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  • 2019年第46卷第5期文章目次
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    • 基于OpenSees的钢筋混凝土平面框架 抗连续倒塌能力分析

      2019, 46(5):1-10.

      摘要 (596) HTML (0) PDF 3.81 M (856) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用Pushdown方法对移除柱后的钢筋混凝土平面框架进行抗连续倒塌能力分析. 探究楼层层数对结构抗连续倒塌承载力的影响以及移柱后结构的空腹桁架效应,同时提出一种计算移柱后钢筋混凝土框架结构体系可靠度的方法. 通过对约束梁、单层平面框架和多层平面框架的拟静力试验进行模拟,验证基于OpenSees建立的有限元模型的正确性. 分别对2层、4层、6层及8层的4跨钢筋混凝土平面框架进行分析,得到其Pushdown曲线及框架梁轴力曲线,通过Pushdown曲线计算承载力放大系数,利用框架梁钢筋应变的相对大小设定框架梁层间相关性. 结果表明:随着楼层的增加,单层平均承载力降低,结构体系连续倒塌概率增大.

    • 超高性能轻型组合桥面UHPC-沥青面层 层间黏结性能研究

      2019, 46(5):11-20.

      摘要 (498) HTML (0) PDF 5.18 M (476) 评论 (0) 收藏

      摘要:UHPC 下承层与沥青面层牢固黏结对延长桥面使用寿命,避免滑移、脱层等病害十分重要.采用有限元分析和室内试验,研究不同类型黏结剂、环境温度等对UHPC-沥青面层层间黏结性能的影响.复合试件剪切试验和拉拔试验表明:环境温度对UHPC-沥青面层层间强度有较大影响,高温(60 ℃)下层间黏结强度较常温(20 ℃)时有显著下降;KD-HYP环氧、202环氧较环氧沥青、壳牌HV、橡胶沥青表现出更佳的黏结性能;环氧沥青高温黏结性能优于壳牌HV、橡胶沥青,但常温下三者无明显差别.洞庭湖二桥有限元仿真计算得出,UHPC-SMA层间最大剪应力在20 ℃(常温)和60 ℃(高温)时分别为0.696 MPa、0.422 MPa,层间最大法向拉应力分别为0.167 MPa、0.152 MPa.研究表明,洞庭湖二桥在超载、紧急制动及动荷载等最不利荷载组合下,KD-HYP环氧和202环氧能满足常温和高温条件下层间黏结性能要求,并且具有足够的安全储备;而壳牌HV、橡胶沥青和环氧沥青无法满足高温层间黏结性能要求.

    • 不同连接程度GFRP-混凝土桥面板 力学性能试验研究

      2019, 46(5):21-29.

      摘要 (403) HTML (0) PDF 4.34 M (425) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种简便的改进GFRP-混凝土组合板连接程度并进一步改进组合板延性的方法,即通过砾石覆盖率来改变GFRP-混凝土界面的黏结强度,并利用界面黏结失效前后组合板连接机理的变化来改变组合板的弯曲刚度,进一步改变组合板的延性. 通过5片足尺T形GFRP-混凝土组合板四点弯曲试验研究了不同连接程度下组合板受力性能的差异. 试验中,重点关注了变形、板端滑移、应变分布、破坏模式等力学参量. 试验结果表明,尽管无黏结T形GFRP板与混凝土的界面光滑,但GFRP板与混凝土间已表现出部分组合作用. 砾石覆盖率的变化可以改变组合板的连接程度、破坏模式、极限荷载及其延性. 合理的砾石覆盖率可以使组合板在板端出现滑移前具有很好的抗弯刚度,在出现板端滑移后仍具有较好的变形能力,并且不会显著降低组合板的极限荷载. 最后,通过理论方法对组合板的开裂荷载和抗剪承载力进行了计算分析. 研究结果表明,理论值与试验值吻合较好.

    • 多因素影响下钢-混连续组合梁的挠度计算分析

      2019, 46(5):30-38.

