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    期刊信息

    工程力學

    Engineering Mechanics

    (月刊,1984年創刊)

    主管單位:中國科學技術協會

    主辦單位:中國力學學會

    主  編:陸新征

    編輯出版:《工程力學》編輯部

    ISSN 1000-4750CN 11-2595/O3

    官方二維碼

      《工程力學》由中國科學技術協會主管,中國力學學會主辦。1984年創刊,月刊。主要報導力學在工程及結構中的應用,刊登力學在科研、設計、施工、教學和生產方面具有學術水平、創造性和實用價值的論文,包括力學在土木建筑、水工港工、公路鐵路、橋梁隧道、航海造船、航空航天、礦山冶金、機械化工、國防軍工、防災減災、能源環保等工程中的應用且具有一定學術水平的研究成果。 更多>>
    優先發表欄目展示本刊經同行評議確定正式錄用的文章,這些文章目前處在編校過程,尚未確定卷期及頁碼,但可以根據DOI進行引用。
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    2020年第S期, 刊出日期:2020-06-01
    顯示方式:
    基本方法
    實時子結構試驗中顯式算法對比分析
    唐玉, 覃暉
    2020, 37(S): 1-5, 12.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S001
    [摘要](79) [HTML全文](33) [PDF 913KB](39)
    摘要:
    實時子結構試驗技術中的一個關鍵問題是求解數值子結構的動力響應,而這一過程可選取合適的數值積分算法來實現。針對目前已建立的三種基于模型的顯式積分算法(Chang法、CR法和實時子結構RST法),對比分析了各算法在線性系統和非線性系統中的數值特性。結果表明:三種算法在線性系統和具有剛度軟化特性的非線性系統中均是無條件穩定的,在具有剛度硬化特性的非線性系統中變為有條件穩定。當結構阻尼比為零時,三種算法均無數值阻尼,且周期延長率結果完全一致,并隨Ω的增加而增大;當結構阻尼比不為零時,三種算法均存在數值阻尼,且CR法的數值阻尼絕對值最小,而RST法的周期延長率最小。兩個算例表明,RST法和Chang法的精度要優于CR法,但因Chang法是半顯式的,因此RST法更適于實時子結構試驗中數值子結構的仿真計算。
    攜帶集中質量的矩形薄板面外非線性動力失穩研究
    鐘子林, 劉愛榮
    2020, 37(S): 6-12.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S018
    [摘要](38) [HTML全文](14) [PDF 1028KB](14)
    摘要:
    對于面內對邊周期荷載作用下攜帶集中質量的矩形薄板,當周期荷載的激振頻率在板的兩倍自振頻率附近時,板發生面外參數共振失穩。該文基于薄板大撓度理論,運用伽遼金法推導出攜帶集中質量的矩形薄板非線性動力失穩的Mathieu-Hill方程,進而求解得到板發生面外參數共振失穩時周期荷載的臨界激振頻率域以及非線性動力失穩曲線。運用有限元軟件進行瞬態分析得到不同激振幅值作用下板發生面外參數共振失穩時周期荷載的最小與最大臨界激振頻率值,通過與解析解進行對比,驗證了計算結果的正確性。研究結果表明:隨著集中質量的增加,參數共振失穩的臨界激振頻率及其不穩定域的寬度逐漸減小,不穩定域的位置逐漸向低激振頻率的方向移動;隨著集中質量的增加,面外參數共振失穩域的臨界激勵幅值逐漸增加;隨著集中質量所處位置的模態位移增加,不穩定域的寬度減小。
    集中荷載作用下彈性扭轉約束層合淺拱的非線性面內穩定
    張紫祥, 劉愛榮, 黃永輝, 鐘麗聰
    2020, 37(S): 13-19, 31.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S048
    [摘要](30) [HTML全文](21) [PDF 1155KB](17)
    摘要:
    該文研究了集中荷載作用下彈性扭轉約束層合拱的非線性面內穩定,基于虛功原理建立了拱的微分平衡方程及屈曲平衡方程,追蹤了拱的平衡路徑,獲得了屈曲臨界荷載的解析表達,提出了修正長細比參數及柔度系數以表征拱的失穩模式,通過有限元模擬驗證了解析結果的正確性,著重分析了鋪層模式及邊界條件對層合拱的屈曲及后屈曲的影響。研究結果表明:當長細比及柔度系數給定,層合拱的屈曲臨界荷載隨著開口角及修正長細比的增大而增大;鋪層模式顯著影響拱的屈曲臨界荷載,隨著90°鋪層逐漸遠離中面,拱的承載能力明顯降低。
    土木工程學科
    建筑結構鋼材及其焊縫循環微觀損傷模型的韌性參數校正分析
    王元清, 關陽, 劉明, 卜宜都, 劉希月, 顧浩洋
    2020, 37(S): 20-31.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S019
    [摘要](37) [HTML全文](10) [PDF 1878KB](20)
    摘要:
    為預測Q235B和Q345B鋼材循環荷載作用下的斷裂,該文以適用于超低周疲勞斷裂預測的微觀力學模型退化有效塑性應變模型(DSPS)和循環孔穴擴張模型(CVGM),進行缺口圓棒循環加載試驗,并結合有限元軟件ABAQUS,校正Q235B和Q345B普通鋼材基于微觀機理的超低周疲勞斷裂預測模型參數。試驗分別從Q235B和Q345B母材、焊縫熔敷金屬及熱影響區取樣并加工成缺口圓棒,在兩種加載制度條件下,進行超低周循環加載試驗,并利用有限元對鋼材斷裂進行預測。研究結果表明:Q235B鋼材較Q345B鋼材表現出了較好的延性,但耗能總體弱于Q345B鋼材;CVGM模型的預測比DSPS模型預測更加精準,在C-PTF加載制度下微觀損傷模型預測程度好于CTF加載制度。CVGM模型與DSPS模型均可較準確預測循環荷載下的斷裂。
    注漿加固預應力混凝土空心板梁抗剪性能試驗研究
    張勁泉, 李鵬飛, 韋韓, 王仙
    2020, 37(S): 32-41.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S059
    [摘要](26) [HTML全文](9) [PDF 1170KB](12)
    摘要:
    為了對預應力混凝土空心板梁端部剪跨區內出現的腹剪斜裂縫進行加固,提出了對空心板梁端部注漿加固的措施,以達到增加空心板受剪截面積的目的。進行了3片足尺20 m先張法預應力鋼筋混凝土空心板梁注漿加固后抗剪性能試驗,以驗證加固后空心板梁的受力性能及加固效果,三片梁端部注漿長度分別為1.5 m、2.0 m、2.5 m,分析了不同注漿長度下試驗梁的應變、撓度、裂縫分布、剛度、承載力變化規律,通過與未加固前梁體試驗結果對比,分析端部注漿加固措施對梁體抗剪承載能力的改善程度。試驗表明,采取端部注漿加固措施后,梁體整體剛度變化較小,梁體在正常使用荷載作用下,端部剪跨區內沒有出現腹剪斜裂縫,梁體的抗剪能力有較大提高,加固后梁體的破壞模式為加固段與未加固段交界處發生的彎剪破壞。
    彈塑性時程分析中地震動輸入處理方式影響
    汪維依, 冀昆, 溫瑞智, 任葉飛, 尹建華
    2020, 37(S): 42-50, 62.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S003
    [摘要](40) [HTML全文](13) [PDF 1060KB](17)
    摘要:
    以包含殘余永久位移和(或)速度脈沖的強震動記錄為重點分析對象,針對強震動濾波以及基線校正方式等不同處理方式對結構彈塑性響應的影響展開對比研究??紤]了多項式基線校正,Butterworth因果濾波,以及基于殘余位移趨勢線基線校正等幾種常用的強震動記錄處理流程和方法。首先以2018年臺灣花蓮地震,2014年云南魯甸地震,日本311地震等代表性的強震動記錄為輸入,通過單(多)自由度體系以及典型平面RC框架的數值模擬結果,從結構彈塑性反應譜,層延性需求,以及最大層間位移角等方面對比研究了不同記錄處理方式的影響。對比結果表明速度脈沖形狀與相位是否完整保留對于結構的彈塑性響應有很大影響,對于包含速度脈沖或(及)永久位移的強震動記錄,Butterworth因果濾波在濾除噪聲的同時不僅消除了地表殘余永久位移,同時使速度脈沖形狀產生了畸變,并會傳遞到最后的彈塑性時程分析結果中,且對短,中,長周期結構均可能產生影響,該文推薦采用基于基線趨勢線校正的處理方法對該類近斷層記錄進行逐條處理。最后,對于不含速度脈沖也不含永久位移的強震動記錄,該文中彈塑性時程分析結果表明記錄處理方式的影響并不顯著。為了盡量消除因果濾波對記錄時程相位譜的影響,我們給出了基于非因果濾波的批量化強震動記錄處理流程供參考。
    基于嵌固穩定安全系數的懸臂結構優化設計
    高幸, 王維玉, 丁繼輝
    2020, 37(S): 51-56.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.S005
    [摘要](38) [HTML全文](11) [PDF 654KB](6)
    摘要:
    常規基坑支護設計沿用傳統的平面設計方法,而基坑作為一個具有長、寬、深的三維空間體系,平面設計無法滿足基坑三維空間結構的特點?;诨拥目臻g特性,提出依據坡頂水平位移反推空間效應影響下的主動土壓力與被動土壓力的計算方法。參考現行規范計算空間效應影響下的嵌固穩定安全系數,以嵌固穩定安全系數最小值(最危險狀態)作為優化標準,提出懸臂支護結構優化設計方案。研究表明:基坑開挖時主動土壓力與被動土壓力同時受到空間效應的影響,但主動土壓力相對于被動土壓力受空間效應影響更加明顯。嵌固穩定安全系數隨距坑角距離的減小而呈冪函數形式增大。
    不同場地高鐵隔震橋梁概率地震需求模型比較
    吳迪, 熊焱, 蔣國平, 吳成亮, 冼巧玲, 徐麗
    2020, 37(S): 57-62.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S006
    [摘要](48) [HTML全文](10) [PDF 887KB](9)
    摘要:
    根據我國典型高速鐵路(高鐵)橋梁摩擦擺隔震支座的力學性能試驗和橋梁結構設計參數, 建立高鐵隔震梁橋有限元模型。根據不同場地的地震反應譜特征,提出不同場地條件下高鐵隔震橋梁概率地震需求模型的比較方法。根據上述研究方法和分析結果,獲得場地條件對典型高鐵隔震橋梁概率需求模型的影響規律。
    泄水建筑物空蝕與沖磨耦合作用機制試驗研究
    王新, 胡亞安, 李中華, 錢文勛
    2020, 37(S): 63-67, 90.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S008
    [摘要](28) [HTML全文](6) [PDF 1719KB](5)
    摘要:
    為真實模擬泄水建筑物空蝕與沖磨復雜的破壞行為,基于Venturi空化空蝕發生器結構特點和水力學Bernoulli原理,發明了高壓高速水流自動挾沙裝置,設計并制作了空蝕與沖磨混合作用試驗系統。利用研發的裝置開展了系列試驗,探討了高速水流空蝕與沖磨混合作用機制。研究表明,空蝕與沖磨混合作用下,材料表面呈現出空蝕與沖磨復合破壞特征,混合作用下的破壞程度明顯大于單獨作用,空蝕與沖磨之間存在一定的促進和增強作用,空蝕的沖擊在材料表面產生的孔洞及散粒體骨架結構,在沖磨切削作用下加速破壞,空蝕使沖磨破壞更加容易。
    亞健康簡支T梁橋限載指標評估及驗證
    陳炳聰, 黃海云, 劉嘉玲, 王海紅
    2020, 37(S): 68-74.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S009
    [摘要](59) [HTML全文](46) [PDF 662KB](7)
    摘要:
    為更合理評價亞健康橋梁剩余承載力,該文提出通過截面折減反饋計算法對亞健康簡支T梁橋的應變進行控制,從而確定橋梁臨界使用承載力和限載指標行之有效的評估方法。通過舊橋荷載試驗實測數據與有限元模型計算結果的比值,推算其剛度折減系數,再算出亞健康橋梁折減抗彎慣性矩以及質心位置,修正有限元計算模型,進行反饋計算。通過控制應變,以折減設計荷載的方式求出橋梁內力,進而確定舊橋的限載指標。通過舊橋檢測實例,驗證該限載措施的有效性和該評估方法的可行性。
    考慮地層動力特性差異的減振軌道減振效果評價
    梁瑞華, 馬蒙, 劉衛豐, 杜林林, 李林峰
    2020, 37(S): 75-81.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S010
    [摘要](22) [HTML全文](3) [PDF 891KB](6)
    摘要:
    評價運營地鐵線路減振軌道的減振效果時,常選取非減振參考軌道斷面與其進行對比測試,計算得到“對比損失”。然而兩測試斷面背后地層動力特性通常存在差異,這種差異導致測試得到的“對比損失”不能準確的反映出減振軌道的實際減振效果。為定量分析這一因素對減振效果評價的影響,該文利用車輛-軌道耦合解析模型計算得到列車運行時鋼軌的扣件支反力,利用有限元軟件建立“軌道-隧道-地層”三維數值模型,考慮整體道床軌道和鋼彈簧浮置板軌道兩種軌道型式,計算并分析了地層動彈性模量等參量變化對浮置板軌道對比損失造成的影響,并對數值模型計算結果進行擬合,得到減振軌道Z振級對比損失的修正公式。結果表明:地層動彈性模量差異是測試斷面地層動力特性差異的控制參數,對減振軌道減振效果評價結果影響顯著;測試點所處地層動彈性模量若小于500 MPa,則對比測試斷面之間的地層動力特性差異會對減振效果評價結果造成更加顯著的影響。
    碳纖維布加固砌體填充墻抗近距離小當量炸藥爆炸數值模擬研究
    萬軍
    2020, 37(S): 82-90.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S012
    [摘要](18) [HTML全文](5) [PDF 1855KB](2)
    摘要:
    該文采用數值模擬方法對碳纖維布加固砌體填充墻抵抗近距離小當量炸藥爆炸進行了研究。進行了1/2縮比的砌體填充墻爆炸實驗,對文中墻體抗爆分析數值分析方法的有效性進行了檢驗。建立了實際墻體的有限元模型,采用LS-DYNA程序對單層和多層纖維布加固的砌體填充墻在爆炸荷載作用下的破壞形式進行了分析。研究表明:近距離小當量爆炸時,砌體填充墻的破壞主要表現為爆炸近區的砌塊在爆炸荷載的驅動下,撕裂纖維布向后以較高的速度飛散運動;纖維布的破壞主要表現為橫向拉伸應力超過強度極限而產生拉伸斷裂,并由爆炸近區分別沿水平和垂直方向向周圍發展;當纖維布層間粘結能力有限時,難以發揮纖維方向抗拉強度高的優點。
    各國規范對于樓面峰值加速度規定的對比研究
    尚慶學, 鄭迦譯, 李吉超, 王濤
    2020, 37(S): 91-96.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S013
    [摘要](25) [HTML全文](8) [PDF 654KB](10)
    摘要:
    該文系統總結了各國抗震設計規范中對于結構樓面峰值加速度取值的相關規定。建立了一系列不同設計參數、不同振動周期的鋼筋混凝土框架結構的有限元模型,對彈性和彈塑性結構進行了不同強度地震動作用輸入下的時程分析。將樓面峰值加速度通過地面峰值加速度歸一化,考察了結構各樓層樓面峰值加速度分布情況。結果表明,現行抗震設計規范中對樓面峰值加速度取值的相關規定不能很好地反映其在不同樓層的分布情況,有待進一步的研究。
