过刊目录

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    结构分析
  • 结构分析
    童瑶, 陈秀涛
    2022, 38(4): 1-8.
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    采用有限元位移法分析加筋圆柱壳的自由振动特性问题是主流的方法,但大量试验和数值实例表明:位移元模型会导致模拟刚度偏硬,从而使得结构固有频率结果不够精确。针对这一现象提出了柱坐标系下的广义混合变分原理,并建立了相应的非协调广义混合元的无阻尼自由振动方程。通过合理地调节参数,使得非协调广义混合元的刚度矩阵比非协调位移元的刚度矩阵柔和。实例分析表明,在有限元网格模型一致的情况下,结构的固有频率结果更加准确。
  • 结构分析
    杨丙文, 张建东
    2022, 38(4): 9-15.
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    根据受弯构件正截面承载力计算的原理,假定钢筋UHPC梁受弯时满足平截面假定、材料的本构关系为双折线、梁受拉区考虑部分抗拉强度,将受压区UHPC截面简化成矩形受力面和三角形受力面之和,将受拉区UHPC截面简化成矩形受力面,推导出钢筋UHPC梁在受弯时受压区的合力公式及合力的作用点公式,进而得出钢筋UHPC梁抗弯承载能力理论计算方法,利用该计算方法对已有的钢筋UHPC抗弯试验梁进行分析,并与试验得到的抗弯极限结果对比,结果表明,利用所推导的理论计算方法对钢筋UHPC抗弯承载能力的计算具有较高的精度,并利用推导公式对UHPC梁的配筋率和含纤维量对抗弯承载力进行分析,得出它们对抗弯承载力的影响。
  • 结构分析
    刘子超, 吴俊, 喻君, 冯晓伟
    2022, 38(4): 16-28.
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    基于一组用于爆炸荷载下钢筋混凝土构件动力响应的无量纲相似准则,结合已有钢筋混凝土板缩尺抗爆试验数据,采用显式动力有限元软件LS-DYNA及弹塑性混凝土损伤本构模型,建立爆炸荷载作用下原型和缩尺钢筋混凝土板有限元模型,研究缩尺效应中缩尺系数、材料断裂能和材料应变率对钢筋混凝土板动力响应相似性的影响。结果表明:①采用弹塑性损伤本构模型能有效反映钢筋混凝土构件动力响应的缩尺效应,且缩尺模型的破坏形式及位移满足相似率;②当缩尺系数为0.2时,缩尺数值模型无法有效表征原型构件的损伤分布及位移响应,使其不满足钢筋混凝土板动力响应的相似率;③混凝土材料断裂能对构件动力响应的相似率影响不大,而混凝土应变率对缩尺模型的动力响应具有较大影响。研究结果可为钢筋混凝土构件抗爆试验中缩尺系数和模型材料选择、有限元模型中相关材料断裂能和应变率选取提供有效建议。
  • 结构分析
    杜旭
    2022, 38(4): 29-35.
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    近期发生的部分板柱结构地下车库顶板坍塌事故中,柱顶呈现“秃头”形状而非冲切引起的锥体破坏形式,引发业内讨论。研究首先认为该破坏形式为弯曲参与的板直剪破坏。考虑冲切和直剪两种破坏形式,选择文献中相应的极限承载力计算表达式。设计典型的板柱结构地下车库顶板算例,包括5种覆土厚度(1 m、1.5 m、2 m、2.5 m和3 m)和2种板柱节点形式(设置托板和“托板+柱帽”),共计10种工况,比较超载下冲切和直剪破坏的极限承载力大小和破坏顺序。结果显示,直剪破坏时的超载为冲切破坏时的46%~68%,板的直剪破坏均先于冲切破坏发生,从而解释了破坏柱顶呈现“秃头”形状的原因。经验算,《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ 1—2014)第7.2.2条中的方法具有合适的安全储备,建议用于板柱结构中板的直剪设计计算。
  • 结构分析
    任雨龙, 高向玲, 郑士举
    2022, 38(4): 36-44.
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    为探求钻芯法检测混凝土强度及其标准差的影响因素,对比分析了中国、美国、欧洲相关规程在取芯方式、龄期、规格、样本数量、是否含有钢筋、是否进行无损检测、试验环境、强度推算公式等方面的异同。通过收集整理22篇文献中钻芯法的试验数据,经过综合分析发现:芯样直径相近时,抗压强度随高径比的增加而减小。芯样高径比相近的情况下,高径比小于1时,芯样直径相对于最大骨料粒径越大,芯样强度越高;高径比大于1小于1.5时则相反。在板与宽梁中,平行于浇筑方向钻取的芯样抗压强度大于垂直于浇筑方向钻取的芯样抗压强度;在窄梁中则相反。芯样高径比与直径相近时,加载速率越快,芯样抗压强度越高。高径比对芯样抗压强度标准差没有影响。大部分情况下,对相同芯样计算出的推定强度,从大到小依次为中国规程、美国规程、欧洲规程。
  • 结构分析
    李永华, 揭一鸣, 孙果果, 章伟豪
    2022, 38(4): 45-52.
