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    既有框架性能化抗震鑒定方法研究及工程應用
    程紹革, 朱毅秀, 楊欣, 孫魁, 張偉平
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0559
    摘要:
    基于震害總結分析及大比例模型振動臺試驗研究,提出了以層間變形為衡量指標的既有框架結構性能水準,建立了性能水準與建筑損傷之間的聯系;采用地震易損性分析方法研究了不同歷史時期框架結構的易損性曲線,建立了結構易損性函數與矩陣;基于地震易損性分析結果,提出了基于概率的結構震害指數計算方法,可以對未來遭遇地震的損傷程度給出直觀清晰的定性描述。最后以某展覽館為例,對展覽大廳抗震加固前后的抗震性能進行了評估,驗證了抗震加固的可靠性。
    SV波超臨界角斜入射時層狀地基地震動輸入在ABAQUS中的實現
    張季, 譚燦星, 葉國濤, 巴振寧, 梁建文
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0378
    摘要:
    有限元數值模擬中,超臨界角斜入射SV波作用下層狀地基的地震動輸入是一個亟待解決的問題。本文采用層狀地基頻域內精確的動力剛度矩陣(即頻域剛度矩陣法)推導了SV波任意角度斜入射下的地震動輸入等效節點力計算公式,通過Abaqus有限元軟件模擬SV波斜入射下均勻半空間、層狀地基的地震波場,探討了基于頻域剛度矩陣法的層狀地基任意角度斜入射地震動輸入應用于Abaqus有限元軟件的有效性和準確性。結果表明,采用頻域剛度矩陣法可以在Abaqus中實現層狀地基任意角度斜入射SV波地震動輸入,且方法具有很高的計算精度,尤其對于SV波超臨界角入射情況,有限元數值模擬很好地再現了均勻半空間地表質點的橢圓型運動軌跡和層狀地基的行波特點。在此基礎上進一步將頻域剛度矩陣法與等效線性化方法相結合,解決了考慮土體非線性的層狀地基在任意角度平面波入射條件下的地震動輸入問題。
    FRP筋-鋼筋增強ECC-混凝土組合柱抗震性能研究
    袁方, 趙修遠
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0532
    摘要:
    本文提出一種在塑性鉸區域采用高延性纖維增強水泥基復合材料(ECC)替代混凝土來改善FRP筋-鋼筋增強混凝土柱抗震性能的新方法。對FRP筋-鋼筋增強ECC-混凝土構件進行了低周往復荷載試驗,系統地考察了基體材料、筋材種類、軸壓比對構件破壞模態、裂縫模式、承載力、殘余變形、延性和耗能能力的影響。結果表明,將ECC替代塑性鉸區域混凝土能夠有效避免FRP筋的受壓屈曲,進而顯著提升組合柱的抗震性能。與鋼筋增強ECC-混凝土組合柱相比,復合筋增強ECC-混凝土組合柱的殘余變形明顯更小,且屈服后的剛度更高。隨著軸壓比的增大,構件極限強度升高但變形能力降低。通過有限元參數分析可知,組合柱的承載力和變形能力均隨著ECC抗壓強度及總配筋率的增大而增大;在總配筋率不變的情況下,FRP筋占比越高,構件的延性越好。
    嚴重事故下核電廠安全殼結構概率性能評價
    金松, 李鑫波, 貢金鑫
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0437
    摘要:
    核安全殼結構在嚴重事故下性能是核電廠結構概率安全評價中關注的重點。該文基于安全殼三維精細化有限元模型,評估了安全殼結構在嚴重事故工況下的概率性能。為了實現非線性有限元分析自動化運行,開發了Python和Matlab腳本。為了量化評估統計不確定性對易損性參數的影響,分別采用統計推斷法和bootstrap方法對安全殼結構易損性參數的置信區間進行估計。此外,利用 bootstrap法量化分析了安全殼結構的可靠度和總失效概率的統計特性。最后采用中值法和置信法評估了安全殼結構的安全裕度。研究表明:統計推斷法和bootstrap法對易損性參數\begin{document}${p_m}$\end{document}的置信區間估計幾乎相同,對于易損性參數\begin{document}${\beta _S}$\end{document},兩種方法估計的置信區間差別較大,統計推斷法往往會高估易損性參數\begin{document}${\beta _S}$\end{document}的置信區間。內壓易損性參數的統計不確定性對可靠指標和總失效概率的影響很小,并且易損性函數參數的統計不確定性對總失效概率的影響明顯大于對可靠指標的影響。中值法計算的安全裕度與置信水平為95%的置信安全裕度相差不大??傮w來看,本文研究的安全殼可以滿足嚴重事故下概率性能目標要求,同時也能滿足安全裕度不小于2.5的要求。
    邊柱失效后預應力拼接連接裝配式結構抗連續倒塌機理研究
    余洋, 李治, 肖龍山, 耿松源, 錢凱
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0366
    摘要:
    為了研究邊柱失效工況下預應力拼接連接裝配式結構的抗連續倒塌機理,在實驗室開展了4個1/2縮尺預制梁-柱子結構模型試驗。試驗采用靜載方式研究了3種預制裝配式連接類型的抗連續倒塌性能。試驗結果表明:采用不同連接類型的預制裝配式子結構表現出不同的破壞模式;預應力拼接連接是一種有效抵抗連續倒塌的連接方式;采用混合連接結構抗力總是大于或等于鋼絞線與角鋼連接單獨連接抗力之和;較高初始預應力可以增大試件在小變形階段的抗力,但是會明顯降低其大變形階段的抗力。最后,通過商用有限元軟件ANSYS/LSDYNA建立有限元模型,并在驗證模型之后分析了試驗中沒有量測的關鍵結果,比如梁端彎矩變化,隨后對關鍵設計參數開展了拓展參數分析。有限元結果表明:采用有粘結預應力較無粘結預應力結構抗力提高明顯。當增大混凝土強度時,結構抗力也會隨之提升。增大軸壓比,會加重邊柱的P-Δ效應,從而降低結構的變形能力和極限承載力。
    飽和砂土場地中地鐵車站結構地震易損性分析
    許民澤, 崔春義, 李靜波, 王廣兵, 蘇健, 高凌霞
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S044
    摘要:
    為進一步研究飽和砂土場地中地鐵車站結構地震易損性問題,以某單層雙跨地鐵車站為研究對象,綜合考慮場地類別、地震動不確定性的影響,采用u-p格式飽和兩相介質有效應力動力求解方法,建立飽和砂土場地-地鐵車站結構體系耦合動力非線性分析數值模型,選取最大層間位移角為結構損傷指標,基于增量動力分析IDA法獲得結構在地震作用下動力響應數據,進而構建地鐵車站結構的地震易損性曲線,并求得結構在各級地震動作用下的不同破壞狀態超越概率。分析結果表明:當PGA<0.7 g時,飽和砂土場地中地鐵車站結構以發生中等損傷和輕微損傷為主;當PGA≧0.7 g時,結構以嚴重損傷為主,并且向坍塌發展。此飽和砂土場地中地鐵車站結構地震易損性分析流程方法,可為地鐵車站抗震設計和減災預測評估提供參考。
    考慮材料非線性的RC雙曲冷卻塔風致破壞過程
    張軍鋒, 裴昊, 朱冰, 劉慶帥
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0324
    摘要:
    為明確RC雙曲冷卻塔的極限靜風荷載及其風致破壞過程,以一座大型冷卻塔為例,采用ABAQUS中分層殼單元模擬塔筒的混凝土和雙向鋼筋網,在線性計算和非線性計算驗證的基礎上,采用彌撒開裂模型和雙線性模型模擬混凝土和鋼筋的非線性受力特征,分析了自重+風荷載(工況I)和自重+冬溫+風荷載(工況II)兩種工況下的靜風破壞過程,并結合荷載位移曲線、內力、應變和應力的發展和分布探究了其破壞機理。結果表明,對于工況I,風荷載系數為λ=1.384時,首先在迎風子午線相對高度hs/Hs=0.37位置因子午向受拉出現環向裂縫且為貫通裂縫,之后整個迎風區的環向裂縫不斷增加并沿環向擴展,迎風區內表面和側風區外表面也因環向彎矩而出現子午向裂縫,開裂位置的鋼筋應力迅速增加,荷載位移曲線也由線性進入非線性并且迎風區和側風區位移迅速增加,迎風區和側風區內力也表現出明顯的重分布特征,最后因混凝土持續開裂和喉部區域雙向鋼筋屈服而破壞,極限風荷載系數為λ=2.007。對于工況II,溫度效應的計入使λ=1.0時即在側風區上部首先出現子午向裂縫,子午向裂縫開展也較工況I略嚴重,但因溫度的彎矩效應有限,其荷載位移曲線和工況I基本一致,且仍以迎風區環向開裂最為顯著,結構破壞依然由風荷載控制,最終的極限荷載荷載系數為λ=1.842。
    生土結構預應力加固抗震試驗研究
    高幸, 王維玉
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S042
    摘要:
    生土結構預應力加固技術是針對碹窯結構缺陷提出的新型抗震加固技術。預應力加固主要分為預應力穿墻螺栓拉結、預應力鋼拱圈支撐和預應力鋼絞線拉結三大類型。對加固后的碹窯進行原位爆破試驗,試驗結果表明:預應力加固結構體系對窯身y方向的抗震性能提升顯著;預應力穿墻螺栓在爆破激勵下對窯臉起到明顯的拉結作用;碹窯內部門洞處應力集中,加固設計時應重點關注。該加固技術適合在張家口境內村鎮普及推廣,具有重要的科學理論價值、現實意義與應用前景。
    新型預應力外包波紋鋼-混凝土組合梁受彎性能試驗研究
    謝夢潔, 鄒昀, 王城泉, 錢慧超, 曹嵐, 陳明
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0461
    摘要:
    為研究新型預應力外包波紋鋼-混凝土組合梁的受彎性能,以預應力、抗剪連接件數量和混凝土翼緣板有效寬度為參數,進行4根試件的受彎試驗,結果表明:波紋鋼能較好地與混凝土協同工作,有效加強鋼-混界面,避免縱向滑移破壞的發生,但是波紋鋼軸向剛度較小,幾乎沒有抗彎貢獻;預應力和混凝土翼緣板對組合梁的抗彎貢獻較大;抗剪連接件數量不足時組合梁發生縱向水平剪切破壞。在試驗基礎上進行有限元模型模擬計算,發現新型組合梁能充分發揮各組成部分間的組合作用,提高試件的抗彎承載力與延性;相比于直鋼板組合梁,波紋鋼組合梁有較好的剛度和較高的承載能力;隨著混凝土強度提高,承載力略有提升;下翼緣鋼板厚度增加,承載力顯著提高,對剛度影響不大;剛度、承載力隨預應力度提高而提高,但是延性變差。最后,建立了新型預應力外包波紋鋼-混凝土組合梁受彎承載力計算公式。
    具有耗能減震層的連體結構減震分析
    劉良坤, 潘兆東, 譚平
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S037
    摘要:
    基于能量集中耗散的理念,提出在連體結構一側塔樓設置減震層,形成具有耗能減震層的連體結構控制體系,并利用達朗貝爾原理推導了該體系的振動微分方程,研究了三種不同結構形式的連體結構控制體系最優參數特征及減震效果。結果表明:這三種連體結構控制體系的最優阻尼系數與剛度隨減震層位置的上升呈下降趨勢,其中最優阻尼變化相對平穩,而最優剛度則變化較大;當減震層設置在低樓層時,可以獲得相對較好的減震效果,且在偏剛塔樓設置減震層的減震效果更佳,但最優參數數值更大;左右塔樓的減震效果存在一定差異性,其中左塔樓樓層響應呈現出減震層位置越低效果越好的趨勢更加明顯,右塔樓則在減震層位置附近的樓層具有較好的減震效果;連體結構設置減震層后,其頂層響應抑制效果顯著。
    剪跨比對CFRP加固無腹筋混凝土梁剪切破壞及尺寸效應的影響研究
    金瀏, 夏海, 蔣軒昂, 杜修力
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0028
    摘要:
    剪跨比對FRP抗剪加固梁的裂縫開展和破壞模式有重要影響,但對FRP加固梁抗剪強度及尺寸效應的影響研究較少。采用三維細觀數值模擬方法,考慮混凝土細觀組成的非均質性及碳纖維布(CFRP)與混凝土之間的相互作用,建立了CFRP加固無腹筋鋼筋混凝土梁剪切破壞力學分析模型。在驗證細觀模擬方法合理性的基礎上,拓展模擬與分析了剪跨比對CFRP加固鋼筋混凝土梁剪切破壞及尺寸效應的影響機制與規律。研究結果表明:剪跨比對CFRP抗剪加固梁剪切破壞模式影響較大,剪跨比越大,加固梁愈趨近于延性較好的斜拉破壞;剪跨比對CFRP加固梁抗剪承載力有較大影響,對抗剪強度尺寸效應影響較??;剪跨比對加固梁中的CFRP剪切貢獻影響較大,剪跨比越大,CFRP對加固梁的抗剪效果越好,其中對中型剪跨比(λ=2.5)的梁加固效果最有效。
    CFRP加固鋼筋混凝土方柱抗震性能尺寸效應的細觀分析
    金瀏, 李秀榮, 杜修力
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0435
    摘要:
    為研究CFRP加固鋼筋混凝土方柱在地震作用下的破壞模式,該文考慮混凝土材料的非均質性、鋼筋-混凝土間的粘結滑移作用,建立了CFRP加固鋼筋混凝土方柱三維細觀數值模型。在驗證數值模型與試驗結果吻合良好的基礎上,擴展工況探討了軸壓比、CFRP體積配置率對CFRP加固鋼筋混凝土方柱抗震性能及名義抗剪強度尺寸效應的影響。結果表明,1)一定軸壓比范圍內柱的承載力隨軸壓比增大而提高,但其延性會降低;2)該文工況中,CFRP加固鋼筋混凝土柱的名義抗剪強度隨試件尺寸增大呈降低趨勢,存在著明顯尺寸效應行為;3)在經典材料層次尺寸效應律基礎上,提出了CFRP加固混凝土方柱名義抗剪強度尺寸效應理論公式(適用范圍軸壓比小于0.4),模擬結果證實了公式的合理性。
    充氣薄膜管氣-膜耦合作用的有限元分析
    王曉峰, 付慧杰, 楊慶山
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0395
    摘要:
    充氣薄膜管通過內充氣壓獲得剛度和承載力。荷載作用下的變形會導致內充氣壓改變,進而引起結構剛度的變化,體現為內充氣體與外圍薄膜耦合作用。該文采用有限元方法對充氣薄膜管的氣-膜耦合作用及其隨影響因素的變化規律進行數值分析。通過將內充氣體等效為小擾動線性有勢流體以考慮內充氣體與外圍薄膜的耦合作用;通過將有限元分析結果與相應的試驗結果進行對比,驗證考慮氣-膜耦合作用有限元模型的正確性和精確性;通過將分析結果與內充氣體被等效為外圍薄膜靜力邊界條件情況下的計算結果進行對比,研究氣-膜耦合作用對充氣薄膜管褶皺臨界荷載和極限承載力的影響及其隨初始內壓、長細比、端部約束類型以及軸向荷載的變化情況。研究結果表明,氣-膜耦合作用對褶皺臨界荷載和極限承載力具有重要影響,且呈現非單調變化的特點,在影響因素的變化范圍內,出現極大值或(和)極小值。該文的研究成果揭示了充氣薄膜管的氣-膜耦合作用規律,有助于深入認識充氣薄膜管的力學行為,確??臻g充氣薄膜結構設計計算的可靠性。
    CFRP環帶拉索靜力拉伸試驗及數值模擬
    范凌云, 高婧, 李錦峰, 周???/a>, 徐恭義
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0447
    摘要:
    鉸銷式CFRP環帶是一條具有單向纖維的CFRP連續層帶,以類似于賽道的方式分層纏繞在2個分離的銷釘上,荷載通過銷釘進行傳遞。進行了層壓型CFRP環帶靜力拉伸試驗,分析了試驗過程中的荷載與應力關系、試件裂紋發展過程以及破壞模式,同時建立了有限元模型與試驗結果進行了對比驗證。在此基礎上,通過對構造參數進行分析,研究了關鍵參數對CFRP環帶的受力特點、應力分布、破壞模式及承載力的影響。研究結果表明,環帶的荷載傳遞效率較直線條帶有所下降,極限荷載為條帶的81%;環帶承載過程中,伴隨著分層現象的出現和縱向裂紋的發展,最后在直曲相交段發生脆性破壞;隨著曲線段曲率、環帶厚度、摩擦系數的改變,環帶各層和各部分的應力最大值均有不同程度的變化,但應力最大值出現的位置總是發生在直曲相交段或直線接頭外側;曲線段的應力分布受構造參數影響更大,雖然應力水平不高,但對環帶整體的承載情況和破壞模式有較大影響。
    我國震害預測工作的沿革與發展
    孫柏濤, 李洋
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.ST04
    摘要:
    在我國地震災害預測的理論、技術和實踐已經有40年的歷史,由于政府、社會和公眾對防災減災意識的逐漸增強,該學科得到了較為廣泛的應用,使其成長為地震工程領域比較受關注的學科之一。該文擬從時間節點維度和政府、社會和公眾應用的視角闡述其沿革、發展和應用延伸的歷程??傮w來說,震害預測的發展過程是按照以下的脈絡延展的:1)初期只是針對典型區域內幾類建(構)筑物的單體,目的是找出不同類型結構抗震的薄弱環節,為其減災和加固提供基礎依據;2)而后,重點轉向了工作區域內不同結構的群體抗震能力和可能造成的損失及人員傷亡的分布,目標放到了城市、區域的規劃、防災準備和震時的應急評估;3)近十余年,保險業為了厘定保額和賠率,推動了群體震害預測和災害風險評估工作;4)目前,由于政府的大量投入和指導,并分類推進全社會的災害風險評估和治理,使得震害預測工作迎來了新的發展契機。隨著不同的發展階段,震害預測理論和方法的研究都得到了逐步完善、深化和延伸。本文僅從一個側面概述了震害預測發展歷程,難免掛一漏萬和出現評論上謬誤,供本行業從業人員討論。
    基于微觀機制的復雜應力狀態下鋼材韌性斷裂行為研究
    葉繼紅, 范志鵬
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0394
    摘要:
    韌性斷裂是鋼材最常見的破壞形式,研究鋼材韌性斷裂機理并準確預測鋼材韌性斷裂行為具有重要的理論意義和工程實用價值?;谖⒂^機制的斷裂預測方法對研究鋼材韌性斷裂行為有較好的適用性。該文基于體胞模型空穴演化機理改進了現有的韌性斷裂模型,校核了Q345鋼材斷裂模型參數。此外,在韌性斷裂模型中引入損傷因子,以考慮應力狀態在加載過程中的變化,使斷裂模型能準確描述每一加載時刻的累積損傷值。文末采用Fortran語言將斷裂模型編寫USDFLD子程序,并將其植入有限元程序ABAQUS,對一組十字型剛節點試件單軸拉伸試驗進行數值模擬。結果表明,該斷裂模型在拉-剪復合應力狀態下具有良好的預測精度,且能夠準確捕捉鋼材斷裂起始位置及裂縫擴展路徑。該文改進的韌性斷裂模型也可用于其它韌性金屬材料斷裂預測分析。
    基于有限元模型修正的土木結構損傷識別方法
    翁順, 朱宏平
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.ST02
    摘要:
    基于有限元模型修正的結構損傷識別方法計算過程直觀、物理意義明確,能同步識別結構損傷位置和損傷程度,是結構損傷評估最直接的依據。該文介紹了基于有限元模型修正的損傷識別方法基本原理與過程,總結近三十年來有限元模型修正技術的發展。土木工程結構模型復雜性(包含大量單元、節點、待修正參數等)導致有限元模型修正過程效率低,詳細介紹了基于子結構有限元模型修正的土木工程損傷識別方法在提高計算效率方面的優勢。將兩種有限元模型修正方法應用于一棟超高層建筑數值模型的損傷識別,說明兩類方法在土木結構損傷識別中的特點。土木工程尺度大而結構損傷通常發生在局部區域,子結構方法將整體結構的分析轉換為對若干獨立子結構的分析,通過少數局部子結構的模型修正實現損傷識別,避免重復分析大尺寸整體結構,為大型結構基于有限元模型修正的損傷識別開辟高精度和高效率的途徑。
    邊坡漸進破壞多參量評價指標
    盧應發, 張凌晨, 張玉芳, 李健, 劉珉瑋, 朱蕾
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0286
    摘要:
    傳統的強度折減法就是以強度折減表征巖土體破壞后區的軟化力學行為,該折減系數實質為描述邊坡的整體穩定系數,但物理意義不明顯。邊坡穩定性是一個與眾多因素相關的復雜科學課題,當邊坡局部處于破壞后區應力狀態時,其整體并不一定發生破壞,這種由破壞區和非破壞區組成的整體實質為非穩定力學系統,難以用連續介質力學的方法獲得真實解。該研究提出了描述邊坡點、面(滑面)和體(滑體)的多參量穩定性評價指標;定義了點破壞、面破壞(破壞面積比、破壞應力率、破壞應變率、摩擦力變化系數、正壓力變化系數、下滑力變化系數、滑面位移變化系數等)和體破壞(富余摩阻力穩定系數、主推力穩定系數、富余摩阻力穩定系數、綜合位移穩定系數、富余位移穩定系數等)邊坡多參量穩定性評價指標,用來對邊坡點破壞、滑面擴展、連通等實施全方位演化過程描述。并充分利用部分強度折減法、理想彈塑性模型、全過程本構模型等揭示滑坡點、面和體多參量隨位移和力的變化規律;以傳統和推廣的不平衡推力條分法為例,利用多參量描述邊坡的漸進破壞過程,揭示了在邊坡臨界狀態一步一步移動過程中點、面及體的全過程多參量穩定性演化特征。大冶市桃花山邊坡計算結果表明:多參量穩定性評價指標可以較好地描述桃花山邊坡各特征量的演化規律,且基于理想彈塑性模型的部分強度折減條分法點、面描述參量(破壞率、破壞比等)的值小于全過程剪應力-應變本構模型的值,邊坡整體穩定系數(主推力法、綜合位移法和富余位移法)描述指標大于全過程剪應力-應變本構模型,但富余摩阻力法穩定系數則相反等。該研究重點是建立了邊坡多參量穩定性評價指標,并使傳統的穩定系數可以和該文建議的方法加以比較,為邊坡監測預警提供了理論支撐。
    RC框架梁柱子結構抗連續倒塌性能不確定性分析
    陳澤帆, 林楷奇, 陸新征, 李易
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0464
    摘要:
    近年來,結構的抗連續倒塌問題在國內外引起了廣泛關注。RC框架作為實際工程中最常見的結構形式被廣泛研究。然而,已有RC框架梁柱子結構的連續倒塌性能相關研究多基于確定性分析且主要針對靜力拆除構件工況。該文基于OpenSees分別建立了典型RC框架梁柱子結構的靜力和動力連續倒塌分析有限元模型,通過試驗對比驗證了模型的準確性。在此基礎上,考慮結構截面幾何屬性、材料特性等不確定性因素,基于拉丁超立方抽樣生成不同模型并分析了結構不確定性對RC框架梁柱子結構靜力和動力抗連續倒塌性能的影響。參數不確定性分析結果表明:懸鏈線機制對RC框架梁柱子結構的抗連續倒塌性能十分重要;而以梁端轉角達到0.20 rad作為RC框架梁柱子結構動力失效指標在一定程度上偏于保守。參數敏感性分析結果表明:縱筋屈服強度、極限強度為影響RC框架梁柱子結構抗連續倒塌能力的主要因素。
    設置耗能殼板的高強鋼圓管橋墩軸壓試驗研究
    李海鋒, 舒智, 謝彩霞, 洪依萍, 陳賽劍
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0486
    摘要:
    為探討設置耗能殼板的新型高強鋼圓管橋墩的受力機理,對4組共8個新型Q460高強鋼圓管橋墩試件開展相應的軸壓試驗研究,獲得各試件破壞的荷載-位移曲線、荷載-應變曲線。通過對比分析軸壓作用下試件的破壞模式、承載能力、延性性能等力學特征,探討設置耗能殼板后高強鋼圓管橋墩承載能力和變形性能的變化規律。試驗結果表明,新型高強鋼圓管橋墩試件的軸壓破壞可分為根部“象腳式”破壞、高強螺栓被剪斷、上下端部“壓扁式”破壞三種類型。設置耗能部件后,軸向荷載作用下高強鋼圓管橋墩的承載能力和延性性能均有提高,尤其是構件承載能力提高效果更為顯著。低屈服點耗能鋼板的強度和厚度對試件的承載能力均有影響,隨著低屈服點鋼板強度和厚度的提高,試件的軸壓承載能力隨之提高;且低屈服點鋼板厚度對試件軸壓承載力的影響更顯著。
    基于SBFEM和機器學習的薄板結構缺陷反演
    趙林鑫, 江守燕, 杜成斌
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0416
    摘要:
    將比例邊界有限元法(Scaled Boundary Finite Element Method,SBFEM)和機器學習算法相結合,基于Lamb波在含缺陷薄板結構中傳播時結構的動力響應變化定量反演結構中的缺陷信息。SBFEM通過改變裂紋所在子域的比例中心位置反映不同的裂紋信息,減少了需要進行重劃分的網格數量,大大提升了計算效率,能夠提供足夠多的反映缺陷特性的訓練數據;基于極限學習機的人工神經網絡機器學習模型避免了傳統反分析問題求解的目標函數極小化迭代過程,能在極快的學習速度下保證缺陷反演的精度。因此,提出的缺陷反演模型大大減少了運算時間成本。若干數值算例表明:建立的反演分析模型能夠根據含缺陷的薄板結構Lamb波傳播時觀測點的動響應信號,準確地探測出薄板結構中的開口裂紋狀缺陷的位置和大小等信息,并具有很高的反演效率,且在信號含有噪聲的情況下仍具有較好的魯棒性。
    飛機整體結構件的“加工變形-疲勞壽命”多目標結構優化方法
    秦國華, 郭翊翔, 王華敏, 侯源君, 婁維達
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0517
    摘要:
    在毛坯制造過程中,材料力學性能的非均勻性導致鋁合金厚板內產生殘余應力,以致在后續的高速切削加工過程中,隨著材料的大量去除,殘余應力的釋放使得整體結構件發生變形,嚴重影響著整體結構件的尺寸穩定性。因此,研究零件結構與零件變形之間的關系對于實現加工過程的高效化和精密化至關重要。首先,將鋁厚板內殘余應力的釋放合理地等效為外載荷的施加,利用材料力學彎曲變形公式建立鋁厚板在厚度方向上加工變形的撓度模型。由實際加工測量可知:加工變形的公式解析值、有限元仿真值與實際測量值吻合得很好。為了進一步分析零件結構與疲勞壽命之間的關系,通過名義應力法對零件的最小疲勞壽命與疲勞載荷下零件的最大應力進行等效以簡化分析,對部分具有代表性的結構進行靜力分析后將其作為樣本進行神經網絡擬合,得到了以三個腹板位置為輸入、零件最大加工變形及最大疲勞應力為輸出的神經網絡模型。最后利用神經網絡模型構建了一個使得最大加工變形和最大疲勞應力都盡可能小的多目標優化問題,使用遺傳算法求解該多目標問題后取得的最優解為:三個腹板與零件底部距離分別為8.868 mm、27.992 mm、28.000 mm,此時零件的最大加工變形為0.088 mm,最小的隨機疲勞載荷壽命為4.432×107次。
