留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2021年  第38卷  第S期

封面
2021年增刊封面+目录
2021, 38(S).
摘要:
基本方法
二维有限元单元角结点位移精度修正之初探
黄泽敏, 袁驷
2021, 38(S): 1-6. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.S002
摘要:
二维四边形有限元单元角结点位移相较于其他结点位移,有更高的收敛阶。对于足够光滑的问题,采用\begin{document}$m$\end{document}次单元,其角结点位移收敛阶最高可达\begin{document}$2m$\end{document}阶。该文以二维Poisson方程为例,在有限元解的基础上,利用单元能量投影(EEP)法的超收敛解计算残余荷载向量,在不改变整体刚度矩阵的基础上,仅需进行代数方程组回代,即可得到具有更高精度的单元角结点位移。数值结果表明:当采用EEP简约格式解计算残余荷载向量时,单元角结点位移收敛阶最高可提高为\begin{document}$2m + 2$\end{document}阶。特别地,对于线性元,精度翻倍,效益十分显著。
岩体多裂纹扩展演化过程数值流形方法研究
韩智铭, 刘庆宽, 王雪, 谭超, 高一帆
2021, 38(S): 7-13. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S003
摘要:
岩体中含有大量节理、裂隙、断层等各类结构面,结构面在应力作用下的扩展与贯通是导致岩体破坏的重要原因。数值流形方法(NMM)可以有效模拟连续和非连续问题,然而,其在多裂纹动态扩展的模拟方面仍处于探索阶段。该文以线弹性断裂力学原理为基础,提出了一种基于高阶数值流形方法的多裂纹扩展模拟算法。通过在基函数中增加关键项来考虑裂纹尖端位移场的奇异性;裂纹尖端的应力强度因子则采用了J积分来计算;Ⅰ型-Ⅱ型混合裂纹的开裂和扩展方向依据最大周向拉应力准则来判断;采用假设-修正的多裂纹扩展算法解决了多裂纹的扩展问题。根据强化后的基函数,对于不符合单纯形积分形式的被积函数,采用了泰勒级数展开式计算近似解。通过多个静态裂纹扩展的经典问题的数值模拟对计算方法的合理性和计算精度及进行了验证。
运动方程一阶方程组格式的线性时域有限元及其EEP超收敛计算
袁全, 袁驷
2021, 38(S): 14-20. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.07.S001
摘要:
该文将运动方程转换成一阶常微分方程组,采用Galerkin线性单元,构建相应的\begin{document}$ {h^2} $\end{document}阶精度的递推公式,并基于单元能量投影(EEP)法进行结点位移修正得到\begin{document}${h^4}$\end{document}阶精度的有限元结点解。该文中对其稳定性和收敛阶给出数学分析和证明,同时给出了一个自适应步长算法,并通过数值算例验证其不失为一种有效、简洁的时域积分算法。
土木工程学科
坡度及防雪栅对路堤周边流场影响的数值研究
李海飞, 何书勇, 刘庆宽
2021, 38(S): 21-25. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S004
摘要:
路堤边坡坡度是影响路堤周边流场的重要因素,防雪栅是道路风吹雪灾害中常见的防雪措施,通过改变边坡坡度以及在路堤的迎风侧合理设置防雪栅,有利于改善路堤周边的积雪分布。采用数值模拟方法研究不同边坡坡度的路堤的流场特性,分析路堤积雪分布,在此基础上,在路堤迎风侧设置防雪栅研究不同层数防雪栅对路堤的挡雪效果。结果表明:路堤的绕流场特性与边坡坡度密切相关,气流流过路堤形成的风速减弱区范围与边坡坡度成正比;通过在合理位置设置合理参数的防雪栅,可以改善路堤周边流场并减弱风雪流从而起到阻雪的效果。
某超高层建筑表面风压分布研究
邵远航, 崔会敏, 刘庆宽, 郑云飞
2021, 38(S): 26-30, 38. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S005
摘要:
超高层建筑表面的风压分布对建筑表面围护结构的安全使用有重要影响。据某超高层建筑的刚性模型风洞测压试验,研究了超高层建筑周围在有、无干扰建筑的情况下,表面的风压分布特性以及一些特殊测点在不同风向角的情况下风压的变化规律。结果表明:当来流风向与平面垂直时,平面上的测点取到最大正压,当来流风向与平面平行时,平面上测点往往负压最大;环境建筑对该高层建筑侧风面的风压影响较大,但风压的分布趋势不变,不同在于会放大局部风压,尤其是建筑中部。为其结构设计提出一些建议。
