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  • 2015年第42卷第1期文章目次
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    • 椭圆形高耸结构风荷载特性试验研究

      2015, 42(1):1-8.

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      摘要:结合武汉天河国际机场三期扩建空管工程塔台刚性模型同步测压风洞试验结果,对椭圆形高耸结构的风荷载特性进行了研究.讨论了典型风向角下不同测点层的平均风压系数和极值风压系数的分布规律;基于测点层的风荷载合力时程,采用快速傅里叶变换的方法,得到了椭圆形高耸结构在90°风向角(最大迎风面)下的三维层风荷载功率谱,并采用经验公式对其进行拟合, 拟合效果较好.采用LRC法计算了平均风荷载、背景和共振等效静力风荷载,并将结果与荷载规范建议的惯性风荷载法对比,发现两种方法得到的等效静力风荷载吻合较好.

    • 某拟建838 m高楼多自由度气弹模型风洞试验研究

      2015, 42(1):9-16.

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      摘要:为了考察某拟建超高层建筑(总高838 m)在设计风速下的风致响应,对该大厦进行了多自由度气弹模型风洞试验.模型自振特性测试表明,该气弹模型各横截面对两个正交的水平主轴对称,每个轴向1阶和2阶频率误差分别在1%和28%以内,1阶阻尼比约为2%,平动振型与实际结构有限元模型计算结果较为一致.分析不同风速和风向角下风致响应发现,该大厦顶部在100年重现期设计风速下最大动态侧移为0.89 m,且动态位移本身并未使结构顶部位移超标,而10年,50年和100年重现期下风致加速度响应超过规范阈值幅度分别为16%,23%和29%.另外,该大厦横风向涡振使得临界风速附近横风向风致响应明显偏大,如果假定风荷载谱为白噪声,则横风向1阶气动阻尼比对总响应的贡献达37%.若欲保证该建筑在百年一遇风速下加速度在允许范围内,则须使其结构阻尼比在2.9%以上.

    • 运行状态下超大型冷却塔内表面风荷载的数值模拟研究

      2015, 42(1):17-23.

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      摘要:对运行状态下的某超大型双曲冷却塔的内表面平均风压进行了CFD数值模拟.在计算流体动力学软件基础上进行二次开发,采用DPM模型结合UDF函数方法加入源项来研究某超大型冷却塔内表面平均风压分布;塔中水相采用了拉格朗日方法模拟,而空气相采用欧拉方法模拟,较好地实现了冷却塔运行状态下的内外流场计算及其与传热传质的耦合计算,分析了运行状态下冷却塔横风向来流时的内压分布规律.无侧风工况下计算结果显示,塔运行过程中的内表面压力对称性良好,出水温度与实测结果相符,验证了本文提出的塔运行过程中的传热传质计算方法的正确性.侧风工况下得到塔内压力系数沿高度方向相应变大,而沿纬向变化不明显.同时讨论了中国规范对内表面压力系数的取值不完善之处,给出了建议取值,为超大型冷却塔设计过程中的内压计算提供方法和依据.

    • 特大型冷却塔单塔内表面风荷载三维效应及其设计取值

      2015, 42(1):24-30.

      摘要 (924) HTML (0) PDF 0.00 Byte (1) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过刚性模型测压风洞试验获得某核电站220 m高特大型冷却塔的内表面风荷载,分析冷却塔内表面风荷载的三维效应,采用有限元计算方法对内压设计取值简化进行探讨,并对结果产生的原因进行分析.结果表明,冷却塔内表面风压并非完全沿环向、高度均匀分布,这种不均匀性以风筒施工期间的空塔尤为严重;尽管内压的大小及分布特征会对响应产生一定的影响,但由于冷却塔的风致响应中以外压占主导地位,内压对响应的贡献较小,将具有“三维效应”的内压简化为沿高度、环向不变的常数进行设计可满足安全性要求,大小可取为-0.50.研究结果可为200 m级特大型冷却塔设计内压取值和相关规范修订提供参考与依据.

    • “顶吸基隔”结构非平稳随机地震反应分析新方法

      2015, 42(1):31-39.

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      摘要:为了有效抑制基础隔震结构的隔震层及主结构的过大位移,设计了“顶吸基隔”减震结构并提出了相应的非平稳随机反应分析新方法.通过在基础隔震结构的顶部布置调谐质量阻尼器来构建减震结构,分别采用Bouc-Wen模型及其刚度退化模型模拟隔震层及各楼层的滞回特性.通过在精细积分法中引入复化Cotes积分,并结合虚拟激励法,提出了求解减震结构非平稳随机反应的CCIM法.依据首次超越破坏准则,建立了以结构层间位移角为评价指标的动力可靠度极限状态方程.通过分别采用CCIM、蒙特卡罗法和时域显式蒙特卡罗法对减震结构进行随机反应分析,验证了CCIM具有高效率和高精度的特点.以一座30层钢框架结构为算例,分别计算了减震结构、基础隔震结构和未控制结构在8度和9度罕遇地震作用下的随机反应.结果表明:本文提出的“顶吸基隔”减震结构的整体可靠度比基础隔震结构和未隔震结构的都要高,该减震结构具有极大的工程推广价值.

