2017年 第34卷 第3期
2017, 34(3): 1-14.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.10.0763
摘要：
作为工程和科学计算的主要工具，有限元方法已经得到了广泛的应用，但是仍然受到网格畸变敏感等固有难题的困扰，并且一直没有能够彻底根治。该文系统介绍了新型有限元方法——形状自由的高性能有限元方法研究的最新进展，包括平面问题和二维断裂问题的杂交应力函数有限元方法，中厚板问题的杂交位移函数有限元法，平面和三维问题的新型非对称有限元方法。这些方法在已有的杂交应力元法和非对称有限元法基础上，综合利用了解析试函数法、新型自然坐标方法、广义协调方法等先进技术，获得重要进展：所发展的单元模型精度高且稳定，在网格极端畸变的情况下仍可保持原有精度，具有形状自由的优异特性；同时破解了MacNeal局限定理，解决了中厚板边缘效应计算等难题。论文的最后对上述方法的特点以及后续的研究工作进行了讨论。
作为工程和科学计算的主要工具，有限元方法已经得到了广泛的应用，但是仍然受到网格畸变敏感等固有难题的困扰，并且一直没有能够彻底根治。该文系统介绍了新型有限元方法——形状自由的高性能有限元方法研究的最新进展，包括平面问题和二维断裂问题的杂交应力函数有限元方法，中厚板问题的杂交位移函数有限元法，平面和三维问题的新型非对称有限元方法。这些方法在已有的杂交应力元法和非对称有限元法基础上，综合利用了解析试函数法、新型自然坐标方法、广义协调方法等先进技术，获得重要进展：所发展的单元模型精度高且稳定，在网格极端畸变的情况下仍可保持原有精度，具有形状自由的优异特性；同时破解了MacNeal局限定理，解决了中厚板边缘效应计算等难题。论文的最后对上述方法的特点以及后续的研究工作进行了讨论。
2017, 34(3): 15-21.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0742
摘要：
功能梯度材料的数值分析通常模型化为材料参数如弹性模量在空间的梯度分布，这将导致更为复杂的应力场，给数值求解带来一定困难。高阶无网格法能更精确地反映应力场，然而过多的积分点导致其计算效率低下。该文将原本针对均匀材料发展的二阶一致无网格法直接应用于功能梯度材料。数值结果表明，它大幅度减少了所需的积分点数目，同时仍然保持高阶无网格法的高精度和高收敛性，因而显著改善了无网格法分析功能梯度材料的计算效率。
功能梯度材料的数值分析通常模型化为材料参数如弹性模量在空间的梯度分布，这将导致更为复杂的应力场，给数值求解带来一定困难。高阶无网格法能更精确地反映应力场，然而过多的积分点导致其计算效率低下。该文将原本针对均匀材料发展的二阶一致无网格法直接应用于功能梯度材料。数值结果表明，它大幅度减少了所需的积分点数目，同时仍然保持高阶无网格法的高精度和高收敛性，因而显著改善了无网格法分析功能梯度材料的计算效率。
2017, 34(3): 22-28.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0757
摘要：
现有的桥梁噪声预测方法大多仅考虑一跨桥梁的噪声辐射而忽略了相邻跨桥梁的影响。提出了预测多跨桥梁低频噪声的方法：首先，通过车辆-轨道-桥梁动力相互作用分析计算了列车通过多跨桥时的桥梁响应；然后，采用2.5维边界元方法获得多跨桥梁的声模态传递向量；最后结合桥梁动力响应和声模态传递向量求得多跨桥梁的总辐射噪声。以某轨道交通U梁为研究对象，对比了采用多跨桥梁模型、单跨桥梁模型的计算声压结果的异同，并与实测值进行比较，明确了在预测远场噪声时必须采用多跨桥梁计算模型。研究表明，多跨桥梁的辐射噪声沿桥梁纵向分布较为均匀，在现场实测时可选取任意横断面位置进行噪声测试。
现有的桥梁噪声预测方法大多仅考虑一跨桥梁的噪声辐射而忽略了相邻跨桥梁的影响。提出了预测多跨桥梁低频噪声的方法：首先，通过车辆-轨道-桥梁动力相互作用分析计算了列车通过多跨桥时的桥梁响应；然后，采用2.5维边界元方法获得多跨桥梁的声模态传递向量；最后结合桥梁动力响应和声模态传递向量求得多跨桥梁的总辐射噪声。以某轨道交通U梁为研究对象，对比了采用多跨桥梁模型、单跨桥梁模型的计算声压结果的异同，并与实测值进行比较，明确了在预测远场噪声时必须采用多跨桥梁计算模型。研究表明，多跨桥梁的辐射噪声沿桥梁纵向分布较为均匀，在现场实测时可选取任意横断面位置进行噪声测试。
2017, 34(3): 29-35.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0786
摘要：
利用57 mm口径一级轻气炮，飞片选用有机玻璃，对密度1.8 g/cm3、饱和度22%的重塑黄土，进行了一系列一维应变实验。通过在重塑黄土试样内布设多根Π形电磁粒子速度计，直接测得了多个粒子速度波形。该文详细介绍了一维应变条件下Lagrange分析方法的理论推导及求解过程，并对实测粒子速度波形进行了Lagrange分析，得到了加、卸载全过程的应力、应变波形。给出了3发不同压力条件下重塑黄土的应力-应变关系曲线，揭示了重塑黄土介质的本构滞回效应。并使用该应力-应变关系对试样内应力波传播过程进行了反分析，最后对Lagrange分析过程中遇到的问题进行了讨论。
利用57 mm口径一级轻气炮，飞片选用有机玻璃，对密度1.8 g/cm3、饱和度22%的重塑黄土，进行了一系列一维应变实验。通过在重塑黄土试样内布设多根Π形电磁粒子速度计，直接测得了多个粒子速度波形。该文详细介绍了一维应变条件下Lagrange分析方法的理论推导及求解过程，并对实测粒子速度波形进行了Lagrange分析，得到了加、卸载全过程的应力、应变波形。给出了3发不同压力条件下重塑黄土的应力-应变关系曲线，揭示了重塑黄土介质的本构滞回效应。并使用该应力-应变关系对试样内应力波传播过程进行了反分析，最后对Lagrange分析过程中遇到的问题进行了讨论。
2017, 34(3): 36-46.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.03.0192
摘要：
“屈服点”是工程结构研究和设计中一个极为关键的性能点，是衡量延性、屈强比等性能的前提，但在当前结构设计中尚缺少统一的定义。随着新型结构材料的不断出现，新的构件行为也在不断出现，作图法、等能量法、残余塑性变形法等确定屈服点的方法不能适用。该文首先从材料层次基于金属单轴拉伸屈服点的定义，给出了金属、混凝土和纤维增强复合材料等典型材料的屈服点定义的统一表述；再从构件和结构层次，基于应用条件与物理本质，明确了屈服点的定义方法，为新型材料构件、结构设计提供了依据，并对钢筋混凝土梁和短柱使用此方法进行了讨论。此外，还建议采用“最远点法”确定构件和结构的屈服点，该方法具有明确的物理含义，且适用性广、适合于电算。通过分析构件和结构的试验结果表明建议的屈服定义和提出的最远点法具有一致性和合理性，从而从基本原理和定义方法上明确了材料、构件和结构屈服点。