钢框架肋板加强型弱轴连接节点的有限元分析
徐莹璐, 苏耀烜, 尚永芳
2021, 38(S): 31-38. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S006
摘要:
为了探讨肋板加强对于传统钢框架弱轴楔形加劲板连接的适用性,运用有限元软件ABAQUS对钢框架肋板加强型弱轴连接节点进行循环荷载作用下的参数分析。结果表明,肋板加强型弱轴连接节点具有良好的滞回性能,可以将梁上塑性铰外移至肋板末端,减小梁翼缘对接焊缝破坏的风险。建议肋板长度a=l+(0.5~0.6)hb,肋板高度b=0.4 a,及肋板厚度t≥1.5tbf,其中l为楔形加劲板的长度,hb为钢梁截面高度,tbf为梁翼缘厚度,且该建议参数取值适用于不同的梁柱截面,并给出了肋板加强型弱轴连接节点的设计方法。
短边距混凝土平板支座的试验研究
许肖卓, 刘洪滔, 高晓玉, 崔瑶
2021, 38(S): 39-44. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S007
摘要:
为探究短边距混凝土网架平板支座的受力机理和破坏模式,分别针对不同混凝土边距以及不同钢底板开孔形式共3个平板支座缩尺试件进行拟静力试验。对平板支座试件的破坏模式、滞回曲线、混凝土柱上层箍筋应变进行分析。试验结果表明:采用规范中对抗剪锚筋混凝土边距的建议长度,不能避免支座混凝土边缘破坏发生,但是混凝土柱上层箍筋对混凝土边缘的约束作用明显,并且采用开长孔钢底板并合理设计开孔长度,能有效推迟甚至避免发生混凝土边缘破坏。
预制UHPC-灌注RC组合桩基方案设计及试验研究
张永涛, 李刚, 郑和晖
2021, 38(S): 45-51, 65. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S008
摘要:
针对常规钻孔灌注桩、打入桩在远海珊瑚礁地质条件下的适应性问题,提出一种新型预制超高性能混凝土-灌注混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)组合桩基结构。以某跨海大桥的引桥桩基为例,开展UHPC-RC组合桩方案设计,通过与原方案对比阐述其经济技术优势。为掌握组合桩连接段受力特性及承载力计算方法,开展5组凸形试件推出试验,结合有限元及理论分析,研究键齿高度比、键齿数量、接缝面粘结状况对组合键齿承载力和破坏形态的影响,进而确定组合键齿的合理高度比、连接段设计流程及承载力计算方法。
非标准圆斜拉索风致振动时频特征研究
孙一飞, 刘庆宽, 李震, 郑云飞, 贾娅娅, 张卓杰
2021, 38(S): 52-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S009
摘要:
明确斜拉索的气动特性对于保证桥梁的安全性和经济性具有重要意义,服役期的斜拉索在各种作用下,截面可能由标准圆变为非标准圆,因此,有必要对非标准圆斜拉索的风致振动特性进行研究。以长短轴之比分别为1.05、1.10、1.15的椭圆柱体模型为研究对象,利用风洞测振试验,研究非标准圆斜拉索的风致振动时频特征。结果表明:非标准圆斜拉索风致振动时程整体上可以分为两类,一类是类似于简谐运动的非常稳定的周期性运动,另一类则随时间变化不特别稳定,一段时间内振幅较小,另一时间段内振幅则较大;在绝大多数工况下,风致振动为第一类振动,振幅较大且非常稳定;模型的振动频率基本上在自振频率附近波动,当模型出现大幅振动时,振动频率开始偏离自振频率,这是因为大幅风致振动可能使得模型系统产生了气动负刚度或气动质量,进而使得振动频率降低。
长周期地震动-脉动风耦合作用下风电塔架动力响应分析与混合试验初步验证
梅竹, 胡皓, 戴靠山, 刘洋
2021, 38(S): 58-65. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S011
摘要:
随着我国对绿色能源需求的不断增加,风力发电场的建设逐渐向我国地震多发区扩张,风力发电塔面临着地震的严峻考验。地震荷载与常规风荷载共同作用下的风电塔性能正在成为设计中的重要参考标准。水平轴、三叶片风电塔是最为常见的风电塔类型,属于自振周期较长的高柔结构,对低频成分突出的长周期地震动比较敏感。因此,本文针对运转状态风力发电塔在长周期地震作用下的动力响应进行了分析。选择一座1.5 MW在役风电塔为原型结构,基于ABAQUS平台建立其壳单元模型,选择典型长周期地震动记录,通过动力时程分析对风电塔停机状态下的地震响应进行估计。基于Kaimal谱生成脉动风荷载,对地震-风耦合作用下的风电塔架动力响应进行模拟。结果表明:长周期地震动对风电塔塔顶位移放大作用明显,可超过风荷载成为控制荷载。为解决风电塔试验模型缩尺比较小与复杂荷载模拟问题,开发了混合试验的软件平台。通过混合试验的数值模拟结果与ABAQUS模型分析结果的对比,实现了风-震作用下风电塔混合试验的数值仿真验证。