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    近年来,一种钢桁架内支撑体系在深基坑支护中逐步得到推广。本文分别对剪切变形情况下,横系杆完全刚性时柔性交叉支撑的门槛刚度及交叉支撑完全刚性时横系杆的门槛刚度解析解进行了推导,得出了两种情况下的横系杆、交叉支撑的门槛刚度。通过有限元算例进行对比分析,发现随着节间数增大,只考虑剪切变形的交叉支撑门槛刚度误差越来越大,无法满足工程应用需要。对钢桁架内支撑进行考虑弯剪变形共同作用下的整体稳定分析,提出了当横系杆完全刚性时、可同时考虑弯剪变形的交叉支撑门槛刚度实用修正公式,该修正公式具有较高的精度,可满足工程设计实践需求。
  • 结构分析
    沈淳
    2022, 38(4): 53-59.
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    在罗汉松项目科研楼设计中,为了实现建筑空间效果,塔楼东南角形成上部八层,平面为8.4 m×16.8 m悬臂区域。经过方案比较,选用空腹桁架方案最符合建筑效果。为了保证结构的安全可靠,悬臂空腹桁架采用了抗震性能化设计,控制在竖向荷载下的竖向位移,对空腹桁架范围内的楼板进行舒适度分析,并在施工过程中进行了健康监测对计算分析进行验证。结果表明:空腹桁架空间受力效应明显,设计中加强空腹桁架及周边一跨框架的抗震延性,结构能实现预定的性能设计目标。
  • 结构分析
    吴祖咸, 方瑜, 程鹏, 胡宇鹏, 陈贝
    2022, 38(4): 60-66.
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    采用ABAQUS有限元软件对带剪力架的外包式柱脚节点进行研究,对柱脚的轴向承载力和水平剪力承载力进行模拟计算,明确影响其承载力的主要因素。并对这种柱脚进行参数分析,包括剪力架交叉梁长度、柱轴压比、外包混凝土箍筋截面、外包混凝土纵筋截面、柱与外包混凝土接触面属性等参数的影响,得到了一些有益于工程实践的结论,希望对这种节点形式的工程应用提供一些帮助。
  • 结构分析
    高磊, 陈扬哲, 初金良, 黄镠
    2022, 38(4): 67-74.
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    环境温度和湿度对结构频率有明显影响,但是目前关于环境因素对输电杆塔结构频率的影响规律研究较少,导致传统的结构损伤识别方法精度偏低。对一个实际输电塔进行长期健康监测,获取不同温度和湿度下的结构动力信号,并进行频谱分析。根据实测结构频率,采用响应面法对输电杆塔进行模型修正及损伤分析。基于实际监测数据分别建立了输电杆塔的“温度-频率”和“湿度-频率”关系模型,研究环境因素对输电塔一阶频率的影响,并为基于频率的结构损伤识别提供修正方法。结果表明,输电塔一阶频率与环境温度呈正相关,而与环境湿度呈负相关。根据关系模型剔除环境因素影响之后的结构损伤程度与真实情况更加吻合,在实际结构健康监测和损伤识别中应重视环境因素的影响。
  • 结构分析
    满建浩, 刘才玮, 刘峰, 苗吉军, 李翔, 王甫来
    2022, 38(4): 75-81.
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    健康监测对大跨度空间结构的安全运行具有重要意义,而对监测结果进行评估与预警时,数据的部分缺失将会直接影响到结果的可靠性。为了解决准确重建缺失数据的问题,本文建立了基于布谷鸟搜索算法优化支持向量机的数据插补模型。首先对监测数据进行预处理,获取监测数据的时间序列;然后利用支持向量机对监测数据进行建模,并用布谷鸟搜索算法优化支持向量机参数;最后,以深圳大运会主场馆的监测数据对模型进行工程验证且通过与不同插补方法的比较证明CS-SVR模型在健康监测数据修复方面的优越性。
  • 抗震与抗风
  • 抗震与抗风
    窦宝峰, 杨潇, 窦超
    2022, 38(4): 82-89.
