地震作用下变截面钢管混凝土单桩动力响应

为了探讨桥梁位于软弱土层时,地震作用下变截面钢管混凝土桩基的动力响应,以翔安大桥为工程背景,利用FLAC3D有限元软件建立地震作用下桩-岩土体-钢管耦合作用的数值模型,研究在不同强度的地震作用下变截面钢管混凝土单桩和变截面普通混凝土单桩桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩的动力响应差异.结果表明:变截面钢管混凝土单桩在地震作用下的桩身加速度、加速度放大系数、桩身位移最大值和桩身弯矩变化规律均同变截面普通混凝土单桩类似,但钢管使桩身加速度放大系数降低、桩基抵抗侧向变形能力和抗弯承载力提高.因此,钢管可以显著提升地震作用下桩基的抵抗变形能力和承载力.

液化场地大直径变截面单桩动力响应研究

为研究不同地震动强度下液化场地大直径变截面单桩的动力响应规律,基于振动台试验,选取5010波,在地震动强度0.10g~0.45g作用下,研究液化场地砂土孔压比和大直径变截面单桩桩顶水平位移、桩身弯矩、桩身加速度时程响应及桩基损伤等变化规律.试验结果表明:饱和砂土孔压比随着地震动强度的增大上升明显,地震动强度≥0.30g时,饱和砂土孔压比稳定值在0.9附近,此时砂土完全液化;在0.45g地震动强度作用下,桩身加速度、桩顶水平位移及桩身弯矩均达到最大;桩身不同位置处加速度峰值出现时刻均滞后于输入地震波加速度峰值出现时刻,且桩顶及变截面的加速度响应比桩端的响应更弱;不同地震动强度作用下,桩身弯矩最大值均出现在液化土层和非液化土层分界处,且变截面处弯矩小于土层分界面处;地震动强度达到0.30g时,大直径变截面单桩桩身发生损伤.因此,液化场地下大直径变截面桥梁单桩基础抗震设计时,应该重点考虑饱和砂土层分界处、变截面处的抗弯能力,以确保单桩桩身强度满足抗震要求.

思政元素融入混凝土结构课程的教学设计--以单筋矩形截面梁承载力设计为例

土木工程专业的课程思政设计是实现专业课程与思政课同步前行的重要举措,也是培养社会主义合格建设者和可靠接班人的重要途径。混凝土结构系列课程在土木工程专业课程体系中占据重要的地位,因此,在对课程教学背景和学情分析的基础上,以单筋矩形截面梁承载力设计知识单元为例,基于OBE理念,将思政元素融入教学设计,从课程目标、课程内容、教学过程设计、教学方法设计及教学实施方面,探讨如何合理、科学地将思政元素引入课程教学设计的各个环节,不仅解决专业教育和思政教育“两张皮”问题,且对学生的自主学习能力和学习热情起到积极的促进作用,另外对其他专业课具有引领和示范作用。

工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁受弯性能影响的试验研究

为了研究工艺孔对大截面部分包覆钢-混凝土组合梁(大截面PEC梁)受弯性能的影响,对5根不同构造的大截面PEC梁进行了静力试验,研究了两点加载下主次梁腹板开洞方式对大截面PEC梁试件受弯性能、延性、破坏模式等的影响规律。结果表明:静力荷载作用下,各个试件均表现出良好的延性,腹部开孔对试件承载力和截面刚度有一定的削弱作用。型钢主钢件的应变与混凝土的应变沿截面高度方向均大致呈线性变化,符合平截面假定。按《部分包覆钢-混凝土组合结构技术规程》(T/CECS 719—2020)计算得到的开工艺孔的大截面PEC梁抗弯承载力与试验值误差较小,受尺寸效应影响不大,所采用计算公式安全可靠。

