2013年 第30卷 第6期
2013, 30(6): 6-10.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0077
摘要:
基于表面扩散的经典理论及其弱解描述，对曲率、力、电和热共同作用下金属材料内部晶内微裂纹的演化进行了有限元分析。详细讨论了微裂纹初始形态、电场大小、应力大小和电致生热对微裂纹演化的影响。结果表明：对于形态比为的微裂纹，存在一临界电场值和临界应力值。当且时，微裂纹逐渐圆柱化；当或时，微裂纹分节为上、下或左、右两个小裂纹。热应力可减小的值，即有利于微裂纹分节。同时热应力可加快微裂纹的漂移速度，缩短分节时间。
基于表面扩散的经典理论及其弱解描述，对曲率、力、电和热共同作用下金属材料内部晶内微裂纹的演化进行了有限元分析。详细讨论了微裂纹初始形态、电场大小、应力大小和电致生热对微裂纹演化的影响。结果表明：对于形态比为的微裂纹，存在一临界电场值和临界应力值。当且时，微裂纹逐渐圆柱化；当或时，微裂纹分节为上、下或左、右两个小裂纹。热应力可减小的值，即有利于微裂纹分节。同时热应力可加快微裂纹的漂移速度，缩短分节时间。
2013, 30(6): 16-21.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0088
摘要:
通过对可靠性灵敏度的分析和推导，利用灵敏度标准差值构造了一种新的可靠性灵敏度因子。与传统灵敏度因子不同的是，新因子不仅能反映各随机变量对结构失效概率影响的重要性程度，因子的数值大小还能表征将单个变量作为确定性变量处理或将多个变量同时作为确定性量处理时所引起的可靠指标误差大小。据此结论，采用新灵敏度因子进行灵敏度分析时，只需要进行一次分析就能识别出各随机变量对结构失效整体影响的有益信息，可以有效地提高计算效率，降低分析难度。利用数值算例验证说明了所提可靠性灵敏度因子指标的有效性。
通过对可靠性灵敏度的分析和推导，利用灵敏度标准差值构造了一种新的可靠性灵敏度因子。与传统灵敏度因子不同的是，新因子不仅能反映各随机变量对结构失效概率影响的重要性程度，因子的数值大小还能表征将单个变量作为确定性变量处理或将多个变量同时作为确定性量处理时所引起的可靠指标误差大小。据此结论，采用新灵敏度因子进行灵敏度分析时，只需要进行一次分析就能识别出各随机变量对结构失效整体影响的有益信息，可以有效地提高计算效率，降低分析难度。利用数值算例验证说明了所提可靠性灵敏度因子指标的有效性。
2013, 30(6): 22-29.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0090
摘要:
基于预测混凝土失效行为的Drucker-Prager(D-P)屈服准则，研究了进行钢筋混凝土结构配筋设计的应力拓扑优化方法。结合扩展的双材料密度惩罚模型，优化问题构造为以单元人工密度为设计变量、混凝土材料Drucker-Prager屈服函数为约束条件的钢筋用量最小化问题。为合理定义混凝土应力并防止应力奇异解现象，采用局部应力插值模型和ε-松弛方法对混凝土应力约束条件进行处理。推导约束函数的伴随法灵敏度计算公式，运用基于梯度的连续性优化算法求解优化问题。数值算例验证了所提优化模型的正确性及数值算法的有效性，并通过与传统最小柔顺性拓扑优化结果的比较，说明了该文方法能够充分利用混凝土的抗压能力和钢筋的抗拉能力，设计结果更为实用。
基于预测混凝土失效行为的Drucker-Prager(D-P)屈服准则，研究了进行钢筋混凝土结构配筋设计的应力拓扑优化方法。结合扩展的双材料密度惩罚模型，优化问题构造为以单元人工密度为设计变量、混凝土材料Drucker-Prager屈服函数为约束条件的钢筋用量最小化问题。为合理定义混凝土应力并防止应力奇异解现象，采用局部应力插值模型和ε-松弛方法对混凝土应力约束条件进行处理。推导约束函数的伴随法灵敏度计算公式，运用基于梯度的连续性优化算法求解优化问题。数值算例验证了所提优化模型的正确性及数值算法的有效性，并通过与传统最小柔顺性拓扑优化结果的比较，说明了该文方法能够充分利用混凝土的抗压能力和钢筋的抗拉能力，设计结果更为实用。
2013, 30(6): 30-35.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0096
摘要:
依据压入理论和弹塑性接触有限元分析，提出了采用70.3°锥形压头完成压入测试并基于能量方法获取金属材料本构关系的方法(Constitutiverelationshipbasedonenergymethodofindentation,CR-EMI)。该方法揭示锥形压入能量比与Hollomon屈服应力之间存在线性律，结合该线性律和载荷P-位移h曲线实现了材料Hollomon模型参数求取；同时，提出采用Hollomon模型参数并基于能量方法预测布氏硬度的方法(HardnessbasedonEnergyMethodofIndentation,H-EMI)。通过对多种金属材料进行压入试验和有限元分析，验证了CR-EMI方法和H-EMI方法的有效性与精确性。
依据压入理论和弹塑性接触有限元分析，提出了采用70.3°锥形压头完成压入测试并基于能量方法获取金属材料本构关系的方法(Constitutiverelationshipbasedonenergymethodofindentation,CR-EMI)。该方法揭示锥形压入能量比与Hollomon屈服应力之间存在线性律，结合该线性律和载荷P-位移h曲线实现了材料Hollomon模型参数求取；同时，提出采用Hollomon模型参数并基于能量方法预测布氏硬度的方法(HardnessbasedonEnergyMethodofIndentation,H-EMI)。通过对多种金属材料进行压入试验和有限元分析，验证了CR-EMI方法和H-EMI方法的有效性与精确性。
2013, 30(6): 36-40.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0087
摘要:
工程结构中存在着诸多不确定性因素，可靠性方法是处理不确定因素的有效途径之一。针对大量工程结构中存在混合不确定信息的问题，提出了一种适用于工程的混合不确定性可靠度计算方法。将模糊变量转化为区间变量，基于体积比的区间可靠性模型，建立了含模糊-区间混合变量的结构非概率可靠性模型。由于该可靠性模型意义明确，对模糊信息的处理也比较合理，可作为混合可靠性计算方法的一种补充。应用此可靠性模型对某飞机机翼结构进行了优化设计，实例计算说明了该文的方法是有效和可行的。
工程结构中存在着诸多不确定性因素，可靠性方法是处理不确定因素的有效途径之一。针对大量工程结构中存在混合不确定信息的问题，提出了一种适用于工程的混合不确定性可靠度计算方法。将模糊变量转化为区间变量，基于体积比的区间可靠性模型，建立了含模糊-区间混合变量的结构非概率可靠性模型。由于该可靠性模型意义明确，对模糊信息的处理也比较合理，可作为混合可靠性计算方法的一种补充。应用此可靠性模型对某飞机机翼结构进行了优化设计，实例计算说明了该文的方法是有效和可行的。
2013, 30(6): 54-59.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0173
摘要:
在介绍微平面模型中数值离散算法的基础上，指出了现有文献中对微平面取向及权重的确定方法的特点和不足。针对微平面取向不够均匀以及微平面形状和物理意义不明确的问题，提出了一种基于正多面体表面网格划分后向球面进行投影的方法计算微平面取向，再利用球面几何的知识计算微平面权重的方法。在比选基于不同微平面划分方案时，提出了拟合宏观弹性刚度矩阵的优化目标。计算结果表明，该文所提方法可以得到微平面形状、大小完全均匀的划分方案，计算精度比文献中的最优方案更精确。
在介绍微平面模型中数值离散算法的基础上，指出了现有文献中对微平面取向及权重的确定方法的特点和不足。针对微平面取向不够均匀以及微平面形状和物理意义不明确的问题，提出了一种基于正多面体表面网格划分后向球面进行投影的方法计算微平面取向，再利用球面几何的知识计算微平面权重的方法。在比选基于不同微平面划分方案时，提出了拟合宏观弹性刚度矩阵的优化目标。计算结果表明，该文所提方法可以得到微平面形状、大小完全均匀的划分方案，计算精度比文献中的最优方案更精确。
