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  • 2021年第48卷第11期文章目次
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    • 大跨度斜拉桥下击暴流风致振动响应实测

      2021, 48(11):1-11.

      摘要 (781) HTML (0) PDF 2.58 M (913) 评论 (0) 收藏

      摘要:以苏通长江公路大桥为工程背景,针对该桥风致振动响应监测系统实测的一次下击暴流风与桥梁结构振动加速度响应实测数据,对该桥在一次雷暴天气下风速、风向及主梁振动响应进行研究. 首先,对桥位处下击暴流实测风速、风向数据进行分析,获得了该桥主梁跨中、桥塔塔顶处下击暴流风的时变平均风与脉动风特性;然后,对下击暴流作用下主梁风致振动加速度响应数据进行分析. 结果表明:在下击暴流作用下,该桥主梁与塔顶高度处风速发生了明显突变,持续时间约为10~24 min;主跨跨中主梁外侧边缘处下游、上游侧最大瞬时风速分别为32.4 m/s和27.3 m/s,南、北桥塔塔顶高度处最大瞬时风速分别达60.5 m/s和62.9 m/s. 主梁高度处30 s时距湍流度约0.048~0.32,10 min时距湍流度约0.43~0.51;主梁下游与北塔处折减脉动风速符合高斯特性,其功率谱与Burlando等学者的实测结果吻合较好. 主梁跨中附近(即NJ26D、NJ32D拉索锚固处)发生了较为明显的短时竖向与横桥向振动,相应加速度响应幅值分别为0.25 m/s2和0.10 m/s2,对应位移幅值分别为0.12 m与0.03 m;主梁竖向振动响应明显大于横桥向振动响应,主梁竖向振动主频为0.183 Hz,与主梁全桥一阶正对称竖弯振型频率0.174 Hz接近;横桥向振动主频为0.117 Hz,与主梁全桥一阶正对称侧弯振型频率0.097 5 Hz接近.

    • 风屏障对流线型箱梁涡振性能影响机理试验研究

      2021, 48(11):12-21.

      摘要 (557) HTML (0) PDF 4.75 M (505) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究风屏障透风率对主梁涡振性能的影响,依托某主跨808 m大跨度钢箱梁悬索桥,通过风洞测振、测压试验得到模型风致振动响应和表面各测点压力时程数据. 测试原桥断面在加设风屏障后±5°攻角范围内的涡振性能,对比分析原桥断面和3种不同透风率风屏障以及安装水平分流板5种工况下主梁涡振响应和桥面各测点脉动压力系数均值、根方差;同时分析局部气动力与总体气动力的相关性和贡献作用. 研究结果表明,原断面在+5°攻角下发生了多区间竖弯涡激振动,且涡振振幅远超规范允许值. 安装不同透风率的风屏障后对主梁的涡激共振产生了有利的影响,消除了主梁原断面在低风速区间的涡振,最大振幅也有一定的减小. 根据测得的压力数据分析,带风屏障主梁上表面中后部压力脉动减弱及局部气动力与总体气动力贡献系数减小使得主梁振幅有了小幅减小;在主梁风嘴处添加水平分流板后,局部气动力与总体气动力的相关性被完全破坏,压力脉动减弱,从而有效地抑制了主梁在该情况下的涡振.

    • 悬索桥吊索断裂动力响应分析的有限元模拟方法研究

      2021, 48(11):22-30.

      摘要 (646) HTML (0) PDF 2.54 M (808) 评论 (0) 收藏

      摘要:为精确模拟吊索断裂动力过程,基于拆除构件法,对模拟悬索桥断索动力过程的数值方法展开研究. 以某自锚式悬索桥为工程背景,详述了三种悬索桥吊索断裂动力过程模拟方法(瞬时刚度退化法、瞬时加载法、等效卸载法)的机理和特点,并对影响结构断索动力响应的因素展开分析. 研究表明:采用瞬时刚度退化法模拟悬索桥吊索断裂动力过程简单有效;悬索桥断索后结构的动力响应与限元分析模型中是否包含失效吊索单元、断索持续时间、断索过程中吊索拉力损失变化关系以及断索工况等因素密切相关.

