2020年第42卷第3期文章目次
2020, 42(3):1-9.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.006
摘要:
为探明斜坡地形条件对桩基竖向承载特性的影响，结合模型试验和数值模拟方法，设计多组斜坡工况和水平对照工况，对单桩竖向承载特性进行研究，在相同桩长条件下对比分析平地、不同坡度的单侧斜坡和连续斜坡地形中桩基的竖向承载力、桩身轴力及桩侧摩阻力的变化规律和荷载传递机理。研究结果表明：在相同坡度条件下，单侧斜坡工况的单桩承载能力小于连续斜坡工况，且桩基竖向承载力随着坡度增大而降低，斜坡影响度呈非线性增长；斜坡地形主要影响桩侧阻力峰值大小，当桩侧阻力出现峰值时，对应的桩端阻力大小接近相等；斜坡地形中，桩身前后存在应力分布差异，坡前位置竖向应力和剪应力大于坡后位置，但剪应力差异仅存在于0~4倍桩径的浅层区域。
为探明斜坡地形条件对桩基竖向承载特性的影响，结合模型试验和数值模拟方法，设计多组斜坡工况和水平对照工况，对单桩竖向承载特性进行研究，在相同桩长条件下对比分析平地、不同坡度的单侧斜坡和连续斜坡地形中桩基的竖向承载力、桩身轴力及桩侧摩阻力的变化规律和荷载传递机理。研究结果表明：在相同坡度条件下，单侧斜坡工况的单桩承载能力小于连续斜坡工况，且桩基竖向承载力随着坡度增大而降低，斜坡影响度呈非线性增长；斜坡地形主要影响桩侧阻力峰值大小，当桩侧阻力出现峰值时，对应的桩端阻力大小接近相等；斜坡地形中，桩身前后存在应力分布差异，坡前位置竖向应力和剪应力大于坡后位置，但剪应力差异仅存在于0~4倍桩径的浅层区域。
2020, 42(3):10-16.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.185
摘要:
通过理论计算确定浅基础的极限承载力是岩土研究的基本课题。由于推导中对滑动面以及承载力系数间的关系假定不同，已有理论计算出的承载力系数的数值并不完全相同。根据极限承载力分析的经典理论模型，采用极限平衡法力矩平衡条件，推导出砂土中条形基础的极限承载力计算公式，并整理得到承载力系数Nq和Nγ的表达式。与已有常用计算方法相比，推导出的承载力系数Nq和Nγ的计算公式相互独立，避免了承载力系数相互影响的不足，并减少了计算的不确定性。为验证公式的准确性，将计算结果与极限分析法的理论解答以及文献中的试验结果进行对比，结果表明，相比几种经典理论，用该公式计算出不同内摩擦角时的系数Nγ与极限分析法的计算值更加接近；用该公式计算出的极限承载力与室内试验实测的承载力也更加接近。
通过理论计算确定浅基础的极限承载力是岩土研究的基本课题。由于推导中对滑动面以及承载力系数间的关系假定不同，已有理论计算出的承载力系数的数值并不完全相同。根据极限承载力分析的经典理论模型，采用极限平衡法力矩平衡条件，推导出砂土中条形基础的极限承载力计算公式，并整理得到承载力系数Nq和Nγ的表达式。与已有常用计算方法相比，推导出的承载力系数Nq和Nγ的计算公式相互独立，避免了承载力系数相互影响的不足，并减少了计算的不确定性。为验证公式的准确性，将计算结果与极限分析法的理论解答以及文献中的试验结果进行对比，结果表明，相比几种经典理论，用该公式计算出不同内摩擦角时的系数Nγ与极限分析法的计算值更加接近；用该公式计算出的极限承载力与室内试验实测的承载力也更加接近。
2020, 42(3):17-23.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.007
摘要:
使用不确定性分析方法定量评估斜坡失稳风险结果受到学者们的日益重视。针对现有斜坡失稳风险评估中仅采用平稳随机场模拟土体抗剪强度参数分布特征的问题，以一不排水饱和粘土斜坡为例，结合有限元极限分析、强度折减法和蒙特卡洛模拟，讨论了使用非平稳随机场模型和平稳随机场模型模拟土体抗剪强度参数对计算斜坡失稳风险评估结果的影响。结果表明：使用传统的平稳随机场计算斜坡失稳风险的方法会高估斜坡失稳风险，使工程造价增加；安全系数高的斜坡滑面不一定是浅层滑面；斜坡竖直相关距离对采用非平稳随机场计算其失稳风险结果影响较小，而斜坡竖直相关距离对采用平稳随机场计算其失稳风险结果影响显著；斜坡竖直相关距离对滑动面位置和形状的影响较弱。
使用不确定性分析方法定量评估斜坡失稳风险结果受到学者们的日益重视。针对现有斜坡失稳风险评估中仅采用平稳随机场模拟土体抗剪强度参数分布特征的问题，以一不排水饱和粘土斜坡为例，结合有限元极限分析、强度折减法和蒙特卡洛模拟，讨论了使用非平稳随机场模型和平稳随机场模型模拟土体抗剪强度参数对计算斜坡失稳风险评估结果的影响。结果表明：使用传统的平稳随机场计算斜坡失稳风险的方法会高估斜坡失稳风险，使工程造价增加；安全系数高的斜坡滑面不一定是浅层滑面；斜坡竖直相关距离对采用非平稳随机场计算其失稳风险结果影响较小，而斜坡竖直相关距离对采用平稳随机场计算其失稳风险结果影响显著；斜坡竖直相关距离对滑动面位置和形状的影响较弱。
2020, 42(3):24-31.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.010
摘要:
石灰改良是一种经济、有效的土质改良方法，在实际工程中，改良土由于长期暴露在复杂气候与环境中，普遍存在长期强度衰减现象。土水特征曲线是研究土体水分运移规律及其水力性能的重要途径。为研究温度和养护龄期对石灰改良土土水特征曲线的影响规律，制备了未处理重塑土样和不同养护龄期（28、90 d）下的石灰改良土样，采用滤纸法测定不同温度（0~40℃）下各土样的土水特征曲线。结果表明：石灰改良、养护龄期和温度均影响土样的持水性能，并且这种影响会随含水率的下降而降低；温度效应随温度升高而减弱。最后，采用VG模型拟合土水特征曲线，并探讨石灰改良、养护龄期和温度对于VG模型各项参数a、n、θs、θr的影响。研究结果揭示了不同温度下（0~40℃）石灰改良黄土持水特性的变化规律，为不同环境下石灰改良土水力特性的预测以及工程设计参数的选取提供依据。
石灰改良是一种经济、有效的土质改良方法，在实际工程中，改良土由于长期暴露在复杂气候与环境中，普遍存在长期强度衰减现象。土水特征曲线是研究土体水分运移规律及其水力性能的重要途径。为研究温度和养护龄期对石灰改良土土水特征曲线的影响规律，制备了未处理重塑土样和不同养护龄期（28、90 d）下的石灰改良土样，采用滤纸法测定不同温度（0~40℃）下各土样的土水特征曲线。结果表明：石灰改良、养护龄期和温度均影响土样的持水性能，并且这种影响会随含水率的下降而降低；温度效应随温度升高而减弱。最后，采用VG模型拟合土水特征曲线，并探讨石灰改良、养护龄期和温度对于VG模型各项参数a、n、θs、θr的影响。研究结果揭示了不同温度下（0~40℃）石灰改良黄土持水特性的变化规律，为不同环境下石灰改良土水力特性的预测以及工程设计参数的选取提供依据。
2020, 42(3):32-39.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.172
摘要:
将液化后的饱和砂土视为一种流体，其流动特性表现出类似剪切稀化非牛顿流体的特性。根据非牛顿流体力学理论分析液化后饱和砂土的流动特性发现，当处于零有效应力状态时，可以用纯粘性流动本构模型较好地描述砂土的剪应变率表观黏度关系。通过拟合动扭剪试验结果的流变曲线，对比分析了几种常用的纯粘性流动本构模型，发现Gross模型可以较好且较简洁地描述液化后砂土零有效应力状态时的流动特性。通过对拟合参数的分析，建立了基于Gross模型的液化后饱和砂土零有效应力状态的流动本构模型，得到时间量纲下的参数K以及零剪切表观黏度η0和极限剪切表观黏度η∞的函数关系。考虑相对密实度、固结应力和应力历史对模型参数的影响，阐释了模型参数的函数关系以及物理意义。
将液化后的饱和砂土视为一种流体，其流动特性表现出类似剪切稀化非牛顿流体的特性。根据非牛顿流体力学理论分析液化后饱和砂土的流动特性发现，当处于零有效应力状态时，可以用纯粘性流动本构模型较好地描述砂土的剪应变率表观黏度关系。通过拟合动扭剪试验结果的流变曲线，对比分析了几种常用的纯粘性流动本构模型，发现Gross模型可以较好且较简洁地描述液化后砂土零有效应力状态时的流动特性。通过对拟合参数的分析，建立了基于Gross模型的液化后饱和砂土零有效应力状态的流动本构模型，得到时间量纲下的参数K以及零剪切表观黏度η0和极限剪切表观黏度η∞的函数关系。考虑相对密实度、固结应力和应力历史对模型参数的影响，阐释了模型参数的函数关系以及物理意义。
2020, 42(3):40-45.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.173
摘要:
地下粮仓可充分利用地下空间，具有较好的防火、防毒、防爆等性能，并能利用浅层地能实现准低温储粮，具有节能、低损、保证粮食品质的优点，对保障粮食安全及可持续发展意义重大。采用工程足尺试验与数值分析相结合的研究方法，对大型地下混凝土筒仓竣工验收前仓壁的力学性能进行研究，通过对比试验结果与数值模拟结果，验证数值分析方法的合理性与有效性，进而对仓壁在最不利荷载工况下的力学性能进行数值分析。结果表明：地下混凝土筒仓仓壁内力的数值模拟结果与试验结果吻合较好；由于仓壁较厚且与仓底和仓顶间接触部位刚度较大，导致仓壁内外侧径向应力表现出相反的变化规律；仓壁径向应力在仓壁底部位置处最高，环向应力在距仓壁顶部约2/3位置处最高；在最不利荷载工况下，仓壁径向应力和环向应力随深度表现出与实际工况下相似的变化规律，且相同深度下应力较大。
地下粮仓可充分利用地下空间，具有较好的防火、防毒、防爆等性能，并能利用浅层地能实现准低温储粮，具有节能、低损、保证粮食品质的优点，对保障粮食安全及可持续发展意义重大。采用工程足尺试验与数值分析相结合的研究方法，对大型地下混凝土筒仓竣工验收前仓壁的力学性能进行研究，通过对比试验结果与数值模拟结果，验证数值分析方法的合理性与有效性，进而对仓壁在最不利荷载工况下的力学性能进行数值分析。结果表明：地下混凝土筒仓仓壁内力的数值模拟结果与试验结果吻合较好；由于仓壁较厚且与仓底和仓顶间接触部位刚度较大，导致仓壁内外侧径向应力表现出相反的变化规律；仓壁径向应力在仓壁底部位置处最高，环向应力在距仓壁顶部约2/3位置处最高；在最不利荷载工况下，仓壁径向应力和环向应力随深度表现出与实际工况下相似的变化规律，且相同深度下应力较大。
2020, 42(3):46-53.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.175
摘要:
为研究磁流变阻尼器（MRD）在拟静态作用下的力学性能，制作了一个四线圈剪切阀式MRD，在不同电流和不同位移幅值下采用三角位移加载制度对MRD进行了拟静态试验，研究了MRD的力学性能随电流和位移幅值的变化规律，分析了阻尼力波动现象产生的原因；根据试验结果提出了一种拟静态作用下修正的力学模型，对模型参数进行了识别，对力学模型进行了验证。结果表明：所用阻尼器在拟静态试验过程中阻尼力波动现象显著，无电流时阻尼力随着位移幅值增加而略微减小，有电流时阻尼力随着位移幅值增加而稍微增大；阻尼力随电流的增大明显增大，当电流超过1.5 A时，MRD达到磁饱和状态，阻尼力增幅明显降低；提出的力学模型能够较好地描述拟静力下阻尼力随电流和位移的改变而产生的变化特性。
