2022年第44卷第4期文章目次
2022, 44(4):1-9.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.183
摘要:
由于岩土材料固有的天然成因，其基本物理力学特性表现出不同程度的空间变异性。基于有限的检测数据很难对岩土材料的整体物理力学特征进行描述，而特征参数取值的差异对岩土工程稳定状态的判别和相关工程设计结果的影响不可忽略。基于该问题，提出对一定空间范围内的特定岩(土)性材料性质整体特性进行描述的岩土材料基因特征的概念，给出基因特征的定义及其基本属性，提出运用大数据理论对大量实际工程中检测到的岩土材料参数数据进行统计分析并寻找其基因特征的思路。研发了岩土材料基因特征大数据管理及分析软件系统，实现了对岩土材料大数据实施收集、传输、分类、筛选、管理和统计分析的功能，并结合在重庆地区收集到的7万余条典型岩土材料数据，对该地区的典型岩土材料基因特征进行分析，得到相应的基因图谱。
由于岩土材料固有的天然成因，其基本物理力学特性表现出不同程度的空间变异性。基于有限的检测数据很难对岩土材料的整体物理力学特征进行描述，而特征参数取值的差异对岩土工程稳定状态的判别和相关工程设计结果的影响不可忽略。基于该问题，提出对一定空间范围内的特定岩(土)性材料性质整体特性进行描述的岩土材料基因特征的概念，给出基因特征的定义及其基本属性，提出运用大数据理论对大量实际工程中检测到的岩土材料参数数据进行统计分析并寻找其基因特征的思路。研发了岩土材料基因特征大数据管理及分析软件系统，实现了对岩土材料大数据实施收集、传输、分类、筛选、管理和统计分析的功能，并结合在重庆地区收集到的7万余条典型岩土材料数据，对该地区的典型岩土材料基因特征进行分析，得到相应的基因图谱。
2022, 44(4):10-17.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.178
摘要:
为获得钙质砂试样在微生物加固过程中的强度特性，对环剪仪的剪切盒进行改造，实现在环剪仪上直接完成钙质砂试样的微生物固化过程。通过环剪试验研究加固时间对固化效果的影响，考虑环剪试验过程中竖向应力的影响并与未加固钙质砂试样进行对比分析。结果表明：在改造后的环剪仪上直接完成固化可以获得加固时间较短、强度相对较低的试样。随着加固时间的增加，试样的抗剪强度不断增大并逐渐达到稳定值，加固48 h后，试样的抗剪强度及残余强度分别达到未加固试样的1.8倍及1.6倍。与未加固试样相比，固化试样表现出明显的应变软化现象，这可能与碳酸钙胶结结构发生破坏有关。在较高竖向应力(75~125 kPa)条件下，固化试样与未加固试样均会表现出较明显的应变软化现象，但两者出现软化现象的原因不同。
为获得钙质砂试样在微生物加固过程中的强度特性，对环剪仪的剪切盒进行改造，实现在环剪仪上直接完成钙质砂试样的微生物固化过程。通过环剪试验研究加固时间对固化效果的影响，考虑环剪试验过程中竖向应力的影响并与未加固钙质砂试样进行对比分析。结果表明：在改造后的环剪仪上直接完成固化可以获得加固时间较短、强度相对较低的试样。随着加固时间的增加，试样的抗剪强度不断增大并逐渐达到稳定值，加固48 h后，试样的抗剪强度及残余强度分别达到未加固试样的1.8倍及1.6倍。与未加固试样相比，固化试样表现出明显的应变软化现象，这可能与碳酸钙胶结结构发生破坏有关。在较高竖向应力(75~125 kPa)条件下，固化试样与未加固试样均会表现出较明显的应变软化现象，但两者出现软化现象的原因不同。
2022, 44(4):18-26.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.145
摘要:
利用离散元软件建立珊瑚砂微生物固化体无侧限压缩试验模型，通过在珊瑚砂颗粒表面及接触处生成微小碳酸钙颗粒来模拟MICP胶结，考虑珊瑚砂珊瑚砂颗粒、珊瑚砂碳酸钙颗粒及碳酸钙碳酸钙颗粒的接触，分析不同胶结程度微生物珊瑚砂固化体的颗粒位移、微裂纹发展及微裂纹分布等细观特征，解释了其宏观变形和破坏机制。结果表明：在无侧限压缩情况下，主要是材料两端发生较大位移和破坏，中间部分位移较小；数值试样加载过程中，裂纹发展可分为3个阶段，即压密阶段、裂纹扩展阶段及裂纹急剧增长阶段；随着胶结程度的提高，试样从大块脱落破坏向小块或零散颗粒脱落破坏转变，拉、剪裂纹数目比值变小，试样微裂纹数目在各个方向上的差异逐渐减小，裂纹扩展更加均匀。建立的离散元模型能较好地模拟MICP胶结，为更充分地认识珊瑚砂MICP胶结固化体的宏观变形与破坏机制奠定了基础。
