2014年 第31卷 第6期
2014, 31(6): 1-12,20.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.0388
摘要:
该文系统总结了建筑结构基于能量抗震设计方法的相关研究成果, 指出结构损伤耗能机制控制是确定结构累积耗能分布和实现基于能量抗震设计的关键. 分别针对钢支撑框架结构、RC框架结构和RC框-剪结构的合理耗能机制控制进行了研究. 在此基础上, 建立了基于能量抗震设计方法的实施框架, 并分别针对钢支撑框架结构、RC框架结构和RC框-剪结构给出了具体的基于能量抗震设计方法.
该文系统总结了建筑结构基于能量抗震设计方法的相关研究成果, 指出结构损伤耗能机制控制是确定结构累积耗能分布和实现基于能量抗震设计的关键. 分别针对钢支撑框架结构、RC框架结构和RC框-剪结构的合理耗能机制控制进行了研究. 在此基础上, 建立了基于能量抗震设计方法的实施框架, 并分别针对钢支撑框架结构、RC框架结构和RC框-剪结构给出了具体的基于能量抗震设计方法.
2014, 31(6): 13-20.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0247
摘要:
应用ICM(Independent Continuous and Mapping)方法, 建立了以重量最小为目标函数, 以连续频率带或离散点频率的简谐激励下的响应振幅为约束的拓扑优化模型. 引入了对数型Heaviside近似函数作为过滤函数, 并做了敏度分析, 利用对偶二次规划进行优化模型的求解, 并运用敏度过滤的方法处理动力响应数值不稳定的问题. 数值算例比较了利用对数型函数和幂函数作为过滤函数时对拓扑结构的影响, 结果显示利用对数型函数较幂函数结构优化迭代次数更少, 收敛更快.
应用ICM(Independent Continuous and Mapping)方法, 建立了以重量最小为目标函数, 以连续频率带或离散点频率的简谐激励下的响应振幅为约束的拓扑优化模型. 引入了对数型Heaviside近似函数作为过滤函数, 并做了敏度分析, 利用对偶二次规划进行优化模型的求解, 并运用敏度过滤的方法处理动力响应数值不稳定的问题. 数值算例比较了利用对数型函数和幂函数作为过滤函数时对拓扑结构的影响, 结果显示利用对数型函数较幂函数结构优化迭代次数更少, 收敛更快.
2014, 31(6): 21-29.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0982
摘要:
该文采用散射矩阵表征兰姆波在缺陷处的模态转换和散射特性, 研究了S0模态兰姆波与亚波长级槽形裂纹的交互作用. 由板中导波模态位移场的特性, 提出了只存在零阶模态时的模态分离方法. 求解了S0模态在不同尺寸裂纹处的多模态散射矩阵. 结果表明, S0模态入射到裂纹时, 散射波动场周向分布不均, 与入射角度相关；散射特征的强弱由裂纹长度决定, 长度越短, 散射特征越明显；各散射模态的能量分配由裂纹的深度决定, 随着裂纹深度增加, 散射的S0和SH0模态能量增加, 而A0模态先增加后急剧减小.
该文采用散射矩阵表征兰姆波在缺陷处的模态转换和散射特性, 研究了S0模态兰姆波与亚波长级槽形裂纹的交互作用. 由板中导波模态位移场的特性, 提出了只存在零阶模态时的模态分离方法. 求解了S0模态在不同尺寸裂纹处的多模态散射矩阵. 结果表明, S0模态入射到裂纹时, 散射波动场周向分布不均, 与入射角度相关；散射特征的强弱由裂纹长度决定, 长度越短, 散射特征越明显；各散射模态的能量分配由裂纹的深度决定, 随着裂纹深度增加, 散射的S0和SH0模态能量增加, 而A0模态先增加后急剧减小.
2014, 31(6): 30-34,41.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0991
摘要:
采用连分式算法可以有效地求解无限域动力刚度表示的比例边界有限元方程, 它具有收敛范围广、收敛速度快等优点. 该文在高频渐近连分式算法的基础上考虑了低频渐近, 发展了一种针对矢量波动方程的双渐近算法. 随着展开阶数的增加, 双渐近算法可以在全频域范围内快速逼近准确解. 引入了系数矩阵?X(i)来增强连分式算法的数值稳定性. 通过在高频极限、低频极限时满足动力刚度表示的比例边界有限元方程, 建立了递推关系以求得动力刚度矩阵. 通过二维半无限楔形体、三维均质弹性半空间数值算例表明, 双渐近算法比单渐近算法更稳定、优越.
采用连分式算法可以有效地求解无限域动力刚度表示的比例边界有限元方程, 它具有收敛范围广、收敛速度快等优点. 该文在高频渐近连分式算法的基础上考虑了低频渐近, 发展了一种针对矢量波动方程的双渐近算法. 随着展开阶数的增加, 双渐近算法可以在全频域范围内快速逼近准确解. 引入了系数矩阵?X(i)来增强连分式算法的数值稳定性. 通过在高频极限、低频极限时满足动力刚度表示的比例边界有限元方程, 建立了递推关系以求得动力刚度矩阵. 通过二维半无限楔形体、三维均质弹性半空间数值算例表明, 双渐近算法比单渐近算法更稳定、优越.
2014, 31(6): 35-41.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.1021
摘要:
对一种典型的航空铝合金铆接结构模型试件进行了疲劳试验. 针对该模型分别采用确定性裂纹增长方法和等效SSF法进行了寿命评估, 并与试验结果进行了比较. 结果显示, 两种评估方法都具有良好的评估精度. 当采用确定性裂纹增长方法对结构寿命进行分析时, 必须通过试验对于结构原始疲劳质量进行准确的评估, 结构寿命的评估结果会敏感的随着结构细节初始缺陷尺寸上界的变化而变化.
对一种典型的航空铝合金铆接结构模型试件进行了疲劳试验. 针对该模型分别采用确定性裂纹增长方法和等效SSF法进行了寿命评估, 并与试验结果进行了比较. 结果显示, 两种评估方法都具有良好的评估精度. 当采用确定性裂纹增长方法对结构寿命进行分析时, 必须通过试验对于结构原始疲劳质量进行准确的评估, 结构寿命的评估结果会敏感的随着结构细节初始缺陷尺寸上界的变化而变化.
2014, 31(6): 42-52.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.ST08
摘要:
梁杆结构几何非线性有限元方法主要包括两个部分, 建立虚功方程和实现数值求解. 该文运用对比方法, 分析了采用UL型增量理论的梁杆结构几何非线性有限元法求解过程与连续体求解过程的主要不同点, 特别是论述了确定加载步末的内力状态的重要性和方法.
