2019年第41卷第3期文章目次
2019, 41(3):1-10.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.043
摘要:
四维弹簧模型（Four-Dimensional Lattice Spring Model，4D-LSM）是一种考虑额外维相互作用的新型离散数值计算方法。该方法用于岩石破坏分析需要消耗大量计算资源，不适合在普通个人电脑上运行。基于多核并行技术，在阿里云和多核工作站等多种硬件环境下对4D-LSM的计算极限性能及瓶颈进行详细分析，主要研究了求解规模、求解类型、线程数、硬件配置等对4D-LSM求解效能的影响。研究发现，内存容量决定可计算的模型规模，弹性问题的计算时间与模型规模成正比，并行计算效率受CPU性能和内存带宽的共同影响。在不考虑经济因素的情况下，云计算在多核匹配和内存分配方面的灵活性特别适合于四维弹簧模型的并行计算分析。结果表明：基于阿里云的4D-LSM最大运算规模可以达到十亿单元，由于目前的瓶颈在于前后处理，4D-LSM目前的可分析规模仍然限制在两千万单元。最后，展示了采用极限规模的并行四维弹簧模型求解三维币形裂纹扩展的实际应用案例。
四维弹簧模型（Four-Dimensional Lattice Spring Model，4D-LSM）是一种考虑额外维相互作用的新型离散数值计算方法。该方法用于岩石破坏分析需要消耗大量计算资源，不适合在普通个人电脑上运行。基于多核并行技术，在阿里云和多核工作站等多种硬件环境下对4D-LSM的计算极限性能及瓶颈进行详细分析，主要研究了求解规模、求解类型、线程数、硬件配置等对4D-LSM求解效能的影响。研究发现，内存容量决定可计算的模型规模，弹性问题的计算时间与模型规模成正比，并行计算效率受CPU性能和内存带宽的共同影响。在不考虑经济因素的情况下，云计算在多核匹配和内存分配方面的灵活性特别适合于四维弹簧模型的并行计算分析。结果表明：基于阿里云的4D-LSM最大运算规模可以达到十亿单元，由于目前的瓶颈在于前后处理，4D-LSM目前的可分析规模仍然限制在两千万单元。最后，展示了采用极限规模的并行四维弹簧模型求解三维币形裂纹扩展的实际应用案例。
2019, 41(3):11-18.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.044
摘要:
面板坝结构尺寸相差悬殊，高效的精细化分析手段是面板坝抗震研究的重要工具。结合非线性比例边界多边形单元法和高效的四分树离散技术，进行了面板坝高效精细化分析应用研究。采用比例边界多边形单元法和传统有限元法，对相同面板坝模型进行静动力及永久变形分析；结合四分树离散技术，进行了典型面板坝结构的高效跨尺度精细化分析应用。结果表明：计算结果分布合理，两种方法吻合度高，比例边界多边形有限元可与传统有限元一样便捷地进行大坝全过程数值分析计算；比例边界有限元可与传统有限元不能直接求解的四分树技术实现无缝耦合，进行高效的跨尺度精细化分析应用，且可快速完成分析模型重建，大幅改善了分析效率，可为结构局部损伤演化、渐进破坏研究提供技术支撑。
面板坝结构尺寸相差悬殊，高效的精细化分析手段是面板坝抗震研究的重要工具。结合非线性比例边界多边形单元法和高效的四分树离散技术，进行了面板坝高效精细化分析应用研究。采用比例边界多边形单元法和传统有限元法，对相同面板坝模型进行静动力及永久变形分析；结合四分树离散技术，进行了典型面板坝结构的高效跨尺度精细化分析应用。结果表明：计算结果分布合理，两种方法吻合度高，比例边界多边形有限元可与传统有限元一样便捷地进行大坝全过程数值分析计算；比例边界有限元可与传统有限元不能直接求解的四分树技术实现无缝耦合，进行高效的跨尺度精细化分析应用，且可快速完成分析模型重建，大幅改善了分析效率，可为结构局部损伤演化、渐进破坏研究提供技术支撑。
2019, 41(3):19-26.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.045
摘要:
建立在半无限土体假定上的朗肯土压力理论和库伦土压力理论，在挡土墙后填土有限的情况下不再适用。针对墙后无黏性填土，采用离散元方法分别对光滑、粗糙墙面平动模式下墙后有限宽度土体主动破坏的过程进行研究，分析了挡土墙运动过程中滑裂带发展、土体位移规律以及墙后水平土压力分布的情况。研究结果表明，墙体光滑情况下，滑裂带呈直线，墙后填土宽高比较小时，可以观察到滑裂带的反射，墙后土体呈多折线破坏模式，滑裂带倾角基本与库伦理论滑裂带倾角相等，且与土体宽高比无关，水平土压力合力受土体宽高比影响亦不大。墙体粗糙情况下，滑裂带呈曲线，反射现象随墙体粗糙程度增加而减弱，滑裂带倾角随土体宽高比增大而减小，最终落于库伦理论滑裂带内侧。此时，存在一临界宽高比，当墙后土体宽高比小于此值时，主动土压力随宽高比增大而增大，大于此值时，主动土压力不受宽高比影响。而无论墙体粗糙与否，墙后土体宽高比越小，达到极限状态所需墙体位移均越小。