2013, 30(6): 60-66.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0587
摘要:
双钢板-混凝土组合剪力墙可减小墙体厚度、提高承载力和延性，为研究双钢板-混凝土组合剪力墙高轴压比下的抗震性能，完成了5个剪跨比为1.0的双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验，研究了剪力墙在低周往复荷载作用下的受力性能和破坏模式等，分析了轴压比、距厚比等因素对抗震性能的影响。试验结果表明：低剪跨比试件发生弯剪破坏；墙体钢板在平均位移角1/83时发生局部屈曲，初始屈曲形态受距厚比影响显著；试件峰值荷载、位移延性系数、刚度等受轴压比、距厚比的影响较小；试件平均极限位移角达1/72、平均有效破坏位移角达1/52，具有良好的变形能力；距厚比增大，试件滞回性能稳定性降低；试件耗能随变形增大而迅速增长，抗震性能良好。建议低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙轴压比限值取0.7。
双钢板-混凝土组合剪力墙可减小墙体厚度、提高承载力和延性，为研究双钢板-混凝土组合剪力墙高轴压比下的抗震性能，完成了5个剪跨比为1.0的双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验，研究了剪力墙在低周往复荷载作用下的受力性能和破坏模式等，分析了轴压比、距厚比等因素对抗震性能的影响。试验结果表明：低剪跨比试件发生弯剪破坏；墙体钢板在平均位移角1/83时发生局部屈曲，初始屈曲形态受距厚比影响显著；试件峰值荷载、位移延性系数、刚度等受轴压比、距厚比的影响较小；试件平均极限位移角达1/72、平均有效破坏位移角达1/52，具有良好的变形能力；距厚比增大，试件滞回性能稳定性降低；试件耗能随变形增大而迅速增长，抗震性能良好。建议低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙轴压比限值取0.7。
2013, 30(6): 67-76.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0124
摘要:
通过动力特性分析和等效静风荷载作用下响应分析，并借鉴简单圆环结构和悬臂结构的结构特性，对双曲冷却塔结构特性进行了阐述。研究发现，作为圆截面高耸空间薄壁结构，双曲冷却塔的静动力结构特性同时体现了简单水平圆环结构和子午向悬臂结构的特点：对于低阶模态，其振型是上下弹性支撑水平圆环结构(条带)和左右弹性支撑子午向悬臂结构(条带)振型的耦合，且频率主要受环向刚度控制；风荷载作用下塔筒位移和内力的环向分布与外表面风压分布模式一致，各荷载效应的最值主要受迎风区和侧风区风压影响并受环向风压分布的不均匀性所控制；子午向轴力的环向分布提供了整体抗倾覆弯矩，因此表现出明显的向下积聚现象，这也是悬臂结构顺风向整体倾覆弯矩的体现，并且这种积聚效应与子午线型有关。
通过动力特性分析和等效静风荷载作用下响应分析，并借鉴简单圆环结构和悬臂结构的结构特性，对双曲冷却塔结构特性进行了阐述。研究发现，作为圆截面高耸空间薄壁结构，双曲冷却塔的静动力结构特性同时体现了简单水平圆环结构和子午向悬臂结构的特点：对于低阶模态，其振型是上下弹性支撑水平圆环结构(条带)和左右弹性支撑子午向悬臂结构(条带)振型的耦合，且频率主要受环向刚度控制；风荷载作用下塔筒位移和内力的环向分布与外表面风压分布模式一致，各荷载效应的最值主要受迎风区和侧风区风压影响并受环向风压分布的不均匀性所控制；子午向轴力的环向分布提供了整体抗倾覆弯矩，因此表现出明显的向下积聚现象，这也是悬臂结构顺风向整体倾覆弯矩的体现，并且这种积聚效应与子午线型有关。
2013, 30(6): 77-82.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0093
摘要:
分析了大跨越输电塔-线体系的动力特性，对比了大跨越输电塔-线体系的近-远场地震反应，研究了大跨越塔-线体系的近场脉冲地震反应规律。结果表明在同幅值的近场脉冲型地震动作用下，大跨越输电塔-线体系的动力反应远大于其在一般地震动下的反应，大跨越输电塔-线体系的近场脉冲型地震反应幅值随地震动脉冲周期增大而增大。将等效脉冲模型引入大跨越输电塔-线体系近场响应分析，结果表明：塔-线体系在等效脉冲作用下的响应与实际地震动相近，将等效脉冲用于分析大跨越输电塔-线体系的地震响应能够弥补实际近场脉冲型地震动数目过少的不足。
分析了大跨越输电塔-线体系的动力特性，对比了大跨越输电塔-线体系的近-远场地震反应，研究了大跨越塔-线体系的近场脉冲地震反应规律。结果表明在同幅值的近场脉冲型地震动作用下，大跨越输电塔-线体系的动力反应远大于其在一般地震动下的反应，大跨越输电塔-线体系的近场脉冲型地震反应幅值随地震动脉冲周期增大而增大。将等效脉冲模型引入大跨越输电塔-线体系近场响应分析，结果表明：塔-线体系在等效脉冲作用下的响应与实际地震动相近，将等效脉冲用于分析大跨越输电塔-线体系的地震响应能够弥补实际近场脉冲型地震动数目过少的不足。
2013, 30(6): 93-97.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0174
摘要:
为了更准确地分析钢轨应力和列车荷载作用下的受力特性，该文将钢轨看作三维实体，并考虑扣件支承面积的影响，将其视为均布弹簧，建立了更接近实际的力学模型，分析了钢轨在竖向力作用下的应力和位移，并对枕上应力进行了求解，将结果与传统的点支承梁简化模型进行比较，指出了两者之间的相似之处和差异性；同时指出，三维实体方式建模更有利于指导钢轨和轨枕的细部设计。
为了更准确地分析钢轨应力和列车荷载作用下的受力特性，该文将钢轨看作三维实体，并考虑扣件支承面积的影响，将其视为均布弹簧，建立了更接近实际的力学模型，分析了钢轨在竖向力作用下的应力和位移，并对枕上应力进行了求解，将结果与传统的点支承梁简化模型进行比较，指出了两者之间的相似之处和差异性；同时指出，三维实体方式建模更有利于指导钢轨和轨枕的细部设计。
2013, 30(6): 98-106.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.01.0047
摘要:
建立考虑材料非线性、几何非线性、几何初始缺陷、残余应力影响的有限元模型，对反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱的受力性能进行模拟分析。通过与相关试验结果的比较，验证了有限元模型的正确性。在此基础上，对85个箱形构件进行数值分析，研究反复水平荷载作用下常偏压箱形钢柱的抗震性能。研究结果表明，腹板宽厚比是影响构件抗震性能的最主要因素，腹板宽厚比越大，构件的刚度、承载力退化越严重，延性越差。对于中等长细比的构件，当轴压比较小时，构件的抗震性能受整体失稳、局部屈曲和塑性变形的相互影响；但当轴压比较大时，整体失稳将起控制作用。柱顶弯矩使构件的骨架曲线发生平移，但柱顶弯矩对构件抗震性能的影响相对较小。根据有限元计算结果，回归出反复荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱可承受的最大柱顶剪力和位移延性系数的拟合公式。
建立考虑材料非线性、几何非线性、几何初始缺陷、残余应力影响的有限元模型，对反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱的受力性能进行模拟分析。通过与相关试验结果的比较，验证了有限元模型的正确性。在此基础上，对85个箱形构件进行数值分析，研究反复水平荷载作用下常偏压箱形钢柱的抗震性能。研究结果表明，腹板宽厚比是影响构件抗震性能的最主要因素，腹板宽厚比越大，构件的刚度、承载力退化越严重，延性越差。对于中等长细比的构件，当轴压比较小时，构件的抗震性能受整体失稳、局部屈曲和塑性变形的相互影响；但当轴压比较大时，整体失稳将起控制作用。柱顶弯矩使构件的骨架曲线发生平移，但柱顶弯矩对构件抗震性能的影响相对较小。根据有限元计算结果，回归出反复荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱可承受的最大柱顶剪力和位移延性系数的拟合公式。
