。通过参数分析讨论入射波频率和角度、衬砌隧道位置等因素对山体表面及附近地表的地面运动、山体内部衬砌隧道本身应力、位移的影响。计算结果表明:山体中衬砌隧道的存在对附近地震波有显著的放大作用。整体上看,随着无量纲频率η增大,隧道环向应力逐渐减小,地表位移幅值震荡更为剧烈,空间分布更复杂;山体与隧道尺寸的比值较小时,隧道内环向应力集中比较显著,随着山体与隧道尺寸比的增加,环向应力峰值呈现减小的整体趋势,应力集中区域显著减少;随SV波入射角度α的增大,两隧道衬砌内部环向应力均有增加的趋势。另外,隧道间距越小,衬砌动应力集中效应越发显著。
基于二元耦联性解耦下多孔FGM梁的热-力耦合振动与屈曲特性
蒲育, 周凤玺, 任永忠, 刘君
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0553
[摘要](11) [HTML全文](7)
摘要:
采用一种改进型广义微分求积(MGDQ)法,数值研究了初始轴向机械力作用下含均匀孔隙的功能梯度材料(FGM)梁在热环境中的耦合振动及耦合屈曲特性。考虑了材料性质随温度的相关性,温度沿梁的厚度方向按不同类型稳态分布,采用含孔隙率修正的Voigt混合幂率模型来表征多孔FGM梁的材料属性。采用一种n阶广义梁理论(GBT),在Hamilton体系下统一建立描述该系统耦合振动及屈曲问题力学模型的控制方程。通过引入边界控制参数,可实施3种典型边界梁动态响应MGDQ法求解的MATLAB统一化编程。基于两种静动态力学行为之间的二元耦联性,编写循环子程序用来获得屈曲静态响应,该分析方法极大地简化了解耦过程并提高了计算效率。通过算例主要探究了梁理论、边界条件、温度分布、升温、初始轴向机械力、热-力耦合效应、孔隙率、梯度指标、跨厚比等诸多参数对多孔FGM梁振动及屈曲特性的影响,同时刻画并揭示了两种静动态力学行为之间的二元耦联性。
锈蚀预应力混凝土梁承载力及破坏模式研究
邢国华, 武名阳, 常召群, 张广泰, 柳明亮
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0503
[摘要](8) [HTML全文](2)
摘要:
随着服役时间增长,侵蚀环境下预应力混凝土梁因受力筋发生锈蚀而造成其延性与承载力降低,严重影响结构的安全使用。为分析侵蚀环境下预应力混凝土梁的承载性能,以集中荷载作用下锈蚀预应力混凝土梁为研究对象,分析混凝土梁锈蚀后各材料性能的劣化与预应力对其承载能力的影响,基于桁架-拱模型给出了桁架作用与拱作用的荷载分配系数,建立了预应力混凝土梁承载力计算模型及破坏模式判别方法,并通过76根预应力混凝土梁的试验数据对建议模型进行验证。研究结果表明:预应力混凝土梁承载力试验值与计算值之比的平均值为1.116,方差为0.033,吻合较好;基于建议分析模型对预应力混凝土梁破坏模式的预测判别与试验梁破坏模式符合程度较高,且该模型能反映预应力混凝土梁随着锈蚀程度增大其破坏模式发生演变这一特征。该文建议的理论模型可用于锈蚀预应力混凝土梁的承载力计算与破坏模式预测分析。
并联式单向单颗粒阻尼器力学模型及优化分析
闫维明, 王宝顺, 何浩祥
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0487
[摘要](18) [HTML全文](15)
摘要:
针对目前颗粒阻尼器的不足及土木工程减震的需求,提出并联式单向单颗粒阻尼器(Parallel Single-Dimensional Single Particle Damper, PSSPD)。在剖析PSSPD减振机理且全面考虑颗粒的受力状态的基础上,建立其力学模型并提出一种高效的变步长数值计算方法。针对简谐激励,获得PSSPD-单自由度结构系统处于稳定、对称、周期碰撞状态时的系统位移响应解析表达,并在该结果的基础上分析各参数对PSSPD性能的影响及颗粒运动最优间距的与其它参数的关系,对其准确性进行验证。提出PSSPD在地震动中的优化分析方法并对其合理性和准确性也进行验证,并研究在最优设计参数和不同场地地震动作用下PSSPD对结构的减震效果。结果表明:因PSSPD属于加速度(力)相关性阻尼器,只要颗粒发生碰撞就会转移受控结构的能量,而地震动频谱的丰富性和随机性增强了颗粒发生碰撞的概率,PSSPD对不同场地下的地震动均有良好的减震效果,且场地效应对其减震效果影响不明显,更加适用于中低层结构。
基于计算接触力学的粗颗粒土体材料细观性质模拟
潘洪武, 王伟, 张丙印
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0490
[摘要](27) [HTML全文](22)
摘要:
