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2021年  第38卷  第6期

封面
2021-06期封面+目录
2021, 38(6).
摘要:
综述
不锈钢复合钢材钢结构研究进展
班慧勇, 梅镱潇, 石永久
2021, 38(6): 1-23. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.ST01
摘要:
不锈钢复合钢材兼具不锈钢优良的耐腐蚀性能和传统结构钢材的高强度、低成本特点,应用于钢结构工程中具有综合力学性能更优、施工简单周期更短、设计使用年限更长、全生命周期成本更低、综合社会效益更高等显著优势,尤其适用于对耐腐蚀性要求较高的工程结构。目前不锈钢复合钢材已在高层建筑幕墙和铁路钢桥面板中得到了成功应用,为了继续推广其在结构工程领域中的应用发展,亟需加强从相关基础力学性能和关键应用技术角度进行的研究与讨论。详细介绍了不锈钢复合钢材的生产制造和工程应用等产业基础,并对国内外学者针对不锈钢复合钢材在材料和构件层面力学性能开展的研究进展进行了全面综述,包括材料的拉伸性能、冷弯性能、高温性能、断裂与疲劳性能、滞回性能、动态力学性能、耐腐蚀性能、界面性能等基本力学性能和构件的稳定性能、残余应力、焊接接头性能、缺陷修复以及有限元模型的相关研究。该文可为进一步在结构工程领域开展不锈钢复合钢材的相关研究、设计与应用实践提供参考。
基本方法
基于并行有限质点法的界面断裂-接触行为分析
唐敬哲, 汪伟, 郑延丰, 罗尧治
2021, 38(6): 24-35. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0424
摘要:
界面断裂、摩擦接触等行为广泛存在于结构破坏、连续倒塌、上下部结构协同等实际工程的精细化分析中。有限质点法对于强非线性行为模拟的适应性以及并行计算能力的优势使其可以以较低的成本完成界面行为的细观模拟。该文提出了适用于有限质点法并行计算体系下的三角形界面单元,用于通用化地模拟界面之间的粘结、断裂、接触等界面作用行为。基于并行化的有限质点法计算框架,该文详述了并行化的作用对侦察,并介绍了基于等加速度的粘结作用、基于内聚力模型的断裂作用,以及基于罚函数法的接触作用这三种作用下的状态判据和作用力计算方法。依托于有限质点法通用计算平台FPM,通过模拟界面行为的数值算例的形式对此界面单元的计算效果进行了正确性和有效性验证。
基于SBFEM和机器学习的薄板结构缺陷反演
赵林鑫, 江守燕, 杜成斌
2021, 38(6): 36-46. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0416
摘要:
将比例边界有限元法(Scaled Boundary Finite Element Method,SBFEM)和机器学习算法相结合,基于Lamb波在含缺陷薄板结构中传播时结构的动力响应变化定量反演结构中的缺陷信息。SBFEM通过改变裂纹所在子域的比例中心位置反映不同的裂纹信息,减少了需要进行重划分的网格数量,大大提升了计算效率,能够提供足够多的反映缺陷特性的训练数据;基于极限学习机的人工神经网络机器学习模型避免了传统反分析问题求解的目标函数极小化迭代过程,能在极快的学习速度下保证缺陷反演的精度。因此,提出的缺陷反演模型大大减少了运算时间成本。若干数值算例表明:建立的反演分析模型能够根据含缺陷的薄板结构Lamb波传播时观测点的动响应信号,准确地探测出薄板结构中的开口裂纹状缺陷的位置和大小等信息,并具有很高的反演效率,且在信号含有噪声的情况下仍具有较好的鲁棒性。
土木工程学科
视波速确定方法与行波效应研究
范重, 张康伟, 张郁山, 刘涛, 张宇, 赵作周, 葛红斌, 黄进芳
2021, 38(6): 47-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S010
