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    當期目錄

    2020年 第37卷  第11期

    封面
    2020-11期封面+目錄
    2020, 37(11)
    摘要:
    基本方法
    采用粘彈性人工邊界單元時顯式算法穩定性分析
    李述濤, 劉晶波, 寶鑫, 陶西貴, 陳一村, 肖蘭, 賈藝凡
    2020, 37(11): 1-11, 46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0755
    摘要:
    在土-結構地震反應或近場地震波動問題的分析中,常采用粘彈性人工邊界單元將無限域問題轉化為近場有限域問題進行計算。由于粘彈性人工邊界單元的材料參數和單元尺寸與內部介質單元不同,采用顯式時域逐步積分算法時,人工邊界區與內部系統的數值穩定條件存在差異,但目前尚未有針對性的分析方法和研究成果,影響了顯式數值穩定條件的確定和穩定積分時間步長的正確選取。針對二維粘彈性人工邊界單元,該文提出一種分析顯式時域逐步積分算法穩定性的方法:建立可代表人工邊界區域特征的,包含人工邊界單元的若干局部子系統,對各子系統的傳遞矩陣進行分析,給出采用顯式時域逐步積分算法時各子系統的穩定條件解析解。通過對各子系統的穩定條件進行對比分析,獲得了采用粘彈性人工邊界單元時,顯式時域逐步積分算法的統一穩定性條件。當內部介質區也滿足該穩定條件時,這一條件成為使整體系統數值計算穩定的充分條件,可用于指導數值分析中離散時間步長的選取。
    基于Green函數法的Timoshenko曲梁強迫振動分析
    趙翔, 周揚, 邵永波, 劉波, 周仁
    2020, 37(11): 12-27. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0708
    摘要:
    該文運用Green函數法求解了Timoshenko曲梁在強迫振動下的解析解,通過分析曲梁截面的力學平衡,建立了Timoshenko曲梁的振動方程。依次采用分離變量法和Laplace變換法,對不同邊界的Timoshenko曲梁求解出了相應的Green函數。并且通過引入兩個特征參數來考慮阻尼對強迫振動的影響。數值計算中,驗證了該解析解的有效性,并對其中涉及的各種重要物理參數的影響進行了研究。研究結果表明:通過將半徑R設置為無窮大,可以簡化為Timoshenko直梁振動模型,在此基礎上,將剪切修正因子κ設置為無窮大,可以退化為Prescott直梁振動模型,最后再把轉動慣量γ設置為0,可退化為Euler-Bernoulli直梁振動模型。該文給出的數值結果驗證了所得解的有效性。
    基于共旋法與穩定函數的幾何非線性平面梁單元
    鄧繼華, 譚建平, 譚平, 田仲初
    2020, 37(11): 28-35. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0012
    摘要:
    建立一個準確、高效的幾何非線性梁單元對于描述桿系結構的非線性行為至關重要。該文基于共旋坐標法和穩定函數提出了一種幾何非線性平面梁單元。該單元在形成中把變形和剛體位移分開,局部坐標系內采用穩定函數以考慮單元P-δ效應的影響,從局部坐標系到結構坐標系的轉換則采用共旋坐標法以及微分以考慮幾何非線性,給出了幾何非線性平面梁單元在結構坐標系下的全量平衡方程和切線剛度矩陣;在此基礎上根據帶鉸梁端彎矩為零的受力特征,導出了能考慮梁端帶鉸的單元切線剛度矩陣表達式。通過多個典型算例驗證了算法與程序的正確性、計算精度和效率。
    土木工程學科
    鋼-超高性能混凝土組合箱梁彈性彎曲性能試驗研究及解析解
    樊健生, 王哲, 楊松, 陳釩, 丁然
    2020, 37(11): 36-46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.11.0700
    摘要:
