2021年 第38卷 第5期
2021, 38(5): 1-21.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.ST07
摘要:
输电塔线体系是重要的电力能源基础设施，长期于野外恶劣环境下服役，其高柔特性使得它在强烈外荷载作用下的响应较为显著。国内外发生了很多输电线路在强风强震、覆冰、腐蚀等作用下的破坏事故，造成了严重的损失。因此，国内外积极开展了输电线路的监测评估与防灾减灾的研究和工程应用工作。输电塔线体系力学模型的建立是开展输电线路监测评估和防灾减灾的基础和关键。输电线从力学角度而言是具有小应变、大变形特征的悬索，表现出显著的几何非线性效应。输电塔线体系的力学模型相比于传统高耸塔架结构而言非常复杂，它综合了有限元、随机振动、变分理论、风工程、地震工程、结构分析理论等多学科理论，相关研究工作还不完善。该文以输电塔线体系的力学模型为研究对象，全面综述了目前塔线体系力学模型方面的研究现状，对比分析了不同模型的优缺点，总结了该研究方面存在的不足并就将来的发展进行了展望。
输电塔线体系是重要的电力能源基础设施，长期于野外恶劣环境下服役，其高柔特性使得它在强烈外荷载作用下的响应较为显著。国内外发生了很多输电线路在强风强震、覆冰、腐蚀等作用下的破坏事故，造成了严重的损失。因此，国内外积极开展了输电线路的监测评估与防灾减灾的研究和工程应用工作。输电塔线体系力学模型的建立是开展输电线路监测评估和防灾减灾的基础和关键。输电线从力学角度而言是具有小应变、大变形特征的悬索，表现出显著的几何非线性效应。输电塔线体系的力学模型相比于传统高耸塔架结构而言非常复杂，它综合了有限元、随机振动、变分理论、风工程、地震工程、结构分析理论等多学科理论，相关研究工作还不完善。该文以输电塔线体系的力学模型为研究对象，全面综述了目前塔线体系力学模型方面的研究现状，对比分析了不同模型的优缺点，总结了该研究方面存在的不足并就将来的发展进行了展望。
2021, 38(5): 22-37, 49.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0412
摘要:
该文综述了对称和非对称型摩擦耗能连接40多年以来的发展历史和研究现状。摩擦耗能连接可用于结构的减震耗能，通过合理设计可实现地震作用下带摩擦耗能连接结构的低损伤，提高结构的韧性。研发滞回性能稳定、重复性好的摩擦耗能连接是相关研究的主要目标之一。该文从微观和宏观两个方面介绍了金属滑移面之间的摩擦磨损机理，从摩擦磨损的角度讨论了不同摩擦片材料对摩擦连接减震性能的影响。描述了螺栓预紧力大小对摩擦连接减震性能的影响，也总结了摩擦连接的抗腐蚀和抗火性能。阐述了摩擦耗能连接在钢结构支撑、梁柱节点和柱脚节点的应用，并介绍了相关节点的设计方法。对此类连接的关键技术进行了总结，并对该技术的后续研究进行了展望。
该文综述了对称和非对称型摩擦耗能连接40多年以来的发展历史和研究现状。摩擦耗能连接可用于结构的减震耗能，通过合理设计可实现地震作用下带摩擦耗能连接结构的低损伤，提高结构的韧性。研发滞回性能稳定、重复性好的摩擦耗能连接是相关研究的主要目标之一。该文从微观和宏观两个方面介绍了金属滑移面之间的摩擦磨损机理，从摩擦磨损的角度讨论了不同摩擦片材料对摩擦连接减震性能的影响。描述了螺栓预紧力大小对摩擦连接减震性能的影响，也总结了摩擦连接的抗腐蚀和抗火性能。阐述了摩擦耗能连接在钢结构支撑、梁柱节点和柱脚节点的应用，并介绍了相关节点的设计方法。对此类连接的关键技术进行了总结，并对该技术的后续研究进行了展望。
2021, 38(5): 38-49.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0394
摘要:
韧性断裂是钢材最常见的破坏形式，研究钢材韧性断裂机理并准确预测钢材韧性断裂行为具有重要的理论意义和工程实用价值。基于微观机制的断裂预测方法对研究钢材韧性断裂行为有较好的适用性。该文基于体胞模型空穴演化机理改进了现有的韧性断裂模型，校核了Q345钢材断裂模型参数。此外，在韧性断裂模型中引入损伤因子，以考虑应力状态在加载过程中的变化，使断裂模型能准确描述每一加载时刻的累积损伤值。文末采用Fortran语言将断裂模型编写USDFLD子程序，并将其植入有限元程序ABAQUS，对一组十字型刚节点试件单轴拉伸试验进行数值模拟。结果表明，该断裂模型在拉-剪复合应力状态下具有良好的预测精度，且能够准确捕捉钢材断裂起始位置及裂缝扩展路径。该文改进的韧性断裂模型也可用于其它韧性金属材料断裂预测分析。
韧性断裂是钢材最常见的破坏形式，研究钢材韧性断裂机理并准确预测钢材韧性断裂行为具有重要的理论意义和工程实用价值。基于微观机制的断裂预测方法对研究钢材韧性断裂行为有较好的适用性。该文基于体胞模型空穴演化机理改进了现有的韧性断裂模型，校核了Q345钢材断裂模型参数。此外，在韧性断裂模型中引入损伤因子，以考虑应力状态在加载过程中的变化，使断裂模型能准确描述每一加载时刻的累积损伤值。文末采用Fortran语言将断裂模型编写USDFLD子程序，并将其植入有限元程序ABAQUS，对一组十字型刚节点试件单轴拉伸试验进行数值模拟。结果表明，该断裂模型在拉-剪复合应力状态下具有良好的预测精度，且能够准确捕捉钢材断裂起始位置及裂缝扩展路径。该文改进的韧性断裂模型也可用于其它韧性金属材料断裂预测分析。
2021, 38(5): 50-60.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0075
摘要:
基于土-地下结构体系拟静力推覆试验的需求，该文探讨一种模型侧边界强制施加水平位移的对称地下结构地震反应简化分析方法，即边界强制反应位移法。该文详细介绍了这一边界强制反应位移法的实施步骤及基本特点，并以1995年日本阪神地震中破坏的Daikai车站为算例，将该文方法、传统的强制反应位移法及动力时程方法计算结果进行了对比分析，结果表明：当模型宽度取值合理时，该文方法计算精度远高于传统的强制反应位移法，结构内力和层间位移误差在15%以内，是一种有效的对称地下结构抗震简化分析方法。同时，该文分析了拟静力模型中侧边界强制位移传递的衰减规律，可为土-地下结构体系拟静力推覆试验提供一定的参考。
基于土-地下结构体系拟静力推覆试验的需求，该文探讨一种模型侧边界强制施加水平位移的对称地下结构地震反应简化分析方法，即边界强制反应位移法。该文详细介绍了这一边界强制反应位移法的实施步骤及基本特点，并以1995年日本阪神地震中破坏的Daikai车站为算例，将该文方法、传统的强制反应位移法及动力时程方法计算结果进行了对比分析，结果表明：当模型宽度取值合理时，该文方法计算精度远高于传统的强制反应位移法，结构内力和层间位移误差在15%以内，是一种有效的对称地下结构抗震简化分析方法。同时，该文分析了拟静力模型中侧边界强制位移传递的衰减规律，可为土-地下结构体系拟静力推覆试验提供一定的参考。
2021, 38(5): 61-71.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.09.0550
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。
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。
2021, 38(5): 72-87.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0042
摘要:
针对湿陷性黄土地区等不良土质地区的桩基负摩阻力问题，提出一种既可以消除负摩阻力，又能提高承载力的扩体挤密新型桩，对其结构构成和工作机理进行详细阐述。根据扩体挤密桩的结构特性，建立扩体装置扩张的菱形孔扩张模型，采用复变函数方法，求解了扩体装置扩张的弹塑性解及极限扩张角，推导出该新型桩的单桩极限承载力计算公式。结合算例采用有限元法和提出的理论计算方法对该新型桩的挤土效应和承载特性进行了分析。结果表明：扩体装置对土体应力的影响范围约为扩体装置扩开宽度的2倍~3倍；扩体装置扩张形成的塑性区范围大小在竖直方向上和水平方向上基本相等；各扩体装置承力时具有一定的顺序效应和时间效应，扩体装置的承力能力与周围土体的性质有关；数值模拟结果与理论计算结果基本一致，验证了理论分析方法的正确性；与普通直桩及套管桩相比，扩体挤密桩消除负摩阻力效果良好，提高承载力作用显著，受力机制科学合理，为湿陷性黄土地区桩基工程的设计提供一定的理论依据和参考。
针对湿陷性黄土地区等不良土质地区的桩基负摩阻力问题，提出一种既可以消除负摩阻力，又能提高承载力的扩体挤密新型桩，对其结构构成和工作机理进行详细阐述。根据扩体挤密桩的结构特性，建立扩体装置扩张的菱形孔扩张模型，采用复变函数方法，求解了扩体装置扩张的弹塑性解及极限扩张角，推导出该新型桩的单桩极限承载力计算公式。结合算例采用有限元法和提出的理论计算方法对该新型桩的挤土效应和承载特性进行了分析。结果表明：扩体装置对土体应力的影响范围约为扩体装置扩开宽度的2倍~3倍；扩体装置扩张形成的塑性区范围大小在竖直方向上和水平方向上基本相等；各扩体装置承力时具有一定的顺序效应和时间效应，扩体装置的承力能力与周围土体的性质有关；数值模拟结果与理论计算结果基本一致，验证了理论分析方法的正确性；与普通直桩及套管桩相比，扩体挤密桩消除负摩阻力效果良好，提高承载力作用显著，受力机制科学合理，为湿陷性黄土地区桩基工程的设计提供一定的理论依据和参考。
2021, 38(5): 88-97.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0270
摘要:
风环境风洞试验由于受到试验尺寸与试验设备的限制，很难获取高精度详尽的小区风场分布，加之我国对小区风环境研究还相对滞后，较大程度阻碍了当前绿色城市的发展。该文以长沙通用时代国际社区为研究背景，利用10 m (宽)×3 m (高)×21.0 m (长)大尺寸风洞，对不同来流形式、风速大小，有无高耸建筑与植被等因素影响下的小区风环境进行了全方位、多工况试验研究，获取了多因素影响下的小区风场详细分布。研究结论显示：均匀来流通过800 m长度的地表粗糙距离可产生与C类地貌来流较为一致的平均风剖面，但湍流度剖面还存在较大差异；低风速来流作用下小区无量纲风场分布随来流风速变化具有一定的波动，但来流风速大于7 m/s时，小区流场的无量纲风速分布趋于稳定；小区内部风场分布与邻近高耸建筑的位置和形态密切相关，高耸建筑会引起建筑周边风场加速。同时，植被能降低小区人行高度平均风速，对通用时代小区而言，10 m高大树、7 m高中树和5 m高小树可对小区平均风速分别造成12.8%、10.6%和7.2%的减速。
风环境风洞试验由于受到试验尺寸与试验设备的限制，很难获取高精度详尽的小区风场分布，加之我国对小区风环境研究还相对滞后，较大程度阻碍了当前绿色城市的发展。该文以长沙通用时代国际社区为研究背景，利用10 m (宽)×3 m (高)×21.0 m (长)大尺寸风洞，对不同来流形式、风速大小，有无高耸建筑与植被等因素影响下的小区风环境进行了全方位、多工况试验研究，获取了多因素影响下的小区风场详细分布。研究结论显示：均匀来流通过800 m长度的地表粗糙距离可产生与C类地貌来流较为一致的平均风剖面，但湍流度剖面还存在较大差异；低风速来流作用下小区无量纲风场分布随来流风速变化具有一定的波动，但来流风速大于7 m/s时，小区流场的无量纲风速分布趋于稳定；小区内部风场分布与邻近高耸建筑的位置和形态密切相关，高耸建筑会引起建筑周边风场加速。同时，植被能降低小区人行高度平均风速，对通用时代小区而言，10 m高大树、7 m高中树和5 m高小树可对小区平均风速分别造成12.8%、10.6%和7.2%的减速。