大跨度煤棚内混合对流传热特性的数值模拟研究
王文玥, 陈琳琳, 崔会敏, 刘庆宽
2021, 38(S): 66-71. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S013
摘要:
大跨煤棚内机器作业以及煤炭自身的氧化放热都会导致室内空气质量下降,威胁作业人员身体健康,因此,合理改善煤棚入口风速,以加快煤棚内对流散热显得异常重要。该文针对放置双列煤堆 (双热源) 的大跨煤棚空间,采用二维数值模拟方法,研究煤棚内部对流传热特点。通过改变入口风速设置四种工况,研究了煤棚内流动传热的瞬态演化过程,给出初始阶段、演化阶段、充分发展阶段煤棚内流线图和温度云图,定量刻画了煤棚中心线上温度的空间分布和各类监测点上温度的瞬态演化。总结了煤棚内混合对称传热情况,为优化煤棚内通风方案、改善人员工作环境提供参考。
考虑周边建筑影响的大跨煤棚风荷载体型系数研究
郑怡彤, 吴倩云, 贾娅娅, 刘小兵
2021, 38(S): 72-76. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S014
摘要:
为了研究周边建筑对大跨煤棚风荷载体型系数的影响,以某发电厂大跨度煤棚工程项目为背景,采用计算流体力学(CFD)的方法,模拟了4个典型来流风向下结构表面的风荷载体型系数云图。研究了有干扰和无干扰、多干扰和少干扰条件对煤棚风荷载体型系数的影响。结果表明:最大正体型系数出现在结构表面的迎风面,周边干扰使最大正体型系数减小,在一定风向下出现分块现象;最大负体型系数出现在结构顶部或上表面迎风侧的前缘,周边干扰对最大负体型系数的削弱作用较小。
地铁上盖结构隔震效果研究
范重, 崔俊伟, 薛浩淳, 杨开, 高嵩, 王金金, 吴徽
2021, 38(S): 77-88. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S015
摘要:
为了深入研究地铁上盖结构隔震效果,建立了大底盘-多塔楼双自由简化模型,考察质量比和周期比对结构动力特性以及对塔楼和底盘地震作用的影响规律。采用ETABS软件建立了地铁上盖精细模型,研究塔楼高度、塔楼数量、隔震层刚度及粘滞阻尼器等对结构动力特性、塔楼和底盘减震效果的影响。双自由度简化模型分析结果表明,在隔震塔楼与大底盘常见的周期比范围内,塔楼的剪重比与塔楼质量关系不大,大底盘的剪重比随着塔楼质量增大略有减小。大底盘-多塔楼隔震结构精细模型分析结果表明,地震惯性力沿塔楼高度分布均匀,建筑高度对地震作用影响很小,大底盘的地震作用随塔楼高度增大总体上略有增大。随着塔楼数量增加,塔楼的减震效果略有下降,大底盘的地震作用小于非隔震结构。隔震层刚度增大时,塔楼地震作用增大,大底盘地震作用减小。隔震设置粘滞阻尼器后,地震力沿塔楼高度的分布规律发生明显改变,塔楼底部的地震作用减小,顶部的地震作用显著放大;设置粘滞阻尼器可以有效降低大底盘的地震作用。
旋转圆柱气动力特性风洞试验研究
刘剑寒, 马文勇
2021, 38(S): 89-92, 132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S016
摘要:
圆柱在转动时会形成非对称的流场,导致圆柱气动力发生改变,旋转圆柱的气动力在风力发电或航海领域有很广的应用前景,气动力特性的研究对这些应用有重要的意义。通过刚性模型测力风洞试验,对不同转速下旋转圆柱的气动力特性及其变化规律进行研究,总结得到转速比和升阻力系数的关系。结果表明:随着转速的提高,旋转圆柱的平均升力系数增加,平均阻力系数减小;在不同的转速比区间内平均升阻力系数的变化规律有所差异,转速提高时升力系数增加幅度有所变化,而阻力系数受到影响很小。
斜拉桥变宽度主梁的剪力滞效应分析
朱绪江, 郭健, 方明山, 谭昱
2021, 38(S): 93-99. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S017
摘要:
该文以浙江宁波舟山港主通道工程中的一座双塔单索面变宽度组合梁斜拉桥(57 m+108 m+340 m+108 m+57 m)为工程背景开展主梁受力分析,该桥主梁宽高比大,主梁构造复杂,剪力滞效应显著。为研究该斜拉桥剪力滞效应及主梁变宽对剪力滞效应的影响,采用了混合有限元方法并结合现场实测,分析了主梁局部构件的主要力学行为和应力分布特征,进一步得出了主梁顶、底在成桥状态下的应力和剪力滞系数分布。结果表明:斜拉桥单箱三室主梁截面顶、底板剪力滞效应显著。混凝土顶板随着主梁宽度增大时,剪力滞系数在不断减小;对于钢底板,因主梁宽度的变化带来的底板U肋数量的变化,导致底板应力分布不均匀,可根据剪力滞系数分布曲线优化底板的纵向肋布置。研究结果可为同类桥梁的设计提供参考。
