2021年 第38卷 第10期
2021, 38(10): 1-11.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0721
摘要:
生成式对抗网络(Generative Adversarial Network，GAN)是人工智能领域较为重要的思想与方法。该文提出基于GAN生成风场，其中，由于GAN需要训练数据，考虑到实测风场数据的困难与匮乏，该文通过改进循环预前模拟法生成训练数据，并利用GANθ与GANΔθ生成风场，前者用于生成单点相位谱，后者用于生成单位距离相位谱差值，以克服传统模拟方法湍流度略低、频谱特性失真等不足；进而基于中心递进法利用GANθ、GANΔθ的结果生成相位谱；利用相位谱、幅值谱生成风场。从数据分布角度定性评估了GAN结果质量；利用1-NN算法定量评估了GAN结果质量；从风场特性角度将GAN生成的风场与目标风场进行了对比验证。通过定性、定量及对比验证可得：基于GAN生成的数据分布与目标分布相接近，生成的风场特性与目标风场相接近，说明基于GAN生成风场方法通过学习数据分布特性生成数据，具有良好的适应能力与生成数据能力。
生成式对抗网络(Generative Adversarial Network，GAN)是人工智能领域较为重要的思想与方法。该文提出基于GAN生成风场，其中，由于GAN需要训练数据，考虑到实测风场数据的困难与匮乏，该文通过改进循环预前模拟法生成训练数据，并利用GANθ与GANΔθ生成风场，前者用于生成单点相位谱，后者用于生成单位距离相位谱差值，以克服传统模拟方法湍流度略低、频谱特性失真等不足；进而基于中心递进法利用GANθ、GANΔθ的结果生成相位谱；利用相位谱、幅值谱生成风场。从数据分布角度定性评估了GAN结果质量；利用1-NN算法定量评估了GAN结果质量；从风场特性角度将GAN生成的风场与目标风场进行了对比验证。通过定性、定量及对比验证可得：基于GAN生成的数据分布与目标分布相接近，生成的风场特性与目标风场相接近，说明基于GAN生成风场方法通过学习数据分布特性生成数据，具有良好的适应能力与生成数据能力。
2021, 38(10): 12-23.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0736
摘要:
对现有的随机应力、模糊强度可靠度计算方法进行了系统的分析研究，将其分成模糊变量直接转化为随机变量、由模糊强度的隶属函数直接构造模糊失效事件的隶属函数、可能度法和实用计算法四类，根据模糊失效概率的属性又可分成定量计算法和模糊计算法两类；得到了在定量计算方法中，广义密度函数法与面积法等价，当量密度函数法与截集法等价，真正独立的主要方法为广义密度函数法、当量密度函数法和直接转化法三种等结果；对强度模糊隶属函数为线性、正态分布情况推导了有关公式；通过算例给出了各主要方法的计算结果，其值相差较大，因此，哪种方法更合理还必须作进一步研究。
对现有的随机应力、模糊强度可靠度计算方法进行了系统的分析研究，将其分成模糊变量直接转化为随机变量、由模糊强度的隶属函数直接构造模糊失效事件的隶属函数、可能度法和实用计算法四类，根据模糊失效概率的属性又可分成定量计算法和模糊计算法两类；得到了在定量计算方法中，广义密度函数法与面积法等价，当量密度函数法与截集法等价，真正独立的主要方法为广义密度函数法、当量密度函数法和直接转化法三种等结果；对强度模糊隶属函数为线性、正态分布情况推导了有关公式；通过算例给出了各主要方法的计算结果，其值相差较大，因此，哪种方法更合理还必须作进一步研究。
2021, 38(10): 24-33.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0708
摘要:
该文建立圆弧形曲梁裂纹的截面损伤缺陷比拟方案，实施微裂纹损伤诱发截面弱化，实现多裂纹深度、位置、数目的模拟。引入变截面Timoshenko梁的h型有限元网格自适应分析方法，求解含裂纹损伤圆弧曲梁自由振动问题，得到优化的网格和满足预设误差限的高精度自振频率和振型解答，研究多裂纹损伤对圆弧曲梁振型的扰动行为。数值算例表明，该算法中网格非均匀加密可适应裂纹损伤引起的振型变化，应用于各类曲梁夹角和裂纹损伤分布工况下的自由振动研究，定量分析了多裂纹损伤深度、数目、分布对圆弧曲梁自振频率和振型的扰动影响，检验了该文算法的精确性和实用性。
该文建立圆弧形曲梁裂纹的截面损伤缺陷比拟方案，实施微裂纹损伤诱发截面弱化，实现多裂纹深度、位置、数目的模拟。引入变截面Timoshenko梁的h型有限元网格自适应分析方法，求解含裂纹损伤圆弧曲梁自由振动问题，得到优化的网格和满足预设误差限的高精度自振频率和振型解答，研究多裂纹损伤对圆弧曲梁振型的扰动行为。数值算例表明，该算法中网格非均匀加密可适应裂纹损伤引起的振型变化，应用于各类曲梁夹角和裂纹损伤分布工况下的自由振动研究，定量分析了多裂纹损伤深度、数目、分布对圆弧曲梁自振频率和振型的扰动影响，检验了该文算法的精确性和实用性。
2021, 38(10): 34-43, 73.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0729
摘要:
实际工程中出现的损伤往往具有非线性特征，比如裂缝开合导致结构刚度呈现明显的双线性特性。采用简单的线性模型会遗漏与损伤相关的非线性信息，进而影响到损伤识别结果的可靠性。为解决上述问题，该文提出基于马尔科夫状态转移向量自回归模型(MSVAR)的非线性损伤识别方法。该方法假定损伤会导致结构振动响应出现非线性特征，利用MSVAR模型隐状态平滑概率能够反映数据非线性变化的特点，构造信息熵作为损伤预警指标监测结构损伤状态。MSVAR模型的自回归系数包含损伤位置信息，可据此构造损伤定位向量确定裂缝位置，以裂缝位置处的层间位移(平滑概率由0突变到100%时)表征裂缝宽度。最后通过数值算例和模型试验验证该文所提方法在裂缝类型损伤识别的有效性。