    基于能量等效原理的金屬材料硬度預測方法
    張志杰, 鄭鵬飛, 陳輝, 蔡力勛
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0249
    摘要:
    硬度是一種廣泛應用于材料科學與工程實際中的力學性能參數?;谀芰康刃г?,對于均勻連續、各向同性、應力-應變關系符合Hollomon律的金屬材料,提出了一種獲取布氏、洛氏硬度的半解析預測模型,已知材料的Hollomon律參數即可預測其布氏、洛氏硬度。使用少量有限元計算確定出預測模型的待定參數,再進行更廣泛的有限元計算驗證預測模型,結果表明,模型預測效果良好。選取6種延性金屬材料完成了布氏、洛氏硬度試驗,采用該文方法預測的硬度值與試驗結果吻合良好。
    輸電塔線體系力學模型研究進展
    陳波, 宋欣欣, 吳鏡泊
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.ST07
    摘要:
    輸電塔線體系是重要的電力能源基礎設施,長期于野外惡劣環境下服役,其高柔特性使得它在強烈外荷載作用下的響應較為顯著。國內外發生了很多輸電線路在強風強震、覆冰、腐蝕等作用下的破壞事故,造成了嚴重的損失。因此,國內外積極開展了輸電線路的監測評估與防災減災的研究和工程應用工作。輸電塔線體系力學模型的建立是開展輸電線路監測評估和防災減災的基礎和關鍵。輸電線從力學角度而言是具有小應變、大變形特征的懸索,表現出顯著的幾何非線性效應。輸電塔線體系的力學模型相比于傳統高聳塔架結構而言非常復雜,它綜合了有限元、隨機振動、變分理論、風工程、地震工程、結構分析理論等多學科理論,相關研究工作還不完善。該文以輸電塔線體系的力學模型為研究對象,全面綜述了目前塔線體系力學模型方面的研究現狀,對比分析了不同模型的優缺點,總結了該研究方面存在的不足并就將來的發展進行了展望。
    高層建筑中伸臂桁架的耗能性能研究
    甄偉, 邱意坤, 楊青順, 張萬開
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.ST08
    摘要:
    伸臂桁架是超高層結構中的關鍵構件,改善其耗能能力對提升結構的抗震性能具有重要意義。常見的伸臂桁架形式主要有普通支撐型伸臂桁架、屈曲約束支撐型(BRB)伸臂桁架和阻尼型伸臂桁架等。該文從框架-核心筒-伸臂桁架結構體系入手,對普通支撐型、屈曲約束支撐型和阻尼型伸臂桁架的受力性能和耗能性能進行了研究。結果表明,結構采用不同的伸臂桁架會對其在地震作用下的地震能量輸入和耗能分布產生一定影響。和普通支撐桁架體系相比,屈曲約束支撐型和阻尼型伸臂桁架結構體系具有更好的耗能性能。此外,在對核心筒的損傷程度控制方面,阻尼型伸臂桁架的作用更加明顯,而在整體結構的位移響應控制方面,BRB伸臂桁架的效果最好。
    不銹鋼復合鋼材鋼結構研究進展
    班慧勇, 梅鐿瀟, 石永久
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.ST01
    摘要:
    不銹鋼復合鋼材兼具不銹鋼優良的耐腐蝕性能和傳統結構鋼材的高強度、低成本特點,應用于鋼結構工程中具有綜合力學性能更優、施工簡單周期更短、設計使用年限更長、全生命周期成本更低、綜合社會效益更高等顯著優勢,尤其適用于對耐腐蝕性要求較高的工程結構。目前不銹鋼復合鋼材已在高層建筑幕墻和鐵路鋼橋面板中得到了成功應用,為了繼續推廣其在結構工程領域中的應用發展,亟需加強從相關基礎力學性能和關鍵應用技術角度進行的研究與討論。詳細介紹了不銹鋼復合鋼材的生產制造和工程應用等產業基礎,并對國內外學者針對不銹鋼復合鋼材在材料和構件層面力學性能開展的研究進展進行了全面綜述,包括材料的拉伸性能、冷彎性能、高溫性能、斷裂與疲勞性能、滯回性能、動態力學性能、耐腐蝕性能、界面性能等基本力學性能和構件的穩定性能、殘余應力、焊接接頭性能、缺陷修復以及有限元模型的相關研究。該文可為進一步在結構工程領域開展不銹鋼復合鋼材的相關研究、設計與應用實踐提供參考。
    隔震建筑橡膠柔性管道易損性模型研發及應用
    解琳琳, 閆海洋, 曾德民, 李愛群, 杜志超, 鐘勃健
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0415
    摘要:
    隔震技術是實現建筑地震韌性的有效手段,隔震層中存在大變形需求的柔性管道功能重要,但現階段缺乏該類管道的地震易損性模型和損失后果函數,因而隔震結構的韌性評價體系還有待進一步完善。針對這一問題,以橡膠柔性管道為對象,基于前期開展的管道試驗,明確了該類管道的2個關鍵損傷狀態,建立了公稱內徑50 mm和100 mm的柔性管道的地震易損性模型。綜合考慮各種成本,提出了修復費用后果函數,根據24個試件拆卸和安裝時間數據確定了修復時間后果函數,從而建立了上述管道的損失后果函數。在此基礎上,以一5層RC框架隔震結構為例,考慮公稱內徑和設計長度影響,設定了6種管道方案,評價了結構在設防地震與罕遇地震作用下的韌性水準。結果表明:在設防地震與罕遇地震作用下柔性管道修復費用占比最高可達88.5%和29.4%,但其修復工時對建筑修復時間的影響基本可以忽略;設防地震下加大設計長度可使管道修復費用得到有效控制,但罕遇地震下由于變形大,當管道長度小于相關規范建議值時增大管道長度也無法有效避免管道破壞,反而會導致管道修復費用增大。該研究的相關成果可為隔震建筑地震韌性設計和評價提供重要參考。
    銹蝕焊接空心球節點隨機抗壓承載力研究
    趙中偉, 吳剛
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0472
    摘要:
    焊接空心球節點(WHSJs)自1966年由劉錫良教授提出以來,已經廣泛的應用于空間網格結構中,至今已有55年的應用歷史。由于環境的侵蝕、后期維護不到位等原因,焊接球節點銹蝕的現象屢見不鮮。本文針對隨機銹蝕后焊接空心球節點的抗壓承載力的變化規律進行了研究,基于隨機有限元分析方法進行了大量的隨機數值分析,研究了銹蝕深度概率分布模型對抗壓承載力折減系數的影響;利用曲線擬合技術提出了折減系數下限和上限曲線的理論計算公式;通過隨機有限元的大量分析結果揭示了抗壓折減系數隨銹蝕深度概率分布模型的變化規律;提出了用于預測抗壓折減系數概率分布模型的擬合公式;通過對具有不同幾何參數的焊接空心球節點的分析,得到了本文結論對不同幾何尺寸下焊接球節點的適用性。研究結果表明,所提出的方法可以準確確定隨機銹蝕焊接空心球節點抗壓承載力折減系數的隨機概率分布模型,可為隨機銹蝕焊接球節點承載力的評估提供理論分析基礎。
    正常固結非飽和黏性土的三剪邊界面模型研究
    胡小榮, 蔡曉鋒, 陳昊
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0462
    摘要:
    將三剪統一強度準則分別與非飽和土的單應力變量理論和雙應力變量理論相結合提出了正常固結非飽和黏性土的三剪強度準則,在此基礎上采用等量代換法與坐標平移法分別推導出可以反映土體全應力狀態效應的三剪破壞應力比。將該三剪破壞應力比引入非飽和黏性土修正劍橋模型的屈服面方程以確定初始邊界面,采用徑向映射法則確定后續邊界面,根據插值函數得到加載面上的塑性模量,據之建立了非飽和黏性土單應力變量和雙應力變量下分別采用等量代換法和坐標平移法的4個三剪彈塑性邊界面模型并對這4個模型做了單調和循環壓縮荷載試驗驗證。結果表明,所建模型均能較好地反映土的變形特征,但相比之下,雙應力變量下建立的模型相對單應力變量下建立的模型更接近試驗結果,采用等量代換法建立的模型相對坐標平移法更接近試驗結果的特點。真三軸數值模擬結果表明,單調加載時,相同應力條件下中主應力影響系數增大會引起非飽和土強度增大;循環加載時,最小主應力或中間主應力的增大均會引起土體抗剪強度的增大,且荷載振幅越大,非飽和土的軸向應變隨之增大。比較4個邊界面模型在真三軸應力狀態的模擬結果表明,單調加載時,非飽和黏性土在雙應力變量下的模擬抗剪強度值相對較大;循環加載時,單應力變量下所得塑性變形相對較大。
    深埋地下結構地震反應分析的局部反應加速度法
    許紫剛, 杜修力, 徐長節, 吳曄
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0406
    摘要:
    城市地下結構逐漸呈現埋深更大化、斷面復雜化、空間立體化等特點,中國現行《城市軌道交通結構抗震設計規范》(GB 50909?2014)推薦采用的反應位移法和反應加速度法在計算大埋深或復雜斷面地下結構的動力反應方面存在一定的局限性。在廣義反應位移法和傳統反應加速度法的基礎上,該文提出一種適用于深埋地下結構地震反應分析的局部反應加速度法,該方法只需確定局部區域自由場加速度和土層剪力;結合某深埋圓形斷面的隧道結構,以整體動力時程分析方法為基準,分析了不同模型高度和結構剛度工況下局部反應加速度法的計算效果。結果表明:該文提出的局部反應加速度法是一種操作簡便的實用分析方法,并且當模型高度取為地下結構高度的5倍時,可以獲得較為準確的結構反應。
    考慮慣容的顆粒阻尼器等效力學模型及其受控結構穩態解研究
    黃緒宏, 許維炳, 王瑾, 閆維明, 陳彥江
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0359
    摘要:
    顆粒阻尼技術因減振效果好、作用頻帶寬等優點使其在土木工程領域中具有良好的應用前景,然而因其具有高度復雜的非線性力學特性,并缺少合理的力學模型,限制了其在實際工程中的應用和發展。鑒于此,以土木工程應用為背景,在不考慮阻尼顆粒發生堆積的前提下,通過引入慣容器來考慮顆粒群滾動對阻尼器減振機理及減振效果影響,建立了考慮慣容的多顆粒阻尼器等效單顆粒力學模型;結合顆粒運動狀態,分別進行了未碰撞時及碰撞發生后多顆粒阻尼器單自由度結構的響應分析,重點探討了慣容系數對未碰撞時動力放大系數頻響曲線及碰撞發生后周期2次碰撞穩態解析解的影響規律,并采用數值仿真和試驗方法進行驗證。結果表明,考慮慣容屬性后等效模型能夠進一步明晰多顆粒阻尼器由于顆粒群滾動引起的非線性特性,慣容系數對多顆粒阻尼器未碰撞時動力放大系數頻響曲線及碰撞后周期運動解析解存在的邊界條件及穩定性具有顯著影響。進行的周期2次碰撞理論解析為顆粒阻尼器進一步參數影響分析及減振機理分析提供理論基礎。
    界面分形參數對法向接觸剛度影響的研究
    范立峰, 趙璐, 聶雯, 劉小明
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0477
    摘要:
    基于最小二乘法將分形表面簡化為三角函數疊加。為了計算界面接觸剛度,采用彈塑性有限元方法確定了基體最優建模厚度,定量表征了法向接觸壓力、法向接觸變形及法向接觸剛度的關系,研究結果揭示了粗糙面分形維數和特征尺度參數對法向接觸剛度的作用機制。結果表明:(1)存在基體最優建模厚度,可有效提高粗糙面接觸剛度的計算效率;(2)法向接觸剛度隨法向接觸變形及法向接觸壓力的增加呈現非線性增加趨勢;(3)表面分形維數和特征尺度參數對法向接觸剛度影響顯著,法向接觸剛度隨分形維數增加而增加,但隨特征尺度參數增加而減小。
    基于修正GTN模型的不銹鋼管剪切過程韌性斷裂準則研究
    董建鵬, 王時龍, 周杰, 楊波, 馬馳
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0303
    摘要:
    為了改善修正Gurson-Tvergaard-Needleman模型(修正GTN模型)無法準確模擬不銹鋼管剪切過程的缺陷,本文在原模型基礎上,構造了一個與位移相關的損傷函數作為新的斷裂準則。同時,在ABAQUS中采用隱式向后Euler應力更新算法編制了改進后模型的VUMAT用戶子程序,實現了其數值求解。最后進行了SUS304不銹鋼管剪切試驗,通過分析對比試驗數據與改進后模型的模擬結果,驗證了本文所提出的方法的準確性。
    單軸對稱十字型鋼混凝土中長柱偏壓性能試驗研究
    周天華, 余吉鵬, 張鈺, 李亞鵬
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0333
    摘要:
    為研究單軸對稱十字型鋼混凝土中長柱偏心受壓性能,進行8根單軸對稱十字型鋼混凝土中長柱偏壓試驗,分別研究不同加載方向十字型鋼偏心率和荷載偏心率對試件破壞模式、側向撓度、荷載-撓度曲線和極限承載力的影響規律,建立該組合柱正截面受壓承載力計算方法。結果表明:根據荷載偏心率的不同,組合柱表現出小偏心受壓破壞和大偏心受壓破壞兩種形態,組合柱截面應變符合平截面假定。正向偏心時,十字型鋼偏心率增大,試件極限承載力和變形能力小幅降低;負向偏心時,十字型鋼偏心率對發生小偏心受壓破壞的試件偏壓性能影響較小,發生大偏心受壓破壞的試件極限承載力隨十字型鋼偏心率增加略有提高;荷載偏心率增大,試件初始剛度和極限承載力降低。將單軸對稱十字型鋼偏于安全地換算成H型鋼,采用規范JGJ 138?2016計算換算截面試件偏壓承載力,計算結果偏于保守,采用該文提出的方法計算的試件偏壓承載力與試驗值吻合較好。
