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基于数字图像相关理论的非接触式结构位移测量方法
周云1，2，3，程依婷2

2021 Vol.(5) 1-9[摘要](83)

为实现结构的位移及挠度测量,开展了基于数字图像相关算法的亚像素位移测量研究. 采用改进初值的亚像素算法确定待测结构目标位置的基于像素的位移,利用相机标定方法将基于像素的位移转换为工程单位. 在数字图像处理技术的基础上对编写的程序进行数值仿真试验,位移计算结果与理论值吻合良好,验证了该程序测量精度的可靠性. 搭建视觉位移测量系统,为了验证该系统的有效性，对钢框架结构模型开展了视觉测量系统和激光位移计的对比试验;研究了相机与待测结构之间的距离对视觉测量系统精度的影响. 利用该系统测量消防通道桥梁的跨中挠度，结果表明，视觉测量系统具备非接触、低成本和便于实施远距离测量等优势，可实现以毫米级精度进行结构位移测量. 该测量方法在工程结构变形测量中具有较好的应用前景. [PDF](2.64 M)(104)

考虑楼板作用的RC框架压膜机制抗倒塌承载力分析
黄远1，2，洪露露2，易伟建2

2021 Vol.(5) 10-18[摘要](46)

为研究考虑楼板作用后钢筋混凝土框架结构的压膜机制抗连续倒塌性能，利用SAP2000建立了框架梁板子结构连续倒塌有限元分析模型，通过已有的12个抗连续倒塌试验验证了分析模型的准确性和合理性. 在此基础上，通过定义考虑楼板作用后压膜机制抗连续倒塌承载力提高系数，研究了混凝土强度、楼板厚度及配筋率等参数对承载力提高系数的影响规律. 结果表明：考虑楼板作用后，结构的抗倒塌承载力将显著提高，增大靠近边柱梁端的压拱效应，减小承载力再次上升时的位移. 承载力提高系数随着混凝土强度等级、板的长宽比、梁底配筋率、梁高的增大而显著增加；承载力提高系数随着楼板厚度、板顶配筋率、板底配筋率、梁顶配筋率的增加而减小. [PDF](2.44 M)(48)

水平缝螺栓连接的全装配式复合墙体受力性能试验研究
苗欣蔚1，黄炜2，胡高兴2，张家瑞2，范珍辉2

2021 Vol.(5) 19-8[摘要](42)

提出一种用于全装配式复合墙体水平接缝的干式连接方法，通过预埋钢件、L形钢连接件和高强螺栓来连接预制墙体和上、下层结构. 为研究采用此种干式连接方式绿色装配式复合墙体的抗震性能和连接件的受力性能，以钢连接件厚度和高强螺栓规格（直径和预拉力）为关键参数，设计5榀墙体试件进行单调加载试验，对试件的破坏模式、水平荷载-位移曲线、特征值点、抗震性能指标、连接件的应变、连接件与墙板的相对滑移进行研究. 研究结果表明：水平缝采用螺栓连接的试件变形能力较强，极限位移角达1/25时仍具有较高的承载力；增加钢连接件厚度可提升试件的承载力和初始刚度，但高强螺栓规格对试件承载力和刚度无明显影响. [PDF](3.43 M)(44)

一般大气环境下锈蚀RC框架梁恢复力模型
尚志刚1，2，郑淏1，2，郑山锁1，2?覮，董晋琦1，2，贺金川3

2021 Vol.(5) 29-38[摘要](38)

对5榀一般大气环境下锈蚀RC框架梁进行拟静力试验，分析锈蚀程度对RC框架梁滞回性能的影响. 基于试验结果，结合完好RC框架梁骨架曲线特征点参数，得到锈蚀RC框架梁骨架曲线模型. 引入基于能量耗散的循环退化指数βi，提出综合考虑锈蚀RC框架梁构件基本强度退化、软化段强度退化、卸载刚度退化和再加载刚度退化的滞回规则，进而建立适用于一般大气环境下锈蚀RC框架梁的恢复力模型. 将建立的恢复力模型与试验滞回曲线进行对比，吻合情况良好，表明所建立的恢复力模型具有较高的精度，能较好地揭示一般大气环境下锈蚀RC框架梁的滞回特性. 研究成果可为锈蚀RC结构弹塑性分析提供理论依据. [PDF](2.64 M)(38)