建立在半无限土体假定上的朗肯土压力理论和库伦土压力理论，在挡土墙后填土有限的情况下不再适用。针对墙后无黏性填土，采用离散元方法分别对光滑、粗糙墙面平动模式下墙后有限宽度土体主动破坏的过程进行研究，分析了挡土墙运动过程中滑裂带发展、土体位移规律以及墙后水平土压力分布的情况。研究结果表明，墙体光滑情况下，滑裂带呈直线，墙后填土宽高比较小时，可以观察到滑裂带的反射，墙后土体呈多折线破坏模式，滑裂带倾角基本与库伦理论滑裂带倾角相等，且与土体宽高比无关，水平土压力合力受土体宽高比影响亦不大。墙体粗糙情况下，滑裂带呈曲线，反射现象随墙体粗糙程度增加而减弱，滑裂带倾角随土体宽高比增大而减小，最终落于库伦理论滑裂带内侧。此时，存在一临界宽高比，当墙后土体宽高比小于此值时，主动土压力随宽高比增大而增大，大于此值时，主动土压力不受宽高比影响。而无论墙体粗糙与否，墙后土体宽高比越小，达到极限状态所需墙体位移均越小。
2019, 41(3):27-31.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.046
摘要:
针对淮河干流香庙—浮山段高含水率疏浚泥进行了能够测试底部孔压的一维固结试验，研究了土样变形和底部孔压随固结时间的变化规律，探讨了基于太沙基固结理论建立的变形时间曲线法（Casagrande法）和超静孔压消散法得到的两种固结度的差异性状。结果表明：Casagrande法判断主固结完成时，超静孔压消散没有完成，残余超静孔压约为荷载增量的10%~20%；随着竖向荷载的增加，利用两种方法确定的主固结沉降的差异程度随外加荷载呈半对数线性变化；以真空排水工法为例，分析了基于Casagrande法和超静孔压消散法得到的主固结沉降差异程度。
针对淮河干流香庙—浮山段高含水率疏浚泥进行了能够测试底部孔压的一维固结试验，研究了土样变形和底部孔压随固结时间的变化规律，探讨了基于太沙基固结理论建立的变形时间曲线法（Casagrande法）和超静孔压消散法得到的两种固结度的差异性状。结果表明：Casagrande法判断主固结完成时，超静孔压消散没有完成，残余超静孔压约为荷载增量的10%~20%；随着竖向荷载的增加，利用两种方法确定的主固结沉降的差异程度随外加荷载呈半对数线性变化；以真空排水工法为例，分析了基于Casagrande法和超静孔压消散法得到的主固结沉降差异程度。
2019, 41(3):32-40.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.047
摘要:
双排防渗墙已广泛应用于西南地区强弱互层深厚覆盖层地基，但双排防渗墙的间距及布置形式如何选择，控渗效果如何等都值得深入研究。基于非饱和土体渗流理论，以强弱互层深厚覆盖层坝基为研究对象，针对双排防渗墙进行试验研究，得出渗流量和出逸坡降，探讨各布置形式下双排防渗墙的控渗效果。研究表明：“前长后短”、“前短后长”、“前后同长”3种布置形式下总渗流量和出逸坡降都随着间距的增加而降低，“前长后短”、“前后同长”布置形式降低明显。坝体渗流量以间距L=13.2、16.5 cm为分界线，先增大后降低；坝基渗流量以间距L=13.5、17.5 cm为分界线，先降低后增大。双排防渗墙中深度较大的防渗墙消减的水头更大，两防渗墙深度一致时，前后防渗墙分别消减水头37.5%、50%。当前后防渗墙的深度之和一定时，双排防渗墙采用“前短后长”的布置形式相比采用“前长后短”的布置形式，能更有效降低渗流量和抑制出逸坡降，建议优先采用。
双排防渗墙已广泛应用于西南地区强弱互层深厚覆盖层地基，但双排防渗墙的间距及布置形式如何选择，控渗效果如何等都值得深入研究。基于非饱和土体渗流理论，以强弱互层深厚覆盖层坝基为研究对象，针对双排防渗墙进行试验研究，得出渗流量和出逸坡降，探讨各布置形式下双排防渗墙的控渗效果。研究表明：“前长后短”、“前短后长”、“前后同长”3种布置形式下总渗流量和出逸坡降都随着间距的增加而降低，“前长后短”、“前后同长”布置形式降低明显。坝体渗流量以间距L=13.2、16.5 cm为分界线，先增大后降低；坝基渗流量以间距L=13.5、17.5 cm为分界线，先降低后增大。双排防渗墙中深度较大的防渗墙消减的水头更大，两防渗墙深度一致时，前后防渗墙分别消减水头37.5%、50%。当前后防渗墙的深度之和一定时，双排防渗墙采用“前短后长”的布置形式相比采用“前长后短”的布置形式，能更有效降低渗流量和抑制出逸坡降，建议优先采用。
2019, 41(3):41-48.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.048
摘要:
褥垫层是复合地基的核心构成，能协调桩、土之间的差异变形。在桩体刺入褥垫层的过程中，褥垫层的工作特性在发生变化，这方面研究还较少见。通过室内模型试验，观测桩体刺入褥垫层不同深度的桩顶压力、桩顶位移量、褥垫层的变形等试验结果，来研究褥垫层的全过程工作特性，并分析桩间土压力、桩径等对褥垫层的影响。结果表明：在桩体刺入过程中，褥垫层存在压密变形、剪切变形、压碎变形3个阶段；桩间土压力对褥垫层的整个变形过程均有影响，在其他条件相同时，褥垫层抵抗的桩顶压力、褥垫层的承载厚度均随着桩间土压力的增大而增大；桩径对褥垫层的影响主要在压碎变形阶段，褥垫层的承载厚度随桩径的增大而增大，且基本呈线性增长。
褥垫层是复合地基的核心构成，能协调桩、土之间的差异变形。在桩体刺入褥垫层的过程中，褥垫层的工作特性在发生变化，这方面研究还较少见。通过室内模型试验，观测桩体刺入褥垫层不同深度的桩顶压力、桩顶位移量、褥垫层的变形等试验结果，来研究褥垫层的全过程工作特性，并分析桩间土压力、桩径等对褥垫层的影响。结果表明：在桩体刺入过程中，褥垫层存在压密变形、剪切变形、压碎变形3个阶段；桩间土压力对褥垫层的整个变形过程均有影响，在其他条件相同时，褥垫层抵抗的桩顶压力、褥垫层的承载厚度均随着桩间土压力的增大而增大；桩径对褥垫层的影响主要在压碎变形阶段，褥垫层的承载厚度随桩径的增大而增大，且基本呈线性增长。
2019, 41(3):49-57.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.049
摘要:
为研究多层加筋垫层刚性桩网复合地基的承载特性，将设置有多层土工格栅的加筋垫层视为大挠度薄板进行分析，运用层合板理论，模拟多层土工格栅与碎石垫层之间的相互作用，建立加筋垫层抗弯刚度矩阵的计算方法。考虑刚性桩网复合地基的三维应力和位移边界条件，根据静力平衡条件，建立加筋垫层应力函数和挠度微分控制方程，并利用伽辽金方法进行求解。在此基础上，利用Winkler地基梁理论和大挠度薄板理论对桩土应力比和格栅拉力进行计算。最后，运用实际工程对计算方法进行验证，并综合分析格栅总层数、铺设间隔和位置等因素对桩土应力比及格栅拉力的影响。研究结果表明：理论计算结果与实测结果较为吻合；随着格栅总层数的增大，桩土应力比增大而格栅拉力降低，铺设2~3层格栅效率最高；随着铺设格栅间隔和底层格栅距桩帽距离的增大，桩土应力比降低，而格栅拉力增大。
为研究多层加筋垫层刚性桩网复合地基的承载特性，将设置有多层土工格栅的加筋垫层视为大挠度薄板进行分析，运用层合板理论，模拟多层土工格栅与碎石垫层之间的相互作用，建立加筋垫层抗弯刚度矩阵的计算方法。考虑刚性桩网复合地基的三维应力和位移边界条件，根据静力平衡条件，建立加筋垫层应力函数和挠度微分控制方程，并利用伽辽金方法进行求解。在此基础上，利用Winkler地基梁理论和大挠度薄板理论对桩土应力比和格栅拉力进行计算。最后，运用实际工程对计算方法进行验证，并综合分析格栅总层数、铺设间隔和位置等因素对桩土应力比及格栅拉力的影响。研究结果表明：理论计算结果与实测结果较为吻合；随着格栅总层数的增大，桩土应力比增大而格栅拉力降低，铺设2~3层格栅效率最高；随着铺设格栅间隔和底层格栅距桩帽距离的增大，桩土应力比降低，而格栅拉力增大。
2019, 41(3):58-66.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.050
摘要:
为研究全螺纹高强锚栓的黏结锚固性能，以高强锚栓类型、高强锚栓直径d、锚固长度la及混凝土保护层厚度c为试验参数，进行了24组共计48个高强锚栓的拉拔试验。结果表明：端头高强锚栓较直高强锚栓可有效减小其所需的锚固长度。直高强锚栓黏结力主要集中在la=10d以内；增加c可以提高其锚固性能，增加la可以减小c对其黏结锚固性能的影响。混凝土的破坏程度和la直接影响高强锚栓受拉过程中能量转化和消耗。中国规范中有关锚栓锚固长度的设计方法过于保守。
为研究全螺纹高强锚栓的黏结锚固性能，以高强锚栓类型、高强锚栓直径d、锚固长度la及混凝土保护层厚度c为试验参数，进行了24组共计48个高强锚栓的拉拔试验。结果表明：端头高强锚栓较直高强锚栓可有效减小其所需的锚固长度。直高强锚栓黏结力主要集中在la=10d以内；增加c可以提高其锚固性能，增加la可以减小c对其黏结锚固性能的影响。混凝土的破坏程度和la直接影响高强锚栓受拉过程中能量转化和消耗。中国规范中有关锚栓锚固长度的设计方法过于保守。
2019, 41(3):67-76.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.051
摘要:
为评估CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱抗震性能的效果，选取1根未锈蚀钢筋混凝土短柱、2根锈蚀钢筋混凝土短柱和4根CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱进行抗震性能试验研究，考察了CFRP加固量、细骨料类型对抗震加固效果的影响情况，建议了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱受剪承载力的实用计算公式。结果表明：钢筋锈蚀会降低短柱的抗震性能，锈蚀钢筋试件的受剪承载力、极限变形能力和累积滞回耗能较未锈蚀钢筋试件分别降低了7.8%、35.5%和42.2%；外包CFRP加固能将锈蚀钢筋试件的受剪承载力提高至未锈蚀钢筋试件的107.1%~109.1%，并显著改善短柱的延性和耗能能力；外包CFRP的层数由1层增至2层时，加固试件的受剪承载力提高较少，且试件达到峰值荷载时，CFRP的最大应变减少；在钢筋锈蚀前后和CFRP加固前后，混凝土短柱无量纲近极限滞回环的滞回规则大体相同。
为评估CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱抗震性能的效果，选取1根未锈蚀钢筋混凝土短柱、2根锈蚀钢筋混凝土短柱和4根CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱进行抗震性能试验研究，考察了CFRP加固量、细骨料类型对抗震加固效果的影响情况，建议了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土短柱受剪承载力的实用计算公式。结果表明：钢筋锈蚀会降低短柱的抗震性能，锈蚀钢筋试件的受剪承载力、极限变形能力和累积滞回耗能较未锈蚀钢筋试件分别降低了7.8%、35.5%和42.2%；外包CFRP加固能将锈蚀钢筋试件的受剪承载力提高至未锈蚀钢筋试件的107.1%~109.1%，并显著改善短柱的延性和耗能能力；外包CFRP的层数由1层增至2层时，加固试件的受剪承载力提高较少，且试件达到峰值荷载时，CFRP的最大应变减少；在钢筋锈蚀前后和CFRP加固前后，混凝土短柱无量纲近极限滞回环的滞回规则大体相同。
2019, 41(3):77-84.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.052
摘要:
为研究配置不同参数栓钉钢筋混凝土双向板的受力性能，完成了7块配置栓钉的双向板柱节点冲切试验，主要研究栓钉间距、直径、高度、强度和布置形式等参数变化对受力性能的影响，采用静力加载方式模拟配置栓钉的板柱节点破坏全过程。对比分析试验结果发现，增大栓钉直径、栓径高度或提高栓钉强度均能改善试件抗冲切性能，其中，增大直径效果最为明显，抗变形能力提高幅度达到36%；加大栓钉间距和减小栓钉高度对改善试件抗冲切性能不利，承载能力和抗变形能力均有不同程度降低；对比3种不同栓钉布置形式发现，采用相同数量栓钉放射布置和增加每圈栓钉数量的正交布置，均有利于提高试件抗冲切能力，但前者更经济。对比分析相关规范计算结果和试验结果发现，规范对配栓钉板柱结构的计算结果具有足够的安全储备，但对于反映试验结果的实质不够充分，特别是栓钉对板的抗冲切性能的贡献有所低估。
为研究配置不同参数栓钉钢筋混凝土双向板的受力性能，完成了7块配置栓钉的双向板柱节点冲切试验，主要研究栓钉间距、直径、高度、强度和布置形式等参数变化对受力性能的影响，采用静力加载方式模拟配置栓钉的板柱节点破坏全过程。对比分析试验结果发现，增大栓钉直径、栓径高度或提高栓钉强度均能改善试件抗冲切性能，其中，增大直径效果最为明显，抗变形能力提高幅度达到36%；加大栓钉间距和减小栓钉高度对改善试件抗冲切性能不利，承载能力和抗变形能力均有不同程度降低；对比3种不同栓钉布置形式发现，采用相同数量栓钉放射布置和增加每圈栓钉数量的正交布置，均有利于提高试件抗冲切能力，但前者更经济。对比分析相关规范计算结果和试验结果发现，规范对配栓钉板柱结构的计算结果具有足够的安全储备，但对于反映试验结果的实质不够充分，特别是栓钉对板的抗冲切性能的贡献有所低估。
2019, 41(3):85-95.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.053
摘要:
针对搭接扶梯的悬挑楼盖在行人扶梯荷载作用下容易产生铅垂向振动，以某商业夹层中的悬挑楼盖为对象，通过现场振动测试，研究扶梯运行、行人数量、行走方向及行人运动状态对悬挑楼盖振动响应的影响，依据测试数据，评价悬挑楼盖振动的舒适度及人员感知度。研究结果表明：行人步频是影响悬挑楼盖振动的主要因素，而扶梯运行与否则是次要因素；多人在扶梯上以同一步频双向行走时，对悬挑楼盖产生的振动响应较单向行走时有明显削弱的现象；采用峰值加速度对悬挑楼盖进行舒适度评价，当行人在扶梯上跑动时，悬挑楼盖的振动响应易超出舒适度限值；采用KB（Konstant Beurteilungswerte）值对悬挑楼盖进行感知度评价，当行人相对扶梯静止时，悬挑楼盖的振动不会超出感知度容许值，当行人相对扶梯走动或跑动时，悬挑楼盖的振动则会超出感知度容许值。