黄土地基阶梯型截面桩承载模型试验与计算

为研究黄土地基阶梯型截面桩的荷载传递机理,通过室内模型试验与有限元计算,分析阶梯型截面桩竖向静荷载下的桩身轴力、桩侧摩阻力、桩顶沉降和桩身不同深度荷载分担比,并探索了变径比对其工作性能的影响,并对其进行优化设计。结果表明:在相同荷载下,阶梯型截面桩的桩顶沉降明显小于等截面桩,当变径比在0.8~0.9时,沉降控制效果最佳,其材料利用率最高;若二者极限承载力相同时,阶梯型截面桩的最高材料利用率为等截面桩的1.06倍。阶梯型截面桩为摩擦型桩,变截面位置土体对桩体具有支承作用,其变径处底面土体能承担部分桩顶荷载。桩侧能够分担更多桩顶荷载,减轻桩端土体承载,当变径比在0.8~0.9时,侧摩阻力发挥程度更高。在桩体用料相同时,与等截面桩相比,阶梯型截面桩能大幅度提高承载能力。

中等跨径钢板组合梁截面布置优化

为了实现钢板组合梁的标准化设计,达到进一步推广应用的目的,以跨径30 m的先简支后桥面连续钢板组合梁桥为研究对象,结合目前中国钢-混组合梁桥的设计规范,以全桥造价及全桥钢材用量为目标函数,以钢板组合梁截面尺寸布置参数和主梁数量为设计变量,并以应力、变形、局部稳定和规范构造要求为约束条件,建立钢板组合梁截面参数的优化模型,并采用遗传算法展开优化分析.优化结果表明:所提算法稳定可靠、效率高,依托工程的结构截面布置有较大的优化空间.当桥宽和车道布置不变时,采用6梁式截面的全桥造价最少,相对原始设计截面可节省约13%的费用;采用4梁式截面的全桥钢材用量最少,为128.65 kg/m^(2),相对原始设计截面可节省约27%的钢材用量.优化结果可为中等跨径钢板组合梁桥的截面设计提供参考.通过经济性分析发现,当主梁间距分别取约2.3、3.2、4.8 m时,跨高比的经济取值分别为20~23、18~21、14~17.

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。

超材料天线罩雷达散射截面特性分析

以超材料为代表的新技术迅速崛起,大大推进了天线罩的技术进步,与往常天线罩不同的是,超材料天线罩改进了天线系统的散射特性。多年来,人们注重于天线罩的传输特性而忽略了散射特性研究,一方面原因是控制天线罩的散射性能的需求不甚迫切,另一方面原因则是准确分析耗时费力,难度很大,特别是电大尺寸的天线罩的散射特性几乎无法精确计算。虽然高频光学近似在分析天线罩传输特性方面,精度较高,基本满足设计需求,但是在分析天线罩散射特性方面,偏差较大,很难满足设计需求。针对超材料天线罩雷达散射特性分析需求,文中首先分析比较了不同方法对于介质天线罩雷达散射截面(RCS)的计算结果的差别,分析了产生的原因,采用特征模型结合全波分析方法,计算了超材料天线罩散射特性,并与测试结果进行了比较,仿真和试验结果的包络符合较好,验证了在天线罩中采取吸收措施能明显降低其RCS,可供超材料天线罩设计师参考。

粘铝合金板加固RC梁抗弯性能试验及正截面承载力

为了探讨铝合金板厚度与端部U形铝合金箍板构造对RC梁破坏机理及抗弯性能的影响,对16根铝合金板加固RC梁进行了4点弯曲静力加载试验。在试验梁底铝合金板的表面以及试验梁跨中截面的顶面、侧面粘贴应变片,在试验梁底跨中、梁顶两端支座布置百分表。为了推导铝合金板加固RC梁的正截面承载力计算式,基于试验得到的破坏机理,通过引入6个基本假定,分析了5种不同破坏模式的相对受压区高度。建立了各破坏模式下铝合金板加固RC梁的正截面承载力计算式,并将其与引入文献中的试验结果进行了对比分析。结果表明:试件破坏形态包括适筋破坏、端部铝合金板与结构胶剥离、端部铝合金板与梁剥离及中部铝合金板剥离4种情况;当端部设置U形铝合金箍板时,可有效抑制端部铝合金板发生剥离,使钢筋与铝合金板的材料性能得到充分发挥,试件承载力与延性明显提升;当铝合金板厚度分别为2~6 mm时,试件承载力随铝合金板厚度的增加而提高;端部设置U形铝合金箍板可有效防止端部铝合金板发生剥离,但试件仍可能会出现中部铝合金板剥离现象;当试件出现适筋破坏特征时,试件抗弯承载力的计算值与试验值比值均在1以下。本研究所提计算式具有明显的规律性和适用性,可为工程实际设计提供参考。