    鋼-超高性能混凝土(Ultrahigh performance concrete,以下簡稱UHPC)組合箱型橋面系在大跨徑橋梁建設中具有良好的應用前景。以實際橋梁工程為背景,設計兩個大比例鋼-UHPC組合箱梁模型試驗,主要研究彈性狀態下的組合箱梁的彎曲受力行為,重點測試試件加載過程中撓度、應變分布等;建立同時考慮剪力滯后、滑移效應以及鋼腹板剪切變形的組合箱梁分析模型,并推導得出解析解。研究結果表明:集中荷載作用下鋼-UHPC組合箱梁的剪力滯效應顯著,UHPC板跨中截面縱向壓應變的最大值與最小值之比約為5~7;UHPC板厚越大,鋼-UHPC組合箱梁的剛度越大,相同荷載下,UHPC板和鋼梁應變越??;該文同時考慮剪力滯后、滑移效應以及鋼腹板剪切變形的解析解與試驗結果基本吻合,相比于不考慮鋼腹板剪切變形的模型結果具有明顯改善。
    高延性混凝土加固鋼筋混凝土梁抗震性能試驗研究
    鄧明科, 郭莉英, 李睿喆, 陳佳莉
    2020, 37(11): 47-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.04.0237
    摘要:
    為研究高延性混凝土(HDC)加固鋼筋混凝土(RC)梁的抗震性能,設計了8個RC梁試件,采用HDC和碳纖維布(CFRP)條帶加固,通過低周反復荷載試驗,研究剪跨比、加固方式對其破壞形態、變形和耗能能力等的影響。試驗結果表明:采用HDC圍套加固RC梁,HDC面層良好的拉伸應變硬化和多裂縫開展特性能有效控制剪切裂縫發展,明顯改善構件的脆性破壞特征;HDC加固層與原構件協同工作良好,加固層對內部混凝土形成良好的約束作用,HDC加固梁的承載力、變形和耗能能力明顯提高,其加固效果明顯優于CFRP條帶加固;剪跨比較大時,在HDC加固層配置鋼筋網,試件的變形和耗能能力明顯提高,但對承載力貢獻較小?;阼旒?拱模型理論,提出HDC加固梁的抗剪承載力計算方法,計算結果與試驗值吻合較好。
    風-波浪荷載對海上風機地震響應的影響
    席仁強, 許成順, 杜修力, 許坤
    2020, 37(11): 58-68. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0715
    摘要:
    建立廣義單自由度模型,考慮運行、停機兩種工作狀態,揭示風-波浪荷載影響海上風機地震響應的機理。針對NREL 5MW單樁式海上風機,通過風-波浪統計關系確定波浪譜參數,采用FAST軟件分析結構地震響應,驗證初步分析結果的正確性,并探討風-波浪影響海上風機地震響應的規律。結果表明:風-波浪作用的氣動阻尼和動荷載效應使其顯著影響海上風機地震響應;對于運行狀態的海上風機,輪轂高度處平均風速等于額定風速時,支撐結構最危險;強震作用下,風-波浪作用減小泥面內力和塔頂位移幅值;弱震作用下,風-波浪荷載增大泥面內力和塔頂位移幅值。
    基于動力特性的混合結構地震響應復模態疊加法
    孫攀旭, 楊紅, 劉慶林
    2020, 37(11): 69-82. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0723
    摘要:
    混合結構由不同阻尼特性的材料組成,確定其阻尼矩陣存在困難。分塊Rayleigh阻尼模型由于數學上的簡易性,被廣泛用于構建混合結構的阻尼矩陣,但分塊Rayleigh阻尼模型的計算精度與參考頻率的選擇方法直接相關。針對參考頻率的選擇問題,依據結構動力響應的組成和特點,提出了一種確定Rayleigh阻尼系數的計算方法,進而實現基于分塊Rayleigh阻尼模型的復模態疊加法。求解結構的瞬態反應時,根據結構前兩階振型的自振頻率確定阻尼系數;求解結構的穩態反應時,選擇結構的基頻、與外激勵頻率接近的結構自振頻率確定阻尼系數。依據地震波的頻譜特性,提出了基于地震波卓越頻率的分塊Rayleigh阻尼模型,并結合地震加速度的分段線性假定,建立了混合結構的復模態疊加法。在此基礎上,利用三角級數展開得到組成地震波的諧波頻率,進一步提出了基于諧波頻率的分塊Rayleigh阻尼模型和對應的復模態疊加法。算例分析結果表明:所提方法誤差更小,且克服了傳統方法因振型選擇不唯一導致的計算結果具有不確定性的問題;與基于地震波卓越頻率的復模態疊加法相比,基于諧波頻率的復模態疊加法計算量更大,但計算精度更高、適用范圍更廣。