    • 锤击作用下钢筋混凝土框架倒塌性能试验研究

      2015, 42(1):40-46.

      摘要 (893) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究钢筋混凝土平面框架结构在局部构件失效后的静、动力特性,完成了两榀两跨单层平面框架试验,其中一榀框架用于静载试验以获取框架静力特性数据,另一榀框架分别在空载、均布线荷载情况下采用锤击法进行动力试验,获取试验框架的位移、加速度和钢筋应变等动力响应数据.通过对比分析静载与动力试验结果,研究框架梁在锤击过程中的受力特性.试验结果表明:在大当量力锤锤击作用下,动力位移幅值与输入冲量近似呈线性关系,随着锤击力的增加,结构阻尼变化较小,频率下降.布有均布线荷载的框架梁在锤击荷载作用下产生了拱效应,刚度略有提高.尽管力锤最大锤击力超过框架梁最大抗力,但冲击能量不可使其发生倒塌.

    • 一种新型自保温过梁抗弯及保温性能试验分析

      2015, 42(1):47-52.

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      摘要:对研制的一种通过在梁内开缝并填充保温材料来阻断冷热桥实现自保温功能的过梁进行了试验分析.进行了2根实心过梁和8根自保温过梁的抗弯性能试验.试验结果表明,自保温过梁中外叶梁和内叶梁的协调工作性能良好,在正常使用极限状态下的实测最大裂缝宽度均小于短期荷载下的限值,能满足正常使用要求.同时,开缝和宽度比对初裂荷载和破坏模式基本没有影响.此外,虽然开缝导致自保温过梁承载力略小于实心过梁,但两者承载力的差值不明显.自保温过梁的传热系数值比实心过梁下降65%,热工性能明显优于实心过梁.

    • 新型煤气柜内压弯曲分析方法研究

      2015, 42(1):53-61.

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      摘要:严格控制新型高压煤气柜内压弯曲,是保证结构气密性和正常运行的关键问题,其受力模型为具有多根环向加筋圆柱壳受局部内压作用的弹性弯曲.把弹性地基板条梁法拓展应用到该结构体系;同时对传统离散加筋法进行改进,考虑了壳体厚度、半径及加筋肋间距对结构环向刚度的影响.以30万m3新型煤气柜为例,采用弹性地基板条梁法、改进离散加筋法、密加筋法和有限元法进行了分析.在此基础上,给出了判定环向加筋圆柱壳密肋、稀肋的方法.分析结果表明,弹性地基板条梁法具有适用性强、精度高、效率好;当环向加筋间距dr>3.875 (Rh)1/2时,改进离散加筋法计算效率较高.

    • 基于动力方法的RC框架结构整体超强能力分析

      2015, 42(1):62-67.

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      摘要:结构超强系数是结构在强震作用下不发生倒塌的重要因素,但是目前中国现行抗震规范没有纳入结构超强能力的影响,对于结构安全性的计算都是考虑结构构件,没有更多地考虑整体结构的承载能力.考虑不同设防烈度,不同层数严格按现行抗震规范设计了17个典型RC框架结构,采用OpenSees进行有限元建模与分析,并采用结构拟静力试验数据对有限元模型进行验证.采用非线性动力方法对所设计典型结构的地震反应进行了分析,得到了按现行抗震规范所设计结构的整体动力超强系数能力值的取值及其变化规律.结果表明:通过结构整体动力超强系数能力值,可以预测临界倒塌状态时结构的最大承载能力.分别按Ⅵ度,Ⅶ度和Ⅷ度抗震设防设计的结构,结构整体动力超强系数能力值分别至少要达到6, 4和3,其最低值和NEHRP2000推荐条文中给出的结构整体超强系数限值3一致.

    • 注浆压力动载荷作用下盖重非线性响应简化分析

      2015, 42(1):68-74.

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      摘要:为解决大坝混凝土盖重在注浆压力动载作用下产生抬动效应导致盖重破坏,从而影响大坝防渗等工程实际问题,建立了一种混凝土盖重在固结注浆压力动载荷作用下的非线性动力学响应简化分析模型.考虑到盖重下方基层在注浆压力动载荷作用下具有非线性、滞后性、变形累计、强度和刚度退化等特性,采用了Bouc-Wen退化迟滞模型,并对盖重下方土层与岩层分别采用了不同的刚度系数与阻尼系数,分析了混凝土盖重在注浆压力动载影响下非线性动态力学响应的滞后效应,得到了不同外载荷频率作用下,盖重抬动位移与变形速度的非线性响应曲线.实例分析结果表明,该模型可以较好地模拟各种工况下盖重注浆的非线性动力学响应问题,为动载作用下的盖重注浆抬动位移控制提供了一种参考方法.

