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  • 2021年第9期文章目次
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    • 柳树风致响应的实测分析与预测

      2021, 48(9).

      摘要 (251) HTML (0) PDF 1.99 M (405) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究在不同时距和不同风速条件下树干各个高度的风致加速度响应的分布规律,对单棵柳树的树前风场及其树干加速度响应进行了现场实测. 结果表明:树前顺风向脉动风速与风致树干加速度响应的概率分布特性有显著区别,树前顺风向脉动风速近似高斯分布,树干顺风向加速度响应的概率分布为明显的尖峰非高斯概率分布;柳树的风致响应为一个强迫振动的过程;采用广义Pareto极值算法计算其极值加速度响应,当时距为180 s时树前平均风速与树干顺风向极值加速度响应的相关性最高;对树前不同平均风速下树干不同高度的极值加速度响应进行拟合分析与预测,发现其树干顺风向极值加速度与树前平均风速呈二次非线性关系. 关于柳树的风致响应规律特性的探究,对于研究树木抗风具有重要的意义.

    • 考虑剪应力水平和土体干密度影响的锚-土界面剪切蠕变模型

      2021, 48(9):1-9.

      摘要 (227) HTML (0) PDF 1.81 M (321) 评论 (0) 收藏

      摘要:岩土锚固工程中,土体密实度影响着锚-土界面剪切蠕变特性. 为研究不同干密度土层中灌浆锚杆锚固体-红土界面的剪切蠕变特性,研制了一套钻孔成孔的锚固单元体试样制作装置,制备了不同干密度的锚固单元体试样. 利用自行设计制作的锚-土界面剪切蠕变特性测试系统对试样进行分级加载,并按照陈宗基等提出的蠕变曲线处理方法,得到了不同干密度下锚-土界面分别加载下的蠕变曲线,再采用等时曲线法获得了不同干密度下锚-土界面长期抗剪强度. 选取不同干密度试样中部分应力水平下的蠕变曲线,分别采用双曲线模型对其等时曲线进行回归分析并建立出相应的蠕变模型,再通过建立蠕变模型参数与土体干密度的经验关系,得到可同时考虑剪应力水平和土体干密度影响的锚-土界面剪切蠕变模型. 结果表明,本文模型对已参与和未参与建模的蠕变曲线的预测精度均较高.

    • 竖向荷载下软土中碎石单桩破坏模式及承载力计算

      2021, 48(9):10-19.

      摘要 (140) HTML (0) PDF 2.72 M (255) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用有限差分法对软土地基中碎石桩单桩竖向受荷破坏全过程进行数值模拟研究. 引入考虑体积应变截断的塑性硬化模型模拟碎石桩体,能够较好地反映碎石桩体的非线性剪胀力学行为以及由此引起的桩土相互作用. 重点分析了桩体鼓胀变形、桩侧土压力演化以及由此决定的单桩破坏模式与典型荷载沉降曲线. 传统单桩极限承载力公式所假设的整体剪切破坏模式仅适用于刚度较大的土体,而在软土中局部剪切破坏模式更为常见. 为此,基于弹塑性介质中圆孔扩张理论推导了考虑桩体鼓胀变形及桩周土体刚度的碎石桩单桩承载力计算公式,并通过对比数值解验证了推导公式的有效性. 较为系统地研究了软土地基中碎石桩单桩的承载机理及破坏模式,可为进一步研究碎石桩复合地基承载机理打下坚实的基础.

    • 砂土中吸力式三筒基础水平承载特性试验研究

      2021, 48(9):20-29.

      摘要 (160) HTML (0) PDF 3.45 M (315) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过一系列小比尺模型试验对吸力式三筒基础水平荷载作用下的承载特性进行了研究,分析了长径比、荷载作用方向和筒间距对吸力式三筒基础承载力影响,试验包括3个长径比、3个荷载作用方向以及3个不同筒间距.试验结果表明:不同工况条件下得到的吸力式三筒基础荷载-位移曲线特性有所不同.相同筒重、不同筒间距下,增大筒的长径比有利于提高水平承载力,但在基础失稳前,沉箱基础模型水平位移随长径比的增加而增大.荷载作用方向对吸力式三筒基础联合工作区域影响显著,荷载最有利方向为0°,此时对应的联合工作效应区域最大;最不利方向为60°,此时筒-土间的联合工作效应最弱.相同尺寸和荷载方向条件下,随着筒间距的增加,承载力有不同程度的上升,长径比越大,承载力增加幅度越明显.