采用离散元等数值模拟方法研究粗颗粒土体材料的细观力学行为,是近年来岩土力学的热点研究课题。提出了一种基于计算接触力学的粗颗粒土体材料细观力学行为模拟分析新方法。该法将土体颗粒剖分成一定数量的单元,通过计算接触力学方法模拟颗粒间的多体接触行为,是一种基于有限元变分原理的隐式数值求解方法,具有严格的理论基础。和离散元法方法相比,该方法在描述颗粒本身的力学特性方面具有优势,可以计算得到颗粒内部的应力分布情况,从而为颗粒破碎等细观行为的模拟计算提供依据。利用所发展的粗颗粒土体多体接触有限元计算程序,进行了不同围压的常规三轴数值试验,模拟计算结果符合粗颗粒土体材料三轴试验的一般规律,初步验证了所提出的计算方法的适用性。
可收卷复合材料层板大变形弯曲性能研究
周震, 程小全, 张涛, 陈磊, 吴永康
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0527
[摘要](10) [HTML全文](6)
摘要:
该文研究了玻璃纤维编织复合材料制成的可收卷层板在大变形条件下的弯曲静力性能和疲劳性能。通过弯曲静力试验得到了试验件在大变形条件下的应变和位移的关系;通过有限元模拟静力试验并与试验结果对照,确定了疲劳试验的载荷;研究了在大变形条件下不同铺层层板的弯曲疲劳寿命及失效模式和相同铺层层板的疲劳寿命曲线。结果表明:复合材料层板在大变形弯曲时具有明显的非线性行为,且(±45°)铺层层板弯曲疲劳性能明显优于(0°/90°)铺层层板;在最小应变和最大应变比不变的情况下,相同铺层层板的弯曲最大应变和对数疲劳寿命之间存在线性关系。
空调塑料材料的碰撞失效模拟研究
李祖吉, 黄云艳, 刘怀灿, 耿建军, 朱耀辉, 张文超
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0482
[摘要](28) [HTML全文](13)
摘要:
研究空调内机塑料材料ABS-121H在跌落工况下的力学行为。通过准静态、动态拉伸力学实验和失效实验,分别建立了不同应变率下材料弹塑性模型及LS-DYNA软件的GISSMO失效模型,并通过整机零部件实验及仿真对材料弹塑性模型和失效模型准确性进行验证。结果表明:考虑应变率效应的材料弹塑性模型可以准确反映结构的加速度和刚度,GISSMO失效模型可以准确预测材料复杂应力状态下的断裂失效行为。该研究为空调跌落仿真的材料模型建立提供参考。
拟静力作用下群钉连接件抗剪性能研究
赵根田, 侯智译, 高鹏, 王达
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0513
[摘要](37) [HTML全文](42)
摘要:
为研究低周往复荷载作用下群钉连接件的劣化过程和退化机理,以栓钉直径、混凝土强度等级、加载方式为参数设计9个试件进行试验,并采用ABAQUS进行精细分析,研究群钉抗剪连接件的破坏模式、刚度退化、损伤累积、抗剪承载力及能量耗散等指标。结果表明:混凝土强度相同时,试件的抗剪承载力随栓钉直径的增加而提高,而抗剪刚度和能量耗散等指标变化不明显。对于直径较大的栓钉,各项性能指标还会出现劣化。混凝土强度增加,试件的抗剪承载力和抗剪刚度提高,耗能增加,滑移值减小。低应力循环加载时,试件较早出现损伤累积,其损伤累积速度随栓钉直径的增大而增加。高应力循环加载时,试件表现出损伤累积滞后现象,在第3个循环节开始出现损伤快速累积。群钉多层排列时,栓钉传力不均匀,靠近加载端的栓钉承担的剪力大于其他栓钉。当混凝土强度在C35和C45之间时,建议采用直径16 mm的栓钉与之搭配。
高层钢结构考虑长周期地震动的减震加固研究
杜东升, 宋宝玺, 许伟志, 王曙光
当前状态:  doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0508
[摘要](35) [HTML全文](29)
摘要:
考虑长周期地震动的影响对一高层钢结构进行了减震加固,并对其抗震性能进行了评估。日本东京新宿地区一高层钢结构经历了“3·11”地震,其强震观测系统记录到了有价值的加速度时程数据,为使其成为人流密集区域的避难场所,拟进行减震加固以提高其抗震性能。基于记录数据进行了频谱分析和时频域分析,发现此次地震具有明显的远场长周期和长持时特征,其长周期分量持续到300 s后才逐渐衰减;利用Ai分布地震力研究了结构的非线性特征和损伤分布,并在此基础上采用基于存储刚度的静力分析方法进行了减震优化设计;选取了包含记录数据在内的长周期长持时地震动和一般地震动对减震加固结构进行了非线性动力分析及损伤评估。结果表明:相较于一般地震动,长周期长持时地震动作用下高层结构的减震效果更明显,优化后的减震加固方案使结构的振动衰减较快,不仅减小了结构的最大响应,而且有效降低了构件的损伤数量和损伤程度。衡量钢支撑局部屈曲的累积轴向应变在长周期长持时地震动作用下明显大于一般地震动,故长周期长持时地震动对钢支撑局部屈曲影响较大。