实际工程中出现的损伤往往具有非线性特征，比如裂缝开合导致结构刚度呈现明显的双线性特性。采用简单的线性模型会遗漏与损伤相关的非线性信息，进而影响到损伤识别结果的可靠性。为解决上述问题，该文提出基于马尔科夫状态转移向量自回归模型(MSVAR)的非线性损伤识别方法。该方法假定损伤会导致结构振动响应出现非线性特征，利用MSVAR模型隐状态平滑概率能够反映数据非线性变化的特点，构造信息熵作为损伤预警指标监测结构损伤状态。MSVAR模型的自回归系数包含损伤位置信息，可据此构造损伤定位向量确定裂缝位置，以裂缝位置处的层间位移(平滑概率由0突变到100%时)表征裂缝宽度。最后通过数值算例和模型试验验证该文所提方法在裂缝类型损伤识别的有效性。
2021, 38(10): 44-53.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0683
摘要:
冷却塔群塔干扰效应研究通常面向塔筒等效静风荷载，缺少群塔组合对于脉动风压干扰特性的研究。该文选取矩形布置的八塔组合为研究对象，对群塔进行刚性模型同步测压风洞试验。基于不同风向角条件塔筒表面的脉动风压时程，研究了测点之间的脉动风压相关性，分析了关键测点风压频谱与环向整体合力频谱的相关性，比较了环向整体阻力(顺风向合力)与升力(横风向合力)的功率谱受扰特性，并基于试验数据给出了关键点风压以及合力的功率谱拟合表达式。频谱分析结果表明：干扰会增大结构敏感区域内的升力功率谱密度取值，由此引起的动力放大效应亟需关注。该文关于脉动风压干扰的研究策略和结论可为类似群体建/构筑物组合气动干扰效应分析提供借鉴思路。
冷却塔群塔干扰效应研究通常面向塔筒等效静风荷载，缺少群塔组合对于脉动风压干扰特性的研究。该文选取矩形布置的八塔组合为研究对象，对群塔进行刚性模型同步测压风洞试验。基于不同风向角条件塔筒表面的脉动风压时程，研究了测点之间的脉动风压相关性，分析了关键测点风压频谱与环向整体合力频谱的相关性，比较了环向整体阻力(顺风向合力)与升力(横风向合力)的功率谱受扰特性，并基于试验数据给出了关键点风压以及合力的功率谱拟合表达式。频谱分析结果表明：干扰会增大结构敏感区域内的升力功率谱密度取值，由此引起的动力放大效应亟需关注。该文关于脉动风压干扰的研究策略和结论可为类似群体建/构筑物组合气动干扰效应分析提供借鉴思路。
2021, 38(10): 54-63.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0605
摘要:
全断面硬岩隧道掘进机(TBM)广泛应用于隧道工程的建设，其滚刀破岩过程的受力情况也一直是TBM设计和施工阶段的核心问题。为研究TBM破岩过程的滚刀受力情况，该文简化滚刀运动模式，综合运用剪切与张拉破坏机理，分别对滚刀随刀盘转动时的扭转运动和在掘进方向的近似直线运动时的滚刀受力情况进行研究，不考虑滚刀自身旋转的影响，推导得出了计算破岩过程中滚刀法向力及滚动力的计算模型，并进一步分析了滚刀法向推力的主要影响因素，保证了计算模型参数取值的合理性。将该模型应用于实际工程案例中，分别与现场监测结果和近似常截面盘形滚刀破岩力CSM模型计算结果进行对比，结果表明：该计算模型所得结果与现场监测结果之间的相关性较好，且相比于近似常截面盘形滚刀破岩力CSM模型的计算误差较小，从而验证了该模型的适用性和合理性，为TBM滚刀破岩的力学计算和模型研究及其相关工程的应用提供了参考。
全断面硬岩隧道掘进机(TBM)广泛应用于隧道工程的建设，其滚刀破岩过程的受力情况也一直是TBM设计和施工阶段的核心问题。为研究TBM破岩过程的滚刀受力情况，该文简化滚刀运动模式，综合运用剪切与张拉破坏机理，分别对滚刀随刀盘转动时的扭转运动和在掘进方向的近似直线运动时的滚刀受力情况进行研究，不考虑滚刀自身旋转的影响，推导得出了计算破岩过程中滚刀法向力及滚动力的计算模型，并进一步分析了滚刀法向推力的主要影响因素，保证了计算模型参数取值的合理性。将该模型应用于实际工程案例中，分别与现场监测结果和近似常截面盘形滚刀破岩力CSM模型计算结果进行对比，结果表明：该计算模型所得结果与现场监测结果之间的相关性较好，且相比于近似常截面盘形滚刀破岩力CSM模型的计算误差较小，从而验证了该模型的适用性和合理性，为TBM滚刀破岩的力学计算和模型研究及其相关工程的应用提供了参考。
2021, 38(10): 64-73.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0623
摘要:
中式高耸古木塔是世界建筑文化遗产的重要组成部分之一，是中国的建筑瑰宝。风灾是最为常见的自然灾害之一，因此，古木塔在风荷载作用下风压与风荷载分布是需要特别关注的。该文开展了高耸古木塔风洞试验，研究了门窗封闭状态下，墙面与各层屋檐区域的风压分布规律，并计算了木塔各区域体型系数。在试验基础上，计算了风荷载层间力与倾覆弯矩，并与实测结果进行了对比。结果表明：木塔迎风面中上部风压系数最大，而背风面风压系数为负，与现代建筑表面风压分布相似，但木塔表面形状特殊，屋顶及斜侧面等位置的风压分布具有独特性。对比分析结果表明：根据风洞试验结果计算的风荷载与现场实测结果趋势一致，基底剪力与弯矩误差小于14%。该文通过风洞试验获得了复杂中式高耸古木塔的风压分布规律，可为高耸古木建筑的保护提供技术基础，也为类似仿古建筑抗风设计提供参考。