利用离散元软件建立珊瑚砂微生物固化体无侧限压缩试验模型，通过在珊瑚砂颗粒表面及接触处生成微小碳酸钙颗粒来模拟MICP胶结，考虑珊瑚砂珊瑚砂颗粒、珊瑚砂碳酸钙颗粒及碳酸钙碳酸钙颗粒的接触，分析不同胶结程度微生物珊瑚砂固化体的颗粒位移、微裂纹发展及微裂纹分布等细观特征，解释了其宏观变形和破坏机制。结果表明：在无侧限压缩情况下，主要是材料两端发生较大位移和破坏，中间部分位移较小；数值试样加载过程中，裂纹发展可分为3个阶段，即压密阶段、裂纹扩展阶段及裂纹急剧增长阶段；随着胶结程度的提高，试样从大块脱落破坏向小块或零散颗粒脱落破坏转变，拉、剪裂纹数目比值变小，试样微裂纹数目在各个方向上的差异逐渐减小，裂纹扩展更加均匀。建立的离散元模型能较好地模拟MICP胶结，为更充分地认识珊瑚砂MICP胶结固化体的宏观变形与破坏机制奠定了基础。
2022, 44(4):27-34.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.154
摘要:
为合理反映粗粒土的状态依赖非关联应力应变特性，提出应力分数阶塑性力学模型。已有模型基于三轴试验结果，无法对堆石料真三轴条件下的应力应变特性进行预测，为解决这一问题，基于特征应力法对已有分数阶塑性力学模型进行完善。进一步选取不同初始状态条件下堆石料的真三轴压缩试验数据对模型进行验证，结果表明，三维化后的分数阶岩土塑性力学模型可以合理地模拟不同初始状态的堆石料在真三轴压缩条件下的应力应变行为。与传统塑性力学模型相比，提出的分数阶塑性模型在描述堆石料非关联流动时不需要额外引入塑性势函数，仅需对已有屈服面求解分数阶导数。此外，模型在特征应力空间中推导完成再映射到原应力空间，可描述土体的三维强度特性，无需额外采用三维强度准则。
为合理反映粗粒土的状态依赖非关联应力应变特性，提出应力分数阶塑性力学模型。已有模型基于三轴试验结果，无法对堆石料真三轴条件下的应力应变特性进行预测，为解决这一问题，基于特征应力法对已有分数阶塑性力学模型进行完善。进一步选取不同初始状态条件下堆石料的真三轴压缩试验数据对模型进行验证，结果表明，三维化后的分数阶岩土塑性力学模型可以合理地模拟不同初始状态的堆石料在真三轴压缩条件下的应力应变行为。与传统塑性力学模型相比，提出的分数阶塑性模型在描述堆石料非关联流动时不需要额外引入塑性势函数，仅需对已有屈服面求解分数阶导数。此外，模型在特征应力空间中推导完成再映射到原应力空间，可描述土体的三维强度特性，无需额外采用三维强度准则。
2022, 44(4):35-44.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.132
摘要:
倾斜长短组合桩兼具变形控制能力良好和造价低的优点。目前，对倾斜长短组合桩的研究较少，尚缺乏对其工作机理的认识。利用模型试验结合数值模拟的方法，研究开挖过程中倾斜长短桩在不同倾角和桩长组合下的变形受力特性，继而探讨其工作机理。结果表明：对于倾斜长短组合桩而言，其支护效果与倾角成正比，与排桩的桩长成反比，且倾角的影响最大，桩长次之；在总桩长一定且短桩满足一定嵌入深度时，倾角存在一个临界值，当倾角小于临界值时，最佳桩长分配受倾角大小的影响，而当倾角大于临界值时，斜桩越长，支护效果越好。
倾斜长短组合桩兼具变形控制能力良好和造价低的优点。目前，对倾斜长短组合桩的研究较少，尚缺乏对其工作机理的认识。利用模型试验结合数值模拟的方法，研究开挖过程中倾斜长短桩在不同倾角和桩长组合下的变形受力特性，继而探讨其工作机理。结果表明：对于倾斜长短组合桩而言，其支护效果与倾角成正比，与排桩的桩长成反比，且倾角的影响最大，桩长次之；在总桩长一定且短桩满足一定嵌入深度时，倾角存在一个临界值，当倾角小于临界值时，最佳桩长分配受倾角大小的影响，而当倾角大于临界值时，斜桩越长，支护效果越好。
2022, 44(4):45-51.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.003
摘要:
为了应用高级土体本构对黏土中的吸力桶基础进行完整的有限元模拟，以建立吸力桶基础的破坏包络面，利用有限元方法分析了在不同单调组合荷载作用下固结黏土中的吸力桶基础离心机试验，对比试验结果验证了使用硬化土(HS)本构模型的有效性；通过径向滑移试验进行了大量的有限元分析，进一步研究了竖向力(V)水平力(H)弯矩(M)空间的破坏模式。在此基础上描述了H-M平面、V-H平面以及V-H-M空间的破坏包络面。结果表明，H-M破坏包络面类似于倾斜的椭圆；不同竖向荷载对H-M破坏包络面倾斜度的影响可以忽略；H-M破坏包络面的尺寸随着竖向荷载值的增加而减小；竖向荷载和水平荷载之间存在很强的相互影响，即竖向承载力和水平承载力构成的V-H屈服面近似为1/4椭圆，可以看出，H-M倾斜椭圆的大小由竖向荷载控制。基于数值模拟结果提出了在V-H-M空间中表达三维破坏包络面的解析式。