“屈服点”是工程结构研究和设计中一个极为关键的性能点，是衡量延性、屈强比等性能的前提，但在当前结构设计中尚缺少统一的定义。随着新型结构材料的不断出现，新的构件行为也在不断出现，作图法、等能量法、残余塑性变形法等确定屈服点的方法不能适用。该文首先从材料层次基于金属单轴拉伸屈服点的定义，给出了金属、混凝土和纤维增强复合材料等典型材料的屈服点定义的统一表述；再从构件和结构层次，基于应用条件与物理本质，明确了屈服点的定义方法，为新型材料构件、结构设计提供了依据，并对钢筋混凝土梁和短柱使用此方法进行了讨论。此外，还建议采用“最远点法”确定构件和结构的屈服点，该方法具有明确的物理含义，且适用性广、适合于电算。通过分析构件和结构的试验结果表明建议的屈服定义和提出的最远点法具有一致性和合理性，从而从基本原理和定义方法上明确了材料、构件和结构屈服点。
2017, 34(3): 47-53,114.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.03.0206
摘要：
为定量评估余震对主震损伤结构所造成的二次损伤，该文对主余震序列型地震动的增量损伤谱进行了研究。挑选533条真实主余震序列作为输入，采用Park-Ang（1985）损伤指数定义地震损伤，通过计算结构在主震和主余震序列作用下的损伤差值，定量评价余震对结构所造成的增量损伤。研究结果表明：余震对主震损伤结构所造成的增量损伤的变异性较强。某些主余震序列会对结构造成非常显著的增量损伤，而某些主余震序列却不会对结构造成明显的增量损伤。相比于短周期结构，中长周期结构在主余震序列作用下的增量损伤更大。若主震卓越周期高于余震卓越周期，则该主余震序列可视为不利主余震序列，对结构可能造成较大增量损伤。
为定量评估余震对主震损伤结构所造成的二次损伤，该文对主余震序列型地震动的增量损伤谱进行了研究。挑选533条真实主余震序列作为输入，采用Park-Ang（1985）损伤指数定义地震损伤，通过计算结构在主震和主余震序列作用下的损伤差值，定量评价余震对结构所造成的增量损伤。研究结果表明：余震对主震损伤结构所造成的增量损伤的变异性较强。某些主余震序列会对结构造成非常显著的增量损伤，而某些主余震序列却不会对结构造成明显的增量损伤。相比于短周期结构，中长周期结构在主余震序列作用下的增量损伤更大。若主震卓越周期高于余震卓越周期，则该主余震序列可视为不利主余震序列，对结构可能造成较大增量损伤。
2017, 34(3): 54-61.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0743
摘要：
以广义概率密度演化方程为核心的概率密度演化方法可应用于一般随机动力系统的反应分析与可靠度评价。该文基于随机地震动作用下模型结构振动台试验实测数据，将试验模型典型动力响应的样本集合直接统计结果与概率密度演化分析结果进行对比，以从试验角度验证概率密度演化方法的正确性。研究结果表明，概率密度演化分析结果，无论从均值与标准差过程，还是典型时刻的概率分布上，均分别与样本统计结果吻合良好，从而证明了概率密度演化方法在随机动力系统分析中的精确性与可靠性。
以广义概率密度演化方程为核心的概率密度演化方法可应用于一般随机动力系统的反应分析与可靠度评价。该文基于随机地震动作用下模型结构振动台试验实测数据，将试验模型典型动力响应的样本集合直接统计结果与概率密度演化分析结果进行对比，以从试验角度验证概率密度演化方法的正确性。研究结果表明，概率密度演化分析结果，无论从均值与标准差过程，还是典型时刻的概率分布上，均分别与样本统计结果吻合良好，从而证明了概率密度演化方法在随机动力系统分析中的精确性与可靠性。
2017, 34(3): 61-67.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0750
摘要：
通过5种配合比混凝土的试验，探究了不同强度等级混凝土-190℃超低温下的受压强度性能。结果表明，-190℃时混凝土受压的宏观试验现象较常温明显地不同。破坏时脆性均显著，但破坏形态却基本相同。所有试件混凝土-190℃时的受压强度均显著地提高，但混凝土的强度等级对其影响较大，并且还取决于混凝土的含水率。该次试验的C30和C40混凝土-190℃时受压强度较常温可分别增幅达40%和65%，提高其含水率后竟与C50和C60混凝土增幅相近、达90%以上。根据该次试验结果与已有研究结果给出的不同强度等级混凝土-190℃时受压强度的计算模型，可用于LNG储罐等混凝土结构的设计和安全评估。
通过5种配合比混凝土的试验，探究了不同强度等级混凝土-190℃超低温下的受压强度性能。结果表明，-190℃时混凝土受压的宏观试验现象较常温明显地不同。破坏时脆性均显著，但破坏形态却基本相同。所有试件混凝土-190℃时的受压强度均显著地提高，但混凝土的强度等级对其影响较大，并且还取决于混凝土的含水率。该次试验的C30和C40混凝土-190℃时受压强度较常温可分别增幅达40%和65%，提高其含水率后竟与C50和C60混凝土增幅相近、达90%以上。根据该次试验结果与已有研究结果给出的不同强度等级混凝土-190℃时受压强度的计算模型，可用于LNG储罐等混凝土结构的设计和安全评估。
2017, 34(3): 68-75.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0673
摘要：
在引入最不利输入角度的基础上，运用改进的基于多模态推覆分析法对平面不规则RC框剪结构进行减震设计。首先，利用MATLAB小波变换系数法，判别地震动的最不利输入角度；然后，根据结构提出的性能目标，以多模态推覆分析的设计方法为主，结合能力谱法计算结构所需的附加阻尼比，选择相应的粘滞阻尼器，合理布置阻尼器的位置；最后，利用扭转角能力法对比分析原结构和减震结构的抗扭性能。分析结果表明：对于平面不规则RC框剪结构，地震动输入角度对结构的抗震性能有不可忽略的影响；利用改进的基于多模态推覆分析法对结构进行减震设计后可达到预先提出的性能目标，减小结构的扭转位移比，提高结构的抗震性能。
在引入最不利输入角度的基础上，运用改进的基于多模态推覆分析法对平面不规则RC框剪结构进行减震设计。首先，利用MATLAB小波变换系数法，判别地震动的最不利输入角度；然后，根据结构提出的性能目标，以多模态推覆分析的设计方法为主，结合能力谱法计算结构所需的附加阻尼比，选择相应的粘滞阻尼器，合理布置阻尼器的位置；最后，利用扭转角能力法对比分析原结构和减震结构的抗扭性能。分析结果表明：对于平面不规则RC框剪结构，地震动输入角度对结构的抗震性能有不可忽略的影响；利用改进的基于多模态推覆分析法对结构进行减震设计后可达到预先提出的性能目标，减小结构的扭转位移比，提高结构的抗震性能。
2017, 34(3): 76-83.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0686