中式高耸古木塔是世界建筑文化遗产的重要组成部分之一，是中国的建筑瑰宝。风灾是最为常见的自然灾害之一，因此，古木塔在风荷载作用下风压与风荷载分布是需要特别关注的。该文开展了高耸古木塔风洞试验，研究了门窗封闭状态下，墙面与各层屋檐区域的风压分布规律，并计算了木塔各区域体型系数。在试验基础上，计算了风荷载层间力与倾覆弯矩，并与实测结果进行了对比。结果表明：木塔迎风面中上部风压系数最大，而背风面风压系数为负，与现代建筑表面风压分布相似，但木塔表面形状特殊，屋顶及斜侧面等位置的风压分布具有独特性。对比分析结果表明：根据风洞试验结果计算的风荷载与现场实测结果趋势一致，基底剪力与弯矩误差小于14%。该文通过风洞试验获得了复杂中式高耸古木塔的风压分布规律，可为高耸古木建筑的保护提供技术基础，也为类似仿古建筑抗风设计提供参考。
2021, 38(10): 74-82.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0678
摘要:
螺栓抗剪连接件是实现装配式钢-混凝土组合构件的可拆卸功能的基本元素之一。针对螺栓抗剪连接件变形能力不足的问题，提出了一种高变形能力的插块式螺栓抗剪连接件(plug-type bolted shear connector, PTBSC)。试验和有限元分析表明，PTBSC的剪切-滑移关系曲线存在明显的屈服点和极限点，曲线呈现出近似双线性特征。同时，曲线有较大的屈服后刚度(为初始刚度的1/3~1/2)，以及较大的屈服后承载力储备(极限承载力接近2倍的屈服承载力)，其屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的评价方法有待研究。针对PTBSC的屈服抗剪承载力，从PTBSC的受力机理出发，推导了其理论计算公式。为检验所提出PTBSC屈服抗剪承载力的计算公式准确性，将理论计算结果与有限元分析结果进行比较验证。对比发现，PTBSC屈服抗剪承载力的理论计算公式具有较高预测精度，误差在正负20%之内，离散系数不超过13%。对该文提出的屈服抗剪承载力计算公式作参数影响分析，考察其随不同参数的变化规律。增大螺栓直径和螺栓强度等级可显著提高PTBSC的屈服抗剪承载力；增大集中变形段长细比会减小屈服抗剪承载力，增大插块材料抗压强度可提高PTBSC屈服抗剪承载力，当强度大于100 MPa，屈服抗剪承载力基本保持不变。针对PTBSC的极限抗剪承载力，通过对有限元结果进行统计分析标定其经验系数。当PTBSC的螺栓极限抗剪承载力表示为0.7倍的极限抗拉承载力，此时误差在20%之内，可较好地预测PTBSC的极限抗剪承载力且具有一定安全储备。
螺栓抗剪连接件是实现装配式钢-混凝土组合构件的可拆卸功能的基本元素之一。针对螺栓抗剪连接件变形能力不足的问题，提出了一种高变形能力的插块式螺栓抗剪连接件(plug-type bolted shear connector, PTBSC)。试验和有限元分析表明，PTBSC的剪切-滑移关系曲线存在明显的屈服点和极限点，曲线呈现出近似双线性特征。同时，曲线有较大的屈服后刚度(为初始刚度的1/3~1/2)，以及较大的屈服后承载力储备(极限承载力接近2倍的屈服承载力)，其屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的评价方法有待研究。针对PTBSC的屈服抗剪承载力，从PTBSC的受力机理出发，推导了其理论计算公式。为检验所提出PTBSC屈服抗剪承载力的计算公式准确性，将理论计算结果与有限元分析结果进行比较验证。对比发现，PTBSC屈服抗剪承载力的理论计算公式具有较高预测精度，误差在正负20%之内，离散系数不超过13%。对该文提出的屈服抗剪承载力计算公式作参数影响分析，考察其随不同参数的变化规律。增大螺栓直径和螺栓强度等级可显著提高PTBSC的屈服抗剪承载力；增大集中变形段长细比会减小屈服抗剪承载力，增大插块材料抗压强度可提高PTBSC屈服抗剪承载力，当强度大于100 MPa，屈服抗剪承载力基本保持不变。针对PTBSC的极限抗剪承载力，通过对有限元结果进行统计分析标定其经验系数。当PTBSC的螺栓极限抗剪承载力表示为0.7倍的极限抗拉承载力，此时误差在20%之内，可较好地预测PTBSC的极限抗剪承载力且具有一定安全储备。
2021, 38(10): 83-89, 133.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0679
摘要:
几何非线性是大跨度桥梁结构的主要非线性影响因素之一，对桥梁结构及桥上列车行车安全性的影响不容忽视。该文以世界首座跨度超1 km的公铁两用斜拉桥——沪苏通长江大桥为工程背景，基于桥址区复杂风场实测，采用谱表示法提取实际风场特征，模拟全桥三维风速场，建立了考虑复杂非线性空间特性的风荷载模型，考虑垂度效应、梁柱效应和大位移效应等几何非线性因素，建立了桥梁非线性计算子模型，采用全过程迭代法计算考虑非线性因素的风-车-桥耦合振动响应，并给出行车安全性分析。结果表明：考虑非线性因素工况下，桥梁与车辆的动力响应均有一定程度的增大，且车辆动力响应的低频成分显著增加；大位移效应对结构响应影响较大，梁柱效应影响较小；忽略非线性因素影响，可能导致响应分析偏小，评估偏不安全；当车速为200 km/h，瞬时风速超过35 m/s，或当瞬时风速为30 m/s，车速超过210 km/h时，车辆轮重减载率指标超出安全阈值，行车安全性受到威胁。沪苏通大桥的非线性风-车-桥耦合振动分析具有重要的科学研究意义，并对保障桥梁结构和列车运行安全具有重要的工程指导作用。
几何非线性是大跨度桥梁结构的主要非线性影响因素之一，对桥梁结构及桥上列车行车安全性的影响不容忽视。该文以世界首座跨度超1 km的公铁两用斜拉桥——沪苏通长江大桥为工程背景，基于桥址区复杂风场实测，采用谱表示法提取实际风场特征，模拟全桥三维风速场，建立了考虑复杂非线性空间特性的风荷载模型，考虑垂度效应、梁柱效应和大位移效应等几何非线性因素，建立了桥梁非线性计算子模型，采用全过程迭代法计算考虑非线性因素的风-车-桥耦合振动响应，并给出行车安全性分析。结果表明：考虑非线性因素工况下，桥梁与车辆的动力响应均有一定程度的增大，且车辆动力响应的低频成分显著增加；大位移效应对结构响应影响较大，梁柱效应影响较小；忽略非线性因素影响，可能导致响应分析偏小，评估偏不安全；当车速为200 km/h，瞬时风速超过35 m/s，或当瞬时风速为30 m/s，车速超过210 km/h时，车辆轮重减载率指标超出安全阈值，行车安全性受到威胁。沪苏通大桥的非线性风-车-桥耦合振动分析具有重要的科学研究意义，并对保障桥梁结构和列车运行安全具有重要的工程指导作用。
