2023年 第40卷 第10期
2023, 40(10): 1-10, 57.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0086
摘要:
为探究新型周期结构的低频多带隙特性，提出了周期布置双自由度振子的局域共振型平行并联梁结构。利用平面波展开法，计算了无限周期结构的弯曲振动能带结构。采用有限元法计算了有限周期结构的振动传输曲线，并通过模态分析和变形模式研究了带隙产生机理。建立了双自由振子并联梁的简化模型，推导了带隙起止频率简化公式，研究了结构参数对带隙特性的影响规律。最后制作了模型试件并进行传递特性分析，验证了理论和有限元法预测带隙的准确性。研究表明，仅改变两梁之间连接弹簧的刚度，可以有效调节带隙频率，为双自由度振子双梁周期结构的减振控制提供参考。
为探究新型周期结构的低频多带隙特性，提出了周期布置双自由度振子的局域共振型平行并联梁结构。利用平面波展开法，计算了无限周期结构的弯曲振动能带结构。采用有限元法计算了有限周期结构的振动传输曲线，并通过模态分析和变形模式研究了带隙产生机理。建立了双自由振子并联梁的简化模型，推导了带隙起止频率简化公式，研究了结构参数对带隙特性的影响规律。最后制作了模型试件并进行传递特性分析，验证了理论和有限元法预测带隙的准确性。研究表明，仅改变两梁之间连接弹簧的刚度，可以有效调节带隙频率，为双自由度振子双梁周期结构的减振控制提供参考。
2023, 40(10): 11-20.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0092
摘要:
大气边界层流场中紊流度剖面可以正确模拟，但紊流积分尺度很难精确模拟，对于CAARC (commonwealth advisory aeronautical research council)标准高层建筑模型在大气边界层B类场地，实际紊流积分尺度为高层建筑采用常用缩尺比在常规风洞中的1.4倍~2.7倍。该文通过风洞试验在大气边界层B类场地中采用5种不同缩尺比工况，其中一种工况接近于工程实际，通过其余四种工况与这种工况对比，定量地研究了紊流积分尺度对CAARC模型迎风面极值风压特性的影响。结果表明，极值风压系数随紊流积分尺度的增大而增大，极值风压系数误差随模拟紊流积分尺度误差的增大而增大，当实际紊流积分尺度为模拟积分尺度的3.25倍时，实际极值风压系数为模拟极值风压系数的1.55倍，误差率高达35%，且迎风面越靠近驻点的测点，受紊流积分尺度的这种影响越显著；为了更深入理解紊流积分尺度的影响，利用脉动风压功率谱分析了极值风压受紊流积分尺度的影响机理；最后根据紊流积分尺度对极值风压系数的影响，提出了迎风面极值风压系数的修正公式。该试验采用的紊流积分尺度涵盖高层建筑常用缩尺比在常规风洞中紊流积分尺度模拟的所有误差范围，同时以CAARC标准高层建筑模型为试验对象，可以为所有风洞试验结果提供修正依据，同时可以推广到其他钝体。
大气边界层流场中紊流度剖面可以正确模拟，但紊流积分尺度很难精确模拟，对于CAARC (commonwealth advisory aeronautical research council)标准高层建筑模型在大气边界层B类场地，实际紊流积分尺度为高层建筑采用常用缩尺比在常规风洞中的1.4倍~2.7倍。该文通过风洞试验在大气边界层B类场地中采用5种不同缩尺比工况，其中一种工况接近于工程实际，通过其余四种工况与这种工况对比，定量地研究了紊流积分尺度对CAARC模型迎风面极值风压特性的影响。结果表明，极值风压系数随紊流积分尺度的增大而增大，极值风压系数误差随模拟紊流积分尺度误差的增大而增大，当实际紊流积分尺度为模拟积分尺度的3.25倍时，实际极值风压系数为模拟极值风压系数的1.55倍，误差率高达35%，且迎风面越靠近驻点的测点，受紊流积分尺度的这种影响越显著；为了更深入理解紊流积分尺度的影响，利用脉动风压功率谱分析了极值风压受紊流积分尺度的影响机理；最后根据紊流积分尺度对极值风压系数的影响，提出了迎风面极值风压系数的修正公式。该试验采用的紊流积分尺度涵盖高层建筑常用缩尺比在常规风洞中紊流积分尺度模拟的所有误差范围，同时以CAARC标准高层建筑模型为试验对象，可以为所有风洞试验结果提供修正依据，同时可以推广到其他钝体。
2023, 40(10): 21-32.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0079
摘要:
冷弯薄壁型钢组合楼盖作为冷弯薄壁型钢结构住宅体系中主要竖向承重和水平传力构件，应具备良好的面外和面内受力性能以推动轻钢结构体系由低层向多高层发展。基于此，对冷弯薄壁型钢组合楼盖分别进行正常使用阶段抗弯刚度试验、抗弯承载力试验以及面内刚度试验，试验结果表明：组合楼盖面外最终破坏模式为C形楼盖梁在最外侧加载点处压屈破坏，面内最终破坏模式为两侧C形楼盖梁与压型钢板间自攻螺钉连接破坏，冷弯薄壁型钢组合楼盖属于部分抗剪连接的组合楼盖。设置楼面板会大幅提高组合楼盖的面内承载力、面内刚度及面内延性，混凝土组合楼盖的抗弯刚度和刚度退化程度优于石膏基自流平砂浆组合楼盖。基于组合楼盖的受力机理和破坏特征，引入C形楼盖梁与组合楼板界面滑移模量，推导了部分抗剪连接T形截面组合梁的等效抗弯刚度公式来计算楼盖的竖向挠度；建立宽翼缘深梁受力分析模型，推导出组合楼盖面内跨中位移计算方法。该文研究成果为完善冷弯薄壁型钢多层住宅体系中组合楼盖的设计计算理论提供了科学依据。
