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2023年 第40卷 第S期
2023,
40(S):
1-5. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S015
摘要:
该文提出了一种能够有效改善碰撞问题振荡现象的修正方法。基于有限元方法，采用Lagrange乘子法施加接触约束条件，并与一种无条件稳定的隐式组合时间积分算法相结合对无摩擦动接触问题进行求解。通过引入附加Lagrange乘子对组合时间积分算法得到的速度和加速度进行修正，使其能够满足速度和加速度形式的接触约束的一致性条件。数值算例结果表明：该文提出的修正方法能够有效地改善碰撞问题中初始接触时速度、接触力等的振荡现象，进一步提高了碰撞问题的求解精度。
该文提出了一种能够有效改善碰撞问题振荡现象的修正方法。基于有限元方法，采用Lagrange乘子法施加接触约束条件，并与一种无条件稳定的隐式组合时间积分算法相结合对无摩擦动接触问题进行求解。通过引入附加Lagrange乘子对组合时间积分算法得到的速度和加速度进行修正，使其能够满足速度和加速度形式的接触约束的一致性条件。数值算例结果表明：该文提出的修正方法能够有效地改善碰撞问题中初始接触时速度、接触力等的振荡现象，进一步提高了碰撞问题的求解精度。
2023,
40(S):
6-10. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.07.S047
摘要:
结构模态参数(频率、阻尼比、振型等)是结构健康监测和动力测试的关键参数，其识别不确定性的准确度量将显著增强结构损伤识别和状态评估的准确性和鲁棒性。着眼于“理解”而非“计算”模态参数识别不确定性，渐近不确定性在不依赖特定数据和算法的条件下给出模态参数估计值变异系数的解析形式。该文介绍单点激振条件下结构的模态参数识别渐近不确定性，基于长数据和小阻尼比假设，给出结构的频率、阻尼比和振型后验变异系数的解析表达式，并结合一系列现场测试进行验证。该文提出的模态参数识别渐近不确定性可用于指导结构激振测试实践，致力于解决振动测试的盲目性和模态识别的被动性。
结构模态参数(频率、阻尼比、振型等)是结构健康监测和动力测试的关键参数，其识别不确定性的准确度量将显著增强结构损伤识别和状态评估的准确性和鲁棒性。着眼于“理解”而非“计算”模态参数识别不确定性，渐近不确定性在不依赖特定数据和算法的条件下给出模态参数估计值变异系数的解析形式。该文介绍单点激振条件下结构的模态参数识别渐近不确定性，基于长数据和小阻尼比假设，给出结构的频率、阻尼比和振型后验变异系数的解析表达式，并结合一系列现场测试进行验证。该文提出的模态参数识别渐近不确定性可用于指导结构激振测试实践，致力于解决振动测试的盲目性和模态识别的被动性。
2023,
40(S):
11-18. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S016
摘要:
通过一致质量矩阵和集中质量矩阵的显式表达，对比分析了质量矩阵对Euler-Bernoulli梁理论和两结点双线性插值梁理论动力计算精度的影响。并通过Python有限元程序的数值模拟，揭示了两结点双线性插值梁的优越性。理论推导和数值分析结果表明：梁单元动力计算前必须进行网格剖分；网格密度的增大并不能提高Euler-Bernoulli梁集中质量矩阵的动力精度，而一致质量矩阵的收敛性显著高于集中质量矩阵。
通过一致质量矩阵和集中质量矩阵的显式表达，对比分析了质量矩阵对Euler-Bernoulli梁理论和两结点双线性插值梁理论动力计算精度的影响。并通过Python有限元程序的数值模拟，揭示了两结点双线性插值梁的优越性。理论推导和数值分析结果表明：梁单元动力计算前必须进行网格剖分；网格密度的增大并不能提高Euler-Bernoulli梁集中质量矩阵的动力精度，而一致质量矩阵的收敛性显著高于集中质量矩阵。
2023,
40(S):
19-24, 55. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S018
摘要:
该文采用状态空间法研究了圆弧曲梁面内动力学特性。通过选择合适的状态变量，建立了相应的状态空间列式，并给出了固有频率和振动模态的求解过程。进一步通过引入辛内积的概念，建立了三种工程常见边界条件(简支、固支和自由)下圆弧曲梁面内振动模态关于质量和旋转惯量的正交关系式。在此基础上，运用模态叠加法给出了非齐次状态方程的解析解，并得到了圆弧曲梁在竖向移动集中荷载作用下的瞬态响应。数值算例结果表明该文方法是十分精确和可靠的。
该文采用状态空间法研究了圆弧曲梁面内动力学特性。通过选择合适的状态变量，建立了相应的状态空间列式，并给出了固有频率和振动模态的求解过程。进一步通过引入辛内积的概念，建立了三种工程常见边界条件(简支、固支和自由)下圆弧曲梁面内振动模态关于质量和旋转惯量的正交关系式。在此基础上，运用模态叠加法给出了非齐次状态方程的解析解，并得到了圆弧曲梁在竖向移动集中荷载作用下的瞬态响应。数值算例结果表明该文方法是十分精确和可靠的。
2023,
40(S):
25-38. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S020
摘要:
针对框架-剪力墙双重抗侧力体系，通过刚度特征值综合反映框架与剪力墙的侧向刚度，考察其对框架剪力分担率与屈曲荷载的影响。建立了高度为48 m、72 m、96 m和120 m四个计算模型，分别采用有限元法和简化方法计算结构的屈曲荷载与框架柱的计算长度系数。刚度特征值可以综合反映框架与剪力墙相对刚度以及结构高度的影响，特征刚度值越大，框架分担的剪力也随之增大。框架屈曲荷载修正系数γ可以用于定量表征框架受到剪力墙侧向支撑作用强弱的程度，γ随着结构高度增大迅速减小。当框架-剪力墙高度较大时，其框架部分的屈曲荷载可能低于相应纯框架的屈曲荷载，说明此时框架部分为剪力墙提供了侧向支撑。计算结果表明：对于纯框架，按结构标准层分段加载有限元分析得到柱的计算长度系数在各标准层范围内保持不变，且各标准层之间差异不大；基于同层柱相互支援的修正《钢结构设计标准》法，得到柱的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近，两者误差为−9.5%~14.2%。框架-剪力墙柱的计算长度系数介于无侧移框架与有侧移框架之间；随着结构高度增大，其值与纯框架的计算结果逐渐接近；修正《钢结构设计标准》法得到的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近。由于柱的轴力随楼层高度增大逐渐减小，根据欧拉公式计算得到柱的计算长度系数不断增大，说明逐层加载有限元模型在确定柱计算长度系数方面存在局限性。该文方法可供框架-剪力墙双重抗侧力体系确定框架柱计算长度系数时参考。
针对框架-剪力墙双重抗侧力体系，通过刚度特征值综合反映框架与剪力墙的侧向刚度，考察其对框架剪力分担率与屈曲荷载的影响。建立了高度为48 m、72 m、96 m和120 m四个计算模型，分别采用有限元法和简化方法计算结构的屈曲荷载与框架柱的计算长度系数。刚度特征值可以综合反映框架与剪力墙相对刚度以及结构高度的影响，特征刚度值越大，框架分担的剪力也随之增大。框架屈曲荷载修正系数γ可以用于定量表征框架受到剪力墙侧向支撑作用强弱的程度，γ随着结构高度增大迅速减小。当框架-剪力墙高度较大时，其框架部分的屈曲荷载可能低于相应纯框架的屈曲荷载，说明此时框架部分为剪力墙提供了侧向支撑。计算结果表明：对于纯框架，按结构标准层分段加载有限元分析得到柱的计算长度系数在各标准层范围内保持不变，且各标准层之间差异不大；基于同层柱相互支援的修正《钢结构设计标准》法，得到柱的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近，两者误差为−9.5%~14.2%。框架-剪力墙柱的计算长度系数介于无侧移框架与有侧移框架之间；随着结构高度增大，其值与纯框架的计算结果逐渐接近；修正《钢结构设计标准》法得到的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近。由于柱的轴力随楼层高度增大逐渐减小，根据欧拉公式计算得到柱的计算长度系数不断增大，说明逐层加载有限元模型在确定柱计算长度系数方面存在局限性。该文方法可供框架-剪力墙双重抗侧力体系确定框架柱计算长度系数时参考。
2023,
40(S):
39-45. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S035
摘要:
准确描述涡激振动的风场特征和动力响应特征是实现桥梁振动控制的前提，基于大跨度悬索桥结构健康监测系统获取的风场和振动加速度数据，对比分析了环境振动和涡激振动的风速、风向、湍流强度、阵风系数、脉动风功率谱密度、振动加速度及其功率谱密度的参数特征。结果表明：加劲梁典型的第6阶竖弯涡激振动中的风速可达7.24 m/s~12.24 m/s，风向基本垂直于桥轴向；三向湍流强度、阵风系数和脉动风功率谱在涡激振动中无明显不同于环境振动的特征。不同于多模态耦合的环境振动，涡激振动呈现单模态振动特征；通过功率谱峰值差异率量化该特征可区分环境振动和涡激振动。