2021, 38(10): 90-102.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0682
摘要:
为避免预制构件灌浆套筒连接定位精度要求高、连接质量不易检测等问题，提高梁柱节点的抗震性能，通过5个钢筋搭接后浇UHPC(lap-splice with UHPC，LS-UHPC)装配整体式梁柱节点及1个RC现浇整体式梁柱节点的拟静力试验，研究了LS-UHPC装配整体式梁柱节点的破坏形态、滞回特性、骨架曲线和耗能能力。结果表明：柱纵筋直筋搭接15db，梁下部纵筋设置90°弯钩搭接11db均未出现拔出破坏；梁上部纵筋锚固长度为16.7db或13.6db，虽均小于GB 50010−2010中20db的要求，但由于UHPC较高的粘结强度未发生明显滑移，均表现出较好的延性。节点核心区采用UHPC，受剪承载力明显提高，即使未配箍筋，也可以取得优于普通混凝土现浇节点的性能；节点核心区箍筋和钢纤维掺量的增加，延缓了节点核心区主斜裂缝的形成，提高了节点核心区耐损伤能力，进而提高了梁柱节点的极限位移，延性系数和耗能能力，且适当配置箍筋对核心区耐损伤能力的提高效果更显著；GB 50010−2010低估了UHPC的抗剪贡献，而高估了箍筋的抗剪贡献，美国规范ACI 318-19高估了UHPC的抗剪贡献；利用UHPC的抗压强度和抗拉强度的关系，分别对GB 50010−2010和ACI 318-19进行修正，修正后的ACI 318-19的计算方法较为准确且保守。
为避免预制构件灌浆套筒连接定位精度要求高、连接质量不易检测等问题，提高梁柱节点的抗震性能，通过5个钢筋搭接后浇UHPC(lap-splice with UHPC，LS-UHPC)装配整体式梁柱节点及1个RC现浇整体式梁柱节点的拟静力试验，研究了LS-UHPC装配整体式梁柱节点的破坏形态、滞回特性、骨架曲线和耗能能力。结果表明：柱纵筋直筋搭接15db，梁下部纵筋设置90°弯钩搭接11db均未出现拔出破坏；梁上部纵筋锚固长度为16.7db或13.6db，虽均小于GB 50010−2010中20db的要求，但由于UHPC较高的粘结强度未发生明显滑移，均表现出较好的延性。节点核心区采用UHPC，受剪承载力明显提高，即使未配箍筋，也可以取得优于普通混凝土现浇节点的性能；节点核心区箍筋和钢纤维掺量的增加，延缓了节点核心区主斜裂缝的形成，提高了节点核心区耐损伤能力，进而提高了梁柱节点的极限位移，延性系数和耗能能力，且适当配置箍筋对核心区耐损伤能力的提高效果更显著；GB 50010−2010低估了UHPC的抗剪贡献，而高估了箍筋的抗剪贡献，美国规范ACI 318-19高估了UHPC的抗剪贡献；利用UHPC的抗压强度和抗拉强度的关系，分别对GB 50010−2010和ACI 318-19进行修正，修正后的ACI 318-19的计算方法较为准确且保守。
2021, 38(10): 103-118.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0690
摘要:
对提出的塞焊-芯筒式和单向螺栓-芯筒式连接节点及传统全熔透焊接连接节点进行拟静力试验，对比研究各节点在试验现象、恢复力模型、延性系数、典型部位应变情况及螺栓预拉力等力学性能上的差异，在试验的基础上对芯筒式连接节点进行机理分析。研究结果表明：塞焊-芯筒式连接节点与单向螺栓-芯筒式连接节点均具有良好的承载能力和节点刚度。塞焊数量与单向螺栓数量相同的箱形柱芯筒式连接节点的滞回曲线基本重合，延性系数相近，刚度退化规律基本一致；塞焊数量的增加可提高节点的刚度，减小螺栓的预拉力损失，节点的延性系数有一定提高，承载力的提升不明显；增加塞焊数量的塞焊-芯筒式连接节点的力学性能与传统全熔透焊接连接节点相近。塞焊-芯筒式连接节点的造价相对较低，适用于现场允许少量焊接的情况，单向螺栓-芯筒式连接节点能够实现全螺栓装配，在施工现场无焊接作业，在实际工程设计中可根据工程需求灵活选用两类节点。
对提出的塞焊-芯筒式和单向螺栓-芯筒式连接节点及传统全熔透焊接连接节点进行拟静力试验，对比研究各节点在试验现象、恢复力模型、延性系数、典型部位应变情况及螺栓预拉力等力学性能上的差异，在试验的基础上对芯筒式连接节点进行机理分析。研究结果表明：塞焊-芯筒式连接节点与单向螺栓-芯筒式连接节点均具有良好的承载能力和节点刚度。塞焊数量与单向螺栓数量相同的箱形柱芯筒式连接节点的滞回曲线基本重合，延性系数相近，刚度退化规律基本一致；塞焊数量的增加可提高节点的刚度，减小螺栓的预拉力损失，节点的延性系数有一定提高，承载力的提升不明显；增加塞焊数量的塞焊-芯筒式连接节点的力学性能与传统全熔透焊接连接节点相近。塞焊-芯筒式连接节点的造价相对较低，适用于现场允许少量焊接的情况，单向螺栓-芯筒式连接节点能够实现全螺栓装配，在施工现场无焊接作业，在实际工程设计中可根据工程需求灵活选用两类节点。
2021, 38(10): 119-133.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0691
摘要:
为了揭示高温作用后钢管再生混凝土的界面黏结性能，以试件的最高经历温度(T)、再生粗骨料取代率(γ)为变化参数，设计并完成了20个高温后试件的静力推出试验。通过试验观察了试件的受力破坏过程及形态，获取了试件加载端和自由端的荷载滑移曲线，分析了各变化参数对界面黏结性能及黏结损伤演变过程的影响规律，并提出了高温后钢管再生混凝土的界面黏结强度计算方法及黏结滑移本构方程。结果表明：荷载-滑移曲线的形态可以分为T≤400 ℃和T=600 ℃两类，加载端和自由端的曲线形态相似但加载端的初始滑移发生得相对较早；界面黏结性能整体上与钢管普通混凝土相差不大(各取代率下性能差值的均值在11%以内)；界面黏结强度随经历温度和再生粗骨料取代率的升高呈现先减小后增大的变化趋势；随着经历温度的升高，界面黏结抗剪刚度先减小后增大再减小，界面黏结耗能能力则逐渐增大；随着再生粗骨料取代率的升高，界面黏结抗剪刚度和耗能能力均呈现先增大后减小再增大的变化趋势；界面黏结损伤发生的早晚随经历温度的升高呈现先提早而后变晚的变化规律，而再生粗骨料取代率对其影响不大；界面黏结损伤发展速度随经历温度和再生粗骨料取代率的升高呈现先增大后减小的变化趋势。
为了揭示高温作用后钢管再生混凝土的界面黏结性能，以试件的最高经历温度(T)、再生粗骨料取代率(γ)为变化参数，设计并完成了20个高温后试件的静力推出试验。通过试验观察了试件的受力破坏过程及形态，获取了试件加载端和自由端的荷载滑移曲线，分析了各变化参数对界面黏结性能及黏结损伤演变过程的影响规律，并提出了高温后钢管再生混凝土的界面黏结强度计算方法及黏结滑移本构方程。结果表明：荷载-滑移曲线的形态可以分为T≤400 ℃和T=600 ℃两类，加载端和自由端的曲线形态相似但加载端的初始滑移发生得相对较早；界面黏结性能整体上与钢管普通混凝土相差不大(各取代率下性能差值的均值在11%以内)；界面黏结强度随经历温度和再生粗骨料取代率的升高呈现先减小后增大的变化趋势；随着经历温度的升高，界面黏结抗剪刚度先减小后增大再减小，界面黏结耗能能力则逐渐增大；随着再生粗骨料取代率的升高，界面黏结抗剪刚度和耗能能力均呈现先增大后减小再增大的变化趋势；界面黏结损伤发生的早晚随经历温度的升高呈现先提早而后变晚的变化规律，而再生粗骨料取代率对其影响不大；界面黏结损伤发展速度随经历温度和再生粗骨料取代率的升高呈现先增大后减小的变化趋势。
2021, 38(10): 134-144.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0700
摘要:
采用纳米二氧化硅对再生骨料混凝土(RAC)进行改性，开展了不同再生骨料取代率及纳米改性后的再生骨料混凝土单轴受压疲劳试验，研究其疲劳寿命、疲劳方程、疲劳变形规律及疲劳剩余强度，并利用纳米压痕试验从细观层面上分析探讨了纳米二氧化硅对再生骨料混凝土多重界面过渡区的影响。结果表明：再生骨料混凝土疲劳寿命均较好地服从两参数威布尔概率分布。50%保证率、0.75应力水平下，再生骨料混凝土的疲劳寿命比普通混凝土降低了25.8%，掺入纳米二氧化硅可显著提高再生骨料混凝土的疲劳寿命。对比应变演化曲线和剩余强度模型，纳米二氧化硅改性后的再生骨料混凝土，剩余强度衰减非线性规律明显。纳米二氧化硅的掺入提高了再生骨料混凝土多重界面过渡区的压痕模量，改善了再生骨料混凝土的疲劳性能。
采用纳米二氧化硅对再生骨料混凝土(RAC)进行改性，开展了不同再生骨料取代率及纳米改性后的再生骨料混凝土单轴受压疲劳试验，研究其疲劳寿命、疲劳方程、疲劳变形规律及疲劳剩余强度，并利用纳米压痕试验从细观层面上分析探讨了纳米二氧化硅对再生骨料混凝土多重界面过渡区的影响。结果表明：再生骨料混凝土疲劳寿命均较好地服从两参数威布尔概率分布。50%保证率、0.75应力水平下，再生骨料混凝土的疲劳寿命比普通混凝土降低了25.8%，掺入纳米二氧化硅可显著提高再生骨料混凝土的疲劳寿命。对比应变演化曲线和剩余强度模型，纳米二氧化硅改性后的再生骨料混凝土，剩余强度衰减非线性规律明显。纳米二氧化硅的掺入提高了再生骨料混凝土多重界面过渡区的压痕模量，改善了再生骨料混凝土的疲劳性能。
2021, 38(10): 145-159.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0686
摘要:
为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)动力特性与人致激励响应规律，进行了2个DCPCD试件和1个现浇楼盖试件在四边简支条件下的振动特性试验，并施加多种人行激励工况，分析了步频、行走路线、行人数量和荷载分布等对楼盖振动响应的影响。结果表明：板缝降低了DCPCD的弯曲刚度，使阻尼比增大，第二阶和第三阶振型分别沿横板向和顺板向反向对称；增加连接件数量可有效提高DCPCD自振频率、降低楼盖振动响应；峰值加速度随步频和人数的增加而增大；沿DCPCD横板向行走比沿顺板向和对角线方向行走时的峰值加速度大；荷载分布密集度越大峰值加速度越大，荷载分布越靠近楼盖中心则峰值加速度越大；DCPCD试件的基频可满足规范要求，但加速度在不同的边界支承条件下差别明显；提出了标准单步落足荷载下DCPCD的峰值加速度计算方法，计算值与实测值吻合良好；基于DCPCD竖向振动舒适度，楼盖的横板向与顺板向刚度比建议在0.3~0.75。
为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)动力特性与人致激励响应规律，进行了2个DCPCD试件和1个现浇楼盖试件在四边简支条件下的振动特性试验，并施加多种人行激励工况，分析了步频、行走路线、行人数量和荷载分布等对楼盖振动响应的影响。结果表明：板缝降低了DCPCD的弯曲刚度，使阻尼比增大，第二阶和第三阶振型分别沿横板向和顺板向反向对称；增加连接件数量可有效提高DCPCD自振频率、降低楼盖振动响应；峰值加速度随步频和人数的增加而增大；沿DCPCD横板向行走比沿顺板向和对角线方向行走时的峰值加速度大；荷载分布密集度越大峰值加速度越大，荷载分布越靠近楼盖中心则峰值加速度越大；DCPCD试件的基频可满足规范要求，但加速度在不同的边界支承条件下差别明显；提出了标准单步落足荷载下DCPCD的峰值加速度计算方法，计算值与实测值吻合良好；基于DCPCD竖向振动舒适度，楼盖的横板向与顺板向刚度比建议在0.3~0.75。