    • 基于改进损伤算法及MCMC车流模拟的 混凝土桥梁疲劳寿命预测

      2021, 48(11):31-43.

      摘要 (776) HTML (0) PDF 2.19 M (576) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于改进损伤算法及多车道精细车流模拟,提出一种新的混凝土桥梁疲劳寿命的预测方法. 改进损伤算法将每一次循环造成的损伤计入S-N曲线,对疲劳荷载作用下材料的S-N曲线进行了修正,使得材料疲劳寿命预测结果更贴近真实状况. 采用马氏链蒙特卡洛模拟法(Markov Chain Monte-Carlo,MCMC),考虑车流中相邻车型及车道的相关性,生成多车道精细车流. 分别通过一组钢筋混凝土梁及一组预应力混凝土梁多级变幅疲劳试验对改进损伤算法的准确性进行了验证. 介绍MCMC多车道随机车流模拟的具体流程,并提出基于改进损伤算法及多车道随机车流模拟的混凝土桥梁疲劳寿命预测方法. 最后,以某高速公路实测交通流数据与一座跨径为20 m的简支T梁桥为例进行分析. 结果表明:5组试件预测误差较常规损伤算法均有明显降低,除两根预应力混凝土梁预测误差较大(53%~56%)外,其余3组试件误差较小(小于8%),表明改进损伤算法可用来预测混凝土桥梁的疲劳寿命;实例分析中,简支T梁桥各主梁应力幅谱呈现多峰分布的特征,与车辆荷载分布特征相似,验证了模拟的合理性;根据改进损伤算法预测,当年交通量增长率(Average Annual Growth Rate, AAGR)为0时,该T梁桥的疲劳寿命为77.50年,不满足设计使用年限要求. AAGR为3%时,疲劳寿命为52.49年,较AAGR为0时下降32.27%.

    • 钢管-角钢组合输电塔杆件体型系数及 背风面风荷载折减系数的风洞试验研究

      2021, 48(11):44-53.

      摘要 (593) HTML (0) PDF 2.72 M (461) 评论 (0) 收藏

      摘要:对钢管-角钢组合输电塔一类的风敏感结构,其各杆件的体型系数及折减系数是该结构抗风设计中重要的风荷载参数. 以500 kV和110 kV输电塔为工程背景,首先设计缩尺比分别为1 ∶ 8.5的塔身和1 ∶ 2.5横担刚性节段模型,然后在3个不同均匀来流风速及不同风向角下进行同步测压风洞试验,得到角钢及钢管杆件的体型系数与背风面风荷载折减系数的变化规律. 并以此归纳了塔身和横担各杆件的体型系数分布及不同风向角下节段模型整体体型系数,最后将试验确定的结果与国内外相关规范值进行比较. 结果表明:来流风速对塔身和横担中的角钢体型系数几乎无影响. 在0°风向角下,塔身角钢体型系数沿塔身节段呈上小下大的变化趋势. 塔身杆件中的角钢折减系数与日本规范较吻合. 在不同雷诺数下的塔身(3.10×104~4.34×104)或横担(5.57×104~8.00×104)节段模型折减系数的差值很小. 塔身和横担节段模型阻力系数与日本规范较吻合,中国规范取值分别偏小7.2%和4.5%.

    • 全风向角下双方柱脉动气动性能试验研究

      2021, 48(11):54-60.

      摘要 (614) HTML (0) PDF 2.08 M (482) 评论 (0) 收藏

      摘要:为阐明双方柱中上游方柱尾流对下游方柱脉动气动性能的影响,在雷诺数Re = 8.0 × 104均匀来流条件下,完成了间距比P/B = 1.25~5(其中P为柱心距,B为方柱边长)、全风向角α = 0° ~ 90°的双方柱测压风洞试验. 分析了不同P/B条件时下游方柱脉动气动力、升力功率谱、Strouhal数和气动力展向相关性随α的变化规律. 发现P/B < 3时下游方柱的脉动气动力整体上小于单方柱,且α ≥ 40°时几乎不随风向角变化. 但在3 ≤ P/B ≤ 5且0° ≤ α ≤ 30°时下游方柱脉动阻力远大于单方柱. 下游方柱的脉动气动力、升力功率谱和气动力展向相关性随α的变化规律在P/B = 3前后差异显著. P/B < 3时,下游方柱旋涡脱落受到显著抑制;P/B > 3时,下游方柱的脉动气动性能近似于单方柱.