    鋼支撐動力屈曲致扭機理及BRB減扭機理的研究
    高向宇, 李楊龍, 李建勤, 徐吉民
    2020, 37(11): 83-96, 107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0748
    摘要:
    研究了鋼支撐混凝土框架結構側移和扭轉地震響應的特點,揭示了在反復加載過程中鋼支撐動力屈曲會對抵抗扭矩產生影響,使結構塑性鉸狀態發生非均衡性變化從而導致非彈性扭轉的過程。運用達朗貝爾原理研究了鋼支撐屈曲使結構產生慣性力、慣性扭矩并出現非彈性扭轉突增的致災機理,并通過振動臺試驗、有限元非線性分析對類似性能加以驗證。對比研究了防屈曲支撐對結構的抗扭效果,以及阻斷結構發生非彈性扭轉突增的工作機理。最后針對設計上將普通鋼支撐作為中心支撐混凝土框架結構第一道抗震防線的保障條件、設置防屈曲支撐減控非彈性扭轉的技術保障措施等提出了建議。
    凍融低剪跨比RC梁抗震性能試驗研究
    鄭山鎖, 姬金銘, 裴培, 賀金川, 張藝欣, 董立國
    2020, 37(11): 97-107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0770
    摘要:
    通過人工氣候模擬實驗室對6榀剪跨比為2.6的鋼筋混凝土(Reinforced concrete, RC)梁試件進行加速凍融循環試驗,繼而對其進行擬靜力加載試驗,根據試驗結果分析了凍融循環作用和混凝土強度變化對RC梁試件破壞形態、滯回曲線、承載能力、變形能力和耗能能力等抗震性能指標的影響。結果表明:凍融后混凝土抗壓強度降低,內部孔隙率變大,微裂縫增多,梁試件表面出現裂縫。各梁試件在擬靜力加載試驗后均發生了彎剪破壞。隨著凍融循環次數的增加,試件的承載能力與耗能能力逐漸退化,延性先略微增長后顯著下降;隨著混凝土強度等級的提高,試件受凍融循環作用造成的損傷程度有所減輕,各試件的屈服、峰值、極限承載力均有所增大,耗能能力增強,延性無明顯變化。
    適用于黏土的分數階應力誘導剪脹方程
    李海潮, 馬博, 張升, 盛岱超
    2020, 37(11): 108-116. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0777
    摘要:
    建立了適用于黏性土的分數階下加載面模型,該模型所采用的分數階塑性流動法則能夠在不引入塑性勢函數的情況考慮塑性流動方向與土體物理屈服面之間的非正交特性,進而統一地描述相關聯和非相關聯塑性流動法則?;谠摿鲃臃▌t可以得到一個新的應力誘導分數階剪脹方程以考慮超固結比對黏性土剪脹特性的影響。理論分析結果表明,在相同的應力水平下,土體剪脹量會隨著超固結比增大而逐漸減小。相比較修正劍橋模型,該文模型僅額外地引入一個與土體剪脹特性相關的模型參數,并且能夠對超固結黏土的應變軟化和剪脹特性進行合理的描述。模型計算結果與試驗結果對比分析結果表明,該文模型能夠準確地描述黏性土在超固結狀態下的應力-應變響應和剪脹特性。
    環境溫差下FRP-混凝土界面粘結行為分析
    董坤, 郝建文, 李鵬, 郭海燕, 楊樹桐
    2020, 37(11): 117-126. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0783
    摘要:
    為明確環境溫差對纖維增強聚合物(FRP)加固混凝土構件的界面粘結性能的影響,基于粘結界面的雙參數內聚力指數模型,建立了FRP-混凝土粘結結點在溫差作用下的界面微分平衡方程,采用邊界條件疊加的方法,解析推導了界面相對滑移、界面剪應力和FRP應力-應變分布計算公式?;诮馕隼碚撃P?,提出了FRP-混凝土界面最大承載溫差的計算方法,分析了粘結長度、溫差變化和粘結層數對界面粘結性能的影響。結果表明:該文推導出的理論公式計算結果與界面試驗結果吻合良好,建立的解析理論模型能夠較好地預測溫差作用下FRP-混凝土界面粘結行為;界面最大承載溫差隨粘結長度的增加存在上限值,且由于界面粘結性能的退化,FRP溫度應力的最大值出現在達到界面最大承載溫差之前;界面剪應力集中在粘結端部區域,受溫差變化和FRP粘結層數影響較大,且當環境溫差進入膠黏劑玻璃化轉變區域后影響最為明顯。該結論可用于強日照和高溫車間等大溫差環境下橋梁和建筑加固構件的溫度應力分析和界面承載力評估。