摘要：
钢管铅阻尼器端部构造形式直接影响其破坏形式及力学性能。该文首先对钢管铅阻尼器钢管过渡段构造形式进行改进，提出一种新的构造形式；其次，建立钢管铅阻尼器的有限元模型，提出适合钢管铅阻尼器的金属材料随动强化混合模型参数的计算公式，开发了便于准确、快速建立钢管铅阻尼器有限元模型的参数化建模平台；再次，对比有限元分析与钢管铅阻尼器试验的结果，验证有限元模型的可靠性；最后，采用该有限元模型对改进的构造形式进行分析。研究结果表明：1）钢管铅阻尼器外钢管过渡段采用新的构造形式，能够增加过渡段强度，有效控制阻尼器塑性分布，使得阻尼器的变形和耗能集中在中部，防止阻尼器由于端部连接破坏而使阻尼器过早退出工作；2）采用该文提出的金属材料随动强化混合模型参数计算公式所建立的钢管铅阻尼器有限元模型，计算结果与试验结果吻合良好；3）钢管铅阻尼器参数化建模平台可以准确、快速建立不同构造参数的钢管铅阻尼器有限元模型，为大批量参数分析提供高效、可靠的工具。
钢管铅阻尼器端部构造形式直接影响其破坏形式及力学性能。该文首先对钢管铅阻尼器钢管过渡段构造形式进行改进，提出一种新的构造形式；其次，建立钢管铅阻尼器的有限元模型，提出适合钢管铅阻尼器的金属材料随动强化混合模型参数的计算公式，开发了便于准确、快速建立钢管铅阻尼器有限元模型的参数化建模平台；再次，对比有限元分析与钢管铅阻尼器试验的结果，验证有限元模型的可靠性；最后，采用该有限元模型对改进的构造形式进行分析。研究结果表明：1）钢管铅阻尼器外钢管过渡段采用新的构造形式，能够增加过渡段强度，有效控制阻尼器塑性分布，使得阻尼器的变形和耗能集中在中部，防止阻尼器由于端部连接破坏而使阻尼器过早退出工作；2）采用该文提出的金属材料随动强化混合模型参数计算公式所建立的钢管铅阻尼器有限元模型，计算结果与试验结果吻合良好；3）钢管铅阻尼器参数化建模平台可以准确、快速建立不同构造参数的钢管铅阻尼器有限元模型，为大批量参数分析提供高效、可靠的工具。
2017, 34(3): 84-92.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0694
摘要：
混凝土的扩散渗透性能与其微观结构（包括细观尺度上粗骨料颗粒与砂浆之间的界面过渡区及砂浆本身的微观结构等）密切相关。在微观尺度上，砂浆和界面过渡区均可视为由无孔砂浆基质和孔隙水夹杂相组成的两相复合材料，二者的主要区别表现为孔隙率不同。在外荷载作用下，砂浆和界面过渡区的毛细孔隙率及孔隙连通性会发生改变，从而改变混凝土的扩散渗透性能。基于此，该文建立了低应力水平下混凝土中氯离子扩散行为多尺度理论分析方法，获得了混凝土表观扩散系数与外荷载（以体应变表征）及砂浆和界面过渡区当前孔隙率的定量关系。分析所采用的主要参数为砂浆和界面过渡区的毛细孔隙率、无孔砂浆基质和骨料相的力学参数、骨料相和界面过渡区的体积分数、外荷载等。与已有文献数据对比知，该文分析结果与之吻合良好，表明了理论分析方法的合理性与准确性。此外，基于该方法，探讨分析了混凝土微/细观结构对其宏观扩散性能的影响。
混凝土的扩散渗透性能与其微观结构（包括细观尺度上粗骨料颗粒与砂浆之间的界面过渡区及砂浆本身的微观结构等）密切相关。在微观尺度上，砂浆和界面过渡区均可视为由无孔砂浆基质和孔隙水夹杂相组成的两相复合材料，二者的主要区别表现为孔隙率不同。在外荷载作用下，砂浆和界面过渡区的毛细孔隙率及孔隙连通性会发生改变，从而改变混凝土的扩散渗透性能。基于此，该文建立了低应力水平下混凝土中氯离子扩散行为多尺度理论分析方法，获得了混凝土表观扩散系数与外荷载（以体应变表征）及砂浆和界面过渡区当前孔隙率的定量关系。分析所采用的主要参数为砂浆和界面过渡区的毛细孔隙率、无孔砂浆基质和骨料相的力学参数、骨料相和界面过渡区的体积分数、外荷载等。与已有文献数据对比知，该文分析结果与之吻合良好，表明了理论分析方法的合理性与准确性。此外，基于该方法，探讨分析了混凝土微/细观结构对其宏观扩散性能的影响。
2017, 34(3): 93-100.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0666
摘要：
为提高钢管内混凝土（Concrete Filled Steel Tube）的密实度，减小混凝土的收缩，以保证钢管与混凝土更好地共同工作，满足实际工程需要，该文提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱，考虑套箍指标、自应力、混凝土强度等因素，设计制作17根柱试件，通过静力试验研究其轴心受压性能。研究表明：在钢管内浇筑自应力高强混凝土，不但可以补偿混凝土的收缩，而且钢管的侧向约束可以明显改善高强混凝土的脆性；当套箍指标从0.548增加到0.846，柱承载力提高13%~21%；当混凝土强度由C60到C80，柱承载力提高5%~12%；自应力对柱承载力的影响呈二次抛物线分布；基于试验结果建立的钢管自应力自密实高强混凝土柱轴心受压承载力计算公式，可供实际工程参考。
为提高钢管内混凝土（Concrete Filled Steel Tube）的密实度，减小混凝土的收缩，以保证钢管与混凝土更好地共同工作，满足实际工程需要，该文提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱，考虑套箍指标、自应力、混凝土强度等因素，设计制作17根柱试件，通过静力试验研究其轴心受压性能。研究表明：在钢管内浇筑自应力高强混凝土，不但可以补偿混凝土的收缩，而且钢管的侧向约束可以明显改善高强混凝土的脆性；当套箍指标从0.548增加到0.846，柱承载力提高13%~21%；当混凝土强度由C60到C80，柱承载力提高5%~12%；自应力对柱承载力的影响呈二次抛物线分布；基于试验结果建立的钢管自应力自密实高强混凝土柱轴心受压承载力计算公式，可供实际工程参考。
2017, 34(3): 101-107.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0698
摘要：
钢筋及其锈蚀将显著影响混凝土构件的动力特征参数。以纵筋配筋率、纵筋表面形式、箍筋间距、钢筋锈蚀率为主要参数，采用简支梁三点弯曲动态阻尼测试，研究各因素对弯曲小变形混凝土梁弹性阶段损耗因子与耗散模量的影响，探讨其作用机理，并对比分析构件刚度退化、阻尼演变随钢筋锈蚀率的变化规律。结果表明：损耗因子与耗散模量随配筋率增加先增加后减小，在配筋率为1%时达到峰值；损耗因子与耗散模量随钢筋锈蚀率增加先减小后增大，在锈蚀率为0.4%时达到最小值；损耗因子与耗散模量随箍筋间距的增大而减小；损耗因子与耗散模量按纵筋表面形式从大到小依次为月牙肋、光圆、方钢。随钢筋锈蚀率增加，阻尼比增长比刚度退化更显著，用阻尼参数探测钢筋混凝土构件的锈蚀损伤具有可行性。