2013, 30(6): 107-115.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0071
摘要:
薄钢板组合截面PEC柱-钢梁连接中节点，采取工字梁端截面削弱、端板与预拉对穿高强螺栓的连接方式，考虑组合柱布置与梁削弱截面位置变化作为设计参数，对3个PEC柱-削弱梁、短端板对穿螺栓连接中节点1∶0.625缩尺模型进行低周反复荷载下的滞回性能试验。观察各个试件试验中的破坏过程，通过实测数据分析，得到了该类框架连接节点的滞回性能、强度与转动刚度退化、延性与耗能能力和破坏模式。结果表明：由于预拉对穿螺栓的设置，所有试件均表现出不同程度的自复位效果和良好的转动与耗能能力；节点的破坏模式为钢梁削弱截面或连接部位附近截面屈服。研究进一步丰富了PEC柱-钢梁连接的研究成果，为PEC柱-钢梁组合结构设计规范的制订和工程应用提供了理论依据。
薄钢板组合截面PEC柱-钢梁连接中节点，采取工字梁端截面削弱、端板与预拉对穿高强螺栓的连接方式，考虑组合柱布置与梁削弱截面位置变化作为设计参数，对3个PEC柱-削弱梁、短端板对穿螺栓连接中节点1∶0.625缩尺模型进行低周反复荷载下的滞回性能试验。观察各个试件试验中的破坏过程，通过实测数据分析，得到了该类框架连接节点的滞回性能、强度与转动刚度退化、延性与耗能能力和破坏模式。结果表明：由于预拉对穿螺栓的设置，所有试件均表现出不同程度的自复位效果和良好的转动与耗能能力；节点的破坏模式为钢梁削弱截面或连接部位附近截面屈服。研究进一步丰富了PEC柱-钢梁连接的研究成果，为PEC柱-钢梁组合结构设计规范的制订和工程应用提供了理论依据。
2013, 30(6): 116-123.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0178
摘要:
为了研究不同场地条件对钢管混凝土拱桥地震响应的影响规律，以某钢管混凝土拱桥为原型，设计制作1/16缩尺比例模型，依据NEHRP场地分类标准，选取符合不同场地条件的ChiChi地震波，利用多子台积木式振动台台阵系统，完成了纵向、横向、竖向、横向+纵向和横向+竖向一致地震动输入的对比试验。研究结果表明：场地条件对此类钢管混凝土拱桥响应的影响较为显著，结构响应由A类至E类场地逐类递增，结构在E类场地下的响应为A类场地的1.6倍~4.1倍；相对于水平向加速度响应，拱顶竖向加速度响应对场地条件更为敏感，场地条件对竖向加速度的放大作用要高于水平向加速度，在确定设计加速度反应谱时，如果竖向设计加速度反应谱与水平设计加速度反应谱采用相同的场地系数会使竖向加速度反应谱最大值偏小。
为了研究不同场地条件对钢管混凝土拱桥地震响应的影响规律，以某钢管混凝土拱桥为原型，设计制作1/16缩尺比例模型，依据NEHRP场地分类标准，选取符合不同场地条件的ChiChi地震波，利用多子台积木式振动台台阵系统，完成了纵向、横向、竖向、横向+纵向和横向+竖向一致地震动输入的对比试验。研究结果表明：场地条件对此类钢管混凝土拱桥响应的影响较为显著，结构响应由A类至E类场地逐类递增，结构在E类场地下的响应为A类场地的1.6倍~4.1倍；相对于水平向加速度响应，拱顶竖向加速度响应对场地条件更为敏感，场地条件对竖向加速度的放大作用要高于水平向加速度，在确定设计加速度反应谱时，如果竖向设计加速度反应谱与水平设计加速度反应谱采用相同的场地系数会使竖向加速度反应谱最大值偏小。
2013, 30(6): 124-132.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.02.0078
摘要:
与现有的海上风电传统筒型基础相比，新型筒型基础——大尺度筒顶承载式筒型基础凭借其特有的宽浅式筒顶承载模式和更大的承载能力已经越来越受到关注。所以，合理地建立此类新型筒基基础的极限承载力和地基的破坏包络面，分析其承载特性，对于该基础结构设计和实际应用过程中的安全性和稳定性研究起着重要的作用。通过大型有限元软件ABAQUS，利用位移加载控制方法﹑Swipe试验加载方式和荷载-位移联合控制搜索方式，对5MW海上风机大尺度筒型基础的两种典型形式进行承载力特性弹塑性分析和对比，得出在单方向荷载单独作用下，弧线型筒型基础的极限承载力比直线型高出6%~8%，在荷载组合作用下，弧线型筒基比直线型有更广泛的三维破坏包络面，即弧线型筒基在各个方向上的极限破坏值，都要比直线型的要大，表现出更好的承载性能；同时对两种大尺度筒型基础的破坏模式进行分析。研究结果为进一步的基础结构选型和优化设计提供参考依据。
与现有的海上风电传统筒型基础相比，新型筒型基础——大尺度筒顶承载式筒型基础凭借其特有的宽浅式筒顶承载模式和更大的承载能力已经越来越受到关注。所以，合理地建立此类新型筒基基础的极限承载力和地基的破坏包络面，分析其承载特性，对于该基础结构设计和实际应用过程中的安全性和稳定性研究起着重要的作用。通过大型有限元软件ABAQUS，利用位移加载控制方法﹑Swipe试验加载方式和荷载-位移联合控制搜索方式，对5MW海上风机大尺度筒型基础的两种典型形式进行承载力特性弹塑性分析和对比，得出在单方向荷载单独作用下，弧线型筒型基础的极限承载力比直线型高出6%~8%，在荷载组合作用下，弧线型筒基比直线型有更广泛的三维破坏包络面，即弧线型筒基在各个方向上的极限破坏值，都要比直线型的要大，表现出更好的承载性能；同时对两种大尺度筒型基础的破坏模式进行分析。研究结果为进一步的基础结构选型和优化设计提供参考依据。
2013, 30(6): 133-141.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.09.0594
摘要:
为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)组合柱的轴压性能，设计了23个试件进行轴压试验，考虑了再生粗骨料取代率、箍筋体积配箍率和混凝土强度等级3个变化参数。通过试验观察了试件的破坏形态，获取了试件受力全过程曲线、极限承载力等重要数据，并分析各变化参数对SRRAC柱轴心抗压承载性能的影响，基于试验提出其强度计算公式。研究结果表明：SRRAC柱破坏时型钢受压屈服、再生混凝土压碎，具有良好的承载性能，各变化参数均对其承载性能有显著影响，建议再生粗骨料最优取代率为40%，该文建议强度计算公式计算值与试验结果吻合较好。研究结果可供再生混凝土组合结构的进一步科学研究和工程应用参考。
为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)组合柱的轴压性能，设计了23个试件进行轴压试验，考虑了再生粗骨料取代率、箍筋体积配箍率和混凝土强度等级3个变化参数。通过试验观察了试件的破坏形态，获取了试件受力全过程曲线、极限承载力等重要数据，并分析各变化参数对SRRAC柱轴心抗压承载性能的影响，基于试验提出其强度计算公式。研究结果表明：SRRAC柱破坏时型钢受压屈服、再生混凝土压碎，具有良好的承载性能，各变化参数均对其承载性能有显著影响，建议再生粗骨料最优取代率为40%，该文建议强度计算公式计算值与试验结果吻合较好。研究结果可供再生混凝土组合结构的进一步科学研究和工程应用参考。
2013, 30(6): 142-147.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.12.0823
摘要:
给出针对所作研究的承台冲跨比定义。结合试验、有限元研究与相关理论分析，阐述了承台冲跨比是决定承台破坏形式的第一要素，明确了承台内梁、拱作用的对比变化和破坏形式的变化情况，推导出了梁拱作用并存情况下承台破坏形式的判别表达式，分析确认了完整的承台破坏形式的判别条件，推演出目前实际工程中承台发生的往往是冲切破坏。所作的分析与讨论为承台破坏形式的判别提供了解决方法。