梁杆结构几何非线性有限元方法主要包括两个部分, 建立虚功方程和实现数值求解. 该文运用对比方法, 分析了采用UL型增量理论的梁杆结构几何非线性有限元法求解过程与连续体求解过程的主要不同点, 特别是论述了确定加载步末的内力状态的重要性和方法.
2014, 31(6): 53-59.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.05.0450
摘要:
基于地震作用下钢筋混凝土结构的损伤机理, 以钢材和混凝土材料损伤模型为基础, 推导出损伤状态下钢筋混凝土构件刚度和材料自由能退化表达式, 提出一种以刚度退化和自由能退化线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型. 对钢筋混凝土柱的拟静力试验进行模拟分析, 结果表明该模型可以较好的描述钢筋混凝土柱的损伤演化过程, 且能够定量确定其在单向荷载作用下与之正交方向的损伤程度；对钢筋混凝土桥墩的振动台试验数据和钢筋混凝土刚构桥的数值算例进行了模拟分析, 结果表明基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型可以描述钢筋混凝土桥墩抗震能力的退化过程以及预测结构的失效模式, 可用于地震作用下桥梁结构的损伤分析.
基于地震作用下钢筋混凝土结构的损伤机理, 以钢材和混凝土材料损伤模型为基础, 推导出损伤状态下钢筋混凝土构件刚度和材料自由能退化表达式, 提出一种以刚度退化和自由能退化线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型. 对钢筋混凝土柱的拟静力试验进行模拟分析, 结果表明该模型可以较好的描述钢筋混凝土柱的损伤演化过程, 且能够定量确定其在单向荷载作用下与之正交方向的损伤程度；对钢筋混凝土桥墩的振动台试验数据和钢筋混凝土刚构桥的数值算例进行了模拟分析, 结果表明基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型可以描述钢筋混凝土桥墩抗震能力的退化过程以及预测结构的失效模式, 可用于地震作用下桥梁结构的损伤分析.
2014, 31(6): 60-69,100.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.09.0680
摘要:
焊接残余应力是影响钢结构受压构件整体稳定性能的一种重要初始缺陷. 为研究国产Q460高强度钢材焊接工字形截面的残余应力分布, 该文采用分割法对8个不同截面尺寸和焊缝类型的截面试件进行了测量. 基于近2000组测量数据, 得到了不同试件全截面的残余应力分布和拉、压应力大小, 并研究了腹板和翼缘的板件宽厚比、板件厚度、焊缝类型以及腹板和翼缘的相关性等因素对残余应力的影响. 试验结果表明, 残余压应力的数值大小与截面尺寸直接相关而基本不受焊缝类型的影响, 残余拉应力的大小则与截面尺寸没有相关性；由于翼缘和腹板内的残余应力能够分别满足自平衡条件, 二者没有相互间的影响作用. 最后, 该文提出了能够准确描述试验结果和截面尺寸影响的国产Q460高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式.
焊接残余应力是影响钢结构受压构件整体稳定性能的一种重要初始缺陷. 为研究国产Q460高强度钢材焊接工字形截面的残余应力分布, 该文采用分割法对8个不同截面尺寸和焊缝类型的截面试件进行了测量. 基于近2000组测量数据, 得到了不同试件全截面的残余应力分布和拉、压应力大小, 并研究了腹板和翼缘的板件宽厚比、板件厚度、焊缝类型以及腹板和翼缘的相关性等因素对残余应力的影响. 试验结果表明, 残余压应力的数值大小与截面尺寸直接相关而基本不受焊缝类型的影响, 残余拉应力的大小则与截面尺寸没有相关性；由于翼缘和腹板内的残余应力能够分别满足自平衡条件, 二者没有相互间的影响作用. 最后, 该文提出了能够准确描述试验结果和截面尺寸影响的国产Q460高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式.
2014, 31(6): 70-78.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0887
摘要:
为了探究再生粗骨料取代率对钢管与再生混凝土界面粘结强度及破坏机理的影响, 设计15个圆钢管再生混凝土和9个方钢管再生混凝土短柱试件, 以混凝土强度等级和长径比为变化参数分组进行取代率的影响分析. 通过推出试验, 获取荷载-滑移曲线的特征点参数, 回归得到极限粘结强度的计算公式. 从界面耗能、粘结抗剪刚度、损伤等角度分析了取代率对其内在失效机理的影响. 研究结果表明：极限粘结强度拟合公式计算值与试验实测值吻合较好；再生粗骨料取代率变化对钢管再生混凝土接触界面粘结失效过程的耗能能力影响不大；而界面弹性粘结剪切刚度却随着取代率的增加而降低；剪切刚度退化速度则相反, 随着取代率的增加而加快；再生粗骨料粘附的水泥基和内部裂纹会加快钢管再生混凝土界面的粘结损伤过程.
为了探究再生粗骨料取代率对钢管与再生混凝土界面粘结强度及破坏机理的影响, 设计15个圆钢管再生混凝土和9个方钢管再生混凝土短柱试件, 以混凝土强度等级和长径比为变化参数分组进行取代率的影响分析. 通过推出试验, 获取荷载-滑移曲线的特征点参数, 回归得到极限粘结强度的计算公式. 从界面耗能、粘结抗剪刚度、损伤等角度分析了取代率对其内在失效机理的影响. 研究结果表明：极限粘结强度拟合公式计算值与试验实测值吻合较好；再生粗骨料取代率变化对钢管再生混凝土接触界面粘结失效过程的耗能能力影响不大；而界面弹性粘结剪切刚度却随着取代率的增加而降低；剪切刚度退化速度则相反, 随着取代率的增加而加快；再生粗骨料粘附的水泥基和内部裂纹会加快钢管再生混凝土界面的粘结损伤过程.
2014, 31(6): 79-84.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.11.0910
摘要:
介绍了调谐型颗粒阻尼器, 进行了基于该阻尼器减震高架连续梁桥缩尺模型的振动台试验；建立了该阻尼器的数值分析简化力学模型, 提出了该模型等效阻尼比的能量估算方法, 并对该阻尼器的减震控制效果进行了有限元数值模拟. 试验与数值模拟结果表明：调谐型颗粒阻尼器可以有效降低高架连续梁桥的地震响应；上述简化力学模型和参数估算方法可以有效模拟调谐型颗粒阻尼器的减震控制效果, 可为基于颗粒阻尼器的土木工程结构减震设计参考.
介绍了调谐型颗粒阻尼器, 进行了基于该阻尼器减震高架连续梁桥缩尺模型的振动台试验；建立了该阻尼器的数值分析简化力学模型, 提出了该模型等效阻尼比的能量估算方法, 并对该阻尼器的减震控制效果进行了有限元数值模拟. 试验与数值模拟结果表明：调谐型颗粒阻尼器可以有效降低高架连续梁桥的地震响应；上述简化力学模型和参数估算方法可以有效模拟调谐型颗粒阻尼器的减震控制效果, 可为基于颗粒阻尼器的土木工程结构减震设计参考.