钢筋及其锈蚀将显著影响混凝土构件的动力特征参数。以纵筋配筋率、纵筋表面形式、箍筋间距、钢筋锈蚀率为主要参数，采用简支梁三点弯曲动态阻尼测试，研究各因素对弯曲小变形混凝土梁弹性阶段损耗因子与耗散模量的影响，探讨其作用机理，并对比分析构件刚度退化、阻尼演变随钢筋锈蚀率的变化规律。结果表明：损耗因子与耗散模量随配筋率增加先增加后减小，在配筋率为1%时达到峰值；损耗因子与耗散模量随钢筋锈蚀率增加先减小后增大，在锈蚀率为0.4%时达到最小值；损耗因子与耗散模量随箍筋间距的增大而减小；损耗因子与耗散模量按纵筋表面形式从大到小依次为月牙肋、光圆、方钢。随钢筋锈蚀率增加，阻尼比增长比刚度退化更显著，用阻尼参数探测钢筋混凝土构件的锈蚀损伤具有可行性。
2017, 34(3): 108-114.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0706
摘要：
为了研究新型结构预应力波形钢腹板组合槽形梁的抗扭性能，基于约束扭转理论，推导了波形钢腹板组合槽形梁的约束扭转翘曲应力表达式和扇形惯性矩；考虑了波形钢腹板的褶皱效应对纵向刚度的影响，计入波形钢腹板的剪切变形对约束扭转刚度的降低，得到了扇形惯性矩修正公式；最终建立了集中扭矩作用下的扭转角计算公式。完成了2片波形钢腹板组合槽形试验梁的偏载试验和3片相同梁的对称加载试验，试验表明：90 kN以内的偏载作用下，试验梁的荷载-位移曲线基本呈线性；试验梁两侧竖向位移的平均值与对称荷载作用下的竖向位移基本相同；试验梁的偏载系数位于1.2~1.3，比波形钢腹板组合箱梁增大10%左右。理论计算、试验测试和有限元分析表明：该文建立的扭转角计算公式采用修正过的扇形惯性矩进行计算，具有良好的精度。
为了研究新型结构预应力波形钢腹板组合槽形梁的抗扭性能，基于约束扭转理论，推导了波形钢腹板组合槽形梁的约束扭转翘曲应力表达式和扇形惯性矩；考虑了波形钢腹板的褶皱效应对纵向刚度的影响，计入波形钢腹板的剪切变形对约束扭转刚度的降低，得到了扇形惯性矩修正公式；最终建立了集中扭矩作用下的扭转角计算公式。完成了2片波形钢腹板组合槽形试验梁的偏载试验和3片相同梁的对称加载试验，试验表明：90 kN以内的偏载作用下，试验梁的荷载-位移曲线基本呈线性；试验梁两侧竖向位移的平均值与对称荷载作用下的竖向位移基本相同；试验梁的偏载系数位于1.2~1.3，比波形钢腹板组合箱梁增大10%左右。理论计算、试验测试和有限元分析表明：该文建立的扭转角计算公式采用修正过的扇形惯性矩进行计算，具有良好的精度。
2017, 34(3): 115-123.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0710
摘要：
针对一种新型带竖向阻尼器自复位墙（VD-SCW）的受力特征，该文建立可用于VD-SCW滞回性能的等效纤维模型，并利用利用Perform-3D有限元软件对等效纤维模型进行分析，通过与已有自复位墙试验数据的对比，验证纤维模型的有效性。在此基础上，分析了阻尼器屈服力、阻尼器刚度和预应力筋张力控制应力等关键参数对VD-SCW滞回性能的影响，结果表明：阻尼器屈服力的增加会提高墙体启动力和耗能能力，但同时会使墙体卸载时的残余变形增大；过小的阻尼器刚度会明显降低墙体耗能能力，但增加到一定程度后对墙体耗能影响不明显；预应力筋张力控制应力的增加会提高墙体的启动力，但会导致预应力筋过早屈服，从而降低墙体的摇摆能力，但对其耗能能力影响较小。
针对一种新型带竖向阻尼器自复位墙（VD-SCW）的受力特征，该文建立可用于VD-SCW滞回性能的等效纤维模型，并利用利用Perform-3D有限元软件对等效纤维模型进行分析，通过与已有自复位墙试验数据的对比，验证纤维模型的有效性。在此基础上，分析了阻尼器屈服力、阻尼器刚度和预应力筋张力控制应力等关键参数对VD-SCW滞回性能的影响，结果表明：阻尼器屈服力的增加会提高墙体启动力和耗能能力，但同时会使墙体卸载时的残余变形增大；过小的阻尼器刚度会明显降低墙体耗能能力，但增加到一定程度后对墙体耗能影响不明显；预应力筋张力控制应力的增加会提高墙体的启动力，但会导致预应力筋过早屈服，从而降低墙体的摇摆能力，但对其耗能能力影响较小。
2017, 34(3): 124-130.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0717
摘要：
为了建立可靠的大跨桥梁全寿命温差极值分布模型，提出采用广义帕累托分布（Generalized Pareto Distribution，GPD）对超阈值温差的统计特征进行描述，并给出了超阈值温差样本相关性的去除方法和最优阈值的确定方法。为了融合温差分布的先期经验信息和不断递增的温差监测样本，建立了考虑参数更新的贝叶斯估计方法，利用Gibbs抽样对贝叶斯后验分布进行计算，进而得到准确的基于广义帕累托分布的温差极值分布模型。最后利用九堡大桥长期监测温差数据进行了验证。研究结果表明，广义帕累托分布能够对超阈值温差样本的尾部统计特征进行准确描述，提出的考虑参数更新的温差极值分布贝叶斯估计方法能够对广义帕累托分布的参数进行可靠估计，估计的统计模型比极大似然估计计算的结果更接近真实情况。研究结果可为大跨桥梁温差特性分析提供参考。
为了建立可靠的大跨桥梁全寿命温差极值分布模型，提出采用广义帕累托分布（Generalized Pareto Distribution，GPD）对超阈值温差的统计特征进行描述，并给出了超阈值温差样本相关性的去除方法和最优阈值的确定方法。为了融合温差分布的先期经验信息和不断递增的温差监测样本，建立了考虑参数更新的贝叶斯估计方法，利用Gibbs抽样对贝叶斯后验分布进行计算，进而得到准确的基于广义帕累托分布的温差极值分布模型。最后利用九堡大桥长期监测温差数据进行了验证。研究结果表明，广义帕累托分布能够对超阈值温差样本的尾部统计特征进行准确描述，提出的考虑参数更新的温差极值分布贝叶斯估计方法能够对广义帕累托分布的参数进行可靠估计，估计的统计模型比极大似然估计计算的结果更接近真实情况。研究结果可为大跨桥梁温差特性分析提供参考。
2017, 34(3): 131-140.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.10.0815
摘要：
稳定问题是C型檩条在风吸力作用下的主要控制因素，该文基于薄壁杆件结构力学以及经典梁理论，提出了可以精确计算简支C型檩条在风吸力作用下的应力计算方法，该方法可以同时考虑压型钢板对檩条上翼缘侧向及扭转约束支撑的影响。依据相关试验资料以及数值计算结果，验证了该方法的精度。然后，基于该文所提出的方法，针对檩条横截面应力分布、侧向位移等力学性能，以及有无拉条等构造措施对其极限状态的影响进行了参数分析。研究表明，压型钢板对檩条上翼缘的侧移及扭转约束及拉条措施会改变檩条横截面应力分布及侧向位移，对其稳定极限状态产生显著影响。