针对搭接扶梯的悬挑楼盖在行人扶梯荷载作用下容易产生铅垂向振动，以某商业夹层中的悬挑楼盖为对象，通过现场振动测试，研究扶梯运行、行人数量、行走方向及行人运动状态对悬挑楼盖振动响应的影响，依据测试数据，评价悬挑楼盖振动的舒适度及人员感知度。研究结果表明：行人步频是影响悬挑楼盖振动的主要因素，而扶梯运行与否则是次要因素；多人在扶梯上以同一步频双向行走时，对悬挑楼盖产生的振动响应较单向行走时有明显削弱的现象；采用峰值加速度对悬挑楼盖进行舒适度评价，当行人在扶梯上跑动时，悬挑楼盖的振动响应易超出舒适度限值；采用KB（Konstant Beurteilungswerte）值对悬挑楼盖进行感知度评价，当行人相对扶梯静止时，悬挑楼盖的振动不会超出感知度容许值，当行人相对扶梯走动或跑动时，悬挑楼盖的振动则会超出感知度容许值。
2019, 41(3):96-103.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.054
摘要:
为了研究火灾下隔震橡胶支座防火保护热传导极限，并对工程上的防火保护设计提供理论依据及试验数据参考，在一维非稳态热传导公式的基础上，推导出ISO834火灾标准升温下的隔震橡胶支座防火保护热传导规律，按照GB 9978.1—2008建筑构件耐火试验方法，对工程上常用的LNR500支座防火板保护、LNR1500支座防火板保护及LNR500支座防火板、柔性防火材料组合保护3种防火保护试件进行在ISO834标准升温下的耐火试验，用ABAQUS软件对试验的建筑隔震支座进行了建模及有限元热分析。通过防火保护数值分析和耐火试验结果与公式结果对比，吻合较好，验证了理论公式的有效性。以理论推导和试验数据为基础，当支座表面温度达到临界温度150℃时，不同导热率防火板的极限厚度表可以作为工程应用参考。
为了研究火灾下隔震橡胶支座防火保护热传导极限，并对工程上的防火保护设计提供理论依据及试验数据参考，在一维非稳态热传导公式的基础上，推导出ISO834火灾标准升温下的隔震橡胶支座防火保护热传导规律，按照GB 9978.1—2008建筑构件耐火试验方法，对工程上常用的LNR500支座防火板保护、LNR1500支座防火板保护及LNR500支座防火板、柔性防火材料组合保护3种防火保护试件进行在ISO834标准升温下的耐火试验，用ABAQUS软件对试验的建筑隔震支座进行了建模及有限元热分析。通过防火保护数值分析和耐火试验结果与公式结果对比，吻合较好，验证了理论公式的有效性。以理论推导和试验数据为基础，当支座表面温度达到临界温度150℃时，不同导热率防火板的极限厚度表可以作为工程应用参考。
2019, 41(3):104-110.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.055
摘要:
基于油池火焰蔓延特性，探究了火灾下横隔梁对多肋钢筋混凝土T梁桥温度场的影响。理论分析了T梁底火焰蔓延总长度与热释放速率间的无量纲关系，用FDS建立4种火灾场景的流体计算模型，分析T梁边界温度时空分布规律，将FDS计算结果加载到T梁桥有限元模型上，计算截面内部温度场。结果表明：在开放空间，T梁底火蔓延与无量纲热功率之间的线性比值大于封闭空间的2.58；横隔梁有效降低了火焰邻近区域的温度，在顺桥向将T梁边界温度场分成4个区域，各分区间温度比无横隔梁时分别降低9.7%、41%、56.8%。说明横隔梁限制了热传递，使火源直接作用的梁构件温度梯度梁肋中部提高33%，梁底提高13.3%，翼板底提高5%。
基于油池火焰蔓延特性，探究了火灾下横隔梁对多肋钢筋混凝土T梁桥温度场的影响。理论分析了T梁底火焰蔓延总长度与热释放速率间的无量纲关系，用FDS建立4种火灾场景的流体计算模型，分析T梁边界温度时空分布规律，将FDS计算结果加载到T梁桥有限元模型上，计算截面内部温度场。结果表明：在开放空间，T梁底火蔓延与无量纲热功率之间的线性比值大于封闭空间的2.58；横隔梁有效降低了火焰邻近区域的温度，在顺桥向将T梁边界温度场分成4个区域，各分区间温度比无横隔梁时分别降低9.7%、41%、56.8%。说明横隔梁限制了热传递，使火源直接作用的梁构件温度梯度梁肋中部提高33%，梁底提高13.3%，翼板底提高5%。
2019, 41(3):111-119.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.056
摘要:
铝合金材料具有强度高、变形性能好、耐腐蚀等优点，是沿海侵蚀环境中钢筋混凝土结构加固工程的理想材料；而铝合金板与混凝土的粘结性能是铝合金板加固钢筋混凝土梁能否协同工作的关键问题。基于此，对铝合金板与混凝土的粘结性能进行试验和理论研究。考虑混凝土强度、铝合金板宽度和厚度、粘贴长度及界面处理等因素对铝合金板和混凝土块体粘结性能的影响，设计了一套试件固定装置，采用万能试验机对105个铝合金板与混凝土棱柱体的粘贴试件进行了面内单剪试验。根据试验结果，结合理论分析，得到了铝合金板和混凝土连接的粘结破坏典型特征、剪应力分布曲线和粘结滑移曲线。研究表明，试件存在两种破坏形式：界面剥离破坏和混凝土层剥离破坏。界面处理对粘结性能有重要的影响，粘贴界面没有进行糙化处理的试件发生了界面剥离破坏，其他试件发生了混凝土层剥离破坏；随着混凝土强度的提高、铝合金板宽度和厚度的变小，粘结性能提高；存在一个有效粘贴长度，当粘贴长度大于有效粘贴长度后，增大粘贴长度并不能提高连接的极限荷载。
铝合金材料具有强度高、变形性能好、耐腐蚀等优点，是沿海侵蚀环境中钢筋混凝土结构加固工程的理想材料；而铝合金板与混凝土的粘结性能是铝合金板加固钢筋混凝土梁能否协同工作的关键问题。基于此，对铝合金板与混凝土的粘结性能进行试验和理论研究。考虑混凝土强度、铝合金板宽度和厚度、粘贴长度及界面处理等因素对铝合金板和混凝土块体粘结性能的影响，设计了一套试件固定装置，采用万能试验机对105个铝合金板与混凝土棱柱体的粘贴试件进行了面内单剪试验。根据试验结果，结合理论分析，得到了铝合金板和混凝土连接的粘结破坏典型特征、剪应力分布曲线和粘结滑移曲线。研究表明，试件存在两种破坏形式：界面剥离破坏和混凝土层剥离破坏。界面处理对粘结性能有重要的影响，粘贴界面没有进行糙化处理的试件发生了界面剥离破坏，其他试件发生了混凝土层剥离破坏；随着混凝土强度的提高、铝合金板宽度和厚度的变小，粘结性能提高；存在一个有效粘贴长度，当粘贴长度大于有效粘贴长度后，增大粘贴长度并不能提高连接的极限荷载。
2019, 41(3):120-126.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.057
摘要:
以普通硅酸盐水泥和动物蛋白发泡剂为基材，制备了泡沫混凝土，研究了：试样强度随水灰比、干密度、纤维长度、纤维类型的变化规律；单轴受压下应力应变全曲线；试样微观泡孔分布以及吸水性能的变化。结果表明，素泡沫混凝土和纤维增强泡沫混凝土的抗压强度均随孔隙率增加呈指数减小，水灰比对抗压强度的影响随纤维添加量、孔隙率的不同而不同。短丝纤维对强度的提升优于长丝纤维，网状纤维对强度的改善优于丝状纤维；纤维泡沫混凝土应力应变全曲线包括上升、下降和峰后三段，与素泡沫混凝土相比，其峰值应力对应的峰值应变减小，而弹性模量和残余应力均大幅增加；大直径泡孔占比随纤维添加量增加而降低，添加纤维提升了试样的吸水性能。
以普通硅酸盐水泥和动物蛋白发泡剂为基材，制备了泡沫混凝土，研究了：试样强度随水灰比、干密度、纤维长度、纤维类型的变化规律；单轴受压下应力应变全曲线；试样微观泡孔分布以及吸水性能的变化。结果表明，素泡沫混凝土和纤维增强泡沫混凝土的抗压强度均随孔隙率增加呈指数减小，水灰比对抗压强度的影响随纤维添加量、孔隙率的不同而不同。短丝纤维对强度的提升优于长丝纤维，网状纤维对强度的改善优于丝状纤维；纤维泡沫混凝土应力应变全曲线包括上升、下降和峰后三段，与素泡沫混凝土相比，其峰值应力对应的峰值应变减小，而弹性模量和残余应力均大幅增加；大直径泡孔占比随纤维添加量增加而降低，添加纤维提升了试样的吸水性能。
2019, 41(3):127-133.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.058
摘要:
选用ZnSO4作为电沉积溶液，以混凝土裂缝处电阻及裂缝填充深度为评价指标，研究电流密度对电沉积修复钢筋混凝土裂缝效果的影响及对沉积物矿物成分和微观形貌的影响。研究结果表明：经过电沉积修复36 d，混凝土试件电阻显著增加，电阻增加速率随着通电时间增加而减小，电流密度越大，早期电阻增加速率越快，但裂缝填充深度越小。X射线衍射结果表明，沉积物主要矿物成分为ZnO。电镜扫描结果表明，沉积物颗粒大小随着电流密度增大而变大，电流密度越小，沉积物排列越有序，结构越致密。
选用ZnSO4作为电沉积溶液，以混凝土裂缝处电阻及裂缝填充深度为评价指标，研究电流密度对电沉积修复钢筋混凝土裂缝效果的影响及对沉积物矿物成分和微观形貌的影响。研究结果表明：经过电沉积修复36 d，混凝土试件电阻显著增加，电阻增加速率随着通电时间增加而减小，电流密度越大，早期电阻增加速率越快，但裂缝填充深度越小。X射线衍射结果表明，沉积物主要矿物成分为ZnO。电镜扫描结果表明，沉积物颗粒大小随着电流密度增大而变大，电流密度越小，沉积物排列越有序，结构越致密。
2019, 41(3):134-140.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.059
摘要:
采用灰浆性能表征并辅以扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术手段，测定了制备的糯米灰浆的表面强度、抗压强度、抗冻性等性能，探讨了骨料的种类、粒径以及掺量对糯米灰浆性能的影响。结果表明：砖颗粒、河砂、石英砂3种骨料的掺入，使糯米灰浆的收缩性和抗冻性均得到较大改善。其中，砖颗粒骨料的加入使糯米灰浆的抗冻性较空白样品提高了125%；但随着骨料粒径和骨灰比的增大，掺入骨料糯米灰浆的抗压强度、抗冻性和收缩率呈下降趋势。因此，在砖石质文物的保护中，建议使用砖颗粒作为糯米灰浆的骨料，并将骨料粒径控制在3 mm以下，骨料/灰的比值控制在2∶1以下，对改善糯米灰浆的性能效果最佳。
采用灰浆性能表征并辅以扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术手段，测定了制备的糯米灰浆的表面强度、抗压强度、抗冻性等性能，探讨了骨料的种类、粒径以及掺量对糯米灰浆性能的影响。结果表明：砖颗粒、河砂、石英砂3种骨料的掺入，使糯米灰浆的收缩性和抗冻性均得到较大改善。其中，砖颗粒骨料的加入使糯米灰浆的抗冻性较空白样品提高了125%；但随着骨料粒径和骨灰比的增大，掺入骨料糯米灰浆的抗压强度、抗冻性和收缩率呈下降趋势。因此，在砖石质文物的保护中，建议使用砖颗粒作为糯米灰浆的骨料，并将骨料粒径控制在3 mm以下，骨料/灰的比值控制在2∶1以下，对改善糯米灰浆的性能效果最佳。
2019, 41(3):141-146.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.060
摘要:
采用液相还原法制备多壁碳纳米管/氧化亚铜（MWCNTs/Cu2O）复合微球。利用傅立叶变换红外光谱仪（IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等对样品进行官能团分析、物相分析和形貌观察，结果表明：多壁碳纳米管以纵横穿插方式与氧化亚铜形成复合微球。对比氧化亚铜和多壁碳纳米管/氧化亚铜对目标有机物N-甲酰吗啉的光催化活性，结果表明：多壁碳纳米管/氧化亚铜复合催化剂的催化效果明显优于氧化亚铜。
采用液相还原法制备多壁碳纳米管/氧化亚铜（MWCNTs/Cu2O）复合微球。利用傅立叶变换红外光谱仪（IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等对样品进行官能团分析、物相分析和形貌观察，结果表明：多壁碳纳米管以纵横穿插方式与氧化亚铜形成复合微球。对比氧化亚铜和多壁碳纳米管/氧化亚铜对目标有机物N-甲酰吗啉的光催化活性，结果表明：多壁碳纳米管/氧化亚铜复合催化剂的催化效果明显优于氧化亚铜。
2019, 41(3):147-153.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.061
摘要:
采用氧化还原偶氮复合引发剂和一种紫外光强度由弱变强的复合紫外光引发体系，以二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）和丙烯酰胺（AM）为单体，通过共聚合反应制备P （DMDAAC-AM）（PDA）。反应体系将引发活化能不同的引发剂与不同紫外光强进行耦合，可维持反应体系内一定浓度的自由基，使反应进行更为均匀彻底，达到有效提高PDA特性粘度的目的。研究了合成过程中的相关因素对PDA特性粘度的影响规律，并对其合成条件进行优化。结果表明：当偶氮引发剂浓度为0.3‰、0.4‰、紫外光强度先为8.5 mW/cm2，再升高至13 mW/cm2、AM与DMDAAC质量比为8∶2、总单体质量为20%时，PDA特性粘度最高，达到了19.60 dL/g。核磁共振氢谱和红外光谱表明PDA确实由AM和DMDAAC共聚而成。通过差热热重分析，证明制备的PDA具有良好的热稳定性。絮凝应用实验表明，自制的PDA具有良好的絮凝性能。
采用氧化还原偶氮复合引发剂和一种紫外光强度由弱变强的复合紫外光引发体系，以二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）和丙烯酰胺（AM）为单体，通过共聚合反应制备P （DMDAAC-AM）（PDA）。反应体系将引发活化能不同的引发剂与不同紫外光强进行耦合，可维持反应体系内一定浓度的自由基，使反应进行更为均匀彻底，达到有效提高PDA特性粘度的目的。研究了合成过程中的相关因素对PDA特性粘度的影响规律，并对其合成条件进行优化。结果表明：当偶氮引发剂浓度为0.3‰、0.4‰、紫外光强度先为8.5 mW/cm2，再升高至13 mW/cm2、AM与DMDAAC质量比为8∶2、总单体质量为20%时，PDA特性粘度最高，达到了19.60 dL/g。核磁共振氢谱和红外光谱表明PDA确实由AM和DMDAAC共聚而成。通过差热热重分析，证明制备的PDA具有良好的热稳定性。絮凝应用实验表明，自制的PDA具有良好的絮凝性能。