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    作为一种典型的推力结构,拱形钢结构的动力特性和地震响应的影响因素众多,包括矢跨比、轴线形式、拱脚条件、结构形式(单拱、上承式拱、组拼拱)等自身参数,以及地震输入方向等地震动参数。为了揭示各因素的影响规律,本文基于数值计算分析,对拱形钢结构的自振特性和地震作用下的动力响应进行了参数化研究,总结了主要参数的影响规律。首先,对于钢拱的平面内振动和空间振动的自振特性,讨论了矢跨比、轴线形式、纵梁与拱肋刚度比、横撑刚度的影响。接着,针对地震作用下的钢拱结构,考察了地震输入方向、弹性拱脚对其位移和内力的影响规律。研究表明,矢跨比对钢拱平面内振动影响显著,矢跨比较大时水平振动明显;对于钢拱的抗震计算,一般应考虑水平纵向地震的影响,矢跨比较小时也应考虑竖向地震的影响;拱肋向内倾斜形成提篮拱可显著提高空间稳定性;拱脚弹性水平支承的钢拱由于推力结构受力特点削弱,在竖向地震作用下其受力更为不利。
  • 抗震与抗风
    王秋懿, 谭文明, 马明娟
    2022, 38(4): 90-95.
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    为了探究X形钢挡块横向约束程度对公路桥梁抗震性能的影响,对某实际大跨连续公路桥梁分别在无挡块约束、挡块弹塑性约束以及完全固接约束工况下的结构地震响应进行了弹塑性时程分析。分析结果表明:随着横向挡块约束程度的增加,结构各关键截面内力增加,支座位移减小;合理考虑X形钢垫块的弹塑性约束作用能够使结构横向地震响应分布更加均匀,提升结构整体耗能能力。
  • 抗震与抗风
    丁志斌, 王良, 戴靠山, 张世明, 朱正言
    2022, 38(4): 96-104.
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    隔震建筑在实际地震中的响应是研究其抗震性能的重要参考,通过分析隔震建筑体系(含隔震支座、阻尼器等)在地震作用下的响应数据,有助于提高隔震建筑分析和设计水平。在四川某学校建筑实施了基础隔震加固,同时建立了基础隔震建筑远程实时监测系统,对隔震建筑体系的位移、加速度,以及阻尼器的出力和行程等主要响应参数进行实时监测。自2019年6月以来,监测系统获得了多次地震作用下的结构响应数据,包括2019年宜宾系列地震、2020年成都青白江地震等。首先介绍了该隔震建筑体系及其远程实时监测系统,并基于近期主要地震下的实时监测数据,与数值模拟结果进行对比,分析与讨论实际地震下的隔震建筑体系响应。结果表明,监测系统运行良好,所测数据有效可靠。
  • 抗震与抗风
    赵诗宇, 陈旭, 葛耀君
    2022, 38(4): 105-112.
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    非平稳极端风由强对流导致,因此与良态风相比具有强加速度、高相关性的特征。传统边界层风洞采用尖劈、粗糙元或格栅产生湍流风场,难以有效模拟极端风的大尺度突变风特征。对加拿大西安大略大学直流式风洞进行改造,通过开闭挡板快速改变流动方向,在试验段产生较大加速度的突增/突减风以及一维正弦脉动风。经测试,改造后风洞可有效地模拟高相关性极端风的突增、突降特性,并可产生频谱能量集中的一维正弦脉动风。突增风下的闭口箱梁断面表面风压将产生由风场时变静压导致的极值,断面极值风压分布为均匀流下绕流风压分布及梯度压强的叠加。
  • 试验研究
  • 试验研究
    穆弘, 陈安英, 胡晨, 余继坡
    2022, 38(4): 113-120.
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    为研究带外挂夹心保温混凝土墙板钢框架的抗震性能,考虑有无墙板、墙板类型、点支撑连接螺栓类型等因素,对无墙板钢框架和带外挂夹心保温混凝土墙板钢框架进行低周反复荷载下的对比试验。结合试件破坏特征,分析了结构的滞回曲线、延性系数、耗能能力等抗震性能评价指标。结果表明:带外挂夹心保温混凝土墙板钢框架的破坏模式为“先墙板后框架”的形式;加载过程中墙板与框架连接螺栓在挂件节点预留槽口中产生滑移变形,当螺栓滑移至长槽口边缘后出现局部混凝土严重压碎开裂或螺栓剪切破坏,同时墙板破坏后钢梁屈曲变形而框架柱未有明显破坏。在弹性加载阶段墙板的存在能够提高框架体系的侧向承载性能,而在破坏阶段连接节点保证了结构整体的延性变形能力,使墙板与框架可以协同变形,但墙板开洞会削弱结构的整体性;墙板挂架节点采用不同类型的螺栓在弹性加载阶段对结构的抗震性能没有影响。
  • 试验研究
    曾英俊, 包晨茜, 李卫超
    2022, 38(4): 121-127.