火灾下活性粉末混凝土梁斜截面承载性能研究

为探明火灾下活性粉末混凝土(Receative power concrete,RPC)梁斜截面承载性能退化规律,设计制作了六根RPC简支梁试件,开展了恒载下ISO834标准火灾试验,获得了时间-位移曲线、荷载-位移曲线、内部温度变化、裂缝开展、破坏形态、高温爆裂等数据,分析了剪跨比、荷载水平、配箍率、纵筋配筋率对火灾下RPC梁斜截面承载性能的影响规律。结果表明:剪跨比、荷载水平是影响RPC梁斜截面耐火极限的关键因素,剪跨比由2.5增至3.5,荷载水平由0.25增至0.45,RPC梁耐火极限可降低30 min以上;配箍率对RPC梁的斜截面承载力和耐火极限影响显著;纵筋配筋率对RPC梁耐火极限影响甚微。火灾高温、爆裂削弱了RPC梁的斜截面承载性能,爆裂导致内部材料直接受火,加速其力学性能劣化,使梁斜截面承载力降低33.5%以上。该研究可为火灾下RPC梁斜截面承载安全及火灾后加固修复提供参考。

幂函数形式连续变截面梁振动的弯曲固有频率分析

为给变截面变幅杆弯曲振动提供设计依据,该文使用微分方程解析法求解变截面梁固有频率。首先,建立变截面梁模型,其中截面面积和惯性矩均按幂次函数变化。得到变截面梁自由振动时挠度的解析表达式,并获得不同边界条件下梁弯曲振动的固有频率方程。其中惯性矩所对应幂指数与截面面积的幂指数的差值为4时,可得自振频率方程的精确形式;而幂指数差值不等于4时,给出近似解法。其次,对4种具体的变截面梁求解不同边界下的自振频率,并与瑞利-里兹法所得的自振频率解比较。验证精确解法结果的正确性,并发现近似解法结果的相对偏差在5%以内。该解析方法较瑞利-里兹法具有能快速求解的特点,且易于分析截面参数对梁固有频率的影响。由算例可得,边界和其他参数不变时,梁的同阶次无量纲自振频率随着幂次指数的增加而增加。几何参数中仅截面形状参数改变时,随着形状参数的增加,梁的同阶次无量纲自振频率随之减小,但固定-自由梁的第1阶自振频率除外。

双自由度D形截面柱体流致振动的二维数值模拟

本文研究了D形截面柱体在顺流向和横流向两个自由度下的流致振动特性,迎流角为90°,质量比为2.6,雷诺数为370~3685,应用RANS方程采用SST k-ω湍流模型和Newmark-β法求解水流运动和柱体运动,入口流速采用匀加速法,检验了数值模型的网格和时间步长敏感性,并与相关文献的实验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性。基于计算结果,系统分析了D形截面柱体的振幅、振动频率、水动力系数、尾涡脱落模式,以及平均位置偏移情况。结果表明,双自由度D形截面柱体在约化速度为8~14的区间内表现为涡激振动-驰振模式,尾涡多为2S和S+2S交替脱落,双自由度振幅比单自由度有显著的增大。升力主要偏向截面的直线边一侧,且升力出现了多个倍频。横流向和顺流向平均偏移量最大都可达到一倍特征长度以上。

震陷场地变截面单桩动力特性与损伤评价

为探明震陷场地变截面单桩动力响应特性与损伤状况,以翔安大桥为工程背景,基于大型振动台试验,开展了0.10g~0.45g地震动强度下变截面单桩动力响应特性的研究,评价分析了变截面单桩损伤程度。结果表明:受桩周软弱土层震陷特性的影响,变截面单桩桩顶水平位移动力响应、桩身加速度动力响应及桩身弯矩动力响应均随地震动强度增大呈增大趋势,桩基基频逐渐减小;变截面单桩弯矩最大值出现在震陷土层分界处,地震动强度为0.30g时,超过了其抗弯承载力;地震动强度为0.20g时,变截面单桩桩顶水平位移、桩身加速度、桩身弯矩显著增大,桩基基频突降。基于系统损伤理论,震陷场地变截面单桩损伤状况分为稳定阶段、加剧损伤阶段、塑性破坏阶段共3个阶段。试验结束后,变截面位置处产生弯曲塑性破坏。