准确描述涡激振动的风场特征和动力响应特征是实现桥梁振动控制的前提，基于大跨度悬索桥结构健康监测系统获取的风场和振动加速度数据，对比分析了环境振动和涡激振动的风速、风向、湍流强度、阵风系数、脉动风功率谱密度、振动加速度及其功率谱密度的参数特征。结果表明：加劲梁典型的第6阶竖弯涡激振动中的风速可达7.24 m/s~12.24 m/s，风向基本垂直于桥轴向；三向湍流强度、阵风系数和脉动风功率谱在涡激振动中无明显不同于环境振动的特征。不同于多模态耦合的环境振动，涡激振动呈现单模态振动特征；通过功率谱峰值差异率量化该特征可区分环境振动和涡激振动。
2023,
40(S):
46-55. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S040
摘要:
铝合金材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，已广泛应用于建筑结构。而我国铝合金框架结构的应用尚处于起步阶段。为推动铝合金框架结构的应用发展，铝合金梁柱连接节点与结构体系的抗震研究有待进一步开展。该文调研了铝合金框架结构的工程应用实例，综述了铝合金梁柱节点与框架结构的研究现状，对一个原型框架开展了弹塑性推覆分析与动力时程分析，评估了其抗震性能。该文可为进一步开展铝合金框架结构的相关研究、设计与应用实践提供参考。
铝合金材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，已广泛应用于建筑结构。而我国铝合金框架结构的应用尚处于起步阶段。为推动铝合金框架结构的应用发展，铝合金梁柱连接节点与结构体系的抗震研究有待进一步开展。该文调研了铝合金框架结构的工程应用实例，综述了铝合金梁柱节点与框架结构的研究现状，对一个原型框架开展了弹塑性推覆分析与动力时程分析，评估了其抗震性能。该文可为进一步开展铝合金框架结构的相关研究、设计与应用实践提供参考。
2023,
40(S):
56-61. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.07.S048
摘要:
为分析高强钢管混凝土撞击后力学性能，该文建立了高强钢管混凝土在低速侧向撞击下以及轴压剩余承载力数值模型，模型考虑了高强钢和混凝土的材料应变率效应等以及动力-静力加载工况之间的结果衔接。使用现有高强钢管混凝土低速侧向撞击和静力加载试验结果对所建立模型的合理性进行了验证。采用建立的有限元模型，对高强钢管混凝土低速侧向撞击和静力侧向加载后的破坏形态、局部损伤和跨中挠度对于其轴压剩余承载力的影响规律进行了对比分析，理清了影响其轴压剩余承载力的关键因素，并发展了相应的简化计算模型。
为分析高强钢管混凝土撞击后力学性能，该文建立了高强钢管混凝土在低速侧向撞击下以及轴压剩余承载力数值模型，模型考虑了高强钢和混凝土的材料应变率效应等以及动力-静力加载工况之间的结果衔接。使用现有高强钢管混凝土低速侧向撞击和静力加载试验结果对所建立模型的合理性进行了验证。采用建立的有限元模型，对高强钢管混凝土低速侧向撞击和静力侧向加载后的破坏形态、局部损伤和跨中挠度对于其轴压剩余承载力的影响规律进行了对比分析，理清了影响其轴压剩余承载力的关键因素，并发展了相应的简化计算模型。
2023,
40(S):
62-73, 91. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S046
摘要:
根据钻地武器侵彻有配筋超高性能混凝土(UHPC)的实际背景，该文通过数值模拟方法研究了配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响。通过弹体侵彻素UHPC靶标的试验数据验证了数值模型和材料参数的可靠性，通过量纲分析确定了钢筋直径d、钢筋平面间距sh和层间距sv是影响配筋的主要因素，对300 m/s和600 m/s弹体侵彻不同钢筋间距和直径的UHPC靶标工况进行了计算分析，研究了相同配筋率情况下不同配筋形式对侵彻深度的影响。结果表明：钢筋能够有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能，侵彻深度和表面成坑直径与钢筋间距正相关，与钢筋直径负相关；在相同的配筋率下，采用小间距、小直径的配筋方式比大间距、大直径的配筋方式更能有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能。
根据钻地武器侵彻有配筋超高性能混凝土(UHPC)的实际背景，该文通过数值模拟方法研究了配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响。通过弹体侵彻素UHPC靶标的试验数据验证了数值模型和材料参数的可靠性，通过量纲分析确定了钢筋直径d、钢筋平面间距sh和层间距sv是影响配筋的主要因素，对300 m/s和600 m/s弹体侵彻不同钢筋间距和直径的UHPC靶标工况进行了计算分析，研究了相同配筋率情况下不同配筋形式对侵彻深度的影响。结果表明：钢筋能够有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能，侵彻深度和表面成坑直径与钢筋间距正相关，与钢筋直径负相关；在相同的配筋率下，采用小间距、小直径的配筋方式比大间距、大直径的配筋方式更能有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能。
2023,
40(S):
74-80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S045
摘要:
滑雪跳台与桥梁结构类似，风障也可以为跳台滑雪运动创造一个低速的比赛风环境。采用数值模拟的方法，研究了风障透风率对滑雪跳台挡风效果的影响，系统分析了涡旋结构、无量纲风速、风环境影响系数和湍流度随风障透风率的变化特性。结果表明：侧风作用下，风障的存在明显改变了滑雪道上空的风场结构，但同时在运动员跳跃高度处会产生较大的竖向风速分量，显著干扰比赛的公正性；滑雪道上空的风环境影响系数随风障透风率的增加呈减小后增大的趋势，其中透风率为10%~20%时风障挡风效果最优，其挡风效率高达79%~97%，同时也可以有效降低运动员跳跃高度处的竖向风速分量，但风场的湍流度会明显增大；考虑滑雪跳台主体结构对风荷载的作用较不敏感，应优选设置10%~20%透风率的风障。
滑雪跳台与桥梁结构类似，风障也可以为跳台滑雪运动创造一个低速的比赛风环境。采用数值模拟的方法，研究了风障透风率对滑雪跳台挡风效果的影响，系统分析了涡旋结构、无量纲风速、风环境影响系数和湍流度随风障透风率的变化特性。结果表明：侧风作用下，风障的存在明显改变了滑雪道上空的风场结构，但同时在运动员跳跃高度处会产生较大的竖向风速分量，显著干扰比赛的公正性；滑雪道上空的风环境影响系数随风障透风率的增加呈减小后增大的趋势，其中透风率为10%~20%时风障挡风效果最优，其挡风效率高达79%~97%，同时也可以有效降低运动员跳跃高度处的竖向风速分量，但风场的湍流度会明显增大；考虑滑雪跳台主体结构对风荷载的作用较不敏感，应优选设置10%~20%透风率的风障。
2023,
40(S):
81-91. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S044
摘要:
该文提出了一种带可更换脚部件的装配式RC剪力墙，通过数值模拟分析了可更换脚部件承载力、可更换脚部件高度以及非更换区域内嵌加强钢板厚度对这种剪力墙抗震性能的影响，并与现浇RC墙进行了对比。结果表明：随着可更换脚部件承载力提高，装配式RC墙承载力越高；当可更换脚部件与现浇RC墙边缘构件的抗压承载力比nc=0.85或抗拉承载力之比nt=1.35时，带可更换脚部件装配式RC墙与现浇RC墙承载力、刚度和滞回特征基本接近。可更换脚部件高度对装配式RC墙压弯承载力、刚度和滞回特征影响不大。当可更换脚部件高度为墙截面高度的1/2时，墙体损伤主要集中在可更换区域，非更换区域损伤较小，实现了损伤可控。对于弯曲破坏控制的带可更换脚部件的装配式RC墙，非更换区域的加强钢板厚度对墙体抗震性能影响不大。为实现带可更换脚部件装配式RC墙与现浇RC墙性能等同，建议非更换区域按照装配式RC墙底截面与现浇RC墙底截面抗剪承载力相等原则设计。
该文提出了一种带可更换脚部件的装配式RC剪力墙，通过数值模拟分析了可更换脚部件承载力、可更换脚部件高度以及非更换区域内嵌加强钢板厚度对这种剪力墙抗震性能的影响，并与现浇RC墙进行了对比。结果表明：随着可更换脚部件承载力提高，装配式RC墙承载力越高；当可更换脚部件与现浇RC墙边缘构件的抗压承载力比nc=0.85或抗拉承载力之比nt=1.35时，带可更换脚部件装配式RC墙与现浇RC墙承载力、刚度和滞回特征基本接近。可更换脚部件高度对装配式RC墙压弯承载力、刚度和滞回特征影响不大。当可更换脚部件高度为墙截面高度的1/2时，墙体损伤主要集中在可更换区域，非更换区域损伤较小，实现了损伤可控。对于弯曲破坏控制的带可更换脚部件的装配式RC墙，非更换区域的加强钢板厚度对墙体抗震性能影响不大。为实现带可更换脚部件装配式RC墙与现浇RC墙性能等同，建议非更换区域按照装配式RC墙底截面与现浇RC墙底截面抗剪承载力相等原则设计。
2023,
40(S):
