低空封闭连廊的表面风压和整体体型系数

采用刚性模型测压风洞试验研究低空封闭连廊的风压分布和整体体型系数,分析连廊4个表面测点的体型系数和非高斯分布特性,研究连廊整体体型系数随风向角和连廊长度的变化,给出低空封闭连廊的正迎风整体体型系数和角度风分配系数,基于极值分析方法给出连廊的全风向极值风压系数,最后给出连廊抗风设计的建议值.研究表明,低空封闭连廊在正吹情况下背风面的体型系数约为-1.04~-0.86,绝对值均大于规范中方柱的-0.6,导致连廊的整体体型系数大于规范中方柱的1.4,30 m长低空封闭连廊的整体阻力系数为1.61;正吹情况下连廊中间截面的整体体型系数大于其他截面,正吹风向角的整体体型系数大于其他风向角,连廊越长正迎风整体体型系数越大;在正吹情况下,连廊迎风面风压主要为高斯分布,其他表面主要为非高斯分布;给出正迎风整体体型系数和角度风分配系数以用于低空封闭连廊主体结构的抗风设计.

基于VR看房及网络大数据的住宅活荷载建模

活荷载取值是建筑结构可靠性设计的基础,样本采集又是荷载建模的关键。针对传统的抽样采集、入户称重的研究方式存在的入户难、称重难、效率低和样本少等问题,提出了基于网络房产中介平台开放的全景虚拟(virtual reality,VR)看房方式及网络大数据研究住宅持久性活荷载的方式。首先,利用VR看房获得房间尺寸、室内物品类型及数量等数据,再通过网络爬虫从互联网大数据资源中获得物品重量,实现非称重方式的活荷载调查。采用该方法调查了9座城市的4676个住宅房间样本(总面积近75000m2),通过数据统计分析与荷载组合得到了住宅活荷载标准值,并与现行规范建议值进行了对比。结果表明,任意时点持久性活荷载标准差显著增大,不同城市活荷载变动时间均值不同且整体呈现下降趋势。VR系统结合网络大数据可以实现高效、便捷的住宅活荷载调查,形成一种全新的活荷载研究方式。

海上单桩基础风机土体阻尼校核与预测方法研究

对长期承受动荷载作用的海上风机而言,土体阻尼是影响其疲劳寿命的重要因素之一,不同学者对其考虑方式尚未统一,同时土体阻尼的输入和校核结果间存在一定差异.针对这一问题,本文以江苏黄海某风机工程项目为依托,在ABAQUS软件中建立单桩基础式海上风机有限元计算模型,设计了包含风机结构壁厚、基础埋深、结构密度及土体阻尼等因素的系列计算方案,采用自由振动分析对土体阻尼输入与校核间差异性进行系统研究,并设计正交试验采用极差分析方法进行各因素的影响权重分析,在此基础上基于多参数非线性回归分析提出了综合拟合公式,并给出相应土体校核阻尼预测方法.结果表明:风机土体阻尼校核结果远小于其输入值,仅为后者的2%~15%;校核阻尼与风机结构壁厚、结构密度呈正相关关系,与基础埋深呈负相关关系,但当基础埋深达到8倍桩径后,则基本不再影响校核结果;以上各因素并非线性独立,三者共同作用决定土体阻尼校核结果,其中结构壁厚影响最为显著,其次为结构密度,最后为基础埋深;本文提出的以结构壁厚与校核结果间幂函数为基础的拟合经验公式,其拟合精度良好,可有效模拟各因素与校核阻尼间的关系,同时可为同类型风机土体阻尼校核预测提供数学基础.