为了应用高级土体本构对黏土中的吸力桶基础进行完整的有限元模拟，以建立吸力桶基础的破坏包络面，利用有限元方法分析了在不同单调组合荷载作用下固结黏土中的吸力桶基础离心机试验，对比试验结果验证了使用硬化土(HS)本构模型的有效性；通过径向滑移试验进行了大量的有限元分析，进一步研究了竖向力(V)水平力(H)弯矩(M)空间的破坏模式。在此基础上描述了H-M平面、V-H平面以及V-H-M空间的破坏包络面。结果表明，H-M破坏包络面类似于倾斜的椭圆；不同竖向荷载对H-M破坏包络面倾斜度的影响可以忽略；H-M破坏包络面的尺寸随着竖向荷载值的增加而减小；竖向荷载和水平荷载之间存在很强的相互影响，即竖向承载力和水平承载力构成的V-H屈服面近似为1/4椭圆，可以看出，H-M倾斜椭圆的大小由竖向荷载控制。基于数值模拟结果提出了在V-H-M空间中表达三维破坏包络面的解析式。
2022, 44(4):52-59.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.189
摘要:
加筋土路基动回弹模量是加筋土技术在道路工程中的重要设计指标。利用动三轴仪对土工格栅加筋碎石土进行动回弹模量试验，对比分析了含水率、加筋方式、剪切及侧限影响表征量对动回弹模量的影响规律，并回归分析了动回弹模量预估模型参数。研究结果表明：加筋土的动回弹模量随着含水率的提高而降低；土工格栅应布设在土体中的水平剪切变形层位，增加加筋层数或减少层间距，对提高动回弹模量的效果明显；在其他条件不变时，动回弹模量随剪切和侧限影响表征量的增大而增大；NCHRP 1-28A模型参数的回归结果比较理想，该模型可用于对土工格栅加筋土动回弹模量的预测。
加筋土路基动回弹模量是加筋土技术在道路工程中的重要设计指标。利用动三轴仪对土工格栅加筋碎石土进行动回弹模量试验，对比分析了含水率、加筋方式、剪切及侧限影响表征量对动回弹模量的影响规律，并回归分析了动回弹模量预估模型参数。研究结果表明：加筋土的动回弹模量随着含水率的提高而降低；土工格栅应布设在土体中的水平剪切变形层位，增加加筋层数或减少层间距，对提高动回弹模量的效果明显；在其他条件不变时，动回弹模量随剪切和侧限影响表征量的增大而增大；NCHRP 1-28A模型参数的回归结果比较理想，该模型可用于对土工格栅加筋土动回弹模量的预测。
2022, 44(4):60-67.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.193
摘要:
广西地区膨胀土分布广泛，在工程中危害较大，常常需要对其进行改良处治。选用机制砂和水玻璃为改良剂，在两者单独掺入和复合掺入的情况下对广西南宁地区膨胀土进行改良，并通过无侧限抗压试验和直剪试验对该膨胀土强度及刚度进行测定，结果表明：机制砂和水玻璃均能提高该膨胀土的强度和刚度，且强度及刚度均随着掺量的增加而先增大后减小，复合掺入的情况下机制砂会降低水玻璃的改良效果。水玻璃最佳掺量为1%，机制砂最佳掺量为10%。进一步用不同粒径的机制砂对膨胀土进行改良发现，为提高该膨胀土的强度，掺入机制砂的粒径不宜大于0.5 mm。研究结果验证了利用水玻璃改良膨胀土和机制砂代替天然风化砂改良膨胀土的有效性。
广西地区膨胀土分布广泛，在工程中危害较大，常常需要对其进行改良处治。选用机制砂和水玻璃为改良剂，在两者单独掺入和复合掺入的情况下对广西南宁地区膨胀土进行改良，并通过无侧限抗压试验和直剪试验对该膨胀土强度及刚度进行测定，结果表明：机制砂和水玻璃均能提高该膨胀土的强度和刚度，且强度及刚度均随着掺量的增加而先增大后减小，复合掺入的情况下机制砂会降低水玻璃的改良效果。水玻璃最佳掺量为1%，机制砂最佳掺量为10%。进一步用不同粒径的机制砂对膨胀土进行改良发现，为提高该膨胀土的强度，掺入机制砂的粒径不宜大于0.5 mm。研究结果验证了利用水玻璃改良膨胀土和机制砂代替天然风化砂改良膨胀土的有效性。
2022, 44(4):68-77.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.060
摘要:
在竹结构中，柱脚一般会出现受拉荷载，针对该现象提出一种内嵌杉木的毛竹螺栓连接形式，设计15个内嵌杉木的毛竹螺栓连接试件并进行轴向拉伸试验。根据Karacabeyli-Ceccotti建议的50%极限荷载法确定试件的屈服荷载和屈服位移，阐述了荷载位移曲线中不同变形阶段的特征，分析了螺栓直径和螺孔端距对连接试件的承载力和破坏模式的影响。结果表明：该连接具有一定的承载力和变形能力，连接承载力随着螺杆直径增大而增大；受拉时连接的荷载位移曲线具有两个弹性段，且第二弹性阶段刚度下降；连接的3种破坏模式为螺杆弯坏、竹壁剪出和竹壁开裂，失效模式由螺孔端距和螺杆直径控制；基于简化力学模型推导的公式能近似地预测连接承载力。
在竹结构中，柱脚一般会出现受拉荷载，针对该现象提出一种内嵌杉木的毛竹螺栓连接形式，设计15个内嵌杉木的毛竹螺栓连接试件并进行轴向拉伸试验。根据Karacabeyli-Ceccotti建议的50%极限荷载法确定试件的屈服荷载和屈服位移，阐述了荷载位移曲线中不同变形阶段的特征，分析了螺栓直径和螺孔端距对连接试件的承载力和破坏模式的影响。结果表明：该连接具有一定的承载力和变形能力，连接承载力随着螺杆直径增大而增大；受拉时连接的荷载位移曲线具有两个弹性段，且第二弹性阶段刚度下降；连接的3种破坏模式为螺杆弯坏、竹壁剪出和竹壁开裂，失效模式由螺孔端距和螺杆直径控制；基于简化力学模型推导的公式能近似地预测连接承载力。