为研究磁流变阻尼器（MRD）在拟静态作用下的力学性能，制作了一个四线圈剪切阀式MRD，在不同电流和不同位移幅值下采用三角位移加载制度对MRD进行了拟静态试验，研究了MRD的力学性能随电流和位移幅值的变化规律，分析了阻尼力波动现象产生的原因；根据试验结果提出了一种拟静态作用下修正的力学模型，对模型参数进行了识别，对力学模型进行了验证。结果表明：所用阻尼器在拟静态试验过程中阻尼力波动现象显著，无电流时阻尼力随着位移幅值增加而略微减小，有电流时阻尼力随着位移幅值增加而稍微增大；阻尼力随电流的增大明显增大，当电流超过1.5 A时，MRD达到磁饱和状态，阻尼力增幅明显降低；提出的力学模型能够较好地描述拟静力下阻尼力随电流和位移的改变而产生的变化特性。
2020, 42(3):54-63.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.001
摘要:
为研究抗冲切钢筋和暗梁对板柱节点抗震性能的影响，进行了5个低周往复荷载作用下的板柱节点试验，其中，1个试件无抗冲切钢筋，另外4个试件分别配置螺旋箍筋、四肢箍筋、八肢箍筋和栓钉。对各试件的裂缝发展特征、破坏形态、滞回性能、不平衡弯矩承载力和延性性能等进行了分析。试验结果表明：配置抗冲切钢筋试件的不平衡弯矩承载力和延性性能较无抗冲切钢筋试件分别提高13%~48%和68%~198%；合理设计暗梁能明显提高试件的整体抗震性能，配置四肢箍筋的试件能满足中国规范的抗震性能需求，且较采用八肢箍筋的试件更经济。总结和分析已有试验数据发现，中国规范对于配置抗冲切钢筋板柱节点的计算结果与试验结果整体较吻合，但离散度偏高。
为研究抗冲切钢筋和暗梁对板柱节点抗震性能的影响，进行了5个低周往复荷载作用下的板柱节点试验，其中，1个试件无抗冲切钢筋，另外4个试件分别配置螺旋箍筋、四肢箍筋、八肢箍筋和栓钉。对各试件的裂缝发展特征、破坏形态、滞回性能、不平衡弯矩承载力和延性性能等进行了分析。试验结果表明：配置抗冲切钢筋试件的不平衡弯矩承载力和延性性能较无抗冲切钢筋试件分别提高13%~48%和68%~198%；合理设计暗梁能明显提高试件的整体抗震性能，配置四肢箍筋的试件能满足中国规范的抗震性能需求，且较采用八肢箍筋的试件更经济。总结和分析已有试验数据发现，中国规范对于配置抗冲切钢筋板柱节点的计算结果与试验结果整体较吻合，但离散度偏高。
2020, 42(3):64-72.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.005
摘要:
在"强转换"设计原则的基础上，提出预应力型钢混凝土（简称PSRC）空腹桁架转换层框架结构多道防线的划分和内力调整的具体方法：空腹桁架下弦梁和转换柱为最后一道防线；其次是转换层桁架中腹杆、上弦梁以及与其相连的上层框架柱；首道防线是转换层其他上抬框架梁柱。采用OpenSEES软件建立多榀有限元算例模型，进行水平与竖向地震共同作用下的弹塑性时程分析，研究其抗震性能以及竖向水平分量变化（V/H=0、0.65、1.2）产生的影响。研究结果表明：在罕遇及极罕遇地震水准下（V/H=0.65），结构可以避免整体和局部破坏，结构形成以上抬框架梁为主的混合耗能机制，总体实现了多道防线设防的设计思想。随着地震动竖向分量的增加，其影响主要表现在桁架下弦挠度显著增加，当竖向地震动较大时，其对上抬构件内力的附加影响应予以考虑。
在"强转换"设计原则的基础上，提出预应力型钢混凝土（简称PSRC）空腹桁架转换层框架结构多道防线的划分和内力调整的具体方法：空腹桁架下弦梁和转换柱为最后一道防线；其次是转换层桁架中腹杆、上弦梁以及与其相连的上层框架柱；首道防线是转换层其他上抬框架梁柱。采用OpenSEES软件建立多榀有限元算例模型，进行水平与竖向地震共同作用下的弹塑性时程分析，研究其抗震性能以及竖向水平分量变化（V/H=0、0.65、1.2）产生的影响。研究结果表明：在罕遇及极罕遇地震水准下（V/H=0.65），结构可以避免整体和局部破坏，结构形成以上抬框架梁为主的混合耗能机制，总体实现了多道防线设防的设计思想。随着地震动竖向分量的增加，其影响主要表现在桁架下弦挠度显著增加，当竖向地震动较大时，其对上抬构件内力的附加影响应予以考虑。
2020, 42(3):73-79.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.156
摘要:
渐进演化类拓扑优化算法的优化准则是影响结构优化结果的关键因素之一。以不同荷载和边界条件下的深梁模型为数值算例，比较了基于不同优化准则的3种算法在优化解和优化效率上的差别。结果表明：对于荷载和边界等条件较简单的构件，采用单向和确定性优化准则的渐进演化类拓扑优化算法能高效地得到最优拓扑，采用概率性优化准则和采用双向优化准则的渐进演化类拓扑优化算法有着更广的适用范围，在荷载和边界等条件较复杂的构件上，同样表现出较强的避免优化畸变的能力和全局寻优能力。对结合概率性优化准则和双向优化准则的遗传双向渐进演化结构优化算法建立了流程图，并进行初步讨论，以期进一步提高渐进演化类拓扑优化算法的实用性和寻优能力。