考虑尺寸效应影响的钢筋混凝土构件纯扭承载力计算方法

近年来,钢筋混凝土构件的抗扭设计问题受到了广泛关注,现行的设计规范是基于小尺寸试件的试验数据外推而来,并未考虑尺寸效应的影响,对大尺寸试件承载力预测值的安全度有待商榷。对比分析国内外规范中RC构件纯扭承载力计算方法公式,基于钢筋混凝土柱纯扭加载三维细观数值模拟结果,总结钢筋混凝土柱名义抗扭强度尺寸效应规律,建立可定量反映配箍率影响的名义抗扭强度尺寸效应律公式;通过引入尺寸效应系数αh建立考虑结构尺寸效应影响的钢筋混凝土构件纯扭承载力建议预测公式,并将αh分为3个区域,综合考虑结构设计的安全性和经济性,从而保证大尺寸试件承载力预测值的安全度;通过与90个试验数据的对比,证明修正公式能有效提高大尺寸试件承载力预测值的安全储备。

既有RC变截面柱加固前后的力学性能

针对变截面柱加层改造处存在的外力损伤、混凝土强度变低等问题,采用增大截面法、CFRP包裹法及粘钢加固法对构件进行加固并分析其受力性能。结果表明:增大截面法、CFRP加固法及粘钢加固法使原构件轴压承载力分别提升了113%、128%、112%,使侧压承载力分别提升了105%和192%及154%,但在周期荷载作用下粘钢加固法具有较大优势;增大截面法适用于提升变截面柱轴压承载力,CFRP加固适用于提升侧压承载力及轴压承载力,但两者均不适用于提升变截面柱抗震能力。而粘钢加固法相较于前两种方法均具有普适性。

并列切角方柱风致干扰效应的大涡模拟研究

针对并列切角高层建筑间的干扰影响问题,本文采用大涡模拟方法研究雷诺数22 000的均匀流场下并列切角(切角率10%)方柱的干扰效应。基于模型的网格收敛性分析及模型准确性验证,对比分析不同间距比下并列切角方柱的气动干扰效应和流场分布,并探寻风压干扰效应的影响规律和形成机理。结果表明:对于并列切角方柱,平均阻力系数主要呈放大效应,脉动升力系数主要呈减小效应。在并列切角方柱处于小间距(B/L=1.2)时,由于风与壁面的相互作用,产生风压力,风压力与方柱表面力叠加,对正压区域产生加强效果,表现为放大效应,对负压区域进行削弱,出现减小效应;当B/L=1.5时,结构干扰最剧烈,其中相邻立面后流场的切角处放大效明显,干扰因子最大值为2.58;当B/L≥4.0时,除相邻立面外的其他立面与切角干扰效应趋于消失;当B/L=8.0时,相邻立面仍然存在28%的放大效应。

基于有限元分析的单榀变截面门式刚架稳定性研究

某门式钢结构厂房进行建筑改造,需对原结构进行稳定性分析。应用ABAQUS软件对某单榀变截面H型钢门式刚架进行了线性屈曲、非线性屈曲以及粘钢加固的分析研究。对改造前结构进行屈曲分析,得到屈曲模态以及荷载-位移曲线。结果表明:刚梁易发生Y轴方向的扭转破坏;结构施加几种微初始缺陷对承载能力影响不大;在结构材料应力达到屈服应力时,荷载系数均小于1.0,结构发生失稳破坏。对梁上下翼缘粘贴钢板以及梁柱节点处全焊接加劲板进行加固补强,将加固前后的荷载-位移曲线、结构应力云图进行对比得到:当结构材料的应力达到屈服应力时,所施加初始缺陷为0 mm时,结构加固后的荷载系数相比加固前提升了61%;当初始缺陷为50 mm时,加固后结构的荷载系数相比加固前提升了52%,且加固后结构荷载系数均大于1.0,梁的应力情况得到明显改善,并且结构的跨中挠度满足规范要求。

格构式钢管输电塔架的体型系数和雷诺数效应

采用天平测力风洞试验获得亚临界范围钢管塔架的体型系数,研究塔架体型系数随密实度的变化特征,基于规范数据拟合体型系数从亚临界到超临界条件下的雷诺数折算系数,基于试验结果开展塔架体型系数与规范值的对比.试验结果表明,相同密实度下横担的体型系数大于塔身,其原因为横担杆件长细比以及杆件前后的等效间距比均较大;在亚临界条件下塔身体型系数试验值与JEC-TR-00007—2015、DL/T 5551—2018和GB 50009—2012规范值接近,而横担体型系数大于各国规范值;亚临界和超临界条件下各国规范的钢管塔架体型系数随着密实度ϕ的增加而降低,使用最小二乘法拟合获得雷诺数折算系数为0.63+0.72ϕ;在超临界条件下,塔身的体型系数与DL/T 5551—2018、GB 50009—2012规范结果接近,横担的体型系数与IEC 60826—2017和ASCE MOP 74—2020规范结果接近.