    周邊空孔效應對爆破振速及圍巖損傷的影響研究
    滿軻, 劉曉麗
    2020, 37(11): 127-134, 184. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0790
    摘要:
    基于光面爆破施工方法,設計了甘肅北山坑探設施項目光面爆破施工的爆破參數,研究了周邊孔在空孔間隔情況下的炮眼布置方案。進而,從爆破原理出發,對裝藥孔與空孔之間的相互爆破作用進行了分析計算,認為在應力集中區與破裂區相互重合狀態下的空孔間距是最適宜的間距,通過計算獲得其間距值約為30 cm。進一步的實施了在空孔間隔布設周邊孔情況下的光面爆破試驗,根據爆破后的炮孔利用率及半孔率,發現在采用空孔間隔的左幫位置處,光面爆破效果良好,驗證了通過上述方法計算得到的空孔間距是合理的。同時,對爆破過程中和爆破后分別實施了爆破振動監測及圍巖損傷測試,爆破振動測試結果顯示:空孔間隔側的最大振速(12 cm/s)小于普通藥包側的最大振速(20 cm/s)。圍巖損傷測試結果表明:空孔間隔裝藥處爆破導致的圍巖損傷范圍(22 cm)也較普通藥包處小(27 cm)。需指出的是,鉆爆施工涵蓋多種不同的爆破參數,影響因素眾多,該文爆破試驗獲取的爆破數據僅僅是對周邊孔布設空孔時產生空孔效應的初步探索,該研究可對后續工程開挖提供相應的試驗數據與理論支撐,其對于深部地下工程的爆破開挖及高放廢物的深地質處置,有一定的理論指導意義。
    自復位超彈性SMA筋梁柱節點數值模擬研究
    錢輝, 李宗翱, 裴金召, 康莉萍
    2020, 37(11): 135-145. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0791
    摘要:
    為提高框架結構的耗能能力和自恢復能力,提出了基于超彈性SMA筋的功能自恢復梁柱節點?;贠penSees有限元軟件平臺,采用SMA材料自復位雙旗形本構模型,建立了自復位SMA筋混凝土梁柱節點有限元數值模型,進行了低周往復作用下有限元模擬,得出節點的滯回曲線與骨架曲線。通過與現有試驗結果的對比,驗證了節點分析模型的有效性。進行了參數分析,分別考慮了SMA材料的配置數量、配置長度和屈服強度等參數,分析了SMA材料參數對節點的滯回性能和自復位能力等性能的影響。結果表明:超彈性SMA筋混凝土梁柱節點具有較高的耗能能力和自復位能力。建立的數值分析模型能較好地模擬自復位SMA筋節點在低周往復荷載作用力下的“雙旗形”滯回性能。SMA筋材力學參數對節點抗震性能有較大影響:在適筋條件下,SMA配置數量越大,殘余位移越小,復位能力越強;相同條件下,SMA筋超過塑性鉸長度后,對節點性能影響不大;適筋條件下,提高SMA筋的屈服強度會提高節點的承載能力以及自復位能力。
    低扭轉剛度懸索橋扭轉發散特征及抗風對策
    劉黎陽, 張志田
    2020, 37(11): 146-155. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0002
    摘要:
    柔性懸索橋容易出現氣動失穩現象。懸索橋的靜風失穩特性已經被國內外較廣泛地研究過,這類結構的靜風失穩表現為加勁梁突然增大的、沿橋跨方向對稱分布的扭轉變形。伴隨該類扭轉發散的另一現象是主纜卸載至空纜懸掛狀態。當加勁梁扭轉剛度極低時,中小跨度人馬吊橋扭轉發散形式與傳統公路懸索橋扭轉發散形式有實質性的不同,表現為非對稱分布的單拐點或多拐點扭轉鎖定,扭轉鎖定后兩主纜張力并不卸載反而出現急劇張緊的現象。采用數值方法研究了抗風措施,結果表明增加主梁扭轉剛度不僅能實質性地提高扭轉發散臨界風速,而且可以將發散形式從反對稱扭轉鎖定轉變為傳統的對稱扭轉模式。對反拉抗風纜截面積、張力、安裝角度以及矢跨比的抗風效果進行了參數化的分析,結果表明反拉抗風纜的最佳安裝角度在15°~45°,其抗風效果隨著截面積、張力以及矢高的增加而增加。綜合材料用量與抗風效果等因素,建議抗風纜面積為主纜面積1/3,反拉張力為恒載效應的1/4,地形允許的情況下盡量增加矢跨比。
