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, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.02.0071
摘要:
为准确评估近断层地震动作用下浅埋综合管廊的地震损伤，利用ABAQUS建立土-结构整体有限元模型，以综合管廊层间位移角最大值为损伤指标，基于IDA方法进行结构地震易损性分析，重点考察近断层地震动强度指标和场地土特性对综合管廊抗震性能的影响。结果表明，近断层地震动加速度型指标的离散性最小，建议选取加速度型指标PGA、Sa作为地震动强度指标；以有限元计算数据为样本，采用BP神经网络可高效预测综合管廊结构的地震损伤，PGA、Sa及土体剪切模量对综合管廊地震易损性分析的影响较大，随着土体剪切模量的增大，超越概率逐渐减小，同时，LS、CP状态的超越概率变化范围要明显大于OP、IO状态；考虑PGA和Sa双参数更能准确反映不同地震动参数对结构损伤的影响，而仅考虑PGA或Sa单参数有可能高估结构的损伤程度。因此，对综合管廊等浅埋地下结构进行地震易损性分析时，建议综合考虑PGA和Sa的影响。
为准确评估近断层地震动作用下浅埋综合管廊的地震损伤，利用ABAQUS建立土-结构整体有限元模型，以综合管廊层间位移角最大值为损伤指标，基于IDA方法进行结构地震易损性分析，重点考察近断层地震动强度指标和场地土特性对综合管廊抗震性能的影响。结果表明，近断层地震动加速度型指标的离散性最小，建议选取加速度型指标PGA、Sa作为地震动强度指标；以有限元计算数据为样本，采用BP神经网络可高效预测综合管廊结构的地震损伤，PGA、Sa及土体剪切模量对综合管廊地震易损性分析的影响较大，随着土体剪切模量的增大，超越概率逐渐减小，同时，LS、CP状态的超越概率变化范围要明显大于OP、IO状态；考虑PGA和Sa双参数更能准确反映不同地震动参数对结构损伤的影响，而仅考虑PGA或Sa单参数有可能高估结构的损伤程度。因此，对综合管廊等浅埋地下结构进行地震易损性分析时，建议综合考虑PGA和Sa的影响。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.08.0701
摘要:
为简化现场施工工序，创新将预应力技术与装配式技术集成应用于型钢混凝土结构中，提出部分预制预应力型钢混凝土(PPPSRC)梁。通过5个梁试件的受弯性能试验及5个梁试件的受剪性能试验，研究了预应力施加顺序、预应力度、预应力筋高度及预制混凝土种类对PPPSRC梁的破坏形态和截面应力发展的影响，并结合试验结果对各试件的裂缝发展规律、承载及变形能力进行了分析研究。研究结果表明：预应力施加于梁预制部分或施加于整个梁对PPPSRC梁受力性能影响较小，不同预应力施加顺序的试件开裂荷载与峰值荷载差值均在5%以内；预应力度和预制部分混凝土种类对PPPSRC梁的抗裂性能影响显著，其中PPPSRC梁的开裂荷载相较于普通型钢混凝土梁最高可提高166%，而预制部分采用超高性能混凝土相比预制部分采用普通混凝土的试件开裂荷载可提高33%。基于试验结果建立了适用于PPPSRC梁的受弯、受剪承载力以及开裂荷载的计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。
为简化现场施工工序，创新将预应力技术与装配式技术集成应用于型钢混凝土结构中，提出部分预制预应力型钢混凝土(PPPSRC)梁。通过5个梁试件的受弯性能试验及5个梁试件的受剪性能试验，研究了预应力施加顺序、预应力度、预应力筋高度及预制混凝土种类对PPPSRC梁的破坏形态和截面应力发展的影响，并结合试验结果对各试件的裂缝发展规律、承载及变形能力进行了分析研究。研究结果表明：预应力施加于梁预制部分或施加于整个梁对PPPSRC梁受力性能影响较小，不同预应力施加顺序的试件开裂荷载与峰值荷载差值均在5%以内；预应力度和预制部分混凝土种类对PPPSRC梁的抗裂性能影响显著，其中PPPSRC梁的开裂荷载相较于普通型钢混凝土梁最高可提高166%，而预制部分采用超高性能混凝土相比预制部分采用普通混凝土的试件开裂荷载可提高33%。基于试验结果建立了适用于PPPSRC梁的受弯、受剪承载力以及开裂荷载的计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.08.0675
摘要:
由充流管道泄漏引致并在管壁上传播的声波被称为泄漏固体声波，其中波速的确定是实现管道泄漏定位的关键。针对适合泄漏定位的低频段的T(0, 1)模态、L(0, 1)模态和F(1, 1)模态，该文提出了一种基于低频简化频散方程的声波波速计算方法。该方法将低频简化的流体荷载和土体荷载施加于管道，从而建立了流体-管道-土体的耦合方程。不同模态的波速可以通过求解耦合方程来得到。以钢管、HDPE管和球墨铸铁管为对象进行算例研究，得到了三种管道在不同流体和土体工况下的频散曲线。结果表明，流体性质对波速的影响较小，而土体性质会对波速产生显著且复杂的影响。该文通过标定实验获取了埋地充水DN200球墨铸铁管的频散曲线。标定结果与所提出的计算方法的结果较为一致，这支撑了所提出方法的工程应用价值。