    遠場地震作用下輸電塔-線體系最不利輸入方向預測研究
    劉俊才, 田利, 張睿, 易思銀
    2020, 37(S): 97-103.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S014
    [摘要](33) [HTML全文](3) [PDF 847KB](4)
    摘要:
    該文采用已有的最不利輸入方向判別方法,開展了遠場地震動激勵下輸電塔-線體系最不利輸入方向的預測研究。依托實際工程,在ABAQUS中建立了輸電塔-線體系有限元模型。為了驗證該近似方法的適用性,選取了7條典型的遠場地震波進行激勵。開展了不同遠場地震動輸入方向下輸電塔-線體系時程分析,并與近似方法的計算結果進行對比。結果表明,近似方法具有良好的準確性,利用近似方法得到的遠場地震動最不利輸入方向基本可以確定輸電塔-線體系的最不利響應,減少了時程分析的計算代價。同時,不同地震動的最不利輸入方向是不同的,同一條地震動激勵下,輸電塔-線體系的振動響應隨輸入角度而變化。
    反力梁變形對抗震試驗的影響及補償方法
    胡云強, 唐貞云, 郭云峰
    2020, 37(S): 104-110, 120.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.07.S015
    [摘要](17) [HTML全文](2) [PDF 1225KB](5)
    摘要:
    反力梁是土木工程試驗中的主要反力裝置。當反力梁與試件的剛度比較小時,反力梁產生的變形與試件相比不可忽略。這種情況下,會對試驗結果產生較大影響,特別是對擬動力和混合試驗需要位移在線更新的試驗影響更大。然而,關于反力梁變形的影響和補償方法鮮有詳細報道。為此,該文通過理論分析討論了反力梁變形對抗震試驗各參數的影響規律,建立了加載過程中對反力梁變形的在線補償方法,并通過試驗進行了驗證。
    鋼-聚乙烯醇混雜纖維混凝土單軸受力應力-應變曲線研究
    鐘光淳, 周穎, 肖意
    2020, 37(S): 111-120.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S016
    [摘要](22) [HTML全文](6) [PDF 1217KB](11)
    摘要:
    既有研究表明,在混凝土基體中同時加入鋼(S)纖維和聚乙烯醇(PVA)纖維,形成S-PVA混雜纖維混凝土,可以顯著提升混凝土的綜合性能。在此基礎上,依據鋼纖維、PVA纖維長度和摻量的不同,設計了17組試驗組,完成了單軸受力全過程試驗。根據試驗結果,定量分析了鋼纖維、PVA纖維對于改善混凝土彈性模量、材料韌性、抗拉抗壓強度及其峰值應變的影響;提出了實用的S-PVA混雜纖維混凝土單軸受拉和受壓應力-應變曲線數學表達式。提出的計算公式與試驗結果吻合較好,可以為混雜纖維混凝土結構的設計和非線性分析提供理論基礎。
    鋼框架-嵌掛結合型密肋復合墻板整體性能研究
    龔超, 賈明明, 劉信, 呂大剛
    2020, 37(S): 121-129.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S020
    [摘要](13) [HTML全文](3) [PDF 1060KB](4)
    摘要:
    該文提出一種新型的嵌掛結合型密肋復合墻,不僅可以避免鋼框架的外露腐蝕,同時外掛苯板可以起到保溫隔熱作用。鋼框架與密肋復合墻體的受力和變形性能差別明顯,在荷載作用下兩者的受力變形模式和單獨的構件受力時存在的差異需要通過二者的協同受力分析。因此該文建立鋼框架-密肋復合墻協同體系的有限元模型,分析在不同墻體高寬比、不同開洞形式和不同框格數目下的結構整體受力性能,并通過滯回曲線、骨架曲線、耗散能量以及等效粘滯阻尼系數的分析,研究了墻體對整體結構性能的影響。
    鋁合金網殼結構箱型-工字型盤式節點單肢受力性能有限元分析
    張穎, 王元清, 張俊光, 歐陽元文
    2020, 37(S): 130-138.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S021
    [摘要](17) [HTML全文](4) [PDF 1497KB](2)
    摘要:
    為了研究鋁合金箱型-工字型盤式節點單肢構件在豎向和側向力作用下的受力性能,該文以足尺試件的靜力加載試驗為基礎,采用通用有限元分析軟件ABAQUS對鋁合金箱型-工字型盤式節點單肢構件進行非線性有限元分析,同時將該盤式節點與剛性節點受力性能進行對比。有限元分析結果表明:在豎向荷載作用達到極限時,試件DZ1的長肢箱型桿件與節點盤相連處的腹板以及下翼緣發生局部屈曲,試件DZ3的緊鄰長肢工字型桿件的短肢箱型桿件腹板進入塑性;在側向荷載作用達到極限時,試件DZ2、DZ4均表現為長肢桿件與節點盤連接處最外側鉚釘孔斷裂破壞。有限元模擬結果與試驗結果擬合較好,節點較剛性節點應力分布相似,該種混合型盤式節點具有較高的剛度,可作為半剛性節點應用于實際工程當中。
    準流線型橋梁斷面氣動力特性的雷諾數效應研究
    任若松, 梁新華, 劉小兵, 馬文勇, 劉慶寬
    2020, 37(S): 139-144, 167.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S023
    [摘要](15) [HTML全文](2) [PDF 1197KB](0)
    摘要:
    雷諾數效應是橋梁抗風設計研究的關鍵問題,隨著橋梁跨度的增加,橋梁斷面雷諾數效應的研究日顯重要。選取兩個常用的大跨度橋梁準流線型橋梁斷面為研究對象,通過風洞試驗測得模型表面風壓分布,采用壓力積分方式獲得斷面在不同雷諾數下的三分力系數,并分析其變化規律。結果表明:橋梁斷面局部細微差異并不能改變三分力系數隨雷諾數的變化規律;從模型不同位置處的平均風壓系數來看,前緣尖角的下游位置表現出較明顯的雷諾數效應,這可能是前緣分離流再附所致;將不同流線型橋梁斷面表面風壓的無量綱空間分布進行對比,發現不同形狀的尖銳棱角僅影響棱角附近平均風壓系數極值大小。
    北京新機場結構后澆帶施工控制
    潘旦光, 付相球, 譚晉鵬, 鮑占博, 段先軍, 雷素素
    2020, 37(S): 145-150.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S025
    [摘要](11) [HTML全文](4) [PDF 4969KB](3)
    摘要:
    北京新機場航站樓核心區一層為437 m×565 m超大型單塊混凝土板,由1152個隔震支座支撐?;炷涟逵蓪挾? m~4.5 m的結構后澆帶分為11個區進行施工。為減小結構后澆帶封閉施工對隔震支座水平位移的影響,基于航站樓溫度場的分布模型及不同區域溫度隨時間的變化規律,研究了不同后澆帶封閉順序及施工進度下結構溫度變形的變化規律。研究結果表明:在相同溫度場分布下,后澆帶封閉順序對隔震支座最大水平位移影響很??;后澆帶的施工進度對隔震支座位移的影響明顯,存在最優施工進度,采用10天一個施工步的施工速度,隔震支座的位移最小。
    T型截面拱在拱頂集中力作用下的平面外彎扭失穩
    劉璐璐, 劉愛榮, 盧漢文
    2020, 37(S): 151-156.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S026
    [摘要](17) [HTML全文](3) [PDF 711KB](11)
    摘要:
    該文以在拱頂徑向集中力作用下T型截面兩端鉸接圓弧拱為研究對象,考慮了剪切變形的影響,推導了適用于單軸對稱截面的應變與位移函數關系。求解了拱屈曲前精確的內力。再根據勢能駐值原理和Rayleigh-Ritz法推導了T型截面圓弧拱彎扭屈曲荷載解析解,并與有限元數值結果進行了比較,二者吻合較好,證明了理論解的正確性。研究發現,單軸對稱參數βx對彎扭屈曲荷載的影響明顯,且剪切變形對較淺的拱影響較為明顯。