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    基于上海地区某工程中现场足尺试桩试验结果,针对常规液压振动锤和免共振液压振动锤沉贯的开口钢管桩,开展了抗压极限承载特性及对应的承载力预测方法研究。通过对静载试验实测数据和部分规范提出的桩基抗压极限承载力预测结果进行比较发现:桩基实测承载力小于按照上海规范推荐的预制桩承载力计算方法预测得到的振沉钢管桩抗压极限承载力。其中对于上海地区典型的黏性土中的休止期为40天左右的钢管桩,振沉施工导致的承载力折减约为30%,而振沉施工对以砂性土为持力层的休止期为59天的钢管桩承载特性影响相对较小,故应在振沉钢管设计中考虑振动沉桩对桩基抗压承载特性的影响。此外,沉桩结束休止40天后,实测免共振锤沉桩承载力较常规液压振动锤施工的钢管桩承载力低约11%,这很可能是不同振动锤沉贯钢管桩过程中对桩周土体的扰动差异所致,因此应进一步研究不同振动锤沉贯钢管桩过程对桩周土体扰动及土阻力的影响。
  • 试验研究
    张智然, 卢永成, 齐新, 赵晨, 林国才
    2022, 38(4): 128-133.
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    承插式连接具有施工便捷、容错性大的优点,在预制拼装桥墩施工中得到了越来越多的关注。市政桥梁通常采用矩形截面的预制桥墩,通过将其直接置于承台预留的孔洞中并浇筑填缝料后形成整体。设计制作了1个大比例尺1∶2的承插式桥墩试件和1个现浇试件,通过拟静力试验,比较承插式装配桥墩和现浇桥墩在破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、耗能水平、残余位移等方面的不同。试验结果表明,通过具体的抗震设计可以使承插深度为1.0D的预制桥墩具有与现浇桥墩等同或接近的抗震性能。
  • 试验研究
    李琦, 李瑞
    2022, 38(4): 134-140.
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    风积沙稳定性差、黏聚力低,严重影响基础建筑在风区域建设的安全性与稳定性,因此分析风积沙振动荷载地基加固性能。从塔克拉玛干大沙漠采集天然风积沙样本,调配含水率分别为3.5%与5.5%的A组(A0~A3)和B组(B0~B3)两种风积沙,且两组风积沙的水泥含量分别为0%、2.5%、5.5%、9.5%,最终得到两组不同的水泥固化风积沙地基试件实验样本。利用加载装置对各试件加载振动荷载,统计时间抗振荷载能力以及其他相关性能。结果显示,含水率是3.5%的试件剪切应力更强、黏结性能更高,经水泥固化后孔隙量效果更好;振动荷载实验中,含水率为3.5%、水泥含量5.5%的试件荷载承受能力更优,相同水泥用量的情况下,含水率越高的时间抗振承载力水平越高。
  • 地基基础
  • 地基基础
    时昆鹏, 丁肇伟, 宋春雨, 陈龙珠
    2022, 38(4): 141-150.
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    采用有效应力的方法,根据不排水过程中的土体应力应变关系,计算孔压变化,并利用UMAT子程序模块进行二次开发,实现考虑孔压生成的修正Mohr-Coulomb本构模型在数值模拟上的运用。结合桩土接触面条件,研究考虑桩土局部分离的饱和土单桩及群桩的水平动力响应。将本文结果与已有文献进行对比,验证了本文方法的有效性和正确性。通过参数分析,研究桩土局部分离、桩间距、加载频率对桩基动阻抗及孔压分布的影响。研究结果表明:水平动力荷载作用下,桩土分离显著地降低了桩基水平动阻抗,土体塑性和超孔压对桩基动阻抗也有相应影响,高频荷载作用时,其影响更大;循环加载后,桩周上部土体产生超孔压,削弱了土体有效应力和桩基水平承载力。
  • 地基基础
    郑笠, 陈琳, 朱云, 李镜培
    2022, 38(4): 151-162.