由充流管道泄漏引致并在管壁上传播的声波被称为泄漏固体声波，其中波速的确定是实现管道泄漏定位的关键。针对适合泄漏定位的低频段的T(0, 1)模态、L(0, 1)模态和F(1, 1)模态，该文提出了一种基于低频简化频散方程的声波波速计算方法。该方法将低频简化的流体荷载和土体荷载施加于管道，从而建立了流体-管道-土体的耦合方程。不同模态的波速可以通过求解耦合方程来得到。以钢管、HDPE管和球墨铸铁管为对象进行算例研究，得到了三种管道在不同流体和土体工况下的频散曲线。结果表明，流体性质对波速的影响较小，而土体性质会对波速产生显著且复杂的影响。该文通过标定实验获取了埋地充水DN200球墨铸铁管的频散曲线。标定结果与所提出的计算方法的结果较为一致，这支撑了所提出方法的工程应用价值。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.0569
摘要:
以北京某明代古城墙烧结粘土砖为研究对象，采用回弹法、超声法等无损检测方法对北京明代青砖进行力学性能测试，同时进行单轴抗压强度试验。在此基础上，采用线性函数式和幂函数分别将回弹值(Rebound Number)和超声脉冲速度(Ultrasonic Pulse Velocity)与强度试验结果进行拟合；同时，采用超声-回弹综合法(SonReb)结合线性拟合、非线性拟合和响应面分析法(Response Surface Methodology)建立了试块的强度预测模型，并对不同模型精度进行了对比分析。结果表明：采用综合法预测北京城墙砖单轴抗压强度具有更高的可靠性，其预测精度较使用单一的检测方法更为精确。研究结果可为快速无损获取古青砖强度指标提供依据和参考。
以北京某明代古城墙烧结粘土砖为研究对象，采用回弹法、超声法等无损检测方法对北京明代青砖进行力学性能测试，同时进行单轴抗压强度试验。在此基础上，采用线性函数式和幂函数分别将回弹值(Rebound Number)和超声脉冲速度(Ultrasonic Pulse Velocity)与强度试验结果进行拟合；同时，采用超声-回弹综合法(SonReb)结合线性拟合、非线性拟合和响应面分析法(Response Surface Methodology)建立了试块的强度预测模型，并对不同模型精度进行了对比分析。结果表明：采用综合法预测北京城墙砖单轴抗压强度具有更高的可靠性，其预测精度较使用单一的检测方法更为精确。研究结果可为快速无损获取古青砖强度指标提供依据和参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.0583
摘要:
该文结合普通平钢板墙(FPSW)和波折钢板墙(CPSW)的受力特点，提出了一种新型平—波折钢板剪力墙(FCPSW)，即内嵌墙板由两侧平钢板和中间波折钢板通过单边螺栓连接而成。开展了宽高比为1.5的平—波折钢板剪力墙试件的低周往复加载试验，揭示了其抗侧承载力性能、破坏形式及多层钢板间的组合机制；采用有限元方法对上述滞回试验进行了模拟，通过施加螺栓垫板对平—波折墙板进行了改进，并与相应的单片平钢板墙、单片波折钢板墙的抗侧性能进行对比分析；考察了平—波折钢板剪力墙体系的板框相互作用，包括边缘框架柱附加弯矩和抗弯刚度要求以及竖向荷载的影响。试验发现：平—波折钢板剪力墙结构在循环加载到5%层间位移角时，未出现明显承载力下降；内嵌墙板呈现多波屈曲，部分连接螺栓脱落后仍能够继续发挥抗侧能力。不同墙板有限元滞回分析对比表明：平—波折剪力墙依靠平钢板和波折钢板之间的相互作用，屈曲变形得到限制，既提高了初始抗侧刚度，又保证了后期承载力的稳定，减小了滞回曲线捏拢现象。同时，板框相互作用分析表明：平—波折钢板墙中由于平钢板和波折墙板的面外屈曲被约束，其边缘框架受到的附加弯矩作用显著减小，抗弯刚度需求小于相应的平钢板剪力墙，且竖向荷载影响亦小于相应的普通单片平钢板或波折钢板剪力墙，表现出较为优越的抗侧性能。
该文结合普通平钢板墙(FPSW)和波折钢板墙(CPSW)的受力特点，提出了一种新型平—波折钢板剪力墙(FCPSW)，即内嵌墙板由两侧平钢板和中间波折钢板通过单边螺栓连接而成。开展了宽高比为1.5的平—波折钢板剪力墙试件的低周往复加载试验，揭示了其抗侧承载力性能、破坏形式及多层钢板间的组合机制；采用有限元方法对上述滞回试验进行了模拟，通过施加螺栓垫板对平—波折墙板进行了改进，并与相应的单片平钢板墙、单片波折钢板墙的抗侧性能进行对比分析；考察了平—波折钢板剪力墙体系的板框相互作用，包括边缘框架柱附加弯矩和抗弯刚度要求以及竖向荷载的影响。试验发现：平—波折钢板剪力墙结构在循环加载到5%层间位移角时，未出现明显承载力下降；内嵌墙板呈现多波屈曲，部分连接螺栓脱落后仍能够继续发挥抗侧能力。不同墙板有限元滞回分析对比表明：平—波折剪力墙依靠平钢板和波折钢板之间的相互作用，屈曲变形得到限制，既提高了初始抗侧刚度，又保证了后期承载力的稳定，减小了滞回曲线捏拢现象。同时，板框相互作用分析表明：平—波折钢板墙中由于平钢板和波折墙板的面外屈曲被约束，其边缘框架受到的附加弯矩作用显著减小，抗弯刚度需求小于相应的平钢板剪力墙，且竖向荷载影响亦小于相应的普通单片平钢板或波折钢板剪力墙，表现出较为优越的抗侧性能。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.01.0069
摘要:
设置纵向肋条作为斜拉索抑制风雨振的气动抑制措施之一，可通过防止水线的形成起到抑制振动的效果。然而实际工程中发现，除了风雨振外，斜拉索在低风速下经常发生涡激振动现象，容易引起结构的疲劳破坏，而用于抑制风雨振的纵向肋条是否能抑制涡激振动、附加纵向肋条斜拉索的气动力特性如何变化，是抗风设计中十分关注的问题。通过风洞试验，研究了设置2根、3根、4根、6根、8根和12根肋条的斜拉索在不同风攻角(风的方向与模型水平方向的夹角)下气动力和涡激振动特性的变化，结果表明：对于环向平均风压分布，2根肋条和3根肋条的斜拉索在小风攻角下，环向平均风压系数不对称分布状态对应的雷诺数减小，在大风攻角下，与4根、6根、8根和12根肋条斜拉索变化情况一致，雷诺数的增大对环向平均风压分布基本没有影响。对于平均阻力系数，2根肋条和3根肋条的斜拉索在小风攻角下，率先出现平均阻力系数随雷诺数的增大而减小的现象；在大风攻角下，与4根、6根、8根和12根肋条斜拉索变化情况一致，雷诺数的增大对平均阻力系数基本没有影响。对于涡激振动，与无肋条索相比，2根肋条和3根肋条的斜拉索，肋条均可减小最大振幅，4根、6根、和8根肋条的斜拉索，最大振幅的改变并不明显，12根肋条的斜拉索在15°风攻角下抑制效果最好，减小了约35%。因此在实际工程应用时，应从抑振效果和气动力两个方面进行综合考虑。
设置纵向肋条作为斜拉索抑制风雨振的气动抑制措施之一，可通过防止水线的形成起到抑制振动的效果。然而实际工程中发现，除了风雨振外，斜拉索在低风速下经常发生涡激振动现象，容易引起结构的疲劳破坏，而用于抑制风雨振的纵向肋条是否能抑制涡激振动、附加纵向肋条斜拉索的气动力特性如何变化，是抗风设计中十分关注的问题。通过风洞试验，研究了设置2根、3根、4根、6根、8根和12根肋条的斜拉索在不同风攻角(风的方向与模型水平方向的夹角)下气动力和涡激振动特性的变化，结果表明：对于环向平均风压分布，2根肋条和3根肋条的斜拉索在小风攻角下，环向平均风压系数不对称分布状态对应的雷诺数减小，在大风攻角下，与4根、6根、8根和12根肋条斜拉索变化情况一致，雷诺数的增大对环向平均风压分布基本没有影响。对于平均阻力系数，2根肋条和3根肋条的斜拉索在小风攻角下，率先出现平均阻力系数随雷诺数的增大而减小的现象；在大风攻角下，与4根、6根、8根和12根肋条斜拉索变化情况一致，雷诺数的增大对平均阻力系数基本没有影响。对于涡激振动，与无肋条索相比，2根肋条和3根肋条的斜拉索，肋条均可减小最大振幅，4根、6根、和8根肋条的斜拉索，最大振幅的改变并不明显，12根肋条的斜拉索在15°风攻角下抑制效果最好，减小了约35%。因此在实际工程应用时，应从抑振效果和气动力两个方面进行综合考虑。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.04.0275
摘要:
过预压碟簧提供自复位力，碟簧与外套筒的摩擦滑移耗散部分地震能量，提出一种自复位耗能钢筋接头(self-centering energy dissipation rebar splices，SEDRS)，设计制作了2种预紧力接头并开展了接头力学性能试验。采用SEDRS连接钢筋混凝土柱纵筋，设计了一节段和两节段的钢筋混凝土柱各一个以及传统钢筋混凝土柱一个。一节段钢筋混凝土柱在柱脚处采用SEDRS连接所有纵筋，两节段钢筋混凝土柱在柱脚和柱中部均采用SEDRS连接纵向钢筋。对三个钢筋混凝土柱开展低周往复荷载试验，对比分析了滞回曲线、刚度退化、残余变形、耗能等，结果表明：与传统钢筋混凝土柱相比，SEDRS连接的钢筋混凝土柱裂缝集中在接头部位，裂缝少而宽；SEDRS可以很好地提供自复位能力，最大残余位移仅为传统钢筋混凝土柱的20%；SEDRS连接的钢筋混凝土柱最大耗能能力只有传统钢筋混凝土柱的31.5%；SEDRS连接的钢筋混凝土柱等效粘滞系数在0.05~0.1之间，远小于传统钢筋混凝土柱。
过预压碟簧提供自复位力，碟簧与外套筒的摩擦滑移耗散部分地震能量，提出一种自复位耗能钢筋接头(self-centering energy dissipation rebar splices，SEDRS)，设计制作了2种预紧力接头并开展了接头力学性能试验。采用SEDRS连接钢筋混凝土柱纵筋，设计了一节段和两节段的钢筋混凝土柱各一个以及传统钢筋混凝土柱一个。一节段钢筋混凝土柱在柱脚处采用SEDRS连接所有纵筋，两节段钢筋混凝土柱在柱脚和柱中部均采用SEDRS连接纵向钢筋。对三个钢筋混凝土柱开展低周往复荷载试验，对比分析了滞回曲线、刚度退化、残余变形、耗能等，结果表明：与传统钢筋混凝土柱相比，SEDRS连接的钢筋混凝土柱裂缝集中在接头部位，裂缝少而宽；SEDRS可以很好地提供自复位能力，最大残余位移仅为传统钢筋混凝土柱的20%；SEDRS连接的钢筋混凝土柱最大耗能能力只有传统钢筋混凝土柱的31.5%；SEDRS连接的钢筋混凝土柱等效粘滞系数在0.05~0.1之间，远小于传统钢筋混凝土柱。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.08.0688
摘要:
波动输入模型在表达地面运动非一致特征方面存在局限。为解决该问题，首先通过地震波空间演化分析证实场址入射地震波为复杂波场，进而提出拓展入射波假定至复杂波场的方法发展非一致波动输入模型。该文以确定性波场和粘弹性边界实现非一致波动输入模型，通过数值模拟地面运动与解析解对比验证其可行性。研究结果显示，非一致波动输入模型继承了波动输入模型在模拟地震波传播效应和地基辐射阻尼效应方面的优势，可有效实现场址复杂入射波场的输入。与传统波动输入模型相比，非一致波动输入模型可全面表达地面运动的时间滞后、峰值变化和时程形状差异等非一致特征。