稳定问题是C型檩条在风吸力作用下的主要控制因素，该文基于薄壁杆件结构力学以及经典梁理论，提出了可以精确计算简支C型檩条在风吸力作用下的应力计算方法，该方法可以同时考虑压型钢板对檩条上翼缘侧向及扭转约束支撑的影响。依据相关试验资料以及数值计算结果，验证了该方法的精度。然后，基于该文所提出的方法，针对檩条横截面应力分布、侧向位移等力学性能，以及有无拉条等构造措施对其极限状态的影响进行了参数分析。研究表明，压型钢板对檩条上翼缘的侧移及扭转约束及拉条措施会改变檩条横截面应力分布及侧向位移，对其稳定极限状态产生显著影响。
2017, 34(3): 141-148.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0736
摘要：
为了对正常使用过程中的充气膜结构进行荷载和动态特性等进一步分析和安全评价，提出了基于摄影测量的在役充气膜结构有限元模型建立方法。首先，采用三维摄影测量法对正常使用过程中的充气膜结构外形进行测量，并利用压力传感器测得相应的充气内压。然后，基于测量的外形及内压，将连续的膜面离散为膜线，并将内压按从属面积分配到相应的节点上，应用引入线性调整理论的索杆体系找力分析理论对膜线的力密度进行计算。随后，基于杆系结构平衡矩阵理论和小变形假定，应用非线性协调矩阵广义逆法，对结构的零应力态进行求解。最后，将得到的零应力态作为初始模型，利用有限元软件对其进行充气数值模拟，得到正常使用状态下的充气膜结构有限元模型。通过ETFE气枕模型的测量试验，验证了所提出的方法。
为了对正常使用过程中的充气膜结构进行荷载和动态特性等进一步分析和安全评价，提出了基于摄影测量的在役充气膜结构有限元模型建立方法。首先，采用三维摄影测量法对正常使用过程中的充气膜结构外形进行测量，并利用压力传感器测得相应的充气内压。然后，基于测量的外形及内压，将连续的膜面离散为膜线，并将内压按从属面积分配到相应的节点上，应用引入线性调整理论的索杆体系找力分析理论对膜线的力密度进行计算。随后，基于杆系结构平衡矩阵理论和小变形假定，应用非线性协调矩阵广义逆法，对结构的零应力态进行求解。最后，将得到的零应力态作为初始模型，利用有限元软件对其进行充气数值模拟，得到正常使用状态下的充气膜结构有限元模型。通过ETFE气枕模型的测量试验，验证了所提出的方法。
2017, 34(3): 149-154,181.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0740
摘要：
接头是沉管隧道中最薄弱的一环，在受到地震和不均匀沉降等作用下，接头会发生横向变形，并通过接头中的剪力键传递。目前，国内外沉管隧道管节接头变形规律的研究较少集中在剪力键上，更缺少管节接头整体力学性能试验数据的支持。根据沉管隧道接头构造设计特点，该文提出了一套测试接头压剪承载力和破坏模式的破坏试验方法和加载方案，并开展了几何比尺为1：10的管节接头压剪试验，研究接头在低周往复剪切荷载下的力学性能，记录其荷载-位移曲线，最终获得接头压剪刚度曲线。试验结果表明，管节接头和单个剪力键的承载力分别是310 kN/355 kN（正/负向）和88 kN，均比设计承载力高。而接头剪力键的破坏模式主要表现为局部翘曲破坏和凸榫根部拉裂破坏。
接头是沉管隧道中最薄弱的一环，在受到地震和不均匀沉降等作用下，接头会发生横向变形，并通过接头中的剪力键传递。目前，国内外沉管隧道管节接头变形规律的研究较少集中在剪力键上，更缺少管节接头整体力学性能试验数据的支持。根据沉管隧道接头构造设计特点，该文提出了一套测试接头压剪承载力和破坏模式的破坏试验方法和加载方案，并开展了几何比尺为1：10的管节接头压剪试验，研究接头在低周往复剪切荷载下的力学性能，记录其荷载-位移曲线，最终获得接头压剪刚度曲线。试验结果表明，管节接头和单个剪力键的承载力分别是310 kN/355 kN（正/负向）和88 kN，均比设计承载力高。而接头剪力键的破坏模式主要表现为局部翘曲破坏和凸榫根部拉裂破坏。
2017, 34(3): 155-161.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0749
摘要：
为研究锈胀损伤对钢筋混凝土拱肋极限承载力的影响，制作了4片钢筋混凝土圆弧拱肋，通过电化学快速锈蚀使其表面产生不同程度的锈胀裂缝，讨论了初始锈胀裂缝的分布情况，研究了锈胀拱肋的裂缝发展、不同位置处位移和应变、极限承载力及失效模式。试验结果表明：锈胀削弱了混凝土截面尺寸和刚度，降低了钢筋与混凝土间的粘结性，是承载力退化的主要原因之一；锈胀导致的拱肋极限承载力下降率约为60%；锈胀未改变拱肋的失效模式，所有拱肋均在一侧拱脚发生脆性破坏。在试验的基础上，建立了锈胀钢筋混凝土拱肋的有限元计算模型，由于RC拱肋存在大面积锈胀，模型中未考虑混凝土保护层的影响，计算结果和试验值较为接近，为日后有限元建模提供一定参考。
为研究锈胀损伤对钢筋混凝土拱肋极限承载力的影响，制作了4片钢筋混凝土圆弧拱肋，通过电化学快速锈蚀使其表面产生不同程度的锈胀裂缝，讨论了初始锈胀裂缝的分布情况，研究了锈胀拱肋的裂缝发展、不同位置处位移和应变、极限承载力及失效模式。试验结果表明：锈胀削弱了混凝土截面尺寸和刚度，降低了钢筋与混凝土间的粘结性，是承载力退化的主要原因之一；锈胀导致的拱肋极限承载力下降率约为60%；锈胀未改变拱肋的失效模式，所有拱肋均在一侧拱脚发生脆性破坏。在试验的基础上，建立了锈胀钢筋混凝土拱肋的有限元计算模型，由于RC拱肋存在大面积锈胀，模型中未考虑混凝土保护层的影响，计算结果和试验值较为接近，为日后有限元建模提供一定参考。
2017, 34(3): 162-172.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0752
摘要：
分别对单跨2层1/3比例的方钢管混凝土框架内置两侧开洞薄钢板剪力墙和未开洞薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验，对比分析了方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙的受力机理和破坏机制。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析，并将数值分析结果与试验结果进行对比，研究其抗震性能。结果表明：方钢管混凝土框架内置两侧开洞和未开洞薄钢板剪力墙均具有较高的承载力、良好的耗能能力和刚度，破坏机制符合“弱板强框架”的抗震理念，基本达到双重抗震设防目标。利用有限元足尺模型研究了钢板剪力墙开洞率、轴压比对结构抗震性能的影响，结果表明：开洞率的增大使结构承载力和耗能能力减小，但对刚度退化影响较小；轴压比对结构承载力、滞回耗能和刚度退化等影响很小。