2021, 38(5): 98-112, 121.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0338
摘要:
为了研究含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RDSL)的滞回性能，利用ABAQUS有限元分析软件建立了2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RDSL子结构试件的有限元模型，对耗能梁段所用钢材进行循环加载试验得到其循环本构，验证了有限元模型的准确性和适用性。建立了16个足尺子结构有限元模型，分析耗能梁段长度比、裙梁净跨高比、耗能梁段腹板加劲肋间距、连接处螺栓直径和加固板厚度对结构滞回性能的影响规律。研究结果表明：HSS-FTS-RDSL子结构主要通过双槽钢截面耗能梁段进入塑性耗散地震能量，其余构件基本处于弹性状态或者轻微发展塑性；随着耗能梁段长度比的增加，结构承载力、刚度和耗能能力逐渐降低，耗能梁段超强系数减小，建议耗能梁段长度比取0.84~1.40；双槽钢截面可更换耗能梁段可较好地应用于净跨高比不超过4.6的裙梁中；改变耗能梁段加劲肋间距对结构承载力、刚度和耗能能力影响较小；减小螺栓直径会使连接区域螺栓滑移提前，对结构刚度和承载力影响较小；减小加固板厚度会增加连接变形，降低耗能梁段的塑性变形程度。
为了研究含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RDSL)的滞回性能，利用ABAQUS有限元分析软件建立了2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RDSL子结构试件的有限元模型，对耗能梁段所用钢材进行循环加载试验得到其循环本构，验证了有限元模型的准确性和适用性。建立了16个足尺子结构有限元模型，分析耗能梁段长度比、裙梁净跨高比、耗能梁段腹板加劲肋间距、连接处螺栓直径和加固板厚度对结构滞回性能的影响规律。研究结果表明：HSS-FTS-RDSL子结构主要通过双槽钢截面耗能梁段进入塑性耗散地震能量，其余构件基本处于弹性状态或者轻微发展塑性；随着耗能梁段长度比的增加，结构承载力、刚度和耗能能力逐渐降低，耗能梁段超强系数减小，建议耗能梁段长度比取0.84~1.40；双槽钢截面可更换耗能梁段可较好地应用于净跨高比不超过4.6的裙梁中；改变耗能梁段加劲肋间距对结构承载力、刚度和耗能能力影响较小；减小螺栓直径会使连接区域螺栓滑移提前，对结构刚度和承载力影响较小；减小加固板厚度会增加连接变形，降低耗能梁段的塑性变形程度。
2021, 38(5): 113-121.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0361
摘要:
碳化环境下的混凝土结构耐久性模型，是基于扩散理论、快速试验、自然暴露试验以及工程经验建立的。由于结构固有的不确定性和服役环境的复杂性，理论模型的预测结果与实际结构检测的耐久状况存在较大偏差。该文利用工程耐久性检测获得的碳化深度、检测钢筋锈蚀比例、检测混凝土开裂比例，综合先验知识，基于贝叶斯理论，提出碳化环境下的耐久性模型更新方法。结合结构实际的检测结果，经过更新的耐久性预测模型与待评估结构实际耐久状况更相符。依此模型进行相应剩余耐久寿命的概率预测和耐久性评级，为既有结构耐久性评估提供参考。
碳化环境下的混凝土结构耐久性模型，是基于扩散理论、快速试验、自然暴露试验以及工程经验建立的。由于结构固有的不确定性和服役环境的复杂性，理论模型的预测结果与实际结构检测的耐久状况存在较大偏差。该文利用工程耐久性检测获得的碳化深度、检测钢筋锈蚀比例、检测混凝土开裂比例，综合先验知识，基于贝叶斯理论，提出碳化环境下的耐久性模型更新方法。结合结构实际的检测结果，经过更新的耐久性预测模型与待评估结构实际耐久状况更相符。依此模型进行相应剩余耐久寿命的概率预测和耐久性评级，为既有结构耐久性评估提供参考。
2021, 38(5): 122-130.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0374
摘要:
岩石的渗透特性与许多地下工程的稳定与安全有关，而深部岩石工程环境所处的温度、应力以及自身损伤情况对渗透特性也有较大的影响。因此，有必要开展损伤岩石在不同温度、应力情况下渗透特性研究。利用GCTS高温高压动态岩石三轴仪、岩石全自动气体渗透率测试系统，对不同损伤程度砂岩进行了不同围压和实时温度的渗透特性试验。试验结果表明：不同损伤程度砂岩的渗透率与围压之间呈现幂函数负增长关系，在低围压向高围压过渡过程中，高损伤试样渗透率出现较大的跌落；不同损伤程度砂岩渗透率与温度关系为负相关，高损伤试样渗透率随着温度增加下降得更加缓慢；随着损伤程度的增加，砂岩渗透率呈现出低围压情况下先略微下降再上升，高围压情况下逐渐上升的特征。低围压状况下，损伤程度较高的试样之间渗透率差异较大。
岩石的渗透特性与许多地下工程的稳定与安全有关，而深部岩石工程环境所处的温度、应力以及自身损伤情况对渗透特性也有较大的影响。因此，有必要开展损伤岩石在不同温度、应力情况下渗透特性研究。利用GCTS高温高压动态岩石三轴仪、岩石全自动气体渗透率测试系统，对不同损伤程度砂岩进行了不同围压和实时温度的渗透特性试验。试验结果表明：不同损伤程度砂岩的渗透率与围压之间呈现幂函数负增长关系，在低围压向高围压过渡过程中，高损伤试样渗透率出现较大的跌落；不同损伤程度砂岩渗透率与温度关系为负相关，高损伤试样渗透率随着温度增加下降得更加缓慢；随着损伤程度的增加，砂岩渗透率呈现出低围压情况下先略微下降再上升，高围压情况下逐渐上升的特征。低围压状况下，损伤程度较高的试样之间渗透率差异较大。