冷弯薄壁型钢组合楼盖作为冷弯薄壁型钢结构住宅体系中主要竖向承重和水平传力构件，应具备良好的面外和面内受力性能以推动轻钢结构体系由低层向多高层发展。基于此，对冷弯薄壁型钢组合楼盖分别进行正常使用阶段抗弯刚度试验、抗弯承载力试验以及面内刚度试验，试验结果表明：组合楼盖面外最终破坏模式为C形楼盖梁在最外侧加载点处压屈破坏，面内最终破坏模式为两侧C形楼盖梁与压型钢板间自攻螺钉连接破坏，冷弯薄壁型钢组合楼盖属于部分抗剪连接的组合楼盖。设置楼面板会大幅提高组合楼盖的面内承载力、面内刚度及面内延性，混凝土组合楼盖的抗弯刚度和刚度退化程度优于石膏基自流平砂浆组合楼盖。基于组合楼盖的受力机理和破坏特征，引入C形楼盖梁与组合楼板界面滑移模量，推导了部分抗剪连接T形截面组合梁的等效抗弯刚度公式来计算楼盖的竖向挠度；建立宽翼缘深梁受力分析模型，推导出组合楼盖面内跨中位移计算方法。该文研究成果为完善冷弯薄壁型钢多层住宅体系中组合楼盖的设计计算理论提供了科学依据。
2023, 40(10): 33-46.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0095
摘要:
隅撑一般安装于框架梁柱的节点附近。和中心支撑相比，隅撑具有占用空间少、对建筑外观影响小、安装更为方便和震后更易更换等优点。超弹性镍钛形状记忆合金(SMA)在常温下能够具有“旗帜型”滞回曲线，兼具消能能力和自复位能力，近年来受到地震工程界的广泛关注。该文选取镍钛SMA棒为核心受力构件，利用防屈曲装置提出了基于防屈曲镍钛SMA棒的自复位隅撑(SCKB)。进一步的，以SCKB为关键抗震构件，提出了一种新型的抗震韧性钢结构，即自复位隅撑钢框架(SCKBF)。加工了缩尺比例的SCKB试件，并开展了往复加载试验。试验结果表明，SCKB受拉和受压时均拥有稳定的“旗帜型”滞回行为。为了评估SCKBF的抗震性能，根据底部剪力法设计了楼层数分别为3层和6层的结构，开展了罕遇地震下的弹塑性时程分析。计算结果表明：SCKBF能够满足规范对层间位移转角限值的要求；并且，结构的震后残余层间位移角几乎为零，体现了良好的震后功能可恢复性。该文为进一步的体系试验和抗震设计也起到了有益的铺垫。
隅撑一般安装于框架梁柱的节点附近。和中心支撑相比，隅撑具有占用空间少、对建筑外观影响小、安装更为方便和震后更易更换等优点。超弹性镍钛形状记忆合金(SMA)在常温下能够具有“旗帜型”滞回曲线，兼具消能能力和自复位能力，近年来受到地震工程界的广泛关注。该文选取镍钛SMA棒为核心受力构件，利用防屈曲装置提出了基于防屈曲镍钛SMA棒的自复位隅撑(SCKB)。进一步的，以SCKB为关键抗震构件，提出了一种新型的抗震韧性钢结构，即自复位隅撑钢框架(SCKBF)。加工了缩尺比例的SCKB试件，并开展了往复加载试验。试验结果表明，SCKB受拉和受压时均拥有稳定的“旗帜型”滞回行为。为了评估SCKBF的抗震性能，根据底部剪力法设计了楼层数分别为3层和6层的结构，开展了罕遇地震下的弹塑性时程分析。计算结果表明：SCKBF能够满足规范对层间位移转角限值的要求；并且，结构的震后残余层间位移角几乎为零，体现了良好的震后功能可恢复性。该文为进一步的体系试验和抗震设计也起到了有益的铺垫。
2023, 40(10): 47-57.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0937
摘要:
高烈度地区重要建筑往往采用RC框架-剪力墙结构体系，采用隔震技术设计该类建筑，满足《建设工程抗震管理条例》中规定的设防地震下正常使用要求，甚至满足罕遇地震下的高韧性目标需求，成为了该类结构设计的重点难题。该研究以一8度区的RC框架-剪力墙工程为例，对该结构的抗震方案展开了设防和罕遇地震下的地震韧性评价。在此基础上，针对隔震结构提出了3种上部结构设计理念，并设计了3个隔震案例，进行了设防和罕遇地震下的韧性评价。分析结果表明：传统抗震结构在设防地震下无法满足正常使用需求，抗震韧性等级仅为一星；按降一度贴限设计确定隔震上部结构截面且按降一度确定上部结构配筋时，设防地震下需3.1 d的修复时间才能恢复正常使用功能，罕遇地震下的抗震韧性等级为二星；按降半度贴限设计确定上部结构截面，且按降一度确定上部结构配筋时，建筑功能可基本不中断，满足正常使用需求，但罕遇地震下的抗震韧性等级仍为二星；按不降度贴限设计确定上部结构截面且按降一度确定上部结构配筋时，建筑功能完全不中断，满足正常使用要求，罕遇地震下可达到韧性三星。研究的相关成果可为高烈度地区RC框架-剪力墙结构的隔震韧性设计的深入研究提供参考。
高烈度地区重要建筑往往采用RC框架-剪力墙结构体系，采用隔震技术设计该类建筑，满足《建设工程抗震管理条例》中规定的设防地震下正常使用要求，甚至满足罕遇地震下的高韧性目标需求，成为了该类结构设计的重点难题。该研究以一8度区的RC框架-剪力墙工程为例，对该结构的抗震方案展开了设防和罕遇地震下的地震韧性评价。在此基础上，针对隔震结构提出了3种上部结构设计理念，并设计了3个隔震案例，进行了设防和罕遇地震下的韧性评价。分析结果表明：传统抗震结构在设防地震下无法满足正常使用需求，抗震韧性等级仅为一星；按降一度贴限设计确定隔震上部结构截面且按降一度确定上部结构配筋时，设防地震下需3.1 d的修复时间才能恢复正常使用功能，罕遇地震下的抗震韧性等级为二星；按降半度贴限设计确定上部结构截面，且按降一度确定上部结构配筋时，建筑功能可基本不中断，满足正常使用需求，但罕遇地震下的抗震韧性等级仍为二星；按不降度贴限设计确定上部结构截面且按降一度确定上部结构配筋时，建筑功能完全不中断，满足正常使用要求，罕遇地震下可达到韧性三星。研究的相关成果可为高烈度地区RC框架-剪力墙结构的隔震韧性设计的深入研究提供参考。
2023, 40(10): 58-70.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0052
摘要:
考虑到去柱后弯矩方向在去柱处出现反转并且可能与预应力筋布置形式相反，预应力混凝土结构具有较大的倒塌风险，该文通过拟静力试验和数值模拟研究了次边缘柱失效下无黏结预应力混凝土(PC)梁-柱子结构的抗连续倒塌性能。对2个具有不同预应力筋布置形式(直线型和抛物线型)的1/2缩尺梁-柱子结构进行Pushdown加载，分析了试件的破坏模式、抗力机制演变和极限承载力。为量化预应力筋的影响，制作了一个具有相同几何尺寸和非预应力筋配筋率的钢筋混凝土试件作为参考。结果表明：预应力筋可以显著提高结构承载力，同时改变结构的破坏模式，降低结构变形能力。预应力筋产生的水平拉力加剧了边柱的挠曲P-δ效应，使边柱提早发生大偏心受压破坏。为进一步了解预应力混凝土框架抗倒塌性能，基于有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型开展系列参数分析。数值分析表明，预压应力可以增强压拱机制，预应力筋对于大变形阶段承载力的提高贡献显著。
考虑到去柱后弯矩方向在去柱处出现反转并且可能与预应力筋布置形式相反，预应力混凝土结构具有较大的倒塌风险，该文通过拟静力试验和数值模拟研究了次边缘柱失效下无黏结预应力混凝土(PC)梁-柱子结构的抗连续倒塌性能。对2个具有不同预应力筋布置形式(直线型和抛物线型)的1/2缩尺梁-柱子结构进行Pushdown加载，分析了试件的破坏模式、抗力机制演变和极限承载力。为量化预应力筋的影响，制作了一个具有相同几何尺寸和非预应力筋配筋率的钢筋混凝土试件作为参考。结果表明：预应力筋可以显著提高结构承载力，同时改变结构的破坏模式，降低结构变形能力。预应力筋产生的水平拉力加剧了边柱的挠曲P-δ效应，使边柱提早发生大偏心受压破坏。为进一步了解预应力混凝土框架抗倒塌性能，基于有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型开展系列参数分析。数值分析表明，预压应力可以增强压拱机制，预应力筋对于大变形阶段承载力的提高贡献显著。
2023, 40(10): 71-80.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0059
摘要:
该文开展了输电线路共振舞动机理试验研究，以湖南省某220 kV输电线路工程为原型，基于动力相似原理，设计制作了塔线体系试验模型。为最大限度保有输电线路本身的动力特性，设计研发了一套非接触式电磁激励系统。采用单相面内激励、三相面内激励以及三相面外激励等不同的激励工况，对输电线路的强迫振动特性进行了测试和分析。结果表明：系统共振是引发输电线大幅舞动的主要机理，输电线路发生大幅舞动的激励频率均趋近于系统的各阶固有频率且振型一致。塔-线之间、相-相之间存在显著的耦合振动现象，非激励相也会发生大幅舞动，其幅值有时甚至超过激励相，相与相之间存在明显的动力吸振现象。三相输电线路在共振状态下的振动形式非常复杂，从时程上看，相间存在同步、反向同步和延迟同步等振动形式，且相间常常发生同周期拍振或异周期拍振现象，异周期拍振时，振幅此消彼长，能量在相间往复传递。从轨迹上看，有直线形、椭圆形、新月形、“8”字形、甚至混沌运动等，且由于随机干扰的影响，轨迹会发生漂移现象。
该文开展了输电线路共振舞动机理试验研究，以湖南省某220 kV输电线路工程为原型，基于动力相似原理，设计制作了塔线体系试验模型。为最大限度保有输电线路本身的动力特性，设计研发了一套非接触式电磁激励系统。采用单相面内激励、三相面内激励以及三相面外激励等不同的激励工况，对输电线路的强迫振动特性进行了测试和分析。结果表明：系统共振是引发输电线大幅舞动的主要机理，输电线路发生大幅舞动的激励频率均趋近于系统的各阶固有频率且振型一致。塔-线之间、相-相之间存在显著的耦合振动现象，非激励相也会发生大幅舞动，其幅值有时甚至超过激励相，相与相之间存在明显的动力吸振现象。三相输电线路在共振状态下的振动形式非常复杂，从时程上看，相间存在同步、反向同步和延迟同步等振动形式，且相间常常发生同周期拍振或异周期拍振现象，异周期拍振时，振幅此消彼长，能量在相间往复传递。从轨迹上看，有直线形、椭圆形、新月形、“8”字形、甚至混沌运动等，且由于随机干扰的影响，轨迹会发生漂移现象。
2023, 40(10): 81-88, 140.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0060
摘要:
为明确RC冷却塔的风致动力破坏过程和极限脉动风荷载，采用ABAQUS对一代表性结构进行了计算。以分层壳单元模拟塔筒，分别采用塑性损伤模型和双折线模型模拟混凝土和钢筋的非线性本构，在对该塔规范静风极限承载力计算以及与既有弥散开裂模型结果对比的基础上，进行了试验脉动风荷载下的动力增量分析(IDA)，结合变形模式、位移IDA曲线、裂缝分布、应力发展、塑性和刚度演化等方面对塔筒的破坏过程进行了系统阐述，并与静风破坏过程进行了对比。结果表明：静风荷载下，塑性损伤模型所得结构开裂荷载与弥散开裂模型结果一致，但前者所得结构极限荷载略高，结构延性更好；静力和动力风荷载作用下的结果差异来自本构模型、荷载模式和动力效应；脉动风荷载作用下RC冷却塔的结构破坏依然源于迎风子午向受拉导致的塔筒开裂和钢筋屈服，但应更关注塔筒大范围开裂导致的结构刚度下降：动力风荷载作用下塔筒破坏(V0=57 m/s)时混凝土受拉开裂单元比例为63.13%，明显高于静风作用下的结果。