    • 土-上盖一体化地铁车站结构耦合作用下振动台试验研究

      2021, 48(9):30-42.

      摘要 (153) HTML (0) PDF 7.26 M (238) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究上盖一体化地铁车站结构的地震响应规律,以轨道交通地上-地下一体化结构体系和单体地铁车站结构体系为研究对象,开展了粉细砂场地振动台试验研究. 分别从加速度和应变两方面对地铁车站结构部分进行地震响应研究,并将两种试验结果进行对比.试验结果表明:1)上盖一体化地铁车站结构振动台试验模型土体和结构相同监测点的加速度峰值随着输入地震强度的增加逐渐增大,而加速度放大系数则逐渐减小,测点加速度沿埋深的变化规律与地震动类型有关;2)上盖一体化地铁车站结构的拉应变幅值随着地震强度的增加呈逐渐增大的趋势,模型中柱端部的拉应变幅值最大,侧墙次之,楼板最小;3)上盖一体化地铁车站结构的加速度和应变均小于单体地铁车站结构,其中,加速度变化规律大致相同,应变幅值差异随着地震强度的增加逐渐增大,而差异增幅呈现逐渐减小并收敛的趋势.

    • 深度学习在实测沉降数据预处理中的应用研究

      2021, 48(9):43-51.

      摘要 (202) HTML (0) PDF 1.52 M (368) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于深度学习中的长短期记忆网络LSTM,通过搭建Seq2Seq模型,提出了可对实测沉降数据进行预处理的新方法. Seq2Seq可通过观测大量有效的测点数据来自动学习沉降发展规律,并在训练完成后能对异常测点沉降进行重新计算,可有效避免异常数据对后续沉降预测的干扰. 以某机场多个区域的实测沉降数据为背景,通过将Seq2Seq模型重计算出的沉降值与实测值对比,验证了该模型的可靠性. 结合超参数与数据集等参数分析,研究了提升模型学习能力的影响因素. 研究结果表明:在训练集选取40个测点、测试集选取15个的条件下,模型重计算值与实测值全过程平均误差3 cm. 增大训练集与数据特征,且减小训练集与测试集之间的偏差时,模型的精度提升明显,误差缩小到2 cm.

    • 西北湿陷性黄土区劈裂注浆试验及地基加固应用

      2021, 48(9):52-60.

      摘要 (151) HTML (0) PDF 2.02 M (184) 评论 (0) 收藏

      摘要:为验证劈裂注浆加固法在处理西北湿陷性黄土地基的有效性与实用性,并指导安全施工,首先在加固建筑物所在场地进行劈裂注浆现场试验,56 d后分别对天然地基与注浆后复合地基进行静载荷试验;在此基础上,进行30 d浸水试验,采集注浆微观图、承载力及湿陷量等原始数据. 利用试验结果,并结合现场待加固建筑,用同种材料及试验方法等对其进行纠倾加固. 结果表明:在一次注浆最大压力为0.3 MPa、二次注浆最大压力为0.6 MPa的条件下,采用1 ∶ 1(质量比)水泥浆液的钢花管两次、分层劈裂注浆法表现出了良好的劈裂效果;劈裂注浆法加固处理后的黄土地基承载力较原有地基提高了近3倍,极大地改善了黄土的工程性质;注浆后能够有效消除黄土超过67%的湿陷性;建筑物发生均匀沉降,稳定性较好. 同时,提出了一种适用于桩径较小的基于桩土应力比计算的复合地基沉降计算新方法.

    • 自重荷载下非均匀支撑板式无砟轨道静态响应

      2021, 48(9):61-69.

