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2023年  第40卷  第9期

2023-09期封面+目錄
2023, 40(9): .
摘要:
基本方法
矩形開孔薄板在壓、彎、剪以及彎剪作用下的彈性屈曲
黃逸琳, 童根樹, 張磊
2023, 40(9): 1-12. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0032
摘要:
該文分析、開發、驗證和總結了單個或多個矩形孔對四邊簡支板在彎曲、壓縮、剪切單獨受力以及彎剪復合受力時的臨界彈性屈曲應力的影響以及其近似閉合形式表達式。表達式的形式基于經典板穩定理論近似,并通過采用ABAQUS殼體有限元的參數研究得到開發和驗證。表達式可作為殼體有限元特征屈曲分析的一種方便的替代方法。有限元參數研究表明,孔會產生獨特的屈曲模式,孔間距改變會減少或增加板的臨界彈性屈曲應力,且間隔足夠大時多孔板屈曲應力可用單孔板計算公式代替。經驗證的閉合形式表達式及其相關限制旨在足夠通用,以適應工程實踐中常見的孔尺寸和間距范圍。
基于時程深度學習的橋面繞流表征與重構方法
戰慶亮, 白春錦, 葛耀君
2023, 40(9): 13-19. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.12.0005
摘要:
流場特性的研究是結構風工程的核心問題,而高分辨率的流場數據對解決風致振動問題、探索流固耦合機理具有著重要意義。受測量方法、計算效率等因素限制,高空間分辨率的流場時程數據的直接獲取仍有一定困難。該文基于流場時程數據的表征模型,提出了橋面非定常流動時程重構的深度學習方法?;谝痪S卷積方法建立了非定常橋面繞流場的表征模型,得到了物理空間與表征模型的編碼空間之間的映射關系,最后利用表征模型的解碼器生成未知測點處的流場時程數據。對較低雷諾數橋梁主梁的非定常繞流流場進行了研究與驗證,實現了橋面繞流的時程數據重構,驗證了方法的準確性與可行性。該文所提方法基于流場的時程數據進行表征與重構,可廣泛應用于工程中基于一點的傳感器數據處理,是一種橋面流場數據分析的新方法。
含裂紋損傷結構強度的多源數據融合方法研究
代彤彤, 賈子光, 任亮, 李宏男
2023, 40(9): 20-28. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0022
摘要:
海洋結構在服役期間,不可避免地受到復雜的環境載荷和操作載荷的作用。對于金屬材料的海洋結構,斷裂是其失效的主要形式,所以,及時、準確地監測裂紋的萌生和擴展是很有必要的。而應力強度因子(SIF)是判斷裂紋失穩擴展的一個重要指標。該文在現有研究的基礎上,將基于單應變片(SSG)和最大張口位移(CMOD)的SIF的確定方法相結合,提出了一種基于數據融合的SIF的估計方法。對該方法進行了數值模擬和實驗驗證,結果表明,該方法適用于多種配置的裂紋試件,且與基于單應變片和最大張口位移的方法相比,所提方法可以獲得更精確的結果,相對誤差(RE)不超過1.2%。
理論輔助的彈塑性本構關系小樣本深度學習
王琛, 何有泉, 宋凌寒, 樊健生
2023, 40(9): 29-36. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.12.1012
摘要:
該文提出了一種引入經典彈塑性力學理論知識作為輔助驅動的小樣本深度學習算法,適用于土木工程任意材料彈塑性本構關系,能夠有效緩解大規模深度學習模型實際應用時常見的數據量匱乏瓶頸。該文簡要概述了通用的經典彈塑性力學框架;在此基礎上詳細闡釋了將彈塑性力學方程引入到常規深度學習模型中的方法與流程,該過程無需關心底層理論本構模型的具體形式與傳統的復雜數值實現,保留了數據驅動技術簡單、直接、高效的優點;為緩解優化目標復雜化所導致的訓練不收斂問題,提出了一種與理論輔助驅動相適應的訓練策略“過擬合-修正法”,能夠穩定并加速收斂過程;基于結構鋼材精細彈塑性本構模型開展了數值試驗,驗證了理論輔助的小樣本學習算法的有效性,能夠實現大規模深度學習模型在少量訓練樣本情形下獲得優異的泛化性,相較純粹數據驅動模型準確性提升38.9%。該文采用的理論輔助思想具有可借鑒性,后續可應用于結構層次的深度學習代理模型研究,促進未來更為先進、大型的智能算法落地土木工程計算領域。
土木工程學科
高海拔寒冷地區混凝土抗凍耐久性試驗研究
鄧祥輝, 梁凱軒, 王睿, 劉怡媛, 楊怡文
2023, 40(9): 37-47. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.12.1017
摘要:
高海拔寒冷地區具有海拔高、氣溫低、晝夜溫差大等特點。在凍融循環作用下,高海拔寒冷地區混凝土結構容易發生損傷而影響建筑物使用年限,當損傷嚴重時甚至威脅建筑物的安全。為了研究高海拔寒冷地區混凝土的工作性能、力學性能、抗凍耐久性以及凍融損傷機理,在某高海拔寒冷地區橋梁施工項目制作了4種不同混凝土試件,開展了混凝土凍融循環試驗,并對不同凍融循環次數下的高寒混凝土試件進行了核磁共振試驗。結果表明:從宏觀力學性能來看,高寒引氣減水混凝土的抗凍耐久性表現最佳。同時,4種高寒混凝土試件的抗凍耐久性與混凝土內部的小孔(<0.01 μm)和中孔(0.01 μm~0.05 μm)所占比例密切相關,即高寒混凝土內部的小孔和中孔所占比例越大,混凝土抗凍耐久性越好。
高溫后鋼-混組合梁抗剪性能試驗研究
武芳文, 馮彥鵬, 王廣倩, 左劍, 張景峰
2023, 40(9): 48-60. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0018
摘要:
為研究鋼-混組合梁經歷高溫后的抗剪性能,以受熱溫度和冷卻方式為試驗參數,分別開展了普通混凝土、鋼材高溫后材料性能試驗和鋼-混組合梁高溫后靜力試驗。對高溫冷卻后混凝土和鋼材的基本力學性能進行了試驗研究,并采用掃描電鏡觀察了高溫后混凝土的微觀結構;按“強彎弱剪”設計了7片鋼-混組合梁,測定了升降溫過程中截面溫度場分布,開展了常溫和經歷高溫冷卻后組合梁加載破壞試驗,對組合梁常溫和高溫后的極限承載力、跨中撓度和應變變化進行對比分析,研究了受熱溫度和冷卻方式對組合梁受力性能的影響,并探討了高溫后組合梁極限抗剪承載力計算方法。結果表明:高溫后混凝土內部水泥復合物疏松和水泥與骨料包裹界面出現裂紋是混凝土宏觀力學性能劣化的主要原因;常溫和高溫冷卻后鋼-混組合梁的破壞形態均為混凝土板出現貫穿的斜裂縫;隨著溫度的升高,組合梁的承載力、剛度和延性均降低;低于400℃時冷卻方式對承載力影響較小,600℃時噴水冷卻后組合梁承載力大于自然冷卻;與自然冷卻試件相比,噴水冷卻下試件的剛度較大,極限撓度較??;基于試驗數據和回歸分析建立了混凝土抗壓強度、鋼材屈服強度與受熱溫度之間的計算公式;修正后的AS/NZS 2327規范公式計算值與試驗值吻合良好。
考慮上部質量的雙柱CFST橋墩抗車輛撞擊力學性能研究
楊旭, 王蕊, 趙暉, 樊偉, 毛敏
2023, 40(9): 61-73. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0019
摘要:
鋼管混凝土(CFST)構件可充分發揮鋼管與核心混凝土優點,在橋梁墩柱中已得到應用,抗撞設計是其在墩柱中推廣應用的關鍵問題。因此,該文基于LS-DYNA有限元軟件建立了56個車輛撞擊雙柱CFST橋墩分析模型并進行抗撞機理與參數分析?;谇捌诼溴N撞擊結果與實車撞擊試驗驗證了模型可靠性;對典型工況下撞擊力和橋墩塑性應變發展、內力分布和能量轉換進行研究并重點分析了含鋼率、軸壓比、貨物剛度、車輛質量和速度對CFST橋墩撞擊力和側向位移分布的影響規律;采用等效靜力法計算得到25 ms等效車輛撞擊力(ESF25)并對AASHTO規程建議值進行評估,提出車撞CFST橋墩撞擊力預測公式。結果表明:車輛撞擊下CFST橋墩鋼管與核心混凝土協同工作,鋼管是主要耗能部件;由于上部結構和橋墩慣性作用,不同撞擊時刻橋墩內力分布具有顯著差異;車輛質量與速度對撞擊力發展影響顯著,含鋼率與軸壓比影響較小,貨物彈性模量在2000 MPa內變化時影響較大;建議的撞擊力公式可較好預測考慮上部質量影響的CFST橋墩撞擊力。
功能梯度混凝土受彎構件形成機制和力學性能研究
鄧江東, 彭展翼
2023, 40(9): 74-80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0021
摘要:
基于理論分析提出了一種功能梯度混凝土受彎構件,通過梯級FRP筋+鋼筋混合配筋,構建同地震彎矩分布梯度相適應的構件抗彎承載能力分布梯度,使多個功能梯度段進入塑性狀態,以更充分利用構件的抗震能力。功能梯度可以有效控制構件塑性的分布和發展程度,確保發生延性的破壞模式,并實現較好的損傷自恢復性。功能梯度混凝土受彎構件的變形能力大幅提高,側向承載力增大,極限剛度降低,抗震性能顯著增強。模型試驗證明了功能梯度混凝土受彎構件理念的可行性及其力學效果,也驗證了所提功能梯度構建方案的有效性和工程實用性。
豎向地震作用下飽和土-樁體系的耦合動力響應研究
張石平, 陳曦菲, 姚紹偉, 鄧晨
2023, 40(9): 81-97. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0024
摘要:
為揭示豎向地震荷載作用下樁土系統的耦合動力特性,首先將基樁視為具有徑向和豎向變形的三維軸對稱桿件,采用Hamilton變分原理建立其運動方程,而樁周土體視為充滿流體的三維多孔連續介質,采用Boer多孔彈性介質模型描述其動力學行為。在不引入勢函數的情況下,先將土骨架的體積應變和孔隙流體壓力作為中間變量處理土體運動方程,然后采用分離變量法求解土體和基樁的運動方程,進而結合樁-土系統的邊界和連續條件,推導得到樁頂的運動放大系數和運動響應因子解析解。通過與相應有限元模型數值計算結果及已有解的比較,驗證所提出解的正確性。最后分析樁土主要參數對樁土耦合系統動力特性的影響,得到了一些有意義的結論,可為相關工程實踐提供參考。研究結果表明:當樁長徑比較小時,基樁的徑向變形對飽和土-樁系統的動力響應存在顯著影響,忽略基樁的徑向變形,將高估樁土系統的共振行為;對于單相土而言,在低頻階段,樁頂響應相對于自由場表面響應偏小,在高頻階段,其隨著樁長徑比的增大而偏大。樁土系統的共振行為發生于激振頻率接近于土體自由場的自振頻率。隨著樁長徑比的增大,樁土系統對基巖運動的放大效應呈增大趨勢;對于飽和土而言,飽和土層表面的響應與基巖運動基本上一致。隨著樁長徑比的增大,樁土系統對基巖運動的放大效應呈減小趨勢。
奧氏體型不銹鋼受彎構件截面分類研究
寧克洋, 楊璐, 張允, 林子倩, 郭玉瑩
2023, 40(9): 98-107. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0037
摘要:
為對不銹鋼受彎構件截面分類進行研究,借助有限元軟件ABAQUS建立了不銹鋼焊接工字形和箱形截面構件有限元模型,并基于試驗結果驗證了有限元模型的有效性?;谟邢拊P烷_展了大量的參數分析,由此對歐洲不銹鋼規范EN 1993-1-4+A2和《鋼結構設計標準》(GB 50017?2017)中截面板件寬厚比分類限值的合理性和適用性進行了評價。在考慮截面組成板件的相關性基礎上,提出了針對奧氏體型不銹鋼受彎構件截面分類方法和不同截面板件寬厚比等級及限值。
基于改進PF算法的銹蝕RC結構抗彎承載力預測方法
戴理朝, 梁紫璋, 胡卓, 王磊