    • 基于分形理论的粉煤灰渗透率研究

      2015, 42(1):75-80.

      摘要 (868) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:以冻干法制作的粉煤灰不扰动试样为对象,研究粉煤灰的孔隙结构,利用显微数码成像技术、专业图像处理技术,结合分形理论得到了粉煤灰孔隙半径分布分维数,并分析了粉煤灰孔隙结构具有多重分形的原因.利用毛细管束模型和Poiseuille方程推导了粉煤灰的渗透率与孔隙半径分布分维数之间的定量化函数式.由参数分析可知粉煤灰的渗透率随最大孔隙半径及拐点孔隙半径的增大而增大、并且随区间Ⅰ和区间Ⅱ的孔隙半径分布分维数的增大而减小.

    • 基于Meyerhof理论的临坡地基极限承载力简化分析方法

      2015, 42(1):81-89.

      摘要 (884) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有临坡地基承载力研究方法中采用竖向均布作用力代替基础埋深影响而不能充分考虑埋深内土体抗剪强度贡献的问题,引入Meyerhof理论.首先,基于临坡条形基础地基的工程特点,通过研究其破坏机理,构建出考虑临坡条形基础埋深内土体抗剪强度作用的单侧滑移破坏模式.然后,在此破坏模式研究基础上,基于Meyerhof理论求解基础埋深内土体抗剪强度影响作用的思路,通过引入刚体极限平衡分析方法,导出了能够反映临坡条形基础埋深内土体抗剪强度作用、基础距坡顶距离、基础两侧埋置深度不同以及基础两侧侧壁与土体摩擦作用影响的临坡条形基础地基极限承载力简化计算公式,较已有研究成果计算方法更简便,更具工程适用性.最后,通过工程实例计算分析并与现有研究分析方法对比分析,表明了本研究方法的可行性与合理性.

    • 含水率对非饱和砂土力学特性影响的试验研究

      2015, 42(1):90-96.

      摘要 (913) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:使用WF 循环单剪试验系统,对不同法向应力、不同含水率的非饱和砂土在单向剪切作用下的力学特性进行了系统的试验研究.砂土含水率为5.4%~25.4%,法向应力为25~300 kPa,主要考察含水率、法向应力对非饱和砂土力学特性的影响规律.试验结果表明:存在一个临界含水率,当非饱和砂土含水率大于该临界含水率时,其剪切应力-剪切位移关系将由双曲线函数变为双折线函数.当非饱和砂土含水率小于临界含水率时,非饱和砂土的抗剪强度随含水率增大变化幅度较小.当含水率高于该点后,抗剪强度随含水率增大急剧降低.含水率对土的黏聚力、内摩擦角、剪胀性等力学特性具有重要影响.

    • 密贴下穿地下工程施工新工艺“CRD+多重预顶撑”研究

      2015, 42(1):97-103.

      摘要 (943) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于北京地铁10号线公主坟站密贴下穿1号线公主坟站的工程背景,参照其采用“CRD+多重预顶撑工艺”的真实施工步序,运用有限差分软件FLAC3D建立了三维精细化数值计算模型,研究了新建站的施工过程中土体塑性区的变化及既有站的变形规律.结果表明,采用“CRD+多重预顶撑”工艺进行密贴下穿施工可有效控制既有结构的变形,满足其沉降控制要求,对比模拟与实测的变形分布曲线,二者吻合较好.施工完成后,既有结构纵断面呈双凹槽式变形,横向为“V”字形沉降,与Peck曲线相似,且底板沉降值较顶板的略大.千斤顶卸除时可能造成结构局部较大变形或开裂,应分级释放其轴力.开挖过程中,土体主要发生剪切破坏,塑性区在四个角点区域向外延伸成蝴蝶形.提出“同步顶升,伺服控制”的施工理念,以实现对既有结构沉降变形的主动控制.

    • 热湿环境参数对PMV及空调能耗的影响研究

      2015, 42(1):104-108.

      摘要 (960) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过正交数值实验分析了热湿环境参数对PMV影响的显著性,在通常的环境参数变化范围内,影响程度从大到小依次是:空气温度、风速、平均辐射温度及相对湿度.分析了4大环境参数在定PMV控制时对能耗的影响规律及影响显著程度.保持PMV不变的前提下,分别比较了不同热湿环境参数组合下的能耗,发现不同组合之间能耗差异较大,说明其中存在最优参数组合,使得满足人体热舒适的前提下能耗最小.研究结果为今后实现空调系统的PMV优化控制提供了方向和依据.