2021, 38(5): 131-142.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0377
摘要:
BFRP(basalt fiber reinforced polymer)筋是一种取代钢筋用于土木工程领域的新型纤维复合材料，中低加载速率下BFRP筋-混凝土粘结性能是保证其协同作用承受动荷载的重要前提。该文根据正交试验方法设计了16组粘结试件，利用MTS试验系统对不同加载速率(0.005 mm/s~5 mm/s)下的BFRP筋-混凝土试件进行了中心拉拔试验，研究了加载速率、混凝土强度及BFRP筋直径等因素对粘结性能的影响。在现有粘结强度计算模型的基础上，对粘结特征参数进行了修正，提出了中低加载速率下的BFRP筋-混凝土动态粘结强度计算公式，进一步建立了BFRP筋-混凝土粘结滑移本构关系模型。结果表明：BFRP筋-混凝土粘结试件主要发生拔出破坏与劈裂破坏，粘结滑移过程可分为滑移段、下降段和残余段；粘结强度随加载速率和混凝土强度的增大而增大，而随纤维筋直径的增大却显著减小；理论计算结果与试验结果吻合良好，为预测中低加载速率下BFRP筋-混凝土粘结性能提供了一种有效手段。
BFRP(basalt fiber reinforced polymer)筋是一种取代钢筋用于土木工程领域的新型纤维复合材料，中低加载速率下BFRP筋-混凝土粘结性能是保证其协同作用承受动荷载的重要前提。该文根据正交试验方法设计了16组粘结试件，利用MTS试验系统对不同加载速率(0.005 mm/s~5 mm/s)下的BFRP筋-混凝土试件进行了中心拉拔试验，研究了加载速率、混凝土强度及BFRP筋直径等因素对粘结性能的影响。在现有粘结强度计算模型的基础上，对粘结特征参数进行了修正，提出了中低加载速率下的BFRP筋-混凝土动态粘结强度计算公式，进一步建立了BFRP筋-混凝土粘结滑移本构关系模型。结果表明：BFRP筋-混凝土粘结试件主要发生拔出破坏与劈裂破坏，粘结滑移过程可分为滑移段、下降段和残余段；粘结强度随加载速率和混凝土强度的增大而增大，而随纤维筋直径的增大却显著减小；理论计算结果与试验结果吻合良好，为预测中低加载速率下BFRP筋-混凝土粘结性能提供了一种有效手段。
2021, 38(5): 143-150.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0388
摘要:
为了在细观层面上研究水平渗流作用下无黏性土接触冲刷的临界水力条件，构建了粗-细粒土层接触面上细粒土的两种冲刷起动模型。根据细粒土滑动和滚动两种失稳模式进行受力分析，并采用层流假设对流动切应力进行分析。提出了上部为粗粒土、下部为细粒土的无黏性土接触冲刷水平临界水力梯度的理论计算公式，依据试验中接触面可动细粒土起动位置的特征对公式进行了简化，并通过试验数据将本文公式与已有经验公式进行了对比，验证了其适用性。研究结果表明：水平临界水力梯度受粗-细粒土的粒径比和可动细粒土粒径的影响较大，受粗粒土孔隙率影响较小。该值与粒径比和粗粒土孔隙率成负相关，与可动细粒土粒径成正相关。当粗-细粒土粒径比不大于10时，接触冲刷不发生；当粒径比大于10且小于50时，临界水力梯度取决于粒径比和可动细粒土粒径的影响；当粒径比大于50时，临界水力梯度受可动细粒土粒径的影响较大。该文提出的公式中，可动细粒土的粒径值di由接触面上细粒土粒径分布特征决定，在计算时建议其取值不大于细粒土特征粒径d50；当细粒土粒径分布特征未知时，可取细粒土的特征粒径d15。
为了在细观层面上研究水平渗流作用下无黏性土接触冲刷的临界水力条件，构建了粗-细粒土层接触面上细粒土的两种冲刷起动模型。根据细粒土滑动和滚动两种失稳模式进行受力分析，并采用层流假设对流动切应力进行分析。提出了上部为粗粒土、下部为细粒土的无黏性土接触冲刷水平临界水力梯度的理论计算公式，依据试验中接触面可动细粒土起动位置的特征对公式进行了简化，并通过试验数据将本文公式与已有经验公式进行了对比，验证了其适用性。研究结果表明：水平临界水力梯度受粗-细粒土的粒径比和可动细粒土粒径的影响较大，受粗粒土孔隙率影响较小。该值与粒径比和粗粒土孔隙率成负相关，与可动细粒土粒径成正相关。当粗-细粒土粒径比不大于10时，接触冲刷不发生；当粒径比大于10且小于50时，临界水力梯度取决于粒径比和可动细粒土粒径的影响；当粒径比大于50时，临界水力梯度受可动细粒土粒径的影响较大。该文提出的公式中，可动细粒土的粒径值di由接触面上细粒土粒径分布特征决定，在计算时建议其取值不大于细粒土特征粒径d50；当细粒土粒径分布特征未知时，可取细粒土的特征粒径d15。
2021, 38(5): 151-160.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0390
摘要:
剪式铰机构的开合过程易于控制，为可展结构的一个重要分支。基于剪式铰的可展结构展开成形后，由于剪式铰单元杆件间的相对转动特性使得结构刚度较低，在受力时表现出较强的几何非线性。为增强基于剪式铰的可展结构的刚度，该文采用索来强化剪式铰机构。该文推导了规则的索强化剪式铰单元的轴向刚度和抗弯刚度计算公式，揭示了索强化剪式铰单元承载能力和单元组成构件的相关关系，给出了有限质点法计算框架下的索强化剪式铰机构的计算分析方法，并对一个典型索强化剪式铰拱的受力性能和断索行为进行了分析。研究结果表明：索强化后的剪式铰机构在不影响机构可展性的同时提高了机构的刚度和承载能力。
剪式铰机构的开合过程易于控制，为可展结构的一个重要分支。基于剪式铰的可展结构展开成形后，由于剪式铰单元杆件间的相对转动特性使得结构刚度较低，在受力时表现出较强的几何非线性。为增强基于剪式铰的可展结构的刚度，该文采用索来强化剪式铰机构。该文推导了规则的索强化剪式铰单元的轴向刚度和抗弯刚度计算公式，揭示了索强化剪式铰单元承载能力和单元组成构件的相关关系，给出了有限质点法计算框架下的索强化剪式铰机构的计算分析方法，并对一个典型索强化剪式铰拱的受力性能和断索行为进行了分析。研究结果表明：索强化后的剪式铰机构在不影响机构可展性的同时提高了机构的刚度和承载能力。
