2017年 第34卷 第5期
2017, 34(5): 1-16.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0944
摘要:
重分析方法作为一种能够根据初始计算结果快速估计修改后结构的快速计算方法，近几十年来得到了广泛研究，并取得了一系列具有理论价值和工程意义的成果，在机械、土木等结构设计领域得到了广泛的应用。随着复杂产品设计对数值计算性能要求的不断提升，重分析方法必将在各个学科领域起到重要的作用。为此，该文从静态和动态的角度出发，分别对重分析理论的两类主要方法：直接法和近似法展开了深入地讨论，通过对目前主要重分析方法的发展现状和主要成果的分析和研究，对未来重分析方法的发展方向提出了几点建议。
重分析方法作为一种能够根据初始计算结果快速估计修改后结构的快速计算方法，近几十年来得到了广泛研究，并取得了一系列具有理论价值和工程意义的成果，在机械、土木等结构设计领域得到了广泛的应用。随着复杂产品设计对数值计算性能要求的不断提升，重分析方法必将在各个学科领域起到重要的作用。为此，该文从静态和动态的角度出发，分别对重分析理论的两类主要方法：直接法和近似法展开了深入地讨论，通过对目前主要重分析方法的发展现状和主要成果的分析和研究，对未来重分析方法的发展方向提出了几点建议。
2017, 34(5): 17-22,51.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.10.0826
摘要:
提出应用连续体结构拓扑优化ICM法对高层建筑大型支撑体系进行拓扑优化。针对高层建筑规范对结构刚度限值是以层间相对位移差形式给出、并结合结构拓扑优化特点，推导了相对位移差敏度分析的伴随法公式，有效提高了计算效率。应用ICM法建立位移约束下结构重量极小化的优化模型，与高层建筑规范对结构刚度限值要求的提法更符合，得到的最优拓扑完全满足规范要求。所提方法应用在概念设计阶段，提供了一种自动化的分析计算及优化设计工具，可以有效地弥补基于经验设计的不足。
提出应用连续体结构拓扑优化ICM法对高层建筑大型支撑体系进行拓扑优化。针对高层建筑规范对结构刚度限值是以层间相对位移差形式给出、并结合结构拓扑优化特点，推导了相对位移差敏度分析的伴随法公式，有效提高了计算效率。应用ICM法建立位移约束下结构重量极小化的优化模型，与高层建筑规范对结构刚度限值要求的提法更符合，得到的最优拓扑完全满足规范要求。所提方法应用在概念设计阶段，提供了一种自动化的分析计算及优化设计工具，可以有效地弥补基于经验设计的不足。
2017, 34(5): 23-29.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0937
摘要:
薄壁构件横截面不对称参数是计算弯扭屈曲临界弯矩的重要几何参数之一。该文推导了非形心主轴坐标系下不对称参数的积分公式，由不对称参数的积分公式推导了不对称参数的通用求和公式，进而化简得到单轴对称截面不对称参数的求和公式。采用不对称参数的通用求和公式推导了部分常用截面的βx和（或）βy的精确计算式或近似计算式，并对我国现行国标GB 50017-2003和GB 50018-2002、美国2013版AISI设计手册和SSRC协会的稳定设计指导、澳大利亚标准AS/NZS 4600： 2005等现有文献中βx和（或）βy计算式的精度进行了判定。研究表明，不对称参数通用求和公式的形式简单、计算可靠、便于应用。
薄壁构件横截面不对称参数是计算弯扭屈曲临界弯矩的重要几何参数之一。该文推导了非形心主轴坐标系下不对称参数的积分公式，由不对称参数的积分公式推导了不对称参数的通用求和公式，进而化简得到单轴对称截面不对称参数的求和公式。采用不对称参数的通用求和公式推导了部分常用截面的βx和（或）βy的精确计算式或近似计算式，并对我国现行国标GB 50017-2003和GB 50018-2002、美国2013版AISI设计手册和SSRC协会的稳定设计指导、澳大利亚标准AS/NZS 4600： 2005等现有文献中βx和（或）βy计算式的精度进行了判定。研究表明，不对称参数通用求和公式的形式简单、计算可靠、便于应用。
2017, 34(5): 30-41.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.05.0367
摘要:
超大承载力端板连接节点是一种可以应用于大跨或重载钢结构中的新型梁柱节点形式。为了在结构分析中准确考虑该节点的抗弯承载力和转动刚度，需要确定其弯矩-转角曲线。在已有试验和有限元分析结果的基础上提出了超大承载力端板连接节点的组件模型，引入一种新组件形式并提出了其承载力和刚度的分析方法，基于组件法提出了超大承载力端板连接节点的抗弯承载力和转动刚度的计算方法。综合现有典型的节点弯矩-转角曲线模型的优点，以节点抗弯承载力和转动刚度为基本参数提出了适用于超大承载力端板连接节点的弯矩-转角曲线模型。通过与已开展的试验研究和有限元分析结果进行比较，所提方法得到的节点抗弯承载力和转动刚度较为准确，所提弯矩-转角曲线模型与试验曲线吻合良好，可以应用于采用该节点形式结构的分析和设计中。
超大承载力端板连接节点是一种可以应用于大跨或重载钢结构中的新型梁柱节点形式。为了在结构分析中准确考虑该节点的抗弯承载力和转动刚度，需要确定其弯矩-转角曲线。在已有试验和有限元分析结果的基础上提出了超大承载力端板连接节点的组件模型，引入一种新组件形式并提出了其承载力和刚度的分析方法，基于组件法提出了超大承载力端板连接节点的抗弯承载力和转动刚度的计算方法。综合现有典型的节点弯矩-转角曲线模型的优点，以节点抗弯承载力和转动刚度为基本参数提出了适用于超大承载力端板连接节点的弯矩-转角曲线模型。通过与已开展的试验研究和有限元分析结果进行比较，所提方法得到的节点抗弯承载力和转动刚度较为准确，所提弯矩-转角曲线模型与试验曲线吻合良好，可以应用于采用该节点形式结构的分析和设计中。