摘要:
通过对地震波在单一土层和不同土层之间传播规律的研究,提出基于岩土层剪切波速的视波速计算方法,并给出多土层视波速简化计算公式,便于工程应用。对于均质土层,地面某点的视波速仅与该点震源深度、震中距和土层的剪切波速有关,视波速恒大于剪切波速。采用结构中点的视波速取代根据其两端点得到的视波速,可以避免结构各方向长度不同的影响,计算简便,误差可以忽略不计。在震源深度范围内,地壳厚度通常远大于覆盖层厚度,多土层的等效剪切波速与震源所在岩层剪切波速较为接近,场地类别对视波速的影响较小。算例结果表明,文中给出的多土层视波速简化计算方法,与视波速方程数值解的误差一般在5%以内。根据95%构件内力影响系数的最大值确定地震行波效应的放大系数,可以避免由于构件内力过小引起行波效应异常增大。厦门新机场分析结果表明,考虑多点激励地震效应后,航站楼结构底部总剪力变化很小;虽然框架柱、支承屋盖钢管柱和大跨度屋盖杆件内力的平均值减小,但部分构件内力可增大约5%~10%。
深埋地下结构地震反应分析的局部反应加速度法
许紫刚, 杜修力, 徐长节, 吴晔
2021, 38(6): 62-71. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0406
摘要:
城市地下结构逐渐呈现埋深更大化、断面复杂化、空间立体化等特点,中国现行《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909−2014)推荐采用的反应位移法和反应加速度法在计算大埋深或复杂断面地下结构的动力反应方面存在一定的局限性。在广义反应位移法和传统反应加速度法的基础上,该文提出一种适用于深埋地下结构地震反应分析的局部反应加速度法,该方法只需确定局部区域自由场加速度和土层剪力;结合某深埋圆形断面的隧道结构,以整体动力时程分析方法为基准,分析了不同模型高度和结构刚度工况下局部反应加速度法的计算效果。结果表明:该文提出的局部反应加速度法是一种操作简便的实用分析方法,并且当模型高度取为地下结构高度的5倍时,可以获得较为准确的结构反应。
RC框架梁柱子结构抗连续倒塌性能不确定性分析
陈泽帆, 林楷奇, 陆新征, 李易
2021, 38(6): 72-80, 90. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0464
摘要:
近年来,结构的抗连续倒塌问题在国内外引起了广泛关注。RC框架作为实际工程中最常见的结构形式被广泛研究。然而,已有RC框架梁柱子结构的连续倒塌性能相关研究多基于确定性分析且主要针对静力拆除构件工况。该文基于OpenSees分别建立了典型RC框架梁柱子结构的静力和动力连续倒塌分析有限元模型,通过试验对比验证了模型的准确性。在此基础上,考虑结构截面几何属性、材料特性等不确定性因素,基于拉丁超立方抽样生成不同模型并分析了结构不确定性对RC框架梁柱子结构静力和动力抗连续倒塌性能的影响。参数不确定性分析结果表明:悬链线机制对RC框架梁柱子结构的抗连续倒塌性能十分重要;而以梁端转角达到0.20 rad作为RC框架梁柱子结构动力失效指标在一定程度上偏于保守。参数敏感性分析结果表明:纵筋屈服强度、极限强度为影响RC框架梁柱子结构抗连续倒塌能力的主要因素。
横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压力学性能研究及承载力计算
张世钧, 邹昀, 王城泉, 吴艺超, 陈明
2021, 38(6): 81-90. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0423
摘要:
为研究横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱的双向偏压力学性能,对两根横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱试件展开了双向偏压加载试验,探究了不同偏心距对试件在双向偏压荷载下的荷载-变形曲线、破坏模态和截面应变发展状况的影响,分析了波纹板与钢管、混凝土之间的相互作用机理。在试验基础上运用有限元模拟,分析了偏心距、加载角度、钢管厚度、波纹板厚度等多种参数对横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压荷载下承载力、延性、刚度等力学性能的影响规律,得出钢管厚度增大柱的极限承载力显著提高,加载角度对极限承载力影响不大等主要结论。最后,参考欧洲《EC4》规范钢混组合柱承载力的计算方法,提出了横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压承载力实用计算公式,以期为工程实践提供参考。
H型钢梁与矩形钢管混凝土柱平齐式端板单边螺栓连接节点弯矩-转角分析模型
赵均海, 樊军超, 高伟琪
2021, 38(6): 91-102. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0436
摘要:
为预测通过平齐端板和单边螺栓连接的钢管混凝土节点的弯矩-转角关系,该文提出基于极限弯矩、初始转动刚度和形状参数的三参数指数模型。考虑节点的可能破坏模式,提出节点极限弯矩的计算方法,基于组件法建立节点初始转动刚度分析模型,仅需节点构造尺寸和材料特性便可得到节点的极限弯矩和初始转动刚度预测值。弯矩-转角关系模型、极限弯矩计算方法、初始转动刚度模型和预测的节点破坏模式与试验结果均吻合较好。该文提出的分析模型简便、准确,避免大量试验研究和有限元模拟,能够适用于半刚性组合框架节点的分析和设计。
严重事故下核电厂安全壳结构概率性能评价
金松, 李鑫波, 贡金鑫
2021, 38(6): 103-112. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0437
摘要:
安全壳结构在严重事故下概率安全性能是核电厂结构概率安全评价中关注的重点。该文基于安全壳三维精细化有限元模型,评估了安全壳结构在严重事故工况下的概率安全性能。为了实现非线性有限元分析自动化运行,开发了Python和Matlab脚本。为量化评估统计不确定性对易损性参数的影响,分别采用统计推断法和bootstrap方法对安全壳结构易损性参数的置信区间进行估计。此外,利用 bootstrap法量化分析了安全壳结构的可靠度和总失效概率的统计特性。采用中值法和置信法评估了安全壳结构的安全裕度。研究表明:统计推断法和bootstrap法对易损性参数\begin{document}${p_{\rm{m}}}$\end{document}的置信区间估计几乎相同,对于易损性参数\begin{document}${\beta _{\rm{S}}}$\end{document},两种方法估计的置信区间差别较大,统计推断法往往会高估易损性参数\begin{document}${\beta _{\rm{S}}}$\end{document}的置信区间。内压易损性参数的统计不确定性对可靠指标和总失效概率的影响不大,并且易损性函数参数的统计不确定性对总失效概率的影响大于对可靠指标的影响。中值法计算的安全裕度与置信水平为95%的置信安全裕度相差不大。总体来看,该文研究的安全壳可以满足严重事故下概率性能目标要求,同时也能满足安全裕度不小于2.5的要求。
基于节点构形度均衡化的单层网壳结构优化设计研究
朱南海, 李杰明
2021, 38(6): 113-120, 132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0441
摘要:
为实现网壳结构节点连接能力的均衡分布,改善结构性能,提升其极限承载力。基于构形易损性理论建立了衡量结构节点构形度差异性的评价指标,用以评价结构节点连接性能的差异性。在此基础上,将构件截面尺寸作为优化变量,以节点构形度差异系数最小化为优化目标,并考虑结构位移、构件长细比、强度及稳定性等约束条件,采用粒子群算法优化结构构件的截面尺寸。结果表明,节点构形度差异系数能准确反映网壳节点连接性能的差异性,通过粒子群算法优化结构构件的截面尺寸,可实现结构节点连接性能的均衡分布,改善结构在地震作用下的倒塌模式,有效提升了结构的整体性能。
基于实时混合试验误差累积规律的时滞影响修正方法
周子豪, 李宁, 李忠献
2021, 38(6): 121-132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0442
摘要:
为减小实时混合试验中的时滞影响,通常要对数值子结构计算得到的控制指令进行在线时滞补偿。为了保障实时性,要求作动器的负载不宜过大并处于最佳的性能区间。由于大比尺实时混合试验中物理子结构负载较大,对控制系统和作动器性能都提出较高的要求。此外,目前时滞补偿算法是无法完全消除时滞影响的,也即,时滞普遍存在于实时混合试验中且无法避免。针对上述问题,基于双显式数值积分算法的误差累积规律,该文提出了一种可以在试验后对试验结果进行修正以消除时滞不利效应的方法。分析了时滞对于实时混合试验结果的影响,对较大时滞情况下,尽管系统稳定,但可能得到“错误”的试验结果;通过理论推导,证明提出方法的合理性和适用性;通过4种实时混合试验工况的模拟,验证物理子结构分别为线性刚度、线性阻尼、非线性刚度及非线性阻尼构件的时滞修正效果。结果表明:所提出的方法可以显著降低时滞对于试验结果的影响;该方法对试验中时滞补偿效果不理想的情况,可以对位移、速度和加速度结果进行修正。
考虑微观结构影响的混凝土界面过渡区裂隙渗流-溶蚀耦合模型
王志良, 张跃, 申林方, 李泽
2021, 38(6): 133-142. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0444
摘要:
根据四参数随机生长法生成了混凝土界面过渡区(ITZ)的微观结构,基于格子Boltzmann方法,采用双分布函数分别模拟渗流速度场和溶质浓度场的演化,建立了考虑微观结构影响的ITZ裂隙渗流-溶蚀耦合过程的数值模型。结合2个经典算例,验证了计算模型在处理溶质对流-扩散及反应-扩散问题方面的准确性。最后讨论了渗流流速、Ca(OH)2含量以及Ca(OH)2排布状态等因素对ITZ裂隙渗流-溶蚀耦合作用特性的影响。研究表明:裂隙初始渗流流速越快,壁面的溶蚀速率越快,其整体孔隙率增加越快。ITZ的Ca(OH)2含量越高,在壁面处其与流体的接触面积越大,溶蚀现象越易发生,并导致裂隙内Ca2+浓度也相应的增加。如果溶蚀出来的Ca2+得不到及时运移,将反过来抑制Ca(OH)2的进一步溶蚀,故ITZ裂隙的渗流-溶蚀过程受控于Ca(OH)2含量与Ca2+浓度的综合作用。对于Ca(OH)2不同排布状态的ITZ裂隙,由于渗流受到微观结构的影响,溶蚀过程稳定后其相对渗透率水平生长最大,均匀生长次之,竖向生长最小。
CFRP环带拉索静力拉伸试验及数值模拟
范凌云, 高婧, 李锦峰, 周海俊, 徐恭义
2021, 38(6): 143-150. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0447
摘要:
铰销式CFRP环带是一条具有单向纤维的CFRP连续层带,以类似于赛道的方式分层缠绕在2个分离的销钉上,荷载通过销钉进行传递。进行了层压型CFRP环带静力拉伸试验,分析了试验过程中的荷载与应力关系、试件裂纹发展过程以及破坏模式,同时建立了有限元模型与试验结果进行了对比验证。在此基础上,通过对构造参数进行分析,研究了关键参数对CFRP环带的受力特点、应力分布、破坏模式及承载力的影响。研究结果表明:环带的荷载传递效率较直线条带下降了近20%;环带承载过程中,伴随着分层现象的出现和纵向裂纹的发展,最后在直曲相交段发生脆性破坏;随着曲线段曲率、环带厚度、摩擦系数的改变,环带各层和各部分的应力最大值均有不同程度的变化,但应力最大值出现的位置总是发生在直曲相交段或直线接头外侧;曲线段的应力分布受构造参数影响更大,虽然应力水平不高,但对环带整体的承载情况和破坏模式有较大影响。
倒角化处理对于矩形高层建筑风荷载特性的影响机理研究
董欣, 丁洁民, 邹云峰, 左太辉
2021, 38(6): 151-162, 208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0451
摘要:
通过风洞测压试验,对比不同风向下、不同倒角半径的矩形高层建筑表面风压分布、整体风力及斯托罗哈数St;采用PIV试验,给出建筑的近尾流流动特性,并从流场作用角度,揭示倒角化处理对于矩形高层建筑风荷载特性的影响机理。研究表明:临界风向下,在建筑一侧分离的剪切层发生流动再附,形成分离泡;此时,建筑的阻力达谷值,升力和St达最大值。相比而言,倒角化矩形高层建筑的临界风向小于无气动措施的工况。St主要受到横风向投影宽度和尾流涡对间距的影响,在一定的风向范围内,当倒角半径达一定数值,St将有所增大。在建筑的整体阻力方面,倒角化处理将使得建筑尾流涡对尺寸减小;涡对横向流速增大,涡量掺混运动加剧,旋涡强度减弱。在此作用下,建筑整体阻力降低。在建筑的整体升力方面,采用倒角化处理后,旋涡脱落的不规则性和随机性增大,脱落强度减弱,这促使建筑整体升力减小;但倒角化处理对于升力的减小效应并非见于所有风向。
水泥混凝土路面早龄期应力行为试验研究
胡昌斌, 孙增华, 王丽娟
2021, 38(6): 163-174. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0458
摘要:
为了解路面板早龄期应力性状与行为特征,基于福建夏季高温、冬季低温、隧道恒温进行了3种典型环境条件的路面板早龄期行为现场试验。采用无应力圆筒装置去除路面板温湿度无应力应变,基于应变历史结合步进法考虑徐变松弛获得路面板典型监测位置应力性状和时程。同步监测路面板早龄期温度场和整板翘曲,比较路面板早龄期应力与温度梯度、翘曲变形的相互关系。研究显示,路面板早龄期应力一般存在压应力、拉应力、应力波动循环3个阶段,应力波动循环初期存在一个松弛阶段。路面早龄期应力主动影响因素有水化放热、环境场温湿度变化、翘曲变形和重力的联合作用,初期水化热升降温效应显著,后期温度翘曲效应显著。被动影响因素有水泥混凝土早龄期行为、结构约束、边界条件等。夏季施工面板早龄期应力和翘曲量级显著高于冬季,隧道恒温条件下面板由于湿度收缩会形成板角始终向上的凹形固化翘曲。早龄期应力波动和松弛过程的存在,造成路面板初期运营的一段时间的应力与后期正常服役期并不相同,需要规避可能与设计状态不符的初期不利工况。
正常固结非饱和黏性土的三剪边界面模型研究
胡小荣, 蔡晓锋, 陈昊
2021, 38(6): 175-190. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0462
摘要:
将三剪统一强度准则分别与非饱和土的单应力变量理论和双应力变量理论相结合提出了正常固结非饱和黏性土的三剪强度准则,在此基础上采用等量代换法与坐标平移法分别推导出可以反映土体全应力状态效应的三剪破坏应力比。将该三剪破坏应力比引入非饱和黏性土修正剑桥模型的屈服面方程以确定初始边界面,采用径向映射法则确定后续边界面,根据插值函数得到加载面上的塑性模量,据之建立了非饱和黏性土单应力变量和双应力变量下分别采用等量代换法和坐标平移法的4个三剪弹塑性边界面模型并对这4个模型做了单调和循环压缩荷载试验验证。