      摘要 (475) HTML (0) PDF 2.35 M (468) 评论 (0) 收藏

      摘要:为精确计算钢-混凝土连续组合梁的挠度,在综合考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应及组合梁剪切变形影响的基础上,运用能量变分法推导出了钢-混凝土组合梁挠度计算的平衡微分方程,并给出了相对应的边界条件. 通过引入均布荷载作用下钢-混凝土两跨连续组合梁的边界条件,求得了考虑滑移效应和剪切变形效应下组合梁的挠度计算公式,并对计算公式的正确性进行了验证. 对钢-混凝土连续组合梁挠度做进一步分析表明:滑移效应会降低钢-混凝土连续组合梁的刚度,使组合梁产生附加挠度,并且会在中支点处引起梁负弯矩的增加,对混凝土板的受力产生不利影响. 层间滑移位移随剪力连接件抗剪刚度的增大而减小,当剪力连接件抗剪刚度小于1 200 MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较大,对总挠度的影响也较大,应当考虑滑移效应对组合梁挠度的影响;当剪力连接件抗剪刚度大于1 200 MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较小,对总挠度的影响也较小,可以忽略滑移效应对组合梁挠度的影响.

    • 基于贝叶斯傅里叶动态模型的桥梁极值应力预测

      2019, 46(5):39-44.

      摘要 (467) HTML (0) PDF 1.23 M (476) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了基于健康监测应力数据的桥梁极值应力动态预测.考虑到监测应力的周期性、随机性和动态性等特点,首先初次建立了桥梁监测极值应力的傅里叶动态非线性模型(Fourier Dynamic Nonlinear Model,FDNM),结合Taylor级数展开技术,将FDNM近似转化为傅里叶动态线性模型(Fourier Dynamic Linear Model,FDLM);然后采用贝叶斯方法,基于动态监测极值应力数据,建立了无先验信息的贝叶斯傅里叶动态线性模型(Bayesian Fourier Dynamic Linear Model: BFDLM),进而对监测极值应力的一步向前预测分布参数和后验应力状态分布参数进行了预测分析;最后通过实际桥梁监测极值应力数据对本文所建模型和方法的合理性及适用性进行了验证分析,结果表明本文所建BFDLM能够反映桥梁极值应力的周期性、随机性以及动态性等特点.研究成果将为桥梁监测极值应力预测提供理论基础和应用方法.

    • 轴心受压古砖砌体裂缝发生发展规律

      2019, 46(5):45-53.

      摘要 (491) HTML (0) PDF 3.80 M (429) 评论 (0) 收藏

      摘要:裂缝是砌体结构损伤的直观表现. 为研究古砖砌体结构受压状态下裂缝发生发展规律,对一批冻融循环后的古砖砌体试件进行抗压试验,获取了古砖砌体的荷载-变形和裂缝数据. 提出砌体开裂荷载的确定方法,通过荷载-变形曲线、单条裂缝长度和裂缝发展趋势综合评判开裂荷载. 建立了三折线模型,该模型能反映裂缝长度与荷载之间的关系. 相比现代砌体试件,古砖砌体开裂早,裂缝发展快,平均开裂荷载为0.52 fm(抗压强度);当应力达到约0.7 fm时,裂缝上下贯通;当应力达到0.93 fm时,砌体进入破坏阶段. 提出用裂缝密度描述砌体损伤状态,得到了典型的古砖砌体裂缝密度发展规律,破坏时最终裂缝密度为8.7 m/m2.国内外相关文献的试验数据表明,裂缝密度是一种稳定性较好的指标,具有深入研究和推广应用的价值.

    • 江南传统木构建筑模型修正方法研究 ——以津逮楼为例

      2019, 46(5):54-63.