2021, 38(10): 160-172, 180.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0717
摘要:
由不同材料组成的混合结构，其阻尼矩阵不再满足与质量矩阵、刚度矩阵的比例关系，具有非比例特性。我国设计规范中常用的振型分解反应谱法是基于比例阻尼建立的，并不严格适用于计算非比例阻尼体系的地震作用效应。该文在基于等效黏性阻尼模型的复模态叠加法基础上，结合虚拟激励法和平稳随机理论，推导了基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC(Complex Complete Quadratic Combination)法实数表达式，建立了一种解决非比例阻尼混合结构的地震作用效应计算问题的理论方法。算例分析表明：与基于分块Rayleigh阻尼模型的反应谱CCQC法相比，该文建立的基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法直接依赖于结构的质量、刚度和阻尼参数，不受振型组合的影响，具有计算结果唯一的优点，且仅涉及位移相关系数的计算；与基于能量法的反应谱CQC法相比，基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法可有效考虑结构的非比例特性，适用于非比例特性较强的混合结构。
由不同材料组成的混合结构，其阻尼矩阵不再满足与质量矩阵、刚度矩阵的比例关系，具有非比例特性。我国设计规范中常用的振型分解反应谱法是基于比例阻尼建立的，并不严格适用于计算非比例阻尼体系的地震作用效应。该文在基于等效黏性阻尼模型的复模态叠加法基础上，结合虚拟激励法和平稳随机理论，推导了基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC(Complex Complete Quadratic Combination)法实数表达式，建立了一种解决非比例阻尼混合结构的地震作用效应计算问题的理论方法。算例分析表明：与基于分块Rayleigh阻尼模型的反应谱CCQC法相比，该文建立的基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法直接依赖于结构的质量、刚度和阻尼参数，不受振型组合的影响，具有计算结果唯一的优点，且仅涉及位移相关系数的计算；与基于能量法的反应谱CQC法相比，基于等效黏性阻尼模型的反应谱CCQC法可有效考虑结构的非比例特性，适用于非比例特性较强的混合结构。
2021, 38(10): 173-180.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0725
摘要:
提出一种底部设置屈曲约束支撑(BRB)的自复位混凝土剪力墙，提高了剪力墙的自复位能力和耗能能力，同时考虑了耗能构件可更换性。为了研究该自复位混凝土剪力墙的抗震性能和韧性，该文设计制作1片剪力墙试件和2组BRB构件，进行了拟静力试验和更换试验研究，分析了试件的破坏特征、滞回性能、自复位性能和可恢复性能等。试验结果表明：该文提出的自复位墙损伤主要集中在BRB上，其耗能能力较好，具有一定的自复位能力；BRB更换较为方便，更换前后自复位混凝土墙的抗震性能基本保持不变，表明其功能可恢复性较好。
提出一种底部设置屈曲约束支撑(BRB)的自复位混凝土剪力墙，提高了剪力墙的自复位能力和耗能能力，同时考虑了耗能构件可更换性。为了研究该自复位混凝土剪力墙的抗震性能和韧性，该文设计制作1片剪力墙试件和2组BRB构件，进行了拟静力试验和更换试验研究，分析了试件的破坏特征、滞回性能、自复位性能和可恢复性能等。试验结果表明：该文提出的自复位墙损伤主要集中在BRB上，其耗能能力较好，具有一定的自复位能力；BRB更换较为方便，更换前后自复位混凝土墙的抗震性能基本保持不变，表明其功能可恢复性较好。
2021, 38(10): 181-187, 247.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0728
摘要:
基于广义塑性理论与临界状态概念，研究提出了一个统一三维砂土本构模型，通过一组参数实现了砂土由压缩至剪切过程中状态参量的统一表述。基于ABAQUS提供的用户自定义材料子程序UMAT接口，利用Fortran语言编程实现了该三维弹塑性本构关系模型在软件中的二次开发。分别利用Toyoura砂、Fuji River砂以及Tokachi砂的剪切试验数据与数值模拟结果进行对比，结果表明：提出的有限元计算模型可以有效反映加载过程中不同围压和砂土初始密度对应力-应变曲线的影响，能够准确描述密砂的剪胀特性与应变软化特性以及松砂的剪缩特性与应变硬化特性，从而更加真实地反映三维应力状态下土的变形和强度特性。研究成果进一步扩展了ABAQUS在岩土工程中的应用范围，能够为岩土工程领域的数值分析计算提供更加快捷的解决方案。
基于广义塑性理论与临界状态概念，研究提出了一个统一三维砂土本构模型，通过一组参数实现了砂土由压缩至剪切过程中状态参量的统一表述。基于ABAQUS提供的用户自定义材料子程序UMAT接口，利用Fortran语言编程实现了该三维弹塑性本构关系模型在软件中的二次开发。分别利用Toyoura砂、Fuji River砂以及Tokachi砂的剪切试验数据与数值模拟结果进行对比，结果表明：提出的有限元计算模型可以有效反映加载过程中不同围压和砂土初始密度对应力-应变曲线的影响，能够准确描述密砂的剪胀特性与应变软化特性以及松砂的剪缩特性与应变硬化特性，从而更加真实地反映三维应力状态下土的变形和强度特性。研究成果进一步扩展了ABAQUS在岩土工程中的应用范围，能够为岩土工程领域的数值分析计算提供更加快捷的解决方案。