循环荷载下混凝土疲劳损伤累积分析的颗粒流黏结退化模型
张培, 任青文
2021, 38(S): 100-109. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S018
摘要:
采用颗粒流程序对混凝土循环加载试验进行离散元模拟,模拟结果显示:局部摩擦耗能的分布反映出损伤发生的薄弱区域;累积摩擦耗能与循环加载次数呈线性关系;摩擦耗能的累积速率对循环荷载大小敏感。基于摩擦耗能与疲劳损伤之间的相关性,提出了基于摩擦耗能的黏结退化模型,分析了模型参数与疲劳寿命之间的关系。对疲劳试验的模拟结果表明:该文提出的模型能够模拟出循环荷载下混凝土的疲劳寿命,以及变形演变、刚度退化、裂纹发展等疲劳损伤累积行为,可用于分析复杂荷载工况下的疲劳损伤累积规律。
低剪跨比的榫卯连接装配整体式剪力墙受力性能数值分析
曹春利, 孙志娟, 刘继良, 初明进
2021, 38(S): 110-118. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S020
摘要:
采用有限元软件ABAQUS建立了榫卯剪力墙的精细化数值分析模型,研究了边缘构件纵向钢筋配筋率对低剪跨比榫卯剪力墙受力性能的影响。结果表明:采用库仑摩擦模型可模拟榫卯接缝中存在的新、旧混凝土结合面;数值分析模型计算结果与试验结果吻合较好,能够反映榫卯剪力墙的破坏特征;提高边缘构件纵向钢筋配筋率提高墙体的承载力,配筋率较低时增幅较为明显;榫卯剪力墙沿横向凸起根部出现竖向裂缝,表现出较好的变形能力,边缘构件纵向钢筋配筋率达到4.62%,墙体未发生脆性剪切破坏;当水平分布钢筋为8@200时,边缘构件纵向钢筋配筋率超过2.36%,峰值荷载时纵筋不屈服,墙体不再发生弯曲破坏。
考虑面外变形的装配式塑性铰支剪力墙抗震性能试验研究
田瑞鑫, 崔瑶, 王啸霆, 王涛
2021, 38(S): 119-124. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S021
摘要:
塑性铰支墙可用于替代传统RC剪力墙的底部加强区域,形成稳定的墙底塑性耗能区。通过设置只承担水平剪力和竖向荷载的抗剪组件和只承担弯矩的抗弯组件实现剪力墙弯剪解耦设计的目的。该文在已提出基于“弯剪分离”思想的塑性铰支墙的基础上展开了考虑面外变形的装配式塑性铰支墙体的抗震性能试验研究。该文介绍了两片1/3缩尺的墙体试件的拟静力试验,两个试件分别采用装配式混凝土剪力墙和装配式钢板剪力墙。试验结果表明:该文提出的装配式塑性铰支墙的连接方式是合理有效的,且该墙体试件在存在面外变形的情况下仍具有良好的抗震性能。
土-结构相互作用对储液结构动力反应的影响研究
宝鑫, 刘晶波, 李述涛, 王菲
2021, 38(S): 125-132. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S022
摘要:
该文建立了考虑土-结构动力相互作用和流固耦合效应的储液结构-土体近场有限元模型,利用人工边界技术模拟半无限地基的波动辐射效应,采用人工边界子结构法实现地震波在近场模型中的输入,在此基础上,研究了土-结构动力相互作用对储液结构地震反应的影响。研究结果表明,考虑土-结构相互作用时,储液结构-液体耦联自振频率整体向低频方向移动,且与不考虑土-结构相互作用的模型相比,出现了额外的有土体参与的自振模态。受地震波频谱成分和储液结构自振频率变化的影响,在不同输入地震波和储液量下,土-结构相互作用对结构地震反应峰值呈现不同的影响规律。对于峰值地震反应过后的后续波动,当考虑土-结构相互作用时,由于下部土体与结构相互作用产生的散射波不断向外部辐射扩散,并最终被人工边界吸收,导致储液结构及其内部水体的振动幅值快速衰减。
长宽比对长方体周边风致积雪分布影响
崔子晗, 马文勇, 李飞强, 李江龙, 柴晓兵
2021, 38(S): 133-137. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S023
摘要:
建筑物周边风致积雪是冬季多雪大风地区最常见的自然灾害之一。由于风吹雪的机理复杂,虽然数值模拟方法近几年取得了丰硕的成果,但方程及参数设置仍存在不足,实测数据库中又仅有在风雪流中单个立方体模型周边积雪的实测对比数据,模拟方法得不到广泛验证,缺乏模型的多样性限制了预测方法的进一步提升和推广。为了揭示不同长宽比对建筑物周边积雪分布的影响,对不同工况下长方体周边积雪分布进行了现场实测,同时用数值模拟方法模拟了不同工况下长方体周边风场,讨论了风场与其积雪分布的关系。结果表明:该模拟方法利用模型周边风速分布能较好地推测出积雪侵蚀堆积范围,对于不同长宽比的建筑,迎风侧积雪分布只与建筑高度有关,长宽比对其影响不大,横风向侵蚀影响范围与建筑长度成正比,且背风侧侵蚀范围受建筑长度影响较大,建筑宽度对其周边积雪分布影响较小。