    銹損冷彎薄壁卷邊槽鋼短柱受壓承載力試驗研究
    徐吉民, 幸坤濤, 高向宇, 徐善華, 郭小華, 聶彪
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0376
    摘要:
    為研究銹損對冷彎薄壁型鋼短柱受壓承載性能的影響,設計加工了6個軸壓及6個繞強軸偏心受壓短柱試件,首先通過拉伸試驗,分析了材料力學性能與銹蝕程度間的關系,然后對試件進行承載力試驗,分析其破壞模式、極限承載力及變形特征等特性,結果表明:銹損鋼材的屈服、抗拉強度、彈性模量及伸長率均隨銹蝕程度的增加呈線性下降趨勢。銹損未使短柱試件的最終破壞模式發生變化,但隨著偏心距的增大,試件由腹板局部屈曲變為以畸變屈曲為主的耦合破壞模式;在相同銹蝕率條件下,軸壓試件的極限承載能力較偏壓試件退化更明顯。采用ABAQUS有限元軟件對試件進行數值模擬,計算結果表明其能夠較好的預測試件承載力及屈曲行為。
    基于GPU的桿系離散元并行算法在大型工程結構中的應用
    葉繼紅, 王佳
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.ST03
    摘要:
    桿系DEM(離散元,discrete element method)是求解結構強非線性問題的有效方法,但隨著結構數值計算規模的擴大,桿系DEM所需要的計算時間也隨之急劇膨脹。為了提高桿系DEM的計算效率,該研究提出單元級并行、節點級并行的計算方法,基于CPU-GPU異構平臺,建構了桿系DEM并行計算框架,編制了相應的幾何非線性計算程序,實現了桿系DEM的GPU多線程并行計算。對桿系DEM并行算法的設計主要包括數據存儲方式、GPU線程計算模式、節點物理量集成方式以及數據傳輸優化。最后采用大型三維框架、球殼結構模型分別驗證了桿系DEM并行算法的計算精度,并對桿系DEM并行算法進行了計算性能測試,測試結果表明桿系DEM并行算法加速比最高可達12.7倍。
    考慮組合作用的鋼-混凝土組合梁抗剪承載力
    丁發興, 王恩, 呂飛, 王莉萍, 余玉潔, 黃青玲, 余志武
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0479
    摘要:
    針對當前規范和各學者有關鋼-混凝土組合梁抗剪承載力公式都未考慮鋼梁翼緣抗剪貢獻導致計算結果誤差較大的現狀,筆者采用合理的材料本構關系,通過ABAQUS有限元軟件建立考慮栓釘受力特征的組合梁足尺有限元模型進行抗剪性能研究。在驗證現有試驗結果的基礎上通過參數分析,確定了組合梁界限剪跨比,揭示了剪切荷載作用下組合梁栓釘內力重分布規律,以及鋼梁與混凝土翼板組合作用規律與抗剪荷載分擔比例?;诏B加原理提出了考慮混凝土板和鋼梁腹板與翼緣抗剪貢獻的工字鋼-混凝土組合梁抗剪承載力計算公式。對比結果顯示該文提出的抗剪承載力計算公式的精度比GB 50017?2017建議公式以及其他學者建議公式的精度高。
    地鐵輪軌耦合不平順激勵對軌道振動影響分析
    馬蒙, 李明航, 譚新宇, 曲翔宇, 張厚貴
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0421
    摘要:
    輪軌動態輸入激勵直接影響車輛-軌道耦合模型的計算結果。目前在地鐵列車環境振動振源研究中,大多只考慮了軌道不平順的激勵而忽略了車輪不圓順的影響。為了構建地鐵輪軌耦合不平順激勵、綜合分析軌道不平順以及車輪、鋼軌的磨耗狀態對軌道動力響應的影響,對一列地鐵列車進行了車輪不圓順的現場測試,同時對一段區間隧道內的軌道不平順和鋼軌粗糙度均進行了測試?;谲囕v-軌道耦合頻域解析模型計算了軌道動力響應,比較了不同輪軌激勵模式對計算結果的影響。同時,在同一區間隧道內實測了鋼軌振動響應,用以驗證不同激勵模式計算結果的準確性。結果表明:美國譜和Sato譜會低估車輪不圓順典型波長控制頻段的振動響應,從而難以準確獲得8 Hz~200 Hz頻段的振動響應;按能量疊加方法獲得的輪軌耦合不平順譜可反映完備的輪軌激勵信息,以此作為激勵,在8 Hz~200 Hz頻段,可計算獲得與實測值更相近的模擬計算結果。
    質量調諧-顆粒阻尼器復合減振體系的力學解析及優化分析
    王寶順, 何浩祥, 閆維明
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0463
    摘要:
    針對調諧質量阻尼器(TMD)和顆粒阻尼器的減振特點及各自不足,提出將并聯式單向單顆粒阻尼器(PSSPD)與TMD有機結合的復合減振技術方案—PSSPD與TMD并聯體系。在深入剖析其減振特性的基礎上,將顆粒與受控結構之間的碰撞力等效為脈沖力,建立復合減振體系力學模型和方程。采用時域和頻域結合的方法并對模型進行分析并求解,使求解過程直接、無需求解微分方程且易于求解特殊激勵形式動力響應。提出簡諧激勵下復合減振結構系統的最優減振參數設計方法,對該系統進行性能參數分析,驗證了力學模型的精度及優化方法的可行性。建立該復合減振體系在地震動下的參數優化方法并對其合理性和準確性進行驗證。最后,對PSSPD、TMD及復合減振體系的減振機理、性能及減震效果進行深入分析。結果表明:基于時頻域解析的復合減振體系力學模型能夠直觀體現其減振機理,求解過程清晰且精度高,參數優化分析方法合理、可行且準確;復合減振體系有效克服了TMD和PSSPD的不足,具有更佳的減震效果、更寬的減振頻帶及更強的魯棒性。
    中低加載速率下BFRP筋-混凝土粘結性能研究
    袁鵬, 陳萬祥, 郭志昆, 王英杰, 范鵬賢
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0377
    摘要:
    BFRP(basalt fiber reinforced polymer)筋是一種取代鋼筋用于土木工程領域的新型纖維復合材料,中低加載速率下BFRP筋-混凝土粘結性能是保證其協同作用承受動荷載的重要前提。該文根據正交試驗方法設計了16組粘結試件,利用MTS試驗系統對不同加載速率(0.005 mm/s~5 mm/s)下的BFRP筋-混凝土試件進行了中心拉拔試驗,研究了加載速率、混凝土強度及BFRP筋直徑等因素對粘結性能的影響。在現有粘結強度計算模型的基礎上,對粘結特征參數進行了修正,提出了中低加載速率下的BFRP筋-混凝土動態粘結強度計算公式,進一步建立了BFRP筋-混凝土粘結滑移本構關系模型。結果表明:BFRP筋-混凝土粘結試件主要發生拔出破壞與劈裂破壞,粘結滑移過程可分為滑移段、下降段和殘余段;粘結強度隨加載速率和混凝土強度的增大而增大,而隨纖維筋直徑的增大卻顯著減??;理論計算結果與試驗結果吻合良好,為預測中低加載速率下BFRP筋-混凝土粘結性能提供一種有效手段。
    對稱和非對稱型摩擦耗能連接的抗震性能與設計方法研究現狀
    Kim EngChouery, 樊奎, 賈良玖
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0412
    摘要:
    該文綜述了對稱和非對稱型摩擦耗能連接40多年以來的發展歷史和研究現狀。摩擦耗能連接可用于結構的減震耗能,通過合理設計可實現地震作用下帶摩擦耗能連接結構的低損傷,提高結構的韌性。研發滯回性能穩定、重復性好的摩擦耗能連接是相關研究的主要目標之一。該文從微觀和宏觀兩個方面介紹了金屬滑移面之間的摩擦磨損機理,從摩擦磨損的角度討論了不同摩擦片材料對摩擦連接減震性能的影響。描述了螺栓預緊力大小對摩擦連接減震性能的影響,也總結了摩擦連接的抗腐蝕和抗火性能。闡述了摩擦耗能連接在鋼結構支撐、梁柱節點和柱腳節點的應用,并介紹了相關節點的設計方法。對此類連接的關鍵技術進行了總結,并對該技術的后續研究進行了展望。
    考慮微觀結構影響的混凝土界面過渡區裂隙滲流-溶蝕耦合模型
    王志良, 張躍, 申林方, 李澤
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0444
    摘要:
    根據四參數隨機生長法生成了混凝土界面過渡區(ITZ)的微觀結構,基于格子Boltzmann方法,采用雙分布函數分別模擬速度場和濃度場的演化,建立了考慮微觀結構影響的ITZ裂隙滲流-溶蝕耦合過程的數值模型。結合2個經典算例,驗證了計算模型在處理溶質對流-擴散及反應-擴散問題方面的準確性。最后討論了滲流流速、Ca(OH)2含量以及Ca(OH)2排布狀態等因素對ITZ裂隙滲流-溶蝕耦合作用特性的影響。研究表明:裂隙初始滲流流速越快,壁面的溶蝕速率越快,其整體孔隙率增加越快。ITZ的Ca(OH)2含量越高,在壁面處其與流體的接觸面積越大,溶蝕現象越易發生,并導致裂隙內Ca2+濃度也相應的增加。如果溶蝕出來的Ca2+得不到及時運移,將反過來抑制Ca(OH)2的進一步溶蝕,故ITZ裂隙的滲流-溶蝕過程受控于Ca(OH)2含量與Ca2+濃度的綜合作用。對于Ca(OH)2不同排布狀態的ITZ裂隙,由于滲流受到微觀結構的影響,溶蝕過程穩定后其相對滲透率水平生長最大,均勻生長次之,豎向生長最小。
    基于節點構形度均衡化的單層網殼結構優化設計研究
    朱南海, 李杰明
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0441
    摘要:
    為實現網殼結構節點連接能力的均衡分布,改善結構性能,提升其極限承載力?;跇嬓我讚p性理論建立了衡量結構節點構形度差異性的評價指標,用以評價結構節點連接性能的差異性。在此基礎上,將構件截面尺寸作為優化變量,以節點構形度差異系數最小化為優化目標,并考慮結構位移、構件長細比、強度及穩定性等約束條件,采用粒子群算法優化結構構件的截面尺寸。結果表明,節點構形度差異系數能準確反映網殼節點連接性能的差異性,通過粒子群算法優化結構構件的截面尺寸,可實現結構節點連接性能的均衡分布,改善結構在地震作用下的倒塌模式,有效提升了結構的整體性能。
    含雙槽鋼截面可更換耗能梁段的高強鋼框筒結構滯回性能研究
    程倩倩, 連鳴, 關彬林, 張浩, 蘇明周
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0338
    摘要:
    為了研究含雙槽鋼截面可更換耗能梁段的高強鋼框筒結構(HSS-FTS-RDSL)的滯回性能,利用ABAQUS有限元分析軟件建立了2/3比例的單層單跨HSS-FTS-RDSL子結構試件的有限元模型,對耗能梁段所用鋼材進行循環加載試驗得到其循環本構,驗證了有限元模型的準確性和適用性。建立了16個足尺子結構有限元模型,分析耗能梁段長度比、裙梁凈跨高比、耗能梁段腹板加勁肋間距、連接處螺栓直徑和加固板厚度對結構滯回性能的影響規律。研究結果表明:HSS-FTS-RDSL子結構主要通過雙槽鋼截面耗能梁段進入塑性耗散地震能量,其余構件基本處于彈性狀態或者輕微發展塑性;隨著耗能梁段長度比的增加,結構承載力、剛度和耗能能力逐漸降低,耗能梁段超強系數減小,建議耗能梁段長度比取0.84~1.40;雙槽鋼截面可更換耗能梁段可較好地應用于凈跨高比不超過4.6的裙梁中;改變耗能梁段加勁肋間距對結構承載力、剛度和耗能能力影響較??;減小螺栓直徑會使連接區域螺栓滑移提前,對結構剛度和承載力影響較??;減小加固板厚度會增加連接變形,降低耗能梁段的塑性變形程度。
    水泥混凝土路面早齡期應力行為試驗研究
    胡昌斌, 孫增華, 王麗娟
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0458
    摘要:
    為了解路面板早齡期應力性狀與行為特征,基于福建夏季高溫、冬季低溫、隧道恒溫進行了3種典型環境條件的路面板早齡期行為現場試驗。采用無應力圓筒裝置去除路面板溫濕度無應力應變,基于應變歷史結合步進法考慮徐變松弛獲得路面板典型監測位置應力性狀和時程。同步監測路面板早齡期溫度場和整板翹曲,比較路面板早齡期應力與溫度梯度、翹曲變形的相互關系。研究顯示,路面板早齡期應力一般存在壓應力、拉應力、應力波動循環3個階段,應力波動循環初期存在一個松弛階段。路面早齡期應力主動影響因素有水化放熱、環境場溫濕度變化、翹曲變形和重力的聯合作用,初期水化熱升降溫效應顯著,后期溫度翹曲效應顯著。被動影響因素有水泥混凝土早齡期行為、結構約束、邊界條件等。夏季施工面板早齡期應力和翹曲量級顯著高于冬季,隧道恒溫條件下面板由于濕度收縮會形成板角始終向上的凹形固化翹曲。早齡期應力波動和松弛過程的存在,造成路面板初期運營的一段時間的應力與后期正常服役期并不相同,需要規避可能與設計狀態不符的初期不利工況。
    弱耦聯體系地震響應的隔離分析求解
    文嘉意, 謝強
