2019年 第36卷 第1期
2019, 36(1): 1-14,43.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.ST11
摘要:
混凝土结构都是在荷载与环境的共同作用下工作的，而荷载作用可能引起混凝土物理性能的改变，进而影响混凝土结构的耐久性能，忽略荷载的作用得到的混凝土耐久性研究结果存在一定的片面性。综合评述了目前荷载与其他因素共同作用下混凝土耐久性研究的进展情况，着重介绍了在荷载和环境共同作用下，混凝土的抗渗性能、混凝土抗中性化、抗离子侵蚀，以及抗冻融循环作用方面已有的研究成果，对相关的成果进行了讨论，并对混凝土耐久性研究提出了展望。
混凝土结构都是在荷载与环境的共同作用下工作的，而荷载作用可能引起混凝土物理性能的改变，进而影响混凝土结构的耐久性能，忽略荷载的作用得到的混凝土耐久性研究结果存在一定的片面性。综合评述了目前荷载与其他因素共同作用下混凝土耐久性研究的进展情况，着重介绍了在荷载和环境共同作用下，混凝土的抗渗性能、混凝土抗中性化、抗离子侵蚀，以及抗冻融循环作用方面已有的研究成果，对相关的成果进行了讨论，并对混凝土耐久性研究提出了展望。
2019, 36(1): 15-22.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.06.ST01
摘要:
找形分析是膜结构设计中的关键环节，但在数学上，膜结构的极小曲面找形分析是一个高度非线性问题，一般无法求得其解析解，因此数值方法成为重要工具。近年来，基于单元能量投影法（EEP法）的一维非线性有限元的自适应分析已经取得成功，基于EEP法的二维线性有限元自适应分析也被证实是有效、可靠的。在此基础上，该文提出一种基于EEP法的二维非线性有限元自适应方法，并成功将之应用于膜结构的找形分析。其主要思想是，通过将非线性问题用Newton法线性化，引入现有的二维线性问题的自适应求解技术，进而实现二维有限元自适应分析技术从线性到非线性的跨越，将非线性有限元的自适应分析求解从一维问题拓展到二维问题。该方法兼顾求解的精度和效率，对网格自适应地进行调整，最终得到优化的网格，其解答可按最大模度量逐点满足用户设定的误差限。该文综述介绍了这一进展，并给出数值算例用以表明该方法的可行性和可靠性。
找形分析是膜结构设计中的关键环节，但在数学上，膜结构的极小曲面找形分析是一个高度非线性问题，一般无法求得其解析解，因此数值方法成为重要工具。近年来，基于单元能量投影法（EEP法）的一维非线性有限元的自适应分析已经取得成功，基于EEP法的二维线性有限元自适应分析也被证实是有效、可靠的。在此基础上，该文提出一种基于EEP法的二维非线性有限元自适应方法，并成功将之应用于膜结构的找形分析。其主要思想是，通过将非线性问题用Newton法线性化，引入现有的二维线性问题的自适应求解技术，进而实现二维有限元自适应分析技术从线性到非线性的跨越，将非线性有限元的自适应分析求解从一维问题拓展到二维问题。该方法兼顾求解的精度和效率，对网格自适应地进行调整，最终得到优化的网格，其解答可按最大模度量逐点满足用户设定的误差限。该文综述介绍了这一进展，并给出数值算例用以表明该方法的可行性和可靠性。
2019, 36(1): 23-31.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.0855
摘要:
Hermite模型自20世纪80年代后期开始被广泛应用于非高斯随机过程的短期极值估计。当随机过程的非高斯性很强时，尤其是偏度很大时，常用的3阶Hermite模型不足以表征出极值分布的尾端特征。工程中，样本统计矩的不确定性使得更高阶的Hermite模型不宜使用。基于此，该文提出了同时基于中心矩与线性矩的复合Hermite模型，有效地将Hermite模型由3阶拓展到4阶。该文以对数正态模型作为非线性系统的研究对象，对比分析了在解析条件下和在使用蒙特卡洛模拟获得样本数据条件下，各类Hermite模型与传统的Gumbel法以及平均条件穿越率（ACER）法用于极值分析的表现。结果表明，对于大偏度强非高斯随机过程的极值预测，复合Hermite模型具有更好的精确度和鲁棒性。
Hermite模型自20世纪80年代后期开始被广泛应用于非高斯随机过程的短期极值估计。当随机过程的非高斯性很强时，尤其是偏度很大时，常用的3阶Hermite模型不足以表征出极值分布的尾端特征。工程中，样本统计矩的不确定性使得更高阶的Hermite模型不宜使用。基于此，该文提出了同时基于中心矩与线性矩的复合Hermite模型，有效地将Hermite模型由3阶拓展到4阶。该文以对数正态模型作为非线性系统的研究对象，对比分析了在解析条件下和在使用蒙特卡洛模拟获得样本数据条件下，各类Hermite模型与传统的Gumbel法以及平均条件穿越率（ACER）法用于极值分析的表现。结果表明，对于大偏度强非高斯随机过程的极值预测，复合Hermite模型具有更好的精确度和鲁棒性。
2019, 36(1): 32-43.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0790
摘要:
多孔介质的有效应力定律广泛应用于流固耦合变形分析问题。该文考虑孔隙的重数、孔隙流体的相数、各向异性、非饱和、基质吸力等条件，提出了广义多相非饱和多重孔隙介质的有效应力定律。在固体相及各流体相线弹性变形的假设下，首先通过应力状态分解、边界条件叠加方法，得到了不考虑基质吸力的多相等效饱和各向异性多重孔隙介质的有效应力。考虑到非饱和多孔介质中两相界面张力引起的基质吸力，在线弹性变形基础上，叠加了基质吸力引起的变形部分，推导得到非饱和多孔介质的有效应力定律的一般形式。将所得公式根据实际需要进行简化处理，可以得到目前常用的有效应力定律的表达形式，充分说明了该文所得结论的合理性。