      摘要 (467) HTML (0) PDF 3.36 M (431) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究江南传统木构建筑围护结构对整体结构受力性能的影响,并为该类型建筑的抗震和抗风计算提供依据,以典型江南传统木构建筑——甘熙故居津逮楼为例,采用有限元分析和结构动力特性测试的方法对该类型传统木构建筑的结构模型修正方法进行研究.首先,采用SAP2000有限元软件分别建立了不考虑围护结构效应的一种模型和考虑围护结构效应的3种修正模型,并进行结构动力特性分析;然后,采用结构动力测试分析系统对建筑进行现场测试,并将测试结果与3种修正模型计算结果进行比较分析.结果表明:相比于不考虑围护结构效应,考虑围护结构效应后3种修正模型的前三阶自振频率明显提高,等效斜撑模型的提高幅度为220%~307%,等效斜撑+幕墙墙元模型的提高幅度为228%~345%,而整体简化模型的提高幅度为230%~295%,但第一阶振型和第二阶振型发生了明显改变.等效斜撑模型的计算结果最接近真实测试结果,误差在15%范围以内,是最优的修正模型.等效斜撑+幕墙墙元模型的计算结果与实测结果的误差基本在20%以内,是其次可接受的修正模型.而整体墙元模型的计算结果与实测结果严重不符.对该类型传统木构建筑进行振动响应分析、风振作用下的受力性能分析、多遇地震作用下的弹性受力性能分析时,建议采用等效斜撑模型进行计算.当对该类型木构建筑进行设防地震、罕遇地震作用下出现弹塑性变形时的结构分析,需考虑围护结构失效时,建议采用不考虑围护结构效应模型进行计算.

    • 超大型冷却塔阻尼比现场实测及风振效应影响

      2019, 46(5):64-75.

      摘要 (515) HTML (0) PDF 8.60 M (435) 评论 (0) 收藏

      摘要:以国内7座大型冷却塔现场实测阻尼比识别数据为基础,选取其中高位收水冷却塔为对象,基于实测阻尼比取值范围设置4种阻尼比(分别为0.5%、1%、2%和3%)计算工况进行风振响应完全瞬态分析,并将计算结果与规范阻尼比(5%)下的风振响应进行对比.在此基础上,提炼出了阻尼比取值对高位收水冷却塔风振平均和脉动响应特性的影响,并基于5种风振响应及3种等效目标计算了不同阻尼比下的风振系数,探讨并归纳了不同阻尼比、响应目标和位置对结构风振系数取值的影响规律,最终采用非线性最小二乘法提出了以阻尼比和子午向高度为目标函数的风振系数拟合公式.主要结论可为此类高位收水冷却塔风振动力分析阻尼比取值提供科学依据.

    • 纤维和外加剂对泡沫混凝土收缩性能的影响

      2019, 46(5):76-85.

      摘要 (522) HTML (0) PDF 4.49 M (455) 评论 (0) 收藏

      摘要:运用正交试验方法研究了水灰比、砂胶比、减水剂掺量对干密度为800 kg/m3的泡沫混凝土收缩性能的影响,得出了利于泡沫混凝土收缩性能的最优配合比. 基于该配合比,进一步研究了聚丙烯纤维、玻璃纤维、植物纤维、膨胀剂、减缩剂对泡沫混凝土收缩性能的影响,同时测试了其对流动性和抗压强度的影响,并利用雷达图分析了最佳外加组分,利用宏观孔结构和SEM电镜下的微观结构解释纤维和外加剂对其减缩的机理. 结果表明:综合考虑3 d自收缩和28 d干燥收缩率,最优配合比为水灰比0.5,砂胶比1.0,减水剂掺量0.5%. 纤维、膨胀剂、减缩剂均能有效降低泡沫混凝土的自收缩和干燥收缩,其抵抗收缩能力大小为:减缩剂>膨胀剂>纤维. 最佳外加组分为1%质量掺量的减缩剂,其能够在满足泡沫混凝土的流动度和抗压强度的前提下,降低泡沫混凝土37%的3 d自收缩和57.5%的56 d干燥收缩. 纤维的掺入引起部分泡沫的破碎,引起基体干燥收缩增大,但其对泡沫混凝土的物理约束作用使最终的干燥收缩降低. 膨胀剂和减缩剂减缩机理在于其自身的化学作用.

    • 基于厚壁圆筒模型的筋箍碎石桩沉降计算

      2019, 46(5):86-93.