为明确RC冷却塔的风致动力破坏过程和极限脉动风荷载，采用ABAQUS对一代表性结构进行了计算。以分层壳单元模拟塔筒，分别采用塑性损伤模型和双折线模型模拟混凝土和钢筋的非线性本构，在对该塔规范静风极限承载力计算以及与既有弥散开裂模型结果对比的基础上，进行了试验脉动风荷载下的动力增量分析(IDA)，结合变形模式、位移IDA曲线、裂缝分布、应力发展、塑性和刚度演化等方面对塔筒的破坏过程进行了系统阐述，并与静风破坏过程进行了对比。结果表明：静风荷载下，塑性损伤模型所得结构开裂荷载与弥散开裂模型结果一致，但前者所得结构极限荷载略高，结构延性更好；静力和动力风荷载作用下的结果差异来自本构模型、荷载模式和动力效应；脉动风荷载作用下RC冷却塔的结构破坏依然源于迎风子午向受拉导致的塔筒开裂和钢筋屈服，但应更关注塔筒大范围开裂导致的结构刚度下降：动力风荷载作用下塔筒破坏(V0=57 m/s)时混凝土受拉开裂单元比例为63.13%，明显高于静风作用下的结果。
2023, 40(10): 89-98.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0061
摘要:
使用有限元软件ABAQUS，基于箍筋约束混凝土、钢筋以及FRP材料的材料本构模型，完成了未震损未加固、未震损FRP加固和震损后FRP加固的RC柱抗震数值模拟分析。对震损后FRP加固的RC柱，完成不同程度震损模拟；使用生死单元法实现严重震损混凝土的剔除与替换以及FRP的加固；再模拟修复加固后RC柱的加载，模拟结果与试验结果基本吻合。对比了3种RC柱抗震性能的数值模拟结果，发现严重震损后用FRP加固的RC柱其抗侧刚度与承载力不能完全恢复，需要考虑不同损伤程度与不同FRP加固措施等对加固效果的影响。研究了不同损伤程度和加固方法下的RC柱，结果表明：对于中等震损的试件，纵横向FRP组合加固可以完全恢复并超越原有抗震性能；对严重损伤RC柱，外围损伤严重混凝土的修复与替换是影响震损RC柱加固后性能的关键；相较于仅有横向GFRP环向加固，纵横向FRP组合加固的效果更好。
使用有限元软件ABAQUS，基于箍筋约束混凝土、钢筋以及FRP材料的材料本构模型，完成了未震损未加固、未震损FRP加固和震损后FRP加固的RC柱抗震数值模拟分析。对震损后FRP加固的RC柱，完成不同程度震损模拟；使用生死单元法实现严重震损混凝土的剔除与替换以及FRP的加固；再模拟修复加固后RC柱的加载，模拟结果与试验结果基本吻合。对比了3种RC柱抗震性能的数值模拟结果，发现严重震损后用FRP加固的RC柱其抗侧刚度与承载力不能完全恢复，需要考虑不同损伤程度与不同FRP加固措施等对加固效果的影响。研究了不同损伤程度和加固方法下的RC柱，结果表明：对于中等震损的试件，纵横向FRP组合加固可以完全恢复并超越原有抗震性能；对严重损伤RC柱，外围损伤严重混凝土的修复与替换是影响震损RC柱加固后性能的关键；相较于仅有横向GFRP环向加固，纵横向FRP组合加固的效果更好。
2023, 40(10): 99-111.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0068
摘要:
提出了一种考虑土体非线性特性的沉积河谷空间相关多点地震动模拟方法，该方法结合了合理的谱密度函数、相干函数以及考虑土体非线性和场地散射效应的位移幅值比。其中，场地非线性位移幅值比由有限元——间接边界元耦合的等效线性化法计算，并以V形半满河谷模型为例验证了该方法的合理性与可行性。计算结果表明：同线性模型结果相比，考虑土体非线性后，地面运动加速度时程峰值减小，反应谱卓越周期有所延长，且变化幅度与覆盖层厚度有关。覆盖层越厚，变化幅度越大，非线性效果越显著。该文研究可为河谷场地大跨度工程结构抗震设防提供重要方法和科技支撑。
提出了一种考虑土体非线性特性的沉积河谷空间相关多点地震动模拟方法，该方法结合了合理的谱密度函数、相干函数以及考虑土体非线性和场地散射效应的位移幅值比。其中，场地非线性位移幅值比由有限元——间接边界元耦合的等效线性化法计算，并以V形半满河谷模型为例验证了该方法的合理性与可行性。计算结果表明：同线性模型结果相比，考虑土体非线性后，地面运动加速度时程峰值减小，反应谱卓越周期有所延长，且变化幅度与覆盖层厚度有关。覆盖层越厚，变化幅度越大，非线性效果越显著。该文研究可为河谷场地大跨度工程结构抗震设防提供重要方法和科技支撑。
2023, 40(10): 112-128.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0076
摘要:
长径比和屈服强度是影响受压钢筋屈曲性能的主要参数，已有研究成果重点分析长径比的影响，关于屈服强度对钢筋屈曲后强度退化规律的系统性研究成果很少。该文完成了长径比分别为4.000、5.000、6.000、6.250、8.000、9.000、9.375、10.000、12.000和15.000的HRB400钢筋、HRB500钢筋试件的单调受压屈曲试验，测量了各屈曲钢筋试件的平均应力-平均应变\begin{document}$ ({\overline \sigma _{\text{s}}} {\text{-}} {\overline \varepsilon _{\text{s}}}) $\end{document} \begin{document}${\overline \sigma _{\text{s}}} {\text{-}} {\overline \varepsilon _{\text{s}}}$\end{document} \begin{document}${\varepsilon _{\text{u}}}$\end{document} \begin{document}${\varepsilon _{{\text{sh}}}}$\end{document} \begin{document}${f_{\text{y}}}$\end{document} \begin{document}${f_{\text{u}}}$\end{document} \begin{document}${\overline \sigma _{\text{s}}} {\text{-}} {\overline \varepsilon _{\text{s}}}$\end{document}