多孔介质的有效应力定律广泛应用于流固耦合变形分析问题。该文考虑孔隙的重数、孔隙流体的相数、各向异性、非饱和、基质吸力等条件，提出了广义多相非饱和多重孔隙介质的有效应力定律。在固体相及各流体相线弹性变形的假设下，首先通过应力状态分解、边界条件叠加方法，得到了不考虑基质吸力的多相等效饱和各向异性多重孔隙介质的有效应力。考虑到非饱和多孔介质中两相界面张力引起的基质吸力，在线弹性变形基础上，叠加了基质吸力引起的变形部分，推导得到非饱和多孔介质的有效应力定律的一般形式。将所得公式根据实际需要进行简化处理，可以得到目前常用的有效应力定律的表达形式，充分说明了该文所得结论的合理性。
2019, 36(1): 44-52,69.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0867
摘要:
砂土等松散介质对在其中传播的应力波有非常明显的衰减作用，因此，松散介质常常作为爆炸波消波材料被广泛应用于防护工程中。为了准确地量测松散介质对应力波的衰减效应，基于并改进了传统SHPB装置，提出了一种定量研究应力波在砂土介质中衰减规律的新方法。该文方法适用于所有在冲击荷载的应变率范围内（约1~102 s-1）应变率效应不明显的松散介质。方法基于拟合的透射系数T2，通过杆中的三波（入射波、反射波和透射波）计算得到试件两端真实的峰值应力，还可以计算试件的弹性波速、峰值应力速度、试件端部应力波的前沿升时等关键参数，简单实用，可操作性强。采用提出的方法，对干燥珊瑚砂进行了应力波衰减实验，得出了应力波荷载峰值随传播距离的衰减规律。经对比实验与参数讨论发现，拟合透射系数引起的结果误差不超过2.83%，具有很好的可靠性与实用性。
砂土等松散介质对在其中传播的应力波有非常明显的衰减作用，因此，松散介质常常作为爆炸波消波材料被广泛应用于防护工程中。为了准确地量测松散介质对应力波的衰减效应，基于并改进了传统SHPB装置，提出了一种定量研究应力波在砂土介质中衰减规律的新方法。该文方法适用于所有在冲击荷载的应变率范围内（约1~102 s-1）应变率效应不明显的松散介质。方法基于拟合的透射系数T2，通过杆中的三波（入射波、反射波和透射波）计算得到试件两端真实的峰值应力，还可以计算试件的弹性波速、峰值应力速度、试件端部应力波的前沿升时等关键参数，简单实用，可操作性强。采用提出的方法，对干燥珊瑚砂进行了应力波衰减实验，得出了应力波荷载峰值随传播距离的衰减规律。经对比实验与参数讨论发现，拟合透射系数引起的结果误差不超过2.83%，具有很好的可靠性与实用性。
2019, 36(1): 53-60.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0691
摘要:
结构损伤的准确识别是结构健康监测的重要内容，由于识别的模型需要实时修正，使得结构整体刚度矩阵的更新和分解往往占用大量时间。该文基于隔离非线性理论，提出了一种隔离损伤的桁架结构性态识别方法。该方法将截面的应变分解成弹性应变和损伤应变，从截面刚度退化角度定义材料损伤，将表征损伤的刚度矩阵从整体矩阵中隔离出来，实现模型中损伤隔离，在迭代计算时避免了结构整体刚度矩阵的实时更新和分解，只需对规模较小表征损伤的刚度矩阵进行更新和分解，提高了损伤识别的求解效率。最后，以某实际钢桁架桥为例，对其主桁弦杆的损伤识别进行了数值模拟研究，设计了两种静力荷载工况对该方法进行验证。结果表明：当桁架结构发生局部损伤时，该方法可以准确高效地识别出发生损伤的位置和程度。
结构损伤的准确识别是结构健康监测的重要内容，由于识别的模型需要实时修正，使得结构整体刚度矩阵的更新和分解往往占用大量时间。该文基于隔离非线性理论，提出了一种隔离损伤的桁架结构性态识别方法。该方法将截面的应变分解成弹性应变和损伤应变，从截面刚度退化角度定义材料损伤，将表征损伤的刚度矩阵从整体矩阵中隔离出来，实现模型中损伤隔离，在迭代计算时避免了结构整体刚度矩阵的实时更新和分解，只需对规模较小表征损伤的刚度矩阵进行更新和分解，提高了损伤识别的求解效率。最后，以某实际钢桁架桥为例，对其主桁弦杆的损伤识别进行了数值模拟研究，设计了两种静力荷载工况对该方法进行验证。结果表明：当桁架结构发生局部损伤时，该方法可以准确高效地识别出发生损伤的位置和程度。
2019, 36(1): 61-69.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0429
摘要:
已服役的结构由于所处的环境作用，其构件力学性能必将随时间不断劣化。基于12个不同锈蚀程度钢框架节点的低周往复试验，分析近海大气环境作用导致钢框架节点构件力学性能的劣化。考虑到钢框架节点在地震作用变形达不到其变形极限，因而不适宜采用变形能力作为参数评价其损伤程度。刚度指标能够反映构件承载力与变形两个性能指标，且构件的变形与其刚度成反比，建立能够考虑构件因环境作用而引起的初始损伤的基于构件刚度与耗能的双参数地震损伤模型。由试验数据回归得到构件的刚度与累积耗能能力与锈蚀率线性相关，并验算损伤模型的计算精度。研究表明：建立的损伤模型具有较高的计算精度，且计算方便，适用于对地震作用下的钢框架节点进行损伤描述。在损伤模型的基础之上，假定构件年锈蚀率相同，建立构件考虑环境作用的时变损伤模型。
已服役的结构由于所处的环境作用，其构件力学性能必将随时间不断劣化。基于12个不同锈蚀程度钢框架节点的低周往复试验，分析近海大气环境作用导致钢框架节点构件力学性能的劣化。考虑到钢框架节点在地震作用变形达不到其变形极限，因而不适宜采用变形能力作为参数评价其损伤程度。刚度指标能够反映构件承载力与变形两个性能指标，且构件的变形与其刚度成反比，建立能够考虑构件因环境作用而引起的初始损伤的基于构件刚度与耗能的双参数地震损伤模型。由试验数据回归得到构件的刚度与累积耗能能力与锈蚀率线性相关，并验算损伤模型的计算精度。研究表明：建立的损伤模型具有较高的计算精度，且计算方便，适用于对地震作用下的钢框架节点进行损伤描述。在损伤模型的基础之上，假定构件年锈蚀率相同，建立构件考虑环境作用的时变损伤模型。