波动输入模型在表达地面运动非一致特征方面存在局限。为解决该问题，首先通过地震波空间演化分析证实场址入射地震波为复杂波场，进而提出拓展入射波假定至复杂波场的方法发展非一致波动输入模型。该文以确定性波场和粘弹性边界实现非一致波动输入模型，通过数值模拟地面运动与解析解对比验证其可行性。研究结果显示，非一致波动输入模型继承了波动输入模型在模拟地震波传播效应和地基辐射阻尼效应方面的优势，可有效实现场址复杂入射波场的输入。与传统波动输入模型相比，非一致波动输入模型可全面表达地面运动的时间滞后、峰值变化和时程形状差异等非一致特征。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.06.0463
摘要:
软化桁架模型采用修改后的材料本构关系计算钢筋混凝土构件在剪力作用下的反应，本质上是一种等效单元法。这种方法不能直观反映内部真实应力且计算过程较复杂。本研究基于考虑粘结应力影响的桁架模型，采用未经修改的钢筋和混凝土的本构关系，提出了一种直接计算钢筋混凝土(RC)膜单元在剪力作用下反应的方法。首先基于考虑粘结应力的桁架模型计算出混凝土和钢筋中的最大应力；然后基于混凝土的本构关系计算出单元的主压应变；最后建立起钢筋的最大拉应力和单元的主拉应变之间的联系。和实验数据的对比显示，该方法可以较好的预测RC膜单元在剪力作用下的应变，并直接通过钢筋和混凝土的最大应力判断单元的破坏。此外，不同破坏形式的变形特点也可以从预测的应力—应变曲线上清晰反映出来。该方法物理意义明确、计算过程简单，可以应用于RC膜单元在剪力作用下反应的计算，使单元的破坏过程更容易理解。
软化桁架模型采用修改后的材料本构关系计算钢筋混凝土构件在剪力作用下的反应，本质上是一种等效单元法。这种方法不能直观反映内部真实应力且计算过程较复杂。本研究基于考虑粘结应力影响的桁架模型，采用未经修改的钢筋和混凝土的本构关系，提出了一种直接计算钢筋混凝土(RC)膜单元在剪力作用下反应的方法。首先基于考虑粘结应力的桁架模型计算出混凝土和钢筋中的最大应力；然后基于混凝土的本构关系计算出单元的主压应变；最后建立起钢筋的最大拉应力和单元的主拉应变之间的联系。和实验数据的对比显示，该方法可以较好的预测RC膜单元在剪力作用下的应变，并直接通过钢筋和混凝土的最大应力判断单元的破坏。此外，不同破坏形式的变形特点也可以从预测的应力—应变曲线上清晰反映出来。该方法物理意义明确、计算过程简单，可以应用于RC膜单元在剪力作用下反应的计算，使单元的破坏过程更容易理解。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.07.0502
摘要:
为了研究钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构的抗侧性能，对1个钢框架和3个钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙试件进行水平低周往复加载试验，对比了内填冷弯薄壁型钢剪力墙前后整体结构的抗侧性能，还考虑了镁晶板厚度、刚性斜撑对结构抗侧性能的影响。结果表明：钢框架与冷弯薄壁型钢剪力墙组合后具有良好的抗侧性能；对内填剪力墙增设刚性斜撑或增加镁晶板厚度均可提高墙体的抗剪承载力及弹性抗侧刚度，继而提升结构的整体抗侧性能。结合破坏特征，提出钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构2个受力阶段：前中期受力阶段主要由冷弯薄壁型钢剪力墙承担水平荷载，后期受力阶段主要由钢框架承担水平荷载。分析受力过程中水平剪力在钢框架和冷弯薄壁型钢剪力墙之间的分配关系及其变化情况，前期冷弯薄壁型钢剪力墙剪力分担率为70%-84%，后期钢框架剪力分担率增至72%-75%，表明此类结构是一种典型的双重抗侧力设防体系。
为了研究钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构的抗侧性能，对1个钢框架和3个钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙试件进行水平低周往复加载试验，对比了内填冷弯薄壁型钢剪力墙前后整体结构的抗侧性能，还考虑了镁晶板厚度、刚性斜撑对结构抗侧性能的影响。结果表明：钢框架与冷弯薄壁型钢剪力墙组合后具有良好的抗侧性能；对内填剪力墙增设刚性斜撑或增加镁晶板厚度均可提高墙体的抗剪承载力及弹性抗侧刚度，继而提升结构的整体抗侧性能。结合破坏特征，提出钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构2个受力阶段：前中期受力阶段主要由冷弯薄壁型钢剪力墙承担水平荷载，后期受力阶段主要由钢框架承担水平荷载。分析受力过程中水平剪力在钢框架和冷弯薄壁型钢剪力墙之间的分配关系及其变化情况，前期冷弯薄壁型钢剪力墙剪力分担率为70%-84%，后期钢框架剪力分担率增至72%-75%，表明此类结构是一种典型的双重抗侧力设防体系。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.08.0760
摘要:
基于三维细观数值模拟方法，考虑快中子辐照(MeV>1.0)诱发的温度与骨料膨胀联合作用对混凝土力学行为及破坏形态的影响规律，该文提出了可有效预测辐照混凝土残余力学性能的二阶段数值模型计算方法，开展了蛇纹石骨料混凝土力学性能退化研究，并借助物理试验进行了模型验证。此外，基于数值模拟结果，提出了蛇纹石骨料膨胀作用下混凝土力学响应及残余力学性能的理论计算公式。该文提出的三维细观数值模型旨在为评估辐照混凝土力学响应及残余力学性能提供有效工具，为揭示辐照混凝土力学性能退化机理提供分析工具，为进行辐照混凝土基准研究提供理论依据，后期可为核反应堆混凝土防护墙延寿评估提供一定的理论指导。
基于三维细观数值模拟方法，考虑快中子辐照(MeV>1.0)诱发的温度与骨料膨胀联合作用对混凝土力学行为及破坏形态的影响规律，该文提出了可有效预测辐照混凝土残余力学性能的二阶段数值模型计算方法，开展了蛇纹石骨料混凝土力学性能退化研究，并借助物理试验进行了模型验证。此外，基于数值模拟结果，提出了蛇纹石骨料膨胀作用下混凝土力学响应及残余力学性能的理论计算公式。该文提出的三维细观数值模型旨在为评估辐照混凝土力学响应及残余力学性能提供有效工具，为揭示辐照混凝土力学性能退化机理提供分析工具，为进行辐照混凝土基准研究提供理论依据，后期可为核反应堆混凝土防护墙延寿评估提供一定的理论指导。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.08.0693
摘要:
柔性张拉整体结构可应用于桥梁、机械臂和深空探测等多种工程场景。以张拉整体机械臂为例，应力松弛导致的绳索预应力水平下降可能带来驱动变形响应的不确定性，从而造成结构功能失效。因此，研究绳索预应力松弛不确定性在张拉整体结构中的传播对机械臂作动位移的定量控制十分必要。然而，张拉整体机械臂可能包含数十甚至上百根绳索，采用Monte Carlo方法对设计变量进行随机抽样时将面临“维度灾难”。通过对机械臂工作服役时间引入概率模型，并结合独立同分布假设，该文从钢索预应力设计规范出发，将随机发生的预应力松弛引入了基于共旋坐标法的结构可靠性分析。该文采用基于最小角回归的稀疏混沌多项式展开(polynomial chaos expansion, PCE)方法，对张拉整体机械臂作动位移进行不确定性传播分析，实现了对结构响应概率密度分布的快速预测。针对该文研究的12杆、36绳结构，稀疏PCE方法在仅使用500次有限元模拟结果作为训练数据的情况下便能获得足够高的预测精度，很好地解决了“维度灾难”问题，提高了分析效率。在此基础上，对设计变量进行灵敏度分析，准确找出对机械臂作动位移影响最大的绳索。研究结果表明，只需对该绳索进行材料选型改进，便能够大幅提高机械臂的长时作动可靠度。该文方法可应用于张拉整体机械臂的动力学问题不确定性量化及可靠性结构优化设计。
柔性张拉整体结构可应用于桥梁、机械臂和深空探测等多种工程场景。以张拉整体机械臂为例，应力松弛导致的绳索预应力水平下降可能带来驱动变形响应的不确定性，从而造成结构功能失效。因此，研究绳索预应力松弛不确定性在张拉整体结构中的传播对机械臂作动位移的定量控制十分必要。然而，张拉整体机械臂可能包含数十甚至上百根绳索，采用Monte Carlo方法对设计变量进行随机抽样时将面临“维度灾难”。通过对机械臂工作服役时间引入概率模型，并结合独立同分布假设，该文从钢索预应力设计规范出发，将随机发生的预应力松弛引入了基于共旋坐标法的结构可靠性分析。该文采用基于最小角回归的稀疏混沌多项式展开(polynomial chaos expansion, PCE)方法，对张拉整体机械臂作动位移进行不确定性传播分析，实现了对结构响应概率密度分布的快速预测。针对该文研究的12杆、36绳结构，稀疏PCE方法在仅使用500次有限元模拟结果作为训练数据的情况下便能获得足够高的预测精度，很好地解决了“维度灾难”问题，提高了分析效率。在此基础上，对设计变量进行灵敏度分析，准确找出对机械臂作动位移影响最大的绳索。研究结果表明，只需对该绳索进行材料选型改进，便能够大幅提高机械臂的长时作动可靠度。该文方法可应用于张拉整体机械臂的动力学问题不确定性量化及可靠性结构优化设计。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.05.0313
摘要:
装配式外墙凹槽板(以下简称凹槽板)是一种新型非承重外墙夹芯板，它的内、外叶板均采用加气混凝土条板，夹芯层采用聚苯乙烯泡沫(EPS)保温板，保温板与内外板在上端形成的凹槽可作为现浇混凝土梁模板使用。通过21个蒸压加气混凝土单板试件和42个凹槽板试件的受弯承载力试验，研究了蒸压加气混凝土等级、加气混凝土板厚度、保温板厚度、剪跨比、节点加强措施和加载工况等参数对试件破坏特征和承载力的影响。试验结果表明：采用单调集中力加载时，多数单板试件发生了斜拉破坏，凹槽板试件发生了斜拉破坏或者冲切破坏；单调均布堆载时，单板试件均发生了正截面受弯破坏。蒸压加气混凝土等级由B05-A3.5提高到B06-A5.0时，单板试件、加强型凹槽板试件的开裂弯矩平均值分别提高了13.8%、20.5%，而普通型凹槽板试件开裂弯矩变化不明显。单板试件试验中，加气混凝土板厚度由75 mm增加至100 mm可使极限承载力平均提高15.7%；普通型凹槽板试件内叶板由75 mm增加至100 mm，开裂弯矩平均提高68%。增加保温板厚度对凹槽板的极限承载力影响不显著。保持凹槽板的外叶板100 mm厚度不变，当内叶板厚度为75 mm时，风压工况比风吸工况下的极限承载力平均高出约17.5%。加强型凹槽板比普通型凹槽板开裂荷载更小，但极限承载力与发生斜拉破坏的普通型凹槽板试件接近，大于发生冲切破坏的普通型凹槽板。内叶板厚75 mm的普通型凹槽板试件极限承载力为内、外叶单板极限承载力之和的104%~109.2%；内、外叶板厚度均为100 mm的普通型凹槽板试件极限承载力为内、外叶单板极限承载力之和的86.5%~120.2%，这表明凹槽板试件的内、外叶板和中间保温板有一定的组合效应。在集中力作用下，随着剪跨比的减小，单板试件开裂荷载和极限承载力均明显增加；单板试件在均布堆载试验中测得的极限承载力介于剪跨比为4.52和8.55的集中力加载试件之间。