    FRP層合板自由邊效應的變分漸近降維模型
    王鵬, 鐘軼峰, 羅丹, 彭嘯
    2020, 37(S): 157-163.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S027
    [摘要](16) [HTML全文](3) [PDF 1141KB](2)
    摘要:
    為準確預測因相鄰層彈性性能不同產生的自由邊應力,避免分層或橫向開裂等過早破壞,基于變分漸近法構建FRP層合板的多尺度模型。利用板厚寬比很小的特點,嚴格將原三維各向異性彈性問題分解為代表單胞分析和二維板宏觀分析。前者可提供板宏觀分析所需的本構關系和三維重構關系?;谧钚菽茉?,通過對二維板能量泛函中主導變分項的漸近分析,得到表征板幾何非線性的系列波動函數解;通過本構關系和求解得到的翹曲函數解重構自由邊附近的局部三維應力場分布。通過拉伸、彎曲和扭矩共同作用下的對稱鋪設層合板算例表明:構建降維模型可準確預測沿自由邊厚度方向和層間界面的應力分布,且計算效率大為提高,為結構設計人員在初步設計階段對FRP層合板性能評估提供了一種簡潔的途徑。
    地震動加速度、速度和位移時程的構成
    李文博, 劉鐵林, 王宇
    2020, 37(S): 164-167.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S029
    [摘要](34) [HTML全文](10) [PDF 1757KB](15)
    摘要:
    該文研究地震動加速度時程、速度時程和位移時程的構成。將地震動加速度時程表示成正弦級數并對其積分,給出速度通項構成的地震動速度時程的計算公式。積分上述地震動速度時程,給出位移通項構成的地震動位移時程的計算公式。在PEER數據庫中選取Landers、Taft和El-centro波的加速度時程,利用該文給出地震動加速度、速度和位移時程的計算公式分別得到三種地震動的加速度、速度和位移時程曲線,并通過與數據庫提供的三種地震動的加速度、速度和位移時程曲線進行對比,驗證了地震動加速度、速度和位移時程計算公式的正確性。得到以下結論:給出了加速度通項、速度通項和位移通項,三種通項分別求和可構成地震動加速度時程、速度時程和位移時程。
    可液化場地高樁橋梁振動臺模型試驗研究
    徐丹, 杜春波, 王濤, MohantyPiyush
    2020, 37(S): 168-171.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S031
    [摘要](15) [HTML全文](4) [PDF 916KB](5)
    摘要:
    高樁橋梁受地震影響較大,特別是在可液化場地,以唐山地震中倒塌的勝利橋為原型,進行1∶14.44縮尺模型振動臺試驗。通過連續的白噪聲信號,獲得樁自振頻率的變化,從而研究可液化場地高樁橋梁的倒塌機制。結果表明,振動臺試驗可以很好地再現液化宏觀現象,隨著液化深度的加深,樁自振頻率不斷減小,從而導致樁頂位移增大,進而可能導致橋梁破壞甚至倒塌。
    基于Pushover分析方法的體外預應力自復位框架抗震性能研究
    夏婉秋, 魯亮, 張會會, 徐穎超
    2020, 37(S): 172-179, 186.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S032
    [摘要](14) [HTML全文](3) [PDF 883KB](4)
    摘要:
    基于Pushover分析方法,研究了體外預應力自復位框架(External Prestressed Self-centering Frame, EPSCF)結構的抗震性能。采用ABAQUS軟件建立了EPSCF結構有限元模型,并與振動臺試驗結果進行對比,驗證了模型及建模方法的可靠性和準確性;采用Pushover分析方法評定EPSCF無控及受控結構的抗震性能并對比分析其地震響應。結果表明,設置層間阻尼器的EPSCF受控結構的等效阻尼比大幅度提升,阻尼器屈服耗能是結構的主要耗能形式,在罕遇地震作用下的結構加速度和位移響應得到了有效控制,EPSCF受控結構的抗震性能優異。
    軟弱地層大斷面隧道三臺階七步法與臨時仰拱法適應性分析的對比研究
    陳潔金, 高超, 晉婉晴, 陽軍生
    2020, 37(S): 180-186.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S033
    [摘要](12) [HTML全文](2) [PDF 1079KB](4)
    摘要:
    軟弱圍巖力學性質較差、強度低、自穩能力差。目前在軟弱圍巖隧道施工中常采用的三臺階七步法經大量工程實踐表明存在初期支護變形大、地表沉降大、難以及時封閉、對突發事件的應變能力較差等特點。針對廣東赤竹、高棟兩座高速鐵路隧道洞口段軟弱圍巖具體條件,進行三臺階七步法和三臺階臨時仰拱法兩種施工工法的對比試驗,在隧道拱頂沉降、周邊收斂和地表沉降測試基礎上,從工程應用效果以及數值仿真模擬等方面進行了系統的工法適應性研究。結果表明:在該類軟弱圍巖地層大斷面隧道施工中,三臺階臨時仰拱法在控制拱頂沉降、地表沉降、圍巖應力、塑性區擴展面積及深度方面要優于三臺階七步法,所得結論對其他類似工程具有借鑒意義。
    埋入式抗滑樁承擔的滑坡推力分析
    敖貴勇, 張玉芳, 趙尚毅, 鄭穎人, 王永甫
    2020, 37(S): 187-192.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S034
    [摘要](12) [HTML全文](8) [PDF 725KB](7)
    摘要:
    采用有限元強度折減法對埋入式抗滑樁加固的滑坡模型進行了數值分析。模擬結果表明,在設計工況下埋入式樁承擔的滑坡推力與全長樁承擔的滑坡推力相當,推力大小與設計安全系數有關。在極限破壞工況下,樁懸臂段越長,滑體越頂滑動破壞時對應的穩定安全系數也越大,樁承擔的滑坡推力越大。由此提出埋入式抗滑樁加固滑坡設計時,埋入式樁的合理樁長可采用強度折減數值方法根據設計安全系數確定,埋入式樁應承擔的滑坡推力可用傳統極限平衡法按全長樁計算,也可用有限元強度折減法進行校核。
    基于傾角演化的滑坡監測及穩定過程
    楊賀, 王立偉, 郝圣旺
    2020, 37(S): 193-199.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S035
    [摘要](16) [HTML全文](4) [PDF 1477KB](7)
    摘要:
    滑坡監測及滑后穩定過程,是理解滑坡機理及進行滑坡預警的關鍵。該文基于微芯樁監測系統監測四川省雅安市瀘定縣黃草坪滑后邊坡得到的傾角數據,分析邊坡穩定過程和監測結果的影響因素。監測結果表明,邊坡失穩后的穩定過程,在不同的區域呈現出不同傾角發展特征,這表明同一滑坡事件中,不同區域發展機理的不同。但是,各區域滑后穩定過程有一個共同的特征,即均存在兩個典型階段,即失穩滑動后的傾角快速發展階段,但是該階段呈現減速發展特征;隨后,隨著傾角發展速度逐漸減小,并趨向于一個近似于零速度的穩定階段,即第Ⅱ階段。進一步地數據分析結果表明,該滑坡穩定過程可以用伯格斯蠕變模型來很好地描述。這表明滑后邊坡穩定過程實際是一種蠕變穩定過程。該文監測結果顯示,在這類晝夜溫差較大的區域,監測結果受設備溫度差影響較大,這也是導致測量結果呈現規律性日較大漲落的關鍵因素。
    預應力高強混凝土管樁的抗剪性能有限元分析
    楊志堅, 雷岳強
