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工程力学
 
2017年 34卷 4期
刊出日期: 2017-04-25

基本方法
土木工程学科
机械工程学科
其他工程学科
   
基本方法
1 林永静, 袁驷
参数差分线法的退化线边界条件
参数差分线法是一种求解曲线围域上偏微分方程的有效算法,但是在退化线处存在边界条件“缺失”的问题。该文“找到”了退化线处的边界条件,解决了这个问题。文中以二维Poisson方程为例,给出了具体的公式推导,所给出的数值算例验证了该边界条件处理的正确性。
2017 Vol. 34 (4): 1-4 [摘要] ( 72 ) [HTML 1KB] [PDF 210KB] ( 61 )
5 张鹏飞, 罗尧治, 杨超
基于有限质点法的三维固体弹塑性问题求解
有限质点法是一种新型的数值方法,可有效求解结构或机构的大变位、大变形及其相互耦合等复杂行为,目前已经应用于无穷小机构、可展结构、接触碰撞、结构倒塌破坏、结构屈曲、索杆结构、平面固体、膜结构的找形及褶皱、结构多尺度、结构精细化等方面的研究,均取得了较好的效果。为形成从平面固体到三维固体及弹塑性等问题的完整研究体系,该文基于有限质点法推导了一种适用于三维固体非线性问题分析的四面体固体元,并将其应用于弹塑性问题的求解。通过自编程序,分别计算静力,动力等经典算例,并将该方法的计算结果和有限元法及试验结果进行了对比。结果表明,该方法能够有效地求解三维固体的弹塑性等静动力问题。
2017 Vol. 34 (4): 5-12 [摘要] ( 77 ) [HTML 1KB] [PDF 771KB] ( 60 )
土木工程学科
13 施刚, 陈玉峰
基于微观机理的Q460钢材角焊缝搭接接头延性断裂研究
该文基于微观断裂力学的方法,针对Q460钢材角焊缝搭接接头的断裂行为进行了研究。分别通过对接焊缝试件的静力拉伸试验得到了焊缝材料的本构关系,11个开圆弧形平滑槽圆形截面拉伸试件标定了焊缝材料微孔扩张模型VGM和应力修正临界应变模型SMCS的断裂参量ηα,5个正面角焊缝搭接接头拉伸试验获得了焊接接头的荷载-变形曲线并进行了数值模拟。试验结果表明,E55-D2型焊材的角焊缝搭接接头拉伸破坏形式呈延性破坏。断裂参量结果分析表明,焊材的化学成分会导致焊缝金属断裂性能的差异。该文研究成果为焊缝材料建立了准确的数值模型,同时为高强度钢材焊缝的设计和焊接结构的破坏预测提供了一种有效的方法。
2017 Vol. 34 (4): 13-21 [摘要] ( 123 ) [HTML 1KB] [PDF 2541KB] ( 91 )
22 卢啸, 陆新征, 李梦珂, 顾栋炼, 解琳琳
地震作用设计参数调整对框架结构抗震设计及安全性的影响
汶川、芦山等大地震震害经验表明:地震中建筑遭受的实际烈度经常远高于规范规定的设防烈度,这导致建筑结构在地震中受到非常严重的破坏。虽然随着规范的改进和新的设防区划图的提出,我国建筑抗震的安全水准在不断提升,但是很多专家仍认为目前建筑结构的抗震安全储备偏低。因此,确定合理的地震作用对保证建筑结构的抗震安全性有重要意义。该文以基于2010版《建筑抗震设计规范》设计的一系列钢筋混凝土框架结构为研究对象,通过调整地震动力放大系数、地震作用和荷载分项系数等参数的取值,对框架进行重设计,并对框架结构进行倒塌分析,研究地震作用设计参数调整对框架结构的设计控制指标、地震力、材料用量和抗震安全性造成的影响。研究结果表明:调整措施将使底层柱轴压比增大约8%;楼板和框架梁的钢筋用量提高约6%;对初始破坏始于底层的倒塌模式,调整措施能明显提高结构的抗震安全性,但随着设防烈度提高,地震下抗倒塌能力的提高程度略有降低。
2017 Vol. 34 (4): 22-31 [摘要] ( 154 ) [HTML 1KB] [PDF 1072KB] ( 102 )
32 王笃国, 赵成刚