92-97, 119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S043
摘要:
不同建筑物具有不同的固有动力特性，结合建筑物的结构高度和基本周期可表示为结构刚柔指标，结构的刚柔属性会使得建筑物的震时位移响应和加速度响应不同，进而出现了震后损失情况的差异。以偏刚性钢框架(RF)和偏柔性钢框架(FF)各一栋为研究对象，基于设防地震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析结果和由建筑信息模型得到的构件易损性数据，按照我国《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591−2020)对高层钢框架结构进行抗震韧性评估。RF和FF的评估结果显示：RF的层间位移角响应更小、楼面加速度响应更大，FF的响应则相反，说明各类结构构件和非结构构件的修复费用比例、修复时间以及造成的人员损失与结构刚柔指标有关。
不同建筑物具有不同的固有动力特性，结合建筑物的结构高度和基本周期可表示为结构刚柔指标，结构的刚柔属性会使得建筑物的震时位移响应和加速度响应不同，进而出现了震后损失情况的差异。以偏刚性钢框架(RF)和偏柔性钢框架(FF)各一栋为研究对象，基于设防地震和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析结果和由建筑信息模型得到的构件易损性数据，按照我国《建筑抗震韧性评价标准》(GB/T 38591−2020)对高层钢框架结构进行抗震韧性评估。RF和FF的评估结果显示：RF的层间位移角响应更小、楼面加速度响应更大，FF的响应则相反，说明各类结构构件和非结构构件的修复费用比例、修复时间以及造成的人员损失与结构刚柔指标有关。
2023,
40(S):
98-107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S042
摘要:
爆炸荷载作用下，超高性能混凝土(UHPC)防护结构的内部配筋形式对抗爆性能具有显著影响。该文利用数值方法研究不同配筋形式对超高性能钢筋混凝土抗爆性能的影响。使用试验结果验证数值建模方法和材料参数的可靠性，建立32个不同钢筋直径和间距的炸药-空气-UHPC-钢筋数值模型，通过分析结构的局部破坏和背爆面位移，给出近爆作用下不同配筋形式的超高性能钢筋混凝土结构抗爆特性。研究表明：不同配筋率下，钢筋-UHPC结构的动态损伤规律具有相似性；配筋率相同时，钢筋直径是影响结构抗爆性能的主要因素。局部加载时，采用细钢筋的UHPC结构抗爆性能优于粗钢筋，其中均匀布筋效果最优。而整体加载时，不同配筋方式的UHPC结构损伤差异较小。
爆炸荷载作用下，超高性能混凝土(UHPC)防护结构的内部配筋形式对抗爆性能具有显著影响。该文利用数值方法研究不同配筋形式对超高性能钢筋混凝土抗爆性能的影响。使用试验结果验证数值建模方法和材料参数的可靠性，建立32个不同钢筋直径和间距的炸药-空气-UHPC-钢筋数值模型，通过分析结构的局部破坏和背爆面位移，给出近爆作用下不同配筋形式的超高性能钢筋混凝土结构抗爆特性。研究表明：不同配筋率下，钢筋-UHPC结构的动态损伤规律具有相似性；配筋率相同时，钢筋直径是影响结构抗爆性能的主要因素。局部加载时，采用细钢筋的UHPC结构抗爆性能优于粗钢筋，其中均匀布筋效果最优。而整体加载时，不同配筋方式的UHPC结构损伤差异较小。
2023,
40(S):
108-112. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S037
摘要:
涡激振动是大跨度流线型箱梁桥在低风速下常见的风致振动形式，对桥梁结构的疲劳寿命和行车舒适性有较大影响。为揭示流线型箱梁涡激振动机理，有必要研究其涡激振动的气动力演化规律。以某流线型箱梁桥为对象，通过同步测振测压的风洞试验方法，获得了+5°风攻角下主梁模型的涡激振动响应及表面测点风压时程，对比分析了涡激振动前、涡激振动振幅上升区、涡激振动振幅极值点、涡激振动振幅下降区和涡激振动后五个不同阶段模型表面的平均风压系数、脉动风压系数和涡激力的变化规律。结果表明：在涡激振动的不同阶段，流线型箱梁表面平均风压系数变化不大，而脉动风压系数分布具有明显的演化过程。涡激力在涡激振动振幅上升区、涡激振动振幅极值点及涡激振动振幅下降区有明显的卓越频率，且与结构自振频率相近，涡激振动前和涡激振动后无明显卓越频率。涡激力卓越频率对应的振幅与涡激振动位移振幅正相关，两者同在涡激振动振幅极值点处达到最大。
涡激振动是大跨度流线型箱梁桥在低风速下常见的风致振动形式，对桥梁结构的疲劳寿命和行车舒适性有较大影响。为揭示流线型箱梁涡激振动机理，有必要研究其涡激振动的气动力演化规律。以某流线型箱梁桥为对象，通过同步测振测压的风洞试验方法，获得了+5°风攻角下主梁模型的涡激振动响应及表面测点风压时程，对比分析了涡激振动前、涡激振动振幅上升区、涡激振动振幅极值点、涡激振动振幅下降区和涡激振动后五个不同阶段模型表面的平均风压系数、脉动风压系数和涡激力的变化规律。结果表明：在涡激振动的不同阶段，流线型箱梁表面平均风压系数变化不大，而脉动风压系数分布具有明显的演化过程。涡激力在涡激振动振幅上升区、涡激振动振幅极值点及涡激振动振幅下降区有明显的卓越频率，且与结构自振频率相近，涡激振动前和涡激振动后无明显卓越频率。涡激力卓越频率对应的振幅与涡激振动位移振幅正相关，两者同在涡激振动振幅极值点处达到最大。
2023,
40(S):
113-119. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S036
摘要:
无砟轨道因温度作用产生的损伤会影响高速铁路运营的安全性，所以对其温度场的精确求解是重要的。该文为了获得细观尺度下无砟轨道温度场，基于混凝土随机骨料分布算法以及传热学原理建立细观尺度CRTSⅡ型轨道二维传热有限元模型。通过实测数据验证模型可靠性后，分析细观尺度轨道内部温度场时变规律和空间分布规律，并研究轨道板粗骨料最大粒径和粗骨料分布不均两个因素对轨道板温度场的影响。研究结果表明：不同时刻细观尺度轨道结构温度场随深度非线性变化；在轨道结构中心位置处等温线基本平行于地面，但在局部发生起伏；砂浆内热流方向多指向骨料所在位置，且优先通过粗骨料组成的通道进行传递；粗骨料最大粒径和不均匀分布两因素对轨道板中线不同深度的温度影响几乎可不计。
无砟轨道因温度作用产生的损伤会影响高速铁路运营的安全性，所以对其温度场的精确求解是重要的。该文为了获得细观尺度下无砟轨道温度场，基于混凝土随机骨料分布算法以及传热学原理建立细观尺度CRTSⅡ型轨道二维传热有限元模型。通过实测数据验证模型可靠性后，分析细观尺度轨道内部温度场时变规律和空间分布规律，并研究轨道板粗骨料最大粒径和粗骨料分布不均两个因素对轨道板温度场的影响。研究结果表明：不同时刻细观尺度轨道结构温度场随深度非线性变化；在轨道结构中心位置处等温线基本平行于地面，但在局部发生起伏；砂浆内热流方向多指向骨料所在位置，且优先通过粗骨料组成的通道进行传递；粗骨料最大粒径和不均匀分布两因素对轨道板中线不同深度的温度影响几乎可不计。
2023,
40(S):
120-125. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S034
摘要:
斜拉索是斜拉桥的主要受力构件，其气动特性研究是整体结构气动特性研究的基础。为探究表面光滑斜拉索气动特性的雷诺数效应，在均匀来流中进行了不同风速下的斜拉索节段模型风洞测压试验，得到了斜拉索气动力系数和平均风压系数随雷诺数的变化规律。结果表明：表面光滑斜拉索的平均气动力系数在不同雷诺数区有不同的表现，平均阻力系数在亚临界雷诺数区和超临界雷诺数区分别稳定在1.2和0.6附近，而平均升力系数为0，临界雷诺数区平均阻力系数迅速减小，对应地，平均升力系数从0增加到最大值又降低到0；对于脉动气动力系数，处于亚临界雷诺数区的脉动升力值远大于脉动阻力，意味着斜拉索横风向激励远大于顺风向；平均风压系数分布随雷诺数的增大经历了对称−不对称−对称的变化过程，体现了层流分离−单侧湍流分离−双侧湍流分离的变化规律，是平均升力系数变化趋势的定性响应，而斜拉索背压处平均基压系数绝对值的变化趋势与平均阻力系数一致。
斜拉索是斜拉桥的主要受力构件，其气动特性研究是整体结构气动特性研究的基础。为探究表面光滑斜拉索气动特性的雷诺数效应，在均匀来流中进行了不同风速下的斜拉索节段模型风洞测压试验，得到了斜拉索气动力系数和平均风压系数随雷诺数的变化规律。结果表明：表面光滑斜拉索的平均气动力系数在不同雷诺数区有不同的表现，平均阻力系数在亚临界雷诺数区和超临界雷诺数区分别稳定在1.2和0.6附近，而平均升力系数为0，临界雷诺数区平均阻力系数迅速减小，对应地，平均升力系数从0增加到最大值又降低到0；对于脉动气动力系数，处于亚临界雷诺数区的脉动升力值远大于脉动阻力，意味着斜拉索横风向激励远大于顺风向；平均风压系数分布随雷诺数的增大经历了对称−不对称−对称的变化过程，体现了层流分离−单侧湍流分离−双侧湍流分离的变化规律，是平均升力系数变化趋势的定性响应，而斜拉索背压处平均基压系数绝对值的变化趋势与平均阻力系数一致。
2023,
40(S):
126-135, 157. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S030