      摘要 (352) HTML (0) PDF 1.65 M (508) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决现有方法难以考虑加筋材料实际受力状态而低估筋箍碎石桩复合地基沉降的问题,假设桩土等应变且均为线弹性材料,选取单桩有效加固单元整体作为分析对象,其中碎石桩同时受到加筋材料和土环的约束作用,而土环则可以考虑为同时受到单桩有效加固范围外土体的静止土压力和内部碎石桩鼓胀压力共同作用的厚壁圆筒,再结合广义胡克定律得到应力应变关系,进而导出了筋箍碎石桩复合地基沉降计算的新方法. 采用工程实例验证并与已有方法进行比较,同时分析了外荷载水平、置换率对复合地基总沉降和桩土应力比的影响. 与已有方法相比,该方法可以使上部荷载和筋箍碎石桩侧向受力变形联动进而调整加筋材料内力,从而更符合筋箍碎石桩实际受力变形情况,计算值与实测值相对误差为+5.70%,与现有保守计算方法相比,误差最小. 参数分析表明:置换率对于控制复合地基总沉降具有重要作用,外荷载一定时复合地基总沉降与桩土应力比均随着置换率提高而减小.

    • 楔形桩的动力响应与试验研究

      2019, 46(5):94-102.

      摘要 (545) HTML (0) PDF 2.53 M (435) 评论 (0) 收藏

      摘要:假设桩体为弹性,桩周土体通过平面应变模型描述,利用Laplace变换和阻抗传递法求得桩顶动力响应. 对数值结果进行参数分析,讨论了桩土特性对楔形桩动力响应的影响,并且通过模型试验验证了理论的正确性. 结果表明:1)存在临界桩径比,使得楔形桩的桩底反射信号难以判读,临界桩径比随桩长增大而增大;2)楔角和桩长对楔形桩的动力响应有较大的影响,对于桩尖直径为0的小直径楔形桩,桩长对其动力响应影响不大;3)土体的剪切波速和纵向分层性对楔形桩的动力响应会产生较大影响;4)模型试验结果与理论解符合,反映规律一致.

    • 非圆形隧洞收敛-约束特征曲线的数值求解方法

      2019, 46(5):103-114.

      摘要 (639) HTML (0) PDF 3.80 M (461) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用应力释放法原理,在收敛-约束解析法基础上,提出了适合任意断面隧洞的收敛-约束特征曲线数值求解方法,通过与收敛-约束解析法对比验证该方法的有效性,并与常用的数值方法进行对比,最后对收敛-约束特征曲线数值求解方法的计算误差进行分析.研究结果表明:收敛-约束特征曲线数值求解方法适合非圆形隧洞,由于通过施加节点支撑反力实现应力释放,该方法同样适合应力状态复杂的隧洞;以滇中引水工程为例,将收敛-约束特征曲线数值求解方法与收敛-约束解析法的计算结果进行对比,验证了收敛-约束特征曲线数值求解方法的有效性;收敛-约束特征曲线数值求解方法计算结果存在一定的误差,其整体相对误差小于10%.收敛-约束特征曲线数值求解方法的适用性更加广泛,可为隧洞工程的初期支护优化设计及安全性评价提供参考,具有一定的工程应用价值.

    • 内聚力模型在泡沫沥青混合料 离散元模拟中的应用

      2019, 46(5):115-123.

      摘要 (459) HTML (0) PDF 3.36 M (425) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究内聚力本构模型对泡沫沥青冷拌混合料的适用性,基于内聚力本构模型,结合Matlab软件“凸包法”和三维ODEC算法,建立了泡沫沥青冷拌混合料的三维模型试件.同时,对不同级配的混合料进行模拟劈裂试验,用对比分析和统计分析的方法观察数值模拟与室内试验的结果.研究结果表明:“凸包法”和三维ODEC算法相结合能够模拟泡沫沥青冷拌混合料中的粗集料棱角性,数值模拟的劈裂试验强度-变形曲线发展趋势和实际的劈裂试验规律基本相符.模拟数据与试验数据具有良好的相关性,表明内聚力本构模型的三维离散元模拟能有效应用于泡沫沥青冷拌混合料设计.

    • 生物沥青及岩沥青复合改性沥青使用性能

      2019, 46(5):124-131.