地震波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土结动力相互作用的大跨连续刚构桥地震响应分析
基于多源叠加粘弹性人工边界和等效线性化理论,建立了SV波斜入射下考虑场地非线性、地形效应和土-结构动力相互作用的大跨结构动力响应分析计算方法。该文首先给出了SV波斜入射下非线性场地的自由场等效线性化求解方法,然后利用ANSYS有限元软件对一座5跨连续刚构桥和场地建立了有限元模型,计算了考虑场地非线性情况下不同入射角、不同地形和不同场地刚度工况下连续刚构桥的动力响应。计算结果表明:桥墩轴力随着入射角的增大而增大,剪力则随着入射角的增大而减小;局部地形不规则程度对桥梁结构内力放大效应有所不同,地形变化越剧烈,放大效应越明显;土体刚度对考虑土-结构动力相互作用的桥梁结构动力响应有较大影响,土体越软,土-结构动力相互作用效应越明显。
2017 Vol. 34 (4): 32-41 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 647KB] ( 46 )
42 钟红, 林皋, 李红军
坝基界面在非线性水压力驱动下的非线性断裂过程模拟
基于多边形比例边界有限元法和粘聚裂缝模型提出了混凝土坝坝基界面在随缝宽非线性变化的水压力驱动下的非线性断裂数值模型。混凝土和基岩采用多边形比例边界单元模拟,界面裂缝的断裂过程区采用粘性界面单元模拟。因为界面裂缝总是处于复合断裂模态,故同时引入了法向和切向的界面单元,且考虑了裂纹面作用有法向和切向任意荷载时的应力强度因子求解。以裂尖为原点,裂尖附近的位移场和应力场在径向上解析求解,在环向具有有限元精度。因此无需在裂尖附近加密网格或采用富集技术即可求得高精度的解。对于界面断裂,可模拟出与两种材料差异性相关的非1/2奇异性。断裂过程区的水压力随缝面宽度变化,采用指数函数的形式进行表征,通过参数调整可实现不同分布的水压力的模拟。水压力与粘聚力考虑为与裂缝宽度相关的组合函数,便于非线性迭代的实现。结合多边形网格生成和重剖分技术,可方便地模拟界面裂缝在水力驱动下的扩展过程。算例研究表明了该文模型的有效性,从中也可看出考虑缝内水压及其具体分布形式对研究坝的稳定性具有重要影响。
2017 Vol. 34 (4): 42-48 [摘要] ( 64 ) [HTML 1KB] [PDF 397KB] ( 53 )
49 李冬, 金浏, 杜修力
轴压加载下高强钢筋混凝土柱尺寸效应试验研究
钢筋混凝土构件的尺寸效应主要是:1)混凝土材料本身的非均质性和力学非线性;2)钢筋/混凝土相互作用的高度复杂性共同导致的。随着建筑结构尺寸不断变大,高强混凝土的应用越来越广泛,其高脆性使得其尺寸效应行为更加明显。此外,钢筋混凝土构件大多处于复杂加载条件下,进而使得其尺寸效应问题变得尤为复杂。该文设计了最大截面尺寸为800 mm×800 mm的16组几何相似高强钢筋混凝土柱,对其在轴向受压单调加载及循环重复加载下的力学行为进行了试验研究,并对其名义轴压强度的尺寸效应进行了分析。结果表明:1)高强钢筋混凝土柱的破坏模式受到加载模式的显著影响;2)随试件尺寸变大,高强钢筋混凝土柱耗能能力减弱;3)较单调加载情况,轴向受压循环重复加载下高强钢筋混凝土柱的破坏表现出更强的脆性,且名义轴压强度减小,尺寸效应更显著;4)Ba?ant提出的“尺寸效应律”能够较好地描述大尺寸高强钢筋混凝土柱名义轴压强度的尺寸效应规律。
2017 Vol. 34 (4): 49-56,71 [摘要] ( 69 ) [HTML 1KB] [PDF 1390KB] ( 79 )
57 肖建庄, 郑世同
再生混凝土梁时变挠度分析与预测
重点考虑收缩和徐变等因素,对再生混凝土梁的时变挠度进行了理论分析。假定收缩和徐变不会相互影响,通过截面时随分析,得到再生混凝土梁时变相对受压区高度表达式。依据现有文献的试验数据,对分析结果准确性进行了验证。结果表明:对于不同的再生粗骨料取代率,时变挠度的计算结果与试验结果相比,大多数误差可控制在19%以内。该文的工作较好揭示了再生混凝土梁时变挠度的演化特点,可以为今后再生混凝土梁的长期挠度预测提供理论基础。