2019, 36(1): 70-79,87.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0705
摘要:
该文利用骨料最大粒径dmax=10 mm，试件高度W依次为60 mm、80 mm、100 mm、140 mm、160 mm，厚度B=40 mm的小尺寸三点弯曲梁试件，来确定无尺寸效应的混凝土断裂韧度KIC与拉伸强度ft。区别于现有尺寸效应模型关注于"绝对尺寸W"，该文提出"相对尺寸W/dmax"的概念，分析了骨料颗粒对有限尺寸试件断裂破坏的影响机理，进而将骨料最大粒径dmax与离散度参数β引入修正的边界效应模型的解析表达式中，发展建立了离散颗粒断裂模型，进而给出了由实验室条件下小尺寸试件（W=60 mm~160 mm和B=40 mm）的峰值荷载Pmax同时确定混凝土材料参数-KIC和ft的实用方法。进而分析了不同试件组合和不同峰值荷载时裂缝扩展量取值对材料参数确定的影响规律，建立了混凝土材料破坏的完整曲线，给出了满足线弹性断裂力学条件的混凝土试件理论最小尺寸，并基于确定的材料参数对各试件的峰值荷载进行了成功预测。。
该文利用骨料最大粒径dmax=10 mm，试件高度W依次为60 mm、80 mm、100 mm、140 mm、160 mm，厚度B=40 mm的小尺寸三点弯曲梁试件，来确定无尺寸效应的混凝土断裂韧度KIC与拉伸强度ft。区别于现有尺寸效应模型关注于"绝对尺寸W"，该文提出"相对尺寸W/dmax"的概念，分析了骨料颗粒对有限尺寸试件断裂破坏的影响机理，进而将骨料最大粒径dmax与离散度参数β引入修正的边界效应模型的解析表达式中，发展建立了离散颗粒断裂模型，进而给出了由实验室条件下小尺寸试件（W=60 mm~160 mm和B=40 mm）的峰值荷载Pmax同时确定混凝土材料参数-KIC和ft的实用方法。进而分析了不同试件组合和不同峰值荷载时裂缝扩展量取值对材料参数确定的影响规律，建立了混凝土材料破坏的完整曲线，给出了满足线弹性断裂力学条件的混凝土试件理论最小尺寸，并基于确定的材料参数对各试件的峰值荷载进行了成功预测。。
2019, 36(1): 80-87.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0749
摘要:
中国地形地貌复杂多变，线路交替必不可少，为了探究高速铁路路堤-路堑过渡区域的列车气动效应和复杂风场，该文建立了大比例试验模型，采用风洞试验的方法对线路上方不同位置处的风速剖面和线路不同位置处的车辆气动力进行了测试。试验结果表明：路堤-路堑过渡段对气流的影响范围在轨道上方250 mm以内；线路交界处上方较低区域的风剖面由路堑主导，较高区域受路堤主导；风速变化对列车沿线移动的气动力变化趋势影响不大；在过渡区域，线路交界处附近对行车安全最不利，且路堤侧更为不利；受雷诺数效应的影响，气动力系数整体上随风速的增大而减小。
中国地形地貌复杂多变，线路交替必不可少，为了探究高速铁路路堤-路堑过渡区域的列车气动效应和复杂风场，该文建立了大比例试验模型，采用风洞试验的方法对线路上方不同位置处的风速剖面和线路不同位置处的车辆气动力进行了测试。试验结果表明：路堤-路堑过渡段对气流的影响范围在轨道上方250 mm以内；线路交界处上方较低区域的风剖面由路堑主导，较高区域受路堤主导；风速变化对列车沿线移动的气动力变化趋势影响不大；在过渡区域，线路交界处附近对行车安全最不利，且路堤侧更为不利；受雷诺数效应的影响，气动力系数整体上随风速的增大而减小。
2019, 36(1): 88-95.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.10.0787
摘要:
针对水-柱体动力相互作用问题，提出一种用于模拟无限域水体的圆柱形高精度时域人工边界条件。首先，基于三维可压缩水体的波动方程和边界条件，采用分离变量法建立了时空全局的精确人工边界条件；然后，将其动力刚度表示为外域模型和波导模型人工边界条件动力刚度的嵌套形式；之后，应用时间局部化方法得到时间局部的高精度人工边界条件；最后，离散高精度人工边界条件，并将其与近场有限元方程耦合，形成一种能够采用显式时间积分方法求解的时间二阶常微分方程组。数值算例表明：提出的三维圆柱形高精度人工边界条件精确、高效、稳定。
针对水-柱体动力相互作用问题，提出一种用于模拟无限域水体的圆柱形高精度时域人工边界条件。首先，基于三维可压缩水体的波动方程和边界条件，采用分离变量法建立了时空全局的精确人工边界条件；然后，将其动力刚度表示为外域模型和波导模型人工边界条件动力刚度的嵌套形式；之后，应用时间局部化方法得到时间局部的高精度人工边界条件；最后，离散高精度人工边界条件，并将其与近场有限元方程耦合，形成一种能够采用显式时间积分方法求解的时间二阶常微分方程组。数值算例表明：提出的三维圆柱形高精度人工边界条件精确、高效、稳定。
2019, 36(1): 96-103,118.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0792
摘要:
螺栓连接因其制作简单、安全可靠和施工方便的优点在现代竹木结构建筑中应用广泛。为研究重组竹钢夹板螺栓连接力学性能，对12组试件进行单轴拉伸试验研究与分析，探讨了厚径比、间距、端距等因素对螺栓连接破坏形态及承载能力的影响规律。研究结果表明：当试件厚径比为5.0~5.7时，单螺栓连接和多螺栓连接破坏形态均表现为单铰屈服模式，当试件厚径比为8.0~10.0时，破坏形态均表现为双铰屈服模式；随着螺栓直径、端距和间距增加，螺栓连接承载力逐渐增加，单列螺栓布置的螺栓连接延性较好，而增加螺栓列数虽然可以提高螺栓连接初始刚度但延性变差；通过将螺栓连接试验结果与国内《木结构设计规范》、《木结构设计手册》和Eurocode 5计算公式计算结果对比分析，国内规范计算结果较为保守，Eurocode 5计算公式具有更好的适用性。
螺栓连接因其制作简单、安全可靠和施工方便的优点在现代竹木结构建筑中应用广泛。为研究重组竹钢夹板螺栓连接力学性能，对12组试件进行单轴拉伸试验研究与分析，探讨了厚径比、间距、端距等因素对螺栓连接破坏形态及承载能力的影响规律。研究结果表明：当试件厚径比为5.0~5.7时，单螺栓连接和多螺栓连接破坏形态均表现为单铰屈服模式，当试件厚径比为8.0~10.0时，破坏形态均表现为双铰屈服模式；随着螺栓直径、端距和间距增加，螺栓连接承载力逐渐增加，单列螺栓布置的螺栓连接延性较好，而增加螺栓列数虽然可以提高螺栓连接初始刚度但延性变差；通过将螺栓连接试验结果与国内《木结构设计规范》、《木结构设计手册》和Eurocode 5计算公式计算结果对比分析，国内规范计算结果较为保守，Eurocode 5计算公式具有更好的适用性。
2019, 36(1): 104-118.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0801
摘要:
为了合理确定混凝土双向板荷载-变形关系及极限状态，该文进行了一足尺混凝土双向板承载力试验研究，观察试验板裂缝开展及破坏模式，对荷载-变形关系、钢筋应变和板角约束力进行了测量。在此基础上，基于塑性铰线理论，考虑受拉薄膜效应，提出钢筋应变差概念、钢筋和混凝土应变破坏准则，结合板块内力平衡方程和弯矩平衡方程，建立混凝土双向板荷载-变形关系和极限荷载计算方法。同时，结合板壳有限元理论，编程计算混凝土板荷载-变形关系，分析薄膜效应机理及钢筋应变，并用于验证该文理论方法的合理性。最后，将该文理论方法计算结果与国内外试验结果以及其他理论结果进行对比。结果表明：与试验结果和其他理论计算结果相比，该文理论方法原理简单，计算容易，精度满足要求，可用于确定混凝土双向板的极限状态。
为了合理确定混凝土双向板荷载-变形关系及极限状态，该文进行了一足尺混凝土双向板承载力试验研究，观察试验板裂缝开展及破坏模式，对荷载-变形关系、钢筋应变和板角约束力进行了测量。在此基础上，基于塑性铰线理论，考虑受拉薄膜效应，提出钢筋应变差概念、钢筋和混凝土应变破坏准则，结合板块内力平衡方程和弯矩平衡方程，建立混凝土双向板荷载-变形关系和极限荷载计算方法。同时，结合板壳有限元理论，编程计算混凝土板荷载-变形关系，分析薄膜效应机理及钢筋应变，并用于验证该文理论方法的合理性。最后，将该文理论方法计算结果与国内外试验结果以及其他理论结果进行对比。结果表明：与试验结果和其他理论计算结果相比，该文理论方法原理简单，计算容易，精度满足要求，可用于确定混凝土双向板的极限状态。
2019, 36(1): 119-128.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0805
摘要:
提出了一种由O型钢板金属阻尼器与高阻尼黏弹性阻尼器并联而成的复合型消能器，阐述了其构造形式和工作机理，对其进行了低周反复加载试验。研究结果表明：复合型消能器具有较强的变形能力和饱满的滞回曲线；其力学性能稳定，受加载频率影响较小；该消能器兼具位移型阻尼器与速度型阻尼器的优点，小变形时，黏弹性阻尼器发挥主要的耗能作用，O型钢板金属阻尼器提供一定的附加刚度，大变形时，二者共同耗能；相比单一类型的消能器，该复合型消能器提高了阻尼力和抗震安全储备；采用Bouc-Wen模型建立了该消能器的力学模型，计算结果与试验结果吻合较好。
提出了一种由O型钢板金属阻尼器与高阻尼黏弹性阻尼器并联而成的复合型消能器，阐述了其构造形式和工作机理，对其进行了低周反复加载试验。研究结果表明：复合型消能器具有较强的变形能力和饱满的滞回曲线；其力学性能稳定，受加载频率影响较小；该消能器兼具位移型阻尼器与速度型阻尼器的优点，小变形时，黏弹性阻尼器发挥主要的耗能作用，O型钢板金属阻尼器提供一定的附加刚度，大变形时，二者共同耗能；相比单一类型的消能器，该复合型消能器提高了阻尼力和抗震安全储备；采用Bouc-Wen模型建立了该消能器的力学模型，计算结果与试验结果吻合较好。
2019, 36(1): 129-137,145.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0809
摘要:
为了解混联Ⅱ型惯容减震系统（SPIS-Ⅱ）的减震机理，该文对设置SPIS-Ⅱ的单自由度体系进行了随机地震响应变化规律的研究并提出了参数优化设计的方法。首先在体系运动微分方程的基础上，基于随机振动的理论和方法推导了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下频域响应传递函数及随机响应均方根的表达式。接着以金井清谱为随机地震输入模型，基于随机响应表达式研究了地震动参数和SPIS-Ⅱ关键参数对单自由度体系响应变化规律的影响。然后在参数研究的基础上，提出了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下的实用优化设计方法，该方法以性能需求为设计目标，可同时考虑响应与成本的控制以及输入地震动的频谱特征。最后根据所提出方法编制程序进行了一系列实例设计，并进行了动力时程分析验证，设计及分析的结果均证实了该文提出方法的有效性。