碳纤维织物增强水泥砂浆板平面内抗剪性能
周芬，陈小晔，杜运兴

2021 Vol.(5) 39-46[摘要](43)

采用单点加载试验研究了碳纤维织物增强水泥砂浆（carbon textile reinforced mortar，CTRM）板的平面内抗剪性能，以碳纤维织物层数、钢纤维掺量两个因素对CTRM复合板力学性能进行研究. 试验结果表明：随着织物层数的增加，试件的斜截面开裂荷载、极限荷载以及开裂前刚度和开裂后刚度都得到了明显的提高；提高钢纤维掺量可以有效提高试件的斜截面承载力，提高斜截面开裂荷载和极限荷载，并且可以有效改善碳纤维织物与水泥砂浆的界面性能，减轻织物与水泥砂浆的剥离破坏程度. 最后，提出了CTRM板平面内抗剪承载力的计算方法. [PDF](2.86 M)(41)

CFRP约束圆钢管高强混凝土短柱轴压试验研究
秦鹏1，2，周昱2，李开琼2，易伟建1，2

2021 Vol.(5) 47-54[摘要](35)

为研究混凝土强度、径厚比、CFRP（碳纤维增强复合材料）层数及CFRP包裹方式等参数对CFRP约束圆钢管混凝土轴压静力性能的影响，进行了6个圆钢管混凝土短柱和18个CFRP-钢管混凝土短柱的轴压对比试验. 研究发现CFRP的约束对圆钢管混凝土承载力有较显著的提升，且承载力的提高幅度随着CFRP的增加而增加. 钢管高强、超高强混凝土短柱的破坏形态呈现为剪切破坏，延性较差，CFRP的约束可以改善其延性，且CFRP层数越多延性越好. 半包CFRP试件性能接近于全包CFRP试件性能. 随径厚比增大，CFRP约束效果下降. 若黏结良好，试件失效前，CFRP与钢管能保持协同工作；最后选取了3个经典的CFRP约束钢管混凝土轴压承载力公式进行验算，发现基于CFRP和钢管双重约束的公式能较好地预测其承载力. [PDF](2.22 M)(37)

变截面功能梯度Timoshenko梁的自由振动分析
杜运兴，程鹏，周芬

2021 Vol.(5) 55-62[摘要](33)

基于梁物理中面的概念，使用哈密顿原理，推导得出轴向力作用下材料性质沿梁高变化的功能梯度材料（FGM）梁自由振动的控制微分方程组，然后求得该微分方程组的幂级数解. 再基于弹性约束表示的一般边界条件得到频率方程. 分析了长高比、梯度指数、轴向力以及截面变化系数等参数对FGM梁固有振动特性的影响. 结果表明，剪切变形不仅会影响弯曲振动，对轴向振动也有影响. [PDF](934.85 K)(37)

基于激光超声二次谐波法检测混凝土早期损伤
许颖，郑倩，曹宇萌

2021 Vol.(5) 63-72[摘要](40)

针对混凝土结构易产生早期损伤积累等问题，提出了一种激发窄带超声波的热弹性强度调制激光技术的内部损伤混凝土试件损伤情况的检测评估方法. 借助有限元仿真法，模拟激光激励非线性细观损伤混凝土模型产生超声应力波，对混凝土模型表面接收点的位移信号进行频谱分析并计算相对非线性系数，建立相对非线性系数与材料宏观力学性能的关系，从而检测混凝土的早期力学性能退化情况. 在此基础上，搭建了压电超声二次谐波试验系统和敲击共振基频检测系统，建立了不同配合比混凝土材料非线性系数β′与混凝土动弹性模量Ed的指数回归方程. 研究表明，所提方法具有非接触性和灵敏度高等优点，能为实现混凝土早期损伤评估提供有力依据. [PDF](1.94 M)(36)