火灾下钢筋混凝土梁非线性分析与寿命预测
温清清, 陈梦成, 刘超
2021, 38(S): 138-143, 166. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S024
摘要:
火灾会导致钢筋混凝土性能退化,该文基于元胞自动机(Cellular Automata,CA)与纤维模型提出了一种用于火灾下钢筋混凝土梁非线性分析的方法。建立CA模型模拟了火灾中梁截面温度扩散演化过程,得到不同升温时间下截面各处的温度;引入损伤模型得到钢筋损伤因子-升温时间变化关系;将元胞自动机模型与纤维模型结合,对火灾下钢筋混凝土连续梁进行时变非线性分析。结果表明:CA模型能够有效模拟钢筋混凝土梁截面的温度扩散过程;引入的损伤模型可有效将钢筋损伤进行量化;编制的MATLAB计算程序可有效用于高温损伤后钢筋混凝土梁的非线性分析;CA模型与纤维模型的有效结合可分析钢筋混凝土梁的变形与承载力时变演化过程,并对其耐火寿命进行评估。该方法可为火灾下钢筋混凝土结构的耐火寿命预测与评估提供理论工具。
布置压杆的弧形钢闸门静动力特性分析
张中昊, 兰佳欣, 汪可欣
2021, 38(S): 144-150. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S025
摘要:
采用通用有限元软件ANSYS建立了布置压杆的弧形钢闸门有限元模型,对压杆布置闸门模型和传统闸门模型进行了静动力特性对比研究,验证了压杆布置的有效性。根据闸门运行特点,于支臂分叉点和纵梁下翼缘处均匀布置压杆,通过有限元模型分析了压杆布置对弧形闸门的静动力特性的影响,对两种型式下的闸门分别进行了静力分析、模态分析和谐响应分析。结果表明:所提出的压杆布置闸门在静水荷载作用下的应力和位移有大幅度降低,在用钢量增加极小的情况下闸门整体极限承载能力得到大幅度提升;闸门在无水关闭情况下的自振频率随着压杆的布置而增大;压杆布置闸门的幅值响应频率增大,各关键节点响应幅值降低,达到了提升结构整体稳定和抗振性能的目的。
高强度不锈钢短尾环槽铆钉力学性能试验研究
张天雄, 王元清, 陈志华, 卜宜都, 董帅, 何伟
2021, 38(S): 151-158. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S027
摘要:
环槽铆钉作为一种性能优异的紧固件,已广泛应用于航空航天、轨道交通、桥梁和建筑结构等领域。该文为研究国产新型高强度不锈钢短尾环槽铆钉连接副的力学性能,对大量M20铆钉试件进行了材料单轴拉伸试验、单钉预紧力测量试验、单钉抗拉抗剪承载力试验及铆钉群铆接顺序试验。结果表明:铆钉的原材料沉淀硬化型不锈钢05Cr17Ni4Cu4Nb具有较高的强度及较好的延性,热处理工艺可显著提高其强度指标。铆钉预紧力的实测结果平均值为205.6 kN,建议使用155 kN作为M20高强度不锈钢短尾环槽铆钉连接副的预紧力设计值,且铆钉预紧力随时间的松弛基本可以忽略不计。铆钉群的铆接顺序为,由铆钉群中央向外进行铆接,和从接头刚度大的部位向约束小的方向进行铆接。
钢-木组合柱轴心受压性能试验研究
刘朋, 钱哲, 王浩然, 王元清
2021, 38(S): 159-166. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S028
摘要:
提出了一种钢木组合柱形式,该组合柱是将木方外包在十字钢骨周围,钢、木之间通过螺栓连接或焊接翼缘结合;进行了12个组合柱轴心受压试验,研究了钢木组合柱的工作机理与破坏模式,讨论了钢材厚度、长细比、螺栓间距等对轴压承载力的影响。试验结果表明:组合柱中钢骨为主要承受轴向压力,外围木方能够对钢材提供一定的屈曲约束;钢材厚度影响承载力主要因素;构件长细比大于5.5,外围木约束效果明显;螺栓间距对承载力的影响较小。通过有限元模拟与试验数据对比分析,吻合良好,该研究可为后续钢木组合结构研究提供参考。
不同耗能特征的黏弹性阻尼器性能对比试验研究
周颖, 刘晓芳, 汪盟
2021, 38(S): 167-177. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S030
摘要:
该文通过不同应变幅值、不同加载频率以及疲劳荷载下的低周往复试验,对A、B两种具有不同耗能特征的黏弹性阻尼器的基本力学性能进行了研究,并对其储能剪切模量、耗能剪切模量、损耗因子等力学性能进行比较分析。试验结果表明:在相同变形幅值下,A、B两种黏弹性阻尼器的损耗因子和等效阻尼比的值比较接近,其中A种黏弹性阻尼器的单位体积材料的耗能量较大,提供的刚度也更大,但是加载过程中材料内部的升温效应比较明显,疲劳荷载下的各力学性能指标的衰减量也较大;B种黏弹性阻尼器的单位体积材料的耗能量和刚度较小,但是其力学性能受材料内部升温效应以及累积疲劳损伤的影响较小,疲劳荷载下各力学性能指标的衰减量较小。因此,在实际工程应用中,A种黏弹性阻尼器适合应用于有较高的刚度需求和耗能需求的结构,而B种黏弹性阻尼器适用于对力学性能稳定性以及抗震疲劳性能要求较高的结构。另外,采用Bouc-Wen模型得到的模拟结果与试验数据吻合良好。