    冷彎薄壁型鋼框架-開縫鋼板剪力墻力學性能研究
    葉露, 王宇航, 石宇, 羅偉, 孔維博
    2020, 37(11): 156-166. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0005
    摘要:
    為研究適用于低層和多層冷彎薄壁型鋼建筑的冷彎薄壁型鋼框架-開縫鋼板剪力墻(Cold-formed steel Framed Shear Wall with Slits,簡稱CFS-WS),該文開展了1面普通CFS-WS和3面加勁CFS-WS的擬靜力試驗,得到了CFS-WS的破壞形態、滯回曲線、骨架曲線和耗能能力等力學性能,提出了其抗剪承載力設計值。試驗結果表明:CFS-WS加載時依靠豎縫間鋼板“扭轉-恢復-逆向扭轉”和型鋼框架變形來共同抵抗水平荷載和耗散能量,試件破壞時鋼板撕裂,帽形柱端部屈曲;CFS-WS具有良好的承載力、塑性、延性和耗能能力,但其滯回曲線捏縮現象較為嚴重;加勁CFS-WS較普通CFS-WS而言,其抗剪剛度、承載能力和耗能能力更高,滯回曲線捏縮現象有所減輕。此外,通過加勁肋連接件將加勁肋和冷彎薄壁型鋼梁柱連接成鋼框架,可有效提高CFS-WS的前期抗剪剛度、承載力和耗能能力,大大改善結構的抗震性能。
    斜向三維隔震支座的非線性力學性能試驗及數值模擬研究
    張莉莉, 劉文光, 許浩, 楊杰, 何文福
    2020, 37(11): 167-175. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0006
    摘要:
    該文針對三維隔震結構較高豎向承載力和減震效果的需求,基于鉛芯橡膠支座提出了斜向三維隔震支座,并基于鉛芯橡膠支座的非線性力學本構模型,建立了考慮壓縮應力及剛度衰減影響的三維隔震支座非線性豎向剛度計算模型。進行了傾斜角度分別為12°和15°的三維隔震支座模型力學性能試驗,試驗結果得到了該三維隔震支座滯回模型呈現出加載和卸載非平行特征,豎向剛度呈現非線性變化,以及角度和豎向位移對力學性能的影響規律。進一步對理論與試驗結果進行對比分析,三維隔震支座的試驗結果與理論計算值吻合。最后利用通用有限元軟件建立不同傾斜角度的三維隔震支座數值分析模型,基于計算理論、靜力試驗及數值仿真結果分析了摩擦系數、剪應變、傾斜角度對三維隔震支座非線性豎向剛度的影響。
    火災作用下輕型鋼構件(結構)溫度場類相似理論研究
    邱倉虎, 張耕源, 李白宇, 仝玉, 劉慶, 王廣勇
    2020, 37(11): 176-184. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0009
    摘要:
    基于傳熱學理論,對火災作用下輕型鋼構件(結構)的溫度場類相似理論進行了研究,提出了簡化后的實驗模型爐內升溫曲線表達式,并對表達式進行了數值模擬與實驗驗證,同時對有、無非膨脹型防火涂料保護的輕型鋼構件(結構)溫度場類相似理論影響因素進行了對比研究。結果表明:采用理論推導出時間相似常數為1的實驗模型爐內升溫曲線表達式,可使實驗模型溫度與ISO834標準升溫曲線作用下的原型結構溫度相同,即火災作用下輕型鋼構件(結構)溫度場類相似理論成立;實驗模型爐溫與鋼材密度、比熱成負相關關系,與比表面積、尺寸相似常數成正相關關系,對于非膨脹型防火涂料保護的輕型鋼構件(結構)來說,還與涂料熱阻成負相關關系,與涂料厚度相似常數成正相關關系。
    擠壓隧道中圍巖與內置高壓縮性元件襯砌相互作用機制研究
    吳奎, 邵珠山, 秦溯
    2020, 37(11): 185-194. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0013
    摘要:
    內置高壓縮性元件襯砌作為一種環向讓壓襯砌,能夠通過高壓縮性元件的壓縮來適應大變形,達到讓壓的目的。針對擠壓大變形隧道中圍巖與該種讓壓襯砌相互作用的力學機制,采用改進的分數階Burgers蠕變模型表征圍巖的時效變形特征,推導了考慮掌子面效應和支護延遲作用下隧道位移及支護壓力的解析解,并通過在Lyon-Torino Base隧道中的應用,驗證了理論解答的正確性。進一步,基于理論解答,探討了圍巖分數階階數、支護時間、高壓縮性元件的屈服應力對支護效果的影響。得到主要結論如下:隨著圍巖本構模型分數階階數的增加,圍巖的變形能力越強,隧道位移和支護壓力也呈現上升的趨勢;襯砌的安裝時間對支護效果具有重要影響。為保證圍巖不產生失穩,支護結構應盡早地安裝;另一方面,為確保支護壓力處于襯砌結構的承載范圍內,應該合理地確定高壓縮性元件的長度和個數,以降低支護壓力;高壓縮性元件的屈服應力對隧道位移和支護壓力的影響并不顯著,但這不意味著可以盲目地確定高壓縮性元件的屈服應力,需根據圍巖性質和襯砌特性來確定其合理范圍。在該范圍內,既能夠保證隧道穩定,也能充分發揮高壓縮性元件的讓壓作用。
    預應力鋼箍加固混凝土圓形短柱軸壓性能研究
    謝劍, 楊麗, 徐福泉
    2020, 37(11): 195-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
    摘要:
    對33個預應力鋼箍加固混凝土圓形短柱(PSHC)及9個對比柱進行軸壓性能試驗,研究配箍率(包括鋼箍間距、混凝土柱直徑)、預應力比、初始軸壓比等因素對PSHC承載能力和變形能力的影響。結果表明:PSHC的承載能力和變形能力相比于對比柱,可分別提高107%和540%。加固效果會隨著鋼箍配箍率的增加而變好;預應力比逐漸增加時PSHC承載能力逐漸增加,峰值應變逐漸降低;初始軸壓比的大小不會對加固效果產生明顯影響,預應力鋼箍加固混凝土柱技術可以作為一種不卸荷的加固方式。此外,提出PSHC承載力計算方法,用該文試驗和其他學者試驗數據進行驗證,計算結果與試驗結果吻合良好。
    踮腳和跳躍荷載下全裝配式RC樓蓋振動特性試驗研究
    龐瑞, 王文康, 張天鵬, 徐科
    2020, 37(11): 209-218, 256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.03.0192
    摘要:
    為研究分布式連接全裝配RC樓蓋(DCPCD)在人致激勵下的動力特性和振動響應,進行了6個足尺DCPCD試件和1個現澆對比試件的錘擊法試驗和在踮腳、單人跳躍荷載下的人致激勵試驗,研究了板縫和連接件布置對DCPCD振動特性的影響。結果表明:DCPCD與現澆樓蓋的低階振型基本相同,但自振頻率略低;DCPCD與現澆樓蓋有相同的振動傳遞機制;相同激勵下DCPCD的振動響應略大于現澆樓蓋,現澆樓蓋的加速度峰值出現在跨中的邊緣,DCPCD的加速度峰值出現在近跨中板縫的邊緣;DCPCD的自振頻率隨連接件的增加而提高,隨板縫的增加降低,連接件對頻率的影響大于板縫的影響;提出了兩對邊簡支條件下DCPCD橫板向豎向自振頻率與加速度計算方法,并以試驗驗證了所提方法的準確性。
    膨脹土地基中單樁受扭非線性分析
    江杰, 王順葦, 歐孝奪, 王智, 楊迪
    2020, 37(11): 219-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0243
    摘要:
    膨脹土地基中樁-土相互作用較為復雜,膨脹土浸水對單樁扭矩承載特性的影響機理尚未明確。該文基于荷載傳遞法建立樁身位移控制方程,考慮膨脹土浸水隆起對樁側摩阻力及樁端邊界條件的影響,利用有限差分法求解出樁側豎向摩阻力的分布。在此基礎上,結合邊界元法提出膨脹土地基浸水后單樁受扭的非線性分析方法,揭示了樁側環向摩阻力的分布規律,并通過模型試驗驗證了該文方法的正確性。研究表明:膨脹土地基浸水膨脹引起的地表隆起會使單樁的扭矩承載力大幅度降低,常規的計算方法高估了基樁的極限扭矩和樁-土體系加載剛度,偏于不安全;浸水前單樁的樁身扭矩沿樁身近似線性減小,浸水后樁-土界面“滑移段”的扭矩接近于樁頂扭矩,“未滑移段”樁身扭矩近似線性減??;隨著膨脹土膨脹率的增加,單樁的抗扭能力降低,且樁-土界面“滑移段”的長度也在增加。