2017, 34(5): 42-51.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.06.0429
摘要:
在施工和运营过程中，钢结构构件上出现的裂纹缺陷可能会扩展而导致其发生断裂破坏，因此对含裂纹缺陷钢结构构件的安全性进行评估具有重要意义。首先，引入断裂力学KIC断裂判据和失效评定图（FAD）概念，并介绍了结构整体性评估程序（SINTAP）的原理；给出了裂纹缺陷评定所需材料参数的确定方法，以及含裂纹缺陷构件的断裂力学参数和塑性屈服荷载的计算方法；然后，提出了基于SINTAP-FAD的含裂纹缺陷钢结构构件的安全性评估流程。最后，以华南和华东两个电厂锅炉钢结构大板梁的焊接缺陷为例，进行了基于KIC断裂判据和SINTAP-FAD的裂纹缺陷安全性评定研究。结果表明，基于SINTAP-FAD的方法为含裂纹缺陷工作的钢结构构件的安全性评估提供了一种行之有效的方法，考虑多裂纹耦合作用的安全性评定方法有待进一步研究。
在施工和运营过程中，钢结构构件上出现的裂纹缺陷可能会扩展而导致其发生断裂破坏，因此对含裂纹缺陷钢结构构件的安全性进行评估具有重要意义。首先，引入断裂力学KIC断裂判据和失效评定图（FAD）概念，并介绍了结构整体性评估程序（SINTAP）的原理；给出了裂纹缺陷评定所需材料参数的确定方法，以及含裂纹缺陷构件的断裂力学参数和塑性屈服荷载的计算方法；然后，提出了基于SINTAP-FAD的含裂纹缺陷钢结构构件的安全性评估流程。最后，以华南和华东两个电厂锅炉钢结构大板梁的焊接缺陷为例，进行了基于KIC断裂判据和SINTAP-FAD的裂纹缺陷安全性评定研究。结果表明，基于SINTAP-FAD的方法为含裂纹缺陷工作的钢结构构件的安全性评估提供了一种行之有效的方法，考虑多裂纹耦合作用的安全性评定方法有待进一步研究。
2017, 34(5): 52-59.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0801
摘要:
下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析模型是一个能量“半开放-半封闭”系统。它与完全的能量“开放”系统土-结构体系地震反应分析模型的不同之处是其采用了域内惯性力的地震动输入方式，这与刚性基岩-结构体系地震反应分析模型的地震动输入方式是相同的。不同于刚性基岩上的结构地震反应分析模型，下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析模型需要考虑半无限土层对截断边界处的影响。就笔者-所见，目前有许多研究者和工程技术人员对这一问题有错误的理解，认为截断边界的影响只是一个人工边界处理问题，分析中仅采用人工边界条件模拟了截断边界对辐射能量的影响，而忽略了一个更重要的影响因素--下卧刚性基岩条件下场地土的自由场效应。为澄清这一问题，基于土-结构体系地震反应的直接分析模型，严格推导了下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析方法，指出在通常的工程经验尺度内遗漏自由场运动效应将得不到正确的计算结果。
下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析模型是一个能量“半开放-半封闭”系统。它与完全的能量“开放”系统土-结构体系地震反应分析模型的不同之处是其采用了域内惯性力的地震动输入方式，这与刚性基岩-结构体系地震反应分析模型的地震动输入方式是相同的。不同于刚性基岩上的结构地震反应分析模型，下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析模型需要考虑半无限土层对截断边界处的影响。就笔者-所见，目前有许多研究者和工程技术人员对这一问题有错误的理解，认为截断边界的影响只是一个人工边界处理问题，分析中仅采用人工边界条件模拟了截断边界对辐射能量的影响，而忽略了一个更重要的影响因素--下卧刚性基岩条件下场地土的自由场效应。为澄清这一问题，基于土-结构体系地震反应的直接分析模型，严格推导了下卧刚性基岩条件下的土-结构体系地震反应分析方法，指出在通常的工程经验尺度内遗漏自由场运动效应将得不到正确的计算结果。
2017, 34(5): 60-67.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.10.0871
摘要:
板件屈曲系数的取值由板件之间的约束决定，且直接影响到截面（板件）的弹性临界应力。基于经典弹性板屈曲理论和CUFSM软件两种方法研究均匀受压板件的屈曲系数与板件尺寸的关系，并互相印证，发现两者所得结果基本一致，但在某些特殊情况下差别较大，表明CUFSM软件具有局限性。根据175个热轧工形截面的计算数据，拟合得到了屈曲系数的简化公式。与其他公式相比，该文建议公式计算简便且具有更好的准确性，可用于直接强度法或确定板件的宽厚比限值。
板件屈曲系数的取值由板件之间的约束决定，且直接影响到截面（板件）的弹性临界应力。基于经典弹性板屈曲理论和CUFSM软件两种方法研究均匀受压板件的屈曲系数与板件尺寸的关系，并互相印证，发现两者所得结果基本一致，但在某些特殊情况下差别较大，表明CUFSM软件具有局限性。根据175个热轧工形截面的计算数据，拟合得到了屈曲系数的简化公式。与其他公式相比，该文建议公式计算简便且具有更好的准确性，可用于直接强度法或确定板件的宽厚比限值。
2017, 34(5): 68-77.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0960
摘要:
某些工程处于建筑布置和使用的需要而采用钢结构偏心连接节点。偏心节点由于受到扭转作用，而在节点核心区产生较为明显的应力集中。该文借助有限元模型，对偏心连接梁-柱钢结构节点的受力特征进行分析，表明偏心节点核心区存在明显的三维扭转效应，以及梁柱截面的畸变翘曲效应。在受力特征分析的基础上，提出了钢结构偏心节点核心区的耦合效应计算模型。通过与有限元模型进行比对验证和参数分析，对梁柱截面畸变角函数进行修正和标定。分析表明，该文提出的偏心节点核心区耦合效应分析方法能够较准确计算梁柱截面畸变翘曲正应力与弯曲正应力，可供设计参考。
某些工程处于建筑布置和使用的需要而采用钢结构偏心连接节点。偏心节点由于受到扭转作用，而在节点核心区产生较为明显的应力集中。该文借助有限元模型，对偏心连接梁-柱钢结构节点的受力特征进行分析，表明偏心节点核心区存在明显的三维扭转效应，以及梁柱截面的畸变翘曲效应。在受力特征分析的基础上，提出了钢结构偏心节点核心区的耦合效应计算模型。通过与有限元模型进行比对验证和参数分析，对梁柱截面畸变角函数进行修正和标定。分析表明，该文提出的偏心节点核心区耦合效应分析方法能够较准确计算梁柱截面畸变翘曲正应力与弯曲正应力，可供设计参考。
2017, 34(5): 78-83,104.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0888
摘要:
水平旋喷桩施工期间，大量高压流体（水或水泥浆）注入土层，引起土层内部产生较大的膨胀作用，致使施工周围一定区域的土体发生变形。通过将水平旋喷桩施工过程模型化，基于Verruijt提出的半无限平面内圆孔扩张引起变形的弹性解答，提出了单根水平旋喷桩施工引起土体变形的实用计算方法。研究分析了单根水平旋喷桩施工引起土体应力状态的变化特性，给出了塑性区边界应力的计算公式；考虑水平旋喷施工参数和土性参数，应用能量原理提出了塑性区半径的计算公式。应用所提出的计算方法对水平旋喷桩施工实例进行计算分析，计算值与实测数据的对比结果验证了该计算方法的合理性。
水平旋喷桩施工期间，大量高压流体（水或水泥浆）注入土层，引起土层内部产生较大的膨胀作用，致使施工周围一定区域的土体发生变形。通过将水平旋喷桩施工过程模型化，基于Verruijt提出的半无限平面内圆孔扩张引起变形的弹性解答，提出了单根水平旋喷桩施工引起土体变形的实用计算方法。研究分析了单根水平旋喷桩施工引起土体应力状态的变化特性，给出了塑性区边界应力的计算公式；考虑水平旋喷施工参数和土性参数，应用能量原理提出了塑性区半径的计算公式。应用所提出的计算方法对水平旋喷桩施工实例进行计算分析，计算值与实测数据的对比结果验证了该计算方法的合理性。
2017, 34(5): 84-94.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.10.0840
摘要:
提出了一种上、下由普通钢板焊接的刚度较大的约束板、中部核心耗能区段由退火热处理后的普通钢板制作的墙柱型剪切耗能装置。完成了不同加劲肋方式的8个足尺试件的拟静力试验，并从滞回曲线、承载力、延性等方面分析耗能装置的抗震性能。研究表明：该装置具有初始刚度大、承载力高和耗能性能优良等特点；改变中间耗能区段上的加劲肋方式和尺寸，有助于改善钢板剪力墙的承载力和刚度，延缓并减轻滞回曲线中的“捏缩效应”；当耗能装置丧失承载力，大多会出现中部耗能区段的局部小区格内钢板疲劳开裂、中部耗能板整体出现面外屈曲失稳、板角焊缝被撕裂等现象。
提出了一种上、下由普通钢板焊接的刚度较大的约束板、中部核心耗能区段由退火热处理后的普通钢板制作的墙柱型剪切耗能装置。完成了不同加劲肋方式的8个足尺试件的拟静力试验，并从滞回曲线、承载力、延性等方面分析耗能装置的抗震性能。研究表明：该装置具有初始刚度大、承载力高和耗能性能优良等特点；改变中间耗能区段上的加劲肋方式和尺寸，有助于改善钢板剪力墙的承载力和刚度，延缓并减轻滞回曲线中的“捏缩效应”；当耗能装置丧失承载力，大多会出现中部耗能区段的局部小区格内钢板疲劳开裂、中部耗能板整体出现面外屈曲失稳、板角焊缝被撕裂等现象。
2017, 34(5): 95-104.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0905
摘要:
依据随机加权法，实现了岩体单元模型中每个单元体的力学参数非均质化。以含结构面的非均质化岩体单元为研究对象，通过对结构面倾角、结构面长度（迹长）、结构面宽度、结构面端部间距和岩桥倾角等五个参数进行分析，并进行正交试验，拟合得出静载作用下结构面岩体的岩桥贯通系数公式，修正了现有的贯通系数。利用自主开发的岩体工程结构与模型分析系统（GeoSMA-3D），结合上述理论，对某隧道进行关键块体的空间位置搜索及工程稳定性分析。
依据随机加权法，实现了岩体单元模型中每个单元体的力学参数非均质化。以含结构面的非均质化岩体单元为研究对象，通过对结构面倾角、结构面长度（迹长）、结构面宽度、结构面端部间距和岩桥倾角等五个参数进行分析，并进行正交试验，拟合得出静载作用下结构面岩体的岩桥贯通系数公式，修正了现有的贯通系数。利用自主开发的岩体工程结构与模型分析系统（GeoSMA-3D），结合上述理论，对某隧道进行关键块体的空间位置搜索及工程稳定性分析。
2017, 34(5): 105-115.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0913
摘要:
为了研究冻融环境下钢筋混凝土框架节点的抗震性能，对6个经受不同冻融循环次数作用后的钢筋混凝土框架节点进行低周反复加载试验，分析框架节点的滞回曲线特性。基于试验结果，得到了简化三折线型骨架曲线模型，并给出了相应的确定方法。采用回归分析方法，得到考虑冻融损伤的钢筋混凝土框架节点的极限功比系数I数学表达式，进而确定基于循环耗能的循环退化指数，通过对构件在反复荷载作用下的屈服荷载、硬化刚度、卸载刚度以及承载力等各项力学性能的退化机理进行了描述，进一步建立适应于冻融损伤的钢筋混凝土框架节点的恢复力模型，并给出了具体的滞回曲线规则。研究表明：冻融作用使得节点梁纵筋粘结性能劣化明显，累积耗能随着冻融循环次数的增加而降低；通过考虑刚度、强度的循环退化规律能更好的反应冻融节点“捏缩”效应，更与实际吻合；建议的恢复力模型与试验结果想接近，可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。