边坡坡度对路堤周围积雪分布影响规律的数值模拟研究
何书勇, 冯耀恒, 周一航, 王熙, 李海飞, 刘庆宽
2021, 38(S): 178-183. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S031
摘要:
道路风吹雪灾害是雪灾害地区重要的灾害类型,对交通出行等造成很大威胁。该文以二维路堤为研究对象,通过Fluent软件对不同边坡坡度下的路堤进行流场模拟,得到了不同边坡坡度下路堤周围的风速和壁面剪切速度,进而从雪颗粒运动机理上分析边坡坡度对路堤周围积雪分布的影响。结果表明:路堤周围的流场与路堤表面的剪切速度有很好的对应关系;较缓的迎风边坡可减少路堤周围的积雪,在风吹雪灾害频发的地区进行道路建设时建议选取小边坡坡度的路堤;研究结果可为路堤的工程建设提供参考。
准流线型桥梁表面压力分布研究
任若松, 孙一飞, 郑云飞, 李震, 刘庆宽
2021, 38(S): 184-188. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S033
摘要:
桥梁的气动选型对于大跨度桥梁建设影响重大,准流线型桥梁断面具有较好的气动外形。为了进一步探究该种断面的气动特性,选取某个大跨度桥梁准流线型桥梁断面为研究对象,通过风洞试验测得模型表面风压分布,并分析其变化规律。结果表明:模型上表面前半部分存在明显的气流分离与再附;下表面仅存在分离过程,没有出现再附;模型上表面腹板和下表面左侧斜腹板存在较大脉动值,可能会对桥梁风致振动问题造成不利影响。
基于两方程模型的路堤风吹雪数值模拟
李飞强, 马文勇, 崔子晗, 李江龙, 郑熙
2021, 38(S): 189-194. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S034
摘要:
道路风吹雪灾害是风吹雪地区道路规划中考虑的重要因素之一,对于风吹雪问题,数值模拟作为其研究的主要手段之一,在近年得到了较快的发展;但由于风吹雪问题的复杂性,数值模拟方法及参数的选取还有待进一步完善。采用欧拉-欧拉方法,利用雪相两方程控制模型,结合实测经验公式确定充分发育来流雪相浓度,将其作为雪相浓度壁面条件进行模拟计算,利用平坦地面风吹雪对模拟方法进行验证,分析了湍流施密特数对路堤风吹雪模拟结果的影响,并对不同风速下路堤风吹雪进行了模拟。结果表明:平坦地面风吹雪模拟与现场实测结果一致,湍流施密特数对路堤周围空间雪相浓度计算结果影响较大,不同来流风速下路堤周围雪相浓度分布规律一致,这为进一步研究道路周围风致积雪重分布及防治提供参考。
深度神经网络在EMD虚假分量识别中的应用
何定桥, 王鹏军, 杨军
2021, 38(S): 195-201. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.04.S036
摘要:
无线智能传感器结合云平台可以实现建筑结构的长期健康监测,模态识别是结构健康监测的重要内容。希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform, HHT)因其适用于非线性非平稳信号,且具有完全自适应性等特点,在模态识别领域中被广泛应用。与实验室中进行结构模态参数识别不同的是,长期监测中模态参数识别的算法不能出现主观的参数选择过程,而传统HHT的第一步经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)会产生虚假的固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)分量,对虚假分量的识别与剔除往往依赖研究人员的主观判断。该文提出了一种基于深度神经网络(Deep Neural Networks, DNN)与K-L散度(Kullback-Leibler Divergence, K-L Divergence)的新算法,可以自动化识别并剔除EMD产生的虚假分量,从而使得EMD后得到的固有模态函数均为真实分量。
具有耗能减震层的连体结构减震分析
刘良坤, 潘兆东, 谭平
2021, 38(S): 202-208, 242. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S037
摘要:
基于能量集中耗散的理念,提出在连体结构一侧塔楼设置减震层,形成具有耗能减震层的连体结构控制体系,并利用达朗贝尔原理推导了该体系的振动微分方程,研究了三种不同结构形式的连体结构控制体系最优参数特征及减震效果。结果表明:这三种连体结构控制体系的最优阻尼系数与刚度随减震层位置的上升呈下降趋势,其中最优阻尼变化相对平稳,而最优刚度则变化较大;当减震层设置在低楼层时,可以获得相对较好的减震效果,且在偏刚塔楼设置减震层的减震效果更佳,但最优参数数值更大;左右塔楼的减震效果存在一定差异性,其中左塔楼楼层响应所呈现出减震层位置越低效果越好的趋势更加明显,右塔楼则在减震层位置附近的楼层具有较好的减震效果;连体结构设置减震层后,其顶层响应抑制效果显著。
埋深对地下结构振动台模型试验结果的影响
江志伟, 刘晶波
2021, 38(S): 209-215. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S038
摘要:
振动台试验(单位重力加速度下)为开展地下结构抗震研究工作常用的试验方法,但已开展试验结果的差异较大,有时地下结构模型在极罕遇地震作用后仍然基本完好,这对获取期望的损伤破坏试验结果带来问题。产生这种现象的因素有很多,其中模型结构埋深即为关键影响参数之一。该文结合自由场大型振动台试验和整体式反应位移法分析埋深对地下结构振动台试验结果的影响,通过自由场振动台试验获取分析自由场土体在大型振动台试验中沿埋深方向的位移、剪应力、剪应变和加速度分布,并基于此,结合整体式反应位移法开展不同埋深模型结构的有限元数值模拟。结果表明:埋深不同本质上改变了模型结构所受土体变形、剪力和惯性力大小,但这些改变与结构埋深的相似比无直接关系,仅与土体本身特性和外荷载等信息有关。因此在开展试验设计时,应结合场地的地震响应来确定模型结构的埋深。在振动台试验中,土体的变形对模型结构的地震响应起决定性作用,此部分作用约占总响应的70%~80%,将结构埋置于场地最大相对变形区域可获取模型结构最不利的地震响应。
女儿墙对平屋面阵列光伏板风荷载的影响
王彩玉, 马文勇, 韩晓乐, 高飞
2021, 38(S): 216-222. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S039
摘要:
风荷载是光伏支架最主要的设计荷载之一,目前对于屋顶上的光伏支架取值尚没有统一的标准。通过刚性模型测压风洞试验的方法,对不同女儿墙高度下平屋面阵列光伏板上风荷载分布进行分析。结果表明:对于平屋面上光伏板,无女儿墙时,光伏板的整体体型系数距离屋面边缘越近所承受的风荷载越大;女儿墙高度的增加可以有效减小平屋面光伏板所受到的风吸力。当女儿墙高度大约为0.42倍的光伏板高度时,其最大负压对应的折减系数可以达到50%以上;当女儿墙高度大于该高度后,女儿墙高度的增加对减小光伏板的风荷载效应趋于稳定。
超高层建筑表面风压及行人风环境研究
郑肖楠, 崔会敏, 刘庆宽
2021, 38(S): 223-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S040
摘要:
城市风环境研究中,高层建筑对气流改变和风环境变化前人研究较多,而与高层建筑的附属结构之间相互影响也不容忽视。该文通过风洞试验对群体建筑表面风荷载进行测验,研究副塔和裙房表面风荷载的变化规律。结果表明:副塔在靠近主塔一侧,测点体型系数分布分散,且体型系数值随高度增大而减小;有干扰建筑物时地面粗糙度对副塔上测点体型系数影响可以忽略,观察工况1、工况3测点C1体型系数对有无干扰建筑较为敏感,有干扰建筑物时体型系数削弱了26%;90°风向角下,来流风经过副塔顶部及周围向后流动,部分气流产生的下冲风会减轻主塔裙房受到的风吸力。
软土地基超高层结构条件均值谱应用研究
许柳韵, 周志光
2021, 38(S): 228-236. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S041
摘要:
准确可靠的预测地震作用下的结构响应要求选择合适的输入地震动,地震动的选择最主要的步骤在于确定目标谱以及根据目标谱进行匹配、调幅的方法。常用的一致危险谱存在过于保守的问题,根据地震危险性的合成和分解而提出的条件均值谱克服了这一弊端,因而受到国内外广泛的关注。但是就目前而言,对于条件均值谱的研究在软土地基以及超高层结构方面的研究并不完善。该文以上海地区超高层建筑上海中心为主要研究对象,通过概率地震危险性分析确定了其第一自振周期点处50年超越概率10%的谱加速度值;以此为目标值进行地震危险性分解,结合上海地区衰减关系确定了上海场地平均贡献地震以及第一自振周期点对应的谱形参数,从而创建了条件均值谱。与上海规范反应谱进行对比,并运用同时匹配目标谱均值和标准差的方法进行选波。结果表明:以条件均值谱为目标谱选择的地震动离散性更大,对于长周期结构,以上海规范反应谱为目标谱偏于保守。