    • 建筑围护结构节能设计火用分析及CO2排放研究

      2015, 42(1):109-114.

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      摘要:以夏热冬冷地区株洲市某办公楼为研究对象,基于全生命周期理论与火用方法,对建筑围护结构不同节能设计方案能耗、火用耗及CO2排放量进行分析,并结合热经济学原理,建立了围护结构火用成本分析模型来综合评价节能设计方案的经济性及节能性.结果表明:当节能设计后建筑运行阶段节约的能耗或CO2减排量大于因节能而投入的能耗及CO2排放量时,才能达到真正意义上的节能.文中方案1,方案2中建筑运行阶段节约的能耗分别需要10年,11年才能抵消建材生产阶段产生的能耗,CO2减排量分别需要4,5年才能抵消建材生产阶段产生CO2排放量.且建材生产阶段的火用耗远远大于节能设计后运行阶段节火用量,火用成本的分析结果表明较低的单位火用成本,意味着选用投资较少的节能改造方案,较多的使用低品位能源,得到了火用效率较高的制冷量、制热量,建筑整体节能性和可持续性高.

    • 内嵌管式辐射地板的频域热特性分析

      2015, 42(1):115-119.

      摘要 (967) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于经典有限差分原理建立了内嵌管式辐射地板的频域有限差分(FDFD)模型,同时采用Fluent软件建立了内嵌管式辐射地板的CFD模型作为参考模型,将内嵌管式辐射地板FDFD模型在典型频域点的计算结果转换成时域内的幅值与相角,并与CFD模型的计算结果进行对比.FDFD模型能准确预测内嵌管式辐射地板的热特性.采用FDFD模型进一步计算了不同厚度绝热层的辐射地板的频域热特性,分析了绝热层厚度对内嵌管式辐射地板热特性的影响.结果表明,在高频区域,绝热层厚度对地板传热的影响较小,而在低频区域内影响较为明显,尽管绝热层厚度取到40 mm,地板下表面仍存在较大的热流损失,约占管道热流的16%.

    • 冷却塔全年运行适宜条件分析

      2015, 42(1):120-126.

      摘要 (790) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:以横流湿式冷却塔为分析对象,基于冷却塔热湿交换原理,结合其热湿传递四变量模型以及所构建的冷却塔热湿交换性能评价指标,以冷却塔额定工况的热湿交换能力为比较基准,重点分析了季节和室外气象参数(温度、湿度等)变化,对冷却塔热湿交换性能的影响规律;在此基础上,进一步分析了南京、武汉、重庆三地区全年运行的适宜条件.研究结果表明:基于冷却塔变水量条件,三地区夏季负荷高峰期(7,8月份)冷却塔运行适宜的水气比为μ=0.5~1,夏季负荷平谷期(6,9月份)适宜的水气比为μ=0.3~1;过渡季节,重庆地区不适宜运行,南京和武汉地区适宜运行的月份为3月和11月,水气比为μ=0.4~0.6;冬季(1,2和12月份),三地区适宜的水气比为μ=0.5~0.76.

    • 基于岩土失调温度限值的土壤源热泵系统土壤蓄能状态评价

      2015, 42(1):127-135.

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      摘要:基于岩土失调温度限值、建筑负荷特征、传热机理等多参数耦合的分析方法,提出了系统节能率、系统总运行费用现值和系统失效指标等评价指标,并建立了土壤蓄能状态评价体系.以评价体系为基础,通过CFD软件建立三维地下埋管管群数值计算模型,构建了评价全寿命周期内的土壤源热泵系统土壤蓄能状态的计算方法.计算和分析结果表明,评价体系和计算方法不仅可以较客观地反映土壤的蓄能状态,同时能够预测基于实际工程运行特性下的岩土失调温度限值范围和全寿命周期内节能性和经济性的失效时间点.

    • 基于MCMC算法的贝叶斯面板单位根检验

      2015, 42(1):136-140.

      摘要 (1130) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对面板单位根检验存在检验势不稳定和原假设设置主观选择的问题,提出基于面板数据分位自回归模型,选择非对称Laplace分布的似然函数对模型进行贝叶斯分位回归分析.结合参数的完全条件分布设计MCMC抽样算法,进行贝叶斯分位单位根检验,并利用Monte Carlo模拟实验研究了贝叶斯分位单位根检验的有效性与可行性.研究结果表明,基于面板数据分位自回归模型的贝叶斯单位根检验方法解决了检验势不稳定以及原假设主观设置的问题,能够给出更全面稳健的单位根检验判断.

湖南大学学报(自然科学版)编辑部

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