结果表明,所建模型均能较好地反映土的变形特征,但相比之下,双应力变量下建立的模型相对单应力变量下建立的模型更接近试验结果,采用等量代换法建立的模型相对坐标平移法更接近试验结果的特点。真三轴数值模拟结果表明,单调加载时,相同应力条件下中主应力影响系数增大会引起非饱和土强度增大;循环加载时,最小主应力或中间主应力的增大均会引起土体抗剪强度的增大,且荷载振幅越大,非饱和土的轴向应变随之增大。比较4个边界面模型在真三轴应力状态的模拟结果表明,单调加载时,非饱和黏性土在双应力变量下的模拟抗剪强度值相对较大;循环加载时,单应力变量下所得塑性变形相对较大。
质量调谐-颗粒阻尼器复合减振体系的力学解析及优化分析
王宝顺, 何浩祥, 闫维明
2021, 38(6): 191-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0463
摘要:
针对调谐质量阻尼器(TMD)和颗粒阻尼器的减振特点及各自不足,提出将并联式单向单颗粒阻尼器(PSSPD)与TMD有机结合的复合减振技术方案—PSSPD与TMD并联体系。在深入剖析其减振特性的基础上,将颗粒与受控结构之间的碰撞力等效为脉冲力,建立复合减振体系力学模型和方程。采用时域和频域结合的方法并对模型进行分析并求解,使求解过程直接、无需求解微分方程且易于求解特殊激励形式动力响应。提出简谐激励下复合减振结构系统的最优减振参数设计方法,对该系统进行性能参数分析,验证了力学模型的精度及优化方法的可行性。建立该复合减振体系在地震动下的参数优化方法并对其合理性和准确性进行验证。最后,对PSSPD、TMD及复合减振体系的减振机理、性能及减震效果进行深入分析。结果表明:基于时频域解析的复合减振体系力学模型能够直观体现其减振机理,求解过程清晰且精度高,参数优化分析方法合理、可行且准确;复合减振体系有效克服了TMD和PSSPD的不足,具有更佳的减震效果、更宽的减振频带及更强的鲁棒性。
含减震外挂墙板的装配式框架结构协同抗震性能研究
种迅, 侯林兵, 解琳琳, 王心宇, 陈曦
2021, 38(6): 209-217. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0471
摘要:
针对提出的一种围护-主体协同减震装配式结构新体系,即含减震外挂墙板的装配式框架结构,开展了抗震性能研究。基于试验提出了适用于该类结构的多尺度数值模拟方法;通过一栋RC框架结构明确了该类结构的协同减震机理;基于28个案例揭示了刚度比和屈服力比对其减震机理的影响规律。结果表明:多尺度数值模拟方法可较好模拟该类结构的损伤演化模式和受力特征;减震外挂墙板中所配置的U型阻尼器可先于主体结构屈服耗能,有效控制结构响应,显著降低梁柱构件损伤程度,但不改变主体结构的损伤演化模式;随着关键设计参数(刚度比和屈服力比)的增大,结构层间位移角减震率和阻尼器耗能占比整体逐渐增大,当关键设计参数达到一定值后,两者趋于稳定。研究成果可为主体和围护协同一体化工作的高性能结构体系研发提供参考。
考虑井阻随时间变化及径-竖向渗流下砂井地基固结的解析解及其分析
江文豪, 詹良通, 杨策, 吴剑军
2021, 38(6): 218-226, 256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0478
摘要:
基于Deng等提出的砂井渗透系数随时间呈指数函数形式降低的假定,考虑了土体中的径-竖向渗流,推导建立了砂井地基的固结控制方程,并通过采用分离变量法求得了该方程的解析解。通过将该文退化解与已有的解析解及该文解析解与有限差分解分别进行对比,验证了该文解答的正确性。根据该文解答,分析了砂井地基的固结性状。分析表明,无论是否考虑竖向渗流,砂井地基的固结速率均随井阻因子\begin{document}$\alpha$\end{document}的增大而减小,且井阻的变化主要对砂井地基后期的固结性状有着重要影响;在考虑径-竖向渗流的情况下,不同\begin{document}$\alpha$\end{document}下砂井地基的最终平均固结度均可达100%;竖向渗流加快了砂井地基的固结速率,且随着竖向渗透系数kv的增大,砂井地基的固结速率增大;当地基厚度H较小时,竖向渗透系数kv对砂井地基初期的固结性状影响较大;当地基厚度H较大时,竖向渗透系数kv对砂井地基后期的固结性状影响较大。