    2020, 37(S): 200-207.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S036
    [摘要](16) [HTML全文](5) [PDF 1144KB](7)
    摘要:
    采用ABAQUS軟件,選取適合模型的本構關系,在驗證模型正確性的基礎上,建立21個預應力高強混凝土管樁有限元模型,考察剪跨比、軸壓比、混凝土強度、增配普通鋼筋以及預應力筋配筋率等參數對管樁極限抗剪承載力和P?Δ關系曲線的影響。分析結果表明:剪跨比、軸壓比、預應力筋配筋率、增配普通鋼筋對管樁的抗剪性能有影響,隨著構件剪跨比的減小和預應力筋配筋率的增加,管樁的極限抗剪承載力有較大提高;增配普通鋼筋后的管樁,與僅配預應力筋的管樁相比,其極限承載力更高,不同剪跨比下的曲線變化規律也與后者基本一致;增加混凝土強度可以提高管樁的抗剪承載力,但P?Δ關系曲線的彈性階段幾乎沒有變化;管樁的極限抗剪承載力隨著軸壓比的提高而增大。
    老化普通板式橡膠支座的剪切性能研究
    董振華, 張勁泉, 韋韓, 王仙
    2020, 37(S): 208-216.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S037
    [摘要](10) [HTML全文](2) [PDF 1167KB](1)
    摘要:
    普通板式橡膠支座作為我國公路鋼筋混凝土梁橋體系中的重要支承構件,其老化力學性能可影響局部及整體結構的服役安全性。因此,考慮橡膠材料老化、軸向壓應力、支座幾何構型等參數,研究老化橡膠支座在不同受力階段的剪切性能。設計并進行了6個普通板式橡膠支座的剪切性能試驗,對不同參數影響下支座的剪應變-剪應力曲線、剪切模量、水平位移-水平力及剪切剛度等參數進行對比分析。進一步應用有限元數值模擬方法,對老化支座的剪切性能進行參數分析,其有限元分析結果與試驗結果進行對比。結果表明,橡膠等效老化年限小于20年,其橡膠老化對支座剪切性能的影響較小,則當橡膠等效老化時間大于50年,其剪切模量和剪切剛度增加,剪切變形能力降低,而橡膠老化對支座宏觀剪切剛度的影響程度明顯大于對材料剪切模量的影響。此外,支座剪應力-剪應變曲線、水平位移-水平力曲線及剪切剛度模擬結果隨老化時間的變化規律與試驗結果一致,且支座剪切性能隨其剪切變形的增大,其模擬結果與試驗結果之間差距逐漸降低。其中,當支座剪切變形達到100%時,支座剪切剛度模擬結果與試驗結果最大相差20.4%,模擬結果與理論計算結果最大相差21.2%。鑒于實際橋梁工程中橡膠支座的老化受環境氣候條件、車輛荷載或偶然荷載等的綜合影響,其老化速度會有所加快,在進行老化支座剪切性能計算時應考慮其老化性能指標的取值。
    公路梁式橋上部結構洪水作用機理及抗洪性能研究
    李鵬飛, 毛燕, 董振華, 韋韓
    2020, 37(S): 217-223.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S038
    [摘要](14) [HTML全文](2) [PDF 819KB](7)
    摘要:
    洪水災害是影響橋梁結構安全運行的嚴重威脅,洪水發生時流水沖擊力直接作用于橋梁結構,以往橋梁設計中對水位線以上的橋梁上部結構可能遭受的洪水作用缺乏考慮,造成橋梁上部結構抗洪能力不足。該文以洪水的力學性能為基礎,研究了洪水對橋梁上部結構的作用機理,提出了洪水破壞力計算公式及相關參數的確定方法,分析了橋梁上部結構在洪水作用下的主要失效模式及對應的力學平衡方程。研究表明,洪水對橋梁上部結構的主要作用力包括水平沖擊力、豎向上浮力、上托力。相應的橋梁上部結構的破壞模式主要有支座滑動、支座剪切、整體傾覆等。在此基礎上,針對橋梁上部結構的主要薄弱點,遵循洪水破壞力與結構抗力之間的平衡關系,提出了橋梁上部結構發生支座滑動破壞、支座剪切破壞、整體傾覆破壞模式下的抗洪性能分析思路及計算公式,對公路橋梁的抗洪設計及安全性評估具有指導意義。
    并列雙鈍體箱梁氣動力的干擾機理研究
    劉慧杰, 陳帥, 劉小兵
    2020, 37(S): 224-228.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S041
    [摘要](12) [HTML全文](2) [PDF 1008KB](1)
    摘要:
    為了研究并列雙鈍體箱梁氣動力的干擾機理,進行了雙鈍體箱梁在不同間距比下的數值計算,并與風洞試驗結果進行對比。研究表明:數值計算所得的氣動力系數變化規律與風洞試驗結果基本一致,數值計算得到的可視化流場分布可以解釋氣動力的干擾機理;并列雙箱梁之間存在明顯的漩渦,這是上游箱梁阻力系數減小、下游箱梁阻力系數為負的主要原因;下游箱梁的頂板受到的風吸作用明顯減弱,這是下游箱梁升力顯著減小的主要原因。
    既有混凝土框架結構振動臺試驗動力特性及加速度響應
    孫魁, 程紹革, 朱毅秀
    2020, 37(S): 229-236.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S043
    [摘要](22) [HTML全文](5) [PDF 1753KB](5)
    摘要:
    以抗震設防水平不高、抗震構造措施不足且已經服役多年的低延性鋼筋混凝土框架結構1/5縮尺振動臺試驗模型為研究對象,為捕捉在低強度振動中砌體填充墻與主體框架開裂行為以及框架自身發生開裂導致動力特性變化趨勢,采用強度小、持時短的白噪聲進行掃頻。采用自然激勵技術和特征系統實現算法對試驗加速度信號分析,識別出試驗模型完備模態;采用小波變換提取各階模態的樓層加速響應并進行分析。研究結果顯示:特征系統實現算法適用于低強度振動中的動力特性識別;高階模態對既有框架結構加速度響應貢獻顯著。
    花崗巖高壓狀態方程實驗研究
    王曉峰, 吳飚, 劉晶波, 孔德鋒, 李述濤, 王菲
    2020, 37(S): 237-241.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S044
    [摘要](15) [HTML全文](2) [PDF 683KB](2)
    摘要:
    通過二級輕氣炮開展了花崗巖的飛片高速、超高速撞擊實驗,研究了花崗巖的Hugoniot沖擊關系和高壓狀態方程。實驗樣品中的平均沖擊波速度由光纖探針測量,實驗最大撞擊速度為4.47 km/s,對應的最高撞擊壓力為42.4 GPa。通過對有效實驗結果進行擬合,得到了高壓下花崗巖的Hugoniot關系、Hugoniot參數Cλ以及多項式狀態方程。研究結果可為花崗巖材料在巖石爆破、隕石撞擊等領域的應用提供參考。
    流線型橋梁斷面表面脈動風荷載特性研究
    李海飛, 梁新華, 孫一飛, 崔會敏, 劉慶寬
    2020, 37(S): 242-248, 260.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S045
    [摘要](12) [HTML全文](2) [PDF 1305KB](5)
    摘要:
    氣動力是大跨度橋梁抗風穩定性檢算和振動分析的基礎,流線型橋梁斷面的氣動力隨雷諾數的變化問題是風工程研究和橋梁設計關注的問題。通過風洞試驗,研究表面風壓分布隨雷諾數的變化規律,可以分析雷諾數效應發生的機理。通過剛性節段模型測壓試驗,獲得了模型表面風壓分布隨雷諾數的變化,采用基于功率譜密度矩陣的特征正交分解方法,從頻域上分析了結構表面的脈動壓力場,解析了流線型橋梁斷面表面脈動風荷載的主要分布形式和作用頻率,分析了雷諾數變化對結構表面脈動壓力場的影響。研究發現:流線型橋梁斷面表面脈動風荷載的作用形式會隨雷諾數的改變而改變,在特定位置流動分離和再附等現象會隨雷諾數發生變化,從而影響整體的氣動力和漩渦脫落規律。
    有覆層土體中部分埋入式表面波屏障
    葛倩倩, 于桂蘭
