2019年第41卷第2期文章目次
2019, 41(2):1-11.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.023
摘要:
基于6根全风化和强风化花岗片麻岩地基中大直径泥浆护壁钻孔灌注桩单桩竖向抗压静载荷试验及桩身力学测试，对其中3根试桩进行桩侧后注浆，对比分析了其承载性状、变形特性及影响因素，并将所得试验数据与勘察报告推荐值和现行规范推荐值对比。结果表明：大直径嵌岩泥浆护壁钻孔灌注桩长径比25~34与嵌岩深度5D~8D，Q-s曲线呈缓变型；经后注浆处理与未经桩侧后注浆处理的试桩相比，单桩极限抗压承载力提高1.40%~15.3%，最大沉降量降低35.1%~65.6%，回弹率提高13.1%~82.4%，控制桩顶沉降效果显著。在该试验条件下，6根试桩的承载力和变形特性受长径比和嵌岩深度影响较大。经桩侧后注浆处理的试桩，嵌岩段摩阻比和桩侧摩阻力分担比受长径比和嵌岩深度影响更小；6根试桩的桩端阻力分担比受嵌岩深度影响显著；未经桩侧后注浆处理的试桩，桩侧摩阻力分担比受嵌岩深度影响更大。
基于6根全风化和强风化花岗片麻岩地基中大直径泥浆护壁钻孔灌注桩单桩竖向抗压静载荷试验及桩身力学测试，对其中3根试桩进行桩侧后注浆，对比分析了其承载性状、变形特性及影响因素，并将所得试验数据与勘察报告推荐值和现行规范推荐值对比。结果表明：大直径嵌岩泥浆护壁钻孔灌注桩长径比25~34与嵌岩深度5D~8D，Q-s曲线呈缓变型；经后注浆处理与未经桩侧后注浆处理的试桩相比，单桩极限抗压承载力提高1.40%~15.3%，最大沉降量降低35.1%~65.6%，回弹率提高13.1%~82.4%，控制桩顶沉降效果显著。在该试验条件下，6根试桩的承载力和变形特性受长径比和嵌岩深度影响较大。经桩侧后注浆处理的试桩，嵌岩段摩阻比和桩侧摩阻力分担比受长径比和嵌岩深度影响更小；6根试桩的桩端阻力分担比受嵌岩深度影响显著；未经桩侧后注浆处理的试桩，桩侧摩阻力分担比受嵌岩深度影响更大。
2019, 41(2):12-19.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.024
摘要:
基于Fick第二扩散定律，建立混凝土管桩中考虑环境温度和氯离子结合能力的氯离子扩散模型。针对环境温度对混凝土管桩中氯离子扩散性能的影响开展试验研究，将不同水灰比（0.30、0.45和0.55）混凝土管桩置于不同温度（21、30、50℃）的5%氯化钠盐雾中，开展为期32 d的浸泡试验。依据试验结果和氯离子扩散模型，得到不同温度条件下、不同水灰比混凝土管桩中的自由氯离子浓度分布、表面氯离子浓度、氯离子表观和有效扩散系数、活化能和氯离子结合能力值。试验结果表明：随着环境温度的升高，自由氯离子浓度、表面氯离子浓度、氯离子表观和有效扩散系数增大。随着环境温度从21℃升高到30℃，氯离子结合能力显著增加，但随着环境温度从30℃升高到50℃，氯离子结合能力却略有减小。由于表观氯离子扩散系数的对数与环境绝对温度的倒数呈线性变化规律，因此，可推断氯离子在混凝土管桩中的扩散符合Arrhenius理论。
基于Fick第二扩散定律，建立混凝土管桩中考虑环境温度和氯离子结合能力的氯离子扩散模型。针对环境温度对混凝土管桩中氯离子扩散性能的影响开展试验研究，将不同水灰比（0.30、0.45和0.55）混凝土管桩置于不同温度（21、30、50℃）的5%氯化钠盐雾中，开展为期32 d的浸泡试验。依据试验结果和氯离子扩散模型，得到不同温度条件下、不同水灰比混凝土管桩中的自由氯离子浓度分布、表面氯离子浓度、氯离子表观和有效扩散系数、活化能和氯离子结合能力值。试验结果表明：随着环境温度的升高，自由氯离子浓度、表面氯离子浓度、氯离子表观和有效扩散系数增大。随着环境温度从21℃升高到30℃，氯离子结合能力显著增加，但随着环境温度从30℃升高到50℃，氯离子结合能力却略有减小。由于表观氯离子扩散系数的对数与环境绝对温度的倒数呈线性变化规律，因此，可推断氯离子在混凝土管桩中的扩散符合Arrhenius理论。
2019, 41(2):20-28.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.025
摘要:
利用最新提出的四维离散弹簧元法（4D-LSM）对岩石圆环的动态抗变形及耗能特性进行研究。首先对4D-LSM用于描述岩石圆环试样破坏的适用性进行了验证，发现4D-LSM可以较好地再现岩石试样的孔径比与破坏形态和强度间的影响规律。在此基础上，对孔隙率、非均质性、厚径比等因素与抗变形及耗能间的规律进行研究，得到了对应的数学公式。利用4D-LSM模拟大变形方面的优势，发现当岩石材料的变形抵抗能力较大时，岩石圆环将表现出与传统仅考虑小变形情况下实验和数值计算不同的破坏形态，岩石圆环的材料抗拉强度与抗变形能力也分别呈现非线性关系。通过建立圆环阵列模型，研究了由多个岩环构成的组合结构的抗变形和能量抵抗能力以及对应的破坏形态。结果表明，组合结构中的圆环单元与单圆环受力的破裂形态有所不同，但单圆环的抗变形及耗能规律仍适用于岩环阵列结构的分析。
利用最新提出的四维离散弹簧元法（4D-LSM）对岩石圆环的动态抗变形及耗能特性进行研究。首先对4D-LSM用于描述岩石圆环试样破坏的适用性进行了验证，发现4D-LSM可以较好地再现岩石试样的孔径比与破坏形态和强度间的影响规律。在此基础上，对孔隙率、非均质性、厚径比等因素与抗变形及耗能间的规律进行研究，得到了对应的数学公式。利用4D-LSM模拟大变形方面的优势，发现当岩石材料的变形抵抗能力较大时，岩石圆环将表现出与传统仅考虑小变形情况下实验和数值计算不同的破坏形态，岩石圆环的材料抗拉强度与抗变形能力也分别呈现非线性关系。通过建立圆环阵列模型，研究了由多个岩环构成的组合结构的抗变形和能量抵抗能力以及对应的破坏形态。结果表明，组合结构中的圆环单元与单圆环受力的破裂形态有所不同，但单圆环的抗变形及耗能规律仍适用于岩环阵列结构的分析。
2019, 41(2):29-35.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.026
摘要:
基于滑楔体整体极限平衡方程，根据变分法原理推导了被动土压力泛函极值的变分模型，并引入拉格朗日乘子，将等周变分模型转化为含有两个函数自变量的泛函极值模型。依据欧拉方程、边界条件和横截条件，得到了滑裂面函数和滑裂面上的应力函数，函数泛函极值模型转化为两个未知量的函数优化模型。算例表明，对于一般土体，在作用点位置系数下界限处，滑裂面呈现对数螺旋曲面，此时被动土压力最小；当作用点位置上移时，被动土压力呈非线性增长，在作用点位置系数上界限处，滑裂面为平面，被动土压力达到最大，与库仑土压力理论解完全一致，但作用点在墙体的相对位置并非在墙高的1/3处。结果表明，被动土压力大小和作用点位置受坡面的起伏和坡面超载的不均匀性影响比较明显。
基于滑楔体整体极限平衡方程，根据变分法原理推导了被动土压力泛函极值的变分模型，并引入拉格朗日乘子，将等周变分模型转化为含有两个函数自变量的泛函极值模型。依据欧拉方程、边界条件和横截条件，得到了滑裂面函数和滑裂面上的应力函数，函数泛函极值模型转化为两个未知量的函数优化模型。算例表明，对于一般土体，在作用点位置系数下界限处，滑裂面呈现对数螺旋曲面，此时被动土压力最小；当作用点位置上移时，被动土压力呈非线性增长，在作用点位置系数上界限处，滑裂面为平面，被动土压力达到最大，与库仑土压力理论解完全一致，但作用点在墙体的相对位置并非在墙高的1/3处。结果表明，被动土压力大小和作用点位置受坡面的起伏和坡面超载的不均匀性影响比较明显。
2019, 41(2):36-44.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.027
摘要:
中国西北地区的深厚覆盖层坝基中常存在厚度不均和不连续的弱透水层，弱透水层的厚度、不连续形式及开口大小对坝基渗流场有一定的影响，其规律需要深入研究。基于非饱和土渗流理论，借助Seep/w进行渗流求解，探讨中间位置处弱透水层的厚度及连续性对单宽渗流量和出逸坡降的影响规律，并结合工程实例进行对比分析。研究表明：单宽渗流量和出逸坡降都随着中间位置处弱透水层厚度的增加而降低；弱透水层厚度对采用半封闭式防渗墙控渗时的渗流场影响最大，悬挂式防渗墙次之，全封闭式防渗墙最小。开口在上游的弱透水层与防渗墙形成的半封闭式联合防渗体系的控渗效果最好，开口在下游的弱透水层次之，防渗墙上下游都存在开口时效果最差。单宽渗流量和出逸坡降随弱透水层上游开口长度的增加而增大，但开口长度对渗流场影响不显著，其原因在于各防渗体系下上游弱透水层仅起到微弱的隔水作用。建议防渗墙和下游弱透水层形成半封闭式联合防渗体系，避免防渗墙上下游弱透水层均存在缺口的不利情况。基于监测值和模拟值得出的误差满足规范要求，表明采用的计算方法和得出的结论皆可靠。