    機械工程學科
    扣壓力失效狀態下WJ-8扣件垂向力學行為研究
    高亮, 趙聞強, 侯博文
    2020, 37(11): 228-237. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0004
    摘要:
    為研究扣件扣壓力失效對車-軌系統動力性能的影響,通過建立WJ-8扣件精細化分析模型研究了扣件在不同受力階段的垂向非線性剛度行為,提出了改進的抗拉剛度雙線性模型和不受拉彈簧模型用來表征扣壓力失效的扣件,并分析了不同扣件失效類型對車輛-軌道系統動力響應特性的影響。分析結果表明,扣件垂向剛度可離散為抗拉剛度與抗壓剛度。當上拔力超過扣件扣壓力后,扣件的垂向抗拉剛度迅速減小,無法保持對鋼軌上移的約束作用??奂蹓毫κШ屯耆Ф枷魅趿虽撥壍募s束,增大了鋼軌振動。其中扣壓力失效主要增加鋼軌在8 Hz~50 Hz范圍內的振動,完全失效下鋼軌振動在全頻段內都有所增加。
    其他工程學科
    船板鋼焊接接頭的斷裂失效行為及GTN模型的數值分析
    卓子超, 張慶亞, 王江超
    2020, 37(11): 238-247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0746
    摘要:
    船舶鋼結構皆采用焊接方法建造而成,在實際工況及環境載荷作用下,焊接接頭的力學性能及其斷裂強度,直接影響船舶整體結構的強度和壽命。該文針對常用的船板鋼材料(Q345和Q690),首先對母材進行單向拉伸試驗,獲得其各自的應力-應變曲線,進而評估其斷裂性能;基于Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN)損傷模型,通過程序代碼的調試和一系列的數值模擬分析,提出了母材本構關系的表達函數及最優GTN模型參數,且與實測的應力-應變曲線高度吻合。同時,針對滿足焊接規范要求的船板鋼對接焊接頭,進行了單向拉伸試驗獲得其應力-應變曲線;考慮焊縫微觀缺陷以及焊接殘余應力的影響,提出修正GTN損傷模型中的初始空穴體積分數f0和材料的冪函數塑性強化參數,預測焊接接頭的斷裂強度,且與試驗測量數據吻合一致。
    高溫超導帶材低/變溫疲勞性能測試系統的研制
    潘遠洲, 何天虎, 辛燦杰, 關明智
    2020, 37(11): 248-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.12.0797
    摘要:
    實用化高溫超導帶材(如Bi系與ReBCO高溫超導復合帶材)在高磁場下擁有較高的臨界電流密度、寬泛的溫度裕度、較強的抗粒子輻照能力及良好的機械特性,因此這類材料在加速器超導磁體系統、高場超導磁體、超導電力等方面表現出巨大的應用潛力。而作為典型的多層功能復合性材料,雖然高強度的基底層增強了高溫超導帶材拉伸強度,使其在強磁場、高載流條件下可以承受很高的應力,在其加工與運行過程中,不可避免地受到多種疲勞載荷的作用,從而其臨界載流能力會顯著地降低,進一步,會造成相應高溫超導裝置功能性難以達到設計標準等。該文介紹一種自主研制的高溫超導帶材低/變溫疲勞性能測試系統,基于該測試系統:一方面,可以實現對高溫超導材料在低/變溫、疲勞載荷等環境下力學、熱學等宏觀參數的實驗表征研究;另一方面,可以對高溫超導材料開展低溫疲勞載荷環境下力-電弱化等臨界特性的實驗研究。利用所研制的低/變溫疲勞性能測試系統,對受拉-壓疲勞荷載下的YBCO超導帶材的力學行為、載流特性開展了初步的實驗研究,并分析了應力比、溫度等外部環境因素對實驗結果的影響規律等。結果表明:在相同的疲勞次數的情況下,YBCO超導帶材的力學性能及載流特性與其應力比成明顯的非線性關系。該測試系統的成功研制將為中國粒子加速器用高溫超導磁體的設計與研發提供基礎測試平臺。
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