装配式外墙凹槽板(以下简称凹槽板)是一种新型非承重外墙夹芯板，它的内、外叶板均采用加气混凝土条板，夹芯层采用聚苯乙烯泡沫(EPS)保温板，保温板与内外板在上端形成的凹槽可作为现浇混凝土梁模板使用。通过21个蒸压加气混凝土单板试件和42个凹槽板试件的受弯承载力试验，研究了蒸压加气混凝土等级、加气混凝土板厚度、保温板厚度、剪跨比、节点加强措施和加载工况等参数对试件破坏特征和承载力的影响。试验结果表明：采用单调集中力加载时，多数单板试件发生了斜拉破坏，凹槽板试件发生了斜拉破坏或者冲切破坏；单调均布堆载时，单板试件均发生了正截面受弯破坏。蒸压加气混凝土等级由B05-A3.5提高到B06-A5.0时，单板试件、加强型凹槽板试件的开裂弯矩平均值分别提高了13.8%、20.5%，而普通型凹槽板试件开裂弯矩变化不明显。单板试件试验中，加气混凝土板厚度由75 mm增加至100 mm可使极限承载力平均提高15.7%；普通型凹槽板试件内叶板由75 mm增加至100 mm，开裂弯矩平均提高68%。增加保温板厚度对凹槽板的极限承载力影响不显著。保持凹槽板的外叶板100 mm厚度不变，当内叶板厚度为75 mm时，风压工况比风吸工况下的极限承载力平均高出约17.5%。加强型凹槽板比普通型凹槽板开裂荷载更小，但极限承载力与发生斜拉破坏的普通型凹槽板试件接近，大于发生冲切破坏的普通型凹槽板。内叶板厚75 mm的普通型凹槽板试件极限承载力为内、外叶单板极限承载力之和的104%~109.2%；内、外叶板厚度均为100 mm的普通型凹槽板试件极限承载力为内、外叶单板极限承载力之和的86.5%~120.2%，这表明凹槽板试件的内、外叶板和中间保温板有一定的组合效应。在集中力作用下，随着剪跨比的减小，单板试件开裂荷载和极限承载力均明显增加；单板试件在均布堆载试验中测得的极限承载力介于剪跨比为4.52和8.55的集中力加载试件之间。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.08.0592
摘要:
大型管道工程一直都是城市的生命线工程，针对大型管道工程的健康监测问题一直都是研究的热点。本文结合“数字孪生”技术和超大口径柔性玻璃钢夹砂管道在不稳定滩涂地质区域施工应用的案例，研发了一套基于物联网系统和虚拟仿真模拟技术的全天候自动化管道安全监测技术体系，该技术体系通过对有限的传感器数据与数字孪生技术相结合，可实现对管道工程全局安全状态的实时监测分析。文章详细介绍了该监测体系的基本工作原理、组成架构、搭建实施过程和监测效果评价等情况。实际工程应用效果表明：该监测体系通过将各类传感器数据与仿真计算模型相结合，可实时、自动分析计算管道在施工和正常运行期间的内力和变形情况，有效反应管道的内力、形变和沉降等基本安全状态；在地质不稳定的滩涂区建设超大口径柔性管道工程，管槽的基础形式对于管道后续的受力和变形情况至关重要。
大型管道工程一直都是城市的生命线工程，针对大型管道工程的健康监测问题一直都是研究的热点。本文结合“数字孪生”技术和超大口径柔性玻璃钢夹砂管道在不稳定滩涂地质区域施工应用的案例，研发了一套基于物联网系统和虚拟仿真模拟技术的全天候自动化管道安全监测技术体系，该技术体系通过对有限的传感器数据与数字孪生技术相结合，可实现对管道工程全局安全状态的实时监测分析。文章详细介绍了该监测体系的基本工作原理、组成架构、搭建实施过程和监测效果评价等情况。实际工程应用效果表明：该监测体系通过将各类传感器数据与仿真计算模型相结合，可实时、自动分析计算管道在施工和正常运行期间的内力和变形情况，有效反应管道的内力、形变和沉降等基本安全状态；在地质不稳定的滩涂区建设超大口径柔性管道工程，管槽的基础形式对于管道后续的受力和变形情况至关重要。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.07.0500
摘要:
为提高动力测试效率，提出一种考虑阶跃激励的索穹顶结构动力响应重构方法和相应的高精度非测点筛选策略。将动力响应表示为少数贡献模态的线性组合，并利用有效独立法进行测点位置优化。在响应重构之前，采用低通滤波(FIR)、变分模态分解(VMD)和奇异值分解(SVD)对实测信号进行联合处理，以尽量剔除高阶模态、测量噪声和低阶非贡献模态对重构精度的不利影响。在对实测信号进行低通滤波后，根据本征模态分量(IMF)中心频率的分散程度来确定VMD最优分解层数；再对信号执行VMD，根据IMF分量频域曲线的光滑程度来选取被有效激发的模态分量；进一步对这些模态分量进行SVD后将它们叠加，最终得到信噪比大幅提升的预处理信号。利用预处理信号来重构动力响应，分析动力响应重构误差的机理，通过比较重构信号幅值的相对大小来筛选高精度非测点。以某100 m跨Geiger型索穹顶为例展开数值分析。结果表明：本文方法适用于具有随机参数偏差的实际结构，能够得到远超测点数量的高精度非测点，可为模态识别、模型修正和损伤识别等后续工作提供更多的可用测试信息。
