2018年 第35卷 第10期
2018, 35(10): 1-9,36.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0434
摘要:
基于能量平衡理论，提出针对桁架单元的能量一致积分方法。该方法具有非线性无条件稳定性，2阶精度。利用中值定理证明算法参数的存在性，并给出参数的求解形式。对离散后的动力方程线性化得到用于迭代的等效刚度矩阵。实现新算法在非线性有限元程序中的嵌入，并以此为基础完成单摆、输电塔体结构的非线性动力分析。数值结果表明，经典的平均加速度方法与隐式中点方法均会表现出能量不一致现象，甚至会产生发散结果；相比而言，该文方法在不同的时间步长情况下都表现出良好的数值稳定性。
基于能量平衡理论，提出针对桁架单元的能量一致积分方法。该方法具有非线性无条件稳定性，2阶精度。利用中值定理证明算法参数的存在性，并给出参数的求解形式。对离散后的动力方程线性化得到用于迭代的等效刚度矩阵。实现新算法在非线性有限元程序中的嵌入，并以此为基础完成单摆、输电塔体结构的非线性动力分析。数值结果表明，经典的平均加速度方法与隐式中点方法均会表现出能量不一致现象，甚至会产生发散结果；相比而言，该文方法在不同的时间步长情况下都表现出良好的数值稳定性。
2018, 35(10): 10-16.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0487
摘要:
薄平板在不同风攻角下的颤振导数鲜有研究。该文以宽厚比40的薄平板为研究对象，首先采用强迫振动风洞试验测试技术，在0°、3°、5°和7°攻角条件下对其颤振导数进行了测试。结果表明，0°攻角下薄平板模型和理想平板的4个关键颤振导数保持一致。颤振导数A2*在0°、3°和5°下为负值，且随着攻角增加绝对值减小，在7°攻角下当折算风速小于15时，A2*虽然仍为负值但接近于0，当折算风速大于15时转为正值并迅速增大；其他颤振导数在0°、3°和5°下的改变不如A2*显著，但在7°攻角下有显著变化。分别采用耦合颤振计算和自由振动风洞试验获得了薄平板模型在不同攻角下的颤振临界风速，两者误差小于4.5%，验证了颤振导数的准确性。研究成果也为大跨度桥梁考虑风攻角影响的颤振计算提供了参数。
薄平板在不同风攻角下的颤振导数鲜有研究。该文以宽厚比40的薄平板为研究对象，首先采用强迫振动风洞试验测试技术，在0°、3°、5°和7°攻角条件下对其颤振导数进行了测试。结果表明，0°攻角下薄平板模型和理想平板的4个关键颤振导数保持一致。颤振导数A2*在0°、3°和5°下为负值，且随着攻角增加绝对值减小，在7°攻角下当折算风速小于15时，A2*虽然仍为负值但接近于0，当折算风速大于15时转为正值并迅速增大；其他颤振导数在0°、3°和5°下的改变不如A2*显著，但在7°攻角下有显著变化。分别采用耦合颤振计算和自由振动风洞试验获得了薄平板模型在不同攻角下的颤振临界风速，两者误差小于4.5%，验证了颤振导数的准确性。研究成果也为大跨度桥梁考虑风攻角影响的颤振计算提供了参数。
2018, 35(10): 17-26.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0526
摘要:
对于非一致地震动作用下隧道纵向地震反应问题，采用地下结构横断面地震反应的整体式反应位移法的基本原理，给出了一种根据自由场地震反应确定隧道纵向反应最不利变形和最不利内力发生时刻，即最不利时刻的确定方法，提出了适用于地下隧道结构纵向地震反应分析的整体式反应位移法。该方法通过自由场静力分析模型，根据隧道埋深位置处的自由场最不利变形确定等效地震作用，通过隧道结构-地基整体模型的静力计算获得隧道结构的最不利地震反应。以北京某地铁区间盾构隧道结构为研究对象，分别采用纵向整体式反应位移法和动力时程分析方法进行了出平面剪切波入射下隧道结构纵向地震反应计算，并将二者的计算结果进行了对比与分析。结果表明，该文提出的纵向整体式反应位移法概念明确、过程简便，具有良好的计算精度，可用于非一致地震动输入下隧道等长线型地下结构的抗震分析。
对于非一致地震动作用下隧道纵向地震反应问题，采用地下结构横断面地震反应的整体式反应位移法的基本原理，给出了一种根据自由场地震反应确定隧道纵向反应最不利变形和最不利内力发生时刻，即最不利时刻的确定方法，提出了适用于地下隧道结构纵向地震反应分析的整体式反应位移法。该方法通过自由场静力分析模型，根据隧道埋深位置处的自由场最不利变形确定等效地震作用，通过隧道结构-地基整体模型的静力计算获得隧道结构的最不利地震反应。以北京某地铁区间盾构隧道结构为研究对象，分别采用纵向整体式反应位移法和动力时程分析方法进行了出平面剪切波入射下隧道结构纵向地震反应计算，并将二者的计算结果进行了对比与分析。结果表明，该文提出的纵向整体式反应位移法概念明确、过程简便，具有良好的计算精度，可用于非一致地震动输入下隧道等长线型地下结构的抗震分析。
2018, 35(10): 27-36.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0436
摘要:
钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应取决于混凝土材料的非均质性以及钢筋/混凝土相互作用。该文借助混凝土细观结构特征，基于非线性弹簧单元来描述钢筋与混凝土之间的相互作用，建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上，拓展模拟了更大尺寸梁的弯曲大变形破坏行为，并分析了单调及循环加载模式对不同尺寸悬臂梁受弯破坏及名义抗弯强度影响规律。模拟结果分析表明：1)该文工况下钢筋混凝土悬臂梁的弯曲破坏存在尺寸效应，弯曲强度随梁深增大而减小； 2)循环加载下，混凝土、钢筋以及两者间的粘结性能由于低周疲劳而使得梁的弯曲破坏呈现出脆性特征； 3)相比于单调加载，循环加载条件下，悬臂梁的破坏具有更强的脆性，名义抗弯强度尺寸效应更明显。
钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应取决于混凝土材料的非均质性以及钢筋/混凝土相互作用。该文借助混凝土细观结构特征，基于非线性弹簧单元来描述钢筋与混凝土之间的相互作用，建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上，拓展模拟了更大尺寸梁的弯曲大变形破坏行为，并分析了单调及循环加载模式对不同尺寸悬臂梁受弯破坏及名义抗弯强度影响规律。模拟结果分析表明：1)该文工况下钢筋混凝土悬臂梁的弯曲破坏存在尺寸效应，弯曲强度随梁深增大而减小； 2)循环加载下，混凝土、钢筋以及两者间的粘结性能由于低周疲劳而使得梁的弯曲破坏呈现出脆性特征； 3)相比于单调加载，循环加载条件下，悬臂梁的破坏具有更强的脆性，名义抗弯强度尺寸效应更明显。
2018, 35(10): 37-46,55.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0446
摘要:
单轴拉伸试验是测试超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete，简称UHPC)破坏机理、抗拉性能与拉伸本构关系最有效的方法。单轴拉伸试验成功率不高。其常用的狗骨试件形状与尺寸对试验成功率有较大的影响，目前还未有统一的标准。调查表明，不带缺口的狗骨试件最适合用于UHPC单轴拉伸试验，主要有梯形、弧形和阶梯形三种类型。通过对试件的受力分析，提出两个应力均匀性指标来评价试件优劣。建立了三种共275根狗骨试件的有限元模型，通过分析，分别给出三种试件均匀性较好的参数。同时，建立了三组15根试件有限元模型，横向对比了三种狗骨试件的应力均匀性。对比结果表明，弧形狗骨试件受力均匀性最好，开展的验证性试验取得了95.8%的成功率，推荐采用。
单轴拉伸试验是测试超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete，简称UHPC)破坏机理、抗拉性能与拉伸本构关系最有效的方法。单轴拉伸试验成功率不高。其常用的狗骨试件形状与尺寸对试验成功率有较大的影响，目前还未有统一的标准。调查表明，不带缺口的狗骨试件最适合用于UHPC单轴拉伸试验，主要有梯形、弧形和阶梯形三种类型。通过对试件的受力分析，提出两个应力均匀性指标来评价试件优劣。建立了三种共275根狗骨试件的有限元模型，通过分析，分别给出三种试件均匀性较好的参数。同时，建立了三组15根试件有限元模型，横向对比了三种狗骨试件的应力均匀性。对比结果表明，弧形狗骨试件受力均匀性最好，开展的验证性试验取得了95.8%的成功率，推荐采用。
2018, 35(10): 47-55.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0453
摘要:
该文针对模型参数不确定的非线性结构半主动分散控制问题进行研究。首先，采用退化Bouc-Wen滞回模型模拟层间恢复力，并考虑模型参数(质量、刚度和阻尼)不确定及子系统间的耦合项，建立了子控制系统误差状态方程；在此基础上，设计了由保性能控制项和自适应逼近控制项构成的子控制器，其中，保性能控制项通过求解转化为线性矩阵不等式的保性能控制问题得到，逼近控制项通过RBF神经网络自适应控制律确定，同时利用Lyapunov稳定性理论对其稳定性及权值有界性进行证明；从而建立了适用于不确定结构非线性振动控制的保性能自适应RBF神经网络鲁棒分散控制(GCARBF)算法。最后，对一8层非线性结构进行MR半主动分散控制设计及0.3 g~0.8 g地震下仿真分析，结果表明了所提算法的有效性与优越性。
该文针对模型参数不确定的非线性结构半主动分散控制问题进行研究。首先，采用退化Bouc-Wen滞回模型模拟层间恢复力，并考虑模型参数(质量、刚度和阻尼)不确定及子系统间的耦合项，建立了子控制系统误差状态方程；在此基础上，设计了由保性能控制项和自适应逼近控制项构成的子控制器，其中，保性能控制项通过求解转化为线性矩阵不等式的保性能控制问题得到，逼近控制项通过RBF神经网络自适应控制律确定，同时利用Lyapunov稳定性理论对其稳定性及权值有界性进行证明；从而建立了适用于不确定结构非线性振动控制的保性能自适应RBF神经网络鲁棒分散控制(GCARBF)算法。最后，对一8层非线性结构进行MR半主动分散控制设计及0.3 g~0.8 g地震下仿真分析，结果表明了所提算法的有效性与优越性。
2018, 35(10): 56-65,74.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0466
摘要:
该文基于一种新型高韧性低收缩ECC材料-LSECC，提出了两种后浇LSECC装配整体式框架节点方案，以达到提升高烈度区装配整体式框架节点抗震性能并简化配筋的目标。以节点模型为基础构建了对应的梁式构件，完成了5根后浇LSECC装配整体式梁的静力单调加载试验。通过对承载力、刚度、破坏形态与裂缝发展的分析，初步论证了LSECC应用于装配整体式节点的可行性和优势，并对界面(包括热接和冷接)构造、纵筋锚固等关键基础问题进行了探究，提出了合理的构造措施，为后续大比例梁柱节点抗震性能试验奠定了基础。试验表明：采用LSECC的装配整体式梁具有等同现浇梁的承载力和延性，且裂缝宽度相比混凝土梁明显减小；梁跨中采用ECC的范围越大，初始刚度越低，在加载过程中刚度退化越缓慢； ECC与钢筋具有更好的协同工作能力和粘结强度，其锚固搭接长度相比混凝土节点可显著降低，在装配整体式节点处应用该材料能够保证足够的粘结锚固能力；适当的界面构造配筋可有效提升后浇ECC与预制混凝土界面的力学性能，确保界面不成为薄弱面。