      摘要 (132) HTML (0) PDF 1.69 M (187) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对高速铁路路基不均匀沉降诱发的板式无砟轨道几何形态和应力状态恶化问题,建立了高速铁路CRTSII型板式无砟轨道-路基三维有限元模型,模拟了64种路基不均匀沉降组合(波长5~40 m,波幅5~40 mm),提出了基于混凝土底座柔度的形态映射和应力水平定量表征方法. 研究结果表明,轨道结构的形态映射特征主要由混凝土底座柔度决定,在沉降波长小于15 m、或者波长在15~20 m之间且沉降幅值大于15 mm时,轨道结构与路基因变形不协调而出现脱离. 轨道结构变形量的增加会导致混凝土结构附加拉应力和路基接触应力的增大,且易接近或超过相应的强度允许值而产生损伤破坏. 同时,增加混凝土底座的模量和厚度,对提高轨面几何平顺性的效果并不显著,反而会增大结构自身的拉应力和路基接触应力.

    • 氧化石墨烯改性沥青与表面各向异性集料界面相互作用研究

      2021, 48(9):70-78.

      摘要 (165) HTML (0) PDF 3.48 M (366) 评论 (0) 收藏

      摘要:在原子尺度上探究了干燥与水分入侵环境下氧化石墨烯(GO)改性沥青与表面各向异性集料界面黏附性能. 采用分子动力学模拟方法研究了GO改性12组分沥青分别与典型弱碱性集料方解石和酸性集料α-石英的各向异性晶面的分子相互作用. 在验证模型密度、热力学参数合理的基础上,以径向分布函数和相对浓度表征了沥青组分与GO在集料表面的分布和浓度情况. 另外,计算体系黏附能分析了不同条件下GO改性沥青-集料界面黏附性能的差异. 结果表明,GO分子由于其较大的比表面积和表面修饰活性位置,相比沥青其他组分大量聚集在沥青-集料界面之间,结合矿物不同表面原子密度和离子活性,无论是集料处于干燥状态或被水分入侵时,GO改性均显著提高了沥青与集料之间的黏附性能. 由于Si原子在GO分子表面的高负载量,使得GO改性沥青与石英(一种酸性集料)比方解石(一种碱性集料)有更强的黏结强度.

    • 带接头管线变形计算的传递矩阵法

      2021, 48(9):79-87.

      摘要 (150) HTML (0) PDF 1.29 M (198) 评论 (0) 收藏

      摘要:地铁隧道开挖引起邻近地下管线产生附加变形,甚至造成管线破坏. 将带接头地下管线视为弹性地基梁,将接头简化为“自由铰”与“弹簧铰”. 基于Winkler地基模型列出管线变形的控制微分方程,采用传递矩阵法求解,推导了管节场矩阵和管线接头点矩阵,得到关于微分方程未知边值的线性方程组.收集了现场实测数据并进行案例计算和离心模型试验,将本文方法计算结果与有限元法、实测数据和试验结果进行对比,验证了计算模型和传递矩阵法的正确性. 对管线变形的影响因素进行了参数分析,结果表明,对于接头变形,隧道中线与接头位置重合为最不利工况.在土质地层中,自由铰相对转角基本不受地基系数影响,因而自由铰管线易产生较大的相对转角. 管节长度为沉降槽宽度系数的1.6倍时,接头相对转角出现峰值. 接头归一化相对转角的极限值为1.1,在缺少设计资料情况下,该值可作为接头归一化相对转角的保守估计值.

    • 基于BP神经网络CFRP约束混凝土抗压强度预测

      2021, 48(9):88-97.

      摘要 (195) HTML (0) PDF 1.18 M (276) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究BP神经网络对CFRP约束混凝土抗压强度的预测能力以及神经网络模型的输出性能,在大量的实验数据基础上,建立了CFRP约束混凝土抗压强度的BP神经网络预测模型,探讨了不同数据组合对神经网络模型预测精度的影响;基于神经网络理论,将高精度BP神经网络模型生成了可方便应用的一般公式和简化公式,并与已有经验公式进行了对比分析. 研究结果表明:BP神经网络能够很好地挖掘输入输出参数的数据信息,得到高精度的预测模型;相比于传统回归模型,用purelin代替sigmoid做传递函数推导得到的简化线性方程式仅增加了一项常数项,其预测值与试验值比值的平均值为1.011,变异系数为0.112,具有更高的预测精度和稳定性.