中国西北地区的深厚覆盖层坝基中常存在厚度不均和不连续的弱透水层，弱透水层的厚度、不连续形式及开口大小对坝基渗流场有一定的影响，其规律需要深入研究。基于非饱和土渗流理论，借助Seep/w进行渗流求解，探讨中间位置处弱透水层的厚度及连续性对单宽渗流量和出逸坡降的影响规律，并结合工程实例进行对比分析。研究表明：单宽渗流量和出逸坡降都随着中间位置处弱透水层厚度的增加而降低；弱透水层厚度对采用半封闭式防渗墙控渗时的渗流场影响最大，悬挂式防渗墙次之，全封闭式防渗墙最小。开口在上游的弱透水层与防渗墙形成的半封闭式联合防渗体系的控渗效果最好，开口在下游的弱透水层次之，防渗墙上下游都存在开口时效果最差。单宽渗流量和出逸坡降随弱透水层上游开口长度的增加而增大，但开口长度对渗流场影响不显著，其原因在于各防渗体系下上游弱透水层仅起到微弱的隔水作用。建议防渗墙和下游弱透水层形成半封闭式联合防渗体系，避免防渗墙上下游弱透水层均存在缺口的不利情况。基于监测值和模拟值得出的误差满足规范要求，表明采用的计算方法和得出的结论皆可靠。
2019, 41(2):45-52.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.028
摘要:
对城市盾构地铁结构的健康服役和安全可靠性进行评价时，多局限于静态推理，通过构建PCBN （Pair-Copula Bayes Network）网络结构得到评判指标的多元联合概率分布，实现参数相依性的准确识别和高精度重构。基于3种失效模式对盾构地铁结构节点相关性分析及安全状态评价，充分挖掘监测数据的隐藏信息，表征盾构地铁结构的风险状态。以武汉地铁三号线某空推段为工程背景进行PCBN模型建模。结果表明：PCBN模型得出的地铁安全状态与地铁工程中的实际风险信息非常吻合，体现了构建PCBN网络模型的准确性和实用性。
对城市盾构地铁结构的健康服役和安全可靠性进行评价时，多局限于静态推理，通过构建PCBN （Pair-Copula Bayes Network）网络结构得到评判指标的多元联合概率分布，实现参数相依性的准确识别和高精度重构。基于3种失效模式对盾构地铁结构节点相关性分析及安全状态评价，充分挖掘监测数据的隐藏信息，表征盾构地铁结构的风险状态。以武汉地铁三号线某空推段为工程背景进行PCBN模型建模。结果表明：PCBN模型得出的地铁安全状态与地铁工程中的实际风险信息非常吻合，体现了构建PCBN网络模型的准确性和实用性。
2019, 41(2):53-59.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.029
摘要:
有效调控污染物的运移是实现污染土工程再利用的前提。考虑石油污染盐渍土的特殊性及工程利用的力学需求，优选石灰和粉煤灰为改性材料，结合静态动态试验，研究石灰和粉煤灰对滨海盐渍土中石油污染物的吸附解吸行为的影响。结果表明：单独的石灰和粉煤灰，对石油污染物的吸附率分别为26%和14%，两者联合作用时，吸附率提高到39%，在盐渍土中加入石灰和粉煤灰可有效提高对石油污染物的吸附量，加快吸附稳定速率；盐渍土、石灰+盐渍土、粉煤灰+盐渍土、石灰+粉煤灰+盐渍土对石油的吸附动力学均符合Lagergren二级动力学非线性方程，联合作用可使吸附平衡时间由400 min缩短至60 min；石灰、粉煤灰有利于吸附赋存于土颗粒孔隙中未被盐渍土颗粒吸附的呈自由态的石油；盐渍土、石灰+盐渍土、粉煤灰+盐渍土、石灰+粉煤灰+盐渍土对石油污染物的吸附等温线均为非线性Freundlich模式；石油被解吸的能力依次为盐渍土 > 粉煤灰+盐渍土 > 石灰+盐渍土 > 石灰+粉煤灰+盐渍土，石灰+粉煤灰对石油污染物的吸附以化学吸附为主，具有不可逆性，有助于缓解环境温度的影响，增强稳定性。