    • 高层建筑形状及布局对城市街区 行人风环境影响研究

      2021, 48(11):61-71.

      摘要 (320) HTML (0) PDF 3.11 M (419) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于风洞试验和计算流体动力学方法(Computational Fluids Dynamics,CFD)研究高层建筑形状及布局对城市街区行人风环境的影响. 采用最大风速比和归一化加速面积比,定量研究五种高层建筑形状及四类建筑布局对城市街区行人风环境的影响,确定全风向下的最优建筑形状以及布局,结合CFD数值模拟获得的全域流场信息,揭示建筑形状和布局对于城市街区行人风环境的影响机理. 结果表明:在保持建筑高度和街区容积率一致的情况下,高层建筑群周边最大风速比不会随着建筑形状和建筑布局的改变而发生明显变化. 但建筑形状和建筑布局会改变建筑群周边高风速区域的面积大小,全风向下的最优建筑形状和布局分别是Y字形和错列式布局,而最不利形状和布局分别是H字形和围合式布局. 不同布局下的方形、H字形及X字形高层建筑群的最不利风向均位于斜风向,而十字形及Y字形则为正风向. 高层建筑群在行人高度处的风加速现象主要是由狭管效应和角部分离效应造成的.

    • 轻钢屋面自攻钉节点在台风作用下时变可靠度研究

      2021, 48(11):72-81.

      摘要 (508) HTML (0) PDF 1.07 M (501) 评论 (0) 收藏

      摘要:为建立台风作用下自攻钉节点灾后性能评估办法,首先基于风洞试验的屋面时程风压系数数据,结合模拟台风的风速和风向信息,利用雨流分析法计算台风过境期间的屋面风压系数矩阵,进而用于不同风速下的节点抗力退化模型计算. 其次,结合台风荷载模型,采用蒙特卡罗模拟方法,获得沿海城市自攻钉节点的时变可靠度指标,从而实现基于概率的自攻钉节点抗风性能评估. 此外,根据模拟台风方法给出模拟台风的风速及风向的解析解,同时得到了台风致自攻钉节点抗力退化数学模型. 通过算例分析得出考虑自攻钉节点的台风致抗力退化会使其可靠度显著下降. 在对轻钢屋面自攻钉节点进行可靠度评估时,按照我国规范中的目标可靠指标较为保守.

    • 冷弯薄壁矩形管板组相关屈曲压弯承载力研究

      2021, 48(11):82-90.

      摘要 (195) HTML (0) PDF 2.66 M (393) 评论 (0) 收藏

      摘要:冷弯薄壁矩形钢管柱易发生局部屈曲破坏. 为了研究冷弯薄壁矩形钢管柱的压弯承载性能,建立并验证了冷弯薄壁矩形钢管柱非线性有限元模型. 采用上述模型对不同轴压比、翼缘宽厚比及腹板宽厚比的884个受常轴压力、变水平力作用的矩形钢管柱进行参数分析,研究了构件承载极限状态的截面破坏形式和抗弯承载力. 结果表明:冷弯薄壁矩形钢管柱绕强轴压弯过程主要出现两种破坏模式,比如:全截面屈服和受压翼缘与腹板屈曲. 结合极限状态的应力分布特征,基于有效塑性宽度法提出了考虑板组相关屈曲的冷弯薄壁矩形钢管柱的极限抗弯承载力计算公式,其预测值与有限元模拟结果吻合良好.

    • 冷弯薄壁型钢拼合箱形柱的畸变屈曲性能研究

      2021, 48(11):91-100.