摘要:
为了考察钢拉杆在不同受力条件下的力学性能，对10根GLG650钢拉杆试件分别进行单调受拉和低周往复拉压试验，得到钢拉杆的荷载-位移曲线、屈服承载力、最大承载力、极限承载力以及相应的变形和破坏形态。试验及分析结果表明：钢拉杆屈服强化阶段，荷载-位移曲线接近于直线；在往复拉压作用下，长细比较小的钢拉杆荷载-位移曲线出现循环软化现象。受拉屈服后，随着钢拉杆轴向变形加大，反向受压时其侧向挠曲变形随之增大，杆件中部在压弯作用下进入屈服。钢拉杆的断后伸长率约为3.4%~6.8%，远小于钢材试样的破断伸长率。钢拉杆破断多发生在加载端或固定端，受压弯累计塑性损伤的影响，长细比较小时杆件中部破断的情况增多。根据受力特征点确定的钢拉杆荷载-位移滞回规则，可供在往复荷载作用下弹塑性计算分析时应用。
为了考察钢拉杆在不同受力条件下的力学性能，对10根GLG650钢拉杆试件分别进行单调受拉和低周往复拉压试验，得到钢拉杆的荷载-位移曲线、屈服承载力、最大承载力、极限承载力以及相应的变形和破坏形态。试验及分析结果表明：钢拉杆屈服强化阶段，荷载-位移曲线接近于直线；在往复拉压作用下，长细比较小的钢拉杆荷载-位移曲线出现循环软化现象。受拉屈服后，随着钢拉杆轴向变形加大，反向受压时其侧向挠曲变形随之增大，杆件中部在压弯作用下进入屈服。钢拉杆的断后伸长率约为3.4%~6.8%，远小于钢材试样的破断伸长率。钢拉杆破断多发生在加载端或固定端，受压弯累计塑性损伤的影响，长细比较小时杆件中部破断的情况增多。根据受力特征点确定的钢拉杆荷载-位移滞回规则，可供在往复荷载作用下弹塑性计算分析时应用。
2023,
40(S):
136-146. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S031
摘要:
该文提出两种适用于窄截面钢管混凝土柱的穿心板式栓焊节点，两种节点的下翼缘和腹板采用螺栓连接，上翼缘采用焊接连接。该节点既能有效避免室内凸角的出现，又能解决全螺栓连接节点需要预留安装缝、节点刚度偏低的问题，同时具有可快速装配、方便混凝土浇筑等优点。该文阐述了节点的构造、加工及装配过程、设计原理；基于单调加载试验建立有限元模型，分析了该节点的受力过程、破坏模式、刚度和延性。结果表明：有限元模型分析结果与试验吻合较好；穿心板式栓焊连接节点的主要破坏模式为梁受压翼缘的屈曲及相邻腹板的鼓曲，节点塑性铰远离节点核心区，符合强节点弱构件的设计原理；节点属于刚性连接，具有较大的刚度和承载力、较好的延性。
该文提出两种适用于窄截面钢管混凝土柱的穿心板式栓焊节点，两种节点的下翼缘和腹板采用螺栓连接，上翼缘采用焊接连接。该节点既能有效避免室内凸角的出现，又能解决全螺栓连接节点需要预留安装缝、节点刚度偏低的问题，同时具有可快速装配、方便混凝土浇筑等优点。该文阐述了节点的构造、加工及装配过程、设计原理；基于单调加载试验建立有限元模型，分析了该节点的受力过程、破坏模式、刚度和延性。结果表明：有限元模型分析结果与试验吻合较好；穿心板式栓焊连接节点的主要破坏模式为梁受压翼缘的屈曲及相邻腹板的鼓曲，节点塑性铰远离节点核心区，符合强节点弱构件的设计原理；节点属于刚性连接，具有较大的刚度和承载力、较好的延性。
2023,
40(S):
147-157. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S032
摘要:
X型支撑结构已广泛应用于大型海洋工程主要支撑结构设计中，如设计使用不当，将有可能发生由支撑杆的屈曲失稳而引发的结构坍塌变形。在极限荷载下，X撑杆的屈曲失稳本质上属于典型的多跨压杆稳定问题，其极限承载力与撑杆的结构组成、几何参数以及端部约束密切相关。该文主要研究有(无)面外支撑的非对称交叉支撑体系在任意弹性支撑下 X 撑结构屈曲特性，侧重于考察端部约束、受力形式、面外支撑刚度等因素的影响。首先基于线弹性理论框架，建立了双跨受压杆件平衡方程，利用牛顿迭代算法进行屈曲载荷计算，从而得到跨中连续的非对称交叉支撑杆的有效长度因子数值解，并对端点支撑刚度和跨中支撑刚度进行了敏感性分析。结合工程实践，给出了杆件屈曲长度系数和刚度约束条件关键设计参数。
X型支撑结构已广泛应用于大型海洋工程主要支撑结构设计中，如设计使用不当，将有可能发生由支撑杆的屈曲失稳而引发的结构坍塌变形。在极限荷载下，X撑杆的屈曲失稳本质上属于典型的多跨压杆稳定问题，其极限承载力与撑杆的结构组成、几何参数以及端部约束密切相关。该文主要研究有(无)面外支撑的非对称交叉支撑体系在任意弹性支撑下 X 撑结构屈曲特性，侧重于考察端部约束、受力形式、面外支撑刚度等因素的影响。首先基于线弹性理论框架，建立了双跨受压杆件平衡方程，利用牛顿迭代算法进行屈曲载荷计算，从而得到跨中连续的非对称交叉支撑杆的有效长度因子数值解，并对端点支撑刚度和跨中支撑刚度进行了敏感性分析。结合工程实践，给出了杆件屈曲长度系数和刚度约束条件关键设计参数。
2023,
40(S):
158-166, 190. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S027
摘要:
为研究打包带加固对砖砌体抗弯性能的增强效果，对216个砖砌体试件开展了弯曲抗拉试验，并结合数值模拟，探究了不同强度的砌筑砂浆和抹面砂浆，以及不同网格尺寸的打包带网对砖砌体抗弯能力的影响。结果表明：砌筑砂浆强度对砖砌体的抗弯峰值荷载影响最大，与M1强度相比，当砌筑砂浆强度增为M2.5、M5、M7.5和M10时，沿通缝截面砖砌体的抗弯峰值荷载增幅依次为15.87%、31.11%、37.60%和44.45%，沿齿缝截面砖砌体的增幅依次为28.95%、46.16%、55.19%和56.76%；抹面砂浆的强度对抗弯峰值荷载影响较小，其主要作用在于增强打包带网与砖砌体表面的粘结，高强度的抹面砂浆与打包带共同作用能够有效提高砖砌体的抗变形能力；打包带网格尺寸主要影响的是砖砌体破坏之后的荷载回升幅度，与12.5 cm网格尺寸相比，当网格尺寸减小为7.5 cm和5 cm时，沿通缝截面砖砌体的荷载回升峰值增幅可达63.42%和130.38%，沿齿缝截面砖砌体的增幅可达73.29%和127.66%。打包带加固可为砌体结构，特别是村镇砌体结构的抗震加固工程提供参考。
为研究打包带加固对砖砌体抗弯性能的增强效果，对216个砖砌体试件开展了弯曲抗拉试验，并结合数值模拟，探究了不同强度的砌筑砂浆和抹面砂浆，以及不同网格尺寸的打包带网对砖砌体抗弯能力的影响。结果表明：砌筑砂浆强度对砖砌体的抗弯峰值荷载影响最大，与M1强度相比，当砌筑砂浆强度增为M2.5、M5、M7.5和M10时，沿通缝截面砖砌体的抗弯峰值荷载增幅依次为15.87%、31.11%、37.60%和44.45%，沿齿缝截面砖砌体的增幅依次为28.95%、46.16%、55.19%和56.76%；抹面砂浆的强度对抗弯峰值荷载影响较小，其主要作用在于增强打包带网与砖砌体表面的粘结，高强度的抹面砂浆与打包带共同作用能够有效提高砖砌体的抗变形能力；打包带网格尺寸主要影响的是砖砌体破坏之后的荷载回升幅度，与12.5 cm网格尺寸相比，当网格尺寸减小为7.5 cm和5 cm时，沿通缝截面砖砌体的荷载回升峰值增幅可达63.42%和130.38%，沿齿缝截面砖砌体的增幅可达73.29%和127.66%。打包带加固可为砌体结构，特别是村镇砌体结构的抗震加固工程提供参考。
2023,
40(S):
167-173. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S028
摘要:
该文总结了新旧混凝土植筋界面剪力传递机制，将连接界面抗剪承载力影响因素分为材料性能及尺寸、界面处理、钢筋布置和和荷载作用四类。对规范中较少考虑的界面弯矩和尺寸效应两种影响因素的相关研究进行梳理，并通过一个2 m厚地铁车站临时底板抗浮验算实例表明这两种因素对界面抗剪承载力可能存在的较大影响。对比中国、欧洲、美国和加拿大规范计算新旧混凝土植筋界面抗剪承载力时考虑传力机制、界面粗糙度和界面弯矩的异同，建议规范修订时考虑尺寸效应的影响。
该文总结了新旧混凝土植筋界面剪力传递机制，将连接界面抗剪承载力影响因素分为材料性能及尺寸、界面处理、钢筋布置和和荷载作用四类。对规范中较少考虑的界面弯矩和尺寸效应两种影响因素的相关研究进行梳理，并通过一个2 m厚地铁车站临时底板抗浮验算实例表明这两种因素对界面抗剪承载力可能存在的较大影响。对比中国、欧洲、美国和加拿大规范计算新旧混凝土植筋界面抗剪承载力时考虑传力机制、界面粗糙度和界面弯矩的异同，建议规范修订时考虑尺寸效应的影响。
2023,
40(S):
174-183. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S029
摘要:
为了确保大跨煤棚结构不被风荷载破坏，通过刚性模型测压风洞试验研究有、无干扰对煤棚结构风荷载的影响。结果表明：结构正对来流方向主要承受风压力作用，屋盖顶部主要承受风吸力作用，屋盖顶部风吸力最大；风荷载沿风向表现明显梯度，具有渐变性；施扰煤棚遮挡效应整体减小了受扰煤棚的风荷载，但也要注意干扰造成受扰煤棚局部风荷载变大的不利影响；当待测模型和干扰模型沿风向并列布置时，结构中间区域风荷载几乎不随跨向位置改变而改变，结构沿展向部分区域风荷载急剧变化。研究结果可为大跨煤棚结构抗风设计提供参考依据。