2021, 38(10): 188-199.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0732
摘要:
对不含腐蚀圆钢管混凝土(T4.5-CFST)短柱、含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(C-CCFST)短柱以及碳纤维增强复合材料(CFRP)加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(CFRP-C-CCFST)短柱的轴压承载力进行了试验研究。用材料去除的方式模拟腐蚀缺陷。共完成19个试件的轴压承载力试验，包括：T4.5-CFST短柱1个、C-CCFST短柱8个以及CFRP-C-CCFST短柱10个。试验结果表明：在试验参数范围内，相对于T4.5-CFST试件，C-CCFST试件极限承载力下降范围为3.0%~22.9%；相对于C-CCFST试件，CFRP-C-CCFST试件极限承载力提升范围为26.8%~49.8%。相比C-CCFST试件，由于外部CFRP的约束作用，CFRP-C-CCFST试件具有更大的轴压刚度和极限承载力，极限承载力均高于T4.5-CFST试件，表明CFRP加固试件具有更好的力学性能。CFRP加固能够有效地抑制腐蚀缺陷区域钢管的局部屈曲。此外，进一步对CFRP加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土短柱极限承载力进行了理论研究，并采用试验结果验证其准确性。
对不含腐蚀圆钢管混凝土(T4.5-CFST)短柱、含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(C-CCFST)短柱以及碳纤维增强复合材料(CFRP)加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土(CFRP-C-CCFST)短柱的轴压承载力进行了试验研究。用材料去除的方式模拟腐蚀缺陷。共完成19个试件的轴压承载力试验，包括：T4.5-CFST短柱1个、C-CCFST短柱8个以及CFRP-C-CCFST短柱10个。试验结果表明：在试验参数范围内，相对于T4.5-CFST试件，C-CCFST试件极限承载力下降范围为3.0%~22.9%；相对于C-CCFST试件，CFRP-C-CCFST试件极限承载力提升范围为26.8%~49.8%。相比C-CCFST试件，由于外部CFRP的约束作用，CFRP-C-CCFST试件具有更大的轴压刚度和极限承载力，极限承载力均高于T4.5-CFST试件，表明CFRP加固试件具有更好的力学性能。CFRP加固能够有效地抑制腐蚀缺陷区域钢管的局部屈曲。此外，进一步对CFRP加固含腐蚀缺陷圆钢管混凝土短柱极限承载力进行了理论研究，并采用试验结果验证其准确性。
2021, 38(10): 200-214.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0746
摘要:
为考察不同细骨料种类对不锈钢管混凝土的受弯性能的影响，进行了24根不锈钢管混凝土构件在纯弯荷载作用下的力学性能试验研究。试验的主要参数为：细骨料种类、截面形状和剪跨比。基于试验结果，对比了不锈钢管原状海砂混凝土、不锈钢管淡化海砂混凝土和不锈钢管普通河砂混凝土3类构件的破坏模态，并分析了各主要参数对试件荷载-变形关系曲线、受弯承载力和抗弯刚度的影响规律。试验结果表明：采用原状海砂和淡化海砂取代普通河砂，对不锈钢管混凝土构件受弯承载力和刚度的影响较小。建立了不锈钢管混凝土纯弯构件的有限元分析模型，并利用模型对影响构件力学性能的重要参数进行了分析，在此基础上提出了圆形和方形不锈钢管混凝土受弯承载力的简化计算公式，可为相关工程实践提供参考。
为考察不同细骨料种类对不锈钢管混凝土的受弯性能的影响，进行了24根不锈钢管混凝土构件在纯弯荷载作用下的力学性能试验研究。试验的主要参数为：细骨料种类、截面形状和剪跨比。基于试验结果，对比了不锈钢管原状海砂混凝土、不锈钢管淡化海砂混凝土和不锈钢管普通河砂混凝土3类构件的破坏模态，并分析了各主要参数对试件荷载-变形关系曲线、受弯承载力和抗弯刚度的影响规律。试验结果表明：采用原状海砂和淡化海砂取代普通河砂，对不锈钢管混凝土构件受弯承载力和刚度的影响较小。建立了不锈钢管混凝土纯弯构件的有限元分析模型，并利用模型对影响构件力学性能的重要参数进行了分析，在此基础上提出了圆形和方形不锈钢管混凝土受弯承载力的简化计算公式，可为相关工程实践提供参考。
2021, 38(10): 215-228.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0859
摘要:
为了解水泥混凝土路面板翘曲在早龄期阶段的行为和形成机制，设计了大量程振弦传感器监测竖向位移方法，对夏季工况14 d早龄期路面板全幅竖向变形进行了连续监测，并结合编制的专用早龄期程序进行了对应行为和形成机制理论分析。研究显示，早龄期阶段面板呈现“平整板-板角翘曲，板角翘曲-1/4板位隆起中间态翘曲，板角翘曲-1/4中间态翘曲-板中翘曲”3阶段翘曲演化行为，面板变形在早龄期阶段存在多种翘曲模式和不对称现象。早龄期翘曲与环境场、面板混凝土模量、徐变、结构约束显著相关，徐变对面板早龄期行为有显著消散作用。在板周约束和温度变形驱动不足等组合情况下，将产生1/4对角线板位隆起固化形状，形成路面板局部不平整和对应位置脱空。建议区分早龄期固化变形和早龄期固化基准参数的作用特性，通过面板支撑状态等效反映固化变形作用效应。