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    基坑开挖将引起坑底土体大面积回弹,带动坑内工程桩向上位移,改变桩土间受力状态。立柱桩上抬还将影响基坑的支撑体系,对基坑整体稳定性产生不利影响。本文基于桩弹性理论方法,充分考虑大面积基坑分步开挖卸荷、土体回弹对工程桩受力及变形的影响,采用残余应力法对土层回弹量进行计算,结合回弹量计算结果建立大面积基坑开挖工程桩位移和受力计算理论模型,分析桩顶荷载、基坑开挖深度以及桩长、桩径对桩侧摩阻力及桩土位移的影响,最后通过与工程监测数据对比验证结果的可靠性与合理性。计算分析结果表明,桩顶荷载、基坑开挖深度、桩长及桩径对桩侧摩阻力及桩土位移产生明显影响,随着基坑开挖深度增加桩侧将出现负摩阻力,可能引起桩身产生拉应力导致破坏。
  • 地基基础
    沈立伟
    2022, 38(4): 163-168.
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    大直径热力隧道下穿工程中可以采用超前深孔注浆的方法强化地层,这在卵石等松散的地层中较为常见。针对大直径热力隧道下穿工程中超前深孔注浆的作用效果,以北京市阜石路大直径热力隧道穿越东水西调管道工程为背景,通过有限元法数值仿真模拟等手段,对工程中采用超前注浆加固等手段控制既有管道隆起的作用效果进行研究。结果表明:①由开挖导致的地表沉降最大值发生在隧道中心正上方,地表沉降实测结果表明实际控制效果良好;②采用超前深孔注浆方法,隧道暗挖造成的主要扰动区域宽约为3倍跨度;③数值计算的管网沉降变形符合控制要求,超前注浆可以保证输水管网安全;④通过采用注浆加固地层的方式,可以明显减小地表沉降和管线沉降。说明了在卵石地层中,采用注浆加固的控制变形作用效果良好。
  • 工程施工
  • 工程施工
    李文盛, 张继承, 何磊, 徐光
    2022, 38(4): 169-175.
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    高空大跨钢筋混凝土结构的现浇施工难度较大,其模板支撑脚手架的悬空布设及荷载传递是技术难点。以造粒塔百米高空浇筑大跨型钢混凝土梁为研究案例,借助结构层中尚未浇筑混凝土的型钢梁自身较高承载能力,采取悬挂施工平台支模及分层浇筑技术,解决高空现浇作业的施工难题。其安全、经济、易操作、高质量等优势在实际施工中得到验证。
  • 工程施工
    覃子玲, 李镜培, 姚建平, 李林
    2022, 38(4): 176-185.
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    近年来软土地区超大面积基坑工程不断涌现,相较于普通基坑工程,软土地区超大面积基坑工程施工的风险性和风险控制难度都显著增加,软土地区超大面积基坑工程的风险评价已经成为一个急需解决的课题。基于超大面积软土基坑的施工工序,对施工期的潜在风险进行识别,构建了超大面积软土基坑施工风险评价指标体系,通过专家评价建立基坑风险判断矩阵,得到各风险评价指标的相对权重。采用三角隶属函数和岭形隶属函数得到定性评价指标和定量评价指标的隶属度,提出了超大面积软土基坑施工风险的模糊层次综合评价方法。在此基础上,依托上海国际医学园区生物医药加速器(一期)项目基坑工程,对超大面积软土基坑施工的风险进行了实例分析。研究结果表明,超大面积软土基坑施工的主要风险来源于土方工程和支护工程。本文方法为软土地区超大面积基坑施工风险评价和控制提供了有效评价途径与理论依据,具有重要的理论价值与工程实际意义。
  • 设计方法与研究
  • 设计方法与研究
    梁立, 李邈, 刘璇
    2022, 38(4): 186-192.
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    昆明璀璨栖悦商务中心1#楼房屋高度148.550 m,属超B级高度的超限结构。由于其内筒高宽比达21,采用盈建科和ETABS两种软件进行了弹性计算,对结构选型进行了比较分析,最终选用抗震性能更好的框架-剪力墙结构。按照设定的性能目标,对结构进行弹性计算、中震验算,并采用Sausage软件进行了罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析,根据分析结果,采取了有针对性的加强措施。
  • 设计方法与研究
    金汉
    2022, 38(4): 193-198.
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    某体育馆平面尺寸为69.2 m×21.0 m,为满足建筑效果,在21.0 m跨度方向布置15榀单向张弦梁,本文主要运用两种软件进行分析,其中整体分析采用MIDAS GEN,节点分析采用ABAQUS,主要从如下4个方面对张弦梁进行计算论证保证安全:①根据平衡态寻找初拉力;②由于建筑功能原因,张弦梁上弦较平,会产生较大的水平推力,本文通过调整施工顺序分析解决造型产生的推力及水平变形;③通过线性及非线性屈曲分析计算上弦稳定性;④支座处复杂节点材料非线性分析。通过以上4个方面计算保证项目安全可靠,可为类似张弦梁结构的设计提供参考。