分别对单跨2层1/3比例的方钢管混凝土框架内置两侧开洞薄钢板剪力墙和未开洞薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验，对比分析了方钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙的受力机理和破坏机制。采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析，并将数值分析结果与试验结果进行对比，研究其抗震性能。结果表明：方钢管混凝土框架内置两侧开洞和未开洞薄钢板剪力墙均具有较高的承载力、良好的耗能能力和刚度，破坏机制符合“弱板强框架”的抗震理念，基本达到双重抗震设防目标。利用有限元足尺模型研究了钢板剪力墙开洞率、轴压比对结构抗震性能的影响，结果表明：开洞率的增大使结构承载力和耗能能力减小，但对刚度退化影响较小；轴压比对结构承载力、滞回耗能和刚度退化等影响很小。
2017, 34(3): 173-181.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0753
摘要：
采用无线测力鞋垫实测了24人次372条跑步荷载，计算了每条时程所对应的单自由度系统的加速度反应谱，取每位测试者所有的计算反应谱曲线的包络线为其代表谱线，在分析所有代表谱线特点的基础上提出了设计反应谱的形式及其数学表达式，包含六个部分：三个平台段以及它们之间的连接线。由试验数据的分析确定了不同阻尼比和保证率下各部分设计谱参数的取值，并讨论了结构跨度、跑步步距、高阶振型和边界条件对反应谱的影响，提出了不同谱代表值之间的转换关系。该文给出了设计反应谱的详细使用步骤并通过工程实例验证了其可行性。
采用无线测力鞋垫实测了24人次372条跑步荷载，计算了每条时程所对应的单自由度系统的加速度反应谱，取每位测试者所有的计算反应谱曲线的包络线为其代表谱线，在分析所有代表谱线特点的基础上提出了设计反应谱的形式及其数学表达式，包含六个部分：三个平台段以及它们之间的连接线。由试验数据的分析确定了不同阻尼比和保证率下各部分设计谱参数的取值，并讨论了结构跨度、跑步步距、高阶振型和边界条件对反应谱的影响，提出了不同谱代表值之间的转换关系。该文给出了设计反应谱的详细使用步骤并通过工程实例验证了其可行性。
2017, 34(3): 182-188.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0768
摘要：
针对传统Deodatis谐波合成法的模拟效率受Cholesky分解次数制约的问题，通过对互谱密度矩阵分解引入Hermite插值，推导了基于Hermite插值的简化风场模拟方法，将传统谐波合成法中的Cholesky分解次数由n×N次缩减为n×2k次（2k < N），从而大幅度提升了传统谐波合成法的计算效率。以某大跨度三塔悬索桥主梁风场模拟为例，分别基于传统Deodatis法、三次Lagrange插值法、Hermite插值法模拟了时长为4096 s的脉动风速时程，三者在模拟耗时与模拟精度方面的对比表明：Hermite插值法与Lagrange插值法均能显著提高传统谐波合成法的模拟效率；Hermite插值法的模拟效率略低于三次Lagrange插值法，但其对H矩阵的模拟精度明显高出一个层次，因而Hermite插值法在风场模拟中表现更优。采用基于Hermite插值的简化方法，模拟脉动风速的功率谱与相关函数均能与目标值吻合较好，表明所模拟的脉动风速仍具有较高的保真度。在此基础上，通过插值间距的优化分析给出了插值间距的建议取值区间。
针对传统Deodatis谐波合成法的模拟效率受Cholesky分解次数制约的问题，通过对互谱密度矩阵分解引入Hermite插值，推导了基于Hermite插值的简化风场模拟方法，将传统谐波合成法中的Cholesky分解次数由n×N次缩减为n×2k次（2k < N），从而大幅度提升了传统谐波合成法的计算效率。以某大跨度三塔悬索桥主梁风场模拟为例，分别基于传统Deodatis法、三次Lagrange插值法、Hermite插值法模拟了时长为4096 s的脉动风速时程，三者在模拟耗时与模拟精度方面的对比表明：Hermite插值法与Lagrange插值法均能显著提高传统谐波合成法的模拟效率；Hermite插值法的模拟效率略低于三次Lagrange插值法，但其对H矩阵的模拟精度明显高出一个层次，因而Hermite插值法在风场模拟中表现更优。采用基于Hermite插值的简化方法，模拟脉动风速的功率谱与相关函数均能与目标值吻合较好，表明所模拟的脉动风速仍具有较高的保真度。在此基础上，通过插值间距的优化分析给出了插值间距的建议取值区间。
2017, 34(3): 189-196.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0771
摘要：
近距离并列吊索和并列斜拉索在大跨度缆索承重桥中有广泛的应用，但目前在计算并列索静力风荷载时只考虑顺风向阻力的影响，没有考虑因尾流干扰所产生的横风向升力的作用。通过风洞试验，在雷诺数Re= 0.9×105~4.6×105（涉及亚临界雷诺数区和临界雷诺数区）研究了多种不同相对位置的并列双圆柱的平均阻力、平均升力和斯特罗哈数随雷诺数的变化规律。研究结果表明：并列圆柱的平均气动性能有强烈的雷诺数效应，临界雷诺数下的气动力系数与亚临界区有很大的差异；在临界雷诺数区域，下游圆柱的平均升力系数会随雷诺数的增大发生不连续突变，这种气动力的突变很可能与双圆柱绕流场的流态结构的演变有关；受上游圆柱的尾流干扰，在临界雷诺数区域内下游圆柱的平均升力系数可达到1.25以上，远大于下游圆柱的平均阻力系数，因而在计算并列索静力风荷载时有必要考虑横风向平均升力的作用。
近距离并列吊索和并列斜拉索在大跨度缆索承重桥中有广泛的应用，但目前在计算并列索静力风荷载时只考虑顺风向阻力的影响，没有考虑因尾流干扰所产生的横风向升力的作用。通过风洞试验，在雷诺数Re= 0.9×105~4.6×105（涉及亚临界雷诺数区和临界雷诺数区）研究了多种不同相对位置的并列双圆柱的平均阻力、平均升力和斯特罗哈数随雷诺数的变化规律。研究结果表明：并列圆柱的平均气动性能有强烈的雷诺数效应，临界雷诺数下的气动力系数与亚临界区有很大的差异；在临界雷诺数区域，下游圆柱的平均升力系数会随雷诺数的增大发生不连续突变，这种气动力的突变很可能与双圆柱绕流场的流态结构的演变有关；受上游圆柱的尾流干扰，在临界雷诺数区域内下游圆柱的平均升力系数可达到1.25以上，远大于下游圆柱的平均阻力系数，因而在计算并列索静力风荷载时有必要考虑横风向平均升力的作用。
2017, 34(3): 197-203.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0658
摘要：