2022, 44(4):78-86.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.191
摘要:
基于重组竹螺栓连接承载性能，分析评价了现有木结构设计规范对重组竹螺栓连接承载能力预测的适用性。采用正交设计法对16组48个重组竹钢夹板单螺栓连接节点试样进行试验，验证了Foshci理论模型对重组竹钢夹板单螺栓连接节点的适用性，揭示了螺栓直径、端距及主构件厚度等因素对节点承载能力的影响规律，分析了GB 50005和European 5规范对重组竹钢夹板螺栓连接承载能力预测的准确性。研究结果表明：Foschi理论模型能够反映节点的线弹性、屈服后阶段的变化特征，能够较全面地反映重组竹钢夹板螺栓连接节点的整个受力过程。螺栓连接承载力受螺栓直径、主构件厚度和端距3个因素共同影响，但当节点达到最小尺寸设计要求时，承载能力受螺栓直径影响的作用最为明显。Eurocode 5对重组竹钢夹板螺栓连接节点的承载预测能力偏保守，而GB 50005预测能力存在安全富余的空间，能较好地预测重组竹钢夹板螺栓连接的承载能力。
基于重组竹螺栓连接承载性能，分析评价了现有木结构设计规范对重组竹螺栓连接承载能力预测的适用性。采用正交设计法对16组48个重组竹钢夹板单螺栓连接节点试样进行试验，验证了Foshci理论模型对重组竹钢夹板单螺栓连接节点的适用性，揭示了螺栓直径、端距及主构件厚度等因素对节点承载能力的影响规律，分析了GB 50005和European 5规范对重组竹钢夹板螺栓连接承载能力预测的准确性。研究结果表明：Foschi理论模型能够反映节点的线弹性、屈服后阶段的变化特征，能够较全面地反映重组竹钢夹板螺栓连接节点的整个受力过程。螺栓连接承载力受螺栓直径、主构件厚度和端距3个因素共同影响，但当节点达到最小尺寸设计要求时，承载能力受螺栓直径影响的作用最为明显。Eurocode 5对重组竹钢夹板螺栓连接节点的承载预测能力偏保守，而GB 50005预测能力存在安全富余的空间，能较好地预测重组竹钢夹板螺栓连接的承载能力。
2022, 44(4):87-95.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.166
摘要:
研究了一种可循环使用的全装配钢混凝土组合梁，组合梁由预制混凝土楼板和钢梁通过新型剪力连接件(以下简称“紧固件”)组合为一体，紧固件固定于预制楼板的钢导槽上，通过钢梁和预制楼板交界面的摩擦来传递两者之间的剪力。为研究此新型全装配钢混凝土组合梁在静荷载作用下的受弯性能，进行了6组足尺试件在简支条件下的四点弯曲试验。6组试件均为部分剪力连接，包括5组可循环使用全装配钢混凝土组合梁和1组采用栓钉作为剪力连接件的现浇组合梁，主要变化参数为预制混凝土楼板的数量及纯弯段的长度。结果表明：在单调荷载作用下，组合梁表现出一定的组合作用；预制板数量越多，试件的初始刚度越小，但对试件的受弯极限承载力没有明显影响，纯弯段的长度变化对试件的初始刚度和受弯极限承载力均没有明显影响。
研究了一种可循环使用的全装配钢混凝土组合梁，组合梁由预制混凝土楼板和钢梁通过新型剪力连接件(以下简称“紧固件”)组合为一体，紧固件固定于预制楼板的钢导槽上，通过钢梁和预制楼板交界面的摩擦来传递两者之间的剪力。为研究此新型全装配钢混凝土组合梁在静荷载作用下的受弯性能，进行了6组足尺试件在简支条件下的四点弯曲试验。6组试件均为部分剪力连接，包括5组可循环使用全装配钢混凝土组合梁和1组采用栓钉作为剪力连接件的现浇组合梁，主要变化参数为预制混凝土楼板的数量及纯弯段的长度。结果表明：在单调荷载作用下，组合梁表现出一定的组合作用；预制板数量越多，试件的初始刚度越小，但对试件的受弯极限承载力没有明显影响，纯弯段的长度变化对试件的初始刚度和受弯极限承载力均没有明显影响。
2022, 44(4):96-104.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.240
摘要:
提出一种新型模块化钢结构体系，将改进的模块单元间隔布置并通过联肢单元联接，避免叠梁并柱产生的结构冗余。针对新型结构体系的装配特征，提出一种两侧分别为全焊接与全栓接的梁柱节点。开展3根十字形足尺节点试件的拟静力试验，研究节点的抗震性能，分析节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力，探讨竖向拼接螺栓连接方式和核心区柱壁厚度对节点抗震性能的影响规律。结果表明：节点试件左右两侧抗震性能存在差异；联肢侧滞回曲线呈弓形且具有良好的转动能力，模块侧滞回曲线呈梭形但转动能力差；加厚核心区柱壁是提升节点抗震性能的有效手段；竖向拼接采用高强螺栓连接比对穿螺栓连接能更好地提升联肢侧的滞回性能、刚度及耗能能力。