2019, 41(3):154-161.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.062
摘要:
商业综合体由于在内部空间结构、功能及人员行为方面的复杂性，其负荷特征、空调运行及室内环境等状况复杂，冷站设计及节能优化需要结合自身特点。首先，针对商业综合体分析其空调使用需求特征，通过室内热湿环境实测分析，发现室内环境较传统商业建筑波动较大，不同业态室内环境有显著差异。其次，通过冷站实际运行工况分析其能耗特征、供冷系统运行模式及问题，发现商业综合体冷负荷稳定、冷站运行时间长、冷机设计容量普遍存在过大的问题。最后，利用DeST软件对两类典型空间分布（环绕型、中庭型）的商业综合体建立模型，分析不同区域、不同时间段的负荷特征，并根据业态负荷或时间负荷特征对冷源设计方案进行优化设计和对比，发现按照业态负荷特征对体量大、业态布局分散且各业态负荷差异大的商业综合体进行冷源设计对冷站节能有利。
商业综合体由于在内部空间结构、功能及人员行为方面的复杂性，其负荷特征、空调运行及室内环境等状况复杂，冷站设计及节能优化需要结合自身特点。首先，针对商业综合体分析其空调使用需求特征，通过室内热湿环境实测分析，发现室内环境较传统商业建筑波动较大，不同业态室内环境有显著差异。其次，通过冷站实际运行工况分析其能耗特征、供冷系统运行模式及问题，发现商业综合体冷负荷稳定、冷站运行时间长、冷机设计容量普遍存在过大的问题。最后，利用DeST软件对两类典型空间分布（环绕型、中庭型）的商业综合体建立模型，分析不同区域、不同时间段的负荷特征，并根据业态负荷或时间负荷特征对冷源设计方案进行优化设计和对比，发现按照业态负荷特征对体量大、业态布局分散且各业态负荷差异大的商业综合体进行冷源设计对冷站节能有利。
2019, 41(3):162-169.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.063
摘要:
为研究闭式热源塔冬季无霜工况下的传热过程，利用有限差分法建立了闭式热源塔冬季无霜工况下的动态传热传质模型。将实验数据与数值计算结果进行对比，验证了模型的有效性。误差分析结果表明：溶液出口温度的均方根误差为0.201℃。通过实验与模拟方法分析了机组变负荷运行时闭式热源塔的动态换热特性，结果表明：当热泵机组变工况运行时，闭式热源塔作为取热装置，可为机组蒸发器提供温度相对稳定的热源；此外，与传统空气源热泵相比，闭式热源塔在低温高湿环境下的结霜风险更小，节能潜力更大。
为研究闭式热源塔冬季无霜工况下的传热过程，利用有限差分法建立了闭式热源塔冬季无霜工况下的动态传热传质模型。将实验数据与数值计算结果进行对比，验证了模型的有效性。误差分析结果表明：溶液出口温度的均方根误差为0.201℃。通过实验与模拟方法分析了机组变负荷运行时闭式热源塔的动态换热特性，结果表明：当热泵机组变工况运行时，闭式热源塔作为取热装置，可为机组蒸发器提供温度相对稳定的热源；此外，与传统空气源热泵相比，闭式热源塔在低温高湿环境下的结霜风险更小，节能潜力更大。
2019, 41(3):170-178.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.064
摘要:
洗浴废水中含有大量废热，为最大限度地回收洗浴废水热能，提出了双机串联大温差热泵机组。机组额定设计工况为：蒸发器侧洗浴废水进出口温度分别为30℃和6℃，冷凝器侧自来水进口温度为10℃，制取热水出口温度为45℃。通过实验研究了自来水进口温度、热水出口温度及洗浴废水入口温度对热泵机组制热性能（COP）的影响。实验结果表明，当自来水进口温度从5℃升高到15℃时，整体机组COP从5.0降低到3.85；当热水出口温度从40℃变化到50℃时，整体机组COP降低了7.5%；当洗浴废水进口温度从30℃升高到35℃时，整体机组COP提高了3.1%。在无辅助热源时，若洗浴废水温度从30℃降低到6℃，热水出水温度为45℃，自来水的温度必须要高于12℃；若洗浴废水入口温度达到35℃，即使自来水温度为6℃，热水出口温度也能达到45℃。
洗浴废水中含有大量废热，为最大限度地回收洗浴废水热能，提出了双机串联大温差热泵机组。机组额定设计工况为：蒸发器侧洗浴废水进出口温度分别为30℃和6℃，冷凝器侧自来水进口温度为10℃，制取热水出口温度为45℃。通过实验研究了自来水进口温度、热水出口温度及洗浴废水入口温度对热泵机组制热性能（COP）的影响。实验结果表明，当自来水进口温度从5℃升高到15℃时，整体机组COP从5.0降低到3.85；当热水出口温度从40℃变化到50℃时，整体机组COP降低了7.5%；当洗浴废水进口温度从30℃升高到35℃时，整体机组COP提高了3.1%。在无辅助热源时，若洗浴废水温度从30℃降低到6℃，热水出水温度为45℃，自来水的温度必须要高于12℃；若洗浴废水入口温度达到35℃，即使自来水温度为6℃，热水出口温度也能达到45℃。