有效调控污染物的运移是实现污染土工程再利用的前提。考虑石油污染盐渍土的特殊性及工程利用的力学需求，优选石灰和粉煤灰为改性材料，结合静态动态试验，研究石灰和粉煤灰对滨海盐渍土中石油污染物的吸附解吸行为的影响。结果表明：单独的石灰和粉煤灰，对石油污染物的吸附率分别为26%和14%，两者联合作用时，吸附率提高到39%，在盐渍土中加入石灰和粉煤灰可有效提高对石油污染物的吸附量，加快吸附稳定速率；盐渍土、石灰+盐渍土、粉煤灰+盐渍土、石灰+粉煤灰+盐渍土对石油的吸附动力学均符合Lagergren二级动力学非线性方程，联合作用可使吸附平衡时间由400 min缩短至60 min；石灰、粉煤灰有利于吸附赋存于土颗粒孔隙中未被盐渍土颗粒吸附的呈自由态的石油；盐渍土、石灰+盐渍土、粉煤灰+盐渍土、石灰+粉煤灰+盐渍土对石油污染物的吸附等温线均为非线性Freundlich模式；石油被解吸的能力依次为盐渍土 > 粉煤灰+盐渍土 > 石灰+盐渍土 > 石灰+粉煤灰+盐渍土，石灰+粉煤灰对石油污染物的吸附以化学吸附为主，具有不可逆性，有助于缓解环境温度的影响，增强稳定性。
2019, 41(2):60-69.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.030
摘要:
为检验不同连接方式及构造方式对屈曲约束支撑滞回性能的影响，设计了螺栓连接和铰接2种连接方式，“十”字形、“T”形及“一”字形3种芯材截面形式，端部焊接型及中部切削型2种芯材制作方式，沿芯材纵向全长焊接及仅在工作段焊接2种组合方式共7个屈曲约束支撑试件。通过拟静力加载试验，分析了屈曲约束支撑的承载力、割线刚度、耗能系数及延性等变化规律。结果表明：7个试件的滞回曲线饱满稳定、耗能能力强；承载力、耗能系数及延性均随加载位移的增大而增大，割线刚度随加载位移的增大而降低，恢复力模型具有典型的双线性特征；连接方式及构造特性对屈曲约束支撑的滞回性能不产生明显影响，芯材材料性能、宽厚比、间隙与芯材厚度的比值是影响其滞回性能的主要因素。结果表明，两角钢具有协同的工作性能；提高焊接质量、增大限位卡附近过渡圆弧的曲率半径分别是增强两种类型屈曲约束支撑稳定滞回的主要工艺及构造措施。
为检验不同连接方式及构造方式对屈曲约束支撑滞回性能的影响，设计了螺栓连接和铰接2种连接方式，“十”字形、“T”形及“一”字形3种芯材截面形式，端部焊接型及中部切削型2种芯材制作方式，沿芯材纵向全长焊接及仅在工作段焊接2种组合方式共7个屈曲约束支撑试件。通过拟静力加载试验，分析了屈曲约束支撑的承载力、割线刚度、耗能系数及延性等变化规律。结果表明：7个试件的滞回曲线饱满稳定、耗能能力强；承载力、耗能系数及延性均随加载位移的增大而增大，割线刚度随加载位移的增大而降低，恢复力模型具有典型的双线性特征；连接方式及构造特性对屈曲约束支撑的滞回性能不产生明显影响，芯材材料性能、宽厚比、间隙与芯材厚度的比值是影响其滞回性能的主要因素。结果表明，两角钢具有协同的工作性能；提高焊接质量、增大限位卡附近过渡圆弧的曲率半径分别是增强两种类型屈曲约束支撑稳定滞回的主要工艺及构造措施。
2019, 41(2):70-78.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.031
摘要:
采用统一强度理论对轴心受压钢骨组合L形钢管混凝土短柱的核心混凝土、型钢钢骨在三向受压应力状态下的轴向极限承载力进行分析；根据截面形状组成特点，将L形钢管分为一个矩形和一个方形，通过考虑宽厚比对钢管的影响和引入考虑尺寸效应影响的混凝土强度折减系数，将钢管长短边非均匀约束等效为环向均匀约束，推导并建立了轴压短柱的承载力公式；在此基础上，参照钢结构设计规范，建立了中长柱轴压承载力公式。计算结果与试验结果吻合较好，验证了理论公式的正确性，并进行了短柱轴压承载力参数分析，得到了参数k及材料拉压比α、含骨率ρ对承载力的影响。结果表明：该计算式具有良好的适用性和广泛的应用性，对试验所提出的公式进行了理论上的补充。
采用统一强度理论对轴心受压钢骨组合L形钢管混凝土短柱的核心混凝土、型钢钢骨在三向受压应力状态下的轴向极限承载力进行分析；根据截面形状组成特点，将L形钢管分为一个矩形和一个方形，通过考虑宽厚比对钢管的影响和引入考虑尺寸效应影响的混凝土强度折减系数，将钢管长短边非均匀约束等效为环向均匀约束，推导并建立了轴压短柱的承载力公式；在此基础上，参照钢结构设计规范，建立了中长柱轴压承载力公式。计算结果与试验结果吻合较好，验证了理论公式的正确性，并进行了短柱轴压承载力参数分析，得到了参数k及材料拉压比α、含骨率ρ对承载力的影响。结果表明：该计算式具有良好的适用性和广泛的应用性，对试验所提出的公式进行了理论上的补充。