提出一种新型模块化钢结构体系，将改进的模块单元间隔布置并通过联肢单元联接，避免叠梁并柱产生的结构冗余。针对新型结构体系的装配特征，提出一种两侧分别为全焊接与全栓接的梁柱节点。开展3根十字形足尺节点试件的拟静力试验，研究节点的抗震性能，分析节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化和耗能能力，探讨竖向拼接螺栓连接方式和核心区柱壁厚度对节点抗震性能的影响规律。结果表明：节点试件左右两侧抗震性能存在差异；联肢侧滞回曲线呈弓形且具有良好的转动能力，模块侧滞回曲线呈梭形但转动能力差；加厚核心区柱壁是提升节点抗震性能的有效手段；竖向拼接采用高强螺栓连接比对穿螺栓连接能更好地提升联肢侧的滞回性能、刚度及耗能能力。
2022, 44(4):105-112.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.194
摘要:
为研究预制装配式群钉连接件键群数量对剪力键受力特性的影响，开展了单键群及双键群装配式群钉剪力键推出加载试验，对比研究单键群和双键群试件的荷载滑移曲线、破坏形态及抗剪承载力，并结合三键群及四键群试件数值模拟，研究多键群下的装配式剪力键承载力折减效应。研究表明：单键群和双键群剪力键的破坏模式均为栓钉剪断，单键群试件的裂缝数量少于双键群试件；键群间受力不均匀现象随荷载增大逐渐显著，沿高度方向的滑移呈现出下方大上方小的分布规律，界面最小滑移约为最大滑移的67%，呈现出明显的不均匀性；承载力折减效应随着键群数量的增多而增加，双、三、四键群试件相对于单键群试件的折减分别为0.84、0.80、0.72；基于能量法分析了多键群间由于受力不均匀产生的多键群承载力折减效应，提出了多键群装配式剪力键承载力折减系数计算式，该表达式计算结果与有限元计算结果吻合较好。
为研究预制装配式群钉连接件键群数量对剪力键受力特性的影响，开展了单键群及双键群装配式群钉剪力键推出加载试验，对比研究单键群和双键群试件的荷载滑移曲线、破坏形态及抗剪承载力，并结合三键群及四键群试件数值模拟，研究多键群下的装配式剪力键承载力折减效应。研究表明：单键群和双键群剪力键的破坏模式均为栓钉剪断，单键群试件的裂缝数量少于双键群试件；键群间受力不均匀现象随荷载增大逐渐显著，沿高度方向的滑移呈现出下方大上方小的分布规律，界面最小滑移约为最大滑移的67%，呈现出明显的不均匀性；承载力折减效应随着键群数量的增多而增加，双、三、四键群试件相对于单键群试件的折减分别为0.84、0.80、0.72；基于能量法分析了多键群间由于受力不均匀产生的多键群承载力折减效应，提出了多键群装配式剪力键承载力折减系数计算式，该表达式计算结果与有限元计算结果吻合较好。
2022, 44(4):113-123.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.180
摘要:
为系统研究多参数组合对圆形钢筋混凝土桥墩延性抗震性能的影响，建立较可靠的数值分析模型，开展了以墩高(剪跨比)、纵筋率、轴压比、配箍率为因素的四因素三水平圆形钢筋混凝土桥墩拟静力弯曲破坏正交试验，并基于OpenSees纤维模型及等效塑性铰模型对试验桥墩的骨架曲线、滞回性能进行数值分析。结果表明：试验桥墩位移延性为5.3~8.4，等效粘滞阻尼比为0.19~0.29，具有良好的抗震性能；在置信度为0.1的水平下，墩高、纵筋率对极限位移有显著影响，剪跨比、纵筋率对最大侧荷载有显著影响，纵筋率对累计耗能有显著影响，剪跨比、轴压比对等效屈服弯曲刚度有显著影响，且除剪跨比与最大侧向荷载呈负相关关系外，其余均呈正相关关系；数值分析结果与试验结果吻合良好，基于等效塑性铰模型的截面层次及构件层次的数值模拟均可作为钢筋混凝土桥墩抗震性能评估的有效方法。
为系统研究多参数组合对圆形钢筋混凝土桥墩延性抗震性能的影响，建立较可靠的数值分析模型，开展了以墩高(剪跨比)、纵筋率、轴压比、配箍率为因素的四因素三水平圆形钢筋混凝土桥墩拟静力弯曲破坏正交试验，并基于OpenSees纤维模型及等效塑性铰模型对试验桥墩的骨架曲线、滞回性能进行数值分析。结果表明：试验桥墩位移延性为5.3~8.4，等效粘滞阻尼比为0.19~0.29，具有良好的抗震性能；在置信度为0.1的水平下，墩高、纵筋率对极限位移有显著影响，剪跨比、纵筋率对最大侧荷载有显著影响，纵筋率对累计耗能有显著影响，剪跨比、轴压比对等效屈服弯曲刚度有显著影响，且除剪跨比与最大侧向荷载呈负相关关系外，其余均呈正相关关系；数值分析结果与试验结果吻合良好，基于等效塑性铰模型的截面层次及构件层次的数值模拟均可作为钢筋混凝土桥墩抗震性能评估的有效方法。
2022, 44(4):124-132.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.190