研究了早龄期混凝土高温拉伸徐变特性，建立起能够考虑混凝土内部水化热和外界环境温度影响，并且适用于早龄期混凝土拉伸徐变的数值计算方法。采用自行设计的门式徐变加载设备和环境箱控制系统，进行了室温（23℃）和高温（43℃）环境下的混凝土拉伸徐变试验，加载龄期分别为1 d、7 d和28 d。利用徐变试验结果确定模型的计算参数，进而模拟、验证温度因素对于混凝土拉伸徐变的影响。研究结果表明，早龄期混凝土的拉伸徐变对混凝土的加载龄期和温度变化非常敏感，基于微预应力-固结理论建立起考虑温度效应和早龄期特征的数值模型，可以较好地描述不同温度历史下的早龄期混凝土拉伸徐变特征。模型采用应力-应变增量关系进行数值计算，能够为通用有限元软件徐变分析的二次开发提供基础。
研究了早龄期混凝土高温拉伸徐变特性，建立起能够考虑混凝土内部水化热和外界环境温度影响，并且适用于早龄期混凝土拉伸徐变的数值计算方法。采用自行设计的门式徐变加载设备和环境箱控制系统，进行了室温（23℃）和高温（43℃）环境下的混凝土拉伸徐变试验，加载龄期分别为1 d、7 d和28 d。利用徐变试验结果确定模型的计算参数，进而模拟、验证温度因素对于混凝土拉伸徐变的影响。研究结果表明，早龄期混凝土的拉伸徐变对混凝土的加载龄期和温度变化非常敏感，基于微预应力-固结理论建立起考虑温度效应和早龄期特征的数值模型，可以较好地描述不同温度历史下的早龄期混凝土拉伸徐变特征。模型采用应力-应变增量关系进行数值计算，能够为通用有限元软件徐变分析的二次开发提供基础。
2017, 34(3): 204-210,240.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0664
摘要：
经典塑性铰线理论中的板块平衡法无法考虑钢筋混凝土板在大变形时产生的受拉薄膜效应的影响。为解决这一问题，该文提出了一种可以考虑受拉薄膜效应的修正板块平衡法。该方法将钢筋混凝土板的受力行为分为屈服前和屈服后两个阶段。假设钢筋混凝土板在屈服前的变形为弹性，分别采用Navier法和板块平衡法确定板的屈服挠度和屈服承载力。为考虑屈服后钢筋混凝土板中产生的受拉薄膜效应，假设板底塑性铰线截面上钢筋的竖向分力为产生受拉薄膜效应的主要原因，而钢筋的水平分力则与截面上混凝土的压力组成力偶构成了钢筋混凝土板的截面抵抗弯矩。通过上述修正，可以获得由考虑受拉薄膜效应的修正板块平衡法计算的钢筋混凝土板的全过程荷载-挠度曲线。为验证该文方法，对大挠度足尺混凝土双向板进行了应用研究。通过对比可知，理论分析结果与试验结果较为接近，从而验证了修正板块平衡法的有效性。
经典塑性铰线理论中的板块平衡法无法考虑钢筋混凝土板在大变形时产生的受拉薄膜效应的影响。为解决这一问题，该文提出了一种可以考虑受拉薄膜效应的修正板块平衡法。该方法将钢筋混凝土板的受力行为分为屈服前和屈服后两个阶段。假设钢筋混凝土板在屈服前的变形为弹性，分别采用Navier法和板块平衡法确定板的屈服挠度和屈服承载力。为考虑屈服后钢筋混凝土板中产生的受拉薄膜效应，假设板底塑性铰线截面上钢筋的竖向分力为产生受拉薄膜效应的主要原因，而钢筋的水平分力则与截面上混凝土的压力组成力偶构成了钢筋混凝土板的截面抵抗弯矩。通过上述修正，可以获得由考虑受拉薄膜效应的修正板块平衡法计算的钢筋混凝土板的全过程荷载-挠度曲线。为验证该文方法，对大挠度足尺混凝土双向板进行了应用研究。通过对比可知，理论分析结果与试验结果较为接近，从而验证了修正板块平衡法的有效性。
2017, 34(3): 211-218.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.01.0056
摘要：
为了改善传统索穹顶结构的受力性能，该文提出了一种联方型双撑杆索穹顶结构，该索穹顶的上弦节点与两根斜撑杆相连，稳定性好并且便于张拉施工。针对联方型双撑杆索穹顶的找力分析问题，根据节点平衡方程，推导出考虑结构自重时索穹顶的预应力计算公式；给出了不同参数下联方型双撑杆索穹顶的预应力计算表，分析了该结构的受力特性；比较了考虑结构自重和不考虑结构自重时索穹顶初始预应力的差别，并采用有限元迭代法对比验证了理论公式的准确性。分析结果表明：随着矢跨比和撑杆高度的增大，结构中所有构件的初始预应力将减小；在自重荷载下，内圈脊索内力降低，最外圈斜索和环索内力显著增加；采用该文提出的理论公式可快速准确的获得考虑结构自重时联方型双撑杆索穹顶的实际预应力分布，为工程设计提供参考。
为了改善传统索穹顶结构的受力性能，该文提出了一种联方型双撑杆索穹顶结构，该索穹顶的上弦节点与两根斜撑杆相连，稳定性好并且便于张拉施工。针对联方型双撑杆索穹顶的找力分析问题，根据节点平衡方程，推导出考虑结构自重时索穹顶的预应力计算公式；给出了不同参数下联方型双撑杆索穹顶的预应力计算表，分析了该结构的受力特性；比较了考虑结构自重和不考虑结构自重时索穹顶初始预应力的差别，并采用有限元迭代法对比验证了理论公式的准确性。分析结果表明：随着矢跨比和撑杆高度的增大，结构中所有构件的初始预应力将减小；在自重荷载下，内圈脊索内力降低，最外圈斜索和环索内力显著增加；采用该文提出的理论公式可快速准确的获得考虑结构自重时联方型双撑杆索穹顶的实际预应力分布，为工程设计提供参考。
2017, 34(3): 219-226.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0678
摘要：
通过直接求解脉冲激励下线性系统的动力学方程得到车辆系统和轨道系统格林函数的显式表达，基于格林函数和轮轨Hertz非线性接触理论，提出了求解车辆-轨道垂向耦合动力学的新方法。利用该方法分析了车辆系统和轨道系统格林函数的特征，计算了轨道随机不平顺和单一谐波两种不平顺激励下的轮轨垂向力以及轮对和钢轨垂向位移响应，并与传统的车辆-轨道耦合动力学计算结果进行对比。研究结果表明：车辆系统的格林函数主要由随时间线性增加的线性项和随时间逐渐衰减的衰减项组成；轨道系统的格林函数随时间波动衰减，0.15 s后初始脉冲激励引起的钢轨振动基本衰减至0；格林函数法与传统方法的计算结果几乎完全吻合，说明了该方法在车辆-轨道耦合动力学计算中的可靠性。
通过直接求解脉冲激励下线性系统的动力学方程得到车辆系统和轨道系统格林函数的显式表达，基于格林函数和轮轨Hertz非线性接触理论，提出了求解车辆-轨道垂向耦合动力学的新方法。利用该方法分析了车辆系统和轨道系统格林函数的特征，计算了轨道随机不平顺和单一谐波两种不平顺激励下的轮轨垂向力以及轮对和钢轨垂向位移响应，并与传统的车辆-轨道耦合动力学计算结果进行对比。研究结果表明：车辆系统的格林函数主要由随时间线性增加的线性项和随时间逐渐衰减的衰减项组成；轨道系统的格林函数随时间波动衰减，0.15 s后初始脉冲激励引起的钢轨振动基本衰减至0；格林函数法与传统方法的计算结果几乎完全吻合，说明了该方法在车辆-轨道耦合动力学计算中的可靠性。
2017, 34(3): 227-231.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0687
摘要：