渐进演化类拓扑优化算法的优化准则是影响结构优化结果的关键因素之一。以不同荷载和边界条件下的深梁模型为数值算例，比较了基于不同优化准则的3种算法在优化解和优化效率上的差别。结果表明：对于荷载和边界等条件较简单的构件，采用单向和确定性优化准则的渐进演化类拓扑优化算法能高效地得到最优拓扑，采用概率性优化准则和采用双向优化准则的渐进演化类拓扑优化算法有着更广的适用范围，在荷载和边界等条件较复杂的构件上，同样表现出较强的避免优化畸变的能力和全局寻优能力。对结合概率性优化准则和双向优化准则的遗传双向渐进演化结构优化算法建立了流程图，并进行初步讨论，以期进一步提高渐进演化类拓扑优化算法的实用性和寻优能力。
2020, 42(3):80-89.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.186
摘要:
铝合金板具有轻质高强、耐腐蚀性和延展性好等优点，是复杂恶劣环境中加固混凝土结构的理想材料。基于双剪试验进行铝合金混凝土界面粘结滑移性能研究，完成了45个构件的双面纯剪试验，得到了其破坏形态、荷载应变关系曲线、粘结界面剪应力分布曲线、荷载滑移关系曲线以及界面极限承载力，分析了不同的混凝土强度等级、铝合金板表面粗糙度、铝合金板粘结长度和粘结宽度条件下界面粘结滑移性能的演化规律。研究表明：加载过程中，界面应力从加载端向自由端逐步传递，且随着混凝土强度等级、铝合金板的粘结长度和宽度的增加，试件的剥离承载力也有所提高。但铝合金的粘结长度存在一个有效粘结长度值，超过该值试件的剥离承载力将不再增加，同时，铝合金表面粗糙度对试件剥离承载力的提高没有实质影响。通过测量铝合金板的应变得到了不同参数条件下铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线，结果表明：铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线存在明显的界面软化特征和非线性行为。
铝合金板具有轻质高强、耐腐蚀性和延展性好等优点，是复杂恶劣环境中加固混凝土结构的理想材料。基于双剪试验进行铝合金混凝土界面粘结滑移性能研究，完成了45个构件的双面纯剪试验，得到了其破坏形态、荷载应变关系曲线、粘结界面剪应力分布曲线、荷载滑移关系曲线以及界面极限承载力，分析了不同的混凝土强度等级、铝合金板表面粗糙度、铝合金板粘结长度和粘结宽度条件下界面粘结滑移性能的演化规律。研究表明：加载过程中，界面应力从加载端向自由端逐步传递，且随着混凝土强度等级、铝合金板的粘结长度和宽度的增加，试件的剥离承载力也有所提高。但铝合金的粘结长度存在一个有效粘结长度值，超过该值试件的剥离承载力将不再增加，同时，铝合金表面粗糙度对试件剥离承载力的提高没有实质影响。通过测量铝合金板的应变得到了不同参数条件下铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线，结果表明：铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线存在明显的界面软化特征和非线性行为。
2020, 42(3):90-99.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.012
摘要:
针对桥梁挠度各成分的分离问题，提出一种基于EEMD-JADE的单通道盲源分离算法。首先，利用传统的集合经验模态分解法（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）将单通道的桥梁挠度信号分解为一系列线性平稳的本征模函数（Intrinsic Mode Function，IMF）；然后，采用基于能量熵增量的判别法识别并剔除虚假的IMF分量，将能量熵增量较大的IMF分量组成盲源分离模型的输入信号；最后，采用矩阵联合近似对角化（Joint Approximate Diagonalization of Eigen-matrices，JADE）算法对输入信号进行盲源分离。JADE算法在源信号频率差异较小且频率有所混叠的状况下也能较好地分离出源信号，但要求观测信号数必须大于等于源信号数目；EEMD具有良好的自适应性，能够将单通道的混合信号进行多尺度分解，形成多通道信号，但分解结果存在端点效应与模态混叠。JADE算法能够解决EEMD分解结果存在的端点效应与模态混叠问题，且EEMD也解决了JADE分离算法的先决条件。两种算法优势互补，能够较好地分离出各挠度组分。通过有限元软件Midas/civil建立了背景桥梁模型，经仿真分析得到了各单项因素作用下的桥梁结构响应，并将其叠加在一起作为待分离的混合挠度信号。仿真信号分离的结果与源信号的相关系数均在0.98以上，说明分离效果较好。最后，采集实测挠度信号进行分离，处于对称位置测点分离出的各挠度组分的相关系数均在0.9以上，证明了该算法的适用性。