2017 Vol. 34 (4): 57-62 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 244KB] ( 41 )
63 刘顺, 黄生洪, 李秋胜, 陈伏彬
基于欧拉多相流模型的桥梁主梁三维风驱雨数值研究
该文利用欧拉多相流模型,对矩形断面和准流线型断面的桥梁主梁进行了三维风驱雨数值模拟计算。通过计算,得到了桥梁主梁周围风雨流场的分布和主梁上雨滴平均冲击荷载分布,并重点探讨了降雨对桥梁主梁断面三分力系数的影响以及来流攻角和湍流强度的变化对风驱雨效应的影响。通过和相关风洞试验数据的比较,验证了欧拉多相流方法在桥梁工程风驱雨研究中的有效性和便利性,为桥梁工程风驱雨研究提供了一个新的手段。通过分析发现,降雨会影响桥梁主梁的三分力系数,但雨滴对主梁的平均冲击荷载相对于风荷载而言较小,影响并不显著;攻角和湍流强度的变化对风驱雨效应的影响亦不明显。
2017 Vol. 34 (4): 63-71 [摘要] ( 67 ) [HTML 1KB] [PDF 2388KB] ( 30 )
72 郭义庆, 喻君
单柱失效下结构连续倒塌的动力响应分析
该文提出了一种基于三折线结构抗力形式和升压平台形荷载函数的非线性单自由度模型,并推导了该模型的解析解,用于分析由单柱移除引起的连续倒塌过程中的结构瞬态动力响应。该模型可以涵盖各类抗力形式,包括抗力软化及大变形条件下的悬链作用,并考虑了柱子移除时间对动力响应的影响。钢筋混凝土和钢结构的梁柱子结构的动力试验结果与非线性单自由度模型计算所得到的动力响应结果(例如跨中位移)的对比表明:此模型可以准确地预测结构倒塌过程中结构的动力响应,计算速度快,准确性高,便于应用。
2017 Vol. 34 (4): 72-77 [摘要] ( 61 ) [HTML 1KB] [PDF 2033KB] ( 75 )
78 朱志辉, 杨乐, 王力东, 蔡成标, 戴公连
地震作用下铁路斜拉桥动力响应及行车安全性研究
为研究高速铁路斜拉桥在地震作用下的车-桥耦合动力响应及列车走行性能,以新建杭长客专铁路长沙段(112 m+80 m+32 m)槽型截面独塔斜拉桥为研究对象,利用车-线-桥耦合动力学分析软件TRBF-DYNA建立了考虑地震作用的列车-轨道-桥梁耦合系统空间动力分析模型。采用等效荷载法计算轨道-桥梁子系统的地震响应,通过考虑拟静力位移分量,将钢轨相对地震响应转化为绝对坐标系下动力响应,最终通过空间轮轨滚动接触模型将地震作用传递至车辆子系统。对比分析了不同列车运行速度和不同地震强度条件下桥梁、列车动力响应的变化规律,评估了列车行车安全性能。结果表明:地震对列车运行安全性有显著影响,根据我国规范可判断列车在7度、8度、9度多遇地震下的安全行车速度阈值分别为200 km/h、180 km/h和140 km/h;根据轮轨接触评判准则,在80 km/h~240 km/h的行车速度范围内,在7度、8度和9度多遇地震下轮轨相对位移仍在安全范围内。
2017 Vol. 34 (4): 78-87, 100 [摘要] ( 58 ) [HTML 1KB] [PDF 1501KB] ( 53 )
88 羡丽娜, 何政, 张延泰
考虑年均倒塌概率的结构倒塌安全储备可接受值