不同试模对灌浆料早期抗压强度影响试验研究
陈大川1，2，李亮如1，2，彭勃3，林悦慈1

2021 Vol.(5) 73-79[摘要](35)

采用统一的原材料、配合比、养护条件制作了3种不同试模、6个不同龄期的216个水泥基灌浆料试块，在相同的加载条件下进行了抗压强度测定，研究了在6个不同龄期下，不同试模对水泥基灌浆料试块早期抗压强度的影响及不同试模下抗压强度换算系数. 得出了第Ⅲ类水泥基灌浆料在标准养护条件下尺寸为40 mm×40 mm×160 mm棱柱体标准试块与尺寸为150 mm×150 mm×150 mm立方体非标准试块的早期抗压强度换算系数和第Ⅳ类水泥基灌浆料在标准养护条件下尺寸为100 mm×100 mm×100 mm立方体标准试块与尺寸为150 mm×150 mm×150 mm立方体非标准试块的早期抗压强度换算系数. 分析各个早期强度换算系数变化规律，得出可供实际工程参考的换算系数. [PDF](530.37 K)(35)

长周期地震动的能量反应谱
李宇1，李琛2，赵福志1，李钊1

2021 Vol.(5) 80-92[摘要](34)

选取139条长周期地震动记录作为输入，研究了恢复力模型参数（恢复力模型、刚度比η、阻尼比ξ、位移延性比μ）和地震动特性（周期T、震级MW、场地、PGA）对长周期地震的输入能量谱SEI、滞回耗能谱SEH和阻尼耗能谱SED的影响. 研究表明：1）恢复力模型对长周期（常规）地震能量谱的影响很大（小）；η对长周期和常规的地震动的能量谱的影响都很小；随着ξ增加，长周期（常规）地震的SEI的长周期段谱值增大（减小）；随着μ增加，长周期（常规）地震的SEH的峰值平台段延长（缩短）且峰值降低（增大）. 2）MW越大，结构损伤越大；场地土越软，能量谱值越大；若已知基准PGAref的能量谱，其他PGAoth的能量谱可由（PGAoth /PGAref）2调整得到. 基于以上的参数影响研究，采用三段式拟合函数，建立了长周期地震弹性输入能量设计谱，并拟合了μ和ξ对长周期地震能量谱的影响公式，进而得到长周期地震非弹性输入能量设计谱. [PDF](3.35 M)(33)

高速列车通过隧道-桥梁-隧道时车体的气动效应
邓锷，杨伟超，何旭辉，王昂

2021 Vol.(5) 93-102[摘要](28)

以我国高速铁路沿线上某座隧道-桥梁-隧道基础设施为工程背景，基于计算流体力学和多孔介质理论建立了列车-隧道-桥梁-风屏障-空气三维CFD数值仿真模型，研究了列车运行于隧-桥-隧全过程的气动荷载变化特性. 针对横风环境中列车运行于桥隧相连段的过程，从流场角度进一步揭示了风屏障的存在与否对气动荷载突变效应的影响. 结果表明：1）无风屏障条件下，各节车厢在“由桥至隧”过程的气动荷载波动幅度是“由隧至桥”过程中相应值的1.03~1.89倍，而风屏障的存在将使两过程中气动荷载波动幅度基本相等；2）列车气动横向力的变化对风屏障的影响最为敏感，而气动升力和俯仰力矩的敏感性相对较弱. [PDF](2.72 M)(31)

体外配置CFRP预应力筋RPC梁抗弯性能试验研究
方志，黄正猛，贾理

2021 Vol.(5) 103-112[摘要](27)

为研究体外配置碳纤维（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）预应力筋活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）梁的抗弯性能，以剪跨比、张拉控制应力及预应力度为试验参数，进行了4根体外配置CFRP预应力筋RPC梁抗弯性能试验. 基于试验结果，明确了梁的受力破坏特征，推导了梁的开裂弯矩、极限弯矩计算公式并以试验结果验证了其适用性. 结果表明：梁内未配置任何普通钢筋、预应力度为1.0的全预应力梁，均发生少筋特征的脆性断裂破坏，增大张拉控制应力可提高全预应力梁的开裂荷载，但不改变其破坏形态；梁内配置普通钢筋、预应力度为0.71的部分预应力梁，其承载能力及极限变形较预应力度为1.0的全预应力梁分别提高88.7%和18.1%，破坏模式为梁内非预应力钢筋屈服、受压区混凝土压碎的延性破坏. 钢纤维的掺入对全预应力梁抗弯性能的提升作用有限，普通钢筋的配置对体外CFRP预应力RPC梁受弯性能的改善作用显著，因此实际工程中不宜过高估计钢纤维的作用而取消体内非预应力钢筋的配置. [PDF](1.93 M)(38)