外包不锈钢圆中空夹层钢管混凝土柱抗撞计算方法研究
安国青, 赵晖, 王蕊, 李铁英
2021, 38(6): 227-236. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0823
摘要:
目前钢筋混凝土和实心钢管混凝土构件已广泛应用于实际工程,在抗冲击性能方面已形成相关设计方法,而针对外包不锈钢圆中空夹层钢管混凝土(CFDST)柱的耐撞性能研究较少。为此,该文在前期试验研究的基础上,采用ABAQUS建立了该类构件在轴力与侧向撞击耦合作用下的有限元模型。分析了轴力-撞击共同作用下该类构件的抗撞机理;重点研究了轴压比、名义含钢率等对构件抗撞性能的影响;给出了该类构件在轴力-撞击耦合作用下撞击力平台值动力放大系数(DIF)的计算公式。结果表明:外钢管的塑性变形是构件耐撞的主要耗能机制;轴压比对构件抗撞性能起削弱作用,且当轴压比大于0.5时,削弱程度更加明显;名义含钢率、外钢管与混凝土强度、撞击速度和截面外径对构件抗撞性能影响较大;建议的计算公式能够较好预测该类构件侧向撞击下的撞击力平台值。
实腹式型钢混凝土梁疲劳破坏模式与机理研究
肖顺, 童乐为, 刘博, 咸庆军
2021, 38(6): 237-245. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.12.0886
摘要:
国内外以往研究揭示了实腹式型钢混凝土(SRC)梁在静力荷载作用下具有正截面受弯破坏与斜截面受剪破坏两种模式。该文旨在通过试验研究实腹式SRC梁在疲劳荷载作用下的破坏模式、受力性能和机理。共进行了50根SRC梁的疲劳试验,试件设计考虑了含钢率、配筋率、剪跨比、混凝土强度、设置栓钉连接件与否等参数的变化,剪跨比覆盖到1.0~4.2的范围。为了与SRC梁内部钢梁的疲劳性能进行对比,又开展了8根纯钢梁的疲劳试验。该文阐述了SRC梁各组件的疲劳破坏过程,比较了纯弯段和剪跨段的受力行为。结果表明:剪跨比从1.0变化到4.2,正截面受弯疲劳破坏都是实腹式SRC梁的绝对主导破坏模式,是其抗疲劳设计的关键问题,而斜截面受剪疲劳破坏模式很难呈现。纯钢梁受剪疲劳强度远比其张开型的正截面受弯疲劳强度高的特性,同样体现在SRC梁内部钢梁的疲劳性能上。内部钢梁正截面受弯疲劳破坏是整个SRC梁疲劳破坏的标志,改善钢梁疲劳强度的构造措施对提升SRC梁的疲劳性能具有重要意义。
机械工程学科
基于多柔体动力学理论的接触网找形方法
邱江洋, 梅桂明, 王江文, 罗群
2021, 38(6): 246-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.0474
摘要:
基于绝对节点坐标法描述的多柔体动力学理论,提出了一种接触网找形方法。考虑到接触网大变形的非线性问题,采用基于绝对节点坐标法(ANCF)描述的变长度索单元对接触网进行离散,通过多柔体动力学理论对变长度索单元的动力学方程进行推导;根据静力平衡条件对动力学模型进行退化处理,推导了张紧索单元的找形方程。同时考虑接触线的预驰度问题,根据推导的找形方程分别分离出接触线模型和定位器模型进行静态求解;对吊弦力进行更新用于承力索和吊弦模型的静态计算,得到接触网的静态构型。通过3个算例验证了该文提出的找形方法能够准确计算接触网的稳态构型,并作为动力学模型的初始条件进行验证计算。所得结果最大的相对误差不超过2%,符合工程应用的要求,能够指导接触网的设计和施工。