    2020, 37(S): 249-253.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S046
    [摘要](12) [HTML全文](4) [PDF 889KB](2)
    摘要:
    周期結構具有帶隙特性,位于帶隙頻率范圍內的振動或波動無法在結構中傳播。該文針對土體存在覆層的情況,設計了周期部分埋入式Rayleigh表面波屏障,討論了不同覆層厚度、波屏障不同埋入深度對帶隙的影響,并對El Centro地震波進行了頻域響應分析。結果表明,部分埋入工字型截面板式波屏障對El Centro地震波有較好的隔震效果。
    軸壓比對鋼管混凝土柱側向沖擊性能影響研究
    康昌敏, 王蕊, 朱翔
    2020, 37(S): 254-260.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S047
    [摘要](14) [HTML全文](3) [PDF 1011KB](6)
    摘要:
    為研究不同軸壓比對鋼管混凝土柱側向沖擊性能的影響,該文對已有的沖擊試驗進行了驗證。在驗證模型基礎上建立了不同軸壓比的鋼管混凝土柱在側向沖擊作用下的動力有限元模型,計算得到連續變化軸壓比下鋼管混凝土的抗沖擊性能參數。結果表明:軸壓比對鋼管混凝土的側向抗沖擊性能有顯著影響。在軸壓比小于0.7時,軸力對鋼管混凝土構件側向抗沖擊能力有提高作用,當軸壓比大于0.7時,軸力對鋼管混凝土側向抗沖擊能力有削弱作用。
    串列三圓柱平均風壓和平均阻力的干擾效應
    王世博, 劉夕強, 劉小兵
    2020, 37(S): 261-264, 306.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S004
    [摘要](18) [HTML全文](9) [PDF 1121KB](4)
    摘要:
    為了給實際工程中串列三圓柱結構的風荷載取值提供參考,通過剛性模型測壓風洞試驗方法,測試了12個不同間距比L/D(L為兩圓柱中心之間的距離,D為圓柱的直徑)下串列三圓柱的平均風壓系數和平均阻力系數,并與單圓柱的平均風壓系數和平均阻力系數進行了對比。研究結果表明:串列三圓柱存在臨界間距,其臨界間距比為3.0≤L/D≤3.5。三個圓柱的平均阻力均小于單圓柱的平均阻力;上游圓柱的平均阻力最大,下游圓柱的平均阻力次之,中游圓柱的平均阻力最小。
    并列雙方柱氣動特性的干擾效應研究
    吳倩云, 孫亞松, 劉小兵
    2020, 37(S): 265-269.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S007
    [摘要](15) [HTML全文](10) [PDF 726KB](4)
    摘要:
    為了研究并列雙方柱在不同間距比時氣動力特性的干擾效應,采用剛性模型測壓風洞試驗的方法,通過改變兩方柱之間的距離,得到了不同間距比下并列雙方柱的風壓系數、升力系數和阻力系數。結果表明:當間距比1.2≤L/D<2.5時,并列雙方柱平均風壓系數的干擾效應明顯,且主要表現在內側面,平均阻力系數和脈動升力系數的干擾效應表現為減小效應;當間距比L/D≥2.5時,并列雙方柱的平均風壓系數、平均阻力系數和脈動升力系數的干擾效應均不明顯。
    超高煙囪的風荷載試驗研究
    孫一飛, 劉慶寬, 馬文勇, 劉小兵, 賈婭婭
    2020, 37(S): 270-274.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S049
    [摘要](14) [HTML全文](2) [PDF 770KB](7)
    摘要:
    超高煙囪由于場地基本風速高、長細比大、剛度小和阻尼低,風荷載及風致振動問題非常突出。通過剛性模型測壓風洞試驗,對超高煙囪的風壓分布開展了研究和分析,分析了高度和外界干擾對煙囪外表面風壓分布的影響規律,探討了在局部開孔情況下,風向角對內壓分布的影響。研究結果表明:在無干擾狀態下,僅有分離點附近風壓隨高度變化顯著,且呈現隨高度增加,風壓先逐漸增大,然后保持不變的規律;在有干擾狀態下,當風向角為0°時,干擾建筑只對自身高度范圍內的煙囪風壓產生顯著影響,且高度越低,體型系數沿環向分布越均勻,數值越靠近0,高度越高,越接近圓柱繞流的風壓分布;當存在局部開孔時,內壓隨高度變化很小,但隨風向角變化顯著,從0°~90°,內壓逐漸減小,但內壓絕對值逐漸增大,最小值甚至可以達到?0.8。
    HRB600級鋼筋高強混凝土無腹筋梁受剪試驗研究
    張建偉, 張德利, 馮曹杰, 曹萬林
    2020, 37(S): 275-281.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S050
    [摘要](11) [HTML全文](2) [PDF 777KB](3)
    摘要:
    為了解配置HRB600級縱筋的高強混凝土梁受剪性能,以縱筋配筋率、混凝土鋼纖維摻量為變化參數,對5根配置HRB600級縱筋的無腹筋梁進行了受剪試驗,對比分析了各試驗梁的斜截面承載力、荷載-撓度曲線、裂縫寬度和破壞特征。研究結果表明:隨著縱筋配筋率的提高,HRB600級鋼筋高強混凝土梁的開裂荷載和斜截面極限荷載增大,斜裂縫寬度減??;鋼纖維可以有效地提高高強混凝土梁的斜截面開裂荷載,限制斜裂縫的產生與發展;隨著鋼纖維摻量的增加,高強混凝土梁的受剪承載力增大;使用現行混凝土結構設計規范和纖維混凝土結構技術規程對配置HRB600級縱筋的高強混凝土梁和鋼纖維高強混凝土梁的斜截面受剪承載力進行設計計算,其結果是偏于安全的。
    基于拓撲優化的雙層交通混凝土箱梁開孔設計
    王磊佳, 祝明橋, 胡秀蘭, 唐明杰
    2020, 37(S): 282-286.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S051
    [摘要](14) [HTML全文](5) [PDF 801KB](7)
    摘要:
    雙層交通混凝土箱梁是由鋼筋和混凝土兩種材料組成,而它們的工作性質可抽象為由鋼筋和混凝土構成的拉桿-壓桿模型。引入一種新的拓撲優化方法“加窗漸進結構優化算法”建立反映結構工作機理的拉桿-壓桿模型,為雙層交通混凝土箱梁腹板開孔設計提供理論指導。介紹了拓撲最優解建立拉桿-壓桿模型和如何完成結構配筋設計方法。結果表明:通過加窗漸進結構優化算法獲得的拓撲最優解能較好的呈現結構內部受力狀態;根據優化方法完成的工字梁結構配筋及開孔設計與試驗設計相比,開孔率增加了5.5倍,極限荷載增長了1.2倍,但鋼筋用量減少了30%。
    基于雙剪試驗的鋁合金板-混凝土界面粘結滑移性能研究
    姜德文, 黃海林, 劉光偉, 張明亮
    2020, 37(S): 287-295.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S052
    [摘要](17) [HTML全文](2) [PDF 1315KB](1)
    摘要:
    鋁合金板具有輕質高強、延展性好、低溫脆斷敏感性小、耐腐蝕、易于成型等優點,可用于腐蝕及寒冷環境下的混凝土結構加固。該文基于雙剪試驗下的鋁合金板-混凝土界面粘結滑移性能研究,完成了45個構件的雙面純剪試驗,分析了混凝土強度等級、鋁合金板表面粗糙度、鋁合金板粘結長度和粘結寬度對粘結界面破壞機理、剝離承載力以及界面滑移的演化規律。研究表明:加載過程中界面應力從加載端向自由端逐步傳遞,且隨著混凝土強度等級、鋁合金板的粘結長度和寬度的增加,試件的剝離承載力也有所提高。但鋁合金板的粘結長度存在一個有效粘結長度值,超過該值試件的剝離承載力將不會增加,同時鋁合金板表面粗糙度對試件剝離承載力的提高沒有實質影響。
    條形封閉網架煤棚風荷載分布規律試驗研究
    鄭肖楠, 劉慶寬, 崔會敏, 鄭云飛