      摘要 (230) HTML (0) PDF 2.75 M (494) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究冷弯薄壁型钢(CFS)拼合箱形截面柱的畸变屈曲性能,首先对9根C形截面柱、9根U形截面柱及21根由C形和U形拼合而成的箱形截面柱进行轴压试验研究和数值模拟分析,考察其屈曲模式特征和受力特性. 在此基础上,提出一组假设模型以研究螺钉间距对拼合箱形截面柱变形特征和极限承载力的影响规律及其与试件半波长之间的关系. 研究结果表明:1)不同螺钉间距的试件,畸变屈曲半波数量和半波长(λc)均不相同. 2)螺钉间距小于0.9λc时,箱形截面柱的承载力大于C形和U形柱的承载力之和,即1+1>2的拼合效应. 3)螺钉间距大于0.9λc时,箱形截面柱的承载力逐渐接近C形和U形柱的承载力之和,即1+1≈2. 为计算CFS拼合箱形截面柱的极限承载力,在美国规范中直接强度法的基础上提出了一种计算箱形截面柱畸变屈曲弹性临界荷载的方法,将计算的临界屈曲荷载用于直接强度法以得到拼合箱形截面柱的极限承载力,理论计算结果与试验及有限元结果均比较吻合,验证了本文提出方法的准确度和适用性.

    • 位移放大型扭转阻尼器性能分析

      2021, 48(11):101-111.

      摘要 (284) HTML (0) PDF 2.71 M (580) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了加固梁柱节点、避免框架结构出现“弱节点”的破坏模式、提高框架结构整体的抗震和耗能能力,研制出一种具有自主知识产权的位移放大型扭转阻尼器(DATD),并对其进行数值分析和试验研究. 首先,设计了18个具有不同参数的DATD,建立其有限元模型进行数值分析;随后,设计并制作了一个DATD,进行性能试验并与有限元分析结果对比. 结果表明:DATD滞回曲线饱满,耗能能力强;有限元分析与性能试验的滞回曲线吻合较好,且随着加载位移的增加,两者间误差变小,因此可以采用建立的有限元模型来研究DATD的力学性能. 最后,对DATD进行参数影响分析,研究了铅芯直径、铅芯距中轴距离、橡胶层直径、橡胶层厚度及橡胶剪切模量对其特征参数的影响,结果表明:DATD的屈服剪力、等效刚度、等效阻尼比及耗能系数随着铅芯直径增大而明显增大,随着铅芯距中轴距离的增大略有增大;随着橡胶层直径、橡胶剪切模量的增大,屈服剪力及等效刚度逐渐增大而耗能系数及等效阻尼比逐渐减小;4个特征参数均随着橡胶层厚度的增大而略微减小.

    • 波形腹板正对称阻尼器的抗剪承载力研究

      2021, 48(11):112-120.

      摘要 (459) HTML (0) PDF 2.08 M (538) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究波形腹板正对称阻尼器的滞回性能和抗侧性能,设计两个阻尼器试件分别为横向波形腹板阻尼器和竖向波形腹板阻尼器,并进行拟静力试验. 试验结果表明:波形腹板阻尼器具有良好的滞回性能和耗能能力,竖向波形腹板阻尼器的承载力明显高于横向波形腹板阻尼器;阻尼器的耗能主要是依靠波形腹板的剪切和屈曲,翼缘板对阻尼器的承载力贡献相对较小. 借助ABAQUS有限元软件仿真与试验对比验证,仿真结果与试验结果吻合度较高. 以竖向波形腹板阻尼器为基础,建立22个有限元模型,变化参数为波形腹板的高宽比、厚度和波幅. 结果表明:增大波形板的高宽比,阻尼器承载力大幅度下降;增加波形板的厚度,阻尼器承载力大幅度上升;增加波形板的波幅,对阻尼器的承载力有小幅度提高. 最后,结合有限元算例,推导、拟合得出了波形腹板阻尼器的抗剪承载力公式.

    • 墨江M5.9地震农危改房屋震害调查与分析

      2021, 48(11):121-131.

      摘要 (724) HTML (0) PDF 4.56 M (481) 评论 (0) 收藏

      摘要:墨江M5.9地震极震区烈度达到Ⅷ度. 地震也是对该地区近年来农村危房改造成效的一次集中检验. 为验证农危改工作实施成效,总结农房加固改造震害经验,首先,根据该区域强震动观测记录,从地面峰值加速度衰减规律和地震波频谱特性方面对地震动特性进行分析;然后,在震害调查的基础上,结合灾区建筑结构特点对Ⅶ度区、Ⅷ度区农房震害特征进行阐述,对农危改房屋在地震中的表现进行对比分析并总结震害经验;最后,结合本次震害调查从加强地震观测、加大力度推进农村危房改造、推广新技术新材料运用和重视震害调查等方面,对提高农房抗震防灾能力提出建议.