长径比和屈服强度是影响受压钢筋屈曲性能的主要参数，已有研究成果重点分析长径比的影响，关于屈服强度对钢筋屈曲后强度退化规律的系统性研究成果很少。该文完成了长径比分别为4.000、5.000、6.000、6.250、8.000、9.000、9.375、10.000、12.000和15.000的HRB400钢筋、HRB500钢筋试件的单调受压屈曲试验，测量了各屈曲钢筋试件的平均应力-平均应变
2023, 40(10): 129-140.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0081
摘要:
为研究FRP增强混凝土梁失稳前断裂过程，该文基于混凝土断裂力学理论和非线性FRP-混凝土界面粘结滑移规律，建立了一个跨中裂缝导致界面脱粘的粘聚区模型，采用解析方法推导了FRP增强混凝土梁界面剪切应力、FRP拉应力以及失稳前断裂韧度的公式，为分析FRP-混凝土界面脱粘提供了一种有效的方法，并开展了动态荷载下4种不同初始缝高比(0.2、0.3、0.4和0.5)的FRP增强混凝土梁三点弯曲试验。结果表明，FRP增强混凝土梁的起裂荷载和阻裂荷载随着初始缝高比的增大而逐渐减小，但初始缝高比为0.4时，试件起裂最晚；起裂韧度和阻裂韧度不随初始缝高比的变化而变化，表现出与其他文献类似的规律，验证了断裂韧度解析解的正确性。
为研究FRP增强混凝土梁失稳前断裂过程，该文基于混凝土断裂力学理论和非线性FRP-混凝土界面粘结滑移规律，建立了一个跨中裂缝导致界面脱粘的粘聚区模型，采用解析方法推导了FRP增强混凝土梁界面剪切应力、FRP拉应力以及失稳前断裂韧度的公式，为分析FRP-混凝土界面脱粘提供了一种有效的方法，并开展了动态荷载下4种不同初始缝高比(0.2、0.3、0.4和0.5)的FRP增强混凝土梁三点弯曲试验。结果表明，FRP增强混凝土梁的起裂荷载和阻裂荷载随着初始缝高比的增大而逐渐减小，但初始缝高比为0.4时，试件起裂最晚；起裂韧度和阻裂韧度不随初始缝高比的变化而变化，表现出与其他文献类似的规律，验证了断裂韧度解析解的正确性。
2023, 40(10): 141-153.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0082
摘要:
幕墙穿孔金属面板及其背衬板的风荷载取值，以及穿孔板本身变形、应力的计算方法，在现行设计规范中尚无规定。该文完成了三组共计11个工况的风洞试验研究；分析得到了穿孔率、风速、风向角、背衬板间距对穿孔单板、前面板、背衬板所受风荷载大小的影响规律；提出了在现行规范风荷载标准值计算公式基础上乘以多个调整系数的方法，用以计算幕墙穿孔金属板及其背衬板所受的风荷载值，并给出了调整系数的取值或计算公式；完成了144个穿孔金属板的有限元分析，揭示了穿孔率、长宽比、荷载大小对穿孔金属薄板变形值、应力值的影响规律；基于现行规范对非穿孔金属薄板大挠度变形值、应力值的计算方法，提出了用于计算不同穿孔率金属薄板变形值和应力值的调整系数。
幕墙穿孔金属面板及其背衬板的风荷载取值，以及穿孔板本身变形、应力的计算方法，在现行设计规范中尚无规定。该文完成了三组共计11个工况的风洞试验研究；分析得到了穿孔率、风速、风向角、背衬板间距对穿孔单板、前面板、背衬板所受风荷载大小的影响规律；提出了在现行规范风荷载标准值计算公式基础上乘以多个调整系数的方法，用以计算幕墙穿孔金属板及其背衬板所受的风荷载值，并给出了调整系数的取值或计算公式；完成了144个穿孔金属板的有限元分析，揭示了穿孔率、长宽比、荷载大小对穿孔金属薄板变形值、应力值的影响规律；基于现行规范对非穿孔金属薄板大挠度变形值、应力值的计算方法，提出了用于计算不同穿孔率金属薄板变形值和应力值的调整系数。
2023, 40(10): 154-168.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0083
摘要:
为探究场地液化对钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)桥墩残余位移影响机理，首先基于OpenSees有限元计算平台阐述了液化场地-结构有限元数值建模方法，通过与离心机试验结果对比验证了建模方法的可靠性。其次以一座实际工程中的单桩单柱式桥墩为原型，发展了液化场地-RC桥墩建模方法，建立非液化场地-桩-RC桥墩数值模型(模型1)和液化场地-桩-RC桥墩数值模型(模型2)，对两模型输入近断层地震动进行非线性动力时程分析。讨论了模型2场地液化情况，并对模型1与模型2的场地位移、桩身位移、桩身最大屈服曲率延性系数、墩顶残余位移及墩顶残余位移随地震动峰值加速度(PGA)变化情况进行对比。结果表明：地震过程中，模型2场地各深度出现不同程度液化现象；且土体中上部均达完全液化状态，土体水平极限抗力损失最大，对桩身侧向约束严重降低。液化导致场地震后残余位移显著增加，场地对桩身震后约束增强，导致桩顶残余位移增大。另外，由于地震过程中中上部液化土体对桩身侧向约束严重降低导致桩身塑性变形显著增大、桩身最大塑性变形位置明显下移以及桩身塑性变形区扩展，引起桩身更为严重的塑性损伤，进而增大桩顶残余位移。液化场地震后残余位移增大与地震过程中对桩身约束降低共同导致桩顶残余位移增加，经桥墩放大传递至墩顶，引起墩顶残余位移增大。液化场地墩顶残余位移随PGA增大速度明显大于非液化场地桥墩，主要原因可能是随PGA增加，场地液化程度加深。