2021, 38(5): 161-170, 190.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0395
摘要:
充气薄膜管通过内充气压获得刚度和承载力。荷载作用下的变形会导致内充气压改变，进而引起结构刚度的变化，体现为内充气体与外围薄膜耦合作用。该文采用有限元方法对充气薄膜管的气-膜耦合作用及其随影响因素的变化规律进行数值分析。通过将内充气体等效为小扰动线性有势流体以考虑内充气体与外围薄膜的耦合作用；通过将有限元分析结果与相应的试验结果进行对比，验证考虑气-膜耦合作用有限元模型的正确性和精确性；通过将分析结果与内充气体被等效为外围薄膜静力边界条件情况下的计算结果进行对比，研究气-膜耦合作用对充气薄膜管褶皱临界荷载和极限承载力的影响及其随初始内压、长细比、端部约束类型以及轴向荷载的变化情况。研究结果表明，气-膜耦合作用对褶皱临界荷载和极限承载力具有重要影响，且呈现非单调变化的特点，在影响因素的变化范围内，出现极大值或(和)极小值。该文的研究成果揭示了充气薄膜管的气-膜耦合作用规律，有助于深入认识充气薄膜管的力学行为，确保空间充气薄膜结构设计计算的可靠性。
充气薄膜管通过内充气压获得刚度和承载力。荷载作用下的变形会导致内充气压改变，进而引起结构刚度的变化，体现为内充气体与外围薄膜耦合作用。该文采用有限元方法对充气薄膜管的气-膜耦合作用及其随影响因素的变化规律进行数值分析。通过将内充气体等效为小扰动线性有势流体以考虑内充气体与外围薄膜的耦合作用；通过将有限元分析结果与相应的试验结果进行对比，验证考虑气-膜耦合作用有限元模型的正确性和精确性；通过将分析结果与内充气体被等效为外围薄膜静力边界条件情况下的计算结果进行对比，研究气-膜耦合作用对充气薄膜管褶皱临界荷载和极限承载力的影响及其随初始内压、长细比、端部约束类型以及轴向荷载的变化情况。研究结果表明，气-膜耦合作用对褶皱临界荷载和极限承载力具有重要影响，且呈现非单调变化的特点，在影响因素的变化范围内，出现极大值或(和)极小值。该文的研究成果揭示了充气薄膜管的气-膜耦合作用规律，有助于深入认识充气薄膜管的力学行为，确保空间充气薄膜结构设计计算的可靠性。
2021, 38(5): 171-181.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0411
摘要:
为了研究剪切连梁对双柱式桥墩地震响应的影响，该文将双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩置于全桥模型中开展振动台试验研究，其中带剪切连梁双柱式桥墩沿墩等间距附有5根剪切连梁。因此设计了一座几何相似比为1/70且包含桥墩(含双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩)、主塔、主梁、群桩和模型土等在内的斜拉桥试验模型并开展振动台试验，比较研究人工波、El Centro波和Mexico City波等不同频谱特性地震作用下双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩的地震响应特性。试验结果表明：与双柱式桥墩结果相比，在人工波、El Centro波和Mexico City波作用下，带剪切连梁双柱式桥墩的墩底最大应变明显减小，表明附加的剪切连梁可有效降低墩柱的弯矩应变响应，实现了剪切连梁起分散墩柱受力的作用；与振动台输出最大加速度相比，三条地震波作用下带剪切连梁双柱式桥墩的墩底加速度放大1.4倍~1.8倍，表明桩-土-结构相互作用对纵向加速度产生不利影响，具有明显放大效应；地震输入的频谱特性明显影响双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩的加速度、位移和应变等地震响应，且其影响程度取决于地震输入卓越频谱与结构频率特性之间的相关关系。
为了研究剪切连梁对双柱式桥墩地震响应的影响，该文将双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩置于全桥模型中开展振动台试验研究，其中带剪切连梁双柱式桥墩沿墩等间距附有5根剪切连梁。因此设计了一座几何相似比为1/70且包含桥墩(含双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩)、主塔、主梁、群桩和模型土等在内的斜拉桥试验模型并开展振动台试验，比较研究人工波、El Centro波和Mexico City波等不同频谱特性地震作用下双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩的地震响应特性。试验结果表明：与双柱式桥墩结果相比，在人工波、El Centro波和Mexico City波作用下，带剪切连梁双柱式桥墩的墩底最大应变明显减小，表明附加的剪切连梁可有效降低墩柱的弯矩应变响应，实现了剪切连梁起分散墩柱受力的作用；与振动台输出最大加速度相比，三条地震波作用下带剪切连梁双柱式桥墩的墩底加速度放大1.4倍~1.8倍，表明桩-土-结构相互作用对纵向加速度产生不利影响，具有明显放大效应；地震输入的频谱特性明显影响双柱式桥墩和带剪切连梁双柱式桥墩的加速度、位移和应变等地震响应，且其影响程度取决于地震输入卓越频谱与结构频率特性之间的相关关系。
2021, 38(5): 182-190.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0415
摘要:
隔震技术是实现建筑地震韧性的有效手段，隔震层中存在大变形需求的柔性管道功能重要，但现阶段缺乏该类管道的地震易损性模型和损失后果函数，因而隔震结构的韧性评价体系还有待进一步完善。针对这一问题，以橡胶柔性管道为对象，基于前期开展的管道试验，明确了该类管道的2个关键损伤状态，建立了公称内径50 mm和100 mm的柔性管道的地震易损性模型。综合考虑各种成本，提出了修复费用后果函数，根据24个试件拆卸和安装时间数据确定了修复时间后果函数，从而建立了上述管道的损失后果函数。在此基础上，以一5层RC框架隔震结构为例，考虑公称内径和设计长度影响，设定了6种管道方案，评价了结构在设防地震与罕遇地震作用下的韧性水准。结果表明：在设防地震与罕遇地震作用下柔性管道修复费用占比最高可达88.5%和29.4%，但其修复工时对建筑修复时间的影响基本可以忽略；设防地震下加大设计长度可使管道修复费用得到有效控制，但罕遇地震下由于变形大，当管道长度小于相关规范建议值时增大管道长度也无法有效避免管道破坏，反而会导致管道修复费用增大。该研究的相关成果可为隔震建筑地震韧性设计和评价提供重要参考。
隔震技术是实现建筑地震韧性的有效手段，隔震层中存在大变形需求的柔性管道功能重要，但现阶段缺乏该类管道的地震易损性模型和损失后果函数，因而隔震结构的韧性评价体系还有待进一步完善。针对这一问题，以橡胶柔性管道为对象，基于前期开展的管道试验，明确了该类管道的2个关键损伤状态，建立了公称内径50 mm和100 mm的柔性管道的地震易损性模型。综合考虑各种成本，提出了修复费用后果函数，根据24个试件拆卸和安装时间数据确定了修复时间后果函数，从而建立了上述管道的损失后果函数。在此基础上，以一5层RC框架隔震结构为例，考虑公称内径和设计长度影响，设定了6种管道方案，评价了结构在设防地震与罕遇地震作用下的韧性水准。结果表明：在设防地震与罕遇地震作用下柔性管道修复费用占比最高可达88.5%和29.4%，但其修复工时对建筑修复时间的影响基本可以忽略；设防地震下加大设计长度可使管道修复费用得到有效控制，但罕遇地震下由于变形大，当管道长度小于相关规范建议值时增大管道长度也无法有效避免管道破坏，反而会导致管道修复费用增大。该研究的相关成果可为隔震建筑地震韧性设计和评价提供重要参考。
2021, 38(5): 191-198.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0421
摘要:
轮轨动态输入激励直接影响车辆-轨道耦合模型的计算结果。目前在地铁列车环境振动振源研究中，大多只考虑了轨道不平顺的激励而忽略了车轮不圆顺的影响。为了构建地铁轮轨耦合不平顺激励、综合分析轨道不平顺以及车轮、钢轨的磨耗状态对轨道动力响应的影响，对一列地铁列车进行了车轮不圆顺的现场测试，同时对一段区间隧道内的轨道不平顺和钢轨粗糙度均进行了测试。基于车辆-轨道耦合频域解析模型计算了轨道动力响应，比较了不同轮轨激励模式对计算结果的影响。同时，在同一区间隧道内实测了钢轨振动响应，用以验证不同激励模式计算结果的准确性。结果表明：美国谱和Sato谱会低估车轮不圆顺典型波长控制频段的振动响应，从而难以准确获得8 Hz~200 Hz频段的振动响应；按能量叠加方法获得的轮轨耦合不平顺谱可反映完备的轮轨激励信息，以此作为激励，在8 Hz~200 Hz频段，可计算获得与实测值更相近的模拟计算结果。
轮轨动态输入激励直接影响车辆-轨道耦合模型的计算结果。目前在地铁列车环境振动振源研究中，大多只考虑了轨道不平顺的激励而忽略了车轮不圆顺的影响。为了构建地铁轮轨耦合不平顺激励、综合分析轨道不平顺以及车轮、钢轨的磨耗状态对轨道动力响应的影响，对一列地铁列车进行了车轮不圆顺的现场测试，同时对一段区间隧道内的轨道不平顺和钢轨粗糙度均进行了测试。基于车辆-轨道耦合频域解析模型计算了轨道动力响应，比较了不同轮轨激励模式对计算结果的影响。同时，在同一区间隧道内实测了钢轨振动响应，用以验证不同激励模式计算结果的准确性。结果表明：美国谱和Sato谱会低估车轮不圆顺典型波长控制频段的振动响应，从而难以准确获得8 Hz~200 Hz频段的振动响应；按能量叠加方法获得的轮轨耦合不平顺谱可反映完备的轮轨激励信息，以此作为激励，在8 Hz~200 Hz频段，可计算获得与实测值更相近的模拟计算结果。
2021, 38(5): 199-208.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0426
摘要:
该文采用谐波合成法按Davenport风速谱和Kaimal风速谱分别模拟了某陆地风电场的脉动风速时程。根据相应高度处的平均风速，并结合伯努利理论，得到风荷载时程。建立某3 MW风机钢塔筒有限元模型，并考虑风机气动推力、塔筒风荷载时程和重力二阶效应的影响，求解钢塔筒的动力响应。考虑作用效应时程变化及材料容重变异性，采用Monte Carlo方法按规范准则分析该风机基础底板脱开失效概率，并研究对应可靠指标随基础底板半径变化的规律。结果表明：无论是正常运行工况还是极端荷载工况，该风机塔筒底部总弯矩和总剪力近似完全相关，且变异系数较大；选用Davenport风速谱时正常运行和极端荷载工况下基础底板脱开失效概率分别约为0.008 20和0.0188，选用Kaimal风速谱时对应失效概率分别约为0.0107和0.0281；基础底板不脱开失效的可靠指标会随着半径增大而提高，当半径增加至1.2倍时，两种工况下可靠指标提高均不少于39.90%。