    • 变截面波形钢腹板弹性整体 屈曲计算及几何参数分析

      2021, 48(11):132-141.

      摘要 (452) HTML (0) PDF 1.82 M (541) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究变截面波形钢腹板的抗剪性能,首先,在正交异性板理论和薄板小挠度理论的基础上,运用伽辽金法对波形钢腹板弹性整体剪切屈曲强度的计算公式进行推导;其次,将推导公式计算值与ANSYS有限元计算值及规范公式计算值进行对比分析,并将公式推导值与文献试验值进行对比;最后,运用有限元法研究不同波纹型号、腹板厚度和梁高变化形式对变截面波形钢腹板弹性剪切屈曲性能的影响规律. 结果表明:推导公式计算值与有限元值试验值吻合良好,规范公式由于忽略了扭转刚度Dxy对波形钢腹板整体剪切屈曲强度的贡献,规范值计算偏于保守;随着波纹尺寸的增加,剪切屈曲强度总体呈先增大后减小的趋势,其中1600型波形钢腹板的抗剪性能达到最大;随着腹板厚度的增加,剪切屈曲强度逐渐增大;变截面波形钢腹板的剪切屈曲强度大于等截面波形钢腹板的抗剪强度,并且随着梁底与水平方向的夹角β的增大,变截面波形钢腹板剪切屈曲强度增加. 所得结论可为变截面波形钢腹板的抗剪设计提供参考依据.

    • Timoshenko梁的第二频谱分析

      2021, 48(11):142-149.

      摘要 (662) HTML (0) PDF 853.60 K (644) 评论 (0) 收藏

      摘要:推导Timoshenko梁振动微分方程的初参数解,结合边界条件,建立简支梁的频率方程. 当固有频率小于临界频率时,频率方程有双曲正弦函数与三角正弦函数之积的因式,当固有频率大于临界频率时,此因式变成为双三角正弦函数之积,此即Timoshenko梁产生第二频谱的理论原因. 推导出等截面等跨径的2~3跨连续Timoshenko梁的频率方程,并从理论上预测存在第二频谱现象的其他结构. 建立了简支Timoshenko梁第一、二频谱的频率计算公式. 通过实例验证第二频谱的存在. 通过微分方程求解,论证了临界频率是结构固有频率的有效组成部分,其对应的竖向位移模态无振幅、转角位移模态的振幅为常数;指出数值分析时,由于计算机截断误差的影响,所预测的临界频率有误差、所对应的竖向位移模态为不规则模态等特点.

    • 纳米SiO2改性聚合物水泥基材料性能试验研究

      2021, 48(11):150-159.

      摘要 (735) HTML (0) PDF 4.32 M (426) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用纳米SiO2(Nano-SiO2,NS)可以促进聚合物水泥基材料水化,提升其力学性能、改变其水化产物微观形貌及界面过渡区(Interface Transition Zone,ITZ)性能等特点,采用电液式压力试验机、水泥胶砂干缩比长仪、X射线衍射技术(X-ray Diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、X射线能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)及显微硬度试验等各种宏观与微观测试手段相结合的方法对NS改性聚合物水泥基材料的力学性能、干缩性能、水化产物微观形貌与组成及ITZ相关性能进行研究. 结果表明:掺加NS后,大大提高了聚合物水泥砂浆的力学性能,尤其对早期强度提高更为明显. 随着NS的掺入,聚合物水泥砂浆干缩率增大,在早期干缩现象更加明显;NS加入改变了聚合物水泥基材料水化产物的数量及C-S-H凝胶微观形貌及组成,促进了聚合物水泥基材料的水化并且降低了C-S-H凝胶的钙硅比. 对于ITZ性能,NS掺入使得聚合物水泥硬化浆体-骨料ITZ形貌变得更加致密,减少了ITZ明显的裂缝和孔洞,并且ITZ水化产物丰富密集,C-S-H凝胶明显增多,显微硬度升高.