为探究场地液化对钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)桥墩残余位移影响机理，首先基于OpenSees有限元计算平台阐述了液化场地-结构有限元数值建模方法，通过与离心机试验结果对比验证了建模方法的可靠性。其次以一座实际工程中的单桩单柱式桥墩为原型，发展了液化场地-RC桥墩建模方法，建立非液化场地-桩-RC桥墩数值模型(模型1)和液化场地-桩-RC桥墩数值模型(模型2)，对两模型输入近断层地震动进行非线性动力时程分析。讨论了模型2场地液化情况，并对模型1与模型2的场地位移、桩身位移、桩身最大屈服曲率延性系数、墩顶残余位移及墩顶残余位移随地震动峰值加速度(PGA)变化情况进行对比。结果表明：地震过程中，模型2场地各深度出现不同程度液化现象；且土体中上部均达完全液化状态，土体水平极限抗力损失最大，对桩身侧向约束严重降低。液化导致场地震后残余位移显著增加，场地对桩身震后约束增强，导致桩顶残余位移增大。另外，由于地震过程中中上部液化土体对桩身侧向约束严重降低导致桩身塑性变形显著增大、桩身最大塑性变形位置明显下移以及桩身塑性变形区扩展，引起桩身更为严重的塑性损伤，进而增大桩顶残余位移。液化场地震后残余位移增大与地震过程中对桩身约束降低共同导致桩顶残余位移增加，经桥墩放大传递至墩顶，引起墩顶残余位移增大。液化场地墩顶残余位移随PGA增大速度明显大于非液化场地桥墩，主要原因可能是随PGA增加，场地液化程度加深。
2023, 40(10): 169-178.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0096
摘要:
冻土抗剪强度的围压效应是寒区工程建设与冻结法施工工程承载能力分析的基础与前提。随着围压的增大，现有冻土抗剪强度试验结果既有先增大后减小的两阶段试验规律，也有先增大后减小再增大的三阶段试验规律。为描述冻土抗剪强度的特殊规律，该文对土与冰的特性分别进行了分析，认为冻土的抗剪强度所呈现的多阶段发展规律，不仅因为其继承了未冻土的强度特征，还由于冻土中孔隙冰的存在对抗剪强度有特殊的贡献。基于此，该文将冻土抗剪强度分解为反映黏聚摩擦特性的基准强度与由于存在孔隙冰而表现出的特殊贡献强度。通过利用幂函数强度表达式作为冻土的基准强度，并进一步构建描述冻土强化弱化规律的贡献强度，从而发展得出考虑冻土复杂围压效应的三阶段强度准则。对不同类型冻土的两阶段与三阶段试验结果进行的预测表明，所建立的冻土三阶段强度准则能够合理地描述冻土的抗剪强度变化规律。
冻土抗剪强度的围压效应是寒区工程建设与冻结法施工工程承载能力分析的基础与前提。随着围压的增大，现有冻土抗剪强度试验结果既有先增大后减小的两阶段试验规律，也有先增大后减小再增大的三阶段试验规律。为描述冻土抗剪强度的特殊规律，该文对土与冰的特性分别进行了分析，认为冻土的抗剪强度所呈现的多阶段发展规律，不仅因为其继承了未冻土的强度特征，还由于冻土中孔隙冰的存在对抗剪强度有特殊的贡献。基于此，该文将冻土抗剪强度分解为反映黏聚摩擦特性的基准强度与由于存在孔隙冰而表现出的特殊贡献强度。通过利用幂函数强度表达式作为冻土的基准强度，并进一步构建描述冻土强化弱化规律的贡献强度，从而发展得出考虑冻土复杂围压效应的三阶段强度准则。对不同类型冻土的两阶段与三阶段试验结果进行的预测表明，所建立的冻土三阶段强度准则能够合理地描述冻土的抗剪强度变化规律。
2023, 40(10): 179-189.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0105
摘要:
为快速进行多维场地地震反应分析，将模态摄动法和模态叠加法相结合，提出了一种非比例滞后阻尼二维场地的模态叠加等效线性化计算方法。在该方法中，根据原系统的模态分析结果，利用模态摄动法得到迭代刚度修正后新系统的模态，然后，采用模态叠加法实现非比例复阻尼体系运动方程中矩阵维数的降阶，形成广义坐标耦合和解耦的模态叠加等效线性化法，在此基础上，进一步讨论了阻尼矩阵耦合系数的影响。随后，以杭州某一工程场地为例，研究不同输入地震动幅值下，场地水平加速度动力放大系数随地震动幅值的变化规律，并与二维频域等效线性化计算结果比较，验证所提算法的精度和有效性。计算结果表明：采用广义坐标耦合的模态叠加法，不同地震动输入幅值下，计算误差均小于5%；广义坐标解耦方法所得地表加速度放大系数的计算误差随耦合因子的增大而增大；当地震动幅值小于0.1 g时，可采用强制解耦方法计算场地地震反应。从计算效率看，模态叠加等效线性化法和二维频域等效线性化法的迭代次数基本相同，但计算时间约为频域等效线性化法的一半。
为快速进行多维场地地震反应分析，将模态摄动法和模态叠加法相结合，提出了一种非比例滞后阻尼二维场地的模态叠加等效线性化计算方法。在该方法中，根据原系统的模态分析结果，利用模态摄动法得到迭代刚度修正后新系统的模态，然后，采用模态叠加法实现非比例复阻尼体系运动方程中矩阵维数的降阶，形成广义坐标耦合和解耦的模态叠加等效线性化法，在此基础上，进一步讨论了阻尼矩阵耦合系数的影响。随后，以杭州某一工程场地为例，研究不同输入地震动幅值下，场地水平加速度动力放大系数随地震动幅值的变化规律，并与二维频域等效线性化计算结果比较，验证所提算法的精度和有效性。计算结果表明：采用广义坐标耦合的模态叠加法，不同地震动输入幅值下，计算误差均小于5%；广义坐标解耦方法所得地表加速度放大系数的计算误差随耦合因子的增大而增大；当地震动幅值小于0.1 g时，可采用强制解耦方法计算场地地震反应。从计算效率看，模态叠加等效线性化法和二维频域等效线性化法的迭代次数基本相同，但计算时间约为频域等效线性化法的一半。
2023, 40(10): 190-203.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0070