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0330
    摘要:
    弱耦聯體系由一系列支柱結構及柔性連接件組成,結構整體性差,支柱與連接件材料的阻尼特性差異顯著。這兩個特點造成了采用結構整體振型以及比例阻尼的常規抗震計算方法在處理弱耦聯問題時的局限性。因此,從支柱及連接件的隔離體分析出發,構建考慮二者非比例阻尼的運動控制方程,并在頻域對耦合的方程進行求解,從而避免對整體振型正交性條件的使用。通過弱耦聯體系實例的振動臺試驗驗證,在不同地震動輸入下,此方法計算的頂部最大位移誤差在1.2%到5.8%之間。與傳統振型疊加法計算結果的對比分析證明:采用整體振型以及比例阻尼會高估弱耦聯體系支柱間的耦聯作用,從而造成更大的系統性誤差。
    連續梁橋邊墩不均勻沉降下軌道層間變形協調關系及動力學應用
    馮玉林, 蔣麗忠, 陳夢成, 周旺保, 劉祥, 張云泰
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0373
    摘要:
    高速鐵路連續梁橋邊墩沉降將造成其上簡支與連續梁橋的共同變形,邊墩不均勻沉降差引起的軌道幾何形位改變直接影響列車運行平穩性和安全性。該文基于APDL建立考慮引橋與路基及其上軌道結構影響的高速鐵路CRTS II型無砟軌道-變截面連續梁橋系統精細化仿真模型,通過大量的仿真計算,探明了邊墩不均勻沉降差與軌道幾何形位改變的軌道層間變形協調機理?;诰€性回歸方法獲得了不同連續梁橋跨度條件下,邊墩不均勻沉降差與軌道幾何形位改變的層間變形協調關系的定量函數表達式,進而采用該仿真模型、文獻模型及列車-軌道-橋梁耦合動力學理論驗證其擬合精度和正確性。最后基于定量函數表達式研究了邊墩不均勻沉降差對列車運行平穩性和安全性的影響。結果表明:三種模型計算結果吻合良好,說明該文定量函數表達式具有較高精度;在邊墩不均勻沉降工況下,存在激振頻率接近車體自振頻率的臨界跨度,發生共振時,顯著惡化列車運行平穩性;采用大跨度連續梁橋可有效降低邊墩不均勻沉降差、提升乘坐舒適度、降低輪軌力及緩和列車與軌道動態作用效應;沉降差小于25 mm時,輪重減載率隨跨度的增大而顯著減小。
    砂土中水平條形錨板豎向拉拔承載力計算統一方法研究
    姚琛, 胡偉, 孟建偉, 雷勇, 曾興, 鄭恒良
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0431
    摘要:
    水平錨板豎向拉拔承載機制與承載力計算理論的研究目前存在人為區分淺埋、深埋,但界定標準又極不統一的問題。本文通過總結水平條形錨板豎向拉拔承載機理,提出了可描述極限拉拔下錨周土體滑動面隨埋深比連續演化的對數螺旋線形態函數,建立了無需區分淺埋、深埋的極限承載統一力學模型。根據錨板埋深、滑動面交點與錨板距離和滑動面上切線為豎直線時對應點到錨板距離三者的大小關系,分3種情況開展極限平衡分析,推導出水平條形錨板豎向拉拔極限承載力計算統一理論解。結果表明:新的力學模型很好地反映了錨周土體滑動面隨埋深比的連續變化規律,無需再人為區分淺埋和深埋。應用9種方法對5個試驗案例(松砂、密砂)進行對比計算分析,統一理論解法排名第2,顯示出具有較強的適應性。
    含彈簧阻尼裝置空間機器人捕獲衛星操作力學分析及緩沖、柔順控制
    朱安, 陳力
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0038
    摘要:
    為了在空間機器人捕獲衛星操作過程中保護關節不受沖擊破壞,在電機與機械臂之間加入了一種彈簧阻尼裝置(SDD)。該裝置不僅能夠吸收、消耗沖擊能量,還能配合柔順策略將沖擊力矩限制在安全范圍內。分別利用含耗散力Lagrange方程法與Newton-Euler法建立了碰撞前的分體系統動力學方程;基于位置、速度約束與牛頓第三定律導出了碰撞后的混合體系統動力學方程,且對碰撞沖擊效應與碰撞力進行了計算;針對捕獲操作碰撞時間短、數據源少的問題提出了一種基于Barrier-Lyapunov函數的自適應積分強化學習控制方案;通過Lyapunov定理證明了系統的穩定性,通過數值仿真表明了SDD的抗沖擊性能與柔順策略的有效性。
    改進的新型全裝配式組合梁抗剪連接件試驗研究
    王寧, 侯和濤, 仇錦, 劉錦偉, 臧增運
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0077
    摘要:
    該文主要研究一種改進的新型全裝配式組合梁結構,主要包括:全預制混凝土樓板、TJ型緊固件(抗剪連接件)、C型鋼導槽、鋼梁,其具有無現場濕作業,安裝制作精度要求低,可局部更換、循環使用等優點。為研究此新型組合梁連接件的抗剪性能,在考慮鋼導槽間距、緊固件預緊力、緊固件類型等因素的基礎上,設計制作了6組試件,共12次推出試驗。根據螺桿頂帽的不同,緊固件類別分為A、B兩類,A類緊固件的螺桿端部萬向鉸為工廠加工成型,B類緊固件的螺桿端部萬向鉸為德國產的標準件(直接擰入螺桿端部即可,無需加工螺桿端部)。在試驗參數的基礎上,建立了緊固件和新型組合梁的有限元模型進行對比分析。結果表明:A類各試件表現出良好的殘余強度穩定性,B類試件的荷載滑移曲線較A類曲線更為光滑,具有明顯的強度下降段;組合梁連接件拆卸后重新安裝不會導致抗剪性能的降低;組合梁連接件受力后不拆卸并復擰(再次施加扭矩)后抗剪性能有所提升;300 mm鋼導槽間距試件的抗剪性能明顯優于450 mm與600 mm;該文提出的緊固件預緊力計算公式與試驗和有限元模擬結果吻合較好,建立的有限元模型能夠較好地模擬緊固件的抗剪性能。
    方鋼管螺旋筋混凝土柱偏壓性能試驗及參數分析
    陳宗平, 黃樂彰, 譚秋虹
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.03.0171
    摘要:
    為研究方鋼管螺旋筋混凝土柱的偏壓力學性能,以螺旋筋間距、徑寬比、長細比、偏心率、縱筋直徑及方鋼管壁厚作為變化參數,設計并完成了18個試件進行偏心受壓加載試驗。通過試驗觀察了試件的受力破壞過程及形態,獲取了試件荷載-跨中撓度曲線及鋼材應變分布狀況,分析了各變化參數對試件偏壓力學性能的影響規律。結果表明:螺旋筋間距和徑寬比能夠有效地提升試件延性和抗彎剛度;隨著長細比的增加,試件各項力學性能均有所下降;隨著偏心率增加,試件的極限承載力、延性及抗彎剛度均有明顯下降,而耗能系數則有所提升。最后采用了纖維模型法編制的程序計算了試件的偏壓極限承載力,其計算值與試驗值吻合較好,并以該程序為基準進行拓展參數分析,提出了試件的最優化配鋼方式及設計建議。
    CFRP加固火災作用后圓鋼管混凝土構件的側向撞擊性能研究
    紀孫航, 王文達, 鮮威
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0586
    摘要:
    建立了火災作用后和碳纖維增強復合材料(CFRP)加固受火后圓鋼管混凝土構件的側向撞擊數值模型,通過不同試驗分別驗證了模型的準確性。分析了加固受火后構件的撞擊全過程,對比了構件的撞擊力、跨中撓度和截面彎矩。對構件的抗撞擊承載力和抗彎承載力,塑性變形和吸能能力,以及內力分布與發展進行了分析,并給出構件在撞擊荷載作用下跨中最大撓度簡化計算公式,最后討論了CFRP加固方式對受火后構件撞擊性能的影響。結果表明:采用CFRP加固受火后構件的撞擊力平臺值和平均截面彎矩提高,跨中撓度和撞擊持續時間明顯減小,CFRP加固對構件的抗撞擊性能和抗彎能力提升顯著;構件的抗撞擊承載力、抗彎承載力和吸能能力隨著受火時間的增加逐漸降低;構件在跨中產生不同程度的塑性變形,其主要通過形成塑性鉸吸收能量;在峰值階段構件的彎矩和剪力分布形態與相應靜態荷載作用時差異明顯,但在平臺階段時其分布形態與靜態荷載作用時一致;簡化計算公式可以很好地計算構件撞擊后的跨中最大撓度,CFRP加固方式對受火后構件的抗撞擊性能影響明顯。
    帶剪切連梁雙柱式橋墩地震響應特性振動臺試驗研究
    謝文, 何天濤, 孫利民
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0411
    摘要:
    為了研究剪切連梁對雙柱式橋墩地震響應的影響,本文將雙柱式橋墩和帶剪切連梁雙柱式橋墩置于全橋模型中開展振動臺試驗研究,其中帶剪切連梁雙柱式橋墩沿墩等間距附有5根剪切連梁。因此設計了一座幾何相似比為1/70且包含橋墩(含雙柱式橋墩和帶剪切連梁雙柱式橋墩)、主塔、主梁、群樁和模型土等在內的斜拉橋試驗模型并開展振動臺試驗,比較研究人工波、El Centro波和Mexico City波等不同頻譜特性地震作用下雙柱式橋墩和帶剪切連梁雙柱式橋墩的地震響應特性。試驗結果表明:與雙柱式橋墩結果相比,在人工波、El Centro波和Mexico City波作用下,帶剪切連梁雙柱式橋墩的墩底最大應變明顯減小,表明附加的剪切連梁可有效降低墩柱的彎矩應變響應,實現了剪切連梁起分散墩柱受力的作用;與振動臺輸出最大加速度相比,三條地震波作用下帶剪切連梁雙柱式橋墩的墩底加速度放大1.4-1.8倍,表明樁-土-結構相互作用對縱向加速度產生不利影響,具有明顯放大效應;地震輸入的頻譜特性明顯影響雙柱式橋墩和帶剪切連梁雙柱式橋墩的加速度、位移和應變等地震響應,且其影響程度取決于地震輸入卓越頻譜與結構頻率特性之間的相關關系。
    不同循環上限荷載下泥質石英粉砂巖力學特性試驗研究
    苗勝軍, 王輝, 黃正均, 梁明純
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0465
    摘要:
    通過開展循環加卸載轉單調加載試驗和疲勞破壞試驗,揭示循環荷載下泥質石英粉砂巖的變形和力學響應特征。試驗與研究結果表明:當循環上限荷載位于疲勞強度前后,試件的軸向和橫向累計殘余應變由單調遞增凸曲線向凹曲線延伸,滯回環間距由“疏-密”向“疏-密-疏”發展,殘余應變率和滯回環相對面積由L形向U形轉化;彈性模量由初始快速上升、下降、緩慢穩定發展三個階段向單調遞減凹曲線轉凸曲線衰減;而橫向-軸向應變比則由單調遞減凹曲線,轉變為單調遞增凸曲線,然后向凹曲線延伸;隨上限荷載的增加,循環加卸載3000次后泥質石英粉砂巖抗壓強度先增大后減小,最大增幅較單軸抗壓強度高13.62%,而當上限荷載小于單軸壓縮彈性上限時,循環荷載作用后的巖石抗壓強度略小于單軸抗壓強度;當試件發生疲勞破壞時,疲勞壽命與上限荷載呈冪函數分布,疲勞強度約為單軸抗壓強度的80%~89%。試件彈性模量整體隨著循環上限荷載先增大后減小,而橫向-軸向應變比則隨上限荷載的增加而增大;提出了循環荷載的“薄弱結構斷裂效應”和“壓密嵌固效應”,探討了循環加卸載過程中多孔弱膠結巖石的強度變化特征和力學參數演化機制。
    混凝土微觀力學基礎研究進展及應用展望
    胡傳林, 王發洲
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.ST09
    摘要:
    混凝土是現代土木工程建設的基礎和關鍵結構材料,現代工程建設的發展對混凝土性能提出新的挑戰。水化硅酸鈣(C-S-H)是水泥水化最重要的產物(約占水化產物的70%),也是混凝土中最重要的膠結性物質,起到膠結砂石骨料、發揮強度的關鍵作用。在微觀尺度上,C-S-H是一種多孔介質材料,組成結構十分復雜。因此對C-S-H微觀力學性能進行解析和設計,是認識和提高水泥基材料宏觀力學性能的關鍵,同時也是混凝土研究領域的基礎科學問題。本文旨在介紹混凝土微觀力學性能表征方法、混凝土微觀力學計算理論以及其在混凝土應用過程的新發現,同時展望混凝土微觀力學在工程建設中的應用。
    含減震外掛墻板的裝配式框架結構協同抗震性能研究
    種迅, 侯林兵, 解琳琳, 王心宇, 陳曦
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0471
    摘要:
    針對前期提出的一種圍護-主體協同減震裝配式結構新體系,即含減震外掛墻板的裝配式框架結構,開展了抗震性能研究。首先基于前期試驗提出了適用于該類結構的多尺度數值模擬方法,進而通過一棟RC框架結構明確了該類結構的協同減震機理,最終基于28個案例揭示了剛度比和屈服力比對其減震機理的影響規律。結果表明,多尺度數值模擬方法可較好模擬該類結構的損傷演化模式和受力特征;減震外掛墻板中所配置的U型阻尼器可先于主體結構屈服耗能,有效控制結構響應,顯著降低梁柱構件損傷程度,但不改變主體結構的損傷演化模式;隨著關鍵設計參數(剛度比和屈服力比)的增大,結構層間位移角減震率和阻尼器耗能占比整體逐漸增大,當關鍵設計參數達到一定值后,兩者趨于穩定。本文的研究成果可為主體和圍護協同一體化工作的高性能結構體系研發提供參考。
    考慮基礎結構損傷的無砟軌道-車輛耦合動力模型及其求解
    舒瑤, 蔣忠城, 張俊, 張波, 劉國云, 楊新文
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0305
    摘要:
    為了探究無砟軌道結構損傷與車軌動態相互作用的相互影響機制,基于經典的車輛-軌道耦合動力學理論,利用混凝土彈性損傷本構考慮無砟軌道結構的損傷效應,將車輛簡化為多剛體系統,并假定隨機性的軌面不平順以單節車長為周期重現,利用Hertz非線性接觸實現車輛系統與含損傷無砟軌道系統的垂向傳力耦合,從而建立考慮軌道結構損傷效應的無砟軌道-車輛垂向耦合周期性動力模型;為了加速該同時包含材料非線性和接觸非線性的動力模型求解的收斂速度,采用隱式動力預測-校正算法和軌道-車輛系統交叉迭代的求解策略,實現了含損傷無砟軌道-車輛垂向耦合動力模型的隱式快速求解。
    固端法:二維有限元先驗定量誤差估計與控制
    袁駟, 袁全
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.ST05
    摘要:
    文[1]分析了矩陣位移法的求解策略,揭示了一維有限元的誤差主要來自于丟失了的各個單元的“固端解”,并創立和發展了超收斂計算的單元能量投影(Element Energy Projection,簡稱EEP)法。文[2]進一步挖掘其潛力,對一維有限元提出先驗定量誤差估計的“固端法”,用EEP公式事先定量地估算出各單元的誤差,從而可以不經有限元計算而一舉得到所需的網格劃分。本文嘗試將“固端法”拓展到二維有限元,以Poisson方程為例,用EEP技術預先做出誤差估計,并直接給出滿足精度要求的網格劃分。本文對這一最新進展做一簡要介紹。
    基于圓孔擴張理論的樁基水平承載力計算方法
    張小玲, 趙景玖, 孫毅龍, 許成順
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0278
    摘要:
    近年來,我國城市的基礎設施建設規模不斷擴大,樁基礎是基礎設施建設中常用的基礎形式,其水平承載特性的分析計算是樁基設計中的重要問題?;赩esic圓孔擴張理論,分析了水平荷載作用下樁側土體的實際受力狀態,推導了基于應力增量的樁側土抗力的計算公式,進而提出了考慮摩擦效應的樁土相互作用的計算方法;并基于MATLAB編寫了相應的分析程序,通過開展案例分析,驗證了該計算方法的有效性;最后基于所建立的樁基水平承載力的力學模型,探討了荷載、樁徑等因素對水平受荷樁的承載特性的影響規律。
    焊接工藝對不銹鋼角焊縫連接試件力學性能影響研究
    李志林, 楊璐, 崔瑤, 尹飛, 梁耀華
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0232
    摘要:
    對12個奧氏體型及12個雙相型不銹鋼正面角焊縫和側面角焊縫連接試件進行了單調拉伸試驗,考察了不同焊接工藝對角焊縫連接力學性能的影響。結果表明:采用氬弧焊焊接工藝的不銹鋼角焊縫試件破壞面與電弧焊焊接工藝的試件破壞面形狀相差較大,后者破壞面更加光滑;同時由于受到復雜應力的作用,正面角焊縫試件的真實破壞角度并不為相關規范規定的理論值45°;對于奧氏體型不銹鋼角焊縫,氬弧焊試件與電弧焊試件的強度比分別為1.03 (正面角焊縫試件)及1.13 (側面角焊縫試件),相對變形量之比為1.46及1.11;而對于雙相型不銹鋼角焊縫,兩者的強度比分別為1.12和1.04,相對變形量之比為1.66及1.45;氬弧焊試件表現出了更好的力學性能。對于兩種不銹鋼材料,正面角焊縫強度均遠大于側面角焊縫的強度,建議在工程設計和相關規范的編制/修訂中考慮正面角焊縫強度提高的影響。
    橫肋波紋鋼板-方鋼管混凝土組合柱雙向偏壓力學性能研究及承載力計算
    張世鈞, 鄒昀, 王城泉, 吳藝超, 陳明
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0423
    摘要:
    為研究橫肋波紋鋼板-方鋼管混凝土組合柱的雙向偏壓力學性能,對兩根橫肋波紋鋼板-方鋼管混凝土組合柱試件展開了雙向偏壓加載試驗,探究了不同偏心距對試件在雙向偏壓荷載下的荷載-變形曲線、破壞模態和截面應變發展狀況的影響,分析了波紋板與鋼管、混凝土之間的相互作用機理。在試驗基礎上運用有限元模擬,分析了偏心距、加載角度、鋼管厚度、波紋板厚度等多種參數對橫肋波紋鋼板-方鋼管混凝土組合柱雙向偏壓荷載下承載力、延性、剛度等力學性能的影響規律,得出鋼管厚度增大柱的極限承載力顯著提高,加載角度對極限承載力影響不大等主要結論。最后,參考歐洲《EC4》規范鋼混組合柱承載力的計算方法,提出了橫肋波紋鋼板-方鋼管混凝土組合柱雙向偏壓承載力實用計算公式,以期為工程實踐提供參考。
    基于計算機視覺人行橋撓度影響線非接觸式識別
    朱前坤, 陳建邦, 張瓊, 杜永峰
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0557
    摘要:
    該文將便攜式相機與無線傳感器結合,開發了一種人致撓度影響線非接觸式識別系統,避免了傳統識別方法需要長時間阻斷交通、耗費大量人力物力等不足,可用于運營狀態下的橋梁影響線識別。通過便攜式相機獲取橋上行人行為,引入遮擋模型改進YOLO算法識別橋上行人,跟蹤目標行人坐標變化得到行人位置信息,結合無線傳感器得到的行人荷載作為結構輸入數據。通過視覺識別技術跟蹤結構行為獲得人行荷載作用下的位移響應作為結構輸出數據。根據結構輸入輸出數據反算人行荷載作用下橋梁撓度影響線。對初始影響線進行高階濾波處理,消除環境和其他因素干擾,然后利用多項式分段擬合實測橋梁影響線進而得到具有準靜態特性的撓度影響線,可為結構工程師準確高效地提供橋梁損傷檢測依據。
    端板連接可更換Q235耗能梁段鋼框筒子結構滯回性能及其影響因素研究
    關彬林, 連鳴, 蘇明周, 張浩, 程倩倩
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0317
    摘要:
    對2個2/3縮尺的單跨雙半層含端板螺栓連接Q235耗能梁段鋼框筒子結構試件進行了兩階段低周反復荷載試驗,以研究其抗震性能、耗能梁段的可更換性和耗能梁段長度的影響。采用耗能梁段腹板試樣的拉壓往復試驗結果標定了混合強化模型參數,利用子結構試件的試驗結果驗證了有限元模型的有效性,并研究了耗能梁段長度和腹板面積的影響。研究結果表明:耗能梁段的可更換最大層間位移角分別可達到0.43%、0.39%,耗能梁段的替換可以使結構的性能恢復到初始水平,耗能梁段的超強系數和破壞塑性轉角分別大于Popov等建議的1.5和AISC341所給的限值0.08 rad;子結構有良好的延性,耗能梁段長的子結構的延性系數、累積耗能大于耗能梁段短的子結構的相應值;破壞模式為耗能梁段加勁肋倒角處的焊縫裂紋擴展延伸引起的腹板撕裂;建議耗能長度取柱中心距的0.10倍~0.24倍,長度比取0.55~1.32;耗能梁段腹板面積對子結構的承載力、累積耗能影響較大。
    工字形鋼筋混凝土矮墻抗剪承載力研究
    馬佳星, 陳柯宇, 王銀輝, 李兵
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0337
    摘要:
    工字形鋼筋混凝土(RC)矮墻在雙主軸向均具有較高的強度和剛度,常用于低、中層建筑及核電站設施中?,F有規范在預測工字形RC矮墻抗剪承載力時存在考慮參數不足、未考慮翼緣影響等問題,計算值于試驗值相比離散性也較大。本文建立了一個包含有152個試件的參數詳盡的工字形RC矮墻試驗數據庫。并以此為基礎,比對分析了多國規范的在預測此類墻抗剪承載力上的表現。同時,基于腹板裂紋分布,建立了考慮翼緣影響的工字形RC矮墻抗剪承載力計算模型,并利用力平衡推導出相應公式。結果表明,較各國規范,本文提出的公式預測精度更高,所得計算值與實測值之比的均值為1,變異系數也較小。其成果可為RC剪力墻的設計和規范公式的修訂提供指導。
    對角槽鋼加勁鋼板剪力墻抗震性能試驗研究
    牟在根, 楊雨青
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0312
    摘要:
    為研究大跨高比的對角槽鋼加勁鋼板墻結構,該文對3個1/3縮尺的鋼板剪力墻試件進行了擬靜力試驗研究,包括一個拼接式鋼板剪力墻和2個拼接式-對角槽鋼加勁鋼板剪力墻。試驗結果表明鋼板剪力墻有良好的耗能能力,對角加勁鋼板墻滯回曲線飽滿呈梭形。槽鋼的兩個翼緣與鋼板連接,形成具有更大抗扭剛度閉口截面,在加載過程中避免了加勁肋的扭轉而導致加勁效果降低。對角布置的槽鋼加勁肋具有較大的抗彎剛度,在彈性階段提高鋼板的彈性屈曲荷載,限制鋼板平面外變形;在彈塑性階段能起到增大拉力帶的作用,提高結構承載力。推導了框架柱的剪力、軸力和彎矩計算公式,結果表明對角槽鋼加勁形式對邊緣構件的附加軸力和剪力作用較大,因此在設計時應考慮加勁肋的支撐作用。
    H型鋼梁與矩形鋼管混凝土柱平齊式端板單邊螺栓連接節點彎矩-轉角分析模型
    趙均海, 樊軍超, 高偉琪
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0436
    摘要:
    為預測通過平齊端板和單邊螺栓連接的鋼管混凝土節點的彎矩-轉角關系,該文提出基于極限彎矩、初始轉動剛度和形狀參數的三參數指數模型??紤]節點的可能破壞模式,提出節點極限彎矩的計算方法,基于組件法建立節點初始轉動剛度分析模型,僅需節點構造尺寸和材料特性便可得到節點的極限彎矩和初始轉動剛度預測值。彎矩-轉角關系模型、極限彎矩計算方法、初始轉動剛度模型和預測的節點破壞模式與試驗結果均吻合較好。該文提出的分析模型簡便、準確,避免大量試驗研究和有限元模擬,能夠適用于半剛性組合框架節點的分析和設計。
    索強化剪式鉸機構力學性能研究
    俞鋒, 許賢, 羅堯治
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0390
    摘要:
    剪式鉸機構的開合過程易于控制,為可展結構的一個重要分支?;诩羰姐q的可展結構展開成形后,由于剪式鉸單元桿件間的相對轉動特性使得結構剛度較低,在受力時表現出較強的幾何非線性。為增強基于剪式鉸的可展結構的剛度,該文采用索來強化剪式鉸機構。該文推導了規則的索強化剪式鉸單元的軸向剛度和抗彎剛度計算公式,揭示了索強化剪式鉸單元承載能力和單元組成構件的相關關系,給出了有限質點法計算框架下的索強化剪式鉸機構的計算分析方法,并對一個典型索強化剪式鉸拱的受力性能和斷索行為進行了分析。研究結果表明:索強化后的剪式鉸機構在不影響機構可展性的同時提高了機構的剛度和承載能力。
    泡沫鋁填充薄壁鋁合金多胞構件與單胞構件吸能性能研究
    朱翔, 尹曜, 王蕊, 康苗
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0428
    摘要:
    為研究泡沫鋁填充薄壁鋁合金多胞結構與單胞結構的吸能能力,該文基于有限元軟件LS-DYNA建立了泡沫鋁填充薄壁鋁合金多胞結構與單胞結構的數值仿真。對經典薄壁圓管試驗及泡沫鋁填充薄壁圓管試驗進行了數值模擬,分析表明該數值模型能夠較好的模擬泡沫鋁填充薄壁圓管在軸向沖擊過程中的撞擊力和變形發展?;谠撃P蛯Ρ妊芯苛瞬煌蛩叵屡菽X填充薄壁鋁合金多胞結構與單胞結構的軸向吸能特性,分析了其破壞模式、吸能機理和兩者吸能效率。結果表明:在軸向沖擊荷載作用下,泡沫鋁填充薄壁鋁合金的破壞模式為軸對稱漸進折疊破壞模式,沖擊力-位移曲線和變形模態圖顯示其變形過程分為3個階段:彈性階段、平臺階段和強化階段。當沖擊壓縮距離為構件高度的80%時,7種不同參數下的泡沫鋁填充薄壁鋁合金多胞結構的吸能效率明顯高于7種單胞結構,吸收的能量E和比吸能SEA都提高了50%以上,是一種優秀的吸能構件,可廣泛應用于防護工程中。
    考慮脈動風場的3 MW風機鋼塔筒基礎底板脫開失效概率
    蔣友寶, 劉志, 賀廣零, 彭穗湘, 鄭峻林
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0426
    摘要:
    本文采用諧波合成法按Davenport風速譜和Kaimal風速譜分別模擬了某陸地風電場的脈動風速時程。根據相應高度處的平均風速,并結合伯努利理論,得到風荷載時程。建立某3 MW風機鋼塔筒有限元模型,并考慮風機氣動推力、塔筒風荷載時程和重力二階效應的影響,求解鋼塔筒的動力響應??紤]作用效應時程變化及材料容重變異性,采用Monte Carlo方法按規范準則分析該風機基礎底板脫開失效概率,并研究對應可靠指標隨基礎底板半徑變化的規律。結果表明,無論是正常運行工況還是極端荷載工況,該風機塔筒底部總彎矩和總剪力近似完全相關,且變異系數較大;選用Davenport風速譜時正常運行和極端荷載工況下基礎底板脫開失效概率分別約為0.008 20和0.0188,選用Kaimal風速譜時對應失效概率分別約為0.0107和0.0281;基礎底板不脫開失效的可靠指標會隨著半徑增大而提高,當半徑增加至1.2倍時,兩種工況下可靠指標提高均不少于39.90%。
    基于實時混合試驗誤差累積規律的時滯影響修正方法