为了解混联Ⅱ型惯容减震系统（SPIS-Ⅱ）的减震机理，该文对设置SPIS-Ⅱ的单自由度体系进行了随机地震响应变化规律的研究并提出了参数优化设计的方法。首先在体系运动微分方程的基础上，基于随机振动的理论和方法推导了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下频域响应传递函数及随机响应均方根的表达式。接着以金井清谱为随机地震输入模型，基于随机响应表达式研究了地震动参数和SPIS-Ⅱ关键参数对单自由度体系响应变化规律的影响。然后在参数研究的基础上，提出了SPIS-Ⅱ单自由度体系在地震作用下的实用优化设计方法，该方法以性能需求为设计目标，可同时考虑响应与成本的控制以及输入地震动的频谱特征。最后根据所提出方法编制程序进行了一系列实例设计，并进行了动力时程分析验证，设计及分析的结果均证实了该文提出方法的有效性。
2019, 36(1): 138-145.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0812
摘要:
试验表明轻骨料混凝土和普通混凝土在多轴应力下具有不同的力学特性和破坏规律，因此那些针对普通混凝土建立的强度准则将不能完全适用于轻骨料混凝土。考虑到轻骨料混凝土和岩土材料具有相似的破坏特征，该文适当的调整了岩土材料的弹头型屈服函数作为子午线方程，并选取了William-Warnke模型的椭圆曲线作为π平面形状函数，建立了一个连续、光滑、封闭的弹头型轻骨料混凝土强度准则。该准则克服了二次抛物线型强度准则不光滑和椭圆型强度准则在高静水压力下过于保守的缺陷，能够较好的描述轻骨料混凝土破坏曲面的几何特征。利用最小二乘法量化了强度准则，通过与试验数据对比，验证了所建议的弹头型强度准则的合理性。
试验表明轻骨料混凝土和普通混凝土在多轴应力下具有不同的力学特性和破坏规律，因此那些针对普通混凝土建立的强度准则将不能完全适用于轻骨料混凝土。考虑到轻骨料混凝土和岩土材料具有相似的破坏特征，该文适当的调整了岩土材料的弹头型屈服函数作为子午线方程，并选取了William-Warnke模型的椭圆曲线作为π平面形状函数，建立了一个连续、光滑、封闭的弹头型轻骨料混凝土强度准则。该准则克服了二次抛物线型强度准则不光滑和椭圆型强度准则在高静水压力下过于保守的缺陷，能够较好的描述轻骨料混凝土破坏曲面的几何特征。利用最小二乘法量化了强度准则，通过与试验数据对比，验证了所建议的弹头型强度准则的合理性。
2019, 36(1): 146-154,164.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0815
摘要:
超高性能混凝土（Ultra high performance concrete，简称UHPC）是一种具有高强度、高韧性、高耐久性和高抗冲击性能的水泥基复合材料。通过现有的两种刚度计算方法——有效惯性矩法及刚度解析法，结合UHPC材料特性，相应地建立了UHPC短期刚度计算方法。通过对12根UHPC梁试验结果的分析，发现该文建立的两种短期刚度计算方法均能有效地计算试验梁的短期刚度，精度满足工程计算要求，其中有效惯性矩法的计算值更接近试验值。
超高性能混凝土（Ultra high performance concrete，简称UHPC）是一种具有高强度、高韧性、高耐久性和高抗冲击性能的水泥基复合材料。通过现有的两种刚度计算方法——有效惯性矩法及刚度解析法，结合UHPC材料特性，相应地建立了UHPC短期刚度计算方法。通过对12根UHPC梁试验结果的分析，发现该文建立的两种短期刚度计算方法均能有效地计算试验梁的短期刚度，精度满足工程计算要求，其中有效惯性矩法的计算值更接近试验值。
2019, 36(1): 155-164.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0822
摘要:
2000年英国千禧桥大幅横向振动事件的发生，揭示了在人行桥的人致横向振动中，存在着振动发散不稳定现象：人群数目的小额增加会导致有限振幅的桥梁振动突变为大幅桥梁振动。这个现象已被证实为是由人-桥的相互作用引起，但其中机理仍未得到明确的解释。众多学者包括目前已有的规范所提出的模型，大部分基于确定性的思路或者单个试验观测结果，忽略了行人荷载中明显存在的随机性。行人荷载实质是一个复杂的窄带随机过程，包含行人不同步伐间的作用随机性以及不同行人之间的作用随机性，这些随机性导致的行人荷载将明显不同于按确定性考虑的情况。因此，该文提出了考虑人桥相互作用以及行人横向荷载随机性的非线性随机模型，将行人横向荷载划分为两部分：与桥梁振动无关的横向荷载以及与桥梁振动（振幅）相关的荷载，并考虑了单个行人不同步伐间的荷载随机性造成的激励过程窄带性。基于随机平均法推导得到的Itô方程，进行了随机P-分叉分析和随机D-分叉分析，并以此得到人行桥横向振动发散失稳临界状态。最后利用所提方法对伦敦千禧桥北边跨进行了算例分析，验证了该文所提方法的有效性，并得到了一些有益的结论。
2000年英国千禧桥大幅横向振动事件的发生，揭示了在人行桥的人致横向振动中，存在着振动发散不稳定现象：人群数目的小额增加会导致有限振幅的桥梁振动突变为大幅桥梁振动。这个现象已被证实为是由人-桥的相互作用引起，但其中机理仍未得到明确的解释。众多学者包括目前已有的规范所提出的模型，大部分基于确定性的思路或者单个试验观测结果，忽略了行人荷载中明显存在的随机性。行人荷载实质是一个复杂的窄带随机过程，包含行人不同步伐间的作用随机性以及不同行人之间的作用随机性，这些随机性导致的行人荷载将明显不同于按确定性考虑的情况。因此，该文提出了考虑人桥相互作用以及行人横向荷载随机性的非线性随机模型，将行人横向荷载划分为两部分：与桥梁振动无关的横向荷载以及与桥梁振动（振幅）相关的荷载，并考虑了单个行人不同步伐间的荷载随机性造成的激励过程窄带性。基于随机平均法推导得到的Itô方程，进行了随机P-分叉分析和随机D-分叉分析，并以此得到人行桥横向振动发散失稳临界状态。最后利用所提方法对伦敦千禧桥北边跨进行了算例分析，验证了该文所提方法的有效性，并得到了一些有益的结论。