2019, 41(2):79-85.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.032
摘要:
为研究不同种类纤维布约束对混凝土方形截面柱力学性能和破坏模式的影响，针对混凝土约束效应区域，提出采用1/4圆弧替代传统二次抛物线划分有效约束区和弱约束区，基于此改进并统一了形状系数，实现对既有约束强度模型的改进。采用138组不同纤维布包裹柱试验数据对比了5种不同约束强度计算模型改进前后的效果，发现改进后模型计算值与试验数据吻合更好。为了拓展改进模型的应用范围，进一步通过8根BFRP布包裹柱试验，验证了所提出改进模型在BFRP加固混凝土柱承载力预测上的可行性。
为研究不同种类纤维布约束对混凝土方形截面柱力学性能和破坏模式的影响，针对混凝土约束效应区域，提出采用1/4圆弧替代传统二次抛物线划分有效约束区和弱约束区，基于此改进并统一了形状系数，实现对既有约束强度模型的改进。采用138组不同纤维布包裹柱试验数据对比了5种不同约束强度计算模型改进前后的效果，发现改进后模型计算值与试验数据吻合更好。为了拓展改进模型的应用范围，进一步通过8根BFRP布包裹柱试验，验证了所提出改进模型在BFRP加固混凝土柱承载力预测上的可行性。
2019, 41(2):86-92.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.033
摘要:
以现代木结构中的齿板连接木桁架为基础，开发一种多榀木桁架，研究其承载能力和抗变形能力。依据《木结构试验方法标准》（GB/T 50329—2012）中规定的木桁架分级加载试验方法，对比3种木桁架在设计标准荷载下的变形情况和破坏加载阶段的极限承载力。结果表明，多榀木桁架的极限承载力能达到其设计标准荷载的2倍以上，具有良好的安全储备性能；设计时需严格验算木桁架的节点齿板承载力，以满足相应木桁架承载力水平的要求；组成多榀木桁架的单榀之间通过木销连接，具有较好的协同效应，能有效解决单榀的失稳问题；木销连接是一种有效的多榀连接方式，能达到多榀木桁架极限承载力高于单榀之和的目的，使其抗变形能力更优。
以现代木结构中的齿板连接木桁架为基础，开发一种多榀木桁架，研究其承载能力和抗变形能力。依据《木结构试验方法标准》（GB/T 50329—2012）中规定的木桁架分级加载试验方法，对比3种木桁架在设计标准荷载下的变形情况和破坏加载阶段的极限承载力。结果表明，多榀木桁架的极限承载力能达到其设计标准荷载的2倍以上，具有良好的安全储备性能；设计时需严格验算木桁架的节点齿板承载力，以满足相应木桁架承载力水平的要求；组成多榀木桁架的单榀之间通过木销连接，具有较好的协同效应，能有效解决单榀的失稳问题；木销连接是一种有效的多榀连接方式，能达到多榀木桁架极限承载力高于单榀之和的目的，使其抗变形能力更优。
2019, 41(2):93-98.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.034
摘要:
混合结构的阻尼矩阵不再满足经典阻尼条件，无法直接采用模态叠加法。迟滞阻尼模型具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点，且时域计算结果稳定收敛，但不满足能量守恒原则。利用结构每周期耗散能量与阻尼做功相等，对迟滞阻尼模型的阻尼系数进行修正，得到了改进迟滞阻尼模型，并提出了对应的混合结构模态叠加法。在此基础上，分析改进迟滞阻尼模型的反应谱特点，计算最不利地震作用效应组合，提出了基于改进迟滞阻尼理论的混合结构抗震分析SRSS法。算例分析表明，改进迟滞阻尼模型计算的地震作用效应比粘性阻尼模型计算的地震作用效应更大，其增大幅度约为15%~20%。
混合结构的阻尼矩阵不再满足经典阻尼条件，无法直接采用模态叠加法。迟滞阻尼模型具有每周期耗散能量与外激励频率无关的优点，且时域计算结果稳定收敛，但不满足能量守恒原则。利用结构每周期耗散能量与阻尼做功相等，对迟滞阻尼模型的阻尼系数进行修正，得到了改进迟滞阻尼模型，并提出了对应的混合结构模态叠加法。在此基础上，分析改进迟滞阻尼模型的反应谱特点，计算最不利地震作用效应组合，提出了基于改进迟滞阻尼理论的混合结构抗震分析SRSS法。算例分析表明，改进迟滞阻尼模型计算的地震作用效应比粘性阻尼模型计算的地震作用效应更大，其增大幅度约为15%~20%。