为了研究冻融环境下钢筋混凝土框架节点的抗震性能，对6个经受不同冻融循环次数作用后的钢筋混凝土框架节点进行低周反复加载试验，分析框架节点的滞回曲线特性。基于试验结果，得到了简化三折线型骨架曲线模型，并给出了相应的确定方法。采用回归分析方法，得到考虑冻融损伤的钢筋混凝土框架节点的极限功比系数I数学表达式，进而确定基于循环耗能的循环退化指数，通过对构件在反复荷载作用下的屈服荷载、硬化刚度、卸载刚度以及承载力等各项力学性能的退化机理进行了描述，进一步建立适应于冻融损伤的钢筋混凝土框架节点的恢复力模型，并给出了具体的滞回曲线规则。研究表明：冻融作用使得节点梁纵筋粘结性能劣化明显，累积耗能随着冻融循环次数的增加而降低；通过考虑刚度、强度的循环退化规律能更好的反应冻融节点“捏缩”效应，更与实际吻合；建议的恢复力模型与试验结果想接近，可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。
2017, 34(5): 116-124,131.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0922
摘要:
该文提出了一个关于Z形檩条水平x轴受弯时求解畸变屈曲与弯扭屈曲的统一模型。这个模型不仅可以求解畸变屈曲，还能够同时求解整体弯扭屈曲。对比Hancock所提出的模型，该文所提的模型在考虑了腹板提供翼缘--卷边截面的一个转动弹簧和一个水平弹簧的基础上，还考虑了两个弹簧之间的相互作用。采用Ritz法给出了相应的解析解。并将20个常用Z形截面的计算结果与有限元结果进行了对比，结果吻合非常好。同样，也与Hancock方法的结果进行了对比。此外还与Timoshenko给出的整体弯扭屈曲的解析解进行了对比，说明了用该文方法求解整体屈曲的合理性。拟合了Z形截面畸变屈曲系数的公式，与有限元结果对比后有非常好的精度。
该文提出了一个关于Z形檩条水平x轴受弯时求解畸变屈曲与弯扭屈曲的统一模型。这个模型不仅可以求解畸变屈曲，还能够同时求解整体弯扭屈曲。对比Hancock所提出的模型，该文所提的模型在考虑了腹板提供翼缘--卷边截面的一个转动弹簧和一个水平弹簧的基础上，还考虑了两个弹簧之间的相互作用。采用Ritz法给出了相应的解析解。并将20个常用Z形截面的计算结果与有限元结果进行了对比，结果吻合非常好。同样，也与Hancock方法的结果进行了对比。此外还与Timoshenko给出的整体弯扭屈曲的解析解进行了对比，说明了用该文方法求解整体屈曲的合理性。拟合了Z形截面畸变屈曲系数的公式，与有限元结果对比后有非常好的精度。
2017, 34(5): 125-131.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0935
摘要:
将子结构引入结构抗倒塌分析是评估结构抗倒塌性能的一种快速有效方法。采用备用荷载路径法，选择钢框架梁柱子结构作为研究对象，建立了分析梁柱子结构抗倒塌能力的理论计算模型，研究了梁柱子结构由梁抗倒塌机制向悬链线抗倒塌机制转换的过程及机理。根据梁柱子结构内力变化将整个抗倒塌过程划分为4个阶段，推导了不对称跨度情形下梁柱子结构在不同阶段的承载力及挠度变形计算公式，分析了梁柱子结构由抗弯向拉弯转化并最终主要依靠拉力抵抗外载的全过程，并通过数值算例验证了理论计算公式，满足工程计算的精度要求。
将子结构引入结构抗倒塌分析是评估结构抗倒塌性能的一种快速有效方法。采用备用荷载路径法，选择钢框架梁柱子结构作为研究对象，建立了分析梁柱子结构抗倒塌能力的理论计算模型，研究了梁柱子结构由梁抗倒塌机制向悬链线抗倒塌机制转换的过程及机理。根据梁柱子结构内力变化将整个抗倒塌过程划分为4个阶段，推导了不对称跨度情形下梁柱子结构在不同阶段的承载力及挠度变形计算公式，分析了梁柱子结构由抗弯向拉弯转化并最终主要依靠拉力抵抗外载的全过程，并通过数值算例验证了理论计算公式，满足工程计算的精度要求。
2017, 34(5): 132-141,147.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0936
摘要:
为研究含小净距隧道岩石边坡在地震作用下的动力特性，设计了一个比尺1∶10的含小净距隧道岩石边坡的大型振动台试验模型，试验以汶川波（WC）作为振动台激振波，采用水平（x）向、竖直（z）向和水平竖直（xz）向三种激振方式，研究地震作用下边坡的加速度响应特性和动位移响应特性。试验结果表明：1） 边坡加速度放大系数沿坡面向上呈现出先减小后增大的非线性变化特征，边坡会改变输入地震波的频谱成分，对高频段地震波存在滤波作用。2） x、z单向激振下边坡加速度放大系数随着加载加速度峰值的增大而增大，xz双向激振下则随着加载加速度峰值的增大而减小。3） 以3/5坡高为界，此高度以下，边坡对竖向地震波的放大作用大于对水平向地震波的放大作用，在此高度以上则刚好相反。4） 边坡水平方向位移主要受水平向地震波的影响，且随着激振加速度峰值的增大而增大。5） 以4/5坡高为界，此高度以下动位移峰值增大趋势缓慢，此高度以上，动位移响应峰值急剧增大，且在坡顶处产生最大的水平位移。6） 边坡的动位移响应与地震波的激振方向和测点位置有关。试验研究结果对含小净距隧道边坡抗震设计及其地震动力反应特性的研究有一定的指导意义。