2014, 31(6): 85-92.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0939
摘要:
通过对比中国、美国、日本中小跨径桥梁结构体系, 分析中国汶川地震和美国北岭地震、日本阪神地震中桥梁震害的差异以及中国汶川地震中桥墩破坏率较低的原因, 发现美国加州桥梁结构形式主要是框架式桥墩, 日本桥梁采用钢支座为主的支承体系, 而中国中小跨径桥梁主要采用板式橡胶支座, 中国公路桥梁抗震设计中直接引用国外抗震规范存在问题；结合板式橡胶支座与铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和摩擦摆支座地震作用下耗能特点的不同, 提出中国广泛采用板式橡胶支座的中小跨径桥梁, 在抗震设计时支座可作为保险丝式单元优先损坏；参考美日两国的桥梁抗震设计方法, 给出了中国中小跨径桥梁考虑支座摩擦滑移的抗震设计方法, 建议中国中小跨径桥梁地震作用下利用板式橡胶支座摩擦耗能的特点, 通过支座摩擦滑移、最小支承长度和防落梁装置, 实现桥梁多道设防、分级耗能的抗震性能设计方法；最后给出了地震作用下桥梁纵桥向和横桥向相应的性能破坏模式, 并探讨了需要进一步研究的问题.
通过对比中国、美国、日本中小跨径桥梁结构体系, 分析中国汶川地震和美国北岭地震、日本阪神地震中桥梁震害的差异以及中国汶川地震中桥墩破坏率较低的原因, 发现美国加州桥梁结构形式主要是框架式桥墩, 日本桥梁采用钢支座为主的支承体系, 而中国中小跨径桥梁主要采用板式橡胶支座, 中国公路桥梁抗震设计中直接引用国外抗震规范存在问题；结合板式橡胶支座与铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和摩擦摆支座地震作用下耗能特点的不同, 提出中国广泛采用板式橡胶支座的中小跨径桥梁, 在抗震设计时支座可作为保险丝式单元优先损坏；参考美日两国的桥梁抗震设计方法, 给出了中国中小跨径桥梁考虑支座摩擦滑移的抗震设计方法, 建议中国中小跨径桥梁地震作用下利用板式橡胶支座摩擦耗能的特点, 通过支座摩擦滑移、最小支承长度和防落梁装置, 实现桥梁多道设防、分级耗能的抗震性能设计方法；最后给出了地震作用下桥梁纵桥向和横桥向相应的性能破坏模式, 并探讨了需要进一步研究的问题.
2014, 31(6): 93-100.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0959
摘要:
地震易损性分析是美国太平洋地震工程研究中心(PEER)提出的“性能化地震工程”理论框架的重要一环. 目前所采用的易损性分析方法大多未考虑结构的不确定性及结构随机参数之间的相关性. 为此, 引入均匀设计考虑结构参数的随机性, 同时结合Nataf变换, 处理结构随机参数之间的相关性. 提出一种综合考虑地震动随机性、结构参数随机性及结构随机参数相关性的桥梁结构地震易损性分析方法. 以一座三跨连续梁为例, 分别在考虑结构随机参数相关性和不考虑结构参数相关性的前提下计算其地震易损性. 分析结果表明：提出的方法能够有效考虑结构随机参数相关性；忽视结构随机参数相关性会导致高估桥梁结构地震易损性.
地震易损性分析是美国太平洋地震工程研究中心(PEER)提出的“性能化地震工程”理论框架的重要一环. 目前所采用的易损性分析方法大多未考虑结构的不确定性及结构随机参数之间的相关性. 为此, 引入均匀设计考虑结构参数的随机性, 同时结合Nataf变换, 处理结构随机参数之间的相关性. 提出一种综合考虑地震动随机性、结构参数随机性及结构随机参数相关性的桥梁结构地震易损性分析方法. 以一座三跨连续梁为例, 分别在考虑结构随机参数相关性和不考虑结构参数相关性的前提下计算其地震易损性. 分析结果表明：提出的方法能够有效考虑结构随机参数相关性；忽视结构随机参数相关性会导致高估桥梁结构地震易损性.
2014, 31(6): 101-109,116.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0967
摘要:
为研究复合受力下异形柱的抗扭性能, 进行了一根L形柱、四根T形柱和一根十字形柱在压弯剪扭复合受力下抗扭性能的试验研究, 分析了轴压比、扭剪比、截面形状对异形柱抗扭性能的影响情况. 利用有限元软件建立了复合受力下异形柱抗扭性能的数值分析模型, 建议了相应的模型分析参数. 研究结果表明：在试验参数范围内, 轴压比和扭剪比会提高T形柱的抗扭性能. 轴压比为0.314的T形柱的极限扭矩和极限扭转角比轴压比为0.114的提高了203.8%和41.7%. 扭剪比为1.34的T形柱的极限扭矩和极限扭转角比扭剪比为0.57的提高了62.9%和112.5%. 截面形状对压弯剪扭复合受力下异形柱的开裂扭矩、极限扭矩的影响规律较复杂. 建立的有限元模型能够较准确的模拟压弯剪扭作用下异形柱的开裂扭矩和极限扭矩.
为研究复合受力下异形柱的抗扭性能, 进行了一根L形柱、四根T形柱和一根十字形柱在压弯剪扭复合受力下抗扭性能的试验研究, 分析了轴压比、扭剪比、截面形状对异形柱抗扭性能的影响情况. 利用有限元软件建立了复合受力下异形柱抗扭性能的数值分析模型, 建议了相应的模型分析参数. 研究结果表明：在试验参数范围内, 轴压比和扭剪比会提高T形柱的抗扭性能. 轴压比为0.314的T形柱的极限扭矩和极限扭转角比轴压比为0.114的提高了203.8%和41.7%. 扭剪比为1.34的T形柱的极限扭矩和极限扭转角比扭剪比为0.57的提高了62.9%和112.5%. 截面形状对压弯剪扭复合受力下异形柱的开裂扭矩、极限扭矩的影响规律较复杂. 建立的有限元模型能够较准确的模拟压弯剪扭作用下异形柱的开裂扭矩和极限扭矩.
2014, 31(6): 110-116.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0968
摘要:
桥梁用阻尼器通常吨位和变形需求巨大, 普通金属屈服耗能阻尼器难以满足其性能要求. 为此该文提出一种新型的滚轴式金属屈服耗能阻尼器, 并对其进行数值模拟研究. 该阻尼器由一块平直耗能钢板及一组可转动辊轴组成, 耗能钢板在辊轴之间穿过, 受辊轴挤压产生塑性变形, 从而耗散地震能量. 该文采用在大型通用有限元软件ABAQUS建立了滚轴阻尼器的模型, 通过该模型研究了辊轴个数以及辊轴间隙对阻尼器耗能性能的影响. 分析结果表明：该阻尼器耗能性能受辊轴间隙和辊轴个数控制, 通过合理的设计可以保证滚轴式金属屈服耗能阻尼器具备优良的变形能力和耗能能力. 该文还提出了该阻尼器的恢复力计算公式, 结合有限元仿真结果对计算公式进行了修正.