    周子豪, 李寧, 李忠獻
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0442
    摘要:
    為減小實時混合試驗中的時滯影響,通常要對數值子結構計算得到的控制指令進行在線時滯補償。為了保障實時性,要求作動器的負載不宜過大并處于最佳的性能區間。由于大比尺實時混合試驗中物理子結構負載較大,對控制系統和作動器性能都提出較高的要求。此外,目前時滯補償算法是無法完全消除時滯影響的,也即,時滯普遍存在于實時混合試驗中且無法避免。針對上述問題,基于雙顯式數值積分算法的誤差累積規律,本文提出了一種可以在試驗后對試驗結果進行修正以消除時滯不利效應的方法。首先分析了時滯對于實時混合試驗結果的影響,對較大時滯情況下,盡管系統穩定,但可能得到“錯誤”的試驗結果。其次,通過理論推導,證明提出方法的合理性和適用性;最后,通過四種實時混合試驗工況的模擬,驗證物理子結構分別為線性剛度、線性阻尼、非線性剛度以及非線性阻尼構件的時滯修正效果。結果表明,所提出的方法可以顯著降低時滯對于試驗結果的影響;該方法對試驗中時滯補償效果不理想的情況,可以對位移、速度和加速度結果進行修正。
    復合加固圓形短木柱軸心受壓應力-應變關系
    阿斯哈, 周長東, 楊禮贛
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0231
    摘要:
    內嵌鋼筋外包CFRP(carbon fiber reinforced polymer)布復合加固方法可以有效提升古建木柱的承壓和變形能力,加固效果顯著。為了建立復合加固木柱軸心受壓應力-應變模型,同時考慮內嵌鋼筋數量以及CFRP布加固量等因素的影響,該文完成了42根復合加固木柱的軸心受壓試驗。試驗結果表明:復合加固方法能夠提高木柱的受壓承載力、改善木柱的延性;由于木材存在有不可避免的初始缺陷,木柱的破壞主要發生于初始缺陷較為集中的區域。相同測點處,木材、CFRP布和鋼筋的荷載-應變曲線分布相近,表明木材與CFRP布和鋼筋黏結性能良好,三者能夠協調變形、共同工作?;诩扔械南嚓P研究,通過對試驗數據的擬合分析,給出了復合加固木柱軸心受壓峰值應力和峰值應變的計算公式,進而提出了三折線型和多項式型復合加固木柱的軸心受壓本構模型??紤]到木材材質的離散性,加固木柱的模型計算曲線與試驗曲線基本吻合,驗證了所得應力-應變模型的可靠性。
    基于長短時記憶神經網絡的大跨拱橋溫度-位移相關模型建立方法
    鄭秋怡, 周廣東, 劉定坤
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0323
    摘要:
    建立溫度-位移相關模型是開展基于位移響應的大跨橋梁性能評估的關鍵步驟。該文提出一種基于長短時記憶(LSTM)神經網絡的多元溫度-位移相關模型建立方法。充分利用LSTM神經網絡能夠考慮位移時滯效應和適合處理超長數據序列的優勢,采用自適應矩估計方法對LSTM神經網絡進行優化,并引入丟棄正則化技術提升模型的預測能力。在此基礎上,基于一座三跨連續系桿拱橋長期同步監測的溫度和位移數據,討論了影響該橋主梁豎向位移的主要溫度變量,并建立了多元溫度-位移的LSTM神經網絡模型,與基于誤差反向傳播(BP)神經網絡的多元溫度-位移相關模型進行了比較。研究結果表明:構件有效溫度與主梁豎向位移具有明顯的非線性關系,構件間溫差和主拱溫度梯度與主梁豎向位移呈線性相關性;主拱有效溫度和主梁與主拱的溫差是引起該橋主梁豎向位移的主要溫度變量;相比于BP神經網絡模型,該文提出的LSTM神經網絡模型能夠大幅降低溫度位移的重構誤差和預測誤差。
    基于等幾何方法的壓電功能梯度板動力學及主動振動控制分析
    劉濤, 汪超, 劉慶運, 胡文鋒, 胡曉磊
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0266
    摘要:
    針對表面粘貼有壓電層的功能梯度板的動力學及主動振動控制問題,建立了一種基于三階剪切變形理論的等幾何分析求解方法。其中,功能梯度板的材料屬性為板厚方向的冪函數分布,并假設電勢沿著壓電層的厚度方向呈線性變化。利用線性壓電本構方程以及哈密頓變分原理,推導了壓電功能梯度板的相關等幾何分析有限元方程。通過分析壓電智能結構的靜態彎曲行為驗證了該方法的有效性與精確性。運用模態疊加技術與Newmark-β直接積分法分析了兩種不同結構的壓電功能梯度板的動力學響應與主動振動控制問題。在主動振動控制分析中,引入了物理中面的概念避免當傳感器與驅動器分別粘貼于功能梯度的上、下表面時,由拉伸-耦合效應引起的控制不穩定的問題,并著重分析了振動控制過程中兩種結構傳感器層和驅動器層的電壓響應。
    確定混凝土開裂與拉伸強度及雙K斷裂參數
    管俊峰, 劉澤鵬, 姚賢華, 李列列, 何雙華, 張敏
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0084
    摘要:
    該文考慮混凝土材料的非均質特性,發展了確定無尺寸效應的混凝土開裂強度與起裂韌度、拉伸強度與斷裂韌度等材料參數的斷裂理論與相應方法?;谌c彎曲、楔入劈拉、四點彎曲等不同類型混凝土試件的斷裂試驗,確定出對應的開裂強度與起裂韌度、拉伸強度與斷裂韌度等材料參數,并與試驗強度值及由雙K斷裂模型確定的雙K斷裂參數進行了比較,從而驗證了所提模型與方法的合理性與適用性?;诖_定的材料參數,分別建立了混凝土起裂與斷裂破壞的全曲線,給出了確定無尺寸效應起裂韌度的混凝土試件最小理論尺寸。建立了起裂荷載與起裂韌度之間的解析公式,對三點彎曲、楔入劈拉、四點彎曲等不同類型混凝土試件的起裂荷載,以及不同混凝土的起裂韌度進行了成功預測。
    超高性能混凝土板沖切與彎曲性能研究
    樊健生, 王哲, 楊松, 陳釩, 丁然
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0349
    摘要:
    超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,簡稱UHPC)橋面板具有良好的應用前景。橋面板在車輪荷載作用下存在沖切和彎曲問題,以此為背景設計了系列UHPC板件試驗,主要研究板的厚度、保護層厚度、配筋率及加載區域面積等參數對試驗板抗沖切及抗彎性能的影響,分析了不同試件的破壞模式、撓度、應變分布以及整體延性等,并提出UHPC板抗沖切極限承載力計算方法。試驗結果表明:UHPC板的破壞模式包括沖切破壞、彎曲破壞和二者混合的沖彎破壞;相比于C50混凝土板,UHPC板的剛度、抗沖切承載力及位移延性有顯著提高;隨著板厚增大、保護層厚度減小、加載區域增大,UHPC板的抗沖切承載力提高。經過試驗數據驗證,抗沖切及抗彎承載力的計算值與試驗值吻合良好。
    跨斷層土木工程研究與實驗裝置研發現狀
    謝禮立, 徐龍軍, 陶曉燕, 楊緒劍
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0346
    摘要:
    確??绲卣饠鄬油聊竟こ探Y構和設施的安全,減輕因斷層錯動造成的工程災害損失是建設具有韌性的土木工程系統無法回避的難題。隨著我國重特大工程建設向深地、深海和中西部地區的轉移,跨斷層土木工程安全問題日益突出。通過對近年來典型大地震斷層區的地質、工程結構和設施災害的回顧和分析,指出開展跨斷層土木工程結構和設施的破壞性實驗研究、研發斷層模擬實驗裝置的必要性和緊迫性。分析闡述了國內外跨斷層土木工程結構和設施的損傷和破壞機制與減災技術研究現狀,探討了借助地震振動臺模擬斷層運動開展跨斷層結構試驗研究存在的問題,總結了地震斷層模擬實驗裝置研發面臨的主要難題。以期能為斷層模擬試驗裝置的研發、設計制造、規劃建設和相關試驗研究提供參考與借鑒。
    基于向量有限元的深水管道屈曲行為分析
    李振眠, 余楊, 余建星, 趙宇, 張曉銘, 趙明仁
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0357
    摘要:
    局部屈曲破壞是深水管道運行的最大安全問題之一。采用創新性的向量式有限元方法(VFIFE)分析深水管道結構屈曲行為,推導考慮材料非線性的VFIFE空間殼單元計算公式,編制Fortran計算程序和MATLAB后處理程序,開展外壓下深水管道壓潰壓力和屈曲傳播壓力計算、壓潰和屈曲傳播過程模擬。開展全尺寸深水管道壓潰試驗,進行深水管道壓潰壓力和壓潰形貌分析,對比驗證了VFIFE、試驗、傳統有限元方法(FEM)得到的結果。結果表明:VFIFE能夠直接求解管道壓潰壓力和屈曲傳播壓力,模擬管道屈曲和屈曲傳播行為,計算結果符合實際情況,與壓潰試驗、傳統有限元方法符合較好,并具有不需特殊計算處理、全程行為跟蹤等優勢,可以為深水管道結構屈曲行為分析提供一套新的、通用的分析策略。
    基于PCA及PSO智能算法的地震動合成方法—以中國西部中強地震為例
    胡進軍, 張輝, 靳超越, 王中偉, 胡磊
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0293
    摘要:
    地震動數值模擬方法可為地震危險性評估和結構抗震設計和評估提供地震輸入,但是由于地震動模擬參數的不確定性以及模擬技術的局限性,模擬的地震動與目標地區的實際地震動特征可能存在較大差異。隨著區域強震觀測數據的增多,應考慮將目標區域的實測地震動特征融合到模擬的地震動中,以體現該區域地震動的特征。但是目前尚無成熟、合理的基于目標地區實際地震動合成設計地震動的方法。為了解決此問題,該文采用機器學習中的智能算法結合區域實際觀測記錄合成地震動時程?;谥鞒煞址治鏊惴◤凝嫶蟮哪繕藚^域地震動數據庫中提取表征本區域地震動特征的母波,采用合理的地震動模型構建區域地震動目標譜,再應用粒子群算法快速求解地震動的母波組合系數,使加權得到的反應譜與目標譜匹配,最終使得合成的地震動既滿足目標譜的頻譜特征、又符合本地實際地震動的時頻特征?;谠撐奶岢龅姆椒?,以中國西部地區的強震數據為基礎,驗證了方法的可行性和有效性,為考慮區域差異特征的地震動合成提供了新的思路和方法。
    基于剛度和位移帶可更換構件RCS混合框架結構抗震設計方法
    門進杰, 霍文武, 蘭濤, 雷夢珂, 史慶軒
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0370
    摘要:
    帶可更換構件的RCS混合框架結構作為一種新型的可恢復功能結構,其抗震設計方法尚不明確?;谄浣Y構受力特性及現行抗震規范中性能水準的劃分,提出了正常使用、耗能構件可更換、主框架可修復、生命安全及防止倒塌等5個性能水準,明確了結構在不同性能水準下的受力狀態和指標限值。將彈性剛度比和屈服位移比作為結構設計控制參數,提出了基于雙參數的帶可更換構件RCS混合框架結構抗震設計方法, 并給出了抗震設計的具體實施步驟和構件截面設計方法。通過非線性靜力分析及動力時程分析,對一幢3層帶可更換構件的RCS混合框架結構進行抗震設計。分析結果表明:結構能滿足預期的不同性能水準,所提抗震設計方法是有效性的。
    水平滲流作用下無黏性土接觸沖刷細顆粒起動機理分析
    張力, 梁發云, 王琛
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0388
    摘要:
    為了在細觀層面上研究水平滲流作用下無黏性土接觸沖刷的臨界水力條件,構建了粗-細粒土層接觸面上細粒土的兩種沖刷起動模型。根據細粒土滑動和滾動兩種失穩模式進行受力分析,并采用層流假設對流動切應力進行分析。提出了上部為粗粒土、下部為細粒土的無黏性土接觸沖刷水平臨界水力梯度的理論計算公式,依據試驗中接觸面可動細粒土起動位置的特征對公式進行了簡化,并通過試驗數據將本文公式與已有經驗公式進行了對比,驗證了其適用性。研究結果表明:水平臨界水力梯度受粗-細粒土的粒徑比和可動細粒土粒徑的影響較大,受粗粒土孔隙率影響較小。該值與粒徑比和粗粒土孔隙率成負相關,與可動細粒土粒徑成正相關。當粗-細粒土粒徑比不大于10時,接觸沖刷不發生;當粒徑比大于10且小于50時,臨界水力梯度取決于粒徑比和可動細粒土粒徑的影響;當粒徑比大于50時,臨界水力梯度受可動細粒土粒徑的影響較大。該文提出的公式中,可動細粒土的粒徑值di由接觸面上細粒土粒徑分布特征決定,在計算時建議其取值不大于細粒土特征粒徑d50;當細粒土粒徑分布特征未知時,可取細粒土的特征粒徑d15。
    改進滯變阻尼模型的時域計算方法
    孫攀旭, 楊紅
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0313
    摘要:
    依據基于復阻尼模型的滯變阻尼模型,創建了改進滯變阻尼模型在復數域內的拉氏運動方程以及對應的時域運動方程。改進滯變阻尼模型克服了復阻尼模型的時域發散問題,并能保證有阻尼自振頻率隨損耗因子增大而減小。依據外激勵加速度的識別方法,結合改進滯變阻尼模型的時域運動方程特點,分別提出了基于傅里葉變換的時域計算方法和基于希爾伯特-黃變換的時域計算方法。算例分析表明:基于傅里葉變換的時域計算方法是一種全局過程的計算方法,可計算任意時刻的結構動力響應,但計算量大;基于希爾伯特-黃變換的時域計算方法是一種時域逐步計算方法,計算量小,適用范圍更廣,但計算誤差不易估計。