    2020, 37(S): 296-300.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S056
    [摘要](13) [HTML全文](2) [PDF 1058KB](2)
    摘要:
    大跨度煤棚結構作為風敏感結構,在工程設計中應充分考慮風荷載的影響。該文以煤棚結構為研究對象,對其剛性模型進行風洞試驗研究??紤]分別在0°、90°、180°和270°風向角下,煤棚兩端弧面及天窗位置處風壓分布情況,進一步分析煤棚表面特殊形狀位置處體型系數隨風向角的變化規律。研究表明:觀察0°、90°、180°和270°風向角下各個測點的體型系數,發現風向角為90°時,弧面底部位置處,測點A1(B1)體型系數較大,在煤棚設計與施工中應針對該測點附近區域進行加固。對比分析各風向角下,天窗位置測點的體型系數,90°風向角下體型系數絕對值較大,認為此時風壓較大,應適當對其加固。
    螺旋線參數對斜拉索氣動特性影響的試驗研究
    鄭云飛, 劉慶寬, 戰啟芳, 劉訓臣, 劉曉慶
    2020, 37(S): 301-306.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S057
    [摘要](10) [HTML全文](3) [PDF 629KB](1)
    摘要:
    斜拉索的大幅振動問題,例如風雨振、干索馳振,是橋梁設計和研究人員關注的問題之一。為了防止風雨振的發生,在斜拉索表面設置螺旋線是一種常見措施。而在進行螺旋線直徑、間距選取時,只關注其對風雨振的影響,未考慮對干索馳振的影響。為了明確不同螺旋線參數組合對風雨振、干索馳振振動特性的影響,通過風洞試驗的方法,在風速6 m/s~50 m/s范圍內,在有、無人工模擬降雨環境下對不同螺旋線參數組合斜拉索進行測振試驗,得到斜拉索模型振幅隨螺旋線參數的變化規律。研究結果表明:總體而言,設置螺旋線后,斜拉索振幅減小,但斜拉索的振幅并非隨螺旋線直徑單調改變,呈現先增大后減小的趨勢,螺旋線直徑增大到某一數值時,振幅最大,工程應用中應慎重選擇螺旋線的直徑;隨著螺旋線間距的增大,斜拉索振幅逐漸減小,設置螺旋線后,干索馳振的振幅明顯減??;對于同一間距,螺旋線直徑改變對干索馳振的影響不明顯,對于同一直徑,螺旋線間距小于臨界間距后,螺旋線間距的改變對干索馳振的影響不明顯,螺旋線間距大于臨界間距后斜拉索發生明顯振動。
    一種耗能牛腿的力學性能試驗研究
    宋薇, 王濤, 周中一
    2020, 37(S): 307-312.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S058
    [摘要](12) [HTML全文](6) [PDF 859KB](3)
    摘要:
    提出了一種耗能牛腿的新型構造方式,具有構造簡單,易于更換的特點,并對其進行了低周反復試驗。試驗選用多種不同寬厚比的耗能板,研究了耗能牛腿的力學性能和疲勞性能,分析了耗能板的寬厚比對耗能牛腿力學性能的影響。實驗結果表明:新型耗能牛腿具有良好的滯回性能和穩定的耗能性能;在一定范圍內,耗能板的寬厚比越大,耗能牛腿的延性和耗能能力越好。
    地震作用下矮塔斜拉橋的動力優化設計
    姜亞麗, 楊剛, 宋紅紅
    2020, 37(S): 313-319.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S060
    [摘要](10) [HTML全文](2) [PDF 1399KB](2)
    摘要:
    該文以一座矮塔斜拉橋——大連長山大橋為工程背景,對地震作用下結構的動力優化問題進行研究,通過優化改善橋梁結構的靜動力特性,提高結構抗震性能,確保它們在動力環境下安全可靠的工作。在ANSYS中建立長山大橋空間有限元模型,然后采用響應面法以橋梁振型頻率為優化目標,進行結構動力特性的優化設計;采用試驗設計的優化方法以地震作用下結構的動力響應為優化目標,進行結構動力響應的優化設計;采用神經網絡建立網絡模型,快速有效的預測結構地震響應,為橋梁結構優化設計提供參考作用。研究表明:進行結構動力優化設計可以在保證橋梁結構整體性不變的前提下,充分發揮結構自身潛能,減小橋梁地震動力響應。
    基于彎曲變形修正的砌體墻抗側剛度計算模型
    郭猛, 李薇薇, 賈英杰
    2020, 37(S): 320-326.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S063
    [摘要](17) [HTML全文](4) [PDF 712KB](2)
    摘要:
    轉動變形是砌體墻在水平荷載作用下的一種變形機制,對砌體墻受力全過程中的等效抗側剛度產生影響,考慮轉動變形影響對砌體墻抗側剛度計算方法進行修正,對于提高砌體結構在開裂后的地震作用分配精度具有重要意義。為考慮轉動變形對砌體墻抗側剛度的影響,在既有抗側剛度模型基礎上,引入高寬比及轉動變形調整系數對彈性剛度計算模型中的彎曲變形部分進行修正,提出了基于彎曲變形修正的砌體墻抗側剛度計算模型。根據相關砌體墻擬靜力試驗結果,通過數據擬合的方法,初步得到了轉動變形剛度調整系數。算例分析表明,基于彎曲變形修正的砌體墻等效抗側剛度算法與傳統彈性剛度算法相比,墻段剛度下降,高寬比越大,等效剛度下降越多,分擔的地震作用越??;高寬比越小及帶有窗下墻的墻段,轉動變形影響導致的剛度下降相對較少,其分擔的地震作用相應增加。
    基于釋放法蒸壓加氣混凝土板內鋼筋自應力研究
    徐春一, 武沾青, 閻磊
    2020, 37(S): 327-332, 339.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S064
    [摘要](10) [HTML全文](1) [PDF 715KB](2)
    摘要:
    為研究分析蒸壓加氣混凝土板中鋼筋在高溫蒸壓過程產生的自應力及其對板受力性能的影響,試驗采用分步釋放法測自應力,通過對配置HPB300鋼筋的蒸壓加氣混凝土板進行切割逐步釋放板中鋼筋的自應力,記錄對比蒸壓加氣混凝土板受壓側和受拉側在跨中及板端自應力值,給出自應力在板內分布規律及取值。分析自應力對板的開裂彎矩及承載能力的影響。試驗結果表明:蒸壓加氣混凝土板受壓區板端自應力約為跨中自應力值的56%;受拉區板端自應力約為跨中自應力值的84%,跨中受拉區自應力約為受壓區自應力的54%;板端受拉區自應力約為受壓區的83%,并分析其產生及分布機理。此外,自應力也提高了板的抗裂能力,其中對開裂彎矩有較大影響,自應力所抵抗的開裂彎矩約為理論開裂彎矩值的65.7%。合理計算自應力可以有效利用蒸壓加氣混凝土板的抗裂和承載能力,對蒸壓加氣混凝土板的推廣與發展有重要的理論價值和現實意義。
    機械工程學科
    車輛載荷下PE燃氣管道的虛擬仿真技術及其動力響應分析
    王威翔, 姚安林, 徐濤龍, 代強, 古芃
    2020, 37(S): 333-339.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.05.S028
    [摘要](19) [HTML全文](2) [PDF 940KB](3)
    摘要:
    當前,城鎮燃氣管道受車輛碾壓造成的事故時有發生,為分析車輛載荷下PE燃氣管道的動力響應,借助虛擬樣機系統仿真軟件ADAMS并結合有限元分析軟件研究車輛的運動載荷及受載埋地PE燃氣管道的力學特征。建立車輛-路面-土體-管道模型,根據實測值對仿真結果進行了驗證?;谔摂M樣機系統仿真提取的車輛動態載荷譜,分析PE燃氣管道的動力響應過程,并開展不同車重、不同車速下埋地PE燃氣管道的動力響應規律研究。結果表明:管體所受的應力及其位移量隨著車重的增大而增大;管體所受應力隨著車速的增大而增大,而其位移量隨著車速的增大而減小。
    導管架型靠船墩的系統可靠性分析
    陳碩, 趙玉良, 董勝