    • 考虑防火门易损性的震后火灾模拟

      2021, 48(9):98-107.

      摘要 (131) HTML (0) PDF 2.25 M (208) 评论 (0) 收藏

      摘要:探讨一种基于BIM技术的震后次生火灾模拟技术,定量评估防火门损伤对室内火灾温度场分布的影响. 通过选取3条场地类型及地震设计分组一致的地震波对9层Benchmark钢结构模型进行非线性结构分析,并以层间位移角作为非结构构件门损伤的评估指标,结合FEMA P-58中门易损性曲线建立防火门损伤模型,进而基于BIM且利用得到的防火门损伤模型快速准确地建立建筑火源信息模型,导入Pyrosim模拟分析其对火灾温度分布的影响,并得到基于燃烧物与着火点位置关联下的真实温度场分布. 研究结果表明:防火门损伤数量的增加直接影响框架柱的温度,且数量越多框架柱温度越高;除位于着火点及未燃烧的防火分区外,位于其他防火分区的框架柱考虑门损伤的温度明显高于未考虑门损伤的情况,最大达483.98 ℃;且着火点位于不同层数时,各层达到温度边界值的框架柱数量存在差异.

    • 中间支撑冷弯薄壁型钢灌浆墙体抗剪性能研究

      2021, 48(9):108-128.

      摘要 (168) HTML (0) PDF 3.40 M (343) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高C形冷弯薄壁型钢墙体抗剪承载力和抗侧刚度,提出了一种新型中间“Z”字形支撑冷弯薄壁型钢灌浆墙体,并基于低周反复试验,采用ABAQUS有限元软件建立了墙体模型,通过墙体破坏特征、荷载-位移曲线和墙体最大抗剪承载力三方面验证了模型的准确性,进一步分析了“Z”字形斜撑、钢材厚度、横撑以及竖向荷载对墙体抗剪性能的影响. 研究结果表明:墙体抗剪承载力主要由“Z”字形斜撑、填充材料、内墙板三部分承担,墙面板、填充材料与钢框架相互约束,共同工作;“Z”字形斜撑可以有效提高墙体抗剪承载力,在空框架墙体中作用尤其明显;随着钢材厚度的增大,墙体抗剪承载力逐渐提高,但影响程度随着钢材厚度的增加而减小;横龙骨和竖向荷载对墙体抗剪承载力的影响较小;竖向荷载的增大会降低墙体抗剪承载力,但较低幅度较小;推导出了适用于新型中间支撑冷弯薄壁型钢灌浆墙体的抗剪承载力计算公式,并提出了墙体构造要点.

    • 锈损冷弯薄壁C形钢轴压短柱试验研究

      2021, 48(9):129-137.

      摘要 (162) HTML (0) PDF 1.61 M (276) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了锈蚀对冷弯薄壁C形钢轴压短柱承载性能的影响. 通过板材单调拉伸试验,研究了锈损冷弯薄壁钢板材的力学性能退化规律;通过对5根锈损C形钢短柱进行轴压试验,分析了其破坏模式、变形特征和承载力,并讨论了锈损C形钢轴压短柱极限荷载的计算方法. 研究结果表明:锈损板材屈服平台变短甚至消失,屈服强度随锈蚀率的增大呈线性下降趋势;锈损C形钢轴压短柱的破坏模式为腹板局部屈曲,局部屈曲多发生在腹板最薄弱处;极限荷载随着平均厚度损失率的增大呈线性下降趋势;考虑钢材力学性能退化并利用厚度折减修正的有效宽度法和直接强度法均能较好地预估锈损C形钢轴压短柱的极限荷载,但修正后的直接强度法更接近试验结果,修正后的有效宽度法则偏于保守.

    • 车载作用下公路桥梁耦合振动精细化建模及验证分析

      2021, 48(9):138-146.