推导出结构年均倒塌概率与结构倒塌安全储备之间的关系,并提出依据年均倒塌概率可接受值计算可接受倒塌安全储备系数CMR的方法。利用全概率理论,将倒塌易损性与地震危险性进行耦合,得到结构年均倒塌概率,采用中值倒塌地震强度建立年均倒塌概率与结构倒塌安全储备系数CMR的关系。结合大震倒塌概率可接受值确定年均倒塌概率可接受值,进而计算结构可接受倒塌安全储备系数CMR。结合我国抗震规范规定的加速度反应谱建立CMR谱,给出了乙类、丙类结构在不同设防烈度下的可接受年均倒塌概率值以及可接受CMR值。研究表明:结构可接受年均倒塌风险越低,结构的倒塌安全储备可接受值越大,并呈现幂函数的数学关系,而可接受年均倒塌概率又与大震强度、地震危险性以及总倒塌不确定性有关。依据我国抗震设计规范背景建议的特定可接受年均倒塌概率下的可接受CMR谱,可以反映不同周期区间结构随总倒塌不确定性变化的规律,可用于结构倒塌安全储备的快速评估。基于CECS392建议的可接受大震倒塌概率计算得到乙类建筑的可接受年均倒塌概率远小于丙类建筑,均随着设防烈度的提高而下降,相应的CMR可接受值则呈现增加趋势。
2017 Vol. 34 (4): 88-100 [摘要] ( 36 ) [HTML 1KB] [PDF 576KB] ( 50 )
101 王怀忠
轴向冲击作用下空心钢管混凝土桩应力波解析解
建立轴向冲击作用下空心厚壁圆柱壳的三维轴对称弹性动力学平衡方程,研究钢管与混凝土界面协调运动边界条件,其中波速相等的边界条件确定混凝土圆筒和钢管的波动分别适用于贝赛尔函数和修正贝赛尔函数表示,而质点位移相等和剪切应力相等的边界条件确定波动方程特征值的关系,得出空心钢管混凝土桩的波速和界面上的相互作用剪切应力的解析解,解析解与有限元结果相比较很接近。用解析解计算得出的常用空心钢管混凝土桩相互作用的剪切应力最大值远小于由试验所得出的钢管与混凝土之间的黏结强度值。
2017 Vol. 34 (4): 101-107 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 336KB] ( 37 )
108 韦凯, 张攀, 王平
扣件胶垫刚度的幅频变对轮轨耦合系统随机频响特征的影响
以热塑性聚氨酯弹性体(TPEE)的扣件胶垫为研究对象,首先利用万能试验机测得其荷载-位移非线性曲线。然后,借助非线性静力分析的有限元模型,计算车辆静载与弹条扣压共同作用下该类扣件胶垫的位移幅值及其对应的静刚度。最后,运用车辆-轨道垂向耦合随机振动分析模型,探讨聚氨酯胶垫的常量刚度、频变刚度与幅频变刚度对车辆-轨道耦合系统随机振动频响特征的影响规律。研究结果表明:聚氨酯胶垫的静刚度具有显著的非线性特征,而且在20 kN扣压力与80 kN静轮载共同作用下聚氨酯胶垫的静刚度在19.1 kN/mm~37.9 kN/mm范围内变化,其均值与规范中假设的线性常量静刚度26.7 kN/mm相近;另外,与聚氨酯胶垫的幅频变刚度相比,它的常量刚度会严重低估轮轨系统65 Hz~150 Hz的频域响应。因此,如果车辆-轨道系统中有刚度非线性较强的高分子材料,就必须综合考虑这些材料刚度的幅变与频变特征,否则将难以准确预测轮轨系统及其周边环境振动的频域响应。
2017 Vol. 34 (4): 108-115 [摘要] ( 73 ) [HTML 1KB] [PDF 779KB] ( 72 )
116 宁喜亮, 丁一宁
钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝宽度试验研究
通过9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁的四点弯曲试验,分析了钢纤维体积率、配筋率对钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝形态、裂缝宽度以及裂缝间距等参数的影响。结果表明:在自密实混凝土梁中掺加钢纤维可有效限制裂缝的扩展,掺入体积率为0.38%和0.64%的钢纤维,可使自密实混凝土梁在正常使用阶段的最大裂缝宽度减小31%~56%,平均裂缝间距减小15%~28%,纵筋应变减小40%~56%。考虑钢纤维在试验梁开裂截面的分布以及应力传递机理,结合试验数据提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的计算公式,并与MC 2010、RILEM TC-162 TDF及CECS 38:2004的公式进行了对比。计算结果表明:该文建议公式计算的最大裂缝宽度与试验值吻合较好,可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的分析与验算。