为了确保大跨煤棚结构不被风荷载破坏，通过刚性模型测压风洞试验研究有、无干扰对煤棚结构风荷载的影响。结果表明：结构正对来流方向主要承受风压力作用，屋盖顶部主要承受风吸力作用，屋盖顶部风吸力最大；风荷载沿风向表现明显梯度，具有渐变性；施扰煤棚遮挡效应整体减小了受扰煤棚的风荷载，但也要注意干扰造成受扰煤棚局部风荷载变大的不利影响；当待测模型和干扰模型沿风向并列布置时，结构中间区域风荷载几乎不随跨向位置改变而改变，结构沿展向部分区域风荷载急剧变化。研究结果可为大跨煤棚结构抗风设计提供参考依据。
2023,
40(S):
184-190. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S021
摘要:
连续倒塌是指由意外事件造成工程结构的局部破坏并形成连锁反应，最终导致结构大范围破坏甚至整体倒塌，其中结构系统的冗余承载力对其抗连续倒塌性能具有显著影响。为满足工程快速评估的需要，分析、总结了主要设计参数对规则框架结构抗连续倒塌性能的影响规律。按照规范设计了18个典型钢筋混凝土(RC)规则框架，分别考虑了不同抗震设防烈度、结构总楼层数、结构跨度3个主要设计参数对结构冗余承载力的影响；采用纤维梁模型建立了所有典型框架的有限元模型，其中梁采用T形截面建模考虑有效翼缘宽度范围内楼板的贡献；采用非线性动力拆除构件法分析了框架在不同部位发生初始破坏时的连续倒塌响应，以及主要设计参数对结构连续倒塌影响的规律。
连续倒塌是指由意外事件造成工程结构的局部破坏并形成连锁反应，最终导致结构大范围破坏甚至整体倒塌，其中结构系统的冗余承载力对其抗连续倒塌性能具有显著影响。为满足工程快速评估的需要，分析、总结了主要设计参数对规则框架结构抗连续倒塌性能的影响规律。按照规范设计了18个典型钢筋混凝土(RC)规则框架，分别考虑了不同抗震设防烈度、结构总楼层数、结构跨度3个主要设计参数对结构冗余承载力的影响；采用纤维梁模型建立了所有典型框架的有限元模型，其中梁采用T形截面建模考虑有效翼缘宽度范围内楼板的贡献；采用非线性动力拆除构件法分析了框架在不同部位发生初始破坏时的连续倒塌响应，以及主要设计参数对结构连续倒塌影响的规律。
2023,
40(S):
191-199, 206. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S022
摘要:
为研究圆形钢管含粗骨料超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete with coarse aggregate filled steel tube, CA-UHPCFST)中长柱的偏心受压性能，考虑长径比和偏心距的影响，设计制作了7个圆形CA-UHPCFST中长柱试件，通过偏心受压试验，重点考察构件的破坏形态、荷载-变形关系曲线、侧向挠度分布曲线、荷载-应变关系曲线、延性和极限承载力。研究表明：圆形CA-UHPCFST中长柱在偏心受压下发生弯曲失稳破坏，其荷载-变形曲线经历了弹性段、弹塑性段和下降段；极限承载力随长径比和偏心距的增加而降低，延性系数随长径比的增加而减小，而随偏心距的增加呈先增加后减小的趋势。规范GB 50936−2014可较好地预测圆形CA-UHPCFST中长柱偏心受压极限承载力。研究成果可为钢管超高性能混凝土的进一步研究与推广应用提供参考。
为研究圆形钢管含粗骨料超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete with coarse aggregate filled steel tube, CA-UHPCFST)中长柱的偏心受压性能，考虑长径比和偏心距的影响，设计制作了7个圆形CA-UHPCFST中长柱试件，通过偏心受压试验，重点考察构件的破坏形态、荷载-变形关系曲线、侧向挠度分布曲线、荷载-应变关系曲线、延性和极限承载力。研究表明：圆形CA-UHPCFST中长柱在偏心受压下发生弯曲失稳破坏，其荷载-变形曲线经历了弹性段、弹塑性段和下降段；极限承载力随长径比和偏心距的增加而降低，延性系数随长径比的增加而减小，而随偏心距的增加呈先增加后减小的趋势。规范GB 50936−2014可较好地预测圆形CA-UHPCFST中长柱偏心受压极限承载力。研究成果可为钢管超高性能混凝土的进一步研究与推广应用提供参考。
2023,
40(S):
200-206. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S023
摘要:
为了探讨钢纤维混凝土材料在低温下的断裂行为，通过有限元分析方法，在细观层次建立了不同钢纤维体积分数(V=0.0%、0.5%和1.0%)的混凝土试块三维数值模型，分别在3个温度点下(T=20 ℃、−40 ℃和−80 ℃)进行了劈裂抗拉强度试验以及三点弯曲加载试验，得到了相应的破坏模式以及荷载-跨中挠度曲线。研究结果表明，混凝土的断裂能随着温度的降低呈增大趋势，且钢纤维体积分数越大，断裂能越大。而混凝土的特征长度随着温度的降低逐渐减小，但纤维的加入很大程度地增大了其特征长度。
为了探讨钢纤维混凝土材料在低温下的断裂行为，通过有限元分析方法，在细观层次建立了不同钢纤维体积分数(V=0.0%、0.5%和1.0%)的混凝土试块三维数值模型，分别在3个温度点下(T=20 ℃、−40 ℃和−80 ℃)进行了劈裂抗拉强度试验以及三点弯曲加载试验，得到了相应的破坏模式以及荷载-跨中挠度曲线。研究结果表明，混凝土的断裂能随着温度的降低呈增大趋势，且钢纤维体积分数越大，断裂能越大。而混凝土的特征长度随着温度的降低逐渐减小，但纤维的加入很大程度地增大了其特征长度。
2023,
40(S):
207-212, 247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S024
摘要:
为探究锈蚀-疲劳耦合作用下钢筋混凝土梁的结构力学行为及刚度退化规律，设计了3组不同应力幅作用的钢筋混凝土梁锈蚀-疲劳耦合持荷试验，分析了各试验梁的疲劳寿命及刚度演化规律。结果表明，钢筋、混凝土疲劳和钢筋的锈蚀耦合作用下，钢筋混凝土构件的疲劳寿命显著降低，疲劳梁和锈蚀疲劳耦合梁的挠度发展曲线均呈现“突增-稳定-突增”的变化规律，且锈蚀疲劳耦合梁在第二阶段的挠度发展速率要远大于同应力幅下的疲劳加载梁。该方法在既有规范基础上分别改进了现有疲劳梁和锈蚀疲劳耦合作用下结构的挠度计算方法，可以有效考虑钢筋疲劳作用、外荷载应力幅、混凝土模量退化、钢筋锈蚀等因素的影响，其计算值与试验值吻合较好，验证了该文提出的刚度计算模型的有效性。
为探究锈蚀-疲劳耦合作用下钢筋混凝土梁的结构力学行为及刚度退化规律，设计了3组不同应力幅作用的钢筋混凝土梁锈蚀-疲劳耦合持荷试验，分析了各试验梁的疲劳寿命及刚度演化规律。结果表明，钢筋、混凝土疲劳和钢筋的锈蚀耦合作用下，钢筋混凝土构件的疲劳寿命显著降低，疲劳梁和锈蚀疲劳耦合梁的挠度发展曲线均呈现“突增-稳定-突增”的变化规律，且锈蚀疲劳耦合梁在第二阶段的挠度发展速率要远大于同应力幅下的疲劳加载梁。该方法在既有规范基础上分别改进了现有疲劳梁和锈蚀疲劳耦合作用下结构的挠度计算方法，可以有效考虑钢筋疲劳作用、外荷载应力幅、混凝土模量退化、钢筋锈蚀等因素的影响，其计算值与试验值吻合较好，验证了该文提出的刚度计算模型的有效性。
2023,
40(S):
213-218. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S025
摘要:
基于以色列特拉维夫市某地铁项目现场勘察以及抽水试验数据，采用三维有限元模型对A车站深基坑悬挂式止水帷幕的降水方案进行分析。经计算，国外设计分包提出的降水方案没有考虑不透水层的空间不均匀分布，造成基坑中部降水深度不能满足现场施工水位要求。通过进一步分析单井流量、降水井排布以及滤管埋深等因素对降水效果的影响，给出了优化改进建议，增大降水深度的同时减小了基坑两端与中部的水头差，有利于基坑开挖和节省成本。可供类似项目的设计、施工人员参考。
基于以色列特拉维夫市某地铁项目现场勘察以及抽水试验数据，采用三维有限元模型对A车站深基坑悬挂式止水帷幕的降水方案进行分析。经计算，国外设计分包提出的降水方案没有考虑不透水层的空间不均匀分布，造成基坑中部降水深度不能满足现场施工水位要求。通过进一步分析单井流量、降水井排布以及滤管埋深等因素对降水效果的影响，给出了优化改进建议，增大降水深度的同时减小了基坑两端与中部的水头差，有利于基坑开挖和节省成本。可供类似项目的设计、施工人员参考。
2023,
40(S):
219-226. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S001
摘要:
采用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法，对局部火灾场景中临近火盆的钢柱展开分析，并考虑水平来流的影响。为验证该文数值模拟方法的正确性，以顶棚射流模型为案例，首先进行了在无风情况下的火灾分析，通过与试验数据的比对验证了数值模型的正确性。在临近火盆的钢柱传热研究中，发现在来流影响下火焰发生明显的倾斜，当来流的速度大于临界值时，火羽流从侧壁面环绕钢柱，形成火羽绕柱场景，从而导致流体场的热学特征以及钢柱壁面的受热情况发生显著变化。该文进行了气体温度场、速度场、钢柱壁面温度以及对流换热系数分布规律的探讨。