      摘要 (154) HTML (0) PDF 3.42 M (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有车-桥耦合振动分析中车辆模型不能精确考虑车辆动力特性和柔性轮胎对车桥耦合振动响应的影响.为了进一步研究充气轮胎胎压对车-桥耦合振动的影响,基于LS-DYNA程序,采用线弹性橡胶材料模拟轮胎并定义轮胎内气压,结合常用重载三轴汽车的结构参数,运用弹簧阻尼单元及梁、壳单元模拟车辆悬架系统的动力特性,建立可分析车轮气压的三维车辆模型;并基于实桥试验结果及响应面法得到高精度有限元桥梁模型;通过显式求解程序LS-DYNA内置的接触算法,将车辆子系统和桥梁子系统联立耦合起来,形成显式的车-桥耦合振动分析模型.计算结果与实测结果对比分析验证了该方法的正确性,并分析了轮胎胎压对桥梁振动的影响.

    • 近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统响应分析

      2021, 48(9):147-154.

      摘要 (149) HTML (0) PDF 1.05 M (205) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究在近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统的动力响应规律,针对高速铁路线上最常用的简支梁形式结构,以某8 × 32.7 m高速铁路简支箱梁桥为例. 建立了考虑简支梁与CRTS I型板式无砟轨道之间相互作用的桥梁-轨道模型,讨论了具有破裂前方脉冲、滑冲脉冲、无脉冲型近断层地震动对桥梁-轨道系统的影响及扣件阻力改变时桥梁-轨道系统动力响应的变化. 结果表明:三种脉冲类型地震动作用下钢轨的受力和变形规律保持一致,脉冲型地震动较无脉冲型地震动增加了约20%钢轨应力和位移. 相对于轨道系统,桥墩对脉冲类型更为敏感,在破裂前方脉冲和滑冲脉冲地震作用下,桥墩的墩顶最大位移比无脉冲地震动分别增大了106.6%和148.6%,墩底弯矩和剪力也有明显增大,在进行高速铁路桥梁抗震设计时应考虑脉冲类型对桥梁结构的影响. 扣件纵向阻力从5 kN/组增大到15 kN/组时,墩顶最大位移降低了10%,但钢轨应力和位移峰值约为原来的2倍.

    • 实时混合试验鲁棒时滞补偿方法的数值研究

      2021, 48(9):155-162.

      摘要 (173) HTML (0) PDF 1.21 M (269) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决实时混合试验系统中时变时滞严重影响试验稳定性和精度的问题,以基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制方法设计反馈控制器,使试验系统具有稳定的动态特性;以多项式外插进一步消除时滞,并将其应用于线性Benchmark问题.为充分探讨所提方法性能,采用线性和非线性加载系统模型,开展了物理子结构为线性和非线性的虚拟实时混合试验研究.结果显示:作动器的实测位移均与期望位移几乎完全重合;与已有方法的对比显示,采用鲁棒时滞补偿的实时混合试验具有更小的误差;而对非线性物理子结构,试验系统的均方根误差和峰值误差均在0.6%~1.5%之间,且均方根误差大于10%和峰值误差大于6%的概率远小于0.05.研究结果表明,鲁棒时滞补偿方法可大幅提高实时混合试验的模拟精度,并具有较强的鲁棒性.

    • 预加荷载下聚丙烯纤维混凝土抗渗机理研究

      2021, 48(9):163-172.

      摘要 (144) HTML (0) PDF 2.48 M (180) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究预加荷载作用下聚丙烯纤维混凝土(polypropylene fiber reinforced concrete,PFRC)的抗渗性能,选用1种聚丙烯粗纤维和2种聚丙烯细纤维进行单掺和混掺,在5种荷载水平下进行了氯离子扩散系数试验,分析了不同混掺比例下PFRC试件在不同荷载水平作用下的氯离子扩散系数变化规律. 采用压汞法和电镜扫描研究了纤维混掺和荷载大小对混凝土微观孔结构的影响. 结果表明:在5种轴向荷载水平下混掺多尺寸PFRC试件A8的氯离子扩散系数分别降低了93.9%、90.8%、77.5%、63.5%和66.5%,均为降低幅度最大的一组,混掺PFRC的抗渗性能优于素混凝土和单掺PFRC;同时粗细纤维混掺可以形成三维空间网架结构,能在不同阶段产生协同作用,有效地提高混凝土在不同荷载水平作用下的抗渗性能.

湖南大学学报(自然科学版)编辑部

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