2020年第6期, 刊出日期:2020-06-14
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综 述
深地能源工程热水力多场耦合效应高效模拟方法
赵志宏, 刘桂宏, 徐浩然
2020, 37(6): 1-18.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.ST09
[摘要](163) [PDF 38419KB](28)
摘要:
深地能源工程多场耦合效应数值模拟面临的主要难题有深部岩体的非线性力学特性、复杂的赋存环境、以及围岩-结构尺寸相差悬殊的计算瓶颈。针对深地能源工程井筒结构独特的细长型几何特点,将井筒简化为一维线单元,考虑井筒内流体沿井筒轴向的渗流传热,而井筒内流体与周围岩体的换热过程则采用等效换热系数近似考虑,套管和砂浆层的影响包含在等效换热系数中,利用该方法实现了远场尺度深地能源工程热-水-力多场耦合效应的高效模拟。依托中国京津冀及周边地区典型水热型地热田群井系统开展案例研究,不仅证明了该文所提出的数值模拟方法可兼顾百平方千米尺度深地能源工程多场耦合效应模拟分析的精度与效率,还揭示了深部热储温度场、渗流场、变形场的长期演化特征。
剪力墙的型式、设计理论研究进展
郭彦林, 朱靖申
2020, 37(6): 19-33.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0432
[摘要](148) [PDF 4941KB](26)
摘要:
该文回顾了近几十年来剪力墙在材料和截面型式上的发展历程。由于剪力墙体系在承载性能、抗震性能以及建筑布局上的优势,其已经越来越多地被应用到多高层建筑和住宅结构中。剪力墙经历了钢筋混凝土、纯钢、钢-混凝土组合的发展历程。随着材料和截面型式的不断更新,剪力墙逐步体现出高性能、装配化的发展方向,符合目前中国住宅建筑的发展需求。该文着重介绍了多种型式的波形钢板剪力墙的受力机理、设计理论研究过程及其在单调荷载作用和水平往复荷载作用下的试验研究成果,并阐述了波形钢板混凝土组合墙的受力机理和装配化加工过程,说明了针对波形钢板混凝土组合墙的截面强度承载力、整体稳定承载力、墙肢稳定承载力和抗震性能等问题的研究过程、试验结果以及设计理论,给出了部分关键设计公式。该文还介绍了《波形钢板组合结构技术规程》的适用范围和编制内容,也简要说明了波形钢板混凝土组合墙-钢管混凝土异形截面柱框架结构体系中异形柱的设计方法。
基本方法
曲线裂纹裂尖SIFs等效分析的广义参数Williams单元确定方法
徐华, 邓鹏, 蓝淞耀, 刘祖容, 杨绿峰
2020, 37(6): 34-41.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0455
[摘要](139) [PDF 644KB](6)
摘要:
基于Williams级数建立的含直线裂纹平面弹性体裂尖应力强度因子(Stress Intensity Factors,简记SIFs)分析的广义参数Williams单元(简记W单元),因裂纹面必须满足σθ=0、τρθ=0(θ=±π)的边界条件,而曲线裂纹面无法满足该边界条件使得W单元不能直接适用。该文针对此问题,将含曲线裂纹平面弹性体裂尖局部区域进行等效处理,以裂尖为圆心,选取合适的半径建立等效区,即截取斜率呈单调变化的曲线微段,在微段两端引切线交叉成折线段,以该折线段近似代替曲线微段。算例分析表明:当等效区的尺寸取建议值时,该文方法的计算结果精度较高,证明了该文改进方法在分析曲线裂纹尖端SIFs的合理性,同时给出了等效区尺寸的建议值,即ψmin=5π/6,且等效区截取曲线长度宜大于原曲线长度的1/5。
有限元法中间构形初始解预示的Laplace-Beltrami方程法
刘永财, 陈文亮, 胡庆婉, 鲍益东
2020, 37(6): 42-50.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0425
[摘要](136) [PDF 3183KB](6)
摘要:
一步有限元法具有高效的计算能力,在板料成形模拟方面得到了广泛的应用,但它存在应力计算精度不足的问题。为弥补这一不足,通过增加中间构形的方式,人们提出多步有限元法。而中间构形需根据初始解迭代计算获得,因此,初始解预示算法是多步有限元法的一个关键问题。该文把中间构形解耦分解为弯曲变形和拉伸变形两个独立的变形过程,且将弯曲变形作为中间构形的初始解预示,改善了多步有限元法的稳定性;并根据大位移小应变理论,建立了节点的位移约束条件;进一步,首次通过Laplace-Beltrami方程的建立和求解,实现了中间构形初始解的快速预示,该方法易于编程实现,稳定性好。通过典型零件数值算例的高效准确计算,验证了该算法的可行性和有效性。