      摘要 (445) HTML (0) PDF 1.76 M (493) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究生物沥青及岩沥青复合改性沥青结合料使用性能,在60%范围内对不同掺量(质量)生物沥青及岩沥青复合改性沥青进行针入度、软化点、延度、黏度和RTFO短期老化试验,考察基质沥青在生物沥青和岩沥青复合改性作用下各性能的变化. 试验结果与分析表明:在保持生物沥青及岩沥青复合改性沥青结合料与对照组基质沥青结合料的25 ℃针入度一致时,岩沥青与生物沥青的比值和复合改性剂的掺量变化成正比例关系;复合改性沥青针入度指数PI值增大,温度敏感性得到改善;复合改性沥青的高温性能先略有降低而后一直提升,复合改性剂掺量约为15%时达到对照组基质沥青水平;复合改性沥青RTFO后残留针入度比先略有减小而后一直增大,复合改性剂掺量约为20%时达到对照组基质沥青水平,软化点变化提升明显;然而,沥青的延度随着复合改性剂的掺入而大幅降低,但沥青混合料弯曲试验对低温性能的验证显示,复合改性剂的掺量不超过30%时,复合改性剂的掺入不会降低沥青的低温性能,反而有一定改善. 综上所述,在20%~30%掺量范围内,将复合改性剂替代部分石油沥青不会降低沥青的各类性能,甚至均有一定提高,且适应不同性能要求时掺量范围上限或下限可适当放宽.

    • 一种内置旋流叶片的旋风分离器性能数值研究

      2019, 46(5):132-139.

      摘要 (470) HTML (0) PDF 2.70 M (487) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种新的高效旋风分离器构造,在传统分离器的内外涡旋交界面上添加一组与气流旋转方向相同的旋流叶片,来阻挡含尘气流中的颗粒进入内涡旋区. 基于计算流体力学(CFD),采用雷诺应力模型和离散相的随机轨道模型来计算分离器的气固两相流,并用试验数据验证了计算模型的正确性;通过数值计算分析、比较了添加旋流叶片前后的分离器性能,对旋流叶片进行了性能优化. 结果显示,与传统分离器相比,添加旋流叶片能够使分割粒径减小60%~70%,有效地提高了分离效率,而压降仅增加19.3%,且旋流叶片对于小粒径、小密度颗粒的分离效率提升更为显著.

    • 气凝胶玻璃的气候适用性分析

      2019, 46(5):140-147.

      摘要 (460) HTML (0) PDF 2.40 M (1063) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立了气凝胶玻璃的光学模型与动态传热模型并进行了实验验证.根据已有理论方法建立了其他5种对比玻璃的模型,分别是:双层中空玻璃模型、三层中空玻璃模型、高透型Low-E中空玻璃模型、双银型Low-E中空玻璃模型和遮阳型Low-E中空玻璃模型.提出利用太阳能效用量指标来评价玻璃的全年适用性,并借助累计逐时得热量指标来评价玻璃在供暖期或空调期的适用性.结果表明:气凝胶玻璃在严寒地区(哈尔滨)、寒冷地区(北京)、夏热冬冷地区(长沙)、温和地区(昆明)均具有一定的节能潜力,气凝胶玻璃的太阳能效用量分别高出双层中空玻璃266.3、158.6、114.3、40.5 kWh/m2(水平面),气凝胶玻璃的气候适用性序列为哈尔滨>北京>长沙>昆明.

    • 空气载能辐射空调混合通风协同运行研究

      2019, 46(5):148-156.

      摘要 (488) HTML (0) PDF 2.65 M (440) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于空气载能辐射空调房间内的稳态关闭门窗、非稳态开门及非稳态开窗3种工况的试验测量,分别建立3种工况的CFD(Computational Fluid Dynamics) 模型,研究稳态和非稳态工况下空气载能辐射空调的热舒适性和结露特性. 基于对非稳态开门窗工况的热力学分析,提出由温度协同方程、含湿量协同方程、PMV (Predicted Mean Vote)协同方程和空调能耗协同方程表示的混合通风协同运行模型. 经过试验验证的CFD模型模拟结果显示,空气载能辐射空调在稳态和非稳态工况下室内人体头部与脚踝平面的垂直温差小于0.6 ℃,人体活动区域内的空气速度约为0.1 m/s,稳态和非稳态工况中辐射孔板下表面分别存在厚度约为12 cm和6~8 cm的具有良好防结露效果的低温近壁边界区. 将空气载能辐射空调开门窗工况试验结果应用于混合通风协同运行模型,分析了空调送风量和门窗开度对PMV和空调能耗的协同影响,提出了混合通风协同评价系数,得到不同门窗开度对应的最优空调送风档位设置建议.

湖南大学学报(自然科学版)编辑部

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