针对桥梁挠度各成分的分离问题，提出一种基于EEMD-JADE的单通道盲源分离算法。首先，利用传统的集合经验模态分解法（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）将单通道的桥梁挠度信号分解为一系列线性平稳的本征模函数（Intrinsic Mode Function，IMF）；然后，采用基于能量熵增量的判别法识别并剔除虚假的IMF分量，将能量熵增量较大的IMF分量组成盲源分离模型的输入信号；最后，采用矩阵联合近似对角化（Joint Approximate Diagonalization of Eigen-matrices，JADE）算法对输入信号进行盲源分离。JADE算法在源信号频率差异较小且频率有所混叠的状况下也能较好地分离出源信号，但要求观测信号数必须大于等于源信号数目；EEMD具有良好的自适应性，能够将单通道的混合信号进行多尺度分解，形成多通道信号，但分解结果存在端点效应与模态混叠。JADE算法能够解决EEMD分解结果存在的端点效应与模态混叠问题，且EEMD也解决了JADE分离算法的先决条件。两种算法优势互补，能够较好地分离出各挠度组分。通过有限元软件Midas/civil建立了背景桥梁模型，经仿真分析得到了各单项因素作用下的桥梁结构响应，并将其叠加在一起作为待分离的混合挠度信号。仿真信号分离的结果与源信号的相关系数均在0.98以上，说明分离效果较好。最后，采集实测挠度信号进行分离，处于对称位置测点分离出的各挠度组分的相关系数均在0.9以上，证明了该算法的适用性。
2020, 42(3):100-105.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.019
摘要:
斜拉桥中的Π形主梁宽高比很大，剪力滞问题非常突出。针对斜拉桥施工过程中结构、荷载与位移边界条件等不断变化的情形，提出一种能同时考虑结合梁剪力滞变形与弯曲变形耦合影响、适用于复杂荷载与边界条件的每节点两个剪力滞自由度的Π形结合梁单元。在单元公式推导中，假定钢梁与混凝土翼板纵向位移沿横向为3次抛物线分布，相同横向坐标的钢梁翼缘板和混凝土桥面板呈相似的剪力滞位移曲线变化规律。按悬臂施工过程中的动态结构和动态剪力滞边界条件分析了在桥面板自重荷载、斜拉索张拉荷载及二期恒载等作用下的Π形结合梁斜拉桥中主梁截面剪力滞效应及其随施工过程变化的规律，并将计算结果与现场实测数据进行对比，结果表明：斜拉桥中结合梁主梁截面的剪力滞效应随施工过程荷载及位移边界条件的变化呈正负剪力滞交替变化，相较于桥面板自重等竖向荷载，斜拉索张拉荷载对主梁剪力滞效应的影响更明显；与靠近悬臂前端梁段截面的剪力效应相比，靠近桥塔附近梁段截面的剪力滞效应亦更加明显；随着施工步骤增加，Π形结合梁主梁截面剪力滞系数变化逐渐减小。相对斜拉桥成桥阶段，悬臂施工阶段的剪力滞效应更值得关注。
斜拉桥中的Π形主梁宽高比很大，剪力滞问题非常突出。针对斜拉桥施工过程中结构、荷载与位移边界条件等不断变化的情形，提出一种能同时考虑结合梁剪力滞变形与弯曲变形耦合影响、适用于复杂荷载与边界条件的每节点两个剪力滞自由度的Π形结合梁单元。在单元公式推导中，假定钢梁与混凝土翼板纵向位移沿横向为3次抛物线分布，相同横向坐标的钢梁翼缘板和混凝土桥面板呈相似的剪力滞位移曲线变化规律。按悬臂施工过程中的动态结构和动态剪力滞边界条件分析了在桥面板自重荷载、斜拉索张拉荷载及二期恒载等作用下的Π形结合梁斜拉桥中主梁截面剪力滞效应及其随施工过程变化的规律，并将计算结果与现场实测数据进行对比，结果表明：斜拉桥中结合梁主梁截面的剪力滞效应随施工过程荷载及位移边界条件的变化呈正负剪力滞交替变化，相较于桥面板自重等竖向荷载，斜拉索张拉荷载对主梁剪力滞效应的影响更明显；与靠近悬臂前端梁段截面的剪力效应相比，靠近桥塔附近梁段截面的剪力滞效应亦更加明显；随着施工步骤增加，Π形结合梁主梁截面剪力滞系数变化逐渐减小。相对斜拉桥成桥阶段，悬臂施工阶段的剪力滞效应更值得关注。
2020, 42(3):106-114.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.179
摘要:
火场最高温度、持续时间、扩散条件以及高温下混凝爆裂等因素增加了利用温度获得材料性能的难度。针对火灾后评估预应力混凝土梁桥时需快速、准确、真实地获得其材料性能的需求，对在役高速公路预应力混凝土桥梁过火后拆除的32块空心板进行表观分类和材料试验，通过实测过火后材料性能，获得常用检测指标与材料性能的关系，并利用极限承载能力试验及有限元模拟验证其适用性。结果表明：混凝土高温爆裂剥落，致使空心板截面损失，并进一步降低该区域混凝土及预应力钢绞线强度，是导致该截面抗弯承载能力降低的主要原因；当过火后混凝土剥落深度超过2/3钢绞线净保护层时，混凝土抗压强度、预应力钢筋线拉伸强度折减系数达0.7，将严重影响结构极限承载能力；火灾作用将改变空心板极限破坏形态，由延性转为脆性破坏；利用常规检测指标与材料性能的折减关系，并结合有限元模拟分析过火后预应力空心板梁的极限承载能力，满足工程精度。
火场最高温度、持续时间、扩散条件以及高温下混凝爆裂等因素增加了利用温度获得材料性能的难度。针对火灾后评估预应力混凝土梁桥时需快速、准确、真实地获得其材料性能的需求，对在役高速公路预应力混凝土桥梁过火后拆除的32块空心板进行表观分类和材料试验，通过实测过火后材料性能，获得常用检测指标与材料性能的关系，并利用极限承载能力试验及有限元模拟验证其适用性。结果表明：混凝土高温爆裂剥落，致使空心板截面损失，并进一步降低该区域混凝土及预应力钢绞线强度，是导致该截面抗弯承载能力降低的主要原因；当过火后混凝土剥落深度超过2/3钢绞线净保护层时，混凝土抗压强度、预应力钢筋线拉伸强度折减系数达0.7，将严重影响结构极限承载能力；火灾作用将改变空心板极限破坏形态，由延性转为脆性破坏；利用常规检测指标与材料性能的折减关系，并结合有限元模拟分析过火后预应力空心板梁的极限承载能力，满足工程精度。
2020, 42(3):115-126.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.011