    2020, 37(S): 340-346.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S040
    [摘要](12) [HTML全文](3) [PDF 822KB](1)
    摘要:
    針對港口工程中導管架結構靠船墩結構形式復雜、環境荷載多變的特點,該文將其簡化成空間剛架結構,基于β分支法確定主要失效構件和失效路徑,得到了導管架結構靠船墩的失效特征和系統可靠性指標。為提高復雜剛架結構系統可靠性分析效率,同時提出了利用人工神經網絡結合蒙特卡洛法,確定結構響應與環境荷載的關系,進而確定結構極限狀態方程,獲得結構整體失效概率。結果表明:對于海洋或海岸工程中復雜剛架結構,基于β分支法的體系可靠性分析對于確定結構的薄弱構件和失效特征具有重要意義,人工神經網絡(ANN)結合蒙特卡洛法(MCS)可以明顯提高計算效率,可應用于更復雜港工結構物的可靠性分析。研究結果對海洋海岸工程結構風險評估及安全設計具有指導意義。
    浮式海洋平臺系泊錨鏈拖曳力系數數值分析與實驗研究
    王廣喜, 張敏, 汪天戈
    2020, 37(S): 347-351.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S030
    [摘要](13) [HTML全文](4) [PDF 962KB](1)
    摘要:
    該文針對浮式平臺系泊錨鏈,運用物理模型實驗測得系泊無擋錨鏈在不同流態下的拖曳力系數CD,并分析其變化規律。運用CFD的方法,采用湍流模型LES和κ-ω SST,計算系泊無擋錨鏈的拖曳力系數CD,結合物理實驗結果,比較分析得出較為精確的湍流模型。在此基礎上,推算了實際海洋工程環境中系泊錨鏈拖曳力系數隨雷諾數與來流方向的變化規律,并給出工程建議。
    其他工程學科
    基于電化學-力耦合模型的鋰離子電池充電過程中石墨顆粒的應力模擬
    梅文昕, 王青松, 孫金華
    2020, 37(S): 352-357.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S022
    [摘要](12) [HTML全文](5) [PDF 745KB](0)
    摘要:
    在鋰離子電池的充放電過程中,隨著電極顆粒中鋰的嵌入和脫出,顆粒會發生膨脹和收縮而導致應力的產生,應力過大時會發生電極材料的脫落、破裂,致使電池內阻增加、循環性能下降、容量衰減,最終導致電池失效。該文對正負極橢球顆粒建立三維電化學-力耦合模型,計算了充電過程中電極顆粒的鋰濃度分布以及負極石墨顆粒的應力分布。結果表明:兩個顆粒接觸的部位應力較大,且過大的應力會削弱鋰離子的脫嵌能力,導致兩個負極顆粒接觸的部位鋰濃度較低而兩個正極顆粒接觸的部位鋰濃度較高。此外,顆粒表面徑向應力為零,徑向應力最大值出現在顆粒中心,最大切向應力出現在兩個顆粒接觸的表面。
    內孤立波對Spar平臺作用力的理論研究
    崔俊男, 董勝
    2020, 37(S): 358-362, 370.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S011
    [摘要](16) [HTML全文](4) [PDF 710KB](0)
    摘要:
    該文采用內孤立波KdV理論和eKdV理論描述內孤立波波面及流場特征,與Morison方程聯系,建立了內孤立波對海洋石油開采平臺典型Spar平臺的水平力理論計算模型。參考南海水深及內孤立波實測數據設定了內孤立波特征參數,并使用典型Spar平臺Hoover的參數作為算例,計算了Hoover平臺受到的內孤立波水平力。通過與KdV理論的計算結果進行對比,發現eKdV理論對于內孤立波水平力的計算與KdV理論較為接近,但是eKdV理論下的內孤立波波形較為平緩,Spar平臺受到的內孤立波水平力持續時間較長,極值稍小于KdV理論下的水平力極值。
    高鐵列車運行作用下燃氣管涵結構動力響應分析
    曲翔宇, 馮同同, 夏龍, 劉衛豐
    2020, 37(S): 363-370.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.03.S039
    [摘要](18) [HTML全文](4) [PDF 996KB](0)
    摘要:
    以京張高鐵跨越某燃氣管涵為例,建立混凝土防護剛構-土體-燃氣管涵三維動力有限元模型,將三維車輛-軌道剛柔耦合動力學模型計算得到的列車荷載施加到三維動力有限元模型中,分析燃氣管涵結構的動力響應特性;預測京張高鐵通車后對現有燃氣管涵的振動影響。計算結果表明:燃氣管涵振動速度和加速度響應主要集中在0 Hz~10 Hz的低頻段,燃氣管涵的最大動力響應點的速度峰值仍然小于《建筑工程容許振動標準》中規定的速度最大值限值。隨著車速增大,管涵的速度及加速度時域響應明顯增大。京張高鐵運營后設計時速列車荷載的動力作用不會對混凝土剛構結構下的燃氣管涵產生顯著的不利影響。
    鐵磁性材料缺陷處的磁記憶信號特征分析
    包勝, 趙政燁, 金鵬飛, 楊健
    2020, 37(S): 371-375.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.06.S054
    [摘要](16) [HTML全文](4) [PDF 972KB](0)
    摘要:
    為明確缺陷對試件表面磁場的影響,該文對30Cr合金鋼進行了逐級加載拉伸試驗,在試件表面提前人為預制了缺陷,利用TSC-1M-4型磁檢測儀采集磁場信號,研究了試件表面磁記憶信號在缺陷處的特征表現。切向磁記憶信號對試件的局部屈服更敏感。對其進行分析的結果表明:試件表面的磁記憶信號在缺陷邊界處有明顯的變化,通過表面磁場分布可以對試件的應力集中狀況進行評價。
    座頭鯨胸鰭前緣仿生葉片空氣動力學特性研究
    張照煌, 李魏魏
    2020, 37(S): 376-379, 386.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S061
    [摘要](16) [HTML全文](6) [PDF 520KB](2)
    摘要:
    仿生學是人類借鑒生物進化成果推進技術進步理論創新的一個重要源泉[1-3]。座頭鯨胸鰭獨特的凸凹前緣可以改變胸鰭上流體的流動狀態,進而展現優秀的力學特性。因此,座頭鯨胸鰭仿生在流動控制及葉片增效方面有著極大的研究價值。該文通過圖像處理方式獲得座頭鯨胸鰭外形,建立以NACA 634-021翼型為截面的葉片;通過研究葉片空氣動力學性能及葉片渦量分布分析凸凹前緣對葉片的影響。由于凸凹前緣產生的脫體渦,仿生葉片升力系數和升阻比優于對比模型。
    相對厚度對翼型氣動特性的影響研究
    高超, 賈婭婭, 劉慶寬
    2020, 37(S): 380-386.   doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.S062
    [摘要](21) [HTML全文](5) [PDF 1164KB](2)
    摘要:
    為了更好地了解相對厚度對風力機翼型氣動特性的影響,該文以NACA4412、NACA4415、NACA4418這3種不同厚度的翼型為研究對象,分析了翼型相對厚度對翼型升阻力系數、升阻比、流場和壓力系數的影響。研究結果表明:在小攻角時,隨著厚度的增大,翼型的升阻比逐漸減??;在大攻角時,NACA4415和NACA4418翼型仍能保持較高的升阻比,而NACA4412翼型升阻比較低;隨著攻角的增大,3種翼型均出現氣流分離并形成尾部渦,NACA4412翼型比NACA4415和NACA4418翼型的尾部渦分布范圍大。研究結果為風力機葉片的設計以及優化提供了參考依據。
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