    • 考虑孔壁粗糙体退化的灌注桩竖向荷载传递

      2021, 48(11):160-165.

      摘要 (638) HTML (0) PDF 798.92 K (400) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究剪切面粗糙体退化对桩岩界面剪切过程中荷载传递机理的影响. 将桩身混凝土与钻孔地层之间的粗糙面抽象为一系列相同的等腰三角形,并用半波长和剪胀角定义单个粗糙体的尺寸,引入Patton模型来描述粗糙体的宏观剪切响应与相对剪切位移之间的关系,并考虑到孔壁地层与桩身混凝土的相对刚度比,基于能量原理,引入了一个粗糙体退化系数来定义在剪切过程中所产生的粗糙体表面磨损及体积压缩的行为. 据此,修正了经典的Patton模型,进而推导了考虑孔壁粗糙体退化的灌注桩竖向荷载传递方程,该方程不仅可以考虑剪切面的粗糙程度(半波长及剪胀角)对桩身荷载传递行为的影响,而且该解答中所包含的参数物理意义明确. 采用有限差分法对荷载传递方程进行求解,并与工程实例进行了对比验证. 结果表明,本文理论预测方法的结果与现场实测结果吻合较好,对灌注桩的初步设计有一定参考价值.

    • 无缝换乘地铁车站的地震响应特性研究

      2021, 48(11):166-176.

      摘要 (609) HTML (0) PDF 3.42 M (417) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究无缝换乘地铁车站的地震响应特性,提高对此类车站结构抗震性能的认识,首先开展此类车站结构缩尺模型的振动台试验. 试验方案设计包括试验模型的制备、试验测点的布设与采集、试验加载工况设计;随后对模型试验过程进行三维有限元数值模拟. 通过对比数值模拟与实测结果,分析模型土的加速度响应规律、结构模型的应变和内力响应规律以及侧墙上的土压力响应规律. 结果表明:数值结果与实测结果吻合较好,验证了本文建模方法的合理性;对于无缝换乘地铁车站结构模型,车站交叉端部对车站结构构件的变形、内力以及周围土层影响明显,而当与车站交叉端部的距离超过1.5倍的车站结构宽度以后,影响基本消失. 上述结论可为复杂地铁车站地震分析的三维计算方法以及此类型车站结构的抗震设计提供有力支持.

    • 城区地表塌陷土洞发育破坏特征

      2021, 48(11):177-184.

      摘要 (674) HTML (0) PDF 1.72 M (464) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究城区塌陷土洞的发育致塌机制,通过建立三维模型试验研究土洞的发育破坏过程,分析了试验过程中地表变形数据以及土洞的最终破坏形状,同时通过土压力量测试验分析土洞发展过程中覆土应力的变化. 以此试验为基础建立了计算土洞极限半径的有限元模型,通过正交试验分析了弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角对极限半径的影响. 结果表明:对于发育的土层空洞,破坏区内土压力显著降低;土洞发生破坏时,洞顶沉降速率发生突变;土洞内部破坏的高度与土洞直径间的规律与普氏理论提出的几何规律吻合良好;对于埋深不同的土洞,其破坏形式主要分为坛形和直筒形塌陷.

    • 基于CPT的振动沉桩贯入分析理论模型

      2021, 48(11):185-194.

      摘要 (393) HTML (0) PDF 941.32 K (644) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对振动沉桩贯入预测问题,推导了基于一维波动方程的理论模型,建立了基于静力触探试验(Cone Penetration Test,CPT)结果的预测方法,编写了对应的计算程序,并通过实际工程案例进行了验证. 在此基础上,探讨了桩锤工作频率、偏心力矩和配重对沉桩速度的影响. 研究结果表明,该模型可较好地模拟桩的振动贯入过程;在桩的贯入过程中,桩身各位置最大拉应力一般小于最大压应力,桩身最大拉应力出现在沉桩结束时. 此外,参数分析表明增加桩锤工作频率和偏心力矩均可有效提升桩锤沉桩能力和加快桩的贯入速率,如工作频率由30 Hz提高67%时,平均贯入速率可提高约170%;桩锤偏心力矩提高50%时,平均贯入速率可提高240%;相比于前两种方式,增加配重的方式起到的效果较为有限.