2019, 36(1): 165-174.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0842
摘要:
初始缺陷是影响网壳稳定性的主要因素之一。技术规程建议的一致缺陷模态法综合考虑了结点的位置偏差与杆件的初弯曲，但现有计算方法难于便捷地单独全面体现初弯曲的影响。该文基于几何精确梁理论构造了一种弱形式求积元模型。通过引入纤维模型模拟材料非线性，结合柱面弧长法实现了对空间曲梁结构的弹塑性大位移分析，通过算例验证了提出模型的有效性。该模型构建不需具体指定位移形函数，避免了使用有限元软件中的复杂建模过程。运用该模型计算了几类典型网壳在杆件初弯曲方向随机分布，不同弯曲挠度下的极限承载力。计算结果表明，在现有钢结构生产工艺下杆件初弯曲的缺陷对于网壳稳定性的影响较小，不起控制作用。通过与一致缺陷模态法的计算结果和空间网格结构技术规程计算的承载力进行对比，对规范的承载力计算公式提出了考虑特殊网壳形式及材料屈服强度的改进建议。
初始缺陷是影响网壳稳定性的主要因素之一。技术规程建议的一致缺陷模态法综合考虑了结点的位置偏差与杆件的初弯曲，但现有计算方法难于便捷地单独全面体现初弯曲的影响。该文基于几何精确梁理论构造了一种弱形式求积元模型。通过引入纤维模型模拟材料非线性，结合柱面弧长法实现了对空间曲梁结构的弹塑性大位移分析，通过算例验证了提出模型的有效性。该模型构建不需具体指定位移形函数，避免了使用有限元软件中的复杂建模过程。运用该模型计算了几类典型网壳在杆件初弯曲方向随机分布，不同弯曲挠度下的极限承载力。计算结果表明，在现有钢结构生产工艺下杆件初弯曲的缺陷对于网壳稳定性的影响较小，不起控制作用。通过与一致缺陷模态法的计算结果和空间网格结构技术规程计算的承载力进行对比，对规范的承载力计算公式提出了考虑特殊网壳形式及材料屈服强度的改进建议。
2019, 36(1): 175-182.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0851
摘要:
《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）规定框架结构设计应保证其在两个方向分别满足抗震要求。但地震作用是多维的、随机的，框架节点可能在两个方向同时受力，使其抗震能力相比于单向地震作用可能会降低。目前对钢筋混凝土框架节点在两个方向同时受力时的抗剪承载力计算未见详尽报道。该文分析了钢筋混凝土框架节点在双向同时受力时的抗剪机理，双向受力下，节点内作用合成剪力，节点端部形成斜向受压区，节点内形成不同于单向受力下的斜向斜压杆。基于拉压杆模型建立了双向受力下框架节点的抗剪承载力计算方法，其计算结果与已有试验结果吻合良好。
《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）规定框架结构设计应保证其在两个方向分别满足抗震要求。但地震作用是多维的、随机的，框架节点可能在两个方向同时受力，使其抗震能力相比于单向地震作用可能会降低。目前对钢筋混凝土框架节点在两个方向同时受力时的抗剪承载力计算未见详尽报道。该文分析了钢筋混凝土框架节点在双向同时受力时的抗剪机理，双向受力下，节点内作用合成剪力，节点端部形成斜向受压区，节点内形成不同于单向受力下的斜向斜压杆。基于拉压杆模型建立了双向受力下框架节点的抗剪承载力计算方法，其计算结果与已有试验结果吻合良好。
2019, 36(1): 183-191,215.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0853
摘要:
框架-核心筒体系是超高层结构的常用结构体系之一。我国规范对框架-核心筒结构设计时的框架剪力做了相关的调整规定，但其在超高层结构中的适用性有待进一步研究。该文对比了中美规范的相关规定，并以一实际超高层建筑为例，改变其剪力调整策略得到新设计方案。并建立新、旧两方案的精细有限元模型，进行了大震弹塑性分析和特大震抗倒塌能力分析。分析结果表明：改变剪力调整策略的新模型设计难度降低，抗大震性能与满足中国规范的原模型相当，且其抗特大震倒塌能力更优。研究结果可以为超高层框架-核心筒结构的设计提供参考。
框架-核心筒体系是超高层结构的常用结构体系之一。我国规范对框架-核心筒结构设计时的框架剪力做了相关的调整规定，但其在超高层结构中的适用性有待进一步研究。该文对比了中美规范的相关规定，并以一实际超高层建筑为例，改变其剪力调整策略得到新设计方案。并建立新、旧两方案的精细有限元模型，进行了大震弹塑性分析和特大震抗倒塌能力分析。分析结果表明：改变剪力调整策略的新模型设计难度降低，抗大震性能与满足中国规范的原模型相当，且其抗特大震倒塌能力更优。研究结果可以为超高层框架-核心筒结构的设计提供参考。
2019, 36(1): 192-199.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0875
摘要:
由于冰的比热和导热系数与水的比热和导热系数具有显著的差异性，因此土的比热和导热系数在冻结过程中是不断变化的。依据常热参数建立起来的温度场相似准则，难以准确反映土体在冻结过程中由热参数非线性引起的温度场演变。该文基于考虑热参数非线性变化的热传导微分方程，采用相似变换法导出了冻土模型试验中温度场的相似准则，并给出了采用原土进行模型试验时原型与模型应满足的相似关系。同时，在考虑第三类边界条件对相似准则影响的基础上，导出了模型土应满足的热物性相似条件。在此基础上，分别利用ABAQUS有限元软件对线性、非线性以及考虑第三类边界条件的原型和模型温度场进行了数值模拟，并对冻结过程中特征点的温度演变过程进行了分析。计算结果表明：建立的非线性导热相似准则能够正确反映原型冻土温度场的演变过程，说明模型土热参数的计算方法是合理的。同时表明，满足第三类边界条件的土体非线性冻结相似准则具有明确的物理意义和更高的实用价值。该研究成果为冻土模型试验中模型土的配制提供了切实合理的参数计算方法，为冻土水-热-力三场耦合模型试验的设计和实施提供了理论基础和技术支持。
由于冰的比热和导热系数与水的比热和导热系数具有显著的差异性，因此土的比热和导热系数在冻结过程中是不断变化的。依据常热参数建立起来的温度场相似准则，难以准确反映土体在冻结过程中由热参数非线性引起的温度场演变。该文基于考虑热参数非线性变化的热传导微分方程，采用相似变换法导出了冻土模型试验中温度场的相似准则，并给出了采用原土进行模型试验时原型与模型应满足的相似关系。同时，在考虑第三类边界条件对相似准则影响的基础上，导出了模型土应满足的热物性相似条件。在此基础上，分别利用ABAQUS有限元软件对线性、非线性以及考虑第三类边界条件的原型和模型温度场进行了数值模拟，并对冻结过程中特征点的温度演变过程进行了分析。计算结果表明：建立的非线性导热相似准则能够正确反映原型冻土温度场的演变过程，说明模型土热参数的计算方法是合理的。同时表明，满足第三类边界条件的土体非线性冻结相似准则具有明确的物理意义和更高的实用价值。该研究成果为冻土模型试验中模型土的配制提供了切实合理的参数计算方法，为冻土水-热-力三场耦合模型试验的设计和实施提供了理论基础和技术支持。
2019, 36(1): 200-206.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0879
摘要:
采用新型抗震结构用软钢LY315作为内核材料，设计加工了3根全钢型装配式屈曲约束支撑。对支撑进行了拉压往复加载试验，并对其力学性能进行分析，研究此类新型屈曲约束支撑的耗能性能。结果表明：支撑构造合理，滞回曲线饱满，耗能性能稳定；试件的最大位移延性系数均大于15，抗拉应变强化系数在1.21~1.29，等效粘性阻尼比在0.442~0.465，累积塑性变形均大于500倍的屈服位移；对试件的疲劳加载进行分析，各项参数均满足JGJ 297-2013《建筑消能减震技术规程》的要求，表明试件有良好的低周疲劳性能。
采用新型抗震结构用软钢LY315作为内核材料，设计加工了3根全钢型装配式屈曲约束支撑。对支撑进行了拉压往复加载试验，并对其力学性能进行分析，研究此类新型屈曲约束支撑的耗能性能。结果表明：支撑构造合理，滞回曲线饱满，耗能性能稳定；试件的最大位移延性系数均大于15，抗拉应变强化系数在1.21~1.29，等效粘性阻尼比在0.442~0.465，累积塑性变形均大于500倍的屈服位移；对试件的疲劳加载进行分析，各项参数均满足JGJ 297-2013《建筑消能减震技术规程》的要求，表明试件有良好的低周疲劳性能。
2019, 36(1): 207-215.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0881
摘要:
为研究纤维编织网增强地聚物砂浆（TRGM）加固钢筋混凝土构件的可行性，首先通过双剪试验探讨了地聚物砂浆与碳纤维编织网在常温下和高温后的粘结性能，随后开展了地聚物砂浆粘贴不同层数（1层、2层、3层）碳纤维编织网抗剪加固钢筋混凝土梁的静载试验，并与未加固梁、环氧树脂粘贴碳纤维编织网抗剪加固混凝土梁进行了试验比较。试验结果表明，地聚物砂浆与碳纤维编织网的常温粘结强度达2.02 MPa，在温度不高于300℃时强度退化不显著；在未采取任何锚固措施的情况下，采用地聚物砂浆粘贴单层碳纤维编织网加固梁的抗剪承载力相比于未加固梁提高47.1%，提高幅度约为采用环氧树脂粘贴加固的一半；两层TRGM加固梁中的纤维作用发挥得最充分。最后，提出了TRGM抗剪加固梁斜截面承载力的简化计算模型，模型计算结果与试验结果吻合较好。
为研究纤维编织网增强地聚物砂浆（TRGM）加固钢筋混凝土构件的可行性，首先通过双剪试验探讨了地聚物砂浆与碳纤维编织网在常温下和高温后的粘结性能，随后开展了地聚物砂浆粘贴不同层数（1层、2层、3层）碳纤维编织网抗剪加固钢筋混凝土梁的静载试验，并与未加固梁、环氧树脂粘贴碳纤维编织网抗剪加固混凝土梁进行了试验比较。试验结果表明，地聚物砂浆与碳纤维编织网的常温粘结强度达2.02 MPa，在温度不高于300℃时强度退化不显著；在未采取任何锚固措施的情况下，采用地聚物砂浆粘贴单层碳纤维编织网加固梁的抗剪承载力相比于未加固梁提高47.1%，提高幅度约为采用环氧树脂粘贴加固的一半；两层TRGM加固梁中的纤维作用发挥得最充分。最后，提出了TRGM抗剪加固梁斜截面承载力的简化计算模型，模型计算结果与试验结果吻合较好。
2019, 36(1): 216-226,237.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0887
摘要:
为了考察周边结构约束对钢筋混凝土（RC）框架结构防连续倒塌承载能力的影响，该文通过Qian K等进行的中柱移除的框架子结构拟静力试验，校核了论文中ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性。模拟所得的荷载位移曲线与试验曲线吻合良好，较好地模拟了中柱移除至子结构破坏的全过程。在成功进行模型校核的基础上，通过改变平面框架两侧边跨的约束情况，分析了两侧边跨约束对所研究子结构防连续倒塌承载力的影响；其次通过对比考虑楼板与不考虑楼板的单层空间结构的承载力，分析了楼板在结构防连续倒塌受力过程中对提高压拱阶段和悬链线阶段承载力的作用，讨论了楼板对连续倒塌各个受力阶段不同的影响；最后建立了多层空间框架结构模型，研究框架底层柱移除过程中结构的承载能力，分析发现楼层数的增加，成倍地提高框架结构承载力，并对连续倒塌各个受力阶段产生不同的影响。