采用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法，对局部火灾场景中临近火盆的钢柱展开分析，并考虑水平来流的影响。为验证该文数值模拟方法的正确性，以顶棚射流模型为案例，首先进行了在无风情况下的火灾分析，通过与试验数据的比对验证了数值模型的正确性。在临近火盆的钢柱传热研究中，发现在来流影响下火焰发生明显的倾斜，当来流的速度大于临界值时，火羽流从侧壁面环绕钢柱，形成火羽绕柱场景，从而导致流体场的热学特征以及钢柱壁面的受热情况发生显著变化。该文进行了气体温度场、速度场、钢柱壁面温度以及对流换热系数分布规律的探讨。
2023,
40(S):
227-233. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S003
摘要:
多高层办公建筑主要采用混凝土框剪结构，其在局部结构构件失效下的整体结构连续倒塌可能引发严重的经济损失和社会影响。该文针对常规结构布置的典型框剪结构开展了动力连续倒塌分析，总结其规律为结构毁伤下的连续倒塌快速评估提供依据。主要工作包括：按照不同抗震设防烈度、跨度、层数设计了18个典型结构布置的框剪结构，并采用纤维梁单元和分层壳单元建立了整体结构的数值模型库；采用非线性动力拆除构件法对整体结构开展了计算分析，获得结构系统在局部构件失效下的动力响应；对比分析不同结构的连续倒塌动力响应，研究不同参数对连续倒塌后果的影响。
多高层办公建筑主要采用混凝土框剪结构，其在局部结构构件失效下的整体结构连续倒塌可能引发严重的经济损失和社会影响。该文针对常规结构布置的典型框剪结构开展了动力连续倒塌分析，总结其规律为结构毁伤下的连续倒塌快速评估提供依据。主要工作包括：按照不同抗震设防烈度、跨度、层数设计了18个典型结构布置的框剪结构，并采用纤维梁单元和分层壳单元建立了整体结构的数值模型库；采用非线性动力拆除构件法对整体结构开展了计算分析，获得结构系统在局部构件失效下的动力响应；对比分析不同结构的连续倒塌动力响应，研究不同参数对连续倒塌后果的影响。
2023,
40(S):
234-240. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S004
摘要:
随着在役钢筋混凝土结构的不断退化，业主们迫切关心如何利用有限资金在恰当时候对量大面广的结构进行管理与维护。基于gamma随机过程，该文提出了一种适用于锈蚀钢筋混凝土柱的维护策略优化方法。通过分析锈蚀引起的混凝土柱退化情况，该文建立了适用于不同锈蚀程度与受力状态的混凝土柱残余承载力计算模型。同时，考虑到结构退化过程的不确定性，采用gamma过程对锈蚀柱的失效概率进行了预测，并通过平衡失效风险与维修成本的方法，确定了结构的最佳维护时间。通过一个数值算例验证了该文提出方法的可靠性和有效性。结果显示：损伤程度与受力状态对锈蚀柱残余承载力有较大影响；此外，锈蚀柱的允许退化极限越小，结构的最佳维护时间越早，对应的期望相对成本越高。
随着在役钢筋混凝土结构的不断退化，业主们迫切关心如何利用有限资金在恰当时候对量大面广的结构进行管理与维护。基于gamma随机过程，该文提出了一种适用于锈蚀钢筋混凝土柱的维护策略优化方法。通过分析锈蚀引起的混凝土柱退化情况，该文建立了适用于不同锈蚀程度与受力状态的混凝土柱残余承载力计算模型。同时，考虑到结构退化过程的不确定性，采用gamma过程对锈蚀柱的失效概率进行了预测，并通过平衡失效风险与维修成本的方法，确定了结构的最佳维护时间。通过一个数值算例验证了该文提出方法的可靠性和有效性。结果显示：损伤程度与受力状态对锈蚀柱残余承载力有较大影响；此外，锈蚀柱的允许退化极限越小，结构的最佳维护时间越早，对应的期望相对成本越高。
2023,
40(S):
241-247. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S005
摘要:
针对流线型箱梁对风荷载作用比较敏感的情况，以具有典型流线型箱梁断面的象山港大桥为工程背景，通过风洞测压试验方法，研究了施工态和成桥态主梁的平均阻力系数、平均升力系数和平均力矩系数随雷诺数Re的变化情况，同时也分析了桥面临空侧栏杆高度变化对主梁三分力系数的影响规律。研究结果表明：施工态的主梁平均升力系数与平均力矩系数会随着风攻角的增大而增大；成桥态的主梁三分力系数在涡振区间内(Re=2.92×104~4.05×104)变化较为复杂；随着雷诺数的增大，平均升力系数和平均力矩系数基本上呈现出栏杆高度越大其系数越大的趋势。
针对流线型箱梁对风荷载作用比较敏感的情况，以具有典型流线型箱梁断面的象山港大桥为工程背景，通过风洞测压试验方法，研究了施工态和成桥态主梁的平均阻力系数、平均升力系数和平均力矩系数随雷诺数Re的变化情况，同时也分析了桥面临空侧栏杆高度变化对主梁三分力系数的影响规律。研究结果表明：施工态的主梁平均升力系数与平均力矩系数会随着风攻角的增大而增大；成桥态的主梁三分力系数在涡振区间内(Re=2.92×104~4.05×104)变化较为复杂；随着雷诺数的增大，平均升力系数和平均力矩系数基本上呈现出栏杆高度越大其系数越大的趋势。
2023,
40(S):
248-258. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.03.S006
摘要:
The numerical simulation program of PFC2D (Particle Flow Code in 2 Dimension) particle flow based on the flow-solid coupling principle and, on its built-in FISHTANK function library and FISH language, defines the flow equation and pressure equation of fluid domain respectively, and carries out numerical simulation calculations on the diffusion process and, on the morphology and particle displacement of slurry during the slurry injection process. By adjusting the parameters of hist, n_bond, s_bond and measure in the PFC command flow, the tracking of granular body displacement changes is achieved, and the mesoscopic mechanism such as the diffusion law of soil slurry at different depths and the change of formation porosity is revealed. The numerical calculations show that: the grouting pressure has a significant effect on the alteration and destruction of the formation structure, and the fracturing effect becomes gradually worse with increasing adhesive strength, while the porosity increases significantly with increasing grouting pressure. Based on the elastic-plastic theory of the Mohr-Colomb criterion to theoretically derive the stress field of the soil around the borehole, it is pointed out that the mechanical mechanism of annular tension and radial compression is the fundamental reason for the appearance of fracturing grouting action mode. The increase of slurry viscosity is beneficial to improve the grouting effect of fracturing-compacting grouting, while the increase of friction coefficient has little effect on the grouting effect. The comparative analysis of the laboratory tests shows that the PFC2D simulation of the grouting process is feasible.