SMA碟簧群的循环受压性能及简化模型

该研究提出将多个形状记忆合金(SMA)碟簧片并联排列形成碟簧组,然后在碟簧组间加入垫片分隔、串联排列形成碟簧群,以提供更高的承载力及变形能力。采用有限元软件ABAQUS建立了一系列SMA碟簧群的三维精细化有限元模型,并进行非线性循环受压分析。结果表明:与钢碟簧的“三角形”荷载-位移曲线相比,SMA碟簧群的荷载-位移曲线呈现鲜明的“旗帜形”特性,具有明显的正向及反向转变平台。随着碟簧片数的增加,碟簧组的总可恢复变形量基本不变,极限承载力及割线刚度近似成比例增加,而随着碟簧组数的增加,碟簧群的总可恢复变形量增加,极限承载力不变,割线刚度近似成比例降低。因此,可根据碟簧群总极限承载力及变形能力的需要,灵活调整碟簧片及碟簧组的数量及布置方式。碟簧组的各层碟簧片由于边界条件不同,应力分布存在明显差异,而变形量亦呈现两端大中间小的哑铃形分布模式,其中加载端碟簧片变形量最大,若超过极限变形量可能发生翻转失效,值得注意。提出了SMA碟簧群的简化模型,通过简化及精细模型的非线性循环受压分析,发现该简化模型的循环受压荷载-位移曲线与精细模型吻合良好,而计算效率提高约38倍。将SMA碟簧群应用于自复位NZ梁柱节点中,并对自复位钢框架进行了验证性的滞回分析。结果表明:采用SMA碟簧群的自复位钢框架最大侧移为4%时可完全复位,且二次刚度相比采用预应力钢绞线的传统自复位钢框架提高近100%,极限承载力提高70%。

半刚接钢框架内填实体RC墙结构的地震易损性能评估

为评估半刚接钢框架内填实体RC墙结构(PSRCW)的地震易损性能及倒塌储备能力,考虑层数和抗震设防烈度影响合理设计了4个PSRCW结构基准算例,采用Latin超立方抽样方法考虑型钢、混凝土、钢筋等材料力学性能及内填RC墙体厚度几何尺寸的随机性,拓展为4组共计160个PSRCW算例.通过合理选取40条汶川地区实测地震记录,与每组40个PSRCW结构样本随机组合,构成了4组40个地震-结构样本对,通过弹塑性时程分析方法确定了PSRCW结构在“弹性极限”“完全运行”“运行”“生命安全”“接近倒塌”“倒塌”性态下的地震易损性曲线,并进行了抗震性能评估,量化了PSRCW结构的倒塌储备能力.分析结果表明:PSRCW结构的倒塌安全储备系数在3.0~4.3之间,具有良好的抗地震倒塌能力.

大跨屋盖结构风荷载分布特性技术研究

现代建筑行业背景下,客观上促进了我国建筑工程领域内大跨屋盖结构的发展,并在多年发展中形成了多样性的形式,有着跨度大、自重轻、几何外形复杂的特点,属于风敏感结构。同时,针对大跨屋盖结构的周边风场绕流进行分析,同样伴随着复杂性特点,这使得大跨屋盖结构中往往容易出现旋涡脱落、再附、分离、气流撞击等问题,一般适用于拟定常假设,且在大跨屋盖结构表面风荷载特性进行描述的过程中同样不适用来流风荷载特性。因此,要求面对大跨屋盖结构的表面风荷载特性做好更深入地分析考量,对大跨屋盖结构的真实风荷载描述模型进行建立,在模型的导向下完成抗风设计。实践中,可对CFD数值模拟方式进行应用,提高分析研究结果的精准性。