为了考察周边结构约束对钢筋混凝土（RC）框架结构防连续倒塌承载能力的影响，该文通过Qian K等进行的中柱移除的框架子结构拟静力试验，校核了论文中ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性。模拟所得的荷载位移曲线与试验曲线吻合良好，较好地模拟了中柱移除至子结构破坏的全过程。在成功进行模型校核的基础上，通过改变平面框架两侧边跨的约束情况，分析了两侧边跨约束对所研究子结构防连续倒塌承载力的影响；其次通过对比考虑楼板与不考虑楼板的单层空间结构的承载力，分析了楼板在结构防连续倒塌受力过程中对提高压拱阶段和悬链线阶段承载力的作用，讨论了楼板对连续倒塌各个受力阶段不同的影响；最后建立了多层空间框架结构模型，研究框架底层柱移除过程中结构的承载能力，分析发现楼层数的增加，成倍地提高框架结构承载力，并对连续倒塌各个受力阶段产生不同的影响。
2019, 36(1): 227-237.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.10.0785
摘要:
为研究破冰船在层冰中运动的特点与海冰的破坏方式，该文建立了包含冰载荷、敞水阻力、螺旋桨推力与舵力的六自由度动力学方程。考虑海冰的弹性弯曲对破冰力的影响，引入海冰的二次断裂与动态弯曲破坏准则，提出了更加精确、完善的船-冰动态接触模型。在此基础上，对瑞典破冰船Tor Viking Ⅱ在层冰中的直航与回转运动进行了数值模拟，并与全尺寸试验数据对比，验证了数值模拟结果的合理性。结果表明：模拟运动轨迹与真实运动轨迹相符，最大回转直径的相对误差仅为3.32%，因此本文建立的数值模拟方法能够真实地模拟破冰船在层冰中的运动。
为研究破冰船在层冰中运动的特点与海冰的破坏方式，该文建立了包含冰载荷、敞水阻力、螺旋桨推力与舵力的六自由度动力学方程。考虑海冰的弹性弯曲对破冰力的影响，引入海冰的二次断裂与动态弯曲破坏准则，提出了更加精确、完善的船-冰动态接触模型。在此基础上，对瑞典破冰船Tor Viking Ⅱ在层冰中的直航与回转运动进行了数值模拟，并与全尺寸试验数据对比，验证了数值模拟结果的合理性。结果表明：模拟运动轨迹与真实运动轨迹相符，最大回转直径的相对误差仅为3.32%，因此本文建立的数值模拟方法能够真实地模拟破冰船在层冰中的运动。
2019, 36(1): 238-247,256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.10.0779
摘要:
针对水下爆炸作用下舰船整体运动响应的理论预报问题，将船体结构简化为等截面直梁，以炸药在船体梁中部正下方爆炸工况为研究对象，将水下爆炸载荷压力曲线划分为5个典型阶段，建立了冲击波和气泡联合作用下船体梁整体运动的简化理论模型，分别研究了船体梁全弹性和弹塑性运动模式，特别分析了梁进入塑性运动后反复加载、卸载的响应过程，最后结合船体梁模型水下爆炸实验结果对该理论方法进行了验证，同时对比分析了爆距、梁长等参数变化对梁整体运动响应的一般影响特性。研究表明：所建立的水下爆炸作用下船体梁整体运动响应理论模型能够反映船体梁发生整体弹性和塑性运动时的响应特征；当水下爆炸近距发生于梁中部正下方，且爆炸气泡第一次脉动频率与梁一阶湿频率相近时，船体梁更容易发生整体中垂损伤。
针对水下爆炸作用下舰船整体运动响应的理论预报问题，将船体结构简化为等截面直梁，以炸药在船体梁中部正下方爆炸工况为研究对象，将水下爆炸载荷压力曲线划分为5个典型阶段，建立了冲击波和气泡联合作用下船体梁整体运动的简化理论模型，分别研究了船体梁全弹性和弹塑性运动模式，特别分析了梁进入塑性运动后反复加载、卸载的响应过程，最后结合船体梁模型水下爆炸实验结果对该理论方法进行了验证，同时对比分析了爆距、梁长等参数变化对梁整体运动响应的一般影响特性。研究表明：所建立的水下爆炸作用下船体梁整体运动响应理论模型能够反映船体梁发生整体弹性和塑性运动时的响应特征；当水下爆炸近距发生于梁中部正下方，且爆炸气泡第一次脉动频率与梁一阶湿频率相近时，船体梁更容易发生整体中垂损伤。
2019, 36(1): 248-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0814
摘要:
为了研究环境参数及外形布局对平流层飞艇气动阻力的影响，在验证CFD数值模拟方法的基础上，从气动阻力包括压差阻力与摩擦阻力的角度探讨了风速、动力粘度系数、空气密度、Re数、长细比及尾翼对飞艇气动阻力的影响规律及机理。结果表明：气动阻力系数随风速与空气密度的增加而减小，随动力粘度系数的增加而增加；气动阻力系数随Re数减小的趋势，取决于摩擦阻力系数随Re数的减小趋势；随长细比的增加，摩擦阻力系数呈现增加趋势，但气动阻力系数呈现先减小后增加的趋势；尾翼对气动阻力系数的影响主要体现在压差阻力系数的改变。
为了研究环境参数及外形布局对平流层飞艇气动阻力的影响，在验证CFD数值模拟方法的基础上，从气动阻力包括压差阻力与摩擦阻力的角度探讨了风速、动力粘度系数、空气密度、Re数、长细比及尾翼对飞艇气动阻力的影响规律及机理。结果表明：气动阻力系数随风速与空气密度的增加而减小，随动力粘度系数的增加而增加；气动阻力系数随Re数减小的趋势，取决于摩擦阻力系数随Re数的减小趋势；随长细比的增加，摩擦阻力系数呈现增加趋势，但气动阻力系数呈现先减小后增加的趋势；尾翼对气动阻力系数的影响主要体现在压差阻力系数的改变。