摘要:
通过碳纤维增强复合材料(CFRP)布对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)管约束混凝土短柱进行不同方式的加强，制作了12个两两相同的GFRP管约束混凝土短柱试件，研究不同增强模式下GFRP管约束混凝土短柱在单调轴压及重复轴压下的力学性能。分析了试件的破坏模式、承载能力、变形能力、增强效果、应力应变曲线、塑性残余应变与卸载应变的关系以及极限状态。结果表明：3种增强模式下试件的极限承载力均有很大提升；单轴受压试件的应力应变曲线与其在反复受压时的应力应变包络线基本一致；试件加强前后的塑性残余应变和卸载应变均存在线性关系，且在同种增强模式下，随着约束作用的加强，直线的斜率也随之增大。对Lam等提出的FRP约束混凝土加卸载模型进行修正，并对不同增强模式下GFRP管约束混凝土短柱在重复轴压下的卸载路径进行预测，通过与试验结果对比发现，修正后模型与试验结果吻合较好。
通过碳纤维增强复合材料(CFRP)布对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)管约束混凝土短柱进行不同方式的加强，制作了12个两两相同的GFRP管约束混凝土短柱试件，研究不同增强模式下GFRP管约束混凝土短柱在单调轴压及重复轴压下的力学性能。分析了试件的破坏模式、承载能力、变形能力、增强效果、应力应变曲线、塑性残余应变与卸载应变的关系以及极限状态。结果表明：3种增强模式下试件的极限承载力均有很大提升；单轴受压试件的应力应变曲线与其在反复受压时的应力应变包络线基本一致；试件加强前后的塑性残余应变和卸载应变均存在线性关系，且在同种增强模式下，随着约束作用的加强，直线的斜率也随之增大。对Lam等提出的FRP约束混凝土加卸载模型进行修正，并对不同增强模式下GFRP管约束混凝土短柱在重复轴压下的卸载路径进行预测，通过与试验结果对比发现，修正后模型与试验结果吻合较好。
2022, 44(4):133-139.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.004
摘要:
环形截面是工程结构中常见的截面形式，但混凝土环形截面配筋计算存在双重非线性(材料和截面宽度变化的非线性)。《混凝土结构设计规范》中仅给出计算均匀配筋的超越方程组，需编程和迭代求解，不能手算，极为不便。另外，一些环形截面构件(如高桥墩、预制管桩等)长度长、截面尺寸大、钢筋用量大，若采用均匀配筋，中性轴附近钢筋应力小，经济性不好。若采用非对称配筋，将受力钢筋布置在远离中性轴的外围区域，可充分利用混凝土和钢筋强度，提高经济效益。为此，根据混凝土和钢筋的本构关系确定应变变化的范围和边界，从应变出发，利用解析方法由应变求解应力，进而计算内力，不需迭代，最终将计算结果绘制成便于手算配筋的诺谟图，计算快速方便。该方法适用于C50及以下强度混凝土和任意直径大小的环形截面。
环形截面是工程结构中常见的截面形式，但混凝土环形截面配筋计算存在双重非线性(材料和截面宽度变化的非线性)。《混凝土结构设计规范》中仅给出计算均匀配筋的超越方程组，需编程和迭代求解，不能手算，极为不便。另外，一些环形截面构件(如高桥墩、预制管桩等)长度长、截面尺寸大、钢筋用量大，若采用均匀配筋，中性轴附近钢筋应力小，经济性不好。若采用非对称配筋，将受力钢筋布置在远离中性轴的外围区域，可充分利用混凝土和钢筋强度，提高经济效益。为此，根据混凝土和钢筋的本构关系确定应变变化的范围和边界，从应变出发，利用解析方法由应变求解应力，进而计算内力，不需迭代，最终将计算结果绘制成便于手算配筋的诺谟图，计算快速方便。该方法适用于C50及以下强度混凝土和任意直径大小的环形截面。
2022, 44(4):140-148.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.185
摘要:
煤气化废水难降解有机物含量高、毒性大，常规生化处理很难达到理想的处理效果。以煤气化废水生化处理出水为研究对象，采用生物菌剂和促生剂来强化煤气化废水的生化处理效果，探讨生物强化的微生物机制。反复批式实验结果表明，单独投加原油降解菌群对废水的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)去除效果最好，与只投加污泥的空白相比，可使3个实验周期内平均COD去除率提高19.7%；单独投加促生剂能使早期出水COD浓度显著下降，但效果难以维持长久；联合投加原油降解菌群和吐温80，可使30 d内COD平均去除率提高21.5%。微生物生态学分析表明，促生剂和菌剂联合强化对煤气化废水中优势菌属Candidatus Competibacter和Defluviimonas的影响较小，但明显增加了系统中的微生物多样性；在微生物互作关系网中，具有较高权重和紧密中心性的Limnobacter和Gaiella是煤气化废水处理系统中的关键物种；香草醛和香草酸盐降解途径是煤气化废水处理系统中微生物的关键降解途径，推测香草醛或香草酸盐是煤气化废水中多种复杂有机物降解的共同中间体或结构类似物。