    • 基于Herschel-Bulkley流变模型的 盾构螺旋输送机保压性能

      2021, 48(11):195-204.

      摘要 (254) HTML (0) PDF 2.12 M (591) 评论 (0) 收藏

      摘要:为准确预测土压平衡式盾构螺旋输送机的保压性能,假定渣土为黏塑性流体材料,对螺旋输送机的进出口压差进行了理论分析,从能量转化的角度解释了保压能力的来源. 采用计算流体力学模拟方法对螺旋输送机内渣土的运输进行了定常流计算,其中Herschel-Bulkley模型用于描述渣土材料的流变行为,且运用多重参考系法充分考虑了螺旋叶片的旋转作用,得到了渣土流变参数及螺旋输送机工作参数对保压性能的影响规律,并将模拟结果与室内模型试验结果进行了对比. 研究表明:渣土的屈服应力、黏度指数及幂律指数越大,螺旋输送机保压性能越优异,其中黏度指数及幂律指数的影响较为明显;螺旋输送机机械能损失量与螺旋转速和出渣效率基本成正比,转速越快,出渣效率越高,则保压性能越优异,可用二元线性回归模型估测机械能损失量与螺旋转速和出渣效率之间的关系;模拟结果与试验结果的趋势基本一致,Herschel-Bulkley流变模型用于计算螺旋输送机保压性能基本可靠,但模拟结果对保压性能的预估偏保守. 基于数值计算结果,提出了螺旋输送机保压性能的优化流程.

    • 粉煤灰颗粒图像处理及多重分形特征

      2021, 48(11):205-214.

      摘要 (425) HTML (0) PDF 5.58 M (469) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究粉煤灰孔隙率计算方法及其孔隙多重分形特性,引入相似维数的概念推导其分形维数基本公式. 通过对试样制作模具进行加工以控制击实度,配制一定含水率的粉煤灰试样. 利用显微数码成像技术获取粉煤灰试样中孔隙和颗粒的直径、数量. 选定4个不同深度截面及两个剖面的上下端作为观测面,借助体式显微镜进行不同倍数下的成像,以分析三维空间范围内的孔隙率变化规律;采用专业图像处理技术给出试样孔隙率. 研究结果表明,粉煤灰试验的孔隙率沿深度方向有减小趋势,幅值变化约为30%,且其孔隙分布具有明显的多重分形特征.

    • 生活水箱内相变材料封装结构改进及熔化性能研究

      2021, 48(11):215-222.

      摘要 (324) HTML (0) PDF 845.30 K (357) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对生活水箱内封装相变材料现有强化换热方法(如添加翅片或膨胀石墨)会导致蓄能密度降低与石墨沉降等问题,提出在不添加外物的基础上,对当前水箱中应用最为广泛的圆柱型封装结构进行优化改进,通过减小其底面/顶面半径比形成侧壁面倾斜的倒圆锥型结构,使得固态相变材料在重力作用下自然沉降时可充分与面积占比较大的侧壁面发生接触熔化,从而实现相变材料熔化性能的提高. 为探究倒圆锥型封装相变材料熔化性能,建立相应熔化传热模型,并通过可视化实验进行验证. 在该模型的基础上,对倒圆锥型和圆柱型结构封装相变材料的熔化性能进行了对比和分析. 结果显示在相同体积(1.74e-04 m3)和高度(0.055 m)下,倒圆锥型结构封装相变材料完全熔化时间为2 520 s,与圆柱型结构相比缩短了690 s,熔化性能提高了21.5%. 倒圆锥型结构封装相变材料熔化过程中,除接触熔化外液态相变材料的自然对流也对熔化性能有显著影响,且侧壁处形成的Rayleigh-Bernard环流会削弱相变材料接触熔化性能. 此外,发现在自然对流与接触熔化共同作用下,正圆锥型结构封装相变材料熔化性能与倒圆锥型结构相比更强,提高了16.7%. 在实际应用中可将正圆锥与倒圆锥型封装结构结合使用,在有效利用空间的基础上实现蓄热量和蓄热效率的同时提高.

湖南大学学报(自然科学版)编辑部

年第卷第

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