重复荷载作用下再生混凝土与钢筋间粘结滑移性能试验研究

再生骨料混凝土作为新型建筑材料,因其环保绿色、节约资源的特性受到市场青睐。为了掌控再生骨料钢筋混凝土结构的稳定性和安全性,探明再生骨料取代率对钢筋与混凝土之间的粘结滑移性能的影响,制作3种不同取代率(0、50%及100%)再生粗骨料混凝土中心拉拔试件,以普通混凝土单调加载峰值荷载的30%、50%、70%为最大幅值,通过拉压力转换设备分别对试件进行了重复加载的拉拔试验研究。结果表明,钢筋与混凝土之间的平均粘结强度随着再生骨料取代率的增大而呈减小趋势。

某单箱三室连续梁桥静载试验研究

为测试某单箱三室连续梁桥整体受力特点,检验桥跨结构的承载能力、结构变形是否满足在正常使用状态下的设计要求,通过Midas/Civil对该桥进行有限元分析,并进行了静载试验研究,测试在静载试验下,各控制截面的应变状态和整体挠度,试验结果表明,各控制截面应变与挠度值实测结果与理论结果基本一致,且与之对应的校验系数在规定范围内,该桥强度和刚度均满足设计要求,桥跨结构的承载能力、结构变形在正常使用状态下均符合设计要求;在加载试验前后,对测试截面附近进行了裂缝观测,没有发现新增裂缝,试验桥跨结构承载力满足设计荷载标准要求。

超大型塔机风载荷受桥塔干扰的影响研究

为研究超大型塔机风载荷受桥塔干扰的影响,利用CFD仿真软件对桥塔周边的风场进行了仿真计算,对比分析了超大型塔机附近风场在桥塔干扰前后的变化趋势。通过提取塔机区域的风速大小,并与标准风剖面进行对比,得到了不同风向角下桥塔对超大型塔机风载荷的干扰系数。研究结果表明,在桥梁施工过程中,塔机附着在桥塔上其风场会受到桥塔等大型建筑物的干扰,其干扰系数受桥塔建筑结构及风向角度的影响;桥塔对塔机所受风载荷的作用可以是加强或者减弱,塔机处于桥塔上游位置时,所受风载荷减弱,处于桥塔下游位置时,受峡管效应的局部区域得到加强,受遮挡的局部区域风载荷得到减弱;当风向角为135°~180°时,塔机受到的干扰最强烈,风速增大系数在1.1~1.4之间。

基于激光扫描和形貌等效的行道树风荷载模拟

行道树风荷载的准确模拟是对其开展风致失效模式分析以及加固处置的先决条件.为精确模拟行道树的风荷载,提出一种基于三维(three dimensional,3D)激光扫描与树冠形貌等效融合的典型行道树风荷载数值模拟方法,对典型行道树的风致失效模式进行了探讨.首先通过移动式3D激光扫描建立山茶树和南洋楹两种行道树的点云模型,并采用树冠形貌等效方法构建了两种行道树数值分析模型;然后探讨等效建模方法中模型尺寸随风速变化的折减规律;最后分析行道树模型在不同等级风速作用下的风振响应特性和失效模式.研究表明,基于3D激光扫描和树冠形貌等效的行道树风荷载模拟方法可准确模拟行道树风荷载特性,行道树顺风向阻力模拟值与试验值的误差在5%以内;树木破坏形态以弯曲破坏为主,且树木各级枝干初始破坏呈现出3级枝条、2级枝条、1级枝条和主干的顺序特征,但在风速较大时则出现主干或重要枝干破坏先于次要枝干的现象.本研究提出的树冠形貌等效的行道树风荷载模拟方法精确性良好,对城市行道树风致易损性分析以及城市绿化系统的防灾减灾规划具有重要指导意义.