该文采用谐波合成法按Davenport风速谱和Kaimal风速谱分别模拟了某陆地风电场的脉动风速时程。根据相应高度处的平均风速，并结合伯努利理论，得到风荷载时程。建立某3 MW风机钢塔筒有限元模型，并考虑风机气动推力、塔筒风荷载时程和重力二阶效应的影响，求解钢塔筒的动力响应。考虑作用效应时程变化及材料容重变异性，采用Monte Carlo方法按规范准则分析该风机基础底板脱开失效概率，并研究对应可靠指标随基础底板半径变化的规律。结果表明：无论是正常运行工况还是极端荷载工况，该风机塔筒底部总弯矩和总剪力近似完全相关，且变异系数较大；选用Davenport风速谱时正常运行和极端荷载工况下基础底板脱开失效概率分别约为0.008 20和0.0188，选用Kaimal风速谱时对应失效概率分别约为0.0107和0.0281；基础底板不脱开失效的可靠指标会随着半径增大而提高，当半径增加至1.2倍时，两种工况下可靠指标提高均不少于39.90%。
2021, 38(5): 209-218.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0431
摘要:
水平锚板竖向拉拔承载机理与承载力计算方法的研究目前存在人为区分浅埋、深埋，但界定标准又极不统一的问题。该文通过总结水平条形锚板竖向拉拔承载机理，提出了可描述极限拉拔下锚周土体滑动面随埋深比连续演化的对数螺旋线形态函数，建立了无需区分浅埋、深埋的极限承载统一力学模型。根据锚板埋深、滑动面交点与锚板距离和滑动面上切线为竖直线时对应点到锚板距离三者的大小关系，分3种情况开展极限平衡分析，推导出水平条形锚板竖向拉拔极限承载力计算统一理论解。结果表明：新的力学模型很好地反映了锚周土体滑动面随埋深比的连续变化规律，无需再人为区分浅埋和深埋。应用9种方法对5个试验案例(松砂、密砂)进行对比计算分析，统一理论解法排名第2，显示出具有较强的适应性。
水平锚板竖向拉拔承载机理与承载力计算方法的研究目前存在人为区分浅埋、深埋，但界定标准又极不统一的问题。该文通过总结水平条形锚板竖向拉拔承载机理，提出了可描述极限拉拔下锚周土体滑动面随埋深比连续演化的对数螺旋线形态函数，建立了无需区分浅埋、深埋的极限承载统一力学模型。根据锚板埋深、滑动面交点与锚板距离和滑动面上切线为竖直线时对应点到锚板距离三者的大小关系，分3种情况开展极限平衡分析，推导出水平条形锚板竖向拉拔极限承载力计算统一理论解。结果表明：新的力学模型很好地反映了锚周土体滑动面随埋深比的连续变化规律，无需再人为区分浅埋和深埋。应用9种方法对5个试验案例(松砂、密砂)进行对比计算分析，统一理论解法排名第2，显示出具有较强的适应性。
2021, 38(5): 219-228, 238.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0472
摘要:
焊接空心球节点(WHSJs)自1966年被提出以来，已经广泛地应用于空间网格结构中，至今已有55年的应用历史。由于环境的侵蚀、后期维护不到位等，焊接球节点锈蚀的现象屡见不鲜。该文针对随机锈蚀后焊接空心球节点的抗压承载力的变化规律进行了研究，基于随机有限元分析方法进行了大量的随机数值分析，研究了锈蚀深度概率分布模型对抗压承载力折减系数的影响；利用曲线拟合技术提出了折减系数下限和上限曲线的理论计算公式；通过随机有限元的大量分析结果揭示了抗压折减系数随锈蚀深度概率分布模型的变化规律；提出了用于预测抗压折减系数概率分布模型的拟合公式；通过对具有不同几何参数的焊接空心球节点的分析，得到了该文结论对不同几何尺寸下焊接球节点的适用性。研究结果表明，所提出的方法可以准确确定随机锈蚀焊接空心球节点抗压承载力折减系数的随机概率分布模型，可为随机锈蚀焊接球节点承载力的评估提供理论分析基础。
焊接空心球节点(WHSJs)自1966年被提出以来，已经广泛地应用于空间网格结构中，至今已有55年的应用历史。由于环境的侵蚀、后期维护不到位等，焊接球节点锈蚀的现象屡见不鲜。该文针对随机锈蚀后焊接空心球节点的抗压承载力的变化规律进行了研究，基于随机有限元分析方法进行了大量的随机数值分析，研究了锈蚀深度概率分布模型对抗压承载力折减系数的影响；利用曲线拟合技术提出了折减系数下限和上限曲线的理论计算公式；通过随机有限元的大量分析结果揭示了抗压折减系数随锈蚀深度概率分布模型的变化规律；提出了用于预测抗压折减系数概率分布模型的拟合公式；通过对具有不同几何参数的焊接空心球节点的分析，得到了该文结论对不同几何尺寸下焊接球节点的适用性。研究结果表明，所提出的方法可以准确确定随机锈蚀焊接空心球节点抗压承载力折减系数的随机概率分布模型，可为随机锈蚀焊接球节点承载力的评估提供理论分析基础。
2021, 38(5): 229-238.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0055
摘要:
该文提出了一种以预制ECC管作为浇筑模板的ECC管混凝土桥墩。为研究该桥墩抗震性能，设计并制作了1个普通钢筋混凝土桥墩试件(RC)和3个预制ECC管混凝土桥墩试件(ECC1~ECC3)，其中：试件ECC1为基准试件；试件ECC2在加载过程中减小了轴压比；试件ECC3在塑性铰区预制ECC管内浇筑了ECC。通过拟静力试验得到了上述试件的开裂过程、破坏形态以及水平力-位移滞回曲线等试验结果。通过分析各试件极限承载能力、累计耗能、延性系数、刚度退化以及残余位移等抗震性能指标，对比了预制ECC管混凝土桥墩与普通钢筋混凝土桥墩抗震性能的差别，得到了轴压比和塑性铰区截面形式对预制ECC管混凝土桥墩抗震性能的影响。研究结果表明：墩身外侧ECC管有效防止了塑性铰区混凝土剥落后钢筋屈曲，明显改善了桥墩破坏形态，提升了桥墩变形能力，降低了桥墩的损伤程度；与普通钢筋混凝土桥墩相比，预制ECC管混凝土桥墩的滞回曲线更加饱满，累计滞回耗能更大，具有更好的耗能能力，其峰值荷载和延性系数分别比普通钢筋混凝土桥墩的高出了16.66%和42.15%；对于ECC管混凝土桥墩，当轴压比降低后，ECC管壁出现的裂缝数量减少，其耗能和承载力降低，但延性变形能力增强，刚度退化也有所减缓；塑性铰区采用全截面ECC，即在ECC管内浇筑ECC，能提升预制ECC管混凝土桥墩的耗能能力、承载能力和延性变形能力，但裂缝的发展和分布几乎没影响。