煤气化废水难降解有机物含量高、毒性大，常规生化处理很难达到理想的处理效果。以煤气化废水生化处理出水为研究对象，采用生物菌剂和促生剂来强化煤气化废水的生化处理效果，探讨生物强化的微生物机制。反复批式实验结果表明，单独投加原油降解菌群对废水的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)去除效果最好，与只投加污泥的空白相比，可使3个实验周期内平均COD去除率提高19.7%；单独投加促生剂能使早期出水COD浓度显著下降，但效果难以维持长久；联合投加原油降解菌群和吐温80，可使30 d内COD平均去除率提高21.5%。微生物生态学分析表明，促生剂和菌剂联合强化对煤气化废水中优势菌属Candidatus Competibacter和Defluviimonas的影响较小，但明显增加了系统中的微生物多样性；在微生物互作关系网中，具有较高权重和紧密中心性的Limnobacter和Gaiella是煤气化废水处理系统中的关键物种；香草醛和香草酸盐降解途径是煤气化废水处理系统中微生物的关键降解途径，推测香草醛或香草酸盐是煤气化废水中多种复杂有机物降解的共同中间体或结构类似物。
2022, 44(4):149-156.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2020.206
摘要:
针对炼油厂含油废水处理过程中产生的“三泥”处置难题，从大庆油田含油污泥中分离出一株既产表面活性剂又能降解石油烃的菌株GJ，通过形态特征观察、生理生化试验及16S rDNA序列分析，鉴定菌株GJ为希瓦氏菌属(Shewanella sp.)，将菌株GJ应用于浮渣和生化污泥的降解试验，探讨GJ对浮渣和生化污泥的降解动力学。对菌株产物进行提取纯化、薄层层析初步判断、红外光谱分析，证实GJ菌产物为糖脂类表面活性剂。浮渣和生化污泥降解试验中，第7天时菌株GJ对石油烃的降解率最高，分别达到81.11%和83.21%。Logistic生长模型、Luedeking-Piret模型和一级反应动力学模型可以很好地模拟GJ菌体生长、表面活性产物合成和对石油烃的降解过程。初步推断GJ菌以石油烃为碳源，在生长过程中分泌表面活性剂，打破油水界面，增大菌株与石油烃的接触程度，促进GJ菌对石油烃的摄取、代谢并进行自我增殖。
针对炼油厂含油废水处理过程中产生的“三泥”处置难题，从大庆油田含油污泥中分离出一株既产表面活性剂又能降解石油烃的菌株GJ，通过形态特征观察、生理生化试验及16S rDNA序列分析，鉴定菌株GJ为希瓦氏菌属(Shewanella sp.)，将菌株GJ应用于浮渣和生化污泥的降解试验，探讨GJ对浮渣和生化污泥的降解动力学。对菌株产物进行提取纯化、薄层层析初步判断、红外光谱分析，证实GJ菌产物为糖脂类表面活性剂。浮渣和生化污泥降解试验中，第7天时菌株GJ对石油烃的降解率最高，分别达到81.11%和83.21%。Logistic生长模型、Luedeking-Piret模型和一级反应动力学模型可以很好地模拟GJ菌体生长、表面活性产物合成和对石油烃的降解过程。初步推断GJ菌以石油烃为碳源，在生长过程中分泌表面活性剂，打破油水界面，增大菌株与石油烃的接触程度，促进GJ菌对石油烃的摄取、代谢并进行自我增殖。
2022, 44(4):157-166.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.159
摘要:
与常规建筑不同，传染病医院的建设需严格控制其周边风环境与污染物浓度，而当前对其研究还极其匮乏。以长沙市某在建传染病医院为研究背景，利用大尺寸风洞10 m(宽)×3 m(高)对不同热力效应下医疗建筑风环境和污染物扩散进行了详细分析，探究了建筑布局和植被对病区气悬污染物扩散的影响。研究结论表明：在-0.23<Rb<0范围内，热力效应对风廓线影响主要集中在竖向分量，会较大程度影响流场分布的最大值；病区内污染物浓度大小主要受风速影响，当风速较大时，污染物浓度与当地热力效应呈正比关系。而在低风速时，污染物浓度与当地热力效应呈先增长后下降关系，且在Rb=-0.16时达到最大值；改变建筑布局是改善污染物浓度的有效办法，建筑朝向与主导风向一致时有利于污染物的扩散。植被增设在建筑回流区对污染物扩散具有一定促进作用，增设在通风廊道则不利于污染物扩散。