骨架膜装配式节点设计与承载力分析

提出的骨架膜结构装配式节点具有构造简单、预制程度高、便于现场装配、可以调节消减加工误差、适应各种形状的骨架膜结构、传力清晰等特点。基于Hertz接触理论分析了该节点的关键承载结构——销轴连接的应力分布形式并与有限元分析相互印证。基于有限元分析得出了该节点中杆件与耳板最佳的连接方式,对该节点的三维模型进行简化并建立有限元模型,计算了该节点的极限承载能力,得到其破坏形式并与同规格的空间相贯焊接钢管节点进行对比。结果表明:该装配式节点的失效由下弦杆控制,满足“强节点,弱杆件”的设计要求;该装配式节点的极限承载能力为设计荷载的2.95倍,与同规格的空间相贯焊接钢管节点几乎相同,有充足的安全余量,可以更加灵活地应用于各种建筑结构中。

钢管混凝土输电塔地震易损性研究

钢管混凝土输电塔,由于混凝土与钢管相互作用,使得其地震易损性不同于普通混凝土输电塔。为了对比研究它们的地震易损性区别,从材料本构模型层面考虑钢管与核心混凝土的相互作用,使用有限元软件OpenSees建立钢管混凝土输电塔模型,对其进行结构响应分析,并进一步采用增量动力分析方法绘制输电塔在多遇、设防、罕遇和极罕遇地震时的易损性曲线,定量分析出地震的第一周期谱加速度对于钢管混凝土输电塔失效概率的影响,同时与普通输电塔的地震易损性结果进行对比。研究结果表明:钢管混凝土输电塔在多遇、设防、罕遇、极罕遇地震作用下均不易发生严重破坏和倒塌,钢管混凝土输电塔出现倒塌时的Sa(T1)多位于1.0g~1.4g;随着地震强度的增加,钢管混凝土输电塔相较于普通输电塔的抗震性能更差。

地震作用下散粮楼房仓仓壁动态侧压力分析

地震作用下贮料对仓壁产生的动态侧压力是影响散粮楼房仓结构安全的一个重要因素。为此,该研究设计制作了缩尺比例为1:25的三层楼房仓试验模型,进行了3条地震波下不同加载等级的振动台试验,分析获得了贮料地震反应特性、仓壁动态侧压力变化规律及超压系数,提出了仓壁动态侧压力计算方法。研究表明:不同楼层同一高度处仓壁动态侧压力达到峰值的时间不同步,沿楼房仓高度方向逐步滞后,且其均滞后于对应楼层仓壁加速度峰值时刻;各楼层仓壁动态侧压力逐层增大,每升高一层,增大约29%,且同一楼层的仓壁动态侧压力沿高度逐渐增大,仓壁上部、中部动态侧压力分别是下部的2.5倍、1.4倍;一、二、三层的超压系数最大值依次为2.9、3.4、4.1,且均位于每层仓壁上部位置;通过试验结果验证了所提出的仓壁动态侧压力计算方法的有效性;散粮楼房仓结构抗震设计,应考虑仓壁动态侧压力的影响与不同楼层的差异性。研究成果可为散粮楼房仓的抗震设计提供参考。

内孤立波作用下缓波形立管动力特性研究

我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,基于向量式有限元梁单元编制Fortran计算程序。分析不同入射角内孤立波作用下立管的位移极值、张力及弯矩变化趋势,并比较缓波形立管与简单钢悬链立管在内孤立波作用下的动力特性。结果表明:内孤立波作用下,缓波形钢悬链立管会有较大的位移响应,特别是顶部悬垂段会有较大的水平位移;缓波形立管比简单钢悬链立管有更显著的张力变化幅值,有更加复杂的弯矩变化趋势。

结合传递比与栈式自编码器的结构损伤识别

如何从土木结构响应数据中挖掘损伤特征并有效分类,是实现损伤模式识别的关键。为此,以框架结构为分析对象,搭建设有自编码器隐藏层和Softmax分类层的栈式自编码器网络,采用无监督联合有监督的混合学习机制;基于有限元分析获取框架不同工况下的传递比函数值,构建训练集、验证集和测试集样本;通过预训练确定自编码器隐藏层的参数值如权重和偏置值,避免网络出现过拟合;采用微调方式进一步调整预训练后的网络参数值,再结合验证集实现对网络超参数的调整;将实测传递比数据输入网络,实现对框架节点损伤的评估。结果表明:所提方法能有效进行损伤特征的提取和分类,准确识别框架节点的单、双损伤工况,相较于传统浅层神经网络具有更高的识别准确度和更好的抗噪性。