生土结构预应力加固抗震试验研究
高幸, 王维玉
2021, 38(S): 237-242. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S042
摘要:
生土结构预应力加固技术是针对碹窑结构缺陷提出的新型抗震加固技术。预应力加固主要分为预应力穿墙螺栓拉结、预应力钢拱圈支撑和预应力钢绞线拉结3大类型。对加固后的碹窑进行原位爆破试验,试验结果表明:预应力加固结构体系对窑身y方向的抗震性能提升显著;预应力穿墙螺栓在爆破激励下对窑脸起到明显的拉结作用;碹窑内部门洞处应力集中,加固设计时应重点关注。该加固技术适合在碹窑民居危房加固改造项目中推广应用,具有重要的科学理论价值、现实意义与应用前景。
焊接方式对负载下加固工形截面钢梁残余变形影响的试验研究
黄健鸣, 王元清, 宗亮, 张亚伟
2021, 38(S): 243-250. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S043
摘要:
为研究负载下焊接加固方式对受弯钢梁焊接残余变形的影响,该文对4根Q345B焊接工字形受弯钢梁进行了负载下的焊接加固试验研究。该4根钢梁考虑工程实际采用了四种不同的焊接加固方式。试验中测量了焊接全程中的钢梁跨中挠度与跨中上下翼缘的侧向挠度变化过程。该文对该试验中遇到的一些特殊问题以及试验现象进行了解释,分析了焊接方式对跨中挠度以及跨中转角的影响,并对比了焊接残余挠度的规范计算值与试验值,以期对负载下焊接加固试验的进行提供经验,对焊接加固方式对焊接残余变形发展的影响有更加清晰的认识,为负载下焊接加固钢梁的试验方法和设计方法提供试验依据和建议。
饱和砂土场地中地铁车站结构地震易损性分析
许民泽, 崔春义, 李静波, 王广兵, 苏健, 高凌霞
2021, 38(S): 251-258. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S044
摘要:
为进一步研究饱和砂土场地中地铁车站结构地震易损性问题,以某单层双跨地铁车站为研究对象,综合考虑场地类别、地震动不确定性的影响,采用u-p格式饱和两相介质有效应力动力求解方法,建立饱和砂土场地-地铁车站结构体系耦合动力非线性分析数值模型,选取最大层间位移角为结构损伤指标,基于增量动力分析IDA法获得结构在地震作用下动力响应数据,进而构建地铁车站结构的地震易损性曲线,并求得结构在各级地震动作用下的不同破坏状态超越概率。分析结果表明:当PGA<0.7 g时,饱和砂土场地中地铁车站结构以发生中等损伤和轻微损伤为主;当PGA≥0.7 g时,结构以严重损伤为主,并且向坍塌发展。此饱和砂土场地中地铁车站结构地震易损性分析流程方法,可为地铁车站抗震设计和减灾预测评估提供参考。
其他工程学科
应力加载历史对铁磁性材料压磁磁场演变规律的影响
包胜, 赵政烨, 罗强
2021, 38(S): 259-263. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.S032
摘要:
为了进一步明确历史应力对材料疲劳性能的影响,引入了压磁磁场作为新的损伤指标,对30Cr合金钢进行了循环变幅应力逐级加载试验,采用磁通门磁通仪对试件周围磁场进行整个加载过程中的在线监测,研究了试件在经历了不同的历史最大应力后,其压磁磁场在循环应力作用下的演变规律,并且分析了压磁磁场在材料发生不同程度的疲劳损伤时的特征表现。对其进行分析的结果表明:历史最大应力使得材料内部发生位错和微裂纹,对后续的疲劳加载有明显的影响。
基于BEM的风力机叶片气动性能计算分析
陈安杰, 王策, 贾娅娅, 刘庆宽
2021, 38(S): 264-268. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.05.S035
摘要:
叶片是风力发电机组捕获风能的核心部件,因此叶片的气动性能及可靠性是风力机安全运行的关键。本文以某1.5 MW风力机为研究对象,采用GH Bladed计算软件计算得到风力机叶片气动载荷的分布规律,并分析了风速及叶尖速比对叶片的气动载荷影响特性。结果表明:轴向荷载数值远大于切向荷载数值,轴向荷载数值沿着叶片尖端到叶片根部不断减小,随着风速的增大,轴向荷载沿展向分布曲线愈加平缓;叶根气动载荷中起控制作用的是轴向推力与挥舞方向弯矩,且随着风速增加至额定风速而单调增加;叶尖速比增大至5时,轴向荷载沿展向分布曲线平缓且峰值减小,当叶尖速比从7增大至11时,轴向荷载在叶尖又出现尖点且峰值大幅增加;当叶尖速比增大至7时,切向荷载逐渐增大,当叶尖速比从7增至11时,切向荷载减小;叶根气动载荷中起控制作用的是轴向推力与挥舞方向弯矩,随着叶尖速比的增大而单调增加,摆阵方向弯矩值随叶尖速比的增加呈现出先增大后减小的趋势。