摘要:
针对车辆底部爆炸冲击环境下的乘员安全问题，该文结合试验研究与有限元仿真，研究了乘员下肢在爆炸冲击环境下的运动及受损情况；设计了一种蜂窝铝防雷脚垫作为乘员下肢保护装置，研究了脚垫在爆炸冲击环境下的防护性能；研究了不同梯度结构对车内乘员下肢响应的影响；对蜂窝铝防雷脚垫进行多目标优化设计，得到厚度梯度型蜂窝铝防雷脚垫。结果表明：该文设计的蜂窝铝防雷脚垫可以通过吸收能量、降低冲击强度有效降低乘员下胫骨力，减小乘员下肢损伤；梯度结构相比于均质结构有更好的吸能特性；不同梯度结构对乘员下肢的防护效果不同，厚度梯度对乘员下肢响应的影响最大；与优化之前相比，优化后的乘员下肢保护装置能够使乘员左下胫骨力降低26.35%，右下胫骨力降低24.69%，脚垫总质量降低56.59%。
针对车辆底部爆炸冲击环境下的乘员安全问题，该文结合试验研究与有限元仿真，研究了乘员下肢在爆炸冲击环境下的运动及受损情况；设计了一种蜂窝铝防雷脚垫作为乘员下肢保护装置，研究了脚垫在爆炸冲击环境下的防护性能；研究了不同梯度结构对车内乘员下肢响应的影响；对蜂窝铝防雷脚垫进行多目标优化设计，得到厚度梯度型蜂窝铝防雷脚垫。结果表明：该文设计的蜂窝铝防雷脚垫可以通过吸收能量、降低冲击强度有效降低乘员下胫骨力，减小乘员下肢损伤；梯度结构相比于均质结构有更好的吸能特性；不同梯度结构对乘员下肢的防护效果不同，厚度梯度对乘员下肢响应的影响最大；与优化之前相比，优化后的乘员下肢保护装置能够使乘员左下胫骨力降低26.35%，右下胫骨力降低24.69%，脚垫总质量降低56.59%。
2023, 40(10): 204-212, 236.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0093
摘要:
该文提出一种多弧段曲边内凹可调泊松比新型胞元。通过调整弧角，可以设计得到正泊松比、零泊松比和负泊松比的胞元结构。利用能量法求得结构的等效泊松比与等效弹性模量解析表达式，所得结果与有限元结果吻合较好。基于提出的新型胞元构建多胞蜂窝结构，利用数值方法讨论了低速和高速冲击作用下，正泊松比、零泊松比和负泊松比结构的冲击变形失效行为与单位质量能量吸收率。研究发现：低速冲击时，三种泊松比(正/零/负)结构的局部变形不同；高速冲击时，惯性效应使局部变形集中在冲击端，三种泊松比(正/零/负)结构的胞元变形模式不同。不论低速还是高速冲击，负泊松比结构都表现出优异的吸能效果。随着壁厚的增加，结构的吸能效果显著增强。
该文提出一种多弧段曲边内凹可调泊松比新型胞元。通过调整弧角，可以设计得到正泊松比、零泊松比和负泊松比的胞元结构。利用能量法求得结构的等效泊松比与等效弹性模量解析表达式，所得结果与有限元结果吻合较好。基于提出的新型胞元构建多胞蜂窝结构，利用数值方法讨论了低速和高速冲击作用下，正泊松比、零泊松比和负泊松比结构的冲击变形失效行为与单位质量能量吸收率。研究发现：低速冲击时，三种泊松比(正/零/负)结构的局部变形不同；高速冲击时，惯性效应使局部变形集中在冲击端，三种泊松比(正/零/负)结构的胞元变形模式不同。不论低速还是高速冲击，负泊松比结构都表现出优异的吸能效果。随着壁厚的增加，结构的吸能效果显著增强。
2023, 40(10): 213-221.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0089
摘要:
准晶纳米结构在工程中经常承受以弹性波为代表的动态工作载荷，为深入研究其动态失效机制，研究了一维六方准晶纳米板中Lamb波的波动特性。基于修正的偶应力理论，推导出Bak模型下Lamb波的波动控制方程，使用勒让德正交多项式方法(LOPM)求解该动力学方程，计算得到其频散曲线和位移分布。研究了声子场和相位子场尺寸效应、声-相耦合效应对波动特性的影响。结果表明：尺寸效应使声子模态和相位子模态相速度增大；声-相耦合效应显著地增大了声子模态中的相位子位移振幅和相位子模态中的声子位移振幅。研究结果为准晶纳米结构的设计和无损检测奠定了一定的理论基础。
准晶纳米结构在工程中经常承受以弹性波为代表的动态工作载荷，为深入研究其动态失效机制，研究了一维六方准晶纳米板中Lamb波的波动特性。基于修正的偶应力理论，推导出Bak模型下Lamb波的波动控制方程，使用勒让德正交多项式方法(LOPM)求解该动力学方程，计算得到其频散曲线和位移分布。研究了声子场和相位子场尺寸效应、声-相耦合效应对波动特性的影响。结果表明：尺寸效应使声子模态和相位子模态相速度增大；声-相耦合效应显著地增大了声子模态中的相位子位移振幅和相位子模态中的声子位移振幅。研究结果为准晶纳米结构的设计和无损检测奠定了一定的理论基础。
2023, 40(10): 222-236.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0062
摘要:
深部难钻地层钻速慢、钻井成本高的问题是现阶段钻井提速遇到的瓶颈问题，传统机械破岩难以大幅提速，亟需新的高效破岩方法。该文通过室内试验分析了局部高温作用下花岗岩的破碎模式，基于颗粒流离散元PFC2D建立了非均质花岗岩的等效岩体模型及局部高温诱导致裂花岗岩的热-力耦合模型，考虑了地层压力、液柱压力对于局部高温诱导花岗岩致裂的影响，再现了非均质花岗岩的微、宏观破裂过程，总结了温度、压力与岩石微观损伤的关系。实验结果表明：合理调节温度，在不产生熔融花岗岩的前提下，高温破碎花岗岩效果极为显著，破碎的岩屑呈片状，利于携岩。局部高温作用下花岗岩主要产生两个类型裂纹：晶内剪切裂纹和晶间拉伸裂纹；液柱压力对高温诱导裂纹的抑制作用特别明显，侧向压力能促进晶内剪切裂纹扩展；局部高温使花岗岩产生明显损伤的情况仅发生在浅地层，对深部地层作用甚微，建议结合PDC钻头切削或冲击；对花岗岩不同位置进行加热时，晶内剪切裂纹只存在于加热中心位置，而晶间拉伸裂纹扩展的范围更广，裂纹密度和分布与晶粒属性有关。研究结果有助于对高温热致裂岩石机理的深入了解以及为深部钻井提速提供新的思路。