为提高动力测试效率，提出一种考虑阶跃激励的索穹顶结构动力响应重构方法和相应的高精度非测点筛选策略。将动力响应表示为少数贡献模态的线性组合，并利用有效独立法进行测点位置优化。在响应重构之前，采用低通滤波(FIR)、变分模态分解(VMD)和奇异值分解(SVD)对实测信号进行联合处理，以尽量剔除高阶模态、测量噪声和低阶非贡献模态对重构精度的不利影响。在对实测信号进行低通滤波后，根据本征模态分量(IMF)中心频率的分散程度来确定VMD最优分解层数；再对信号执行VMD，根据IMF分量频域曲线的光滑程度来选取被有效激发的模态分量；进一步对这些模态分量进行SVD后将它们叠加，最终得到信噪比大幅提升的预处理信号。利用预处理信号来重构动力响应，分析动力响应重构误差的机理，通过比较重构信号幅值的相对大小来筛选高精度非测点。以某100 m跨Geiger型索穹顶为例展开数值分析。结果表明：本文方法适用于具有随机参数偏差的实际结构，能够得到远超测点数量的高精度非测点，可为模态识别、模型修正和损伤识别等后续工作提供更多的可用测试信息。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.12.1068
摘要:
沉管隧道埋置于海床浅表层，与陆域隧道所处环境存在较大差异，开展沉管隧道的地震稳定性研究具有重要的科学意义和工程应用价值。基于“扩展Masing”法则构造了土体黏弹塑性应力-应变滞回曲线，将实时耦合的剪切-体积应变增量模型作为Biot动力固结方程中超孔隙水压力变化的源项，建立了砂土液化过程的有效应力分析方法，基于FLAC3D计算平台实现了该有效应力方法并验证了其可靠性。以渤海海域中的典型钻孔作为场地条件，对砂质海床沉管隧道的地震稳定性进行了数值模拟，研究了砂质海床中沉管隧道上浮机理。结果表明：沉管侧壁摩擦阻力的减小，底部浮力的增大以及周围海床的大变形共同引起了沉管隧道的上浮，输入地震动加速度时程曲线的非对称性会导致沉管隧道两侧的非对称响应现象，进而引发沉管隧道结构两侧竖向位移时程的分离。
沉管隧道埋置于海床浅表层，与陆域隧道所处环境存在较大差异，开展沉管隧道的地震稳定性研究具有重要的科学意义和工程应用价值。基于“扩展Masing”法则构造了土体黏弹塑性应力-应变滞回曲线，将实时耦合的剪切-体积应变增量模型作为Biot动力固结方程中超孔隙水压力变化的源项，建立了砂土液化过程的有效应力分析方法，基于FLAC3D计算平台实现了该有效应力方法并验证了其可靠性。以渤海海域中的典型钻孔作为场地条件，对砂质海床沉管隧道的地震稳定性进行了数值模拟，研究了砂质海床中沉管隧道上浮机理。结果表明：沉管侧壁摩擦阻力的减小，底部浮力的增大以及周围海床的大变形共同引起了沉管隧道的上浮，输入地震动加速度时程曲线的非对称性会导致沉管隧道两侧的非对称响应现象，进而引发沉管隧道结构两侧竖向位移时程的分离。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.01.0059
摘要:
发生火灾时，高层建筑结构可能承受水平荷载，水平荷载在高层建筑结构抗火设计中十分重要。为研究水平荷载作用下型钢混凝土框架结构的耐火性能，采用有限元计算模型，考虑火灾位置、柱轴压比、水平荷载比等参数，对水平荷载作用下型钢混凝土框架结构的变形规律、破坏形态、工作机理及耐火极限进行系统的参数分析。计算结果显示，水平荷载对火灾下框架结构的破坏形态有较大影响。水平荷载及火灾共同作用下，框架结构出现了2种典型的破坏形态。第一种破坏形态为框架整体倾覆破坏，第二种为框架梁破坏。发生框架整体倾覆破坏时，随受火楼层剪力增加，框架的耐火极限减小；发生框架梁破坏时，框架的耐火极限变化较小。最后，提出了水平荷载作用下框架结构的破坏模态及抗火设计简化计算模型。
发生火灾时，高层建筑结构可能承受水平荷载，水平荷载在高层建筑结构抗火设计中十分重要。为研究水平荷载作用下型钢混凝土框架结构的耐火性能，采用有限元计算模型，考虑火灾位置、柱轴压比、水平荷载比等参数，对水平荷载作用下型钢混凝土框架结构的变形规律、破坏形态、工作机理及耐火极限进行系统的参数分析。计算结果显示，水平荷载对火灾下框架结构的破坏形态有较大影响。水平荷载及火灾共同作用下，框架结构出现了2种典型的破坏形态。第一种破坏形态为框架整体倾覆破坏，第二种为框架梁破坏。发生框架整体倾覆破坏时，随受火楼层剪力增加，框架的耐火极限减小；发生框架梁破坏时，框架的耐火极限变化较小。最后，提出了水平荷载作用下框架结构的破坏模态及抗火设计简化计算模型。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.06.0404
摘要:
为探究高强钢绞线网（High-strength Steel Wire Meshes, HSWM）/工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites, ECC）在持载情况下抗弯加固RC梁的弯曲性能，以损伤程度、高强钢绞线配筋率为试验变量，设计并完成了6根HSWM/ECC持载加固RC梁与1根未加固对比梁的四点弯曲试验，揭示了持载加固梁的受弯破坏机理及各变量对弯曲性能的影响规律。结果显示，持载情况下采用HSWM/ECC加固RC梁可显著提升其屈服荷载、承载力和延性，并延缓混凝土裂缝扩展，减小其宽度；且随钢绞线配筋率的增大，加固层对RC梁的屈服荷载、承载力、延性及裂缝约束效果的提升越高，而随原梁损伤程度的增加，提升效果有所降低。在此基础上，结合相关力学理论分析，提出了考虑二次受力影响的HSWM/ECC抗弯加固RC梁正截面承载力计算公式。