基于三场变分原理的对偶mortar有限元法
周墨臻, 张丙印, 张顶立, 方黄城
2020, 37(6): 51-59.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0540
[摘要](130) [PDF 5003KB](4)
摘要:
通过引入独立媒介面,将mortar有限元法由二场变分原理推广到三场变分原理。通过采用满足双正交性条件的对偶基函数离散Lagrange乘子空间,实现了Lagrange乘子的凝聚,由此提出了基于三场变分原理的对偶mortar有限元法。提出的新方法同时解决了常规mortar元的约束交叉、主从偏见及求解效率等问题。自主编制了相应的计算程序,并采用两个三维数值算例对新方法进行了验证。研究结果表明:基于三场变分原理的对偶mortar方法对界面连续性条件的求解精度高,可有效用于含约束交叉的非协调网格计算,所支持的复杂子区域划分使得有限元分析更为灵活。
土木工程学科
钢梁与钢管混凝土束剪力墙端板式刚接节点
胡立黎, 尹卫泽
2020, 37(6): 60-64.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.ST03
[摘要](23) [PDF 5879KB](4)
摘要:
该文提出一种工字型钢梁与钢管混凝土束剪力墙端板式刚接节点。采用塑性极限分析方法,推导出端板厚度设计方法。通过6个试件的低周反复荷载节点试验,验证了该节点力学性能和计算结果的可靠性。通过实际工程示范,验证了该节点的制作、运输和施工便利性。结果表明:该设计方法能够满足工程应用要求,安全可靠。
钢管柱-钢筋混凝土框架转换节点设计研究
范重, 柴会娟, 陈巍, 聂鑫, 高劲洋, 樊健生, 葛红斌, 黄进芳
2020, 37(6): 65-78.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.0282
[摘要](22) [PDF 8890KB](20)
摘要:
在传统钢管柱与钢筋混凝土框架转换方式的基础上,提出了一种适用性较强的新型转换节点。框架柱纵向受力钢筋与节点域钢管侧壁焊接,框架梁纵向受力钢筋与节点钢牛腿翼缘焊接。该转换节点钢管下插长度小,节约钢材效果明显。通过钢牛腿翼缘的叠层式连接构造,既能解决框架梁钢筋焊接的问题,又可减小牛腿翼缘偏心受力的影响,焊接施工方便。在清华大学教育部重点实验室进行了4个转换节点的缩尺模型试验,并采用非线性有限元软件Marc对转换节点的受力机理进行深入分析。结果表明:在水平往复荷载作用下,试件加载至最大位移时,牛腿端部混凝土压溃、剥落,纵向受力钢筋弯折变形显著,形成塑性铰。框架柱顶部混凝土裂缝数量较少,试验结束时框架柱基本完好。钢管柱底部管壁可能进入屈服,钢管柱及节点域均未出现面外变形。试件的荷载-位移滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力。钢管柱的最大应力均出现在框架的顶部附近,过渡段钢管的应力低于钢管柱。在达到极限变形状态时,钢牛腿、内环板及竖向加劲肋应力较低,均处于弹性状态。该钢管柱-钢筋混凝土框架转换节点具有良好的技术经济性能,能够达到“强节点、弱构件”的抗震性能目标。
盐雾环境下一字型短肢RC剪力墙抗震性能试验
秦卿, 郑山锁, 丁莎
2020, 37(6): 79-91.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.0296
[摘要](25) [PDF 2754KB](7)
摘要:
盐雾环境下氯离子侵蚀对既有RC结构抗震性能具有较大影响,采用人工气候实验方法模拟近海盐雾环境对8榀剪跨比为2.14的一字型短肢RC剪力墙进行加速腐蚀,达到预期腐蚀目标后对其进行拟静力加载试验,重点研究盐雾腐蚀程度对剪力墙试件承载力、变形、强度衰减、刚度退化、耗能等指标的影响以及不同设计参数对锈蚀试件抗震性能的影响。试验结果表明:钢筋锈蚀对RC剪力墙抗震性能影响较大,随锈蚀程度增加,试件逐渐以剪切破坏为主的弯剪破坏向以弯曲破坏为主的弯剪破坏转变,试件的承载力不断减小,变形能力变差,强度衰减和刚度退化不断加剧,耗能能力变差;但是,横向分布钢筋减小可以有效改善锈蚀RC剪力墙的变形能力;同时,限制剪力墙的轴压比也可以有效改善锈蚀RC剪力墙试件的抗震性能。
建筑隔震橡胶柔性管道抗震性能试验研究
曾德民, 刘文科, 解琳琳, 李爱群, 杜志超, 陈曦, 耿海刚