桥梁用阻尼器通常吨位和变形需求巨大, 普通金属屈服耗能阻尼器难以满足其性能要求. 为此该文提出一种新型的滚轴式金属屈服耗能阻尼器, 并对其进行数值模拟研究. 该阻尼器由一块平直耗能钢板及一组可转动辊轴组成, 耗能钢板在辊轴之间穿过, 受辊轴挤压产生塑性变形, 从而耗散地震能量. 该文采用在大型通用有限元软件ABAQUS建立了滚轴阻尼器的模型, 通过该模型研究了辊轴个数以及辊轴间隙对阻尼器耗能性能的影响. 分析结果表明：该阻尼器耗能性能受辊轴间隙和辊轴个数控制, 通过合理的设计可以保证滚轴式金属屈服耗能阻尼器具备优良的变形能力和耗能能力. 该文还提出了该阻尼器的恢复力计算公式, 结合有限元仿真结果对计算公式进行了修正.
2014, 31(6): 117-123.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0972
摘要:
针对我国地铁盾构隧道与长枕埋入式整体道床的常用形式, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 并通过引入软土动刚度与应变的非线性关系表达式, 建立了软土地铁盾构隧道垂向随机振动分析模型, 用以研究非线性变化的软土动刚度对地铁盾构隧道随机振动的影响规律. 研究结果表明：当软土动刚度随应变频响非线性变化时, 盾构隧道随机振动在10Hz以上的中高频段呈下降趋势, 与此同时10Hz以下隧道低频振动不降反升, 其上升幅度明显高于隧道中高频振动的下降幅度；此外, 从地基反力幅频曲线的变化来看, 非线性变化的软土动刚度既影响地基反力频域幅值大小, 还会导致反力幅值在频域内的重分布, 特别是10Hz以下的低频段.
针对我国地铁盾构隧道与长枕埋入式整体道床的常用形式, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 并通过引入软土动刚度与应变的非线性关系表达式, 建立了软土地铁盾构隧道垂向随机振动分析模型, 用以研究非线性变化的软土动刚度对地铁盾构隧道随机振动的影响规律. 研究结果表明：当软土动刚度随应变频响非线性变化时, 盾构隧道随机振动在10Hz以上的中高频段呈下降趋势, 与此同时10Hz以下隧道低频振动不降反升, 其上升幅度明显高于隧道中高频振动的下降幅度；此外, 从地基反力幅频曲线的变化来看, 非线性变化的软土动刚度既影响地基反力频域幅值大小, 还会导致反力幅值在频域内的重分布, 特别是10Hz以下的低频段.
2014, 31(6): 124-131,137.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0974
摘要:
通过对不同取代率时再生混凝土(RAC)梁裂缝宽度进行长期加载试验研究, 分析了短长期荷载作用下正截面裂缝随时间变化而发展的规律. 研究表明：长期荷载作用下, 再生混凝土裂缝较普通混凝土的快增长时期出现显著“后延”特点, 且增长期持续时间变长. 以试验结果为依据, 拟合回归出内力臂系数、平均裂缝间距、钢筋应变不均匀系数计算公式, 建立了以综合法为理论基础的短期裂缝最大宽度计算公式, 通过多方数据校核满足计算精度, 结合长期裂缝宽度附加时变系数, 提出不同取代率时再生混凝土梁最大裂缝宽度计算公式.
通过对不同取代率时再生混凝土(RAC)梁裂缝宽度进行长期加载试验研究, 分析了短长期荷载作用下正截面裂缝随时间变化而发展的规律. 研究表明：长期荷载作用下, 再生混凝土裂缝较普通混凝土的快增长时期出现显著“后延”特点, 且增长期持续时间变长. 以试验结果为依据, 拟合回归出内力臂系数、平均裂缝间距、钢筋应变不均匀系数计算公式, 建立了以综合法为理论基础的短期裂缝最大宽度计算公式, 通过多方数据校核满足计算精度, 结合长期裂缝宽度附加时变系数, 提出不同取代率时再生混凝土梁最大裂缝宽度计算公式.
2014, 31(6): 132-137.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0980
摘要:
通过整桥模型试验, 探讨了悬索桥结构损伤识别方法. 首先面向损伤识别研究设计制作了长10m的悬索桥试验模型, 并通过模型误差分析建立了相应的高精度有限元模型. 基于悬索桥结构健康监测和试验检测的主要常用参数以及这些参数对结构损伤的灵敏性和相关性研究, 确定损伤识别策略. 采用有限元模型模拟可能的损伤工况, 从而生成BP网络的训练样本数据. 再将试验模型作为“实际结构”通过损伤模拟试验生成网络测试数据. 就试验模拟的损伤情况而言, 对损伤位置的识别准确率达到了86%, 相应的损伤程度识别精度也达到可接受程度. 显示了该方法较好的应用前景, 对基于监测系统的悬索桥健康状态识别与评价具有参考意义.
通过整桥模型试验, 探讨了悬索桥结构损伤识别方法. 首先面向损伤识别研究设计制作了长10m的悬索桥试验模型, 并通过模型误差分析建立了相应的高精度有限元模型. 基于悬索桥结构健康监测和试验检测的主要常用参数以及这些参数对结构损伤的灵敏性和相关性研究, 确定损伤识别策略. 采用有限元模型模拟可能的损伤工况, 从而生成BP网络的训练样本数据. 再将试验模型作为“实际结构”通过损伤模拟试验生成网络测试数据. 就试验模拟的损伤情况而言, 对损伤位置的识别准确率达到了86%, 相应的损伤程度识别精度也达到可接受程度. 显示了该方法较好的应用前景, 对基于监测系统的悬索桥健康状态识别与评价具有参考意义.
2014, 31(6): 138-144,158.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0983
摘要:
该文建立了局部火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能分析的有限元计算模型, 计算结果与实测结果吻合较好. 考虑火灾发生位置及蔓延范围、钢梁高度、钢梁加劲肋的设置、梁荷载大小、柱轴压比等参数变化, 对钢管混凝土框架结构的变形和内力重分布规律、破坏形态、破坏机理和耐火极限进行了详细的参数研究. 研究表明：火灾作用位置对框架耐火极限有影响, 梁荷载对框架耐火极限影响较大, 而轴压比对框架耐火极限影响 不大.