为探究高强钢绞线网（High-strength Steel Wire Meshes, HSWM）/工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites, ECC）在持载情况下抗弯加固RC梁的弯曲性能，以损伤程度、高强钢绞线配筋率为试验变量，设计并完成了6根HSWM/ECC持载加固RC梁与1根未加固对比梁的四点弯曲试验，揭示了持载加固梁的受弯破坏机理及各变量对弯曲性能的影响规律。结果显示，持载情况下采用HSWM/ECC加固RC梁可显著提升其屈服荷载、承载力和延性，并延缓混凝土裂缝扩展，减小其宽度；且随钢绞线配筋率的增大，加固层对RC梁的屈服荷载、承载力、延性及裂缝约束效果的提升越高，而随原梁损伤程度的增加，提升效果有所降低。在此基础上，结合相关力学理论分析，提出了考虑二次受力影响的HSWM/ECC抗弯加固RC梁正截面承载力计算公式。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.07.0489
摘要:
近海桥梁面临着海啸等极端波浪的威胁，巨大的波浪力对桥梁下部结构产生严重影响，其受力机制尚不明确。采用OpenFOAM开源软件，基于RANS方程和SSTk-ω湍流模型模拟海啸，构建了不考虑上部结构的桥墩和考虑上部箱梁结构的桥墩-梁两种结构形式的海啸波荷载作用模型进行了分析比较，研究了海啸作用下近海箱型桥梁下部结构的水平力分布和受力机制，并分析了不同分布力对桥墩力矩的影响。研究结果表明：考虑箱梁对流体影响后，桥墩-梁模型中海啸作用于桥墩的水平力峰值为单独桥墩模型的1.45到1.96倍之间；桥墩-梁模型中桥墩的海啸作用分布力差异较大，墩顶受力最大，后逐渐减小，墩中部到墩底受力比较均匀，而单独桥墩模型的海啸作用力分布比较均匀，墩顶到墩底受力相差不大；桥墩-梁模型中海啸作用于桥墩的力矩峰值为单独桥墩模型的1.60到2.33之间。海啸作用下近海箱型桥梁下部结构受力应充分考虑上部结构箱梁对周围流体的影响，研究对于桥墩的破坏模式的判别及其减灾防护措施的制定具有重要的意义。
近海桥梁面临着海啸等极端波浪的威胁，巨大的波浪力对桥梁下部结构产生严重影响，其受力机制尚不明确。采用OpenFOAM开源软件，基于RANS方程和SSTk-ω湍流模型模拟海啸，构建了不考虑上部结构的桥墩和考虑上部箱梁结构的桥墩-梁两种结构形式的海啸波荷载作用模型进行了分析比较，研究了海啸作用下近海箱型桥梁下部结构的水平力分布和受力机制，并分析了不同分布力对桥墩力矩的影响。研究结果表明：考虑箱梁对流体影响后，桥墩-梁模型中海啸作用于桥墩的水平力峰值为单独桥墩模型的1.45到1.96倍之间；桥墩-梁模型中桥墩的海啸作用分布力差异较大，墩顶受力最大，后逐渐减小，墩中部到墩底受力比较均匀，而单独桥墩模型的海啸作用力分布比较均匀，墩顶到墩底受力相差不大；桥墩-梁模型中海啸作用于桥墩的力矩峰值为单独桥墩模型的1.60到2.33之间。海啸作用下近海箱型桥梁下部结构受力应充分考虑上部结构箱梁对周围流体的影响，研究对于桥墩的破坏模式的判别及其减灾防护措施的制定具有重要的意义。
, 最新更新时间 , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2023.07.0510
摘要:
基于混合断裂模式的混凝土内聚力单元（CZM）细观模型可以有效描述混凝土材料在复杂应力状态下的力学性能和损伤特性。然而，CZM细观模型在混凝土结构分析中的应用确受到模型参数过多且参数效应不明等原因的限制。为此，在验证CZM混凝土标准单轴试件细观模型准确性的基础上针对关键性内聚力单元参数开展参数敏感性分析。研究结果表明，CZM细观模型的单轴拉伸响应主要由Ⅰ型断裂参数控制，而压缩响应则由Ⅰ型和Ⅱ型参数共同控制；细观模型初始刚度与内聚力单元刚度呈指数关系，且不受强度和断裂能参数影响；混凝土强度与内聚力单元刚度之间呈指数关系，与强度和断裂能参数基本符合线性关系；为了使CZM细观模型轴压应力应变曲线下降段与规范推荐本构曲线相匹配，混凝土Ⅱ型断裂能应设置为Ⅰ型断裂能的25倍。
基于混合断裂模式的混凝土内聚力单元（CZM）细观模型可以有效描述混凝土材料在复杂应力状态下的力学性能和损伤特性。然而，CZM细观模型在混凝土结构分析中的应用确受到模型参数过多且参数效应不明等原因的限制。为此，在验证CZM混凝土标准单轴试件细观模型准确性的基础上针对关键性内聚力单元参数开展参数敏感性分析。研究结果表明，CZM细观模型的单轴拉伸响应主要由Ⅰ型断裂参数控制，而压缩响应则由Ⅰ型和Ⅱ型参数共同控制；细观模型初始刚度与内聚力单元刚度呈指数关系，且不受强度和断裂能参数影响；混凝土强度与内聚力单元刚度之间呈指数关系，与强度和断裂能参数基本符合线性关系；为了使CZM细观模型轴压应力应变曲线下降段与规范推荐本构曲线相匹配，混凝土Ⅱ型断裂能应设置为Ⅰ型断裂能的25倍。
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