The numerical simulation program of PFC2D (Particle Flow Code in 2 Dimension) particle flow based on the flow-solid coupling principle and, on its built-in FISHTANK function library and FISH language, defines the flow equation and pressure equation of fluid domain respectively, and carries out numerical simulation calculations on the diffusion process and, on the morphology and particle displacement of slurry during the slurry injection process. By adjusting the parameters of hist, n_bond, s_bond and measure in the PFC command flow, the tracking of granular body displacement changes is achieved, and the mesoscopic mechanism such as the diffusion law of soil slurry at different depths and the change of formation porosity is revealed. The numerical calculations show that: the grouting pressure has a significant effect on the alteration and destruction of the formation structure, and the fracturing effect becomes gradually worse with increasing adhesive strength, while the porosity increases significantly with increasing grouting pressure. Based on the elastic-plastic theory of the Mohr-Colomb criterion to theoretically derive the stress field of the soil around the borehole, it is pointed out that the mechanical mechanism of annular tension and radial compression is the fundamental reason for the appearance of fracturing grouting action mode. The increase of slurry viscosity is beneficial to improve the grouting effect of fracturing-compacting grouting, while the increase of friction coefficient has little effect on the grouting effect. The comparative analysis of the laboratory tests shows that the PFC2D simulation of the grouting process is feasible.
2023,
40(S):
259-268, 294. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S007
摘要:
为解决双钢板混凝土组合剪力墙与钢梁难以实现现场免焊装配化连接的问题，提出了一种采用分体垫片式单边螺栓端板连接的装配式节点构造，设计并制作了两个足尺试件进行低周往复加载试验及有限元分析，研究了连接节点的变形机理、破坏形态、承载能力、延性、耗能能力以及刚度退化性能。研究结果表明：根据节点区竖放H型钢翼缘厚度不同，节点破坏模式可分为梁端塑性铰破坏和柱壁破坏；发生梁端塑性铰破坏的节点滞回曲线呈饱满的梭形，表现出良好的抗震性能，柱壁及节点区内填混凝土基本保持完好；发生柱壁破坏的节点表现为螺栓孔周钢板受拉形成圆形屈服面，内填混凝土压溃，承载力较低且刚度退化严重，耗能能力较差，加载后期节点的转角主要源于节点区的转动，该失效模式在设计中应予以避免。
为解决双钢板混凝土组合剪力墙与钢梁难以实现现场免焊装配化连接的问题，提出了一种采用分体垫片式单边螺栓端板连接的装配式节点构造，设计并制作了两个足尺试件进行低周往复加载试验及有限元分析，研究了连接节点的变形机理、破坏形态、承载能力、延性、耗能能力以及刚度退化性能。研究结果表明：根据节点区竖放H型钢翼缘厚度不同，节点破坏模式可分为梁端塑性铰破坏和柱壁破坏；发生梁端塑性铰破坏的节点滞回曲线呈饱满的梭形，表现出良好的抗震性能，柱壁及节点区内填混凝土基本保持完好；发生柱壁破坏的节点表现为螺栓孔周钢板受拉形成圆形屈服面，内填混凝土压溃，承载力较低且刚度退化严重，耗能能力较差，加载后期节点的转角主要源于节点区的转动，该失效模式在设计中应予以避免。
2023,
40(S):
269-275. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S008
摘要:
为研究高强铝合金角形轴压短柱的局部屈曲行为，对9个由701-T6和703-T6两种高强铝合金材料制作的角形短柱试件开展了轴压试验，试验结果表明：试件的局部屈曲均发生在材料屈服之前，呈一阶特征值屈曲模态。对所有试件进行了有限元建模计算，将有限元模拟结果与试验结果进行了对比验证，并采用验证后的模型进行了参数分析，研究了板件宽厚比对局部稳定性能的影响，板件宽厚比越大，局部屈曲发生越早。将试验与有限元模拟结果与我国现行标准的计算结果进行了对比，发现现行标准中的局部稳定设计公式计算得到的承载力偏低，用于工程设计中尽管能保证安全性，但无法发挥高强铝合金本身的性能优势。因此，在现行标准设计公式的基础上进行了修正，修正后的设计方法能更准确地计算构件承载力，在保证可靠性的前提下更充分地利用材料强度。
为研究高强铝合金角形轴压短柱的局部屈曲行为，对9个由701-T6和703-T6两种高强铝合金材料制作的角形短柱试件开展了轴压试验，试验结果表明：试件的局部屈曲均发生在材料屈服之前，呈一阶特征值屈曲模态。对所有试件进行了有限元建模计算，将有限元模拟结果与试验结果进行了对比验证，并采用验证后的模型进行了参数分析，研究了板件宽厚比对局部稳定性能的影响，板件宽厚比越大，局部屈曲发生越早。将试验与有限元模拟结果与我国现行标准的计算结果进行了对比，发现现行标准中的局部稳定设计公式计算得到的承载力偏低，用于工程设计中尽管能保证安全性，但无法发挥高强铝合金本身的性能优势。因此，在现行标准设计公式的基础上进行了修正，修正后的设计方法能更准确地计算构件承载力，在保证可靠性的前提下更充分地利用材料强度。
2023,
40(S):
276-282. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S011
摘要:
在轨运行的大口径空间可展开天线可能会遭遇空间碎片的高速撞击，这严重威胁了星载天线的安全服役。为研究空间网面可展天线支承结构及抛物面索网在高速撞击时的动力响应，选用ANSYS/AUTODYN有限元软件，建立大口径空间网面可展开天线动力学撞击仿真模型，模拟天线展开锁定时遭遇2.5 mm~7.5 mm的空间碎片撞击的全过程动力响应。考虑1.0 km/s~15.0 km/s的撞击速度和不同撞击位置工况下，天线结构的整体动力响应、关键杆件及抛物面索网损伤状态以及结构整体变形性能。结果表明：空间可展天线结构受微小空间碎片撞击的结构响应过程可分为局部振动、拉索约束以及整体振动三个阶段，撞击点越靠近天线形心，结构响应越明显，结构的平均变形越大；随着撞击速度增大，可展天线的结构平均变形表现为先增加后减小趋势，当撞击速度大于12.5 km/s时，天线受撞击的影响区域逐渐缩小；空间可展天线受微小空间碎片高速撞击时整体形面变形不可忽视，可为后续天线结构防护及易损性分析提供参考。
在轨运行的大口径空间可展开天线可能会遭遇空间碎片的高速撞击，这严重威胁了星载天线的安全服役。为研究空间网面可展天线支承结构及抛物面索网在高速撞击时的动力响应，选用ANSYS/AUTODYN有限元软件，建立大口径空间网面可展开天线动力学撞击仿真模型，模拟天线展开锁定时遭遇2.5 mm~7.5 mm的空间碎片撞击的全过程动力响应。考虑1.0 km/s~15.0 km/s的撞击速度和不同撞击位置工况下，天线结构的整体动力响应、关键杆件及抛物面索网损伤状态以及结构整体变形性能。结果表明：空间可展天线结构受微小空间碎片撞击的结构响应过程可分为局部振动、拉索约束以及整体振动三个阶段，撞击点越靠近天线形心，结构响应越明显，结构的平均变形越大；随着撞击速度增大，可展天线的结构平均变形表现为先增加后减小趋势，当撞击速度大于12.5 km/s时，天线受撞击的影响区域逐渐缩小；空间可展天线受微小空间碎片高速撞击时整体形面变形不可忽视，可为后续天线结构防护及易损性分析提供参考。