2019, 41(2):99-105.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.035
摘要:
基于社会力模型，研究了随机人群运动荷载作用下大跨连廊结构的振动舒适度问题。通过结合交通学领域、生物力学领域对人群运动特性及人体运动参数的统计分析，对随机人群运动进行仿真，得到不同密度工况下，任意行人在任意时刻的步速、落点位置等参数，建立随机人群荷载模型，计算不同工况密度下结构的加速度峰值。研究表明，加速度峰值与行人步速关系很大，随着行人密度增大，行人速度减小，结构加速度响应则先增大后减小。根据得到的结构加速度峰值与行人密度关系曲线，可以找出出现结构振动舒适度问题的行人密度区间。
基于社会力模型，研究了随机人群运动荷载作用下大跨连廊结构的振动舒适度问题。通过结合交通学领域、生物力学领域对人群运动特性及人体运动参数的统计分析，对随机人群运动进行仿真，得到不同密度工况下，任意行人在任意时刻的步速、落点位置等参数，建立随机人群荷载模型，计算不同工况密度下结构的加速度峰值。研究表明，加速度峰值与行人步速关系很大，随着行人密度增大，行人速度减小，结构加速度响应则先增大后减小。根据得到的结构加速度峰值与行人密度关系曲线，可以找出出现结构振动舒适度问题的行人密度区间。
2019, 41(2):106-115.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.036
摘要:
针对风驱雨作用下桥梁主梁的颤振问题，依据风驱雨作用和主梁振动特点，给出了分别考虑雨滴冲击和表面积水后的降雨相似关系，并探讨了其选取原则。选取大跨度桥梁较常采用的典型断面，通过节段模型试验模拟了风驱雨对主梁断面的颤振导数和颤振发生过程的影响。试验结果表明：主梁断面的颤振气动导数随雨强的变化无明显规律，各导数的变化量值相当，随风速增加，降雨引起的导数变化有所加大，但基本没有改变其随风速变化的整体趋势，试验雨强120 mm/h时，模型颤振临界风速会有20%~30%左右的提高，但考虑雨强相似比后可以认为降雨对桥梁主梁的风致颤振失稳特征的影响基本可以忽略。
针对风驱雨作用下桥梁主梁的颤振问题，依据风驱雨作用和主梁振动特点，给出了分别考虑雨滴冲击和表面积水后的降雨相似关系，并探讨了其选取原则。选取大跨度桥梁较常采用的典型断面，通过节段模型试验模拟了风驱雨对主梁断面的颤振导数和颤振发生过程的影响。试验结果表明：主梁断面的颤振气动导数随雨强的变化无明显规律，各导数的变化量值相当，随风速增加，降雨引起的导数变化有所加大，但基本没有改变其随风速变化的整体趋势，试验雨强120 mm/h时，模型颤振临界风速会有20%~30%左右的提高，但考虑雨强相似比后可以认为降雨对桥梁主梁的风致颤振失稳特征的影响基本可以忽略。
2019, 41(2):116-121.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.037
摘要:
采用SST K-ω湍流模型，对二维切角方形桥塔气动措施进行了全风向角下的CFD数值模拟研究，雷诺数为5×104。分析了添加气动措施对桥塔气动力系数、横风向气动力频谱、斯托罗哈数的影响，并与试验结果进行了对比，二者吻合较好。研究结果表明，风向角α≤25°，升力系数呈下降趋势，添加翼板会显著增大桥塔升力系数；α>25°，升力系数呈上升趋势，添加气动措施对桥塔升力系数没有影响。添加气动措施后桥塔阻力系数会增大，最小阻力系数出现在5°~10°风向角范围内。不同风向角下的模型涡脱方式不同，包含的涡脱频率也不同，漩涡脱落不一定是单纯的正弦现象。添加气动措施会减小模型St数，最大St数出现在5°~15°风向角之间。