该文基于一种新型高韧性低收缩ECC材料-LSECC，提出了两种后浇LSECC装配整体式框架节点方案，以达到提升高烈度区装配整体式框架节点抗震性能并简化配筋的目标。以节点模型为基础构建了对应的梁式构件，完成了5根后浇LSECC装配整体式梁的静力单调加载试验。通过对承载力、刚度、破坏形态与裂缝发展的分析，初步论证了LSECC应用于装配整体式节点的可行性和优势，并对界面(包括热接和冷接)构造、纵筋锚固等关键基础问题进行了探究，提出了合理的构造措施，为后续大比例梁柱节点抗震性能试验奠定了基础。试验表明：采用LSECC的装配整体式梁具有等同现浇梁的承载力和延性，且裂缝宽度相比混凝土梁明显减小；梁跨中采用ECC的范围越大，初始刚度越低，在加载过程中刚度退化越缓慢； ECC与钢筋具有更好的协同工作能力和粘结强度，其锚固搭接长度相比混凝土节点可显著降低，在装配整体式节点处应用该材料能够保证足够的粘结锚固能力；适当的界面构造配筋可有效提升后浇ECC与预制混凝土界面的力学性能，确保界面不成为薄弱面。
2018, 35(10): 66-74.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0470
摘要:
摇摆墙体系作为一种具有良好工程应用前景的新型结构形式被越来越多的工程人员所接受，但其自重大、易开裂、增大结构质量等问题一直困扰着广大科研人员。考虑到传统的摇摆墙体系的诸多不足，该文提出了摇摆桁架-钢框架体系，并对摇摆桁架的设计方法进行了探索与研究，给出了基于需求刚度比的设计建议。基于小、中、大震作用下的时程分析，对耗能构件的能量耗散以及累积位移延性进行了分析，研究了摇摆桁架-钢框架体系塑性铰形成过程以及结构的地震失效模式。结果表明，采用摇摆桁架-钢框架体系能显著改善、优化和控制钢框架结构的地震失效模式，提高结构的抗震性能。摇摆桁架体系作为-种新型摇摆结构，其功能可恢复性明显高于传统的抗震设计结构。
摇摆墙体系作为一种具有良好工程应用前景的新型结构形式被越来越多的工程人员所接受，但其自重大、易开裂、增大结构质量等问题一直困扰着广大科研人员。考虑到传统的摇摆墙体系的诸多不足，该文提出了摇摆桁架-钢框架体系，并对摇摆桁架的设计方法进行了探索与研究，给出了基于需求刚度比的设计建议。基于小、中、大震作用下的时程分析，对耗能构件的能量耗散以及累积位移延性进行了分析，研究了摇摆桁架-钢框架体系塑性铰形成过程以及结构的地震失效模式。结果表明，采用摇摆桁架-钢框架体系能显著改善、优化和控制钢框架结构的地震失效模式，提高结构的抗震性能。摇摆桁架体系作为-种新型摇摆结构，其功能可恢复性明显高于传统的抗震设计结构。
2018, 35(10): 75-84.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0599
摘要:
基于对准脆性断裂边界影响模型参数的分析，该文将平均骨料粒径dave引入模型中，得到了考虑骨料体积含量及尺寸影响的混凝土准脆性断裂预测模型。模型中的有效裂缝与特征裂纹的比值，明确表征了三分点加载单边切口梁(SENB)试件的尺寸及初始缝长度变化时服从的断裂失效准则；模型中dave及分散系数βave将影响最大荷载Pmax作用下临界微裂纹扩展区的平均虚拟裂纹长度Δafic。通过SENB试件在Pmax时的受力分析，得到了临界正应力σn、有效裂缝长度ae、拉伸强度ft及断裂韧度KIC之间的关系式。通过Amparano的试验结果，当afic为0.8~1.4倍dave时，采用混凝土准脆性断裂模型能较好预测混凝土拉伸强度及断裂韧度。通过对Δafic=1.2dave时模型得到的预测曲线与试验结果的对比，证明了模型计算结果的可靠性。考虑骨料体积含量影响的混凝土准脆性断裂模型能基于RILEM规范中三分点加载SENB试验预测混凝土断裂韧度与拉伸强度。
基于对准脆性断裂边界影响模型参数的分析，该文将平均骨料粒径dave引入模型中，得到了考虑骨料体积含量及尺寸影响的混凝土准脆性断裂预测模型。模型中的有效裂缝与特征裂纹的比值，明确表征了三分点加载单边切口梁(SENB)试件的尺寸及初始缝长度变化时服从的断裂失效准则；模型中dave及分散系数βave将影响最大荷载Pmax作用下临界微裂纹扩展区的平均虚拟裂纹长度Δafic。通过SENB试件在Pmax时的受力分析，得到了临界正应力σn、有效裂缝长度ae、拉伸强度ft及断裂韧度KIC之间的关系式。通过Amparano的试验结果，当afic为0.8~1.4倍dave时，采用混凝土准脆性断裂模型能较好预测混凝土拉伸强度及断裂韧度。通过对Δafic=1.2dave时模型得到的预测曲线与试验结果的对比，证明了模型计算结果的可靠性。考虑骨料体积含量影响的混凝土准脆性断裂模型能基于RILEM规范中三分点加载SENB试验预测混凝土断裂韧度与拉伸强度。
2018, 35(10): 85-91.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0483
摘要:
为了明确在寒冷地区服役桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为，以16 mm厚桥梁钢Q345qD为研究对象，完成了室温和低温下的夏比冲击韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验和疲劳裂纹扩展门槛值试验。结果表明，夏比冲击功和试样断口剪切断面率随温度的降低而减少；在应力比0.1、0.2和0.5条件下，疲劳裂纹扩展速率均随温度降低而变缓，该桥梁钢的疲劳韧-脆转变温度点在-60℃以下；在室温~-60℃，其裂纹扩展速率均对应力比的变化不敏感；应力比0.1条件下的疲劳裂纹扩展门槛值随温度的降低有略微增大的趋势。该批次桥梁钢表现出了良好的抵抗低温疲劳裂纹扩展性能，防止低温脆性破坏成为疲劳设计的重点；试验数据能为钢结构桥梁的进一步抗低温疲劳和防低温冷脆断裂设计提供参考。
为了明确在寒冷地区服役桥梁钢的疲劳裂纹扩展行为，以16 mm厚桥梁钢Q345qD为研究对象，完成了室温和低温下的夏比冲击韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验和疲劳裂纹扩展门槛值试验。结果表明，夏比冲击功和试样断口剪切断面率随温度的降低而减少；在应力比0.1、0.2和0.5条件下，疲劳裂纹扩展速率均随温度降低而变缓，该桥梁钢的疲劳韧-脆转变温度点在-60℃以下；在室温~-60℃，其裂纹扩展速率均对应力比的变化不敏感；应力比0.1条件下的疲劳裂纹扩展门槛值随温度的降低有略微增大的趋势。该批次桥梁钢表现出了良好的抵抗低温疲劳裂纹扩展性能，防止低温脆性破坏成为疲劳设计的重点；试验数据能为钢结构桥梁的进一步抗低温疲劳和防低温冷脆断裂设计提供参考。