2020, 37(6): 92-99.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0412
[摘要](30) [PDF 7926KB](5)
摘要:
橡胶柔性管道在隔震建筑中逐渐得到应用,其震后能否正常工作会直接影响建筑的使用功能。该文选取竖向安装的橡胶柔性管道作为研究对象,变形位移需求为400 mm,考虑2种公称内径和4种管道设计长度影响,进行了抗震性能试验,对比分析了该类管道的地震损伤演化模式、变形和承载能力特征。试验结果表明:设计长度较小的管道均无法满足预期变形目标,经历管道绷直以及单侧断裂破坏两个关键状态,震后必须更换;对于设计长度符合规范建议的管道,则可以满足变形需求;回归分析获得了管道公称内径和设计长度与其水平变形能力之间的量化关系;管道设计长度相同时,管道公称内径与其破坏时的水平极限荷载呈正相关关系,但大公称内径和小公称内径管道的极限水平荷载之比小于公称内径比。
内置有挡板的矩形水箱阻尼比估算方法比较分析
钟文坤, 吴玖荣
2020, 37(6): 100-109.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.0422
[摘要](21) [PDF 683KB](8)
摘要:
该文以一矩形水箱为研究对象,假定水箱底部受到的外加激励为正弦激励,利用能量耗散原理和虚功原理两种方法,分别推导了底部安装有多块垂直挡板和左右侧壁对称安装有多组水平挡板的矩形水箱线性阻尼比估算公式。一方面,分析和讨论了挡板宽度、挡板所在位置、水深比及激频比对水箱系统线性阻尼比的影响;另一方面,把阻尼比数值估算结果与已有实验结果进行了对比分析。该文研究结果表明:在线性条件下利用能量耗散原理和虚功原理推导的矩形水箱阻尼比估算公式具有一致性,且都具有较好的估算效果;同时激频比对矩形水箱的阻尼比影响较大,不可忽略。该文研究结果对内置有多种类型挡板布置形式的矩形水箱阻尼比的估算具有一定的参考价值。
钢-混凝土组合节点连接PC柱抗震性能影响参数分析
杜永峰, 李虎, 韩博, 李芳玉
2020, 37(6): 110-121,154.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0530
[摘要](23) [PDF 4369KB](4)
摘要:
为了研究钢-混凝土组合节点连接PC柱的抗震性能,对1个整浇柱试件和2个PC柱试件进行低周往复加载试验,对比分析PC柱与整浇柱的抗震性能差异,研究轴压比对PC柱抗震性能的影响。利用ABAQUS建立有限元模型,模拟PC柱在水平往复荷载作用下的滞回性能,数值计算结果与试验结果吻合较好。扩充分析参数范围,采用该有限元模型进一步分析各参数对PC柱抗震性能的影响。研究表明:PC柱试件具有与整浇柱试件相当的滞回性能;轴压比和剪跨比是影响PC柱抗震性能的重要因素,轴压比增大或剪跨比降低时,PC柱的水平刚度和水平承载力提高,但变形和耗能能力降低;提高配箍率或纵筋率均可改善PC柱的抗震性能,改变拼接段各节点参数对PC柱抗震性能的影响较小。
底部铰支自复位钢筋混凝土剪力墙设计与性能研究
徐龙河, 张焱, 肖水晶
2020, 37(6): 122-130.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0235
[摘要](32) [PDF 5575KB](7)
摘要:
为克服传统钢筋混凝土剪力墙在遭受较大地震时易发生墙脚压溃形成塑性铰等问题,减小结构残余位移,提出一种底部铰支自复位钢筋混凝土剪力墙。通过将传统剪力墙破坏严重的底部进行替换,上部墙板通过V型连接梁与基础铰接,两侧墙脚位置处布置具有双线性滞回特性的复位支撑,将墙板传递的内力解构,弯矩由复位支撑单独承受,在墙体底部形成弹性旋转约束的方式,实现了剪力墙较大弹性侧移,从而降低墙体损伤和残余位移。数值模拟分析了普通钢筋混凝土剪力墙(SW)和相同截面的自复位钢筋混凝土剪力墙(SC-SW)在低周往复荷载下的承载能力、耗能能力、变形能力及损伤分布。结果表明:SC-SW通过合理设计可达到与SW相同初始刚度和承载力,同时延性提高了26.52%;损伤水平明显小于SW,避免了以墙体塑性受损而吸收能量的耗能方式;残余位移明显减少,复位效果较好。
钢筋活性粉末混凝土简支梁受弯力学性能试验与计算
李海艳, 张博扬, 李金书
2020, 37(6): 131-139.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0428
[摘要](20) [PDF 996KB](8)
摘要:
活性粉末混凝土(RPC)与普通混凝土(OC)相比,具有超高的强度、高韧性和优异的耐久性,其构件承载力与刚度计算方法必然不同于普通混凝土构件。该文对4根钢筋活性粉末混凝土简支梁开展受弯性能足尺试验,获得了梁的开裂弯矩、极限弯矩及荷载-跨中位移曲线,揭示了RPC简支梁受弯变形特征与破坏模式,推导了钢筋RPC简支梁的开裂弯矩与正截面受弯承载力计算公式。结果表明:钢纤维RPC极限压应变为4394 με~5200 με,开裂应变为690 με~820 με,均远大于普通混凝土;由于添加了钢纤维,公式推导时必须考虑RPC拉区拉应力的影响,推导所得开裂弯矩、正截面受弯承载力及刚度公式计算值与试验值吻合较好,计算公式具有较高的精度,可用于钢筋RPC梁的设计计算。
考虑多组件疲劳损伤的组合梁剩余承载力计算方法及试验验证
汪炳, 黄侨, 刘小玲
2020, 37(6): 140-147.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0434
[摘要](22) [PDF 3869KB](6)
摘要:
针对现行规范中无法计算钢-混凝土组合梁在疲劳后的剩余承载力问题,提出考虑多组件疲劳损伤的组合梁剩余承载力的计算方法。基于材料剩余强度理论,分别引入组合梁各组件(混凝土板、钢梁和栓钉连接件)在疲劳荷载作用下的强度衰减模型;对疲劳荷载作用下的组合梁进行受力分析,得到在既定疲劳荷载幅值下各组件的疲劳应力幅;将各组件的疲劳损伤计入钢-混凝土组合梁剩余抗弯承载力计算中,并考虑疲劳加载过程中组合梁抗剪连接度的变化,建立完全抗剪连接和部分抗剪连接两种情形下的组合梁剩余承载力计算方法,并通过6个试验梁的剩余承载力试验进行验证。研究结果表明:在疲劳荷载作用下,组合梁的抗剪连接度逐渐降低,剩余承载力退化明显且不可忽略。该文建立的组合梁剩余承载力计算方法的计算值与试验值吻合较好,具有良好的计算精度与适用性,补充并完善了现有组合梁承载力的计算方法。
斜拉桥跨中竖向位移的温度灵敏度系数研究
周毅, 孙利民, 符振慧, 江震
2020, 37(6): 148-154.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0437
[摘要](21) [PDF 460KB](5)
摘要:
环境温度变化下桥梁跨中竖向位移的变化规律是结构健康监测关注的重要问题。前期研究表明,拉索温度和主梁平均温度是引起斜拉桥主跨跨中竖向位移变化的关键温度变量。该文通过平面几何分析和级数展开得到了对称双塔斜拉桥主跨跨中竖向位移关于拉索温度、主梁平均温度的灵敏度系数的实用计算公式。该公式反映温度变形的物理机理,揭示温度灵敏度系数与材料特性(线膨胀系数)和结构尺寸参数(主跨长度L0、边中跨比γ0和塔高跨比ζ)之间的关系,为斜拉桥温度变形的研究提供了新思路。
单向受拉状态下的钢纤维混凝土本构模型
毕继红, 霍琳颖, 乔浩玥, 赵云
2020, 37(6): 155-164.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0443
[摘要](21) [PDF 610KB](6)
摘要:
在混凝土中添加随机分布的钢纤维能有效提高混凝土力学性能。为了更好地考虑纤维对单向受拉状态下钢纤维混凝土(SFRC)的增强作用,提出一个钢纤维混凝土的弥散开裂本构模型。在弹性阶段,纤维混凝土被视为简单复合材料,基于两相复合材料理论,对SFRC的弹性刚度矩阵进行修正;在受拉开裂后,混凝土的塑性变形量被视为纤维与混凝土界面脱粘过程中滑移量,利用粘结滑移模型计算纤维在混凝土开裂面上的桥接作用。该文通过有限元软件ABAQUS中子程序二次开发接口Umat,进行Fortran编程,在ABAQUS中实现该本构模型。通过数值模拟结果与受拉实验数据进行对比,验证了该本构模型的准确性。通过数值模拟分析,进一步探究钢纤维混凝土相关参数对抗拉性能的影响,为钢纤维混凝土在实际的工程中的应用提供建议。
配钢率对型钢混凝土异形柱抗震性能的影响分析
刘祖强, 周昕, 薛建阳, 周超锋, 赵林
2020, 37(6): 165-173.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0454
[摘要](21) [PDF 3031KB](6)
摘要:
设计了16个型钢混凝土异形柱试件,包括L形柱、沿腹板加载的T形柱、沿翼缘加载的T形柱和十形柱各4个,采用试验研究和有限元模拟相结合的方法分析配钢率对试件抗震性能的影响,得到了试件的破坏形态及滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性、刚度、耗能能力等性能指标。结果表明:剪跨比为2.5的试件在低周反复荷载作用下发生弯曲破坏,配钢率对试件破坏形态的影响较小,但配钢率增大能够抑制混凝土裂缝的开展,延缓试件的破坏;试件的滞回曲线饱满、对称,延性好,耗能能力强,刚度退化先快后慢;随着配钢率增大,试件的滞回环面积越来越大,承载力显著提高,延性明显改善,刚度退化变缓,但耗能能力变化较小。