该文建立了局部火灾下钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能分析的有限元计算模型, 计算结果与实测结果吻合较好. 考虑火灾发生位置及蔓延范围、钢梁高度、钢梁加劲肋的设置、梁荷载大小、柱轴压比等参数变化, 对钢管混凝土框架结构的变形和内力重分布规律、破坏形态、破坏机理和耐火极限进行了详细的参数研究. 研究表明：火灾作用位置对框架耐火极限有影响, 梁荷载对框架耐火极限影响较大, 而轴压比对框架耐火极限影响 不大.
2014, 31(6): 145-150.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.012.0987
摘要:
接头刚度是表征沉管隧道接头性能的最重要参数. 目前沉管隧道接头刚度的取值既无现成的解析表达式或图表可循, 也无接头力学性能试验数据支持. 该文根据接头构造设计特点提出力学假定, 将接头GINA止水带抽象为弹簧, 接头板则假定为不产生挠曲变形的刚性板, 在此基础上建立了接头的力学模型. 根据受力平衡方程和变形协调方程, 推导出接头刚度的解析表达式. 通过与所设定的接头三维精细化基准模型在相同设计参数下的结果对比, 验证了接头力学模型及刚度解析解的合理性. 最后应用该力学模型进行了接头参数敏感性分析, 预测了各种因素对接头刚度的影响规律.
接头刚度是表征沉管隧道接头性能的最重要参数. 目前沉管隧道接头刚度的取值既无现成的解析表达式或图表可循, 也无接头力学性能试验数据支持. 该文根据接头构造设计特点提出力学假定, 将接头GINA止水带抽象为弹簧, 接头板则假定为不产生挠曲变形的刚性板, 在此基础上建立了接头的力学模型. 根据受力平衡方程和变形协调方程, 推导出接头刚度的解析表达式. 通过与所设定的接头三维精细化基准模型在相同设计参数下的结果对比, 验证了接头力学模型及刚度解析解的合理性. 最后应用该力学模型进行了接头参数敏感性分析, 预测了各种因素对接头刚度的影响规律.
2014, 31(6): 151-158.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0989
摘要:
通过双孔隙结构分析结果确定在同一基质吸力下的试样将因孔隙分布的随机性而表现出不同的平衡饱和度, 进一步通过理想非饱和土的水气分布确定饱和度差异将影响非饱和土的力学性质研究. 采用压力板仪与直剪仪的简化组合试验对上述理论分析结果进行验证, 研究结果表明：平衡饱和度差异存在并随着基质吸力的增大而逐渐减小；在同一基质吸力下试样的抗剪强度随平衡饱和度的增加而降低；进一步的拟合结果显示平衡饱和度对与基质吸力相关的内摩擦角影响显著；通过对试验数据及其平均值的研究建议在最小与最大基质吸力下进行多次平行试验, 可以在不显著增加试验时间的同时减小平衡饱和度差异的影响.
通过双孔隙结构分析结果确定在同一基质吸力下的试样将因孔隙分布的随机性而表现出不同的平衡饱和度, 进一步通过理想非饱和土的水气分布确定饱和度差异将影响非饱和土的力学性质研究. 采用压力板仪与直剪仪的简化组合试验对上述理论分析结果进行验证, 研究结果表明：平衡饱和度差异存在并随着基质吸力的增大而逐渐减小；在同一基质吸力下试样的抗剪强度随平衡饱和度的增加而降低；进一步的拟合结果显示平衡饱和度对与基质吸力相关的内摩擦角影响显著；通过对试验数据及其平均值的研究建议在最小与最大基质吸力下进行多次平行试验, 可以在不显著增加试验时间的同时减小平衡饱和度差异的影响.
2014, 31(6): 159-165.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.1000
摘要:
自适应张弦梁结构是可根据外部荷载变化调节结构中的预应力, 实现对结构工作状态控制的智能结构. 该文首先分析自适应张弦梁结构的工作机理；然后建立结构的内力状态方程；接着对在风吸作用下下弦拉索退出工作的内力控制问题进行分析, 并建立相应的控制模型；再对在移动荷载作用下上弦梁受力不均匀的内力控制问题进行分析, 根据移动荷载的大小和移动速度, 将荷载空间划分为无时滞可控区域和有时滞控制区域, 并以结构最合理内力分布状态为目标分别建立各可控区域内力控制模型；最后通过数值算例验证该类结构的工作性能. 数值结果表明, 相对于普通张弦梁结构, 自适应张弦梁结构通过自适应控制能够降低结构的内力峰值和初始预应力水平要求, 并提高结构的承载力.
自适应张弦梁结构是可根据外部荷载变化调节结构中的预应力, 实现对结构工作状态控制的智能结构. 该文首先分析自适应张弦梁结构的工作机理；然后建立结构的内力状态方程；接着对在风吸作用下下弦拉索退出工作的内力控制问题进行分析, 并建立相应的控制模型；再对在移动荷载作用下上弦梁受力不均匀的内力控制问题进行分析, 根据移动荷载的大小和移动速度, 将荷载空间划分为无时滞可控区域和有时滞控制区域, 并以结构最合理内力分布状态为目标分别建立各可控区域内力控制模型；最后通过数值算例验证该类结构的工作性能. 数值结果表明, 相对于普通张弦梁结构, 自适应张弦梁结构通过自适应控制能够降低结构的内力峰值和初始预应力水平要求, 并提高结构的承载力.
2014, 31(6): 166-172.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.1005
摘要:
该文基于Lévy稳定分布, 给出了设计住宅楼面活荷载标准值的一种新的统计方法. 该方法分为4个步骤, 首先采用Lévy稳定分布, 拟合楼面活荷载的累积分布函数；然后运用Lévy随机数, 模拟设计基准期内活荷载的极大值分布；其次通过设定活荷载极大值分布的分位数, 计算持久性活荷载和临时性活荷载的最大值；最终以赋权重的方式, 确定楼面活荷载的标准值. 我们的分析结果表明, 这个新方法不需要大量的调查数据, 避免了Turkstra荷载组合原则基于经验确定标准值的缺点. 与极值I型分布和威布尔分布相比, Lévy稳定分布的模拟精度最高, 并且其参数能够直接刻画活荷载分布的非对称性和拖尾性. 此外, 采用Lévy随机数模拟法, 数学简单, 方便工程技术人员的使用.
该文基于Lévy稳定分布, 给出了设计住宅楼面活荷载标准值的一种新的统计方法. 该方法分为4个步骤, 首先采用Lévy稳定分布, 拟合楼面活荷载的累积分布函数；然后运用Lévy随机数, 模拟设计基准期内活荷载的极大值分布；其次通过设定活荷载极大值分布的分位数, 计算持久性活荷载和临时性活荷载的最大值；最终以赋权重的方式, 确定楼面活荷载的标准值. 我们的分析结果表明, 这个新方法不需要大量的调查数据, 避免了Turkstra荷载组合原则基于经验确定标准值的缺点. 与极值I型分布和威布尔分布相比, Lévy稳定分布的模拟精度最高, 并且其参数能够直接刻画活荷载分布的非对称性和拖尾性. 此外, 采用Lévy随机数模拟法, 数学简单, 方便工程技术人员的使用.