2018, 35(10): 92-100.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0491
摘要:
为研究高温对锈蚀钢筋混凝土结构粘结锚固性能的影响，对锈蚀试件(锈蚀率为1.08%)与非锈蚀试件先进行高温试验(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃)，再进行中心拔出试验。试验结果表明：随温度的升高，锈蚀试件与非锈蚀试件粘结强度均呈下降趋势，与非锈蚀试件相比，锈蚀试件在温度不超过400℃时，其粘结强度下降趋势较为平缓。分析了高温作用后混凝土抗压强度、钢筋极限强度、钢筋与混凝土间粘结强度三者之间的关系，并建立了考虑不同温度、不同锈蚀率等因素影响下钢筋与混凝土的粘结-滑移关系式。
为研究高温对锈蚀钢筋混凝土结构粘结锚固性能的影响，对锈蚀试件(锈蚀率为1.08%)与非锈蚀试件先进行高温试验(20℃、200℃、400℃、600℃、800℃)，再进行中心拔出试验。试验结果表明：随温度的升高，锈蚀试件与非锈蚀试件粘结强度均呈下降趋势，与非锈蚀试件相比，锈蚀试件在温度不超过400℃时，其粘结强度下降趋势较为平缓。分析了高温作用后混凝土抗压强度、钢筋极限强度、钢筋与混凝土间粘结强度三者之间的关系，并建立了考虑不同温度、不同锈蚀率等因素影响下钢筋与混凝土的粘结-滑移关系式。
2018, 35(10): 101-111,123.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0495
摘要:
为研究高延性混凝土(HDC)加固无筋砖墙的抗震性能，设计制作了3片HDC面层加固砖墙、1片钢筋网水泥砂浆面层加固砖墙和1片作为对比试件的未加固砖墙，通过拟静力试验，研究了HDC面层加固砖墙的破坏形态、滞回性能及耗能能力。试验结果表明：HDC面层可对墙体形成约束作用，延缓墙体开裂并改变墙体的破坏模式，提高墙体的承载力和延性；与钢筋网水泥砂浆面层加固相比，单面HDC加固的墙体开裂荷载与耗能能力明显提高，承载力下降缓慢。针对试件的破坏形态，考虑未开裂区加固面层对墙体水平承载力的贡献，提出了加固墙体的承载力计算方法，并根据试验结果进行了验证。
为研究高延性混凝土(HDC)加固无筋砖墙的抗震性能，设计制作了3片HDC面层加固砖墙、1片钢筋网水泥砂浆面层加固砖墙和1片作为对比试件的未加固砖墙，通过拟静力试验，研究了HDC面层加固砖墙的破坏形态、滞回性能及耗能能力。试验结果表明：HDC面层可对墙体形成约束作用，延缓墙体开裂并改变墙体的破坏模式，提高墙体的承载力和延性；与钢筋网水泥砂浆面层加固相比，单面HDC加固的墙体开裂荷载与耗能能力明显提高，承载力下降缓慢。针对试件的破坏形态，考虑未开裂区加固面层对墙体水平承载力的贡献，提出了加固墙体的承载力计算方法，并根据试验结果进行了验证。
2018, 35(10): 112-123.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0584
摘要:
为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCNPD)板缝节点在拉剪复合作用下的受力性能，进行了12个板缝节点在纯剪和拉剪复合作用下受力性能试验，对板缝节点的承载能力、裂缝模式、破坏形态、位移延性和应变规律等进行了较为系统的研究。结果表明：拉力的存在减小了由剪切作用引起的连接件与相邻混凝土间的承压作用，致使板缝节点抗剪承载力不同程度的降低，并且拉剪比越大，拉力对板缝节点屈服荷载和峰值荷载的削弱作用越明显；拉剪复合作用下，板缝节点较早呈现出非线性受力特征；拉力对板缝节点位移延性有较大的削弱，尤其对于楼盖中高拉剪比区域应采取措施避免节点发生脆性破坏；综合考虑板缝节点的荷载-位移响应、位移延性特征和破坏模式等因素，HPC、CPC和HP-CPC三种节点是较为理想的DCNPD板缝节点形式，SPC锚筋与锚板间焊缝在拉剪复合作用下易发生断裂，需改进措施以提高其拉剪复合受力性能。
为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCNPD)板缝节点在拉剪复合作用下的受力性能，进行了12个板缝节点在纯剪和拉剪复合作用下受力性能试验，对板缝节点的承载能力、裂缝模式、破坏形态、位移延性和应变规律等进行了较为系统的研究。结果表明：拉力的存在减小了由剪切作用引起的连接件与相邻混凝土间的承压作用，致使板缝节点抗剪承载力不同程度的降低，并且拉剪比越大，拉力对板缝节点屈服荷载和峰值荷载的削弱作用越明显；拉剪复合作用下，板缝节点较早呈现出非线性受力特征；拉力对板缝节点位移延性有较大的削弱，尤其对于楼盖中高拉剪比区域应采取措施避免节点发生脆性破坏；综合考虑板缝节点的荷载-位移响应、位移延性特征和破坏模式等因素，HPC、CPC和HP-CPC三种节点是较为理想的DCNPD板缝节点形式，SPC锚筋与锚板间焊缝在拉剪复合作用下易发生断裂，需改进措施以提高其拉剪复合受力性能。
2018, 35(10): 124-134.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0506
摘要:
为研究压弯剪扭复合受力钢筋混凝土十形柱的抗震性能，以扭弯比、轴压比为变化参数，设计6个钢筋混凝土十形柱试件进行恒定轴力反复弯剪扭的加载试验，观察试件的破坏过程和形态，获取扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线以及试件的开裂、屈服、峰值和破坏等特征点参数。基于试验数据，详细分析了压弯剪扭复合受力该类柱的极限承载力、位移延性、层间侧移角、能量耗散、强度及刚度退化等抗震性能指标。结果表明：在扭弯比小于0.21且轴压比小于0.34范围时，低周反复压弯剪扭钢筋混凝土十形柱的破坏形态表现为弯扭和扭剪破坏，滞回曲线呈捏拢状的S形，位移延性系数超过3.0，开裂时的侧移角大于1/550，破坏时的侧移角大于1/40，能满足我国建筑抗震设计规范要求；扭矩的存在使得材料的损伤更严重，耗能更大。