给出针对所作研究的承台冲跨比定义。结合试验、有限元研究与相关理论分析，阐述了承台冲跨比是决定承台破坏形式的第一要素，明确了承台内梁、拱作用的对比变化和破坏形式的变化情况，推导出了梁拱作用并存情况下承台破坏形式的判别表达式，分析确认了完整的承台破坏形式的判别条件，推演出目前实际工程中承台发生的往往是冲切破坏。所作的分析与讨论为承台破坏形式的判别提供了解决方法。
2013, 30(6): 148-153.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2011.12.0851
摘要:
采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对陶瓷纤维混凝土的动态力学性能进行研究，并验证了试验结果的有效性；基于IPBS模型(修正平行杆模型)，建立考虑应变率效应的混凝土单轴受压统计损伤本构模型，模拟陶瓷纤维混凝土的动态损伤破坏过程。结果表明：陶瓷纤维对普通硅酸盐混凝土的增强增韧效果明显，尤其是在高应变率范围内；SHPB试验过程中应力均匀性和恒应变率加载条件得到了较好地满足；动态损伤本构模型提供曲线与试验曲线吻合较好，能够较为准确地描述陶瓷纤维混凝土破坏前的应力应变关系。
采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对陶瓷纤维混凝土的动态力学性能进行研究，并验证了试验结果的有效性；基于IPBS模型(修正平行杆模型)，建立考虑应变率效应的混凝土单轴受压统计损伤本构模型，模拟陶瓷纤维混凝土的动态损伤破坏过程。结果表明：陶瓷纤维对普通硅酸盐混凝土的增强增韧效果明显，尤其是在高应变率范围内；SHPB试验过程中应力均匀性和恒应变率加载条件得到了较好地满足；动态损伤本构模型提供曲线与试验曲线吻合较好，能够较为准确地描述陶瓷纤维混凝土破坏前的应力应变关系。
2013, 30(6): 154-161.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.01.0030
摘要:
该文以地震下、修复中以及修复后遭遇地震的钢筋混凝土框架的动力特性为研究目的，进行了框架模型的初次振动台试验、震损后修复和再次振动台试验。试验对象为相似比1/4的双跨8层混凝土框架。在初次振动台试验中，框架模型经过31个工况地震波和5次白噪声的输入，结构破坏明显。其后，对框架损伤区域的裂缝进行压力注胶修补，并通过地脉动法和撞击荷载法监测修复过程中结构动力特性的变化。修复后，再次进行工况相同的振动台试验。试验结果表明：框架模型的频率随输入地震动幅值的加大而明显降低，阻尼比则随之明显增大；修复过程中，结构的频率和阻尼比逐步恢复，第一自振频率达到甚至超过模型的原有水平；修复后的再次振动台试验中，模型的频率降幅及阻尼比的增幅均低于初次振动台试验。结合两次试验中结构的变形幅度可知，结构动力特性与其抗震性能有密切的关系。通过动力特性指标的变化，能有效反映框架结构在震损及修复中的抗震性能。
该文以地震下、修复中以及修复后遭遇地震的钢筋混凝土框架的动力特性为研究目的，进行了框架模型的初次振动台试验、震损后修复和再次振动台试验。试验对象为相似比1/4的双跨8层混凝土框架。在初次振动台试验中，框架模型经过31个工况地震波和5次白噪声的输入，结构破坏明显。其后，对框架损伤区域的裂缝进行压力注胶修补，并通过地脉动法和撞击荷载法监测修复过程中结构动力特性的变化。修复后，再次进行工况相同的振动台试验。试验结果表明：框架模型的频率随输入地震动幅值的加大而明显降低，阻尼比则随之明显增大；修复过程中，结构的频率和阻尼比逐步恢复，第一自振频率达到甚至超过模型的原有水平；修复后的再次振动台试验中，模型的频率降幅及阻尼比的增幅均低于初次振动台试验。结合两次试验中结构的变形幅度可知，结构动力特性与其抗震性能有密切的关系。通过动力特性指标的变化，能有效反映框架结构在震损及修复中的抗震性能。
2013, 30(6): 162-167.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.01.0053
摘要:
钢-混凝土组合梁(以下简称组合梁)的界面滑移总是存在的，滑移的存在会降低组合梁的组合作用和刚度，增大挠度，要计算组合梁界面的滑移及挠度，对于简支梁在简单荷载情况下，还可得到解析解，但对于连续梁要得到解析解是十分困难的，另外简支梁的解析解十分冗长，实际运用十分不便。用有限元法计算组合梁的滑移和挠度将是很有效的，不受荷载及支撑条件限制，而有限元法的关键是单元刚度矩阵，该文用虚功原理推导了组合梁的单元刚度矩阵，并用自编的有限元程序对组合梁的滑移和挠度进行了计算，在简支情况下与解析解进行了对比和验证，误差很小，在1%以内。该文推导的单元刚度矩阵可用于小型的自编有限元软件，为快速经济地解决相关的大量实际工程问题奠定了基础。
钢-混凝土组合梁(以下简称组合梁)的界面滑移总是存在的，滑移的存在会降低组合梁的组合作用和刚度，增大挠度，要计算组合梁界面的滑移及挠度，对于简支梁在简单荷载情况下，还可得到解析解，但对于连续梁要得到解析解是十分困难的，另外简支梁的解析解十分冗长，实际运用十分不便。用有限元法计算组合梁的滑移和挠度将是很有效的，不受荷载及支撑条件限制，而有限元法的关键是单元刚度矩阵，该文用虚功原理推导了组合梁的单元刚度矩阵，并用自编的有限元程序对组合梁的滑移和挠度进行了计算，在简支情况下与解析解进行了对比和验证，误差很小，在1%以内。该文推导的单元刚度矩阵可用于小型的自编有限元软件，为快速经济地解决相关的大量实际工程问题奠定了基础。
2013, 30(6): 168-174.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0058
摘要:
高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种高强度、高韧性的生态建筑材料，在土木工程领域具有广泛的应用前景。为充分发挥ECC的韧性和良好的抗剪性能，该文提出一种采用ECC面层加固砖墙的方法，对2片未加固砖墙和2片ECC面层加固的砖墙进行了拟静力试验。试验结果表明：ECC面层与砖墙具有良好的粘结性能，采用ECC面层加固砖墙能有效限制墙体的开裂和破坏，提高砖砌体墙的延性和耗能能力，改善砖墙的剪切脆性破坏模式，提高墙体的损伤容限，减小砌体结构的震后加固费用。
高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种高强度、高韧性的生态建筑材料，在土木工程领域具有广泛的应用前景。为充分发挥ECC的韧性和良好的抗剪性能，该文提出一种采用ECC面层加固砖墙的方法，对2片未加固砖墙和2片ECC面层加固的砖墙进行了拟静力试验。试验结果表明：ECC面层与砖墙具有良好的粘结性能，采用ECC面层加固砖墙能有效限制墙体的开裂和破坏，提高砖砌体墙的延性和耗能能力，改善砖墙的剪切脆性破坏模式，提高墙体的损伤容限，减小砌体结构的震后加固费用。
2013, 30(6): 175-182.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0064
摘要:
为了更好的了解波形钢腹板PC组合箱梁扭转力学机理及其抗扭承载力影响因素，该文通过模型试验的方法，对4根波形钢腹板PC组合箱梁模型进行纯扭作用下的承载力研究。通过偏心加载的方式对模型梁施加单调纯扭矩。试验结果表明：波形钢腹板PC组合箱梁在纯扭作用下，混凝土顶、底板裂缝方向与梁纵轴线基本成45°角；截面中心纵向钢筋对组合箱梁抗扭贡献不大；抗扭刚度与波形参数η成正比；钢腹板屈服扭矩与组合箱梁极限扭矩随着钢腹板厚度的增加而增大。
为了更好的了解波形钢腹板PC组合箱梁扭转力学机理及其抗扭承载力影响因素，该文通过模型试验的方法，对4根波形钢腹板PC组合箱梁模型进行纯扭作用下的承载力研究。通过偏心加载的方式对模型梁施加单调纯扭矩。试验结果表明：波形钢腹板PC组合箱梁在纯扭作用下，混凝土顶、底板裂缝方向与梁纵轴线基本成45°角；截面中心纵向钢筋对组合箱梁抗扭贡献不大；抗扭刚度与波形参数η成正比；钢腹板屈服扭矩与组合箱梁极限扭矩随着钢腹板厚度的增加而增大。
2013, 30(6): 183-190.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0068