针对金属闭式冷弯成形的多道次孔型轧制特点，考虑轧前管坯的轮廓与轧后异型管的轮廓存在拓扑等价关系和边界域的不动点性质，以双圆弧插值函数描述异型管的复杂轮廓，建立两者之间的形心映射数学模型，实现各道次孔型设计，绘制异型管闭式冷弯成形过程的辊花图。以铝合金圆管为坯料在试验轧机上进行了扇形管冷弯成形轧制实验，结果表明：轧后的扇形管内外轮廓变形柔顺且无凹凸点，壁厚偏差小于±0.5 mm，角部误差小于±1.5°，满足GB/T 6728-2002国标要求，研究结果为异型管冷弯成形的轧辊辊花设计提供了一种新方法。
针对金属闭式冷弯成形的多道次孔型轧制特点，考虑轧前管坯的轮廓与轧后异型管的轮廓存在拓扑等价关系和边界域的不动点性质，以双圆弧插值函数描述异型管的复杂轮廓，建立两者之间的形心映射数学模型，实现各道次孔型设计，绘制异型管闭式冷弯成形过程的辊花图。以铝合金圆管为坯料在试验轧机上进行了扇形管冷弯成形轧制实验，结果表明：轧后的扇形管内外轮廓变形柔顺且无凹凸点，壁厚偏差小于±0.5 mm，角部误差小于±1.5°，满足GB/T 6728-2002国标要求，研究结果为异型管冷弯成形的轧辊辊花设计提供了一种新方法。
2017, 34(3): 232-240.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0735
摘要：
在临床治疗中，不同尺寸的狭窄血管所需要支架扩张的尺度也不同，而支架的扩张尺度对其力学性能有着重要影响。利用有限元方法仿真模拟分析了三款不同支架的体外扩张过程，主要研究了结构相同时不同扩张尺度对支架力学性能的影响。结果显示：随着支架扩张直径的增大，支架的最大等效应力、轴向短缩率、扩张不均匀性及柔顺性能呈递增趋势，支撑刚度和静安全系数呈递减趋势；支架的径向回弹主要受到其材料和结构影响，扩张尺度并不起决定性作用；通过与实验结果相比对，理论值与实验值结果吻合较好，误差在7%以内，验证了有限元模拟的准确性及合理性；利用动物实验对支架治疗效果进行验证，表明了支架的植入治疗是安全且有效的。综合考虑各因素影响，支架的治疗效果受支架扩张尺度的影响较大，这为临床治疗的顺利实施提供了良好的理论依据。
在临床治疗中，不同尺寸的狭窄血管所需要支架扩张的尺度也不同，而支架的扩张尺度对其力学性能有着重要影响。利用有限元方法仿真模拟分析了三款不同支架的体外扩张过程，主要研究了结构相同时不同扩张尺度对支架力学性能的影响。结果显示：随着支架扩张直径的增大，支架的最大等效应力、轴向短缩率、扩张不均匀性及柔顺性能呈递增趋势，支撑刚度和静安全系数呈递减趋势；支架的径向回弹主要受到其材料和结构影响，扩张尺度并不起决定性作用；通过与实验结果相比对，理论值与实验值结果吻合较好，误差在7%以内，验证了有限元模拟的准确性及合理性；利用动物实验对支架治疗效果进行验证，表明了支架的植入治疗是安全且有效的。综合考虑各因素影响，支架的治疗效果受支架扩张尺度的影响较大，这为临床治疗的顺利实施提供了良好的理论依据。
2017, 34(3): 241-246.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0726
摘要：
针对圆盘空化器航行体入水空泡问题，开展约束航行体姿态的实验研究。实验研究了入水局部空泡、空泡正好闭合在航行体尾部及入水超空泡的生成、发展与倾斜入水下的空泡流动特性。分析了空泡尺寸与弗劳德数和欧拉数之间的关系，给出了入水空泡长度的变化规律，探讨了实验获得各种空泡流动形式的流动机理。结果表明，入水局部空泡长度在深水闭合之后有微小增加，空泡最终以云状空泡形式脱落溃灭。当空泡正好闭合在航行体尾部时空泡极易形成回射流与航行体及空泡尾部相互作用，影响空泡尾部流动形式。入水超空泡有较好的稳定性。倾斜入水空泡易受重力影响，空泡尾部上飘，导致航行体尾部与空泡的相互作用下的空泡拉断。倾斜入水空泡内气体弹性效应更加明显，空泡壁面出现波形，空泡长度发生振荡。
针对圆盘空化器航行体入水空泡问题，开展约束航行体姿态的实验研究。实验研究了入水局部空泡、空泡正好闭合在航行体尾部及入水超空泡的生成、发展与倾斜入水下的空泡流动特性。分析了空泡尺寸与弗劳德数和欧拉数之间的关系，给出了入水空泡长度的变化规律，探讨了实验获得各种空泡流动形式的流动机理。结果表明，入水局部空泡长度在深水闭合之后有微小增加，空泡最终以云状空泡形式脱落溃灭。当空泡正好闭合在航行体尾部时空泡极易形成回射流与航行体及空泡尾部相互作用，影响空泡尾部流动形式。入水超空泡有较好的稳定性。倾斜入水空泡易受重力影响，空泡尾部上飘，导致航行体尾部与空泡的相互作用下的空泡拉断。倾斜入水空泡内气体弹性效应更加明显，空泡壁面出现波形，空泡长度发生振荡。
2017, 34(3): 247-256.
DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.08.0661
摘要：
提出基于ALE （Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法的输水隧道地震动响应并行数值分析方法，采用ALE方法模拟内水和隧道的相互作用，提出基于耦合负载均衡的并行计算方法加快求解速度，采用显式中心差分法完成方程求解。针对某大型输水隧道，建立内水-隧道-土体耦合的全三维数值模型，分析其在非一致地震激励下的动力响应。模型中考虑材料非线性、接触及流固耦合非线性等实际情况，并采用PML （Perfectly Matched Layer）建立人工边界模拟无限区域。在曙光5000A超级计算机上，利用所提方法，完成该大规模非线性问题的求解。通过与附加质量法对比，验证ALE方法模拟内水-隧道耦合的可行性；分析输水隧道地震激励下的应力及变形情况；讨论内水量及变形缝对隧道动力响应的影响；分析并行计算效率。结果表明：环向应力较大值出现在靠近工作井的截面，隧道结构满足强度要求；隧道截面变形量处于安全范围内；满水隧道较空隧道承受更大应力；变形缝可以降低隧道的动力响应；所提并行计算方法可以获得较好的并行效率。
提出基于ALE （Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法的输水隧道地震动响应并行数值分析方法，采用ALE方法模拟内水和隧道的相互作用，提出基于耦合负载均衡的并行计算方法加快求解速度，采用显式中心差分法完成方程求解。针对某大型输水隧道，建立内水-隧道-土体耦合的全三维数值模型，分析其在非一致地震激励下的动力响应。模型中考虑材料非线性、接触及流固耦合非线性等实际情况，并采用PML （Perfectly Matched Layer）建立人工边界模拟无限区域。在曙光5000A超级计算机上，利用所提方法，完成该大规模非线性问题的求解。通过与附加质量法对比，验证ALE方法模拟内水-隧道耦合的可行性；分析输水隧道地震激励下的应力及变形情况；讨论内水量及变形缝对隧道动力响应的影响；分析并行计算效率。结果表明：环向应力较大值出现在靠近工作井的截面，隧道结构满足强度要求；隧道截面变形量处于安全范围内；满水隧道较空隧道承受更大应力；变形缝可以降低隧道的动力响应；所提并行计算方法可以获得较好的并行效率。