与常规建筑不同，传染病医院的建设需严格控制其周边风环境与污染物浓度，而当前对其研究还极其匮乏。以长沙市某在建传染病医院为研究背景，利用大尺寸风洞10 m(宽)×3 m(高)对不同热力效应下医疗建筑风环境和污染物扩散进行了详细分析，探究了建筑布局和植被对病区气悬污染物扩散的影响。研究结论表明：在-0.23<Rb<0范围内，热力效应对风廓线影响主要集中在竖向分量，会较大程度影响流场分布的最大值；病区内污染物浓度大小主要受风速影响，当风速较大时，污染物浓度与当地热力效应呈正比关系。而在低风速时，污染物浓度与当地热力效应呈先增长后下降关系，且在Rb=-0.16时达到最大值；改变建筑布局是改善污染物浓度的有效办法，建筑朝向与主导风向一致时有利于污染物的扩散。植被增设在建筑回流区对污染物扩散具有一定促进作用，增设在通风廊道则不利于污染物扩散。
2022, 44(4):167-175.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.242
摘要:
长江流域夏季炎热、冬季阴冷，全年高湿，室内热环境恶劣，多样化的空调使用习惯对住宅供暖空调能耗有重要影响。大数据技术发展为更大样本、更高精度、更多维度的空调行为监测提供了基础，弥补了现有研究方法误差大和分类指标单一的不足。选取重庆市作为长江流域典型城市的代表，随机抽取2 000台住宅房间空调器样本，从空调使用时长、温度需求及能耗角度，构建空调运行的5个特征参数，采用多维度聚类算法识别出重庆地区空调使用习惯的典型类别，通过深入分析不同使用习惯类别的特征差异，总结出三类典型群体。
长江流域夏季炎热、冬季阴冷，全年高湿，室内热环境恶劣，多样化的空调使用习惯对住宅供暖空调能耗有重要影响。大数据技术发展为更大样本、更高精度、更多维度的空调行为监测提供了基础，弥补了现有研究方法误差大和分类指标单一的不足。选取重庆市作为长江流域典型城市的代表，随机抽取2 000台住宅房间空调器样本，从空调使用时长、温度需求及能耗角度，构建空调运行的5个特征参数，采用多维度聚类算法识别出重庆地区空调使用习惯的典型类别，通过深入分析不同使用习惯类别的特征差异，总结出三类典型群体。
2022, 44(4):176-184.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.044
摘要:
建筑空调能耗关键变量是所有可能对建筑空调能耗产生影响的变量中起决定性作用的少数变量。关键变量的确定对于常用的两类能耗预测模型(白箱模型和黑箱模型)都非常重要，基于关键变量而非全部变量建立模型可大大简化建模过程但不过度损失模型精度。关键变量的确定是比较复杂的过程，且容易受到初始边界条件的影响。提出1种关键变量通用提取方法，该方法分别对空调负荷相关和系统相关的特征进行分析，采用Morris法和回归法两种敏感性分析方法从初始变量集中提取出关键变量，并基于Python和Eppy开发了关键变量自动提取工具，该工具适用于不同气候区的各类建筑。案例分析结果表明，使用该方法提取的关键变量集可以用少数变量较准确地描述空调能耗变化。
建筑空调能耗关键变量是所有可能对建筑空调能耗产生影响的变量中起决定性作用的少数变量。关键变量的确定对于常用的两类能耗预测模型(白箱模型和黑箱模型)都非常重要，基于关键变量而非全部变量建立模型可大大简化建模过程但不过度损失模型精度。关键变量的确定是比较复杂的过程，且容易受到初始边界条件的影响。提出1种关键变量通用提取方法，该方法分别对空调负荷相关和系统相关的特征进行分析，采用Morris法和回归法两种敏感性分析方法从初始变量集中提取出关键变量，并基于Python和Eppy开发了关键变量自动提取工具，该工具适用于不同气候区的各类建筑。案例分析结果表明，使用该方法提取的关键变量集可以用少数变量较准确地描述空调能耗变化。
2022, 44(4):185-194.
DOI: 10.11835/j.issn.2096-6717.2021.154
摘要:
学生宿舍作为高等院校不可或缺的一部分，具有建筑总面积大、使用率高、建筑总能耗大等特点。现有研究基本上局限于整栋宿舍楼的用电量分析，缺乏对学生宿舍中各个房间用电量的细化分析与研究。以上海某高等院校533间女生宿舍为研究对象，划分4种用电偏好，调研宿舍内学生的空调使用习惯，分析影响学生宿舍用电的相关参数。研究发现，学生的宿舍用电偏好与冬季空调的使用时长有关；回归分析模型显示，同一类型的学生宿舍用电和室外温度具有线性关系。结果表明，通过聚类细分得到的学生用电偏好和室外平均温度是影响学生宿舍用电的重要参数，获取这两个参数的回归方法可以有效掌握学生宿舍的用电情况。
学生宿舍作为高等院校不可或缺的一部分，具有建筑总面积大、使用率高、建筑总能耗大等特点。现有研究基本上局限于整栋宿舍楼的用电量分析，缺乏对学生宿舍中各个房间用电量的细化分析与研究。以上海某高等院校533间女生宿舍为研究对象，划分4种用电偏好，调研宿舍内学生的空调使用习惯，分析影响学生宿舍用电的相关参数。研究发现，学生的宿舍用电偏好与冬季空调的使用时长有关；回归分析模型显示，同一类型的学生宿舍用电和室外温度具有线性关系。结果表明，通过聚类细分得到的学生用电偏好和室外平均温度是影响学生宿舍用电的重要参数，获取这两个参数的回归方法可以有效掌握学生宿舍的用电情况。