为研究压弯剪扭复合受力钢筋混凝土十形柱的抗震性能，以扭弯比、轴压比为变化参数，设计6个钢筋混凝土十形柱试件进行恒定轴力反复弯剪扭的加载试验，观察试件的破坏过程和形态，获取扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线以及试件的开裂、屈服、峰值和破坏等特征点参数。基于试验数据，详细分析了压弯剪扭复合受力该类柱的极限承载力、位移延性、层间侧移角、能量耗散、强度及刚度退化等抗震性能指标。结果表明：在扭弯比小于0.21且轴压比小于0.34范围时，低周反复压弯剪扭钢筋混凝土十形柱的破坏形态表现为弯扭和扭剪破坏，滞回曲线呈捏拢状的S形，位移延性系数超过3.0，开裂时的侧移角大于1/550，破坏时的侧移角大于1/40，能满足我国建筑抗震设计规范要求；扭矩的存在使得材料的损伤更严重，耗能更大。
2018, 35(10): 135-143.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0538
摘要:
加筋土整体式桥结合了整体式桥和加筋土的优点，是一种新型的桥梁形式，但目前对加筋土整体式桥的动力响应还很缺乏认识。该文对典型的单跨加筋土整体式桥的地震反应进行数值模拟，分析了地震峰值加速度对桥台弯矩、位移、筋材拉力的影响，并对比了另外3种桥型(整体式桥、加筋土简支梁桥、简支梁桥)在地震作用下桥台弯矩、位移和筋材拉力分布的区别。研究结果表明，地震作用下，简支梁桥台水平位移很大，有发生“落梁”的危险，整体式桥的水平位移更小，且加筋土整体式桥相比其他3种桥型抗震稳定性最高；地震时桥台弯矩和筋材拉力均显著增大；静力时每层筋材的最大拉力一般在筋材端部，而地震时是在筋材内部回填土滑移面附近。
加筋土整体式桥结合了整体式桥和加筋土的优点，是一种新型的桥梁形式，但目前对加筋土整体式桥的动力响应还很缺乏认识。该文对典型的单跨加筋土整体式桥的地震反应进行数值模拟，分析了地震峰值加速度对桥台弯矩、位移、筋材拉力的影响，并对比了另外3种桥型(整体式桥、加筋土简支梁桥、简支梁桥)在地震作用下桥台弯矩、位移和筋材拉力分布的区别。研究结果表明，地震作用下，简支梁桥台水平位移很大，有发生“落梁”的危险，整体式桥的水平位移更小，且加筋土整体式桥相比其他3种桥型抗震稳定性最高；地震时桥台弯矩和筋材拉力均显著增大；静力时每层筋材的最大拉力一般在筋材端部，而地震时是在筋材内部回填土滑移面附近。
2018, 35(10): 144-151,161.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0539
摘要:
为了减小结构的震后残余变形，有效地避免墙肢破坏，该文提出并设计了一种内置碟簧装置的自复位联肢剪力墙(SC-CSW)。SC-CSW主要通过碟簧装置中的摩擦耗散地震能量，碟簧提供恢复力。建立了预压小于摩擦的SC-CSW1、预压大于摩擦的SC-CSW2及普通联肢剪力墙的有限元模型，对比分析了三者的承载能力、变形能力、耗能能力和自复位能力，结果表明：加载位移达到弹塑性层间位移限值时，SC-CSW1的累积耗能比普通联肢剪力墙降低28.03%，但其延性比普通联肢剪力墙提高至少2.94倍，能更好的满足大震下的位移需求； SC-CSW2的累积耗能比SC-CSW1降低15.83%，但其承载力提高，且最大残余位移比仅为0.09%，基本消除了残余变形，能满足结构功能可恢复的需求。
为了减小结构的震后残余变形，有效地避免墙肢破坏，该文提出并设计了一种内置碟簧装置的自复位联肢剪力墙(SC-CSW)。SC-CSW主要通过碟簧装置中的摩擦耗散地震能量，碟簧提供恢复力。建立了预压小于摩擦的SC-CSW1、预压大于摩擦的SC-CSW2及普通联肢剪力墙的有限元模型，对比分析了三者的承载能力、变形能力、耗能能力和自复位能力，结果表明：加载位移达到弹塑性层间位移限值时，SC-CSW1的累积耗能比普通联肢剪力墙降低28.03%，但其延性比普通联肢剪力墙提高至少2.94倍，能更好的满足大震下的位移需求； SC-CSW2的累积耗能比SC-CSW1降低15.83%，但其承载力提高，且最大残余位移比仅为0.09%，基本消除了残余变形，能满足结构功能可恢复的需求。
2018, 35(10): 152-161.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0551
摘要:
该文利用基于有限面元(Finite Area Element，FAE)方法对拱形屋面的不均匀积雪荷载进行了研究。首先设计制作了缩尺比为1∶100、矢跨比为0.125的拱形屋面风洞试验模型，通过风洞试验测得屋面平均风速大小，结合CFD数值模拟确定平均风速方向，再基于FAE方法利用风速-雪通量经验公式计算得到屋面的积雪分布系数；并分析了不同风速和不同风向角对屋面积雪分布系数及不平衡雪荷载的影响。其次，对基于FAE方法计算得到的积雪分布系数、基于两相流的CFD数值模拟结果以及我国现行《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的结果进行了比较。最后，总结了屋面雪荷载分布规律，给出了针对这类大跨结构雪荷载设计的一些建议。
该文利用基于有限面元(Finite Area Element，FAE)方法对拱形屋面的不均匀积雪荷载进行了研究。首先设计制作了缩尺比为1∶100、矢跨比为0.125的拱形屋面风洞试验模型，通过风洞试验测得屋面平均风速大小，结合CFD数值模拟确定平均风速方向，再基于FAE方法利用风速-雪通量经验公式计算得到屋面的积雪分布系数；并分析了不同风速和不同风向角对屋面积雪分布系数及不平衡雪荷载的影响。其次，对基于FAE方法计算得到的积雪分布系数、基于两相流的CFD数值模拟结果以及我国现行《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的结果进行了比较。最后，总结了屋面雪荷载分布规律，给出了针对这类大跨结构雪荷载设计的一些建议。