为研究含小净距隧道岩石边坡在地震作用下的动力特性，设计了一个比尺1∶10的含小净距隧道岩石边坡的大型振动台试验模型，试验以汶川波（WC）作为振动台激振波，采用水平（x）向、竖直（z）向和水平竖直（xz）向三种激振方式，研究地震作用下边坡的加速度响应特性和动位移响应特性。试验结果表明：1） 边坡加速度放大系数沿坡面向上呈现出先减小后增大的非线性变化特征，边坡会改变输入地震波的频谱成分，对高频段地震波存在滤波作用。2） x、z单向激振下边坡加速度放大系数随着加载加速度峰值的增大而增大，xz双向激振下则随着加载加速度峰值的增大而减小。3） 以3/5坡高为界，此高度以下，边坡对竖向地震波的放大作用大于对水平向地震波的放大作用，在此高度以上则刚好相反。4） 边坡水平方向位移主要受水平向地震波的影响，且随着激振加速度峰值的增大而增大。5） 以4/5坡高为界，此高度以下动位移峰值增大趋势缓慢，此高度以上，动位移响应峰值急剧增大，且在坡顶处产生最大的水平位移。6） 边坡的动位移响应与地震波的激振方向和测点位置有关。试验研究结果对含小净距隧道边坡抗震设计及其地震动力反应特性的研究有一定的指导意义。
2017, 34(5): 142-147.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0953
摘要:
双层桥面桁架梁气动性能复杂，已有研究较为少见。以某双层桥面桁架三塔悬索桥设计方案为背景，通过节段模型风洞试验，研究了栏杆透风率与高度、双层桥面板中央开槽、中央稳定板等多种气动措施对颤振临界风速的影响。结果表明：该桥原始断面在-3°、0°、+3°三种风攻角下，颤振临界风速均小于颤振检验风速，存在发生颤振失稳的可能性；中央稳定板的高度对颤振临界风速影响较大，上层桥面设置上中央稳定板能提高桥梁的颤振临界风速；上、下双层桥面板均中央开槽能够显著提高0°风攻角下的颤振临界风速，但使正攻角下的颤振临界风速有所降低；采用上、下双层桥面板中央开槽、合理地设置中央稳定板和改变栏杆透风率等气动综合措施，能使该桥在各攻角情况下的颤振临界风速满足要求。
双层桥面桁架梁气动性能复杂，已有研究较为少见。以某双层桥面桁架三塔悬索桥设计方案为背景，通过节段模型风洞试验，研究了栏杆透风率与高度、双层桥面板中央开槽、中央稳定板等多种气动措施对颤振临界风速的影响。结果表明：该桥原始断面在-3°、0°、+3°三种风攻角下，颤振临界风速均小于颤振检验风速，存在发生颤振失稳的可能性；中央稳定板的高度对颤振临界风速影响较大，上层桥面设置上中央稳定板能提高桥梁的颤振临界风速；上、下双层桥面板均中央开槽能够显著提高0°风攻角下的颤振临界风速，但使正攻角下的颤振临界风速有所降低；采用上、下双层桥面板中央开槽、合理地设置中央稳定板和改变栏杆透风率等气动综合措施，能使该桥在各攻角情况下的颤振临界风速满足要求。
2017, 34(5): 148-162.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0964
摘要:
Y形高强钢组合偏心支撑框架结构（YEBF）的耗能梁段采用屈服点较低的钢材，框架梁、柱采用高强度钢材，采用高强钢可有效减小构件截面，节约钢材，降低造价。现行设计规范中偏心支撑结构基于弹性理论进行设计，采用内力放大系数的方法保证结构在罕遇地震下耗能梁段进入塑性，其他构件保持弹性，结构的弹塑性变形可能过于集中而出现薄弱层。该文提出了采用基于性能设计方法（PBPD）设计剪切屈服型耗能梁段YEBF结构（S-YEBF），以目标位移和理想的整体破坏模式为作为预测和控制结构弹塑性受力状态的性能目标，保证结构在罕遇地震作用下各层耗能梁段均能参与耗能，使结构层间侧移角分布趋于均匀，避免出现薄弱层。根据PBPD方法设计了多层S-YEBF结构，对其1/2缩尺模型进行了振动台试验以评估其抗震性能。通过非线性静力推覆分析和动力时程分析对比了分别采用PBPD方法和传统设计方法设计的10层S-YEBF结构算例的抗震性能。结果表明：采用PBPD方法设计的S-YEBF结构具有良好的抗震性能，结构呈较为理想的整体破坏模式，在罕遇地震作用下，各层耗能梁段均参与耗能，层间侧移角沿结构高度方向分布较均匀；与传统设计相比，PBPD方法设计的S-YEBF结构层间侧移角分布更均匀，并且可节省一定的钢材；PBPD设计方法可以为S-YEBF结构的工程设计提供参考。
Y形高强钢组合偏心支撑框架结构（YEBF）的耗能梁段采用屈服点较低的钢材，框架梁、柱采用高强度钢材，采用高强钢可有效减小构件截面，节约钢材，降低造价。现行设计规范中偏心支撑结构基于弹性理论进行设计，采用内力放大系数的方法保证结构在罕遇地震下耗能梁段进入塑性，其他构件保持弹性，结构的弹塑性变形可能过于集中而出现薄弱层。该文提出了采用基于性能设计方法（PBPD）设计剪切屈服型耗能梁段YEBF结构（S-YEBF），以目标位移和理想的整体破坏模式为作为预测和控制结构弹塑性受力状态的性能目标，保证结构在罕遇地震作用下各层耗能梁段均能参与耗能，使结构层间侧移角分布趋于均匀，避免出现薄弱层。根据PBPD方法设计了多层S-YEBF结构，对其1/2缩尺模型进行了振动台试验以评估其抗震性能。通过非线性静力推覆分析和动力时程分析对比了分别采用PBPD方法和传统设计方法设计的10层S-YEBF结构算例的抗震性能。结果表明：采用PBPD方法设计的S-YEBF结构具有良好的抗震性能，结构呈较为理想的整体破坏模式，在罕遇地震作用下，各层耗能梁段均参与耗能，层间侧移角沿结构高度方向分布较均匀；与传统设计相比，PBPD方法设计的S-YEBF结构层间侧移角分布更均匀，并且可节省一定的钢材；PBPD设计方法可以为S-YEBF结构的工程设计提供参考。
2017, 34(5): 163-170.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0965
摘要:
“支方主圆”T形节点与“支H主圆”T形节点虽然在结构形式上相近，但是在传力机理方面并不一致，两者承载力存在较大的差异。为了实现对T形相贯节点的精细化分析，该文提出了一种能消除节点弦杆弯曲效应影响的“弦杆约束法”分析模型，从而获得排除弦杆长度、边界条件等影响的单纯反映节点自身性能的“真实”承载力。共对192个“支方主圆”T形节点和192个“支H主圆”T形节点进行了参数化分析。分析与对应的试验结果表明，与“支H主圆”T形节点相比，“支方主圆”T形节点承载力受到腹杆纵向板的影响更为显著。参数分析结果发现，CIDECT设计指南的计算公式偏保守地估计了支方主圆T型节点的承载力。该文对该公式进行了修正，所得结果获得良好精度。
“支方主圆”T形节点与“支H主圆”T形节点虽然在结构形式上相近，但是在传力机理方面并不一致，两者承载力存在较大的差异。为了实现对T形相贯节点的精细化分析，该文提出了一种能消除节点弦杆弯曲效应影响的“弦杆约束法”分析模型，从而获得排除弦杆长度、边界条件等影响的单纯反映节点自身性能的“真实”承载力。共对192个“支方主圆”T形节点和192个“支H主圆”T形节点进行了参数化分析。分析与对应的试验结果表明，与“支H主圆”T形节点相比，“支方主圆”T形节点承载力受到腹杆纵向板的影响更为显著。参数分析结果发现，CIDECT设计指南的计算公式偏保守地估计了支方主圆T型节点的承载力。该文对该公式进行了修正，所得结果获得良好精度。
2017, 34(5): 171-178.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0973
摘要:
结合随机振动虚拟激励法、无穷周期链式结构的辛数学方法及有限元谐响应分析法，提出了考虑扣件胶垫刚度频变特性的车-线-隧垂向环境振动预测的辛模型。以南京地铁1号线为研究对象，利用等效线性动黏弹性模型之一的Martin-Davidenkov模型来描述土体加卸载对应的应力-应变非线性关系，将地表土层垂向振动加速度级的理论计算结果与实测数据进行对比，二者在整个频域内的吻合度较高，在中心频率为50 Hz位置处两者的最大峰值结果仅相差0.6 dB，表明实测线路上的轨道不平顺水平和计算条件较为接近，验证了车-线-隧垂向环境振动预测的辛模型及其参数选取方法合理，在频域范围内有较好的预测精度及效率。
结合随机振动虚拟激励法、无穷周期链式结构的辛数学方法及有限元谐响应分析法，提出了考虑扣件胶垫刚度频变特性的车-线-隧垂向环境振动预测的辛模型。以南京地铁1号线为研究对象，利用等效线性动黏弹性模型之一的Martin-Davidenkov模型来描述土体加卸载对应的应力-应变非线性关系，将地表土层垂向振动加速度级的理论计算结果与实测数据进行对比，二者在整个频域内的吻合度较高，在中心频率为50 Hz位置处两者的最大峰值结果仅相差0.6 dB，表明实测线路上的轨道不平顺水平和计算条件较为接近，验证了车-线-隧垂向环境振动预测的辛模型及其参数选取方法合理，在频域范围内有较好的预测精度及效率。
2017, 34(5): 179-187.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0975
摘要:
在定义结构剩余抗震能力比、结构整体抗震可恢复性指标以及对应于建议损伤区间的局部抗震可恢复性指标的基础上，考虑建筑物不同重要性和不同破坏影响，建议了不同的结构抗震可恢复性等级和相应的整体可恢复性指标变化范围，以及局部抗震可恢复性指标的下限值。结合易损性分析得到特定地震强度下得到其剩余抗震能力比的期望值。根据损伤区间规划、损伤性能目标以及各可恢复性等级结构剩余抗震能力比曲线下包络线，建议了结构抗震可恢复性概念设计框架。这种概念设计框架是在描述结构损伤程度的基础上，能够更加直接地评估结构面临受损或序列型强震时其剩余强度储备的情况。针对算例情况而言，按照现行规范设计的结构其抗震可恢复性和倒塌概率均满足要求，大震作用下结构剩余抗震能力比的期望值与最大结构层间位移有较好的对应关系，说明结构抗震可恢复性评估方法与常规设计方法之间的关联。
在定义结构剩余抗震能力比、结构整体抗震可恢复性指标以及对应于建议损伤区间的局部抗震可恢复性指标的基础上，考虑建筑物不同重要性和不同破坏影响，建议了不同的结构抗震可恢复性等级和相应的整体可恢复性指标变化范围，以及局部抗震可恢复性指标的下限值。结合易损性分析得到特定地震强度下得到其剩余抗震能力比的期望值。根据损伤区间规划、损伤性能目标以及各可恢复性等级结构剩余抗震能力比曲线下包络线，建议了结构抗震可恢复性概念设计框架。这种概念设计框架是在描述结构损伤程度的基础上，能够更加直接地评估结构面临受损或序列型强震时其剩余强度储备的情况。针对算例情况而言，按照现行规范设计的结构其抗震可恢复性和倒塌概率均满足要求，大震作用下结构剩余抗震能力比的期望值与最大结构层间位移有较好的对应关系，说明结构抗震可恢复性评估方法与常规设计方法之间的关联。
2017, 34(5): 188-197,215.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0924
摘要:
利用微焦点工业CT对混凝土试件单轴压缩过程分阶段进行原位扫描，获得相应的系列CT图像。由数字体散斑法（Digital Volumetric Speckle Photography，DVSP）获得了试件内部三维位移场与应变场。混凝土内部非均匀细观结构可以作为散斑结构成为变形信息的载体用于试件内部变形的测量；通过位移场和应变场的分析，揭示了试件内部变形局部化区域的演化及破坏过程，局部化区域与试件最终破坏面位置相一致。根据试件的体积应变随轴向应力的变化曲线分别定义了小于CT尺度微裂隙和CT尺度裂隙的发育点，分别为峰值应力的54.7 %和82.0 %，这两点同时对应着试件扩容的起始点及塑性变形的起始点。结果表明，DVSP与CT技术相结合能够直观地揭示混凝土试件内部变形局部化产生及发展过程，为三维变形的精细测量及可视化提供了方法。