摘要:
通过对超高性能混凝土进行高温加热和高温作用后立方体抗压强度试验，研究了超高性能混凝土高温作用后的表观特征、质量损失及力学性能。对比了单掺钢纤维、单掺聚丙烯纤维和混掺钢纤维和聚丙烯纤维对超高性能混凝土高温爆裂的抑制效果，考察了温度、纤维种类和掺量、骨料（石英砂和钢渣）对超高性能混凝土强度的影响。试验结果表明：混掺1%钢纤维和2%聚丙烯纤维能有效抑制超高性能混凝土高温爆裂，在高温作用后依旧保持完整形态；钢渣骨料混杂纤维超高性能混凝土具有优异的高温力学性能，在1 000℃高温作用后仍能保持67%的残余强度；随着温度的升高，超高性能混凝土立方体抗压强度整体上表现出先升高后降低的规律；在目标温度超过600℃时，高温增强了超高性能混凝土的延性。
通过对超高性能混凝土进行高温加热和高温作用后立方体抗压强度试验，研究了超高性能混凝土高温作用后的表观特征、质量损失及力学性能。对比了单掺钢纤维、单掺聚丙烯纤维和混掺钢纤维和聚丙烯纤维对超高性能混凝土高温爆裂的抑制效果，考察了温度、纤维种类和掺量、骨料（石英砂和钢渣）对超高性能混凝土强度的影响。试验结果表明：混掺1%钢纤维和2%聚丙烯纤维能有效抑制超高性能混凝土高温爆裂，在高温作用后依旧保持完整形态；钢渣骨料混杂纤维超高性能混凝土具有优异的高温力学性能，在1 000℃高温作用后仍能保持67%的残余强度；随着温度的升高，超高性能混凝土立方体抗压强度整体上表现出先升高后降低的规律；在目标温度超过600℃时，高温增强了超高性能混凝土的延性。
2020, 42(3):127-132.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.164
摘要:
早期收缩开裂是导致混凝土劣化的重要因素之一，纤维的加入可以延缓甚至减少裂缝的延伸及扩展。使用具有吸水特性的再生纤维素纤维，与UF500纤维素纤维和无吸水的聚丙烯短纤维对比，研究再生纤维素纤维对水泥砂浆早期抗裂和自收缩行为的影响规律。将掺量为水泥质量1%或2%的各类纤维掺入水泥砂浆，密封养护，分析水泥砂浆强度、折压比及自收缩应变。研究结果表明：水灰比0.3时，添加再生纤维素纤维不能增强砂浆的抗裂性能和自收缩性能；水灰比大于0.35时，添加1%的再生纤维素纤维虽然降低了砂浆的抗折强度和抗压强度，但提高了该样品的折压比，增强了砂浆的抗裂性能和减缩效应。
早期收缩开裂是导致混凝土劣化的重要因素之一，纤维的加入可以延缓甚至减少裂缝的延伸及扩展。使用具有吸水特性的再生纤维素纤维，与UF500纤维素纤维和无吸水的聚丙烯短纤维对比，研究再生纤维素纤维对水泥砂浆早期抗裂和自收缩行为的影响规律。将掺量为水泥质量1%或2%的各类纤维掺入水泥砂浆，密封养护，分析水泥砂浆强度、折压比及自收缩应变。研究结果表明：水灰比0.3时，添加再生纤维素纤维不能增强砂浆的抗裂性能和自收缩性能；水灰比大于0.35时，添加1%的再生纤维素纤维虽然降低了砂浆的抗折强度和抗压强度，但提高了该样品的折压比，增强了砂浆的抗裂性能和减缩效应。
2020, 42(3):133-140.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.188
摘要:
硫酸盐和氯盐复杂盐蚀环境中的服役结构会受到两者产生的耦合作用。研究毛细作用下硫酸钠半浸泡混凝土试样的抗氯离子渗透性能，设计不同水灰比、不同硫酸钠溶液浓度的砂浆毛细上升试验，测试硫酸钠半浸泡混凝土试样的扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和氯离子电通量。结果表明：硫酸钠半浸泡混凝土抗氯离子渗透性能劣化，前期劣化严重，随着半浸泡时间的延长，抗氯离子渗透性能有所回升，但依然比未浸泡试样的差。结合微观测试结果可知，混凝土抗氯离子渗透性能劣化的主要原因是：前期，在毛细作用下硫酸钠溶液填充了混凝土孔隙，减弱了固化氯离子的结合能力，释放了较多自由氯离子，从而增大了氯离子的扩散量；后期，随着浸泡时间的延长和环境湿度的变化，孔隙中的硫酸钠溶液过饱和后，形成无水Na2SO4和Na2SO4·10H2O结晶体的混合物，结晶混合物沉淀于孔壁，部分阻碍了氯离子的扩散，从而减缓了抗氯离子渗透性能的劣化。硫酸钠溶液浓度超过5%以后，随着硫酸钠溶液浓度的升高，毛细上升速度减缓，混凝土抗氯离子渗透性能相应提高。硫酸钠溶液半浸泡下，水泥基材料毛细上升快慢可作为衡量混凝土抗氯离子渗透性能好坏的指标。硫酸钠和氯化钠的复合溶液对硫酸钠毛细上升有延缓作用，会改善混凝土的抗氯离子渗透性能。
硫酸盐和氯盐复杂盐蚀环境中的服役结构会受到两者产生的耦合作用。研究毛细作用下硫酸钠半浸泡混凝土试样的抗氯离子渗透性能，设计不同水灰比、不同硫酸钠溶液浓度的砂浆毛细上升试验，测试硫酸钠半浸泡混凝土试样的扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和氯离子电通量。结果表明：硫酸钠半浸泡混凝土抗氯离子渗透性能劣化，前期劣化严重，随着半浸泡时间的延长，抗氯离子渗透性能有所回升，但依然比未浸泡试样的差。结合微观测试结果可知，混凝土抗氯离子渗透性能劣化的主要原因是：前期，在毛细作用下硫酸钠溶液填充了混凝土孔隙，减弱了固化氯离子的结合能力，释放了较多自由氯离子，从而增大了氯离子的扩散量；后期，随着浸泡时间的延长和环境湿度的变化，孔隙中的硫酸钠溶液过饱和后，形成无水Na2SO4和Na2SO4·10H2O结晶体的混合物，结晶混合物沉淀于孔壁，部分阻碍了氯离子的扩散，从而减缓了抗氯离子渗透性能的劣化。硫酸钠溶液浓度超过5%以后，随着硫酸钠溶液浓度的升高，毛细上升速度减缓，混凝土抗氯离子渗透性能相应提高。硫酸钠溶液半浸泡下，水泥基材料毛细上升快慢可作为衡量混凝土抗氯离子渗透性能好坏的指标。硫酸钠和氯化钠的复合溶液对硫酸钠毛细上升有延缓作用，会改善混凝土的抗氯离子渗透性能。