2023,
40(S):
283-288. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S012
摘要:
采用形状记忆合金(SMA)作为节点连接材料，可限制装配式钢结构在强震作用下的塑性变形，提升结构抗震韧性。该文以一种采用SMA连接的韧性抗震装配式钢节点为研究对象，建立精细化实体有限元模型，并通过试验验证模型的有效性，进而分析SMA螺栓预紧力和SMA束初始拉应力对装配式钢节点受力状态和滞回性能的影响。研究结果表明：建立的有限元模型可以较好地模拟装配式梁柱钢节点的滞回行为；SMA束连接的装配式梁柱钢节点具有极好的抗震韧性，在低周循环往复荷载作用下梁柱钢构件及其连接件基本维持在弹性范围内，且残余位移近似为零；提高螺栓预紧力可增大螺栓与钢板的摩擦力，进而提高梁柱节点的承载能力和耗能能力，但增大SMA束初始拉应力对梁柱节点的受力状态和滞回性能影响不显著。
采用形状记忆合金(SMA)作为节点连接材料，可限制装配式钢结构在强震作用下的塑性变形，提升结构抗震韧性。该文以一种采用SMA连接的韧性抗震装配式钢节点为研究对象，建立精细化实体有限元模型，并通过试验验证模型的有效性，进而分析SMA螺栓预紧力和SMA束初始拉应力对装配式钢节点受力状态和滞回性能的影响。研究结果表明：建立的有限元模型可以较好地模拟装配式梁柱钢节点的滞回行为；SMA束连接的装配式梁柱钢节点具有极好的抗震韧性，在低周循环往复荷载作用下梁柱钢构件及其连接件基本维持在弹性范围内，且残余位移近似为零；提高螺栓预紧力可增大螺栓与钢板的摩擦力，进而提高梁柱节点的承载能力和耗能能力，但增大SMA束初始拉应力对梁柱节点的受力状态和滞回性能影响不显著。
2023,
40(S):
289-294. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S013
摘要:
为研究滨海盐雾环境下超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的动态压缩力学性能，对2组不同腐蚀程度的UHTCC(腐蚀周期为0 d和60 d)开展3组不同应变率(10−4 s−1、10−3 s−1和10−2 s−1)的动态压缩力学试验，获得了材料的动态压缩应力-应变曲线和破坏形貌，分析了应变率对不同腐蚀程度的UHTCC弹性模量、峰值强度以及峰值应变的影响。结果表明：相比于未腐蚀试件，60 d盐雾干湿循环作用会导致UHTCC动态压缩强度分别提高44.5%、54.4%和62.4%，动态弹性模量分别提高19.4%、15.3%和28.4%，压缩强度的应变率敏感性上升。通过X射线电子计算机断层扫描(XCT)技术发现盐雾干湿循环环境下材料的孔隙率降低，微观结构变得更加密实。
为研究滨海盐雾环境下超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的动态压缩力学性能，对2组不同腐蚀程度的UHTCC(腐蚀周期为0 d和60 d)开展3组不同应变率(10−4 s−1、10−3 s−1和10−2 s−1)的动态压缩力学试验，获得了材料的动态压缩应力-应变曲线和破坏形貌，分析了应变率对不同腐蚀程度的UHTCC弹性模量、峰值强度以及峰值应变的影响。结果表明：相比于未腐蚀试件，60 d盐雾干湿循环作用会导致UHTCC动态压缩强度分别提高44.5%、54.4%和62.4%，动态弹性模量分别提高19.4%、15.3%和28.4%，压缩强度的应变率敏感性上升。通过X射线电子计算机断层扫描(XCT)技术发现盐雾干湿循环环境下材料的孔隙率降低，微观结构变得更加密实。
2023,
40(S):
295-302. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S014
摘要:
为改善被动调谐质量阻尼器(TMD)对频率调谐敏感及难以改变自身频率的缺陷，提高其对人行桥结构竖向人致振动的控制效果，该文研究了一种自适应变刚度TMD。一个内部开有通孔的TMD质量块被放置在弹簧上，质量块左右两侧各有一根悬臂梁固定在一个步进式推拉杆上。步进式推拉杆可以调节悬臂梁伸入质量块通道中的长度，即改变悬臂梁自由端的长度以改变其刚度，从而实现TMD频率的调谐。主结构附加上TMD后，将对主结构的频谱产生干扰，难以直接识别出主结构的自振频率。因此，该文介绍了自适应变刚度TMD的机械装置，研究了一种基于无阻尼双自由度模型的主结构频率识别算法，接着对其进行了刚度自适应调节和四种人致振动控制的人行桥模型试验，对人行桥模型试验中耦合系统中主结构的频率识别进行了数值模拟。
为改善被动调谐质量阻尼器(TMD)对频率调谐敏感及难以改变自身频率的缺陷，提高其对人行桥结构竖向人致振动的控制效果，该文研究了一种自适应变刚度TMD。一个内部开有通孔的TMD质量块被放置在弹簧上，质量块左右两侧各有一根悬臂梁固定在一个步进式推拉杆上。步进式推拉杆可以调节悬臂梁伸入质量块通道中的长度，即改变悬臂梁自由端的长度以改变其刚度，从而实现TMD频率的调谐。主结构附加上TMD后，将对主结构的频谱产生干扰，难以直接识别出主结构的自振频率。因此，该文介绍了自适应变刚度TMD的机械装置，研究了一种基于无阻尼双自由度模型的主结构频率识别算法，接着对其进行了刚度自适应调节和四种人致振动控制的人行桥模型试验，对人行桥模型试验中耦合系统中主结构的频率识别进行了数值模拟。
2023,
40(S):
303-306. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.S038
摘要:
碳纤维织物增强水泥基复合材料(CFRCM)因其兼具结构性能提升和外加电流阴极保护(ICCP)功能而常被应用于混凝土结构加固和钢筋的电化学保护，但ICCP作用对CFRCM导电、力学性能的影响及机理研究较少。该文通过CFRCM加速通电试验和拉伸试验发现，ICCP对CFRCM的导电性能和力学性能均存在劣化作用。随着电量密度增大，碳纤维表面出现开裂、破损、剥离、断裂现象，CFRCM电阻经历缓慢增长和快速增长两个阶段，且电量密度相同时，电阻增长幅度一致。电量密度越大，纤维断裂现象越明显，CFRCM拉伸过程极限荷载越小。
碳纤维织物增强水泥基复合材料(CFRCM)因其兼具结构性能提升和外加电流阴极保护(ICCP)功能而常被应用于混凝土结构加固和钢筋的电化学保护，但ICCP作用对CFRCM导电、力学性能的影响及机理研究较少。该文通过CFRCM加速通电试验和拉伸试验发现，ICCP对CFRCM的导电性能和力学性能均存在劣化作用。随着电量密度增大，碳纤维表面出现开裂、破损、剥离、断裂现象，CFRCM电阻经历缓慢增长和快速增长两个阶段，且电量密度相同时，电阻增长幅度一致。电量密度越大，纤维断裂现象越明显，CFRCM拉伸过程极限荷载越小。
2023,
40(S):
307-312. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S041
摘要:
为分析湍流度对低雷诺数大型风力机翼型气动性能的影响，以大型风力机翼型NREL S810为研究对象，采用风洞试验法，系统研究了湍流度对翼型NREL S810气动性能的影响，获得了翼型的升力系数、阻力系数和表面压力分布特性。结果表明：湍流度的存在使得S810翼型的气动力特性发生改变，最大升力系数先升高后降低，在湍流度为4.6%时翼型的升力系数最高；随着湍流度的增大，发生了明显的失速延迟现象，失速攻角持续后移，且湍流度增加会使得失速下降曲线变得平缓。
为分析湍流度对低雷诺数大型风力机翼型气动性能的影响，以大型风力机翼型NREL S810为研究对象，采用风洞试验法，系统研究了湍流度对翼型NREL S810气动性能的影响，获得了翼型的升力系数、阻力系数和表面压力分布特性。结果表明：湍流度的存在使得S810翼型的气动力特性发生改变，最大升力系数先升高后降低，在湍流度为4.6%时翼型的升力系数最高；随着湍流度的增大，发生了明显的失速延迟现象，失速攻角持续后移，且湍流度增加会使得失速下降曲线变得平缓。
2023,
40(S):
313-318. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.06.S039
摘要:
如何精确地预测风力机翼型的气动性能，是目前设计优良的风力机叶片需要解决的一个关键问题。以大型风力机专用翼型NREL S810为研究对象，采用风洞试验测压方法，分析了高、低雷诺数下，湍流度对翼型气动性能的影响特性。结果表明：随着来流湍流度的增大，翼型的升力系数和阻力系数均呈先增大后减小的变化趋势，当湍流度为4.6%时增加至最大，之后开始下降；当湍流度小于11%时，随着雷诺数的增加，升力系数、阻力系数均增加；当湍流度增大至11%以上后，随着雷诺数的增加，升力系数、阻力系数均减小；随着雷诺数的增加，最大升阻比先增大再减小，并且最大升阻比对应的攻角呈先前移再后移的趋势。
如何精确地预测风力机翼型的气动性能，是目前设计优良的风力机叶片需要解决的一个关键问题。以大型风力机专用翼型NREL S810为研究对象，采用风洞试验测压方法，分析了高、低雷诺数下，湍流度对翼型气动性能的影响特性。结果表明：随着来流湍流度的增大，翼型的升力系数和阻力系数均呈先增大后减小的变化趋势，当湍流度为4.6%时增加至最大，之后开始下降；当湍流度小于11%时，随着雷诺数的增加，升力系数、阻力系数均增加；当湍流度增大至11%以上后，随着雷诺数的增加，升力系数、阻力系数均减小；随着雷诺数的增加，最大升阻比先增大再减小，并且最大升阻比对应的攻角呈先前移再后移的趋势。