2014, 31(6): 173-182,189.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.1013
摘要:
对压弯荷载作用下的工形截面模型进行了考虑几何和材料非线性、残余应力、初始几何缺陷的非线性分析, 得到弯矩-曲率曲线, 确定不同通用宽厚比下截面的延性系数, 提出工形截面的延性系数计算公式. 根据面向抗震设计的钢构件截面分类的方法, 利用结构延性与截面延性系数的关系和该文得到的截面延性系数的计算公式以及结构影响系数中是否包含超强系数, 分别给出了各类截面板件的通用宽厚比分界. 将通用宽厚比分界表示成翼缘宽厚比和腹板宽厚比的相关关系, 拟合了相关关系的计算公式.
对压弯荷载作用下的工形截面模型进行了考虑几何和材料非线性、残余应力、初始几何缺陷的非线性分析, 得到弯矩-曲率曲线, 确定不同通用宽厚比下截面的延性系数, 提出工形截面的延性系数计算公式. 根据面向抗震设计的钢构件截面分类的方法, 利用结构延性与截面延性系数的关系和该文得到的截面延性系数的计算公式以及结构影响系数中是否包含超强系数, 分别给出了各类截面板件的通用宽厚比分界. 将通用宽厚比分界表示成翼缘宽厚比和腹板宽厚比的相关关系, 拟合了相关关系的计算公式.
2014, 31(6): 183-189.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.1020
摘要:
考虑桥梁支座的作用, 针对两跨连续梁桥的竖向碰撞问题, 建立了梁-弹簧-杆连续体模型. 采用瞬态波特征函数展开法和组合体瞬态内力法, 推导了多次竖向碰撞问题的理论解, 分析了桥梁支座对竖向碰撞的影响. 研究结果表明：桥梁支座直接影响桥面与桥墩的局部碰撞接触刚度, 显著影响竖向碰撞响应, 包括碰撞次数、竖向碰撞力和碰撞位移响应等. 桥梁支座对竖向碰撞具有显著的吸能减震效果, 且影响竖向碰撞响应的基本特征, 如次碰撞出现的频次和响应的频率. 当近场竖向地震激励周期逼近桥梁的固有振动周期时, 桥面上抛跳起, 与桥梁支座产生剧烈竖向碰撞. 由于调节桥梁支座的刚度可以改变桥梁的固有振动周期, 因此, 合理设计桥梁支座对于降低竖向碰撞的破坏作用, 提高桥梁结构抵抗竖向地震的能力, 具有重要的价值.
考虑桥梁支座的作用, 针对两跨连续梁桥的竖向碰撞问题, 建立了梁-弹簧-杆连续体模型. 采用瞬态波特征函数展开法和组合体瞬态内力法, 推导了多次竖向碰撞问题的理论解, 分析了桥梁支座对竖向碰撞的影响. 研究结果表明：桥梁支座直接影响桥面与桥墩的局部碰撞接触刚度, 显著影响竖向碰撞响应, 包括碰撞次数、竖向碰撞力和碰撞位移响应等. 桥梁支座对竖向碰撞具有显著的吸能减震效果, 且影响竖向碰撞响应的基本特征, 如次碰撞出现的频次和响应的频率. 当近场竖向地震激励周期逼近桥梁的固有振动周期时, 桥面上抛跳起, 与桥梁支座产生剧烈竖向碰撞. 由于调节桥梁支座的刚度可以改变桥梁的固有振动周期, 因此, 合理设计桥梁支座对于降低竖向碰撞的破坏作用, 提高桥梁结构抵抗竖向地震的能力, 具有重要的价值.
2014, 31(6): 190-196.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.1023
摘要:
滑移雪荷载是屋面雪荷载的重要组成部分, 该文发展了计算屋面滑移雪荷载的模拟方法. 首先, 基于前人提出的能量及质量平衡模型, 并针对建筑屋面积雪的特点, 构造了建筑屋面融雪模型. 在此基础上, 提出将屋面积雪中液态水超过积雪最大持水量时作为屋面雪层开始滑移的判定条件. 利用该文方法对我国几个代表性地区的屋面滑移雪荷载进行了模拟, 分析了不同地区的气象特征、邻近建筑对屋面积雪的遮挡等因素对滑移雪荷载的影响；同时定量分析了各个能量对滑移雪的贡献大小.
滑移雪荷载是屋面雪荷载的重要组成部分, 该文发展了计算屋面滑移雪荷载的模拟方法. 首先, 基于前人提出的能量及质量平衡模型, 并针对建筑屋面积雪的特点, 构造了建筑屋面融雪模型. 在此基础上, 提出将屋面积雪中液态水超过积雪最大持水量时作为屋面雪层开始滑移的判定条件. 利用该文方法对我国几个代表性地区的屋面滑移雪荷载进行了模拟, 分析了不同地区的气象特征、邻近建筑对屋面积雪的遮挡等因素对滑移雪荷载的影响；同时定量分析了各个能量对滑移雪的贡献大小.
2014, 31(6): 197-202,249.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.01.0002
摘要:
基于增量动力分析(英文简称IDA)的倒塌安全储备系数(英文简称CMR)计算是ATC-63报告建议的方法, 该方法需要做大量的非线性时程分析, 计算非常耗时且效率不高, 不适于结构方案设计阶段针对倒塌安全储备能力的快速评估. 该文提出了基于推覆静力分析的倒塌安全储备系数(CMR)的实用计算方法, 该方法中以改进的Park-Ang损伤模型作为结构整体倒塌判别准则, 倒塌性能点则是通过推覆分析得到的能力曲线, 并结合由各个地震动的反应谱以及Nassar-Krawinkler塑性谱生成相应的塑性需求曲线来确定. 该方法结合了ATC-63报告中计算思路和推覆分析的特点, 考虑了所选地震动对倒塌性能点的差异性, 计算效率大大提高, 且计算结果偏于保守地合理, 上述特点通过一8层钢筋混凝土框架结构的算例得以证明.
基于增量动力分析(英文简称IDA)的倒塌安全储备系数(英文简称CMR)计算是ATC-63报告建议的方法, 该方法需要做大量的非线性时程分析, 计算非常耗时且效率不高, 不适于结构方案设计阶段针对倒塌安全储备能力的快速评估. 该文提出了基于推覆静力分析的倒塌安全储备系数(CMR)的实用计算方法, 该方法中以改进的Park-Ang损伤模型作为结构整体倒塌判别准则, 倒塌性能点则是通过推覆分析得到的能力曲线, 并结合由各个地震动的反应谱以及Nassar-Krawinkler塑性谱生成相应的塑性需求曲线来确定. 该方法结合了ATC-63报告中计算思路和推覆分析的特点, 考虑了所选地震动对倒塌性能点的差异性, 计算效率大大提高, 且计算结果偏于保守地合理, 上述特点通过一8层钢筋混凝土框架结构的算例得以证明.