采用SST K-ω湍流模型，对二维切角方形桥塔气动措施进行了全风向角下的CFD数值模拟研究，雷诺数为5×104。分析了添加气动措施对桥塔气动力系数、横风向气动力频谱、斯托罗哈数的影响，并与试验结果进行了对比，二者吻合较好。研究结果表明，风向角α≤25°，升力系数呈下降趋势，添加翼板会显著增大桥塔升力系数；α>25°，升力系数呈上升趋势，添加气动措施对桥塔升力系数没有影响。添加气动措施后桥塔阻力系数会增大，最小阻力系数出现在5°~10°风向角范围内。不同风向角下的模型涡脱方式不同，包含的涡脱频率也不同，漩涡脱落不一定是单纯的正弦现象。添加气动措施会减小模型St数，最大St数出现在5°~15°风向角之间。
2019, 41(2):122-132.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.038
摘要:
在柱、剪力墙等的低周反复加载试验中，与施加轴压力的竖向作动器相连的钢铰轴处或滑动导轨处存在的摩擦力会导致加载水平力的测量结果不同程度地较真实值偏高。通过试验和有限元计算，分析了该摩擦力的规律和量化取值。为了消除材料非线性并准确考虑几何非线性的影响，设计两个型钢柱进行了材料弹性状态下的低周反复试验，并在OpenSees平台上建立了能够准确计算二阶效应的有限元模型。根据试验测量结果、有限元分析结果对该试验的轴力加载装置引起的摩擦力进行计算，研究了摩擦系数的取值方法，并考察了摩擦力对柱试验结果的影响。研究结果表明：由轴力加载装置引起的摩擦力主要受轴压力值影响，柱顶位移的影响较小；随着轴压力增大，摩擦力增大、摩擦系数变小；最大摩擦力、最小摩擦系数均趋于较稳定的取值；对于轴压力为350~900 kN的钢筋混凝土柱，由该装置摩擦力引起的低周反复试验的柱顶水平力测量结果误差约为5~13 kN。
在柱、剪力墙等的低周反复加载试验中，与施加轴压力的竖向作动器相连的钢铰轴处或滑动导轨处存在的摩擦力会导致加载水平力的测量结果不同程度地较真实值偏高。通过试验和有限元计算，分析了该摩擦力的规律和量化取值。为了消除材料非线性并准确考虑几何非线性的影响，设计两个型钢柱进行了材料弹性状态下的低周反复试验，并在OpenSees平台上建立了能够准确计算二阶效应的有限元模型。根据试验测量结果、有限元分析结果对该试验的轴力加载装置引起的摩擦力进行计算，研究了摩擦系数的取值方法，并考察了摩擦力对柱试验结果的影响。研究结果表明：由轴力加载装置引起的摩擦力主要受轴压力值影响，柱顶位移的影响较小；随着轴压力增大，摩擦力增大、摩擦系数变小；最大摩擦力、最小摩擦系数均趋于较稳定的取值；对于轴压力为350~900 kN的钢筋混凝土柱，由该装置摩擦力引起的低周反复试验的柱顶水平力测量结果误差约为5~13 kN。
2019, 41(2):133-139.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.039
摘要:
为准确定位结构健康监测系统中的故障传感器，提出了基于累积残差贡献率的传感器故障定位方法。基于主元分析的基本原理，将车辆荷载和地脉动激励下传感器采集的数据分为主元空间和残差空间，采用SPE统计量对故障进行识别。在此基础上，通过对残差贡献值的推导，提出了累积残差贡献率指标，改进了现有的残差贡献图，提高了故障定位的准确率，并将单传感器故障定位拓展到两个故障传感器的同时定位。数值模拟结果表明：主元分析法能准确识别出预设的4类常见传感器故障，累积残差贡献率不但能更好地定位单传感器故障，两传感器同时发生故障时也能准确定位。
为准确定位结构健康监测系统中的故障传感器，提出了基于累积残差贡献率的传感器故障定位方法。基于主元分析的基本原理，将车辆荷载和地脉动激励下传感器采集的数据分为主元空间和残差空间，采用SPE统计量对故障进行识别。在此基础上，通过对残差贡献值的推导，提出了累积残差贡献率指标，改进了现有的残差贡献图，提高了故障定位的准确率，并将单传感器故障定位拓展到两个故障传感器的同时定位。数值模拟结果表明：主元分析法能准确识别出预设的4类常见传感器故障，累积残差贡献率不但能更好地定位单传感器故障，两传感器同时发生故障时也能准确定位。
2019, 41(2):140-146,166.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.040
摘要:
在预制混凝土（PC）构件工业化生产中，传统的定位多采用人工排布，存在平台生产面积利用率低、排布费工费时、生产漏排多排等缺点。将建筑信息模型（BIM）技术应用到PC构件工业化生产中，可提高管理的信息化程度，并能较好地解决传统定位中存在的问题。采用Revit软件，制定了PC构件信息模型的参数化建模标准，创建了PC构件信息模型，改进了最低水平线算法。在模型信息的基础上应用算法排布构件，从而提高了PC构件生产的信息化程度和生产效率。
在预制混凝土（PC）构件工业化生产中，传统的定位多采用人工排布，存在平台生产面积利用率低、排布费工费时、生产漏排多排等缺点。将建筑信息模型（BIM）技术应用到PC构件工业化生产中，可提高管理的信息化程度，并能较好地解决传统定位中存在的问题。采用Revit软件，制定了PC构件信息模型的参数化建模标准，创建了PC构件信息模型，改进了最低水平线算法。在模型信息的基础上应用算法排布构件，从而提高了PC构件生产的信息化程度和生产效率。
2019, 41(2):147-158.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.041
摘要:
为研究单掺钢纤维、聚丙烯纤维和纤维素纤维对混凝土抗压强度及弯曲韧性的影响，在不同体积掺量下进行了混凝土试块的抗压强度及弯曲韧性试验，并对试验结果进行了变异性分析。试验结果表明：3种纤维混凝土抗压强度较素混凝土平均提高26.7%、6.1%和11.1%；二次抗压强度保持率分别达77.0%、45.7%和58.0%；抗弯承载力最大分别提高31.6%、3.5%和14.0%；基于荷载挠度曲线、Newkumar法及弯拉应力应变曲线分别计算的弯曲韧性指数I20、Newkumar指标PCSm和韧度比Rx分别为素混凝土的4.2、3.1、2.6倍，19.9、9.8、6.9倍和4.0、3.4、2.7倍。变异性分析结果表明，掺入纤维后混凝土的抗压强度变异性小于弯曲韧性。同时，基于Newkumar法和应力应变曲线法算得的混凝土弯曲韧性指标变异系数小于荷载挠度曲线法。总体而言，钢纤维增强混凝土的抗压强度和弯曲韧性最为显著，且变异系数最小。纤维素纤维增强混凝土抗压强度及聚丙烯纤维增强混凝土弯曲韧性则相对较显著。
为研究单掺钢纤维、聚丙烯纤维和纤维素纤维对混凝土抗压强度及弯曲韧性的影响，在不同体积掺量下进行了混凝土试块的抗压强度及弯曲韧性试验，并对试验结果进行了变异性分析。试验结果表明：3种纤维混凝土抗压强度较素混凝土平均提高26.7%、6.1%和11.1%；二次抗压强度保持率分别达77.0%、45.7%和58.0%；抗弯承载力最大分别提高31.6%、3.5%和14.0%；基于荷载挠度曲线、Newkumar法及弯拉应力应变曲线分别计算的弯曲韧性指数I20、Newkumar指标PCSm和韧度比Rx分别为素混凝土的4.2、3.1、2.6倍，19.9、9.8、6.9倍和4.0、3.4、2.7倍。变异性分析结果表明，掺入纤维后混凝土的抗压强度变异性小于弯曲韧性。同时，基于Newkumar法和应力应变曲线法算得的混凝土弯曲韧性指标变异系数小于荷载挠度曲线法。总体而言，钢纤维增强混凝土的抗压强度和弯曲韧性最为显著，且变异系数最小。纤维素纤维增强混凝土抗压强度及聚丙烯纤维增强混凝土弯曲韧性则相对较显著。
2019, 41(2):159-166.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.042
摘要:
为研究在建建筑特殊火灾的轰燃现象，建立火灾能量守恒方程，基于燕尾突变理论确定突变势函数，计算出在建建筑火灾轰燃时上层烟气的临界温度。利用模拟软件FDS对在建建筑不同施工场景进行仿真模拟，得到火灾特征参数值。结果表明：不同施工阶段的火灾可燃物不同，发生轰燃的时间点不同；随着通风风速的增加，火灾热释放速率增长逐渐放缓，烟气可见度增长加快，一定的通风速度有助于提高排烟效率；不同火源位置火灾特征不同，狭窄空间更容易发生轰燃，未封闭楼梯间处烟囱效应明显。
为研究在建建筑特殊火灾的轰燃现象，建立火灾能量守恒方程，基于燕尾突变理论确定突变势函数，计算出在建建筑火灾轰燃时上层烟气的临界温度。利用模拟软件FDS对在建建筑不同施工场景进行仿真模拟，得到火灾特征参数值。结果表明：不同施工阶段的火灾可燃物不同，发生轰燃的时间点不同；随着通风风速的增加，火灾热释放速率增长逐渐放缓，烟气可见度增长加快，一定的通风速度有助于提高排烟效率；不同火源位置火灾特征不同，狭窄空间更容易发生轰燃，未封闭楼梯间处烟囱效应明显。