地震作用下层状岩质边坡动力响应
宋丹青，黄进，刘晓丽

2021 Vol.(5) 113-120[摘要](30)

层状岩质边坡是川藏铁路沿线区域常见的地质体，边坡的地震稳定性对工程建设具有重要的影响. 采用有限差分法软件FLAC3D建立顺层边坡及反倾边坡的数值模型，通过对比分析两种典型层状边坡的动力加速度响应，研究地震作用下层状边坡的动力响应特征及变形机理. 研究结果表明：软弱夹层对层状边坡的波传播特征具有影响，使地震波在坡内传播过程中出现局部的放大效应；高程及软弱夹层对层状边坡的动力响应具有放大效应，相同高程条件下坡表的放大效应大于坡内；与反倾边坡相比，顺层边坡的放大效应随高程增加表现出强烈的非线性增加趋势；层状边坡的动力放大效应随地震动幅值的增加而增加，水平地震力作用下层状边坡的动力放大效应大于垂直地震力作用下层状边坡的动力放大效应；软弱夹层对层状边坡的动力变形特征具有控制性作用，最上层软弱夹层为潜在滑移面. [PDF](2.47 M)(33)

循环加载下砂岩断裂特性试验及模拟
李江腾，张琰，马刚，赵远

2021 Vol.(5) 121-128[摘要](25)

利用WHY-200/10微机控制万能试验机，对红砂岩人字形切槽圆盘试样（CCNBD）进行静态与循环加卸载试验，研究在循环加卸载下红砂岩的Ι型断裂力学特性及变形特征；并基于红砂岩的宏观力学参数进行PFC3D数值模拟试验，探究微裂纹扩展规律. 试验结果表明：循环荷载的作用会使砂岩的Ι型断裂韧度值KΙC减小；且随着循环次数的增加，砂岩的Ι型断裂韧度逐渐减小，直至达到某一下限值；砂岩CCNBD循环加载曲线受到其静态加载曲线的严格控制，循环加载破坏点变形量与静载曲线中同荷载水平下峰后变形量相近；循环加载下试样的径向位移变形过程和微裂纹扩展规律与上限荷载比相关，主要有3个阶段：初期加载阶段、中期稳定阶段、后期加速阶段；当上限比为0.95时，试样的径向位移变形过程和微裂纹扩展只有初期和加速阶段；当上限比为0.75时，其位移变形和微裂纹扩展只有初期和稳定阶段，且不发生断裂破坏；循环加载下试样韧带两端断裂过程区（FPZ）的微裂纹发生充分衍生和扩展，最终的微裂纹数目明显多于静态加载. [PDF](1.60 M)(31)

地震动斜入射下层状岩体隧洞接触响应分析
赵勐1，2，肖明1，2，陈俊涛1，2，金汉城1，2

2021 Vol.(5) 129-139[摘要](31)

为研究层状岩体对隧洞地震响应的影响，考虑地震动斜入射特性和层状岩体层间非线性接触特性，建立一种层状岩体水工隧洞地震动力响应数值模拟方法. 首先，基于三维黏弹性人工边界条件和波场分解理论，将地震动转化为作用于人工边界上的等效节点力，建立了一种层状岩体中地震动三维空间斜入射输入方法. 其次，针对地震作用下层状岩体层间动力相互作用特点，建立了一种考虑接触面黏结滑移特性的动接触力算法. 将该模拟方法应用于巴基斯坦阿扎德帕坦水电站输水隧洞抗震稳定计算，对比分析地震动竖直入射、地震动斜入射、地震动斜入射且考虑动接触3种工况的计算结果，结果表明，地震作用下隧洞结构的应力和位移响应受地震动入射角影响明显；层间剪切、挤压破碎带的存在加剧了隧洞的地震反应，接触面附近破坏区发展较大；考虑接触作用后，衬砌腰部的应力和位移响应相比顶拱较大，首先发生开裂损伤破坏，成为水工隧洞衬砌结构抗震设计的薄弱部位，隧洞结构的损伤区主要分布于软岩穿过部位和层间接触部位. [PDF](3.37 M)(33)