摘要:
混凝土内部随机分布的微裂纹和孔洞等细观缺陷影响其破坏机理及宏观力学性能，且孔隙率随着外荷载的变化而不断变化。该文中将含缺陷(微裂纹、各种空隙等)混凝土复合材料简化为空心球力学模型，基于弹性力学理论推导并获得了混凝土当前孔隙率与材料初始孔隙率及体应变之间的定量关系；推导并得到了含孔隙混凝土的有效弹性模量、有效泊松比及峰值应变等与孔隙率的定量关系，进而得到了单轴加载条件下含孔隙混凝土细观单元的等效多折线本构关系模型。最后，采用细观单元等效化力学模型，研究了单轴加载(拉伸和压缩)情况下不同孔隙率混凝土材料的破坏过程及宏观力学性能，探讨了孔隙率变化规律及其对混凝土变形过程的影响。
混凝土内部随机分布的微裂纹和孔洞等细观缺陷影响其破坏机理及宏观力学性能，且孔隙率随着外荷载的变化而不断变化。该文中将含缺陷(微裂纹、各种空隙等)混凝土复合材料简化为空心球力学模型，基于弹性力学理论推导并获得了混凝土当前孔隙率与材料初始孔隙率及体应变之间的定量关系；推导并得到了含孔隙混凝土的有效弹性模量、有效泊松比及峰值应变等与孔隙率的定量关系，进而得到了单轴加载条件下含孔隙混凝土细观单元的等效多折线本构关系模型。最后，采用细观单元等效化力学模型，研究了单轴加载(拉伸和压缩)情况下不同孔隙率混凝土材料的破坏过程及宏观力学性能，探讨了孔隙率变化规律及其对混凝土变形过程的影响。
2013, 30(6): 191-196.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0074
摘要:
该文针对平面钢框架高温下结构性能的分析问题，采用求积元法发展了钢框架高温结构性能分析的理论并编写了平面框架结构的火灾高温响应的分析程序。求积元法适用于高效的非线性分析，且有建模简单的特点，对每个杆件仅采用一个单元即可。经与有限元分析程序ABAQUS对比表明，采用求积元法用较少的自由度数即可达到非常高的分析精度要求，因此比传统的有限元法更适用于结构火灾分析。
该文针对平面钢框架高温下结构性能的分析问题，采用求积元法发展了钢框架高温结构性能分析的理论并编写了平面框架结构的火灾高温响应的分析程序。求积元法适用于高效的非线性分析，且有建模简单的特点，对每个杆件仅采用一个单元即可。经与有限元分析程序ABAQUS对比表明，采用求积元法用较少的自由度数即可达到非常高的分析精度要求，因此比传统的有限元法更适用于结构火灾分析。
2013, 30(6): 197-204.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0086
摘要:
对箱型柱-H型钢梁常规节点进行了低周往复循环加载试验和基于椭球面断裂模型及耦联的椭球面屈服模型的数值模拟和断裂分析。结果显示：箱型柱对梁的强约束，使梁翼缘对接焊缝应力集中严重，裂纹起始于几何突变剧烈的对接焊缝侧边。箱型柱-H型钢梁常规节点呈脆性断裂，节点塑性转角达不到临时指南FEMA要求的0.03rad。以考虑焊接缺陷和焊接残余应力的结构钢椭球面断裂模型为判据，提出了梁翼缘扩大头和长槽孔箱型柱-H型钢梁节点构造，进行了低周往复循环加载试验和数值分析。结果表明：扩大头构造显著减缓了对接焊缝侧边的应力集中程度，长槽孔促使箱型柱-H型钢梁节点在梁削弱截面形成塑性铰。当对接焊缝扩大头和梁翼缘长槽孔构造参数适当时，箱型柱-H型钢梁节点的塑性转角可达到FEMA要求的0.03rad，承载力和常规节点相当。
对箱型柱-H型钢梁常规节点进行了低周往复循环加载试验和基于椭球面断裂模型及耦联的椭球面屈服模型的数值模拟和断裂分析。结果显示：箱型柱对梁的强约束，使梁翼缘对接焊缝应力集中严重，裂纹起始于几何突变剧烈的对接焊缝侧边。箱型柱-H型钢梁常规节点呈脆性断裂，节点塑性转角达不到临时指南FEMA要求的0.03rad。以考虑焊接缺陷和焊接残余应力的结构钢椭球面断裂模型为判据，提出了梁翼缘扩大头和长槽孔箱型柱-H型钢梁节点构造，进行了低周往复循环加载试验和数值分析。结果表明：扩大头构造显著减缓了对接焊缝侧边的应力集中程度，长槽孔促使箱型柱-H型钢梁节点在梁削弱截面形成塑性铰。当对接焊缝扩大头和梁翼缘长槽孔构造参数适当时，箱型柱-H型钢梁节点的塑性转角可达到FEMA要求的0.03rad，承载力和常规节点相当。
2013, 30(6): 205-211.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0098
摘要:
该文对高温作用经再碱化修复后的混凝土进行了压汞测孔试验及抗压强度试验，研究了混凝土微观结构与其宏观力学性能之间的关系。试验结果表明，高温后混凝土的抗压强随着温度升高呈现下降的趋势，混凝土的微观结构变差，粗大孔明显增多；经再碱化修复后，混凝土的抗压强度得到一定程度的提高，微观结构得到明显改善，粗大孔明显减少。混凝土微观结构的变化与其宏观力学性能一致，说明了再碱化可以一定程度的修复高温作用后混凝土的力学性能，同时改善混凝土的耐久性能。
该文对高温作用经再碱化修复后的混凝土进行了压汞测孔试验及抗压强度试验，研究了混凝土微观结构与其宏观力学性能之间的关系。试验结果表明，高温后混凝土的抗压强随着温度升高呈现下降的趋势，混凝土的微观结构变差，粗大孔明显增多；经再碱化修复后，混凝土的抗压强度得到一定程度的提高，微观结构得到明显改善，粗大孔明显减少。混凝土微观结构的变化与其宏观力学性能一致，说明了再碱化可以一定程度的修复高温作用后混凝土的力学性能，同时改善混凝土的耐久性能。
2013, 30(6): 212-216.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0109
摘要:
以国产桥梁用高性能钢HPS485W为研究对象，对7.5mm、12.5mm和19.5mm的HPS485W紧凑拉伸试样分别在应力比R=0.1、R=0.5和R=0.8的疲劳荷载下进行疲劳裂纹扩展速率(da/dN)试验，采用七点递增多项式的方法进行局部拟合求得试样的疲劳裂纹扩展速率。与传统桥梁用钢14MnNb相比，该文试验测得高性能钢HPS485W具有更优越的忍受疲劳裂纹扩展能力。试验结果表明：试样厚度是影响疲劳裂纹扩展速率的关键因素；对同一厚度的试样，疲劳裂纹扩展速率随着应力比R的增大而增大。此外，对19.5mm试样在荷载比R=0.1的情况下，进行工程门槛值的试验测定和理论门槛值的数值求解，分析求得19.5mm的HPS485W的理论门槛值为7.22MPa·m1/2。该文试验得到的HPS485W疲劳裂纹扩展曲线，可用于高性能钢桥的抗疲劳、防断裂设计与寿命预测。
以国产桥梁用高性能钢HPS485W为研究对象，对7.5mm、12.5mm和19.5mm的HPS485W紧凑拉伸试样分别在应力比R=0.1、R=0.5和R=0.8的疲劳荷载下进行疲劳裂纹扩展速率(da/dN)试验，采用七点递增多项式的方法进行局部拟合求得试样的疲劳裂纹扩展速率。与传统桥梁用钢14MnNb相比，该文试验测得高性能钢HPS485W具有更优越的忍受疲劳裂纹扩展能力。试验结果表明：试样厚度是影响疲劳裂纹扩展速率的关键因素；对同一厚度的试样，疲劳裂纹扩展速率随着应力比R的增大而增大。此外，对19.5mm试样在荷载比R=0.1的情况下，进行工程门槛值的试验测定和理论门槛值的数值求解，分析求得19.5mm的HPS485W的理论门槛值为7.22MPa·m1/2。该文试验得到的HPS485W疲劳裂纹扩展曲线，可用于高性能钢桥的抗疲劳、防断裂设计与寿命预测。
2013, 30(6): 217-222.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0116
摘要:
考虑剪力墙剪切变形影响、连梁固接连接条件，基于Timoshenko两广义位移梁理论，建立了框架-剪力墙结构分析方法。当连梁约束抗弯刚度为0时固接体系可退化成铰接体系、当剪力墙抗剪刚度趋于无穷大时弯剪型剪力墙可退化为不考虑剪切变形的弯曲型剪力墙，因此该文方法可适应多种模型的计算。导出了三角形分布荷载、均布荷载和顶部集中荷载作用下挠度、转角、剪力墙弯矩和剪力、框架剪力的计算公式。计算公式表明：“框架广义剪力按框架抗推刚度和连梁约束抗弯刚度比分配”的结论在考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙固接体系中不成立。通过算例讨论了框架-剪力墙的变形和内力分布，得到了连梁约束抗弯刚度显著影响框架-剪力墙的变形和内力分布、框架-剪力墙对剪力墙的抗剪刚度有敏感范围等结论。