考虑柱纵向钢筋屈曲特征的修正材料本构模型
杨红, 耿南锋, 刘子珅
2020, 37(6): 174-185.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0465
[摘要](21) [PDF 1650KB](10)
摘要:
纵筋屈曲会加速钢筋混凝土(RC)柱峰值后承载力退化,在钢筋的材料本构关系中合理地考虑屈曲效应是RC柱的有限元模型可信的基础之一。Gomes等提出的屈曲钢筋材料本构模型(G-A模型)力学概念清楚,但两个基本假定存在明显误差。在OpenSees平台上,采用基于纤维截面的集中塑性铰非线性梁柱单元对24个钢筋试件的屈曲受力性能循环加载试验进行模拟。基于有限元计算结果,对G-A模型采用的全截面塑性弯矩Mp、忽略杆件轴向变形的几何关系进行了误差分析。通过回归分析,建立了修正G-A模型。研究结果表明,屈曲钢筋试件关键截面的应力分布与G-A模型的全截面塑性基本假定差别较大,忽略轴向变形影响会导致屈曲钢筋跨中侧向位移计算结果存在误差。原始G-A模型的模拟效果较差,修正G-A模型对全截面塑性弯矩、几何关系均进行改进,其计算精度明显提高。
可更换耗能连接力学机理及变形性能研究
谢鲁齐, 吴京, 章锦洋, 刘晨昱
2020, 37(6): 186-195.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0475
[摘要](27) [PDF 6894KB](16)
摘要:
提出一种安装于装配式混凝土梁柱连接部位的可更换耗能连接组件,可以诱导结构的损伤集中在连接区域,保证结构主要构件在强震下处于弹性状态,增强结构的可修复性。利用MTS力学试验机开展3个组件的试验分析,研究组件的滞回性能、耗能能力和低周疲劳性能。试验结果表明,可更换耗能连接组件的滞回性能稳定,展现出了优良的延性和低周疲劳性能。基于ABAQUS开展的组件参数化分析主要针对核心耗能部件的厚度及核心耗能部件与约束部件之间的间隙。结果表明:增加核心耗能部件的厚度会减轻结构的高阶屈曲波数,优化构件长度方向的应变分布均匀性;核心耗能部件与约束部件之间的间隙也会影响核心耗能部件的应变分布。该文分析结果表明,该可更换耗能连接可以应用于对结构延性和可恢复性要求比较高的高震区框架结构中。
中央开槽箱梁断面扭转涡振全过程气动力演化特性
刘圣源, 胡传新, 赵林, 葛耀君
2020, 37(6): 196-205.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0478
[摘要](31) [PDF 1801KB](4)
摘要:
中央开槽箱梁因其优越的颤振性能而在大跨度桥梁建设中得到应用,但中央开槽存在引发结构大幅涡振的气动稳定性问题。以典型大跨度桥梁中央开槽箱梁断面为对象,进行弹簧悬挂节段模型风洞测压、测振试验。对比研究了扭转涡振锁定风速全过程起振点、上升区中点、振幅极值点、下降区中点及涡振结束点等涡振发展过程箱梁表面气动力演化特性。研究表明,箱梁表面气动力在涡振过程不同阶段具有明显的变迁历程,气动力特性与涡振响应有明显的同步演化关系。分布气动力对涡激力的贡献与扭转涡振振幅呈正相关关系,均在振幅极值点风速达到最大,下游箱梁上下表面后部区域及上游箱梁上表面前部区域对涡激力贡献较大,前两者起增强作用,后者起抑制作用,这些区域的气动力是引起中央开槽箱梁扭转涡振的主要原因。与闭口箱梁上下表面下游分布气动力对整体涡激力贡献相互抵消效应相比,中央开槽使得下游箱梁上下表面分布气动力均对整体涡激力起增强作用,这是中央开槽箱梁相比闭口箱梁涡振效应更加突出的重要原因。
板柱节点冲剪破坏后的精细有限元分析
杨友喆, 李易, 周大兴, 陆新征, 孙海林
2020, 37(6): 206-215.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0494
[摘要](23) [PDF 3601KB](3)
摘要:
按实际结构构造建立了板柱节点的精细有限元模型,采用实体单元和梁单元分别模拟混凝土和钢筋,采用生死单元技术模拟冲剪过程中混凝土开裂和冲剪后的钢筋断裂。3类典型冲剪试验的模拟验证表明该方法可以准确模拟冲剪和冲剪后的位移和承载力。基于该模型对约束节点的冲剪受力全过程进行了进一步的分析,结果表明:面内约束的板柱节点试验中,整体性钢筋和受弯钢筋对冲剪后承载力贡献为42%和58%;提高配筋率对节点冲剪前后的刚度均提升显著,而板厚增加仅对节点冲剪前的承载力和刚度有显著提升;欧美澳中四国规范在计算约束节点冲剪强度值时至少仍有36%的承载力储备,现有冲剪后承载力计算方法低估了负弯矩钢筋贡献,其冲剪后强度的计算值也都低于试验值。