2023, 40(9): 108-116, 189. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0038
摘要:
為提高銹蝕鋼筋混凝土(RC)結構抗彎承載力評估精度,該文綜合考慮銹蝕RC結構幾何尺寸、鋼筋截面積及力學性能、混凝土強度、粘結性能等因素,提出了基于改進粒子濾波(PF)算法的抗彎承載力模型參數更新及預測方法。通過生成大量的粒子以表征承載力退化過程中模型參數的不確定性,從選擇不同建議密度函數的角度改進PF算法以解決傳統PF算法中粒子退化的問題,分別采用PF、擴展粒子濾波(EPF)、無跡粒子濾波(UPF)算法對模型參數進行估計與更新,實現了銹蝕RC結構抗彎承載力的有效預測。結果表明:隨著鋼筋銹蝕率的增加,RC結構的抗彎承載力逐漸降低?;诟倪MPF算法的銹蝕RC結構抗彎承載力預測方法因考慮了模型參數更新使得預測結果更接近試驗數據?;贓KF和UKF的改進PF算法可有效抑制粒子退化,其預測精度較PF算法更高;銹蝕RC結構抗彎承載力預測精度隨著訓練數據及粒子數的增加而提高。
考慮凍融劣化效應的混凝土單軸壓縮統計損傷模型
白衛峰, 牛東旭, 管俊峰, 苑晨陽
2023, 40(9): 117-129. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0039
摘要:
該文建立了考慮凍融劣化效應的混凝土單軸壓縮統計損傷本構模型,將整個壓縮過程分為均勻損傷和局部破壞兩個階段,考慮細觀屈服和斷裂兩種損傷模式。在凍融環境下,混凝土內部孔隙結構形態和微結構的力學特征會產生顯著的變化,可由初始彈性模量E反映;在進一步承受壓縮荷載過程中,微結構內部微裂紋萌生/擴展的形態、路徑和數量也會由于初始凍融劣化的影響發生相應的改變,可由損傷參數εa、εh、εbH表征。假設不同凍融循環次數情況下,混凝土微結構力學性能和細觀損傷過程的演變趨勢服從某種規律性,將上述5個特征參數定義為凍融循環次數N的函數。為驗證模型的合理性,該文開展了混凝土單軸壓縮試驗,獲得凍融循環次數N為0次~150次時對應的單軸壓縮應力-應變全曲線,同時分析了文獻中的5組試驗數據。結果表明:預測曲線與試驗曲線吻合較好,模型中的特征參數隨著凍融循環次數的增加表現出明顯的規律性。該模型為凍融環境下混凝土損傷機制分析和預測提供了有效工具。
采用端板螺栓連接的可更換耗能梁抗震及可更換性能試驗研究
門進杰, 張智勇, 熊禮全, 王家琛, 范棟鑫
2023, 40(9): 130-141. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0040
摘要:
為研究端板-螺栓連接可更換耗能梁的抗震及可更換性能,設計制作了4個可更換耗能梁試件并進行了擬靜力試驗,研究不同長度系數對可更換耗能梁抗震性能和可更換能力的影響。結果表明:當長度系數較小時,試件發生剪切破壞,破壞特征包括腹板-加勁肋焊縫撕裂、腹板屈曲和腹板撕裂;當長度系數較大時,試件發生彎剪破壞,破壞特征包括梁端翼緣-端板焊縫撕裂和梁端翼緣屈曲;所有試件的滯回曲線非常飽滿,具有優異的變形能力和耗能能力;可更換耗能梁的抗剪承載力強化明顯,超強系數均值為1.9;采用端板-螺栓連接的可更換耗能梁均可實現震后可更換,當梁端殘余轉角為0.0020 rad~0.0046 rad時耗能梁可以實現震后更換,且更換快捷、操作簡單;同時,根據耗能梁構件與帶可更換構件的RCS混合框架結構體系的幾何變形特征,可以將耗能梁的主要受力階段劃分為正常使用、非必要更換和必要更換3個階段。
基于不同顆粒形態模擬方法的道砟三軸試樣變形特性對比分析
薛立華, 肖軍華, 張德, 郭云龍, 陳炳文
2023, 40(9): 142-152. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0044
摘要:
道砟不規則形態是影響有砟道床變形特性的重要因素,對道砟形狀及棱角分布等不同尺度形態特征的刻畫與數值重構仍是道砟仿真研究的熱點問題。該文采用形態重構方法,生成了符合真實道砟形態指標概率分布的多面體道砟試樣,構建了不同圍壓下道砟三軸加載計算模型,并將該仿真結果與三維掃描生成、非統計隨機生成的道砟試樣的仿真結果及室內試驗結果對比分析。結果表明:圍壓提高,顆粒形態對道砟力學響應的影響逐漸顯著,該文方法重構數值試樣的應力-應變結果與試驗結果的符合度高于非統計隨機生成試樣;道砟試樣橫向變形與堆積結構調整有關,與三維掃描生成的道砟試樣相比,非統計隨機生成試樣的顆粒調整程度與側向鼓脹范圍均偏大;形態統計特征對道砟接觸力演化趨勢影響不大,但是不同形態特征的道砟最大接觸力水平差異近50%。
高強不銹鋼絞線網/ECC約束高強混凝土受壓本構模型
王新玲, 李世偉, 金蕾蕾, 范家俊
2023, 40(9): 153-160. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0056
摘要:
為將新型復合材料“高強不銹鋼絞線網/ECC約束素混凝土”用于實際工程結構,基于高強不銹鋼絞線網/ECC約束高強混凝土(簡稱HSME約束高強混凝土)復合材料軸心受壓試驗結果,分析ECC強度、核心混凝土強度以及橫向鋼絞線體積配網率等對其受壓性能的影響規律。試驗結果表明:HSME能夠有效約束核心混凝土軸心受壓,破壞模式具有明顯的延性性能,根據試驗數據繪出HSME約束高強混凝土復合材料受壓應力-應變曲線,可以分為三個階段:彈性階段、彈塑性階段和下降段。根據各階段曲線的數學特征,建立HSME約束高強混凝土復合材料受壓本構關系的全過程模型表達式。引入ECC特征值和橫向鋼絞線特征值,對本構模型的各參數進行分析,提出HSME約束高強混凝土復合材料的開裂壓應變、峰值應力、峰值壓應變和極限壓應變等參數的表達式。將各參數代入所建立的受壓本構關系繪出其應力-應變曲線,模型結果與試驗所得應力-應變曲線吻合良好,開裂壓應變與極限壓應變的計算值與試驗值對比范圍分別為0.949~1.068和0.938~1.039。表明所提出的受壓本構模型能夠較好地反映HSME約束高強混凝土復合材料的應力-應變關系。
柱中設縫的方鋼管約束型鋼混凝土中長柱受壓性能研究
甘丹, 周泉霖, 閆標, 岳孟謠
2023, 40(9): 161-171. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0058
摘要:
鋼管約束混凝土柱的鋼管通常在柱端設縫以使其不直接承受荷載。該文主要對兩種設縫模式的方鋼管約束型鋼混凝土柱(僅柱兩端設縫、柱兩端和柱中均設縫)的受力性能進行分析對比。以鋼管寬厚比、荷載偏心率為主要變化參數,對柱中設縫的方鋼管約束型鋼混凝土中長柱進行了受壓力學性能試驗。分析對比了各組試件的破壞模式、承載能力及鋼管應力發展規律,結果表明:設縫模式對試件破壞形態無明顯影響,柱中設縫試件的軸壓承載力略有提高,而偏壓承載力呈降低趨勢。采用精細化的有限元模型進行了參數分析,依據試驗及有限元結果,提出用于計算構件彎矩增大效應的剛度折減系數公式,進而建立柱中設縫構件偏壓作用下的承載力計算方法。
基于EEMD的遠場類諧和地震動人工合成方法
劉如月, 賴秋蘭, 顏桂云, 鄭居煥, 袁宇琴
2023, 40(9): 172-189. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.04.0291
摘要:
遠場類諧和地震動是一種特殊的長周期地震動,振動階段后期產生多個循環的長周期類諧和加速度脈沖,易對長周期結構帶來不利影響。然而,由于遠場類諧和地震動實測記錄有限,能直接用于結構抗震分析的地震動記錄更少。為彌補這一缺陷,該文提出一種基于EEMD的遠場類諧和地震動人工合成方法并對該方法的合理性和可行性進行驗證。該方法通過對遠場類諧和地震動記錄進行EEMD分解,得到地震動低頻成分的類諧和主脈沖成分與衰減部分,并對二者的擬合重構形成類諧和主脈沖分量進行特征參數識別和簡化,提出由類諧和脈沖函數和衰減函數相結合的主脈沖速度模型,最后疊加分解時剔除的高頻IMF分量形成人工類諧和地震動?;诖?,重新選取3條任意遠場類諧和地震動記錄的地震動特征參數合成人工地震動,與原始地震動反應譜進行對比分析。結果表明:采用EEMD方法可有效提取原始地震動的低頻成分,基于所提類諧和主脈沖速度模型得到的主脈沖時程與原始地震動速度主脈沖時程吻合較好;利用所提的地震動合成方法合成的人工地震動可較好保留原始類諧和地震動的非平穩特性,且與原始地震動較為吻合。
鋼管混凝土柱-波紋腹板H形鋼梁栓焊混合加腋節點抗倒塌能力研究
王景玄, 王文琦, 周侃
2023, 40(9): 190-202. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.05.0423
摘要:
該文基于ABAQUS/Implicit建立了鋼管混凝土柱-H形鋼梁栓焊混合節點抗連續倒塌數值模型。為提高該類節點的抗倒塌承載力,采用了波紋腹板H形鋼梁和下翼緣加腋構造。分析該類節點在豎向荷載作用下的破壞特征和失效機理,并考慮波紋腹板的“折疊效應”對節點抗倒塌能力的影響。研究結果表明,鋼管混凝土柱-平腹板H形鋼梁節點(J-WB-O)的破壞出現在環板和鋼梁連接位置,而鋼管混凝土柱-波紋腹板H形鋼梁加腋節點(J-CW-AP)的破壞遠離環板與鋼梁連接位置,延緩了鋼梁下翼緣斷裂;此外,J-WB-O節點鋼梁全截面提供倒塌抗力,而J-CW-AP節點在加載初期波紋腹板幾乎不提供倒塌抗力,當下翼緣斷裂后波紋腹板開始受力,并且隨著裂縫的向上延伸波紋腹板截面依次呈現受拉狀態,表現為波紋腹板波紋逐漸拉開的過程即為“折疊效應”,延緩了腹板開裂和局部屈曲。對比普通栓焊混合節點J-WB-O,波紋腹板H形鋼梁栓焊混合加腋節點J-CW-AP的極限承載力與延性分別提高了67.2%和62.3%?;诳沽C制分析,給出了鋼管混凝土柱-波紋腹板H形鋼梁栓焊混合加腋節點抗倒塌承載力簡化計算公式。
鋼筋銹蝕與余震對RC框架結構地震損傷與易損性的影響分析
周洲, 于曉輝, 呂大剛, 韓淼
2023, 40(9): 203-213, 256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.09.0813
摘要:
為量化鋼筋銹蝕與余震對鋼筋混凝土結構抗震性能的影響,選取兩棟按我國現行規范設計的中國東南沿海地區鋼筋混凝土框架結構為研究對象,考慮未銹蝕和由低到高三種不同銹蝕率(5%、10%和15%)的四種工況,采用真實主余震序列作為輸入,選取Park-Ang損傷指數作為結構損傷指標,開展了主余震序列作用下的未銹蝕與銹蝕鋼筋混凝土框架結構的地震損傷評估與易損性分析。計算結果表明:銹蝕率的提高加劇了主余震序列作用下的結構累積損傷,其增長率最大可超過50%。由鋼筋銹蝕單一因素引起的結構損傷在主余震累積損傷中的占比最高可超過30%。此外,鋼筋銹蝕因素會導致結構的主余震易損性曲線發生顯著提升。當銹蝕率較大時,鋼筋銹蝕對結構易損性的影響與余震對結構易損性的影響相接近。鋼筋銹蝕和余震兩個因素的耦合作用會使結構的易損性水平發生更為顯著的提升。因此,十分有必要在既有鋼筋混凝土結構抗主余震性能評估中考慮鋼筋銹蝕因素的影響。
機械工程學科
損傷開裂承壓殼體泄漏率分析模型改進與驗證
李建波, 胡哲文, 林皋, 丁志新
2023, 40(9): 214-223. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.12.0010
摘要:
承壓殼體發生放射性、易燃等危險氣體泄漏會對環境造成重大威脅,泄漏狀況評估是應急措施優化的必要前提。針對嚴重事故下的厚殼壁微開裂,建立了一套快速定量的泄漏率分析數值模型?;诹髁渴睾阍?,提出了厚壁結構中多段微裂縫構成變截面通道的泄漏率計算改進模型;采用混凝土塑性損傷模型模擬極限載荷下結構的非線性破壞,通過等參函數實現幾何不規則單元與規則空間之間的變換,改進了彌散型微裂縫擴展尺度的計算模型。通過數值算例對比文獻中的結果,分別驗證了以上兩個子模型的穩定性和有效性,并由受損剪力墻的泄漏率分析進一步驗證了模型的可行性。最后,將模型應用于抗高溫內壓損傷過程中的某預應力混凝土復雜承壓殼體,結果表明:改進的模型適用于厚壁、帶孔道等復雜構造承壓結構的泄漏率分析,具有一定的實際工程意義。
其他工程學科
環氧基結構膠接頭的沖擊力學性能表征
應鵬飛, 葛宇龍, 趙天琪, 夏勇
2023, 40(9): 224-237. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0015
摘要:
膠接是常見于輕量化車身制造的連接方式,膠接接頭的失效行為建模是輕量化車身碰撞安全設計的重要前提。針對高韌性環氧基結構膠,該文選擇了一種考慮應力狀態、應變率效應和損傷累積的彈塑性本構模型表征其復雜沖擊力學響應,以提高膠接接頭失效模型的準確性。圍繞此本構模型,開發了便于實施的模型參數識別方法和標定流程,建立了針對兩種環氧基結構膠的材料模型。通過開展膠材本體、膠接接頭及膠接結構等多層級沖擊破壞實驗與對應有限元仿真,驗證了所選用的膠粘劑材料模型和膠接接頭表征方法的可靠性。
內壓作用下玻纖增強柔性管損傷失效預測
張亞, 王陽陽, 李昌良, 婁敏
2023, 40(9): 238-246. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.12.1013
摘要:
為深入探討內壓工況下玻纖增強柔性管的損傷失效機理,該文采用三維彈性力學理論,對柔性管三維本構關系開展理論分析,通過結合三維Hashin-Yeh失效準則與非線性剛度退化模型,建立了考慮基體材料非線性力學行為的柔性管三維漸進失效模型。采用靜水壓爆破實驗對理論模型進行驗證,在此基礎上進行纏繞角度及徑厚比等參數敏感性分析。理論模型與實驗結果對比較為吻合;纏繞角度對柔性管在內壓工況下的應力分布有較為明顯的影響,隨著纏繞角度的增加柔性管的首層失效荷載與最終爆破荷載均呈現增長趨勢;隨著徑厚比的增加,柔性管承壓能力迅速降低,但失效模式并未發生改變。
臨界電流密度的非均勻性對超導薄板電磁力學特性的影響
楊育梅, 馬蓉蓉, 雷芳明
2023, 40(9): 247-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2022.01.0011
摘要:
高溫超導材料因其高載流能力、低交流損耗等優點而備受科學界和工程技術領域的廣泛關注,然而,在實際應用中出現的一系列電磁力學問題嚴重阻礙了其在工程技術領域的發展?;诖?,該文開展了臨界電流密度的非均勻性對矩形超導薄板內電學及力學特性影響的研究??紤]臨界電流密度沿超導薄板寬度方向非均勻分布,給出了薄板內感應磁場及感應電流分布的解析表述,基于超導臨界態Bean模型和彈性力學平面應力方法,得到了超導薄板內磁通釘扎力、應力、應變及磁致伸縮的解析表達式。計算結果表明,臨界電流密度的非均勻性并不改變超導薄板內的磁通釘扎力、應力及應變沿板寬度方向的分布規律。然而,非均勻分布的臨界電流密度促使薄板內的磁通線穿透深度增大,超導薄板內的最大壓應力值增大,且最大壓應力發生的位置隨傳輸電流的增大向薄板中心靠近。當傳輸電流從最大值減小時,薄板內產生的最大拉應力值減小。臨界電流密度非均勻分布時,薄板內發生的最大磁致伸縮量較均勻分布情形下顯著減小,磁致伸縮曲線形態發生改變。因此,臨界電流密度的非均勻性是超導材料力學和電學性能的研究中不可忽視的因素。

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