2020, 42(3):141-148.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.181
摘要:
在UVA-LED光照射下，考察了氧氟沙星在不同的pH值（3、7、11）和溶解氧浓度（DO=9、0 mg/L）条件下超纯水中的光降解过程。结果表明：其光降解过程符合一级反应动力学，主要为直接光降解，DO存在时，自敏化光降解有显著促进作用。在不同DO条件下，其光降解效率及速率均在pH值为7时最快，pH值为11时次之，pH值为3时最慢，氧氟沙星的光量子产率随pH值变化而变化是导致差异产生的主要原因。对降解产物及其生成过程进行分析表明，氧氟沙星的降解路径为脱甲基、哌嗪环的裂解和氧化、羟基化和脱羧基反应，不同pH值和DO条件下的降解路径及其产物差别细微，但其对产物在降解过程中的生成和进一步降解随时间的变化有显著影响。研究成果阐明了pH值和DO对氧氟沙星光降解的影响。
在UVA-LED光照射下，考察了氧氟沙星在不同的pH值（3、7、11）和溶解氧浓度（DO=9、0 mg/L）条件下超纯水中的光降解过程。结果表明：其光降解过程符合一级反应动力学，主要为直接光降解，DO存在时，自敏化光降解有显著促进作用。在不同DO条件下，其光降解效率及速率均在pH值为7时最快，pH值为11时次之，pH值为3时最慢，氧氟沙星的光量子产率随pH值变化而变化是导致差异产生的主要原因。对降解产物及其生成过程进行分析表明，氧氟沙星的降解路径为脱甲基、哌嗪环的裂解和氧化、羟基化和脱羧基反应，不同pH值和DO条件下的降解路径及其产物差别细微，但其对产物在降解过程中的生成和进一步降解随时间的变化有显著影响。研究成果阐明了pH值和DO对氧氟沙星光降解的影响。
2020, 42(3):149-155.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.004
摘要:
采用水热辅助的溶胶凝胶法制备纳米钛酸锌（ZnTiO3）光催化剂，以罗丹明B为目标降解物，运用动力学模型分析罗丹明B（RhB）初始浓度对降解效果的影响。通过SEM、XRD、XPS、UV-Vis DRS对ZnTiO3进行表征，并使用自由基捕获试验分析其降解机理。结果表明，ZnTiO3为纯六方相，形貌为类球形，粒径50 nm左右。在催化剂用量为1 g/L、RhB初始浓度为5 mg/L、pH值为3的条件下，光催化反应150 min后，RhB降解率为93.2%。其动力学方程为k=0.132C0-1.253。ZnTiO3光催化剂降解过程中，·OH、h+、·O2-均起到催化作用，产生·OH、h+的量相近且多于·O2-，说明·OH、h+在催化反应中起主要作用。
采用水热辅助的溶胶凝胶法制备纳米钛酸锌（ZnTiO3）光催化剂，以罗丹明B为目标降解物，运用动力学模型分析罗丹明B（RhB）初始浓度对降解效果的影响。通过SEM、XRD、XPS、UV-Vis DRS对ZnTiO3进行表征，并使用自由基捕获试验分析其降解机理。结果表明，ZnTiO3为纯六方相，形貌为类球形，粒径50 nm左右。在催化剂用量为1 g/L、RhB初始浓度为5 mg/L、pH值为3的条件下，光催化反应150 min后，RhB降解率为93.2%。其动力学方程为k=0.132C0-1.253。ZnTiO3光催化剂降解过程中，·OH、h+、·O2-均起到催化作用，产生·OH、h+的量相近且多于·O2-，说明·OH、h+在催化反应中起主要作用。
2020, 42(3):156-164.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.003
摘要:
针对生活污水中内分泌干扰物（EDCs）可能引起的生物生态危害问题，以类固醇类内分泌干扰物为处理对象，应用生物生态耦合技术，进行多级AO+潜流式人工湿地处理试验，考察了水力停留时间（HRT）对CODCr、氨氮（NH4+-N）、总磷（TP）、总氮（TN）等污染物去除影响，同时，采用固相萃取法和GC-MS检测各反应器进、出水中雌酮（E1）、17β-雌二醇（E2）、雌三醇（E3）、17α-乙炔基雌二醇（EE2）4种内分泌干扰物浓度变化。结果表明，当多级AO与湿地的HRT分别为9.5 h、10.3 d时，多级AO+潜流式人工湿地对CODCr、NH4+-N、TP、TN等污染物去除率可分别达78.64%、97.16%、91.84%、90.55%，出水浓度均低于《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》（DB 32/1072-2017）排放浓度限值。多级AO+人工湿地对内分泌干扰物E1、E2、E3和EE2的总去除率可分别达96.04%、92.45%、85.09%、88.38%；其中，多级AO系统对E1、E2、E3和EE2的去除率分别达到75.50%、72.00%、65.08%和63.35%，且一级好氧池对4种EDCs的去除贡献最大，均为27%以上；湿地系统对前3种EDCs的去除率约为20%、EE2为25%。Alpha多样性指数分析表明，好氧池物种数量和多样性多于未加EDCs前，门分类、属分类的微生物群落物种及其丰度分析表明，群落门水平、属水平相对丰度均发生变化，其中，增加的优势菌种可能对系统中EDCs的去除起到了促进作用。