2018, 35(10): 162-171.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0567
摘要:
自复位预应力混凝土(SCPC)框架结构中布置填充墙可以有效提高结构刚度和耗能能力。从我国规范中选取4种强度不同的填充墙分别布置于一SCPC框架结构中，利用OpenSees分析软件分别建立其有限元模型。首先对SCPC框架和4个带填充墙自复位预应力混凝土(SCPC-IW)框架有限元模型进行低周往复循环加载分析和静力推覆分析，进而选取15条地震动记录调至罕遇地震水平分别输入5个有限元模型进行动力分析，以研究填充墙对SCPC框架结构抗震性能的影响。研究结果表明：布置填充墙可以明显提高结构的初始刚度、耗能能力以及减小结构动力响应，但同时也提高了震后结构的残余变形。随着填充墙材料强度的提高，结构震后残余变形的增加幅度远高于其动力响应的降低幅度。对SCPC框架结构布置强度为混凝土强度15%~24%的填充填可以有效提高结构刚度和耗能能力，降低结构的动力响应，同时又能够保证结构残余层间位移角在罕遇地震水平下不超过可修状态限值0.4%。
自复位预应力混凝土(SCPC)框架结构中布置填充墙可以有效提高结构刚度和耗能能力。从我国规范中选取4种强度不同的填充墙分别布置于一SCPC框架结构中，利用OpenSees分析软件分别建立其有限元模型。首先对SCPC框架和4个带填充墙自复位预应力混凝土(SCPC-IW)框架有限元模型进行低周往复循环加载分析和静力推覆分析，进而选取15条地震动记录调至罕遇地震水平分别输入5个有限元模型进行动力分析，以研究填充墙对SCPC框架结构抗震性能的影响。研究结果表明：布置填充墙可以明显提高结构的初始刚度、耗能能力以及减小结构动力响应，但同时也提高了震后结构的残余变形。随着填充墙材料强度的提高，结构震后残余变形的增加幅度远高于其动力响应的降低幅度。对SCPC框架结构布置强度为混凝土强度15%~24%的填充填可以有效提高结构刚度和耗能能力，降低结构的动力响应，同时又能够保证结构残余层间位移角在罕遇地震水平下不超过可修状态限值0.4%。
2018, 35(10): 172-182.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0435
摘要:
基于分离相似设计方法，开展了顶板厚度和溶洞直径变化下桩端顶板的破坏特征模型试验，并构建了相应的安全厚度理论计算模型。1)溶洞顶板厚度的大小影响了桩基嵌岩端荷载的传递路径，厚度越大传递范围越广，形成的剪切带体积越大。顶板厚度t≤1.0d时(d为桩径)顶板临空面处易发生冲切破坏，此时溶洞顶板的自身稳定性起控制作用，顶板厚度越小，溶洞临空面处脱落体积越小；顶板厚度1.0d< t ≤2.0d时，表现为锥形冲切失稳驱动上部剪切错动的破坏；顶板厚度t >2.0d时，表现为上部剪切错动驱动临空面的锥形冲切失稳，且溶洞直径小于剪切错动体的横向宽度时，剪切破坏最终发生在桩-岩界面的竖向投影范围以内。顶板厚度较小，对应的Q-S曲线为典型的陡降型曲线，而厚度较大时Q-S曲线为典型的缓变型。2)顶板具有一定厚度情况下(t≥2.0d)，洞径较小(l≤3.0d)时，桩端剪切变形较为显著，上部剪切错动达到一定程度后，顶板临空面才发生冲切破坏，此时Q-S曲线呈现缓变型趋势；洞径较大时(l >3.0d)，顶板临空面处冲切现象较显著，且洞径越大锥形冲切块的体积越大，此时Q-S曲线呈陡降型变化特征。3)以锥形冲切破坏计算模型进行工程设计风险较大，而冲-剪破坏理论模型与顶板岩体强度、完整性、桩径、嵌岩深度、施工方法及工艺等相关，故现场条件下即可计算出顶板的最小安全厚度值。
基于分离相似设计方法，开展了顶板厚度和溶洞直径变化下桩端顶板的破坏特征模型试验，并构建了相应的安全厚度理论计算模型。1)溶洞顶板厚度的大小影响了桩基嵌岩端荷载的传递路径，厚度越大传递范围越广，形成的剪切带体积越大。顶板厚度t≤1.0d时(d为桩径)顶板临空面处易发生冲切破坏，此时溶洞顶板的自身稳定性起控制作用，顶板厚度越小，溶洞临空面处脱落体积越小；顶板厚度1.0d< t ≤2.0d时，表现为锥形冲切失稳驱动上部剪切错动的破坏；顶板厚度t >2.0d时，表现为上部剪切错动驱动临空面的锥形冲切失稳，且溶洞直径小于剪切错动体的横向宽度时，剪切破坏最终发生在桩-岩界面的竖向投影范围以内。顶板厚度较小，对应的Q-S曲线为典型的陡降型曲线，而厚度较大时Q-S曲线为典型的缓变型。2)顶板具有一定厚度情况下(t≥2.0d)，洞径较小(l≤3.0d)时，桩端剪切变形较为显著，上部剪切错动达到一定程度后，顶板临空面才发生冲切破坏，此时Q-S曲线呈现缓变型趋势；洞径较大时(l >3.0d)，顶板临空面处冲切现象较显著，且洞径越大锥形冲切块的体积越大，此时Q-S曲线呈陡降型变化特征。3)以锥形冲切破坏计算模型进行工程设计风险较大，而冲-剪破坏理论模型与顶板岩体强度、完整性、桩径、嵌岩深度、施工方法及工艺等相关，故现场条件下即可计算出顶板的最小安全厚度值。
2018, 35(10): 183-192.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0627
摘要:
根据国际航运协会《港口结构抗震设计指南》、日本港口结构震害调查结果和钢圆筒结构特点，将标准化水平残余位移作为沉入式钢圆筒防波堤的抗震性能指标，同时运用振动台试验和数值模拟研究了回填砂地基防波堤的动力特性，并评估了防波堤的抗震性能。结果表明，当设计地震动为1.7 m/s2时回填砂地基防波堤处于可服役状态，设计地震动为3.2 m/s2时防波堤处于可修复状态，不满足防波堤性能等级为S的要求，建议在设计中考虑远场地震和近场地震对防波堤抗震性能的影响。振动台试验研究发现当地震波加速度峰值为3.2 m/s2时筒外回填砂由于液化导致其对防波堤的侧向力改变，防波堤试验模型发生明显的倾斜现象，建议在地基加固设计过程中重点考虑筒外回填砂。当地震波加速度峰值为1.7 m/s2和3.2 m/s2时，钢圆筒筒壁应力最大值随高度的增加均呈现减小的趋势，同时钢圆筒防波堤存在两处薄弱环节，分别位于筒底及泥面处，因此结构设计时应优先考虑。