2017 Vol. 34 (4): 116-124 [摘要] ( 42 ) [HTML 1KB] [PDF 2790KB] ( 50 )
125 钱鹏, 徐千军
基于单元嵌入技术和弹性比拟的含裂纹混凝土三维渗流模拟方法
混凝土结构在服役过程中受到力学荷载和环境因素的影响会产生裂纹,裂纹的产生、扩展和连通会显著影响混凝土的渗透性。该文将混凝土看作由基体和裂纹夹杂二相组成的复合材料,采用单元嵌入技术,有效地解决了基于连续网格的实体裂纹模型存在的网格协调问题。考虑到弹性问题与渗流问题在数学上的相似性,通过对含裂纹混凝土位移场和应力场的弹性比拟,得到相应的渗流场。在计算过程中,分别研究了渗透系数、网格尺寸及裂纹张开度对渗流场的影响,以及该文方法对多裂纹体的适用性。计算结果表明:该文的方法与实体裂纹模型的渗流场计算结果吻合,保证了结果的正确性。同时也降低了三维裂纹建模的难度,提高了计算的效率。
2017 Vol. 34 (4): 125-133 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 1280KB] ( 40 )
134 宋百姓, 柯国军, 潘坚文
混凝土碱骨料反应及力学性能细观模拟
混凝土碱骨料反应是降低混凝土耐久性的主要因素之一,充分认识其对混凝土力学性能的劣化机理,有助于防治碱骨料反应对混凝土结构的危害。该文用颗粒元(PFC2D)方法建立了由骨料、砂浆和界面三相共同组成的混凝土细观模型,模拟了碱骨料反应引起的混凝土膨胀变形与微裂缝扩展过程,并对碱骨料反应劣化后的混凝土试件进行劈裂抗拉试验,研究碱骨料反应对混凝土力学性能的影响。数值模拟结果表明,该模型可有效预测混凝土碱骨料反应膨胀趋势,碱骨料反应显著降低了混凝土的劈裂抗拉强度。
2017 Vol. 34 (4): 134-139 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 1402KB] ( 32 )
140 骆欢, 杜轲, 孙景江, 丁宝荣
联肢剪力墙非线性分析模型研究及数值模拟验证
联肢剪力墙体系由于连梁的存在使得其在地震作用下的非线性行为与实体剪力墙结构相比变得更为复杂。该文改进了基于修正力插值单元(MFBFE)的柔度矩阵,将其作为该体系墙肢和连梁的非线性分析单元;建议了一种对角斜筋配筋方式连梁截面的剪切滞回模型(DCBHShear),其骨架曲线采用三折线型,包括开裂点、屈服点、极限点公式的确定,卸载、再加载刚度的变化通过剪切位移延性和刚度折减系数控制,捏拢影响由捏拢系数控制。在OpenSees中的单元类和单轴材料类开发改进的MFBFE单元和DCBShear模型,并结合实体剪力墙截面的剪切滞回模型(SWShear)和OpenSees中已有的单轴材料Steel02、Concrete02分别对两个四层1∶3缩尺的联肢剪力墙试件建模和非线性分析,给出了OpenSees框架下改进后的MFBFE单元调用这些单轴材料的实现方式。分析结果与试验结果对比显示该方法成功预测了两个试件的初始刚度、峰值力以及滞回耗能,具有较高的精度。
2017 Vol. 34 (4): 140-149, 159 [摘要] ( 56 ) [HTML 1KB] [PDF 483KB] ( 69 )
150 杨风利
角钢输电铁塔横担角度风荷载系数取值研究
完成了10 m/s、15 m/s和20 m/s来流风速下的2个角钢输电铁塔横担模型风洞试验,得到了19个风向角下横担的风轴阻力系数,分析了横担角度风系数、横线向和顺线向风荷载分配系数,构造了角度风系数函数并通过非线性拟合分析确定了拟合参数。在假定阻力系数相同的前提下,分别计算了由风洞试验和规范确定的横担有效投影面积。将试验确定的横担角度风荷载计算参数与国内外规范值进行了对比分析,提出了横担阻力系数、角度风系数和荷载分配系数的取值建议。中国规范计算横担阻力系数时,其计算式中的角钢构件阻力系数(1.3)建议由单片桁架阻力系数代替;风向角为0°时的横线向风荷载和风向角为30°时的顺线向风荷载取值偏于保守。