考虑剪力墙剪切变形影响、连梁固接连接条件，基于Timoshenko两广义位移梁理论，建立了框架-剪力墙结构分析方法。当连梁约束抗弯刚度为0时固接体系可退化成铰接体系、当剪力墙抗剪刚度趋于无穷大时弯剪型剪力墙可退化为不考虑剪切变形的弯曲型剪力墙，因此该文方法可适应多种模型的计算。导出了三角形分布荷载、均布荷载和顶部集中荷载作用下挠度、转角、剪力墙弯矩和剪力、框架剪力的计算公式。计算公式表明：“框架广义剪力按框架抗推刚度和连梁约束抗弯刚度比分配”的结论在考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙固接体系中不成立。通过算例讨论了框架-剪力墙的变形和内力分布，得到了连梁约束抗弯刚度显著影响框架-剪力墙的变形和内力分布、框架-剪力墙对剪力墙的抗剪刚度有敏感范围等结论。
2013, 30(6): 223-230.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0122
摘要:
该文采用颗粒离散元软件PFC2D，研究了不排水条件高频循环剪切作用下饱和松砂与板桩接触面附近的砂土特性，分析了模型参数对饱和松砂孔隙率和体应变的影响，以及剪切过程中超静孔压的变化规律和砂土颗粒的运动轨迹。结果表明：当颗粒摩擦系数、颗粒刚度、剪切振幅和剪切频率越小或边界围压和接触面摩擦系数越大，饱和松砂的剪缩现象越明显。砂土的孔隙率在作用瞬间减少、然后略有增加后呈下降趋势至稳定；随循环次数增加，砂土中的超静孔压总体上呈增长趋势；砂土颗粒的变位随离开接触面距离的增加而减小。
该文采用颗粒离散元软件PFC2D，研究了不排水条件高频循环剪切作用下饱和松砂与板桩接触面附近的砂土特性，分析了模型参数对饱和松砂孔隙率和体应变的影响，以及剪切过程中超静孔压的变化规律和砂土颗粒的运动轨迹。结果表明：当颗粒摩擦系数、颗粒刚度、剪切振幅和剪切频率越小或边界围压和接触面摩擦系数越大，饱和松砂的剪缩现象越明显。砂土的孔隙率在作用瞬间减少、然后略有增加后呈下降趋势至稳定；随循环次数增加，砂土中的超静孔压总体上呈增长趋势；砂土颗粒的变位随离开接触面距离的增加而减小。
2013, 30(6): 231-235.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0145
摘要:
将无网格法和弥散裂缝模型结合用于裂缝分析时，需要较细密的节点分布。为了准确描述土体裂缝开展，提出了一种无网格自动加密方法。通过在等参单元上布点后变换到实际的背景积分单元中，实现了裂缝开展区域的局部加密。在背景积分单元中使用有限元插值来计算新增节点和高斯积分点的状态变量。将提出的方法与弥散裂缝模型相结合，可用于土体裂缝的分析。对土梁弯曲试验进行模拟计算，验证了方法的有效性。
将无网格法和弥散裂缝模型结合用于裂缝分析时，需要较细密的节点分布。为了准确描述土体裂缝开展，提出了一种无网格自动加密方法。通过在等参单元上布点后变换到实际的背景积分单元中，实现了裂缝开展区域的局部加密。在背景积分单元中使用有限元插值来计算新增节点和高斯积分点的状态变量。将提出的方法与弥散裂缝模型相结合，可用于土体裂缝的分析。对土梁弯曲试验进行模拟计算，验证了方法的有效性。
2013, 30(6): 236-246.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0106
摘要:
通过10片普通钢筋混凝土(RC)梁及4片部分预应力混凝土(PPC)梁采用CFRP板抗剪加固的试验研究和非线性有限元分析，研究不同损伤程度、剪跨比、配箍率及预应力水平等因素对CFRP板加固RC&PPC梁抗剪性能的影响。结果表明：采用CFRP板对RC&PPC梁进行抗剪加固能够有效抑制斜裂缝的开展，提高加固梁斜截面抗剪承载能力，并改善梁的延性；RC梁损伤后加固，随着配箍率的增大以及剪跨比的减小，将提高加固RC梁的斜向开裂荷载、箍筋屈服荷载以及抗剪极限承载能力；随着预应力水平的提高，PPC加固梁的极限承载力增大，CFRP板抗剪加固效果比较显著；非线性有限元模型能够预测CFRP加固RC/PPC梁的抗剪性能，有限元计算结果与试验结果吻合良好；在进行CFRP板抗剪加固设计时，应对CFRP板的强度进行有效折减。
通过10片普通钢筋混凝土(RC)梁及4片部分预应力混凝土(PPC)梁采用CFRP板抗剪加固的试验研究和非线性有限元分析，研究不同损伤程度、剪跨比、配箍率及预应力水平等因素对CFRP板加固RC&PPC梁抗剪性能的影响。结果表明：采用CFRP板对RC&PPC梁进行抗剪加固能够有效抑制斜裂缝的开展，提高加固梁斜截面抗剪承载能力，并改善梁的延性；RC梁损伤后加固，随着配箍率的增大以及剪跨比的减小，将提高加固RC梁的斜向开裂荷载、箍筋屈服荷载以及抗剪极限承载能力；随着预应力水平的提高，PPC加固梁的极限承载力增大，CFRP板抗剪加固效果比较显著；非线性有限元模型能够预测CFRP加固RC/PPC梁的抗剪性能，有限元计算结果与试验结果吻合良好；在进行CFRP板抗剪加固设计时，应对CFRP板的强度进行有效折减。
2013, 30(6): 247-253.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0144
摘要:
该文对半刚性基层沥青路面结构采用弹性层状体系平面应变分析模型，利用改进的Williams级数，结合广义参数有限元法和常规等参元，建立了反射裂缝裂尖应力强度因子分析的广义参数Williams单元，并推导了Williams单元的刚度方程，据此研究了正对称荷载和偏载分别作用时，反射裂缝扩展过程中应力强度因子的变化规律；重点分析了偏载作用下路面结构层参数与应力强度因子之间的关系。Williams单元中含有与应力强度因子相关的参数，可以直接获得裂尖应力强度因子。算例分析表明：Williams单元与传统方法的计算结果吻合较好，且格式简单，计算精度高，适用于沥青路面反射裂缝扩展过程分析。
该文对半刚性基层沥青路面结构采用弹性层状体系平面应变分析模型，利用改进的Williams级数，结合广义参数有限元法和常规等参元，建立了反射裂缝裂尖应力强度因子分析的广义参数Williams单元，并推导了Williams单元的刚度方程，据此研究了正对称荷载和偏载分别作用时，反射裂缝扩展过程中应力强度因子的变化规律；重点分析了偏载作用下路面结构层参数与应力强度因子之间的关系。Williams单元中含有与应力强度因子相关的参数，可以直接获得裂尖应力强度因子。算例分析表明：Williams单元与传统方法的计算结果吻合较好，且格式简单，计算精度高，适用于沥青路面反射裂缝扩展过程分析。
2013, 30(6): 254-258.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.05.0314
摘要:
为了研究扣件弹条在高速列车动荷载作用下的振动特性，以我国高速铁路采用的Vossloh扣件弹条为研究对象，采用ABAQUS有限元软件建立详细的扣件系统有限元模型，基于非线性接触理论与车辆-轨道耦合动力学理论，研究弹条在安装过程中的受力及列车动荷载作用下的振动特性，并与现场实测结果进行了对比验证。结果表明：螺栓预压力施加到33kN时，弹条达到正常安装状态，此时弹条中圈环位移为20.3mm，弹条扣压力为13.8kN；考虑钢轨波磨情况下，弹条加速度和振动位移最大值分别约为3g、0.05mm，计算结果与实测结果在振动形态与幅值上均基本一致，弹条振动加速度与不考虑钢轨波磨下的结果相比约增大10倍，明显加剧了扣件弹条的振动，从而会加速弹条的疲劳损伤。