根据国际航运协会《港口结构抗震设计指南》、日本港口结构震害调查结果和钢圆筒结构特点，将标准化水平残余位移作为沉入式钢圆筒防波堤的抗震性能指标，同时运用振动台试验和数值模拟研究了回填砂地基防波堤的动力特性，并评估了防波堤的抗震性能。结果表明，当设计地震动为1.7 m/s2时回填砂地基防波堤处于可服役状态，设计地震动为3.2 m/s2时防波堤处于可修复状态，不满足防波堤性能等级为S的要求，建议在设计中考虑远场地震和近场地震对防波堤抗震性能的影响。振动台试验研究发现当地震波加速度峰值为3.2 m/s2时筒外回填砂由于液化导致其对防波堤的侧向力改变，防波堤试验模型发生明显的倾斜现象，建议在地基加固设计过程中重点考虑筒外回填砂。当地震波加速度峰值为1.7 m/s2和3.2 m/s2时，钢圆筒筒壁应力最大值随高度的增加均呈现减小的趋势，同时钢圆筒防波堤存在两处薄弱环节，分别位于筒底及泥面处，因此结构设计时应优先考虑。
2018, 35(10): 193-202,211.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0678
摘要:
随着时代的进步，人们对建筑的要求不仅仅局限在功能性、实用性，更要求有优秀的透光性，轻盈的结构形式。传统的网壳结构的三角形网格划分的方式导致结构采光差、构件多，四边形网格质量轻、采光好，但刚度较低，因此提出了一种新的结构几何形式—索撑双向子午线型球面网壳，具有新的拉索布置方式—面内布置斜拉索、面外利用撑杆布置横、纵拉索。通过典型算例，并结合100 m、150 m大跨度模型算例对上述结构的力学性能规律进行验证分析，论证了该文提出的拉索布置方式的合理性。针对施工过程中拉索张拉顺序，提出了面内斜拉索及面外横纵拉索的预应力施加顺序的若干种方案，对结构进行了施工过程模拟；通过结构施工过程中各个阶段的最大位移、极限承载力等指标，研究拉索预应力施加顺序对施工过程中的影响，提出了适合于此类结构的合理施工手段，为实际工程提供理论支撑。
随着时代的进步，人们对建筑的要求不仅仅局限在功能性、实用性，更要求有优秀的透光性，轻盈的结构形式。传统的网壳结构的三角形网格划分的方式导致结构采光差、构件多，四边形网格质量轻、采光好，但刚度较低，因此提出了一种新的结构几何形式—索撑双向子午线型球面网壳，具有新的拉索布置方式—面内布置斜拉索、面外利用撑杆布置横、纵拉索。通过典型算例，并结合100 m、150 m大跨度模型算例对上述结构的力学性能规律进行验证分析，论证了该文提出的拉索布置方式的合理性。针对施工过程中拉索张拉顺序，提出了面内斜拉索及面外横纵拉索的预应力施加顺序的若干种方案，对结构进行了施工过程模拟；通过结构施工过程中各个阶段的最大位移、极限承载力等指标，研究拉索预应力施加顺序对施工过程中的影响，提出了适合于此类结构的合理施工手段，为实际工程提供理论支撑。
2018, 35(10): 203-211.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0897
摘要:
在山区建筑物抗风设计中，必须考虑地形对风场的影响。对比分析了中国GB 5009-2012、日本AIJ-2004、美国ASCE/SEI 7-10、加拿大NBC-2005、国际ISO标准ISO 4354-2009(E)、澳大利亚/新西兰AS/NZS 1170.2-2011、欧洲BS EN 1991-1-4-2005、德国DIN 1055-4、英国BS 6399-2-1997等荷载规范中关于山地风速地形修正系数的有关规定。为便于比较，将地形修正系数计算公式统一形式。结合单体山峰风洞试验，探讨了不同坡度、不同维度山峰的迎风区、山顶和背风区的地形修正系数分布，对地形修正系数的规定提出建议。
在山区建筑物抗风设计中，必须考虑地形对风场的影响。对比分析了中国GB 5009-2012、日本AIJ-2004、美国ASCE/SEI 7-10、加拿大NBC-2005、国际ISO标准ISO 4354-2009(E)、澳大利亚/新西兰AS/NZS 1170.2-2011、欧洲BS EN 1991-1-4-2005、德国DIN 1055-4、英国BS 6399-2-1997等荷载规范中关于山地风速地形修正系数的有关规定。为便于比较，将地形修正系数计算公式统一形式。结合单体山峰风洞试验，探讨了不同坡度、不同维度山峰的迎风区、山顶和背风区的地形修正系数分布，对地形修正系数的规定提出建议。
2018, 35(10): 212-221.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0464
摘要:
为了完善离心力作用下的多层圆筒过盈配合理论以及得到一定约束条件下较优的过盈配合设计方案，该文首先推导了多层旋转圆筒应力和变形分析解析公式以及多层旋转圆筒过盈配合设计公式，然后基于以上理论，以所定义的旋转圆筒最小安全裕度为适应度函数，采用遗传算法优化名义半径使圆筒的最小安全裕度最大化。根据优化并取整后的名义半径，采用有限元软件(ANSYS Workbench)建立磁悬浮轴承转子三维模型模拟了最大过盈条件下装配过程，并且比较了解析方法与有限元的等效应力结果。研究结果表明：所采用的名义尺寸优化方法提高了旋转圆筒的安全系数，增加了转子的安全性；本文模型中的最外层圆筒内壁为最危险环面，此处有限元方法所得最大等效应力比解析方法结果高18.72%，仅采用解析方法预测结果时应适当提高校核安全系数；所给出的解析方法与数值分析方法所得结果总体结果吻合良好，因此所提解析方法可以用于多层旋转圆筒的过盈配合初步设计、分析以及提供理论指导。