利用微焦点工业CT对混凝土试件单轴压缩过程分阶段进行原位扫描，获得相应的系列CT图像。由数字体散斑法（Digital Volumetric Speckle Photography，DVSP）获得了试件内部三维位移场与应变场。混凝土内部非均匀细观结构可以作为散斑结构成为变形信息的载体用于试件内部变形的测量；通过位移场和应变场的分析，揭示了试件内部变形局部化区域的演化及破坏过程，局部化区域与试件最终破坏面位置相一致。根据试件的体积应变随轴向应力的变化曲线分别定义了小于CT尺度微裂隙和CT尺度裂隙的发育点，分别为峰值应力的54.7 %和82.0 %，这两点同时对应着试件扩容的起始点及塑性变形的起始点。结果表明，DVSP与CT技术相结合能够直观地揭示混凝土试件内部变形局部化产生及发展过程，为三维变形的精细测量及可视化提供了方法。
2017, 34(5): 198-204.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.12.0984
摘要:
体外预应力筋在结构加固以及钢混组合结构中应用广泛，但是针对该类结构受力特性的分析方法并不完善，主要原因是在外荷载作用下，预应力筋与结构会产生相对滑移，传统分析方法中截面上应变协调的假设无法继续采用。体外预应力筋由于结构变形导致的应力增量是体外预应力筋分析理论中的一项重要内容，目前已有的应力增量计算方法，大多只适用于特定结构形式，或者没有考虑预应力筋在转向块处的滑移，局限性大。该文充分考虑体外预应力筋在转向块处的滑移，通过分析预应力筋的变形与结构整体变形的几何关系并进行线性化，导出了通用的体外预应力筋应力增量的计算公式，得到了其刚度矩阵的显式表达式，并构造了适用于考虑滑移的体外预应力筋的有限单元，在此基础上还提出了体外预应力筋应力增量的简化计算方法。最后通过数值算例验证了该文方法，结果表明该方法使用简便，精确度高。
体外预应力筋在结构加固以及钢混组合结构中应用广泛，但是针对该类结构受力特性的分析方法并不完善，主要原因是在外荷载作用下，预应力筋与结构会产生相对滑移，传统分析方法中截面上应变协调的假设无法继续采用。体外预应力筋由于结构变形导致的应力增量是体外预应力筋分析理论中的一项重要内容，目前已有的应力增量计算方法，大多只适用于特定结构形式，或者没有考虑预应力筋在转向块处的滑移，局限性大。该文充分考虑体外预应力筋在转向块处的滑移，通过分析预应力筋的变形与结构整体变形的几何关系并进行线性化，导出了通用的体外预应力筋应力增量的计算公式，得到了其刚度矩阵的显式表达式，并构造了适用于考虑滑移的体外预应力筋的有限单元，在此基础上还提出了体外预应力筋应力增量的简化计算方法。最后通过数值算例验证了该文方法，结果表明该方法使用简便，精确度高。
2017, 34(5): 205-215.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2016.04.0280
摘要:
对于高烈度区1000 MW机组火电厂，传统钢-混凝土混合结构空冷支架已经不能满足使用要求。在地震作用下，结构的悬挑端位移超限、局部杆件受力过大、结构整体侧移较大。对此，提出了加设斜撑的空冷钢-混凝土混合结构体系，并按1/8缩尺比例进行了该类结构的拟动力试验和拟静力试验。根据试验结果研究了模型结构在EL-Centro（N-S）地震波作用下的滞回性能、延性性能、刚度退化和耗能能力。试验结果表明：与传统钢-混凝土混合结构空冷支架相比，加设斜撑后，结构的耗能能力有较大的提高，刚度退化速度减慢，而且残余刚度较大，具有了更大的安全储备。研究为同类结构的抗震设计提供了试验依据，并能指导相关工程设计。
对于高烈度区1000 MW机组火电厂，传统钢-混凝土混合结构空冷支架已经不能满足使用要求。在地震作用下，结构的悬挑端位移超限、局部杆件受力过大、结构整体侧移较大。对此，提出了加设斜撑的空冷钢-混凝土混合结构体系，并按1/8缩尺比例进行了该类结构的拟动力试验和拟静力试验。根据试验结果研究了模型结构在EL-Centro（N-S）地震波作用下的滞回性能、延性性能、刚度退化和耗能能力。试验结果表明：与传统钢-混凝土混合结构空冷支架相比，加设斜撑后，结构的耗能能力有较大的提高，刚度退化速度减慢，而且残余刚度较大，具有了更大的安全储备。研究为同类结构的抗震设计提供了试验依据，并能指导相关工程设计。
2017, 34(5): 216-225.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.09.0732
摘要:
采用φ74 mm分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar，简称SHPB）试验装置对30块高温后的钢管活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete-Filled Steel Tube，简称钢管RPC）进行了不同应变率的冲击压缩试验，得到了高温后钢管RPC的动态应力-应变关系和破坏形态，提出了高温后钢管RPC动态峰值应力和峰值应变预估方法。结果表明，高温后钢管RPC具有明显的应变率效应，经历高温作用后的钢管RPC仍保持较高的强度，较好的延性和整体性。含钢率对钢管RPC动力性能有显著影响，初始弹性刚度和峰值应力随含钢率提高而明显增大。理论计算结果与试验结果吻合良好，能够较好预测高温后钢管RPC的动态峰值应力和峰值应变。