跨海桥梁高桩承台波浪冲击荷载概率模型
魏凯, 周聪, 徐博
2020, 37(6): 216-224.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0500
[摘要](26) [PDF 3324KB](9)
摘要:
高桩承台是跨海桥梁常用的基础形式之一。但是高桩承台质量大、侧向刚度小,对波浪冲击荷载的水平分量十分敏感。在极端波浪作用下,高桩承台水平向的动力响应会明显大于静力方法算得的结构响应,严重威胁结构安全。传统波浪荷载计算方法无法充分考虑波浪冲击荷载的时变和随机特性。该文以跨海桥梁高桩承台为研究对象,开展了极端波浪冲击高桩承台尺缩模型的水槽试验。通过分析归一化后的波浪冲击荷载时程,建立了波浪冲击荷载时程模型;运用概率方法对波浪冲击荷载峰值与冲击上升段持续时间进行分析,给出了冲击荷载峰值和冲击上升段持续时间的边缘分布以及基于Copula的联合概率分布形式。
多阶梯被动变阻尼装置设计、试验及结构风振控制分析
付伟庆, 李茂, 李通, 张春巍
2020, 37(6): 225-233.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0523
[摘要](17) [PDF 1679KB](6)
摘要:
针对粘滞阻尼器出力范围窄,磁流变等变阻尼装置需能量输入和反馈控制的局限性,在前期单阶梯被动变阻尼装置研制基础上,设计制作了一种多阶梯被动变阻尼耗能装置(Multi-stage Passive Variable Damping Device,MPVDD),该装置采用被动控制方式,在不同速度区间拥有不同的阻尼系数变化规律。对其进行了相关性能验证试验和基于该装置结构风振控制效果的数值计算,试验和分析表明:装置可根据外部激励速度变化,实时机械式改变阻尼系数,实现宽域值变阻尼力的输出,且不需外部能源供给和状态反馈;安装耗能装置高层结构风振下的加速度和位移响应均得到有效控制,保证了风载下结构的舒适性和安全性要求。所做研究为该装置的应用打下了良好的试验和理论基础。
薄壁钢板自冲铆接受剪性能及承载力计算方法研究
谢志强, 张爱林, 闫维明, 张艳霞, 虞诚, 慕婷婷
2020, 37(6): 234-245.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0793
[摘要](20) [PDF 1704KB](3)
摘要:
为将机械工程领域中效率与自冲化程度高的自冲铆接应用于冷弯薄壁型钢结构,对51组薄壁钢板自冲铆接进行了受剪性能试验。研究了钢板厚度、厚度比及铆钉长度对其受剪性能和破坏机理的影响规律,拟合出了钢板组合厚度与铆钉长度间的经验公式;分析了现有自冲铆接受剪强度计算方法和各国规范中自攻螺钉连接受剪承载力计算方法的适用性;基于试验和分析结果,提出了薄壁钢板自冲铆接受剪承载力计算方法。结果表明:钢板厚度和板厚比分别是影响受剪性能与破坏机理的关键因素,铆钉长度对受剪性能影响较大且存在较优长度,其可通过拟合出的经验公式快速确定;针对不同破坏模式提出的自冲铆接受剪承载力计算方法,与现有方法相比更适用于设计,且其精度更高、稳定性更好。
其他工程学科
弹性膜结构几何非线性分析的刚体准则法
陈朝晖, 杨帅, 杨永斌
2020, 37(6): 246-256.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.08.0488
[摘要](39) [PDF 2603KB](6)
摘要:
提出了一种新型弹性空间膜结构几何非线性分析方法。根据刚体准则的思想,初始受力平衡的单元在经历刚体位移后,其单元结点力方向随单元发生转动而大小不变,单元仍保持平衡。建立了新型三角形空间膜单元,该膜单元由三根空间杆件组成铰接三角形,并在中间张拉薄膜而成,杆件的材料与薄膜相同。所建立的空间膜单元的整体位形由杆单元空间铰接三角形确定,而膜单元的有限弹性变形由内部张拉的薄膜变形确定。由满足刚体准则的杆单元几何刚度矩阵推导了空间膜单元的几何刚度矩阵。根据刚体准则思想,认为膜单元在变形过程中,其刚体位移对其整体变形的贡献较大,而单元的弹性变形贡献较小。采用更新的拉格朗日格式的增量迭代法,在分析的每个阶段充分考虑刚体转动效应,利用小变形线性化理论处理自然变形的剩余效应。该方法几何刚度矩阵推导简单,无需引入对单元大变形的人为假定,可容易地退化为平面膜单元,增量迭代计算过程充分考虑刚体准则,对若干典型空间膜结构算例的分析及与已有方法的比较,验证了所建单元与方法的准确性以及计算效率。