2017 Vol. 34 (4): 150-159 [摘要] ( 115 ) [HTML 1KB] [PDF 2505KB] ( 65 )
160 刘慕广, 王树彬, 谢壮宁, 石碧青
基于位移测量的输电塔等效静风荷载研究
以输电塔气弹模型为试验对象,基于非接触式精密位移测量系统,在风洞中测量了不同风向、风速下输电塔的位移响应。采用荷载响应相关法,建立了基于输电塔气弹模型位移响应的等效静风荷载试验分析方法。结果表明:输电塔在两轴向的风振响应均以一阶模态为主,且顺风向的脉动响应要大于横风向;计算得到的输电塔顺风向等效荷载要远大于横风向,且顺风向等效荷载中平均量占优,背景次之,共振不显著;对比分析显示,该文所建立的输电塔等效静风荷载试验分析方法合理、有效。
2017 Vol. 34 (4): 160-166 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 3526KB] ( 37 )
167 范圣刚, 郑家珵, 孙文隽, 夏新凤, 刘美景
S30408奥氏体不锈钢高温力学性能试验研究
不锈钢材料高温力学性能是不锈钢结构抗火设计与数值模拟分析的重要参数。相对于碳素钢,不锈钢材料具有强非线性、比例极限低、无明显屈服平台、各向异性、应变硬化显著等特点,高温下两种材料的力学性能存在着较大的差异。该文利用MTS810试验系统对S30408奥氏体不锈钢进行了常温、高温稳态和高温瞬态试验研究,并将试验结果与《欧洲规范》以及已有的研究结果进行了对比分析。利用稳态试验结果,对影响高温下不锈钢材料力学性能的硬化指数nθmθ进行了修正,提出高温下不锈钢材料本构关系表达式,并给出了高温下不锈钢材料的初始弹性模量、屈服强度和极限强度的折减系数。对比分析了稳态试验结果与瞬态试验结果,结果表明:通过两种试验方法获得的高温下不锈钢材料应力-应变曲线存在一定的差异;在温度600℃范围内,差异不明显,当温度超过600℃时,两者差异随温度升高而逐渐增大。
2017 Vol. 34 (4): 167-176, 186 [摘要] ( 58 ) [HTML 1KB] [PDF 2870KB] ( 101 )
177 赵卫平, 朱彬荣
高温后HSC粘结滑移基础参数测量与3D有限元数值模拟
通过自行设计的装置测量了高温后粘结问题中的化学胶结力和摩擦系数,得出了它们随温度经历的变化规律。利用测得的基础参数定义了钢筋与混凝土界面的弹塑性库仑摩擦准则并将其植入有限元模型;采用面-面接触的接触单元模拟混凝土与钢筋界面的力学行为。模型通过对钢筋肋的显式离散实现了钢筋肋与混凝土间机械咬合作用的模拟。数值结果和试验数据的对比表明,该文提出的模型可以较好的模拟高温后带肋钢筋和混凝土之间的粘结滑移。最后,利用有限元模型对400℃温度经历拔出过程中的应力分布及裂缝的扩展进行了细致的研究。
2017 Vol. 34 (4): 177-186 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 2086KB] ( 42 )
187 王晓明, 雷晓鸣, 王成树, 徐元孝
空间索形悬索桥主缆线形施工过程空间转换控制方法
由于空缆与成桥的横向坐标相差很大,空间索形悬索桥主缆在施工过程的线形转换直接决定着吊索能否安装与其弯折损伤程度。通过分析典型工程的横向偏位与偏角,揭示了不同桥型空间转换的作用与对策;分析指出不同工法的吊索横向偏角差异,并给出计算公式。提出临时缆间横撑法,发明缆间横撑装置和配套索夹,有效解决了一座“先缆后梁”法施工的空间索形悬索桥的主缆线形转换及吊索安装问题。工程应用和算例分析表明,该文方法适用于“先梁后缆”法和“先缆后梁”法;施力效率高,安全余度大,安装一次到位无需中间调整,不会制约和影响施工工序的制定;对吊点提供刚性约束,对横向偏位与偏角的控制效果更好,有更大的安全余量容许施工误差,能够适应复杂现场常需的工序中途调整,可施工性更强。