石笼网护岸结构强度和变形特性试验研究
张桂荣1，张家胜2，何宁1，汪璋淳1，罗紫婧1

2021 Vol.(5) 140-147[摘要](29)

石笼网内填石料的填充率与石笼单体结构强度指标是石笼网生态护坡技术研究中的关键指标. 采用室内石笼网填充率试验，进行了填石料的最小干密度与颗粒级配相关性研究，确定了石笼网单体结构大型直剪试验中填石料的级配曲线. 利用NHRI-4000型高性能大接触面直剪仪，进行了相同粒径和剪切条件下有无石笼网的填石料剪切比对试验. 试验结果表明：石笼网填充率随逊径颗粒含量的增大而增大；当试样粒径小于40 mm的颗粒（P< 40）的质量分数为60%时，结合一定的击实措施，石笼网内碎石能达到最佳填充效果，填充率为72%，满足设计指标要求. 石笼网结构是由填石料与石笼网组成的复合体，有石笼网的填石料抗剪强度远大于没有石笼网的填石料抗剪强度；石笼网的弹性模量远高于填石料的弹性模量，石笼网的“环箍”效应限制了填石料间颗粒的移动，增加了填石料整体稳定性；在变形特性上，除石笼单体结构整体延展性较大外，其发生应变软化和硬化的情况与一般粗粒土的变形特性基本一致. [PDF](1.29 M)(33)

温度和车速对半刚性基层沥青路面模量场和疲劳寿命的影响
黄立葵1，2，宋伟1，2，姜正晖3，杨树1，2

2021 Vol.(5) 148-156[摘要](36)

为分析半刚性基层沥青路面中沥青层模量在时间域和空间域上的分布特征，研究模量场年变化对结构层疲劳寿命的影响，将沥青面层细分为1 cm厚的亚层，基于Odemark法经迭代计算得到了沥青层中的模量场分布，分析全年456种工况下路面结构的力学响应，基于Miner线性疲劳损伤模型计算得到了考虑模量场影响的疲劳寿命修正系数. 结果表明：模量场随时间显著变化，车速为70 km/h时，沥青层各深度处的模量年最大与最小值之比达20.1~34.9，且同一时间沿路面深度方向的模量不相等；车速对模量场有显著影响，车速120 km/h与10 km/h时，沥青层模量之比达1.12~2.28；路面结构的疲劳寿命分析中，应考虑模量场年变化的影响，在20 ℃、10 Hz标准工况下分析得到的上基层疲劳寿命偏保守，下基层疲劳寿命偏危险，建议采用考虑模量场影响的疲劳寿命修正系数调整标准工况下计算得到的结构层疲劳寿命. [PDF](1.21 M)(42)

办公建筑空调随机使用行为模拟方法及案例应用
陈淑琴，邬佳婧，葛坚?覮，刘诗韵

2021 Vol.(5) 157-164[摘要](30)

根据循证设计的理论，对案例建筑中不同行为主体的空调使用行为进行实测调研并分析，总结出不同运行阶段的典型空调运行模式，利用蒙特卡洛方法对全年空调运行序列进行模拟，并以年平均空调开启时长作为校核参数，对比不同类型房间在供冷和供热工况下的实测结果与模拟结果，模拟结果误差水平不高于5.5%，验证了全年空调运行序列生成方法的合理性和实用性. 将模拟所得空调全年运行序列用于建筑能耗模拟的过程中，有助于建立基于实际建筑运行特征的建筑节能和室内热环境优化方法. [PDF](1.44 M)(34)

基于住户差异性的住宅建筑在室行为预测模型
俞准，刘竹清，李郡，周亚苹，黄余建，张国强

2021 Vol.(5) 165-172[摘要](32)

现有住宅建筑在室行为预测模型缺乏对住户差异性的合理考虑，导致模型往往存在整体预测精度不高和适用性受限等问题. 针对这一问题，提出一种考虑住户差异性的马尔可夫链在室状态预测模型. 该模型首先通过Spearman相关性分析确定了不同影响因素（即特征参数）与住户总在室时长的相关性，将相关系数作为特征参数权值并结合聚类分析对住户群体进行分类. 在此基础上采用马尔可夫链模型对住户在室状态进行预测. 为评估所建立预测模型的性能，以英国TUS（Time Use Survey）数据库为例，将改进模型与传统马尔可夫链模型进行对比分析. 结果表明，该方法能够综合考虑不同住户特征参数及其对在室行为的影响，对住户进行合理的分类，与传统马尔可夫模型相比，所建预测模型显著提升了整体性能，平均绝对误差和均方根误差分别减小了20.57%和15.35%. [PDF](1004.83 K)(35)