为了研究扣件弹条在高速列车动荷载作用下的振动特性，以我国高速铁路采用的Vossloh扣件弹条为研究对象，采用ABAQUS有限元软件建立详细的扣件系统有限元模型，基于非线性接触理论与车辆-轨道耦合动力学理论，研究弹条在安装过程中的受力及列车动荷载作用下的振动特性，并与现场实测结果进行了对比验证。结果表明：螺栓预压力施加到33kN时，弹条达到正常安装状态，此时弹条中圈环位移为20.3mm，弹条扣压力为13.8kN；考虑钢轨波磨情况下，弹条加速度和振动位移最大值分别约为3g、0.05mm，计算结果与实测结果在振动形态与幅值上均基本一致，弹条振动加速度与不考虑钢轨波磨下的结果相比约增大10倍，明显加剧了扣件弹条的振动，从而会加速弹条的疲劳损伤。
2013, 30(6): 269-274.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.08.0630
摘要:
涡激振动是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动，是大跨度桥梁抗风设计中的重要环节。为了有效抑制桥梁的涡激振动，研究了TMD对桥梁涡激振动的控制。建立了桥梁与TMD组成的振动系统的运动方程，在复频率里对运动方程进行求解，推导了振动系统的频率响应函数，给出了TMD参数优化设计的方法。以一大跨度悬索桥为实例，对该悬索桥进行了1∶20的大节段模型涡激振动风洞试验，获取了桥梁的涡激振动气动参数，分析了TMD对桥梁涡激振动的控制。TMD参数优化结果表明：质量比越大，控制率越高，但工程中应综合经济性等因素考虑合适的质量比；TMD质量比一定时，TMD与桥梁的频率比趋近于1附近，相位差趋近于π/2附近，控制率较高；当桥梁主梁高度对TMD行程有限制时，涡振控制效果将受到影响，利用TMD进行桥梁涡激振动控制需结合TMD的行程来综合考虑参数的优化取值；就本桥而言，当按质量比为1%设计TMD最优参数时，在整个涡振区风速范围内，桥梁的涡激振动都得到了有效的抑制。
涡激振动是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动，是大跨度桥梁抗风设计中的重要环节。为了有效抑制桥梁的涡激振动，研究了TMD对桥梁涡激振动的控制。建立了桥梁与TMD组成的振动系统的运动方程，在复频率里对运动方程进行求解，推导了振动系统的频率响应函数，给出了TMD参数优化设计的方法。以一大跨度悬索桥为实例，对该悬索桥进行了1∶20的大节段模型涡激振动风洞试验，获取了桥梁的涡激振动气动参数，分析了TMD对桥梁涡激振动的控制。TMD参数优化结果表明：质量比越大，控制率越高，但工程中应综合经济性等因素考虑合适的质量比；TMD质量比一定时，TMD与桥梁的频率比趋近于1附近，相位差趋近于π/2附近，控制率较高；当桥梁主梁高度对TMD行程有限制时，涡振控制效果将受到影响，利用TMD进行桥梁涡激振动控制需结合TMD的行程来综合考虑参数的优化取值；就本桥而言，当按质量比为1%设计TMD最优参数时，在整个涡振区风速范围内，桥梁的涡激振动都得到了有效的抑制。
2013, 30(6): 281-287.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.01.0004
摘要:
该文基于柔性多体动力学理论，在自主研发的多体系统程序中，建立了某大型船用柴油机曲轴的柔性多体动力学仿真模型。其中采用基于绝对节点坐标的三维实体单元和基于有限段法的梁单元分别对曲柄和主轴颈进行建模，利用约束方程将发动机曲柄连杆机构的各部件进行组装，并考虑了轴承的弹性和非线性。对曲轴进行了约束模态分析和动力学仿真分析，计算了主轴承的载荷和轴颈的位移，得到了曲轴的动应力分布规律并进行了其强度校核。结果表明基于绝对节点坐标法的柔性多体系统的动力学建模和仿真计算的实现为柴油机的改进和设计提供了理论依据。
该文基于柔性多体动力学理论，在自主研发的多体系统程序中，建立了某大型船用柴油机曲轴的柔性多体动力学仿真模型。其中采用基于绝对节点坐标的三维实体单元和基于有限段法的梁单元分别对曲柄和主轴颈进行建模，利用约束方程将发动机曲柄连杆机构的各部件进行组装，并考虑了轴承的弹性和非线性。对曲轴进行了约束模态分析和动力学仿真分析，计算了主轴承的载荷和轴颈的位移，得到了曲轴的动应力分布规律并进行了其强度校核。结果表明基于绝对节点坐标法的柔性多体系统的动力学建模和仿真计算的实现为柴油机的改进和设计提供了理论依据。
2013, 30(6): 295-300.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0084
摘要:
采用移动最小二乘(movingleastsquares，MLS)修正的光滑粒子流体动力学(smoothedparticlehydrodynamics，SPH)算法模拟了一个强制旋转动边界问题模型。提出了一种施加强制旋转粒子动边界方案。阐述了修正方法的原理并给出了具体的修正操作方法。同时，还构建了静边界模型，并分别使用修正的SPH以及商业软件FLUENT计算。对计算结果的比较分析表明：该修正SPH方法，能够消除压力振荡；该方法及动边界处理方案可以有效计算该强制动边界问题，为进一步计算更加复杂模型奠定了理论基础。同时，该方法对于不同领域中的动边界问题也具有一定参考价值。
采用移动最小二乘(movingleastsquares，MLS)修正的光滑粒子流体动力学(smoothedparticlehydrodynamics，SPH)算法模拟了一个强制旋转动边界问题模型。提出了一种施加强制旋转粒子动边界方案。阐述了修正方法的原理并给出了具体的修正操作方法。同时，还构建了静边界模型，并分别使用修正的SPH以及商业软件FLUENT计算。对计算结果的比较分析表明：该修正SPH方法，能够消除压力振荡；该方法及动边界处理方案可以有效计算该强制动边界问题，为进一步计算更加复杂模型奠定了理论基础。同时，该方法对于不同领域中的动边界问题也具有一定参考价值。
2013, 30(6): 301-307.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0100
摘要:
为了获得木薯块根挖掘铲作业时挖掘铲与土壤的作用过程、块根应力变化过程和挖掘铲各结构参数对作业质量的影响规律，该文采用ANSYS/LS-DYNA显式动力学仿真软件，利用拉格朗日算法和光滑粒子流体动力学(Smoothedparticlehydrodynamics,SPH)算法相结合的方法及修正的摩尔-库仑屈服准则，建立挖掘铲-茎秆-块根-土壤系统的动力学可视化仿真模型，对块根挖掘松土过程进行数值模拟分析，在微观层次上研究了挖掘铲的松土机理、土壤的变形、破裂、疏松过程和块根的应力变化过程，同时，采用单因素试验方法，研究了挖掘铲结构参数对牵引阻力、松土效果及块根有效应力的影响规律。结果表明：土壤被铲尖抬起，产生弯折、剪切破裂是挖掘作业土壤疏松的主要原因；在挖掘松土过程中，块根受土壤挤压产生弯曲变形。入土角和铲宽增大，牵引阻力增大，松土程度增加，但块根的弯曲变形也增大，有效应力增大，块根易产生折断，造成收获损失，而翼张角增大，牵引阻力减小，松土程度减小。
为了获得木薯块根挖掘铲作业时挖掘铲与土壤的作用过程、块根应力变化过程和挖掘铲各结构参数对作业质量的影响规律，该文采用ANSYS/LS-DYNA显式动力学仿真软件，利用拉格朗日算法和光滑粒子流体动力学(Smoothedparticlehydrodynamics,SPH)算法相结合的方法及修正的摩尔-库仑屈服准则，建立挖掘铲-茎秆-块根-土壤系统的动力学可视化仿真模型，对块根挖掘松土过程进行数值模拟分析，在微观层次上研究了挖掘铲的松土机理、土壤的变形、破裂、疏松过程和块根的应力变化过程，同时，采用单因素试验方法，研究了挖掘铲结构参数对牵引阻力、松土效果及块根有效应力的影响规律。结果表明：土壤被铲尖抬起，产生弯折、剪切破裂是挖掘作业土壤疏松的主要原因；在挖掘松土过程中，块根受土壤挤压产生弯曲变形。入土角和铲宽增大，牵引阻力增大，松土程度增加，但块根的弯曲变形也增大，有效应力增大，块根易产生折断，造成收获损失，而翼张角增大，牵引阻力减小，松土程度减小。
2013, 30(6): 308-312.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.05.0317
摘要:
该文重点讨论了前支架对炮口振动水平的影响以及前支架设计的改进。首先采用有限元法，计算了火炮工作过程中结构的瞬态响应，得到了炮口的振动特性曲线；其次，通过参数分析，明确了对发射精度可能产生影响的火炮结构参数及其对炮口振动的影响。研究表明，前支点的位置及前支架的刚度对炮口振动有显著影响。以炮口最大振幅最小为目标，以支架构件尺寸和前支点位置等为设计参数，获得了合适的前置点位置和前支架构件尺寸，新设计的振动幅值显著降低。
该文重点讨论了前支架对炮口振动水平的影响以及前支架设计的改进。首先采用有限元法，计算了火炮工作过程中结构的瞬态响应，得到了炮口的振动特性曲线；其次，通过参数分析，明确了对发射精度可能产生影响的火炮结构参数及其对炮口振动的影响。研究表明，前支点的位置及前支架的刚度对炮口振动有显著影响。以炮口最大振幅最小为目标，以支架构件尺寸和前支点位置等为设计参数，获得了合适的前置点位置和前支架构件尺寸，新设计的振动幅值显著降低。
2013, 30(6): 313-320.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0069
摘要:
针对方形升降式网箱在接近下沉临界状态时极易发生整体侧倾覆而导致下沉失败的关键技术难题，通过对升降式网箱下沉过程的动态变化研究，全面分析了引起网箱侧翻的内外影响因素，探明了风浪流作用和网箱水下配重导致的倾覆转动力矩是造成其侧倾覆的主要外内在原因；并采取相应技术手段，在原有方形升降式网箱的结构基础上，构建了网衣十字交叉网筋和网底刚性支撑杆组件组成的防倾覆装置系统，改变了网箱下沉倾斜过程的受力状态，实现了网箱在恶劣海况条件下的稳定下沉。试验与模拟结果显示，对于配置有防倾覆装置的正方体型升降式网箱系统，其下沉稳定倾角不大于27°，从而为方形升降式网箱动态下沉自平衡技术的创立和完善提供理论依据和方法。
针对方形升降式网箱在接近下沉临界状态时极易发生整体侧倾覆而导致下沉失败的关键技术难题，通过对升降式网箱下沉过程的动态变化研究，全面分析了引起网箱侧翻的内外影响因素，探明了风浪流作用和网箱水下配重导致的倾覆转动力矩是造成其侧倾覆的主要外内在原因；并采取相应技术手段，在原有方形升降式网箱的结构基础上，构建了网衣十字交叉网筋和网底刚性支撑杆组件组成的防倾覆装置系统，改变了网箱下沉倾斜过程的受力状态，实现了网箱在恶劣海况条件下的稳定下沉。试验与模拟结果显示，对于配置有防倾覆装置的正方体型升降式网箱系统，其下沉稳定倾角不大于27°，从而为方形升降式网箱动态下沉自平衡技术的创立和完善提供理论依据和方法。
2013, 30(6): 321-326.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0095
摘要:
该文采用数值方法，对四分裂导线上风荷载进行了计算，分析了导线相对位置、风速、风向角和直径等因素对导向上的升力系数和拖曳阻力系数的影响。结果表明，当导线上下运动时，导线上的升力和阻力系数呈对称分布，距离越远，阻力系数越大，升力系数越小；导线水平距离变化时，水平距离增大，升力系数减小；当导线发生转动，转角为30°时，升力系数和阻力系数存在一个最小值；随着直径和风速的增大，导线的升力和阻力系数均增大。最后将计算结果与实验结果对比，验证了该文计算结果的可靠性。该研究结果可以为工程应用提供理论参考。
该文采用数值方法，对四分裂导线上风荷载进行了计算，分析了导线相对位置、风速、风向角和直径等因素对导向上的升力系数和拖曳阻力系数的影响。结果表明，当导线上下运动时，导线上的升力和阻力系数呈对称分布，距离越远，阻力系数越大，升力系数越小；导线水平距离变化时，水平距离增大，升力系数减小；当导线发生转动，转角为30°时，升力系数和阻力系数存在一个最小值；随着直径和风速的增大，导线的升力和阻力系数均增大。最后将计算结果与实验结果对比，验证了该文计算结果的可靠性。该研究结果可以为工程应用提供理论参考。
2013, 30(6): 327-333.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0101
摘要:
该文利用积分变换和奇异积分方程技术研究压电压磁双材料界面裂纹在磁导、电位移和机械载荷作用下的二维断裂问题。本文仅考虑四种理想的裂纹面电磁边界条件即磁电不导通(情形1)、磁导通电不导通(情形2)、磁不导通电导通(情形3)和磁电导通(情形4)。导出了应力强度因子(SIF)和能量释放率(ERR)的表达式，给出了ERR的大量数值结果，并与已有结果进行了对比。研究成果对压电压磁多层复合结构的设计具有理论与应用价值。
该文利用积分变换和奇异积分方程技术研究压电压磁双材料界面裂纹在磁导、电位移和机械载荷作用下的二维断裂问题。本文仅考虑四种理想的裂纹面电磁边界条件即磁电不导通(情形1)、磁导通电不导通(情形2)、磁不导通电导通(情形3)和磁电导通(情形4)。导出了应力强度因子(SIF)和能量释放率(ERR)的表达式，给出了ERR的大量数值结果，并与已有结果进行了对比。研究成果对压电压磁多层复合结构的设计具有理论与应用价值。
2013, 30(6): 334-339.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.02.0115
摘要:
基于经典壳体理论，推导了热环境下，流场中功能梯度圆柱壳的受迫振动方程，研究了不同温度分布方式、壳体材料参数以及周围流场参数对功能梯度圆柱壳声辐射特性的影响。研究结果表明：温度变化会引起功能梯度圆柱壳材料特性的改变，在壳体内产生热应力，影响流场中壳体的声辐射特性。温度变化对不同频段壳体辐射声功率的影响不同。重流体中，温度变化对声功率的影响随着频率的增高而增大；轻流体中，温度升高使频率较低时的声功率峰值向低频方向移动，且峰值减小，当接近环频率时，随着温度升高，辐射声功率下降。均匀升温对壳体声辐射特性的影响高于非均匀升温。非均匀升温时，重流体中体积分数指数对辐射声功率的影响比轻流体中更明显，且主要体现在对峰值位置的影响。
基于经典壳体理论，推导了热环境下，流场中功能梯度圆柱壳的受迫振动方程，研究了不同温度分布方式、壳体材料参数以及周围流场参数对功能梯度圆柱壳声辐射特性的影响。研究结果表明：温度变化会引起功能梯度圆柱壳材料特性的改变，在壳体内产生热应力，影响流场中壳体的声辐射特性。温度变化对不同频段壳体辐射声功率的影响不同。重流体中，温度变化对声功率的影响随着频率的增高而增大；轻流体中，温度升高使频率较低时的声功率峰值向低频方向移动，且峰值减小，当接近环频率时，随着温度升高，辐射声功率下降。均匀升温对壳体声辐射特性的影响高于非均匀升温。非均匀升温时，重流体中体积分数指数对辐射声功率的影响比轻流体中更明显，且主要体现在对峰值位置的影响。
2013, 30(6): 346-352.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.03.0147
摘要:
为了检测帐篷结构的抗风能力，需建立相应的吹风试验系统。采用标准湍流模型对拟建立吹风试验系统中螺旋桨风机的气流速度场进行了三维实尺度数值模拟。分析了单风机和不同轴心间距时双风机的气流速度分布规律。结果表明单风机气流速度峰值位于风机轴心线上，风速沿流向逐渐减小。双风机气流速度关于通过风机轴心连线中点的垂面呈对称分布，气流速度叠加范围沿流向逐渐增大，距风机出口越远，风速分布越均匀。在通过风机轴心的垂面之间，风速沿流向逐渐增大，至距风机出口13~15m远处开始下降。双风机形成的气流速度在距风机12.2m远处的4m×7m矩形区域上分布均匀，风速值均大于20m/s。风机轴心间距为4m时，4m×7m矩形区域角点处均风速值较大。
为了检测帐篷结构的抗风能力，需建立相应的吹风试验系统。采用标准湍流模型对拟建立吹风试验系统中螺旋桨风机的气流速度场进行了三维实尺度数值模拟。分析了单风机和不同轴心间距时双风机的气流速度分布规律。结果表明单风机气流速度峰值位于风机轴心线上，风速沿流向逐渐减小。双风机气流速度关于通过风机轴心连线中点的垂面呈对称分布，气流速度叠加范围沿流向逐渐增大，距风机出口越远，风速分布越均匀。在通过风机轴心的垂面之间，风速沿流向逐渐增大，至距风机出口13~15m远处开始下降。双风机形成的气流速度在距风机12.2m远处的4m×7m矩形区域上分布均匀，风速值均大于20m/s。风机轴心间距为4m时，4m×7m矩形区域角点处均风速值较大。