2014, 31(6): 203-211.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.01.0036
摘要:
当混凝土板受到平面内的侧向约束时, 由于压缩薄膜效应(Compressive Membrane Action—CMA)的存在, 板的极限承载力和工作性能将显著提高. 为了正确认识纤维增强材料(FRP)筋混凝土桥面结构的工作性能, 建立了一组带有横向约束的玻璃纤维增强筋材混凝土板带来分析板内压缩薄膜效应对这一非金属筋材混凝土结构的影响. 试验中发现GFRP筋混凝土板带的工作性能主要受到横向约束刚度和混凝土强度的影响, 而配筋率的影响却不明显. 现行的设计规范(ACI440R-06)由于没有考虑板内压缩薄膜效应的作用严重低估了GFRP筋混凝土板带的承载能力. 因此基于过去对钢筋混凝土桥梁面板的研究, 建立了一套考虑板内压缩薄膜效应的GFRP筋混凝土桥梁面板承载力计算模型. 通过与多个试验结果进行对比后发现, 该理论算法与试验结果有着良好的吻合.
当混凝土板受到平面内的侧向约束时, 由于压缩薄膜效应(Compressive Membrane Action—CMA)的存在, 板的极限承载力和工作性能将显著提高. 为了正确认识纤维增强材料(FRP)筋混凝土桥面结构的工作性能, 建立了一组带有横向约束的玻璃纤维增强筋材混凝土板带来分析板内压缩薄膜效应对这一非金属筋材混凝土结构的影响. 试验中发现GFRP筋混凝土板带的工作性能主要受到横向约束刚度和混凝土强度的影响, 而配筋率的影响却不明显. 现行的设计规范(ACI440R-06)由于没有考虑板内压缩薄膜效应的作用严重低估了GFRP筋混凝土板带的承载能力. 因此基于过去对钢筋混凝土桥梁面板的研究, 建立了一套考虑板内压缩薄膜效应的GFRP筋混凝土桥梁面板承载力计算模型. 通过与多个试验结果进行对比后发现, 该理论算法与试验结果有着良好的吻合.
2014, 31(6): 212-217.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0134
摘要:
利用振动台阵在多维多点激励下对大跨度连体高层结构的地震响应进行了试验研究. 试验中分别对结构输入了单维及多维、一致及不同视波速的行波激励以考察多维地震分量以及行波效应对结构地震响应的影响程度. 试验结果表明：多维地震分量将增大结构地震响应；行波效应可能使连接部位关键杆件的应力有明显增大；同时考虑多维多点时结构沿强轴向加速度响应有所减小, 而沿弱轴向加速度响应明显增大；连廊结构在考虑多维多点地震输入时其竖向地震响应将有明显放大. 因此在对此类结构进行抗震设计时应考虑多维多点地震激励的 影响.
利用振动台阵在多维多点激励下对大跨度连体高层结构的地震响应进行了试验研究. 试验中分别对结构输入了单维及多维、一致及不同视波速的行波激励以考察多维地震分量以及行波效应对结构地震响应的影响程度. 试验结果表明：多维地震分量将增大结构地震响应；行波效应可能使连接部位关键杆件的应力有明显增大；同时考虑多维多点时结构沿强轴向加速度响应有所减小, 而沿弱轴向加速度响应明显增大；连廊结构在考虑多维多点地震输入时其竖向地震响应将有明显放大. 因此在对此类结构进行抗震设计时应考虑多维多点地震激励的 影响.
2014, 31(6): 218-225.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0274
摘要:
为研究不同焊接参数对平板焊接接头残余应力大小的影响规律, 采用ANSYS软件, 建立了大量焊接试件的三维热弹塑性有限元模型, 对其温度场和应力场进行了数值模拟. 根据数值模拟结果, 考虑不同焊接参数、焊道数以及板件热流分配系数的影响, 对拉应力区半宽的计算公式进行了修正. 在此基础上, 采用指数函数对纵向焊接残余应力进行了拟合, 得到了预测不同焊接接头纵向残余应力分布规律和大小的修正估算公式. 最后设计了多组焊接构件模型, 采用盲孔法实测了其残余应力大小和分布规律, 并与估算公式的计算结果进行了对比, 结果表明：两者吻合良好, 验证了该文修正残余应力估算公式的有效性.
为研究不同焊接参数对平板焊接接头残余应力大小的影响规律, 采用ANSYS软件, 建立了大量焊接试件的三维热弹塑性有限元模型, 对其温度场和应力场进行了数值模拟. 根据数值模拟结果, 考虑不同焊接参数、焊道数以及板件热流分配系数的影响, 对拉应力区半宽的计算公式进行了修正. 在此基础上, 采用指数函数对纵向焊接残余应力进行了拟合, 得到了预测不同焊接接头纵向残余应力分布规律和大小的修正估算公式. 最后设计了多组焊接构件模型, 采用盲孔法实测了其残余应力大小和分布规律, 并与估算公式的计算结果进行了对比, 结果表明：两者吻合良好, 验证了该文修正残余应力估算公式的有效性.
2014, 31(6): 226-231.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0964
摘要:
该文考虑结合面上微凸体接触为椭圆形接触, 运用弹性力学空间半无限体受载荷变形理论, 并根据椭圆形接触面上压力分布的Hertz理论, 推导出椭圆形接触面的长、短半轴计算式和单个微凸体接触时的切向接触刚度表达式. 建立了结合面上微凸体椭圆形接触面的长、短半轴呈二维正态分布、高度呈正态分布情况下的宏观切向接触刚度模型, 得到了相应的宏观切向接触刚度表达式. 通过数值计算给出了切向接触刚度随结合面的法向载荷、切向载荷、椭圆微凸体的离心率、微凸体分布的相关系数、微凸体测量高度和微凸体分布的标准方差等各影响因素的变化情况, 增大法向载荷可以提高结合面的切向接触刚度, 而切向载荷的增大会导致切向接触刚度的 减小.
该文考虑结合面上微凸体接触为椭圆形接触, 运用弹性力学空间半无限体受载荷变形理论, 并根据椭圆形接触面上压力分布的Hertz理论, 推导出椭圆形接触面的长、短半轴计算式和单个微凸体接触时的切向接触刚度表达式. 建立了结合面上微凸体椭圆形接触面的长、短半轴呈二维正态分布、高度呈正态分布情况下的宏观切向接触刚度模型, 得到了相应的宏观切向接触刚度表达式. 通过数值计算给出了切向接触刚度随结合面的法向载荷、切向载荷、椭圆微凸体的离心率、微凸体分布的相关系数、微凸体测量高度和微凸体分布的标准方差等各影响因素的变化情况, 增大法向载荷可以提高结合面的切向接触刚度, 而切向载荷的增大会导致切向接触刚度的 减小.