2017 Vol. 34 (4): 187-195 [摘要] ( 52 ) [HTML 1KB] [PDF 1885KB] ( 38 )
196 闫秋实, 邵慧芳, 李亮
冲击荷载作用下装配式钢筋混凝土梁力学性能研究
为了研究装配式钢筋混凝土梁(简称PC梁)的抗冲击力学性能,通过对5根PC梁和1根作为对比的现浇钢筋混凝土梁(简称RC梁)进行落锤冲击试验,研究了不同拼装位置和套筒灌浆料饱满度对PC梁的抗冲击性能影响。详细地分析了各个试件的破坏形态、冲击力、支座反力、跨中位移、整体变形耗能能力等性能。结果表明:1)冲击作用位置,拼装位置以及冲击荷载强度共同影响构件的破坏形态。随着冲击位置远离于构件拼装位置,PC梁破坏形态、接触刚度、整体抗冲击刚度等力学性能均接近于RC梁的力学性能,其抗冲击性能的设计可以参考RC梁进行设计;2)相同强度的冲击荷载作用下,预制试件拼装位置与冲击位置相同时,PC梁破坏形态表现为拼装处严重的局部破坏,刚度退化较大,整体变形耗能不如其他拼装位置的梁以及RC梁,考虑此工况的构件需采取合理的措施,提高其抗冲击能力;3)套筒灌浆饱满度对梁的抗冲击性能有影响较大,其决定PC梁的破坏形态以及刚度;4)拼装位置处交接面的边界条件是影响PC梁抗冲击性能数值分析是否准确的关键因素。
2017 Vol. 34 (4): 196-205 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 2235KB] ( 52 )
206 杨成, 唐泽楠, 常志旺, 黄国庆, 徐腾飞
基于经验模态分解的速度脉冲型地震动量化识别
对近场速度脉冲型地震而言,其速度时程的主脉冲形状通常是不对称的,为了克服该现象对量化识别速度脉冲型地震动带来的影响,基于经验模态分解(EMD)良好的自适应分解能力,该文建立了以本征模态函数(IMF)重构为基础的速度脉冲量化识别方法。使用该方法进行信号重构之后,能够有效实现信号的去噪平滑,进而通过峰点法(PPM)较为准确地确定脉冲周期,最终通过其能量大小定义脉冲特征,该文还将该方法拓展到了多脉冲识别,并在脉冲方向的显著性方面进行了验证。研究结果表明:相比其他手段,基于IMF重构的脉冲量化识别方法能够更有效地识别不对称脉冲记录,具有更好的工程适用性。
2017 Vol. 34 (4): 206-212 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 1894KB] ( 41 )
213 周竞洋, 夏志成, 张建亮, 孔新立
钢板夹泡沫铝组合板抗弯性能研究
试验设计了6块钢板夹泡沫铝组合板,其中无侧板组合板与有侧板组合板各为3块,侧板材料与面板相同,泡沫铝芯层厚度分别为40 mm、60 mm和90 mm。对组合板进行抗弯试验,绘制了组合板跨中荷载-位移(P-δ)曲线,记录了组合板变形失效过程。基于Gibson模型最大承载力公式建立了无侧板组合板的失效模式图。推导了有侧板组合板最大承载力计算公式,建立了失效模式图。结果表明:泡沫铝芯层厚度越大,组合板承载力越高,加载刚度越大。建立的失效模式图可以较好预测组合板的失效模式。与无侧板组合板相比,仅增加侧板,可以显著提高组合板的承载能力和加载刚度,有效限制泡沫铝开裂后裂缝的进一步开展。通常无侧板组合板每种失效模式仅独立对应失效模式图中一块区域,而有侧板组合板失效模式图被划分为四块区域,且表皮屈服失效模式独立对应两块区域。
2017 Vol. 34 (4): 213-220 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 534KB] ( 24 )