    高延性混凝土加固鋼筋混凝土梁受剪性能試驗研究及承載力計算
    鄧明科, 宋詩飛, 張敏, 馬福棟, 陳尚城, 張陽璽
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0381
    摘要:
    為研究高延性混凝土(HDC)加固鋼筋混凝土梁的受剪性能,該文對7根HDC加固梁及4根未加固梁進行靜力試驗,研究剪跨比、配箍率、加固層厚度和加固層附加箍筋對鋼筋混凝土梁破壞形態、荷載-撓度曲線、受剪承載力以及裂縫的影響。結果表明:采用HDC面層對鋼筋混凝土梁進行受剪加固,可以顯著提高梁的受剪承載力;HDC面層可以代替部分箍筋的受剪作用,改善鋼筋混凝土梁的剪切破壞形態;加固試件在達到極限位移之后,試件的完整性較好,剩余承載力較高?;谠囼灲Y果,利用桁架-拱模型,提出了HDC加固鋼筋混凝土梁的受剪承載力計算公式,計算值與試驗值吻合較好。
    溫度和損傷程度對砂巖滲透特性影響的試驗研究
    卜宜順, 楊圣奇, 黃彥華
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0374
    摘要:
    巖石的滲透特性與許多地下工程的穩定與安全有關,而深部巖石工程環境所處的溫度、應力以及自身損傷情況對滲透特性也有較大的影響。因此,有必要開展損傷巖石在不同溫度、應力情況下滲透特性研究。利用GCTS高溫高壓動態巖石三軸儀、巖石全自動氣體滲透率測試系統,對不同損傷程度砂巖進行了不同圍壓和實時溫度的滲透特性試驗。試驗結果表明:不同損傷程度砂巖的滲透率與圍壓之間呈現冪函數負增長關系,在低圍壓向高圍壓過渡過程中,高損傷試樣滲透率出現較大的跌落;不同損傷程度砂巖滲透率與溫度關系為負相關,高損傷試樣滲透率隨著溫度增加下降得更加緩慢;隨著損傷程度的增加,砂巖滲透率呈現出低圍壓情況下先略微下降再上升,高圍壓情況下逐漸上升的特征。低圍壓狀況下,損傷程度較高的試樣之間滲透率差異較大。
    新冠肺炎疫情臨時醫院排風的環境影響快速模擬方法
    顧棟煉, 張銀安, 劉華斌, 馬友才, 曹曉慶, 呂中一, 解琳琳, 許鎮, 徐永嘉, 鄭哲, 楊參天, 陸新征
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.02.0047
    摘要:
    2019年末爆發的新型冠狀病毒肺炎疫情對現有醫療系統造成了巨大壓力,各地開始建設新型冠狀病毒肺炎的集中治療臨時醫院。臨時醫院排風口排出的氣體可能對臨時醫院新風口或者周圍環境造成污染。由于臨時醫院的設計和建造周期只有6 d~10 d,因此排風環境影響分析一般需要在幾小時內完成?;谏鲜霰尘?,該研究提出了一個臨時醫院排風環境影響的快速模擬方法。該方法以開源流體力學計算軟件FDS為基礎,實現了臨時醫院建筑的快速建模、基于云計算平臺的分布式計算、以及有害空氣流動的監測和可視化,為臨時醫院設計階段的快速分析提供了專門工具。并以武漢雷神山醫院為案例,說明了該方法在此次肺炎疫情防疫工作中的應用價值。
    高強度結構鋼系列的疲勞裂紋擴展速率試驗研究
    童樂為, 任珍珍, 景爽, 牛立超
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0246
    摘要:
    為研究高強度結構鋼的疲勞性能,對Q460C、Q550D、Q690D和Q960D四種國產高強鋼母材進行了疲勞裂紋擴展速率試驗。每種鋼材均取3個10 mm厚的C(T)緊湊拉伸試樣,在應力比R=0.1的條件下施加恒幅疲勞荷載,利用顯微鏡目測記錄每個試樣的裂紋擴展長度a和對應的循環次數N。對每個試樣的試驗結果,分別采用七點遞增多項式法、Smith法和割線法進行處理,計算裂紋擴展速率和應力強度因子幅值數據組,得到對應于Paris公式中的參數,比較不同方法擬合結果的優劣性并分析原因。再將同種鋼材三個試樣的數據合成一組,同樣采用三種方法計算,并與單試樣數據的結果作對比。最后給出了四種鋼材Pairs公式中的疲勞裂紋擴展速率參數,并與其他文獻中各種結構鋼疲勞裂紋擴展速率的參數值進行對比評價。研究表明該文高強度結構鋼的疲勞裂紋擴展速率會隨著強度的提高而降低,并且這四種高強鋼的疲勞裂紋擴展速率都比BS7910中針對普通強度結構鋼推薦的疲勞裂紋擴展速率要低。
    不同強度混凝土高溫下動態劈拉性能研究
    孟龍, 黃瑞源, 蔣東, 李平
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0310
    摘要:
    采用大直徑分離式霍普金森壓桿(SHPB)裝置和加溫裝置,在不同溫度(20 ℃、200 ℃和400 ℃)下對3種不同強度(C20、C45和C70)混凝土材料開展不同應力率的動態劈裂拉伸實驗,得到了溫度和應力率耦合作用下混凝土材料的動態劈裂強度及相應的破壞形態。實驗結果表明:混凝土材料的動態劈裂強度隨應力率的增加而增加,且應力率相近時,其動態劈裂強度隨溫度的增加而明顯降低。在此基礎上,給出了描述混凝土材料在不同溫度下的動態劈裂強度與應力率關系的表達式并確定了相關材料參數。通過對不同應力率和溫度耦合作用下混凝土材料的動態劈裂強度進行橫向對比發現:混凝土材料動態劈裂強度的溫度敏感性隨應力率的增加逐漸減小,并且隨著混凝土材料強度的增加其溫度敏感性也逐漸變小,但是其動態劈裂強度的應力率敏感性卻隨著溫度的升高逐漸增大。
    結構膠側扭約束玻璃柱軸壓承載力設計方法研究
    黃小坤, 段樹坤, 劉強, 崔明哲, 聶建國
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0280
    摘要:
    玻璃柱在工程應用中的一種形式是采用結構膠將其與玻璃面板連接,結構膠對玻璃柱的約束效應能改善玻璃柱穩定性??紤]結構膠對玻璃柱的側向彈簧約束及扭轉彈簧約束作用,基于平衡方程推導了結構膠約束玻璃柱的軸壓臨界荷載公式,討論了結構膠彈性模量及玻璃柱的柱高、截面高度、截面厚度對臨界荷載的影響,發現結構膠彈性模量、玻璃截面厚度影響最為顯著?;诘刃偠确▽⑴R界荷載公式推廣至夾層玻璃柱。針對工程實踐中常用的硅酮結構膠,提出了結構膠約束玻璃柱在軸壓荷載作用下考慮玻璃開裂及結構膠破壞的承載力設計準則,并通過有限元模型計算驗證了理論研究的合理性。
    中高應變率和不同溫度下離子型中間膜的拉伸力學性能及本構關系
    陸鈺佳, 陳素文, 張洋
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0204
    摘要:
    為系統研究中高應變率和不同溫度下離子型中間膜的拉伸力學性能,進行了1 s?1~800 s?1和?40 ℃~60 ℃下的系列動態拉伸試驗?;谠囼灲Y果,確定了離子型中間膜的關鍵力學參數,并著重分析了溫度和應變率的影響:隨著應變率的升高和溫度的降低,離子型中間膜的初始彈性模量、屈服強度和抗拉強度均普遍提高,但極限應變有所降低?;贕’SELL本構模型,建立了離子型中間膜的本構關系,根據試驗結果標定了模型參數,模型預測結果與試驗曲線吻合較好。采用應力補償更新算法開發了用戶子程序,實現了該文所提出的本構關系在LS-DYNA中的應用,并通過數值結果與試驗結果的比較驗證了用戶子程序的有效性。
    考慮局部屈曲的H形截面鋼構件單軸壓彎恢復力模型研究
    陳樂川, 程欣, 陳以一
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0326
    摘要:
    考慮局部屈曲影響的恢復力模型是對薄柔框架結構進行抗震分析的基礎。為得到H形截面鋼構件繞不同主軸壓彎的截面層次的彎矩-曲率恢復力模型,對薄柔H形截面鋼構件單軸壓彎的滯回性能進行了有限元參數分析?;谠囼灱皡捣治鼋Y果,建立了考慮板件局部屈曲相關作用引起的各項退化的恢復力模型,該模型按照退化階段加載剛度是否有滯升現象分成兩種退化模型,繞強軸壓彎與腹板有屈曲的繞弱軸壓彎采用一般退化模型,腹板無屈曲的弱軸壓彎采用剛度滯升模型。通過與多個不同寬厚比、軸壓比組配截面的試驗與有限元分析結果進行對比,證明了所提恢復力模型正確性與適用性。該文提出的模型體現了薄柔H形截面在屈曲后仍具有一定的延性和耗能能力,這表明在抗震設計中是可以利用的,為輕鋼體系建筑的性能化設計提供了設計依據。
    熱-力-粘彈耦合多孔FGVM梁的動力學特性
    周鳳璽, 蒲育
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.0235
    摘要:
    研究了初始軸向機械力作用下三參數Winkler-Pasternak粘彈性地基上多孔功能梯度粘彈性材料(FGVM)梁在熱環境中的自由振動特性??紤]滿足熱傳導方程的穩態溫度分布以及材料性質的溫度相關性,采用Kelvin-Voigt模型并由含孔隙率修正的混合冪率梯度分布來表征內含均勻孔隙FGVM梁的材料屬性?;?i>n階廣義梁理論,在Hamilton體系下建立該系統動力學模型的控制方程;應用擴展型廣義Navier法得到固支-固支、固支-簡支、簡支-簡支這3種邊界FGVM梁耦合振動輸出響應的精確解;通過算例主要探究了梁理論、邊界條件、熱-力耦合效應、粘彈性地基系數、結構內阻尼系數、孔隙率、材料梯度指標、跨厚比以及振型階次等諸多參數對FGVM梁動力學特性的影響。
    高延性混凝土加固蒸壓加氣混凝土砌體墻抗震性能試驗研究
    鄧明科, 馬向琨, 張偉, 李寧
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0336
    摘要:
    蒸壓加氣混凝土(AAC)砌塊砌體墻自重輕,但其抗震性能較差,為提高該類墻體的抗震性能,提出采用高延性混凝土(HDC)面層和條帶對其進行加固。設計制作了4個無筋砌體墻和2個構造柱約束墻體試件,其中2個試件采用HDC面層加固,2個試件采用HDC條帶加固,通過擬靜力試驗,研究AAC砌體墻的破壞形態、滯回性能、承載力及變形能力等性能。試驗結果表明:HDC面層可改變AAC墻體的破壞模式;對于無筋砌體墻,加固后試件的承載力、變形及耗能能力均得到了不同程度的提高,墻體裂縫數量明顯減少,剛度退化較為平緩;對于構造柱約束墻體,單面HDC面層使加固試件的側向剛度、水平承載力及耗能能力均大幅提高,且加固試件具有較高的殘余承載力,墻體的開裂和損傷程度較小?;谠嚰钠茐男螒B,提出加固墻體的水平承載力計算方法,其計算結果與試驗結果吻合較好,可為HDC加固AAC砌塊墻體的承載力計算提供參考。
    新型自復位黏彈性阻尼支撐力學性能研究
    韓建平, 章全才
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.03.0168
    摘要:
    提出了一種新型的自復位黏彈性阻尼支撐(self-centering viscoelastic damping brace,SCVEDB),該支撐利用形狀記憶合金的拉伸變形和黏彈性材料的剪切變形共同耗散能量,同時利用形狀記憶合金的超彈性特性復位。設計和加工了SCVEDB最基本的模型,對該支撐試件進行了循環往復荷載作用下的力學性能試驗,研究了位移幅值、加載速率、SMA絲數量、黏彈性材料的厚度對其性能的影響,同時通過割線剛度、耗散能量、等效阻尼比、自復位比4個參數量化分析了SCVEDB的力學性能。對SMA絲進行了循環拉伸試驗,利用OpenSees平臺建立了SMA的材料本構數值模型,然后將其與模擬黏彈性材料的Bouc-Wen模型并聯,建立了該支撐的力學模型,進而模擬了支撐的力學性能,數值模擬結果與試驗結果吻合較好。
    基于NSGA-II的城市橋梁系統震后可恢復性分析與優化
    寇崢, 李寧
    , doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.0290
    摘要:
    城市橋梁是經濟和社會發展的重要基礎設施,特別是重要橋梁以及由其構成的網絡在災難發生后如何快速恢復,對社會安定和地區發展十分重要。近年來抗震韌性倍受關注,如何考慮結構可恢復性并將韌性納入橋梁系統抗震性能綜合評估和優化,還存在很多問題尚待研究。該文定量分析橋梁震后恢復過程、剩余功能和修復時間與韌性指標間的聯系,建立城市橋梁系統性能評估方法。由橋梁不同損傷狀態計算不同恢復過程的剩余功能、修復時間、可恢復性和震后經濟損失;對震后恢復過程的功能函數模型給出建議,量化不同震后恢復策略的影響;將韌性納入城市橋梁系統抗震性能框架中,提出城市橋梁系統震后可恢復性評估框架,對風險高低不同采用不同的修復過程;對震后經濟損失、可恢復性和震前修/改造成本采用多目標優化算法NSGA-II求解震前提升韌性優化策略,用于抗震加固措施的選取。通過案例給出了方法流程,也為城市橋梁系統地震韌性提升提供了新思路。