2014, 31(6): 232-238.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0970
摘要:
考虑剪应变对微孔洞损伤演化的影响, 对GTN损伤模型的损伤演化机制进行修正, 建立了适用于不同应力三轴度水平的损伤模型. 结合隐式应力更新算法和显式有限元计算, 采用VUMAT子程序实现了修正GTN模型在有限元软件ABAQUS中的数值计算. 通过模拟纯剪切和剪切-拉伸两组试样的损伤演化和断裂行为, 验证了修正GTN模型在不同应力三轴度承载条件下的有效性. 运用修正GTN损伤模型模拟含边部缺口的带钢在轧制过程中裂纹的萌生和扩展行为, 模拟结果与实验相一致, 表明该模型可有效地用于带钢缺陷在轧制过程中扩展行为的分析和预测. 模拟和实验结果表明, 带钢边部缺口在轧制过程中, 缺口前沿和后沿均会萌生裂纹, 且后沿裂纹扩展更为明显.
考虑剪应变对微孔洞损伤演化的影响, 对GTN损伤模型的损伤演化机制进行修正, 建立了适用于不同应力三轴度水平的损伤模型. 结合隐式应力更新算法和显式有限元计算, 采用VUMAT子程序实现了修正GTN模型在有限元软件ABAQUS中的数值计算. 通过模拟纯剪切和剪切-拉伸两组试样的损伤演化和断裂行为, 验证了修正GTN模型在不同应力三轴度承载条件下的有效性. 运用修正GTN损伤模型模拟含边部缺口的带钢在轧制过程中裂纹的萌生和扩展行为, 模拟结果与实验相一致, 表明该模型可有效地用于带钢缺陷在轧制过程中扩展行为的分析和预测. 模拟和实验结果表明, 带钢边部缺口在轧制过程中, 缺口前沿和后沿均会萌生裂纹, 且后沿裂纹扩展更为明显.
2014, 31(6): 239-244.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.1015
摘要:
石油、化工、核电行业法兰螺柱预紧过程中, 螺柱预紧应力计算与保证垫片应力均匀分布的预紧方法是工程实际中值得研究的问题. 该文通过对螺柱垫片系统进行物理结构分析, 受力过程分析, 提出了一种基于垫片线性变形的螺柱应力分布数学模型及预紧方法. 研究表明模型计算结果与试验结果相符合, 满足实际规律. 因此, 该数学模型能用于分析预紧过程中螺柱应力变化情况；计算出螺柱具有相同密封应力的初始载荷及只需一次加载就可以达到理论密封应力的预紧优化方法. 这使得在预紧过程中不必采用边预紧边测试应变的方法来进行指导, 更有效保证密封性能.
石油、化工、核电行业法兰螺柱预紧过程中, 螺柱预紧应力计算与保证垫片应力均匀分布的预紧方法是工程实际中值得研究的问题. 该文通过对螺柱垫片系统进行物理结构分析, 受力过程分析, 提出了一种基于垫片线性变形的螺柱应力分布数学模型及预紧方法. 研究表明模型计算结果与试验结果相符合, 满足实际规律. 因此, 该数学模型能用于分析预紧过程中螺柱应力变化情况；计算出螺柱具有相同密封应力的初始载荷及只需一次加载就可以达到理论密封应力的预紧优化方法. 这使得在预紧过程中不必采用边预紧边测试应变的方法来进行指导, 更有效保证密封性能.
2014, 31(6): 245-249.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0973
摘要:
高桩码头桩基的设计需要考虑作用在码头上水平荷载的影响. 该文分析了国内外关于高桩码头水平力分配的计算方法, 针对全直桩码头的特点, 假定码头上部结构为刚体, 码头平台在水平力作用下绕刚度中心转动, 并考虑桩顶纵向变位的影响, 推导得出了全直桩码头水平力分配的计算公式. 结合工程实例, 将该文公式与有限元方法、我国港工规范查表法进行了比较分析. 计算结果表明该文公式与有限元方法所得结果吻合较好, 与规范查表法所得结果最大相差约8%.
高桩码头桩基的设计需要考虑作用在码头上水平荷载的影响. 该文分析了国内外关于高桩码头水平力分配的计算方法, 针对全直桩码头的特点, 假定码头上部结构为刚体, 码头平台在水平力作用下绕刚度中心转动, 并考虑桩顶纵向变位的影响, 推导得出了全直桩码头水平力分配的计算公式. 结合工程实例, 将该文公式与有限元方法、我国港工规范查表法进行了比较分析. 计算结果表明该文公式与有限元方法所得结果吻合较好, 与规范查表法所得结果最大相差约8%.
2014, 31(6): 250-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.12.0975
摘要:
为了更精确更全面地计算射孔井的产率比, 该文建立了一种射孔井的三维无量纲稳态渗流模型, 推导了模型的三维有限元求解方程, 采用高密度四面体网格并使用并行计算, 获得了模型的数值解. 与传统计算射孔井产率比方法的对比发现：Karakas方法的精度要明显高于Hagoort方法, 但Karakas方法在一些参数下存在一定误差且不能计算特定条件下的产率比；该文提供的有限元方法在相位角、污染区影响等方面更具普适性. 分析了射孔几何结构、井周污染区、射孔压实区和储层渗透率各向异性等因素对射孔井产率比的影响, 结果表明：增加射孔长度能不断地提高产能；射孔密度和相位角均存在一个最优值；射穿污染区是减小污染区影响产能的有效手段；射孔压实区和低垂向渗透率都会严重降低射孔井的产能. 该研究为射孔井的完井设计、产能预测提供理论指导.
为了更精确更全面地计算射孔井的产率比, 该文建立了一种射孔井的三维无量纲稳态渗流模型, 推导了模型的三维有限元求解方程, 采用高密度四面体网格并使用并行计算, 获得了模型的数值解. 与传统计算射孔井产率比方法的对比发现：Karakas方法的精度要明显高于Hagoort方法, 但Karakas方法在一些参数下存在一定误差且不能计算特定条件下的产率比；该文提供的有限元方法在相位角、污染区影响等方面更具普适性. 分析了射孔几何结构、井周污染区、射孔压实区和储层渗透率各向异性等因素对射孔井产率比的影响, 结果表明：增加射孔长度能不断地提高产能；射孔密度和相位角均存在一个最优值；射穿污染区是减小污染区影响产能的有效手段；射孔压实区和低垂向渗透率都会严重降低射孔井的产能. 该研究为射孔井的完井设计、产能预测提供理论指导.