采用φ74 mm分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar，简称SHPB）试验装置对30块高温后的钢管活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete-Filled Steel Tube，简称钢管RPC）进行了不同应变率的冲击压缩试验，得到了高温后钢管RPC的动态应力-应变关系和破坏形态，提出了高温后钢管RPC动态峰值应力和峰值应变预估方法。结果表明，高温后钢管RPC具有明显的应变率效应，经历高温作用后的钢管RPC仍保持较高的强度，较好的延性和整体性。含钢率对钢管RPC动力性能有显著影响，初始弹性刚度和峰值应力随含钢率提高而明显增大。理论计算结果与试验结果吻合良好，能够较好预测高温后钢管RPC的动态峰值应力和峰值应变。
2017, 34(5): 226-234.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0909
摘要:
基于欧拉梁和弹性薄板理论，该文分析了二级层级褶皱结构的板模型在剪切或压缩载荷下对应的六种失效模式及对应的名义应力。通过比较名义应力值，控制发生的失效模式类型，并结合多目标优化算法，同时进行最小重量和最小挠度的性能优化。该文建立了两种优化模型：一是控制首次发生的失效模式类型；二是根据损失大小将失效模式分级，并按照等级序列发生。在此基础上，讨论了两种优化模型的Pareto前沿图中典型设计点的性能指标，最后采用有限元分析验证失效模式类型。结果表明：两种优化模型得到的结构设计，分别与控制发生的类型一致，综合性能得到极大提升；第二种模型考虑了应力值的差异，防止结构突然发生整体失效，更加安全。
基于欧拉梁和弹性薄板理论，该文分析了二级层级褶皱结构的板模型在剪切或压缩载荷下对应的六种失效模式及对应的名义应力。通过比较名义应力值，控制发生的失效模式类型，并结合多目标优化算法，同时进行最小重量和最小挠度的性能优化。该文建立了两种优化模型：一是控制首次发生的失效模式类型；二是根据损失大小将失效模式分级，并按照等级序列发生。在此基础上，讨论了两种优化模型的Pareto前沿图中典型设计点的性能指标，最后采用有限元分析验证失效模式类型。结果表明：两种优化模型得到的结构设计，分别与控制发生的类型一致，综合性能得到极大提升；第二种模型考虑了应力值的差异，防止结构突然发生整体失效，更加安全。
2017, 34(5): 235-246.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0923
摘要:
提出了考虑颗粒摩擦系数空间变异性的砂土双轴剪切响应分析方法。采用随机场模型表征颗粒摩擦系数空间变异性，通过Karhunen-Loève展开方法离散接触摩擦系数随机场，编写了基于颗粒流程序PFC2D和MATLAB的随机模拟耦合分析程序。研究了摩擦系数空间变异性对密砂试样的双轴剪切响应影响规律。结果表明：1） 提出方法可有效地考虑颗粒间接触摩擦系数变异性对土体材料双轴压缩宏观力学行为影响；2） 密砂试样在剪切过程中的应力-应变关系曲线、体积-应变关系曲线的变化规律与颗粒间接触摩擦系数不确定性密切相关，在初始加载阶段随机模拟的偏应力曲线、体积应变曲线基本重合，继续加载后曲线开始发散；3） 垂直相关距离对峰值偏应力均值与标准差影响明显大于水平相关距离。颗粒接触摩擦系数的均值对峰值偏应力的影响大于摩擦系数空间分布的影响。摩擦系数的空间分布会影响剪切带的形成位置。
提出了考虑颗粒摩擦系数空间变异性的砂土双轴剪切响应分析方法。采用随机场模型表征颗粒摩擦系数空间变异性，通过Karhunen-Loève展开方法离散接触摩擦系数随机场，编写了基于颗粒流程序PFC2D和MATLAB的随机模拟耦合分析程序。研究了摩擦系数空间变异性对密砂试样的双轴剪切响应影响规律。结果表明：1） 提出方法可有效地考虑颗粒间接触摩擦系数变异性对土体材料双轴压缩宏观力学行为影响；2） 密砂试样在剪切过程中的应力-应变关系曲线、体积-应变关系曲线的变化规律与颗粒间接触摩擦系数不确定性密切相关，在初始加载阶段随机模拟的偏应力曲线、体积应变曲线基本重合，继续加载后曲线开始发散；3） 垂直相关距离对峰值偏应力均值与标准差影响明显大于水平相关距离。颗粒接触摩擦系数的均值对峰值偏应力的影响大于摩擦系数空间分布的影响。摩擦系数的空间分布会影响剪切带的形成位置。
2017, 34(5): 247-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.11.0921
摘要:
利用取自西藏玉龙铜矿的花岗岩试样进行变温度区间的冻融循环实验，分析饱水状态花岗岩在四种温度区间（-10℃~20℃、-20℃~20℃、-30℃~20℃、-40℃~20℃）冻融循环作用下的质量损失率、饱和吸水率、单轴抗压强度、弹性模量、峰值应变、泊松比、冻融系数。将实验结果应用于具体工程实例中，采用强度折减法计算冻融循环对花岗岩边坡稳定性的影响程度，分析边坡破坏模式，并提出相应的防护措施。研究结果表明：随着冻融温度下限的降低，花岗岩试样质量损失率、饱和吸水率、峰值应变略有增大，单轴抗压强度、弹性模量有所减小，温度下限降低至-30℃以下时，花岗岩抗冻性由较好变为较差。温度区间是岩石冻融过程中影响其物理力学性质的重要原因，该研究可为岩石冻融循环室内实验与寒区岩质边坡工程的有效结合提供参考。
利用取自西藏玉龙铜矿的花岗岩试样进行变温度区间的冻融循环实验，分析饱水状态花岗岩在四种温度区间（-10℃~20℃、-20℃~20℃、-30℃~20℃、-40℃~20℃）冻融循环作用下的质量损失率、饱和吸水率、单轴抗压强度、弹性模量、峰值应变、泊松比、冻融系数。将实验结果应用于具体工程实例中，采用强度折减法计算冻融循环对花岗岩边坡稳定性的影响程度，分析边坡破坏模式，并提出相应的防护措施。研究结果表明：随着冻融温度下限的降低，花岗岩试样质量损失率、饱和吸水率、峰值应变略有增大，单轴抗压强度、弹性模量有所减小，温度下限降低至-30℃以下时，花岗岩抗冻性由较好变为较差。温度区间是岩石冻融过程中影响其物理力学性质的重要原因，该研究可为岩石冻融循环室内实验与寒区岩质边坡工程的有效结合提供参考。