为了完善离心力作用下的多层圆筒过盈配合理论以及得到一定约束条件下较优的过盈配合设计方案，该文首先推导了多层旋转圆筒应力和变形分析解析公式以及多层旋转圆筒过盈配合设计公式，然后基于以上理论，以所定义的旋转圆筒最小安全裕度为适应度函数，采用遗传算法优化名义半径使圆筒的最小安全裕度最大化。根据优化并取整后的名义半径，采用有限元软件(ANSYS Workbench)建立磁悬浮轴承转子三维模型模拟了最大过盈条件下装配过程，并且比较了解析方法与有限元的等效应力结果。研究结果表明：所采用的名义尺寸优化方法提高了旋转圆筒的安全系数，增加了转子的安全性；本文模型中的最外层圆筒内壁为最危险环面，此处有限元方法所得最大等效应力比解析方法结果高18.72%，仅采用解析方法预测结果时应适当提高校核安全系数；所给出的解析方法与数值分析方法所得结果总体结果吻合良好，因此所提解析方法可以用于多层旋转圆筒的过盈配合初步设计、分析以及提供理论指导。
2018, 35(10): 222-228,237.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0486
摘要:
鼓式制动器的工作过程存在着强烈的摩擦学-传热学-机械学耦合行为，其动态受载状态研究是分析制动器制动特性、进行疲劳寿命评估和结构优化设计的重要基础。该文以某重型卡车的鼓式制动器动态特性为研究对象，设计试验获得了两种制动工况下制动鼓外表面的动态应变和摩擦表面的温度变化，并采用有限元软件ABAQUS进行了考虑磨损的热机耦合仿真分析。结果表明，制动鼓局部与制动蹄不同位置接触时应变呈现极度不均匀的特征，且相似的一组四个波峰在随制动鼓的旋转重复出现。随着温度升高，热应变对制动鼓的平均应变状态影响显著。
鼓式制动器的工作过程存在着强烈的摩擦学-传热学-机械学耦合行为，其动态受载状态研究是分析制动器制动特性、进行疲劳寿命评估和结构优化设计的重要基础。该文以某重型卡车的鼓式制动器动态特性为研究对象，设计试验获得了两种制动工况下制动鼓外表面的动态应变和摩擦表面的温度变化，并采用有限元软件ABAQUS进行了考虑磨损的热机耦合仿真分析。结果表明，制动鼓局部与制动蹄不同位置接触时应变呈现极度不均匀的特征，且相似的一组四个波峰在随制动鼓的旋转重复出现。随着温度升高，热应变对制动鼓的平均应变状态影响显著。
2018, 35(10): 229-237.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0465
摘要:
该文研究了复合材料构件螺栓连接预紧力的长期性能预测。在作者前期工作的基础上，建立并完善了基于蠕变全应变理论的螺栓连接预紧力松弛预测模型。主要改进包括各蠕变阶段表达式转换为分段形式和修正时-温转换因子的作用方式两方面。采用时-温等效原理获得的长时加速表征实验数据对模型进行验证。结果表明，本模型能较好地描述预紧力长期特性，且预测效果比现有的Shivakumar-Crews模型及Hook-Norton模型更好，从而证明了该模型的准确性和可靠性。
该文研究了复合材料构件螺栓连接预紧力的长期性能预测。在作者前期工作的基础上，建立并完善了基于蠕变全应变理论的螺栓连接预紧力松弛预测模型。主要改进包括各蠕变阶段表达式转换为分段形式和修正时-温转换因子的作用方式两方面。采用时-温等效原理获得的长时加速表征实验数据对模型进行验证。结果表明，本模型能较好地描述预紧力长期特性，且预测效果比现有的Shivakumar-Crews模型及Hook-Norton模型更好，从而证明了该模型的准确性和可靠性。
2018, 35(10): 238-248.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0520
摘要:
研究轴向运动载流梁在两平行导线产生磁场中的主共振问题。给出两平行导线间载流梁处磁感应强度及所受电磁力表达式，推得轴向运动载流梁的横向振动微分方程。应用伽辽金积分法，得到轴向运动梁无量纲化的非线性振动微分方程。采用多尺度法进行求解，得到系统关于前两阶模态非线性方程的近似解析解以及主共振幅频响应方程。通过算例，得到了轴向运动载流梁共振幅值随调谐参数、载流电流密度、导线电流和位置的变化关系曲线图。结果表明，各相关物理和几何参数的改变对系统共振特征有较大影响，且非线性振动特征较为明显。
研究轴向运动载流梁在两平行导线产生磁场中的主共振问题。给出两平行导线间载流梁处磁感应强度及所受电磁力表达式，推得轴向运动载流梁的横向振动微分方程。应用伽辽金积分法，得到轴向运动梁无量纲化的非线性振动微分方程。采用多尺度法进行求解，得到系统关于前两阶模态非线性方程的近似解析解以及主共振幅频响应方程。通过算例，得到了轴向运动载流梁共振幅值随调谐参数、载流电流密度、导线电流和位置的变化关系曲线图。结果表明，各相关物理和几何参数的改变对系统共振特征有较大影响，且非线性振动特征较为明显。
2018, 35(10): 249-256.
doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0450
摘要:
在双参数微极近场动力学弹脆性模型基础上，引入反映长程力尺寸效应的核函数修正项以提高定量计算精度和收敛稳定性。通过定量变形计算和双轴动载作用下含中心裂纹准脆性板的裂纹扩展过程模拟，验证了本文模型与算法。应用本文模型能准确反映动载作用下的裂纹起裂、扩展、分叉与二次分叉等现象。进一步分析了双轴动载作用下含不同倾角、不同间距平行双裂纹脆性板的破坏模式、起裂时间与承载能力，以及含不同倾角多裂纹脆性板的破坏机制。结果表明：初始裂纹倾角与间距对脆性板承载能力有显著影响，在平行双裂纹倾角一定时，间距越大脆性板承载能力越强；双轴动载作用下多裂纹扩展时，裂纹之间首先相互连接且无分叉，在初始裂纹连接贯通后向边界扩展时出现分叉及二次分叉。
在双参数微极近场动力学弹脆性模型基础上，引入反映长程力尺寸效应的核函数修正项以提高定量计算精度和收敛稳定性。通过定量变形计算和双轴动载作用下含中心裂纹准脆性板的裂纹扩展过程模拟，验证了本文模型与算法。应用本文模型能准确反映动载作用下的裂纹起裂、扩展、分叉与二次分叉等现象。进一步分析了双轴动载作用下含不同倾角、不同间距平行双裂纹脆性板的破坏模式、起裂时间与承载能力，以及含不同倾角多裂纹脆性板的破坏机制。结果表明：初始裂纹倾角与间距对脆性板承载能力有显著影响，在平行双裂纹倾角一定时，间距越大脆性板承载能力越强；双轴动载作用下多裂纹扩展时，裂纹之间首先相互连接且无分叉，在初始裂纹连接贯通后向边界扩展时出现分叉及二次分叉。