该文提出了一种以预制ECC管作为浇筑模板的ECC管混凝土桥墩。为研究该桥墩抗震性能，设计并制作了1个普通钢筋混凝土桥墩试件(RC)和3个预制ECC管混凝土桥墩试件(ECC1~ECC3)，其中：试件ECC1为基准试件；试件ECC2在加载过程中减小了轴压比；试件ECC3在塑性铰区预制ECC管内浇筑了ECC。通过拟静力试验得到了上述试件的开裂过程、破坏形态以及水平力-位移滞回曲线等试验结果。通过分析各试件极限承载能力、累计耗能、延性系数、刚度退化以及残余位移等抗震性能指标，对比了预制ECC管混凝土桥墩与普通钢筋混凝土桥墩抗震性能的差别，得到了轴压比和塑性铰区截面形式对预制ECC管混凝土桥墩抗震性能的影响。研究结果表明：墩身外侧ECC管有效防止了塑性铰区混凝土剥落后钢筋屈曲，明显改善了桥墩破坏形态，提升了桥墩变形能力，降低了桥墩的损伤程度；与普通钢筋混凝土桥墩相比，预制ECC管混凝土桥墩的滞回曲线更加饱满，累计滞回耗能更大，具有更好的耗能能力，其峰值荷载和延性系数分别比普通钢筋混凝土桥墩的高出了16.66%和42.15%；对于ECC管混凝土桥墩，当轴压比降低后，ECC管壁出现的裂缝数量减少，其耗能和承载力降低，但延性变形能力增强，刚度退化也有所减缓；塑性铰区采用全截面ECC，即在ECC管内浇筑ECC，能提升预制ECC管混凝土桥墩的耗能能力、承载能力和延性变形能力，但裂缝的发展和分布几乎没影响。
2021, 38(5): 239-246.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0108
摘要:
受到可制造性的约束，拓扑优化技术目前多用于结构的概念设计，因此，研究直接面向加工制造的拓扑优化方法很有必要。该文基于启发式BESO(Bi-directional Evolutionary Structural Optimization)算法，提出了一种高效的可精确控制结构最小尺寸的拓扑优化方法。通过灵敏度插值，细化边界单元，改进BESO算法，解决边界不光滑问题；采用拓扑细化方法，提取拓扑结构的骨架构型；以此为基础，判定结构中不满足最小尺寸约束的部位，基于改进的BESO算法，实现拓扑优化结构的最小尺寸精确控制；此外，在优化过程中，通过松弛施加最小尺寸约束的方法，有效避免优化早熟问题。数值算例表明了该拓扑优化方法的有效性。
受到可制造性的约束，拓扑优化技术目前多用于结构的概念设计，因此，研究直接面向加工制造的拓扑优化方法很有必要。该文基于启发式BESO(Bi-directional Evolutionary Structural Optimization)算法，提出了一种高效的可精确控制结构最小尺寸的拓扑优化方法。通过灵敏度插值，细化边界单元，改进BESO算法，解决边界不光滑问题；采用拓扑细化方法，提取拓扑结构的骨架构型；以此为基础，判定结构中不满足最小尺寸约束的部位，基于改进的BESO算法，实现拓扑优化结构的最小尺寸精确控制；此外，在优化过程中，通过松弛施加最小尺寸约束的方法，有效避免优化早熟问题。数值算例表明了该拓扑优化方法的有效性。
2021, 38(5): 247-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0428
摘要:
为研究泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的吸能能力，该文基于有限元软件LS-DYNA建立了泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的数值仿真。对经典薄壁圆管试验及泡沫铝填充薄壁圆管试验进行了数值模拟，分析表明该数值模型能够较好的模拟泡沫铝填充薄壁圆管在轴向冲击过程中的撞击力和变形发展。基于该模型对比研究了不同因素下泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的轴向吸能特性，分析了其破坏模式、吸能机理和两者吸能效率。结果表明：在轴向冲击荷载作用下，泡沫铝填充薄壁铝合金的破坏模式为轴对称渐进折叠破坏模式，冲击力-位移曲线和变形模态图显示其变形过程分为3个阶段：弹性阶段、平台阶段和强化阶段。当冲击压缩距离为构件高度的80%时，7种不同参数下的泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构的吸能效率明显高于7种单胞结构，吸收的能量E和比吸能SEA都提高了50%以上，是一种优秀的吸能构件，可广泛应用于防护工程中。
为研究泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的吸能能力，该文基于有限元软件LS-DYNA建立了泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的数值仿真。对经典薄壁圆管试验及泡沫铝填充薄壁圆管试验进行了数值模拟，分析表明该数值模型能够较好的模拟泡沫铝填充薄壁圆管在轴向冲击过程中的撞击力和变形发展。基于该模型对比研究了不同因素下泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的轴向吸能特性，分析了其破坏模式、吸能机理和两者吸能效率。结果表明：在轴向冲击荷载作用下，泡沫铝填充薄壁铝合金的破坏模式为轴对称渐进折叠破坏模式，冲击力-位移曲线和变形模态图显示其变形过程分为3个阶段：弹性阶段、平台阶段和强化阶段。当冲击压缩距离为构件高度的80%时，7种不同参数下的泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构的吸能效率明显高于7种单胞结构，吸收的能量E和比吸能SEA都提高了50%以上，是一种优秀的吸能构件，可广泛应用于防护工程中。