深部难钻地层钻速慢、钻井成本高的问题是现阶段钻井提速遇到的瓶颈问题，传统机械破岩难以大幅提速，亟需新的高效破岩方法。该文通过室内试验分析了局部高温作用下花岗岩的破碎模式，基于颗粒流离散元PFC2D建立了非均质花岗岩的等效岩体模型及局部高温诱导致裂花岗岩的热-力耦合模型，考虑了地层压力、液柱压力对于局部高温诱导花岗岩致裂的影响，再现了非均质花岗岩的微、宏观破裂过程，总结了温度、压力与岩石微观损伤的关系。实验结果表明：合理调节温度，在不产生熔融花岗岩的前提下，高温破碎花岗岩效果极为显著，破碎的岩屑呈片状，利于携岩。局部高温作用下花岗岩主要产生两个类型裂纹：晶内剪切裂纹和晶间拉伸裂纹；液柱压力对高温诱导裂纹的抑制作用特别明显，侧向压力能促进晶内剪切裂纹扩展；局部高温使花岗岩产生明显损伤的情况仅发生在浅地层，对深部地层作用甚微，建议结合PDC钻头切削或冲击；对花岗岩不同位置进行加热时，晶内剪切裂纹只存在于加热中心位置，而晶间拉伸裂纹扩展的范围更广，裂纹密度和分布与晶粒属性有关。研究结果有助于对高温热致裂岩石机理的深入了解以及为深部钻井提速提供新的思路。
2023, 40(10): 237-246.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0077
摘要:
近年来环境友好型的封闭式煤棚被广为采用，而煤堆放热会造成环境局部过热进而影响舒适度及作业人员身体健康，随之煤棚内对流换热问题成为关注重点。为了降低煤堆放热带来的危害，需要了解煤堆放热过程中传热流动机理，该文采用CFD数值模拟方法，对存储单煤堆的封闭式大跨度煤棚内的自然对流现象进行研究。在非定常条件下，研究了固定瑞利数下煤堆附近传热特点和流动转捩情况；研究了不同瑞利数下煤棚内流动结构的对称性和非对称结构出现时间，以及在充分发展阶段流动表现出的非定常特性。结果表明，煤棚内瞬态流动会经历三种不同发展阶段：初始阶段、演化阶段和充分发展阶段。在演化阶段，羽流分离脱落会推动煤棚内非对称流动结构形成，非对称现象出现的时间会随瑞利数增大而提前。在充分发展阶段，煤棚内流动呈现无规则的非定常湍流状态，且达到充分发展状态的时间随瑞利数增大而推迟。
近年来环境友好型的封闭式煤棚被广为采用，而煤堆放热会造成环境局部过热进而影响舒适度及作业人员身体健康，随之煤棚内对流换热问题成为关注重点。为了降低煤堆放热带来的危害，需要了解煤堆放热过程中传热流动机理，该文采用CFD数值模拟方法，对存储单煤堆的封闭式大跨度煤棚内的自然对流现象进行研究。在非定常条件下，研究了固定瑞利数下煤堆附近传热特点和流动转捩情况；研究了不同瑞利数下煤棚内流动结构的对称性和非对称结构出现时间，以及在充分发展阶段流动表现出的非定常特性。结果表明，煤棚内瞬态流动会经历三种不同发展阶段：初始阶段、演化阶段和充分发展阶段。在演化阶段，羽流分离脱落会推动煤棚内非对称流动结构形成，非对称现象出现的时间会随瑞利数增大而提前。在充分发展阶段，煤棚内流动呈现无规则的非定常湍流状态，且达到充分发展状态的时间随瑞利数增大而推迟。
2023, 40(10): 247-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0094
摘要:
该文提出了一种新型防波堤结构：半椭圆型防波堤。采用FLOW 3D建立数值波浪水槽，模拟了波浪与半椭圆型防波堤的相互作用，并通过物理模型试验验证了数值模型的合理性。结合数值模拟结果分析了波浪参数变化对半椭圆型防波堤水动力特性的影响，结果表明：反射系数随着堤顶高程和水位之差hs与设计波高H的比值hs/H增大而增大，透射系数随hs/H增大而减小；在本研究波浪周期范围内，水深D不变时，半椭圆型防波堤对周期T较大的波浪的挡浪效果优于周期较小的工况。随着D与半椭圆型防波堤立轴b的比值D/b的增大，挡浪效果变差。波浪力随着hs/H的减小而增大，随H与波长L的比值H/L的增大而减小。相同工况下，随着半椭圆型防波堤卧轴a与立轴b的比值增大，结构所受水平波浪力减小，竖直波浪力增大，防波堤自重增大，防波堤稳定性增强。半椭圆型防波堤的优势在于，其卧轴和立轴的大小关系可以根据不同的工程条件自行设计，若以椭圆长轴卧放，则比防范相同水深的半圆型防波堤更适用于软弱基床，从而更加安全可靠；若以短半轴立放，则在防范相同水深的前提下，比半圆型防波堤节省材料，从而降低建造成本。
该文提出了一种新型防波堤结构：半椭圆型防波堤。采用FLOW 3D建立数值波浪水槽，模拟了波浪与半椭圆型防波堤的相互作用，并通过物理模型试验验证了数值模型的合理性。结合数值模拟结果分析了波浪参数变化对半椭圆型防波堤水动力特性的影响，结果表明：反射系数随着堤顶高程和水位之差hs与设计波高H的比值hs/H增大而增大，透射系数随hs/H增大而减小；在本研究波浪周期范围内，水深D不变时，半椭圆型防波堤对周期T较大的波浪的挡浪效果优于周期较小的工况。随着D与半椭圆型防波堤立轴b的比值D/b的增大，挡浪效果变差。波浪力随着hs/H的减小而增大，随H与波长L的比值H/L的增大而减小。相同工况下，随着半椭圆型防波堤卧轴a与立轴b的比值增大，结构所受水平波浪力减小，竖直波浪力增大，防波堤自重增大，防波堤稳定性增强。半椭圆型防波堤的优势在于，其卧轴和立轴的大小关系可以根据不同的工程条件自行设计，若以椭圆长轴卧放，则比防范相同水深的半圆型防波堤更适用于软弱基床，从而更加安全可靠；若以短半轴立放，则在防范相同水深的前提下，比半圆型防波堤节省材料，从而降低建造成本。