针对生活污水中内分泌干扰物（EDCs）可能引起的生物生态危害问题，以类固醇类内分泌干扰物为处理对象，应用生物生态耦合技术，进行多级AO+潜流式人工湿地处理试验，考察了水力停留时间（HRT）对CODCr、氨氮（NH4+-N）、总磷（TP）、总氮（TN）等污染物去除影响，同时，采用固相萃取法和GC-MS检测各反应器进、出水中雌酮（E1）、17β-雌二醇（E2）、雌三醇（E3）、17α-乙炔基雌二醇（EE2）4种内分泌干扰物浓度变化。结果表明，当多级AO与湿地的HRT分别为9.5 h、10.3 d时，多级AO+潜流式人工湿地对CODCr、NH4+-N、TP、TN等污染物去除率可分别达78.64%、97.16%、91.84%、90.55%，出水浓度均低于《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》（DB 32/1072-2017）排放浓度限值。多级AO+人工湿地对内分泌干扰物E1、E2、E3和EE2的总去除率可分别达96.04%、92.45%、85.09%、88.38%；其中，多级AO系统对E1、E2、E3和EE2的去除率分别达到75.50%、72.00%、65.08%和63.35%，且一级好氧池对4种EDCs的去除贡献最大，均为27%以上；湿地系统对前3种EDCs的去除率约为20%、EE2为25%。Alpha多样性指数分析表明，好氧池物种数量和多样性多于未加EDCs前，门分类、属分类的微生物群落物种及其丰度分析表明，群落门水平、属水平相对丰度均发生变化，其中，增加的优势菌种可能对系统中EDCs的去除起到了促进作用。
2020, 42(3):165-173.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.015
摘要:
住宅建筑中空调能耗极大程度上受到人员行为的影响，对空调能耗进行预测的关键在于准确预测人如何调节空调。虽然ASHRAE以及其他一些导则建议了人员在室时刻表用于建筑能耗评估，但人员使用空调的行为存在地区差异并随时间变化。基于实时监测获得的2016-06-01-2016-08-31的大量数据，统计分析夏季卧室与客厅房间空调器能耗的人员行为因素，主要包括房间空调器的设定温度、空调使用率等。基于统计分析，探究了空调使用率与室外日平均温度的关系，结果表明，两者呈"L型曲线"关系，说明该人群对空调依赖较高，当室外温度处于较低水平时，仍有部分居民使用空调。基于空调使用率建立优化的能耗模拟模型，基于设置温度、室外日平均温度、运行时长等建立能耗预测模型。验证结果表明，基于使用率模式为"L型曲线"的能耗模拟模型以及结合设置温度等的能耗预测模型比传统空调使用模式的模拟结果更接近实测值。
住宅建筑中空调能耗极大程度上受到人员行为的影响，对空调能耗进行预测的关键在于准确预测人如何调节空调。虽然ASHRAE以及其他一些导则建议了人员在室时刻表用于建筑能耗评估，但人员使用空调的行为存在地区差异并随时间变化。基于实时监测获得的2016-06-01-2016-08-31的大量数据，统计分析夏季卧室与客厅房间空调器能耗的人员行为因素，主要包括房间空调器的设定温度、空调使用率等。基于统计分析，探究了空调使用率与室外日平均温度的关系，结果表明，两者呈"L型曲线"关系，说明该人群对空调依赖较高，当室外温度处于较低水平时，仍有部分居民使用空调。基于空调使用率建立优化的能耗模拟模型，基于设置温度、室外日平均温度、运行时长等建立能耗预测模型。验证结果表明，基于使用率模式为"L型曲线"的能耗模拟模型以及结合设置温度等的能耗预测模型比传统空调使用模式的模拟结果更接近实测值。
2020, 42(3):174-182.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2019.189
摘要:
为揭示夏季湿热地区城市室外人行空间行人和骑行者的热舒适特点及热环境需求，通过实验观测及问卷调查相结合的方法，对人行空间的热环境水平，行进中的行人和骑行者的热感觉、热舒适、热环境偏好及热接受度进行了统计和相关性分析。分析结果表明，随着人行空间阴影率的变化，行人的热感觉变化比骑行者更敏感，舒适性水平低于骑行者；行人和骑行者的不舒适因素主要为过大的太阳辐射和过高的温度，SET*值越低，行人和骑行者感觉越舒适。使用者对夏季人行空间的热环境需求，行人为SET*≤ 30.2℃，对应热感觉TSV ≤ 1.4；骑行者为SET*≤ 32.9℃，对应热感觉TSV ≤ 1.5，行人和骑行者的热舒适状况和热需求存在一定的差异，遮荫率越小，差异越大，行人对热环境的要求更高。
为揭示夏季湿热地区城市室外人行空间行人和骑行者的热舒适特点及热环境需求，通过实验观测及问卷调查相结合的方法，对人行空间的热环境水平，行进中的行人和骑行者的热感觉、热舒适、热环境偏好及热接受度进行了统计和相关性分析。分析结果表明，随着人行空间阴影率的变化，行人的热感觉变化比骑行者更敏感，舒适性水平低于骑行者；行人和骑行者的不舒适因素主要为过大的太阳辐射和过高的温度，SET*值越低，行人和骑行者感觉越舒适。使用者对夏季人行空间的热环境需求，行人为SET*≤ 30.2℃，对应热感觉TSV ≤ 1.4；骑行者为SET*≤ 32.9℃，对应热感觉TSV ≤ 1.5，行人和骑行者的热舒适状况和热需求存在一定的差异，遮荫率越小，差异越大，行人对热环境的要求更高。