机械工程学科
221 李非凡, 及春宁, 许栋, 韩冰, 张海
细长柔性立管涡激振动的数值模拟研究
应用基于浸入边界法(IBM)的三维水动力并行计算程序CgLES_IBM,并结合隐式结构动力计算程序X-code,研究了低雷诺数条件下细长柔性立管的涡激振动问题。研究发现:立管的振动体现出明显的驻波振动特征。立管在顺流向主要激发奇数阶模态,而横流向处于激发状态模态的奇偶性取决于涡激振动卓越频率和立管固有频率之间的关系。涡激振动的频谱呈现为单谱模式,所有的振动能量都集中在一个窄频段上,波节处能量较弱,波腹处能量较强。波节处,时均能量传递系数为负值,涡激振动处于抑制状态,相邻波节之间,时均能量传递系数为正值,并沿展向呈现出“马鞍形”分布,涡激振动处于激发状态。柔性立管涡激振动的泻涡模式呈现出三维特性,近尾流区为2S模式,但由于倾斜泻涡造成尾涡沿展向移动,尾涡模式随后变为2P0模式,随着较弱漩涡的耗散,在远尾流区,尾涡模式又回到2S模式。
2017 Vol. 34 (4): 221-230 [摘要] ( 50 ) [HTML 1KB] [PDF 3792KB] ( 46 )
其他工程学科
231 付志超, 陈占军, 刘子强
大展弦比机翼气动弹性的几何非线性效应
随着飞行器性能和需求的提高,大展弦比机翼逐渐成为新型飞行器的主要结构形式。这类机翼具有高升阻比、大变形、重量轻等特性,几何非线性效应明显。该文采用本征梁结构模型和有限状态入流气动模型,对典型大展弦比机翼的几何非线性效应开展结构的静、动态特性和气动弹性研究。分析结果发现:考虑几何非线性效应后,机翼的变形减小;颤振临界速度降低,并且与攻角相关;机翼的时域响应则表现为衰减振动、单频极限环和多频极限环振荡,不出现振动发散状态;与传统的线性气动弹性现象显著不同。该文的方法能够有效预示大展弦比机翼的气动弹性现象。
2017 Vol. 34 (4): 231-240 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 1440KB] ( 23 )
241 李唐, 贺小帆, 隋芳媛, 李玉海
战斗机机群载荷谱损伤分散系数确定方法
在战斗机结构的设计定型阶段,要综合考虑结构特性和机群载荷谱的分散性评定机群的安全寿命,为此,需要确定机群载荷谱分散系数。该文通过对文献中的73架F/A-18C飞机的计算寿命和74架F/A-18飞机使用损伤率数据进行统计分析,结果表明战斗类飞机机群载荷谱损伤可用对数正态分布描述。给出了机群载荷谱分散系数的定义,建立了确定机群载荷谱分散系数的两种方法,推导得到了载荷谱损伤分散系数的计算公式,计算给出了典型的载荷谱损伤分散系数取值,与经验值进行了对比分析。
2017 Vol. 34 (4): 241-247 [摘要] ( 33 ) [HTML 1KB] [PDF 320KB] ( 12 )
248 党会学, 赵均海, 杨智春
切向吹气对跨声速抖振边界及载荷的控制作用
针对限制客机及运输机飞行包线的跨声速抖振问题,该文采用数值模拟方法研究了基于Venturi管的切向狭缝吹气对其边界及载荷的控制作用。结果表明:在上翼面激波位置附近进行切向狭缝吹气控制,能增大跨声速抖振的始发迎角,且在迎角大于抖振始发迎角条件下显著增大升力;不同抖振迎角条件下,不同吹气位置、不同吹气总压比的切向狭缝吹气结果表明,在上翼面激波上游位置吹气,能有效抑制激波振荡,从而显著降低激波抖振强度并同时弱化分离泡之间的相互作用,进而形成了高频低能量激励;吹气总压比变化对该位置吹气的控制效果基本无影响;在激波中间位置及激波下游位置吹气,虽然也对抖振荷载有一定减缓作用但效果不显著。
2017 Vol. 34 (4): 248-256 [摘要] ( 30 ) [HTML 1KB] [PDF 1307KB] ( 51 )
工程力学
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