为了解水泥混凝土路面板翘曲在早龄期阶段的行为和形成机制，设计了大量程振弦传感器监测竖向位移方法，对夏季工况14 d早龄期路面板全幅竖向变形进行了连续监测，并结合编制的专用早龄期程序进行了对应行为和形成机制理论分析。研究显示，早龄期阶段面板呈现“平整板-板角翘曲，板角翘曲-1/4板位隆起中间态翘曲，板角翘曲-1/4中间态翘曲-板中翘曲”3阶段翘曲演化行为，面板变形在早龄期阶段存在多种翘曲模式和不对称现象。早龄期翘曲与环境场、面板混凝土模量、徐变、结构约束显著相关，徐变对面板早龄期行为有显著消散作用。在板周约束和温度变形驱动不足等组合情况下，将产生1/4对角线板位隆起固化形状，形成路面板局部不平整和对应位置脱空。建议区分早龄期固化变形和早龄期固化基准参数的作用特性，通过面板支撑状态等效反映固化变形作用效应。
2021, 38(10): 229-237.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0862
摘要:
桥梁式动态称重技术利用桥梁响应反算车辆轴重、轴距等关键信息，相较于路面式称重技术，其安装维护避免了对正常交通的影响，应用前景广泛。然而，还存在着密集群轴难以识别、传感器耐久性不足等问题。为此，该文基于长标距光纤光栅(FBG)传感器序列测得的宏应变时程，提出车辆信息相关指标：宏应变曲率，并建立了新型桥梁式动态称重方法，可同时识别车辆车速、轴距及轴重。结合经试验验证的车桥耦合模拟获取不同参数工况下桥梁宏应变响应，对该方法在不同车型、车速、路面不平顺、传感器位置及标距长度等参数工况下的识别精度进行分析，结果表明：该方法车速、轴距的整体识别精度较高，受不同参数影响较小，误差小于1%，相较而言，轴重识别结果较不理想，尤其对于较小轴距的车轴或群轴，可通过缩短传感器标距长度进行改善，解决密集群轴难以识别的问题。该方法识别精度还不受传感器布置位置影响，可有效提升系统安装维护便利性。
桥梁式动态称重技术利用桥梁响应反算车辆轴重、轴距等关键信息，相较于路面式称重技术，其安装维护避免了对正常交通的影响，应用前景广泛。然而，还存在着密集群轴难以识别、传感器耐久性不足等问题。为此，该文基于长标距光纤光栅(FBG)传感器序列测得的宏应变时程，提出车辆信息相关指标：宏应变曲率，并建立了新型桥梁式动态称重方法，可同时识别车辆车速、轴距及轴重。结合经试验验证的车桥耦合模拟获取不同参数工况下桥梁宏应变响应，对该方法在不同车型、车速、路面不平顺、传感器位置及标距长度等参数工况下的识别精度进行分析，结果表明：该方法车速、轴距的整体识别精度较高，受不同参数影响较小，误差小于1%，相较而言，轴重识别结果较不理想，尤其对于较小轴距的车轴或群轴，可通过缩短传感器标距长度进行改善，解决密集群轴难以识别的问题。该方法识别精度还不受传感器布置位置影响，可有效提升系统安装维护便利性。
2021, 38(10): 238-247.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0671
摘要:
疲劳失效是金属构件的主要失效方式之一，该文针对金属疲劳裂纹扩展过程中的不确定性，以“首次达到给定裂纹长度a的时间t(a)”为随机描述量，采用比例型Paris公式描述裂纹的平均扩展路径，建立基于逆高斯过程的单样本疲劳裂纹扩展随机模型和考虑样本异质性的裂纹扩展随机效应模型，分别采用最大似然估计法(MLE)和最大期望算法(EM)推导了单样本模型和随机效应模型的参数估计公式。最后，利用提出的裂纹扩展随机模型拟合了68个铝合金板的疲劳裂纹数据，对结果进行了拟合优度分析。结果表明：该文提出的疲劳裂纹扩展随机模型能够有效地分析和解释金属疲劳裂纹扩展过程中的不确定性。
疲劳失效是金属构件的主要失效方式之一，该文针对金属疲劳裂纹扩展过程中的不确定性，以“首次达到给定裂纹长度a的时间t(a)”为随机描述量，采用比例型Paris公式描述裂纹的平均扩展路径，建立基于逆高斯过程的单样本疲劳裂纹扩展随机模型和考虑样本异质性的裂纹扩展随机效应模型，分别采用最大似然估计法(MLE)和最大期望算法(EM)推导了单样本模型和随机效应模型的参数估计公式。最后，利用提出的裂纹扩展随机模型拟合了68个铝合金板的疲劳裂纹数据，对结果进行了拟合优度分析。结果表明：该文提出的疲劳裂纹扩展随机模型能够有效地分析和解释金属疲劳裂纹扩展过程中的不确定性。
2021, 38(10): 248-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0640
摘要:
建立了一套利用物理模拟器的下击暴流作用下高速列车运行安全性评估方法。结果表明：受下击暴流风速场与气压场的共同影响，列车距下击暴流中心不同相对位置，所受气动力作用机制明显不同；下击暴流作用下，侧力对轮轨横向力贡献最大，侧滚力矩对轮轨垂向力贡献最大；轮对横向力、脱轨系数、轮重减载率等列车安全运行评价指标随径向距离的增大先增大后减小，相对径向距离r/Djet=0.83时(Djet为喷口直径)，为列车安全运行的最不利径向位置；列车安全运行指标随风速、车速的增大而增大，列车安全运行的下击暴流临界风速值随车速的增大而急剧减小。
建立了一套利用物理模拟器的下击暴流作用下高速列车运行安全性评估方法。结果表明：受下击暴流风速场与气压场的共同影响，列车距下击暴流中心不同相对位置，所受气动力作用机制明显不同；下击暴流作用下，侧力对轮轨横向力贡献最大，侧滚力矩对轮轨垂向力贡献最大；轮对横向力、脱轨系数、轮重减载率等列车安全运行评价指标随径向距离的增大先增大后减小，相对径向距离r/Djet=0.83时(Djet为喷口直径)，为列车安全运行的最不利径向位置；列车安全运行指标随风速、车速的增大而增大，列车安全运行的下击暴流临界风速值随车速的增大而急剧减小。