Ⅱ型截面双层组合梁摩擦型螺栓连接节点弯矩分配系数

为探究Ⅱ型截面双层组合梁摩擦型螺栓连接节点翼缘和腹板的弯矩比,通过对3种腹板螺栓布置形式的Ⅱ型截面双层组合梁连接节点接触面滑移特征和力学传递机理的分析,进行Ⅱ型截面组合梁螺栓连接节点弯矩分配系数研究。结果表明:组合梁摩擦型螺栓连接节点滑移和力学传力过程可分为翼缘外接触面未完全滑移和完全滑移以及翼缘内接触面完全滑移3个阶段;组合梁摩擦型螺栓连接节点接触面承担弯矩与无连接板截面弯矩之和等于该梁截面处的理论弯矩,腹板接触面承担的弯矩主要由其上的水平摩擦力承担;摩擦型螺栓连接节点接触面上的摩擦力随节点滑移而重新分配,腹板螺栓布置形式对连接节点弯矩分配系数影响明显;根据推出的组合梁摩擦型螺栓连接节点的弯矩分配系数计算式所得结果与数值模拟结果吻合良好,最大误差为7.13%,该计算可用于优化螺栓连接设计。

考虑衬砌截面协调变形约束的既有隧道受盾构下穿施工影响的Fourier能量变分解

目前关于新建盾构开挖诱发既有地铁隧道变形的理论研究,大多将既有隧道简化为不含接头的Euler-Bernoulli梁,而忽视了衬砌截面的剪切变形与管片接头的局部刚度削弱。此外,既有地基模型理论较少考虑衬砌管片与接触土体的协调变形约束。首先,采用Loganathan-Polous公式计算盾构开挖诱发的土体自由位移场,并将既有隧道视为考虑剪切变形的Timoshenko梁,基于沿轴线变化的抗弯与剪切刚度函数来描述管片接头的局部削弱作用;然后,结合能量变分原理与连续弹性体Mindlin解,建立考虑衬砌截面协同变形约束的隧道位移控制方程,将盾构开挖诱发的附加荷载施加于既有隧道,并使用Fourier级数方法求解既有隧道纵向变形;最后,将Fourier能量变分解与3组工程实测数据进行对比验证,取得了较好的一致性。此外,考虑隧道抗弯刚度、剪切刚度、接头刚度削弱作用、土体参数与隧道空间位置等因素的共同影响,使用抗弯系数、剪切系数及接头系数进行敏感性分析。结果表明,考虑截面变形协调约束的理论解更为符合实际,不考虑变形协调约束所得隧道位移结果偏大;衬砌接头局部刚度的削弱作用将造成隧道弯矩沿轴线在接头处发生明显锯齿状突变;抗弯系数与剪切系数的增长均导致隧道结构所受弯矩降低;剪切系数由低到高的增长将导致隧道变形模式发生“弯曲控制-弯剪混合-剪切控制”三阶段变化;隧道变形模式进入“剪切控制”阶段的过程中,抗弯刚度的变化对隧道内力影响逐渐降低;接头系数的增长将造成隧道所受弯矩降低,但隧道抗弯刚度较大时其影响逐渐减弱。

震陷土层变化下变截面单、群桩动力响应差异

为研究地震动作用下震陷土层厚度不同时大直径变截面单桩与群桩基础的动力响应差异,依托厦门第二东通道翔安大桥,通过振动台模型试验,开展震陷土层厚度30、40、50 cm时,单桩与群桩基础桩周土震陷量、桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩动力响应差异研究.结果表明:随着震陷层厚度增大,单桩与群桩基础桩周土震陷量、桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩均逐渐增大,且加速度及弯矩在变截面处突变;同一震陷层厚度下,群桩基础桩周土震陷量较单桩大,但群桩基础加速度、桩顶水平位移及桩身弯矩均小于单桩.震陷场地桩基础设计时,应着重考虑变截面单桩与群桩动力响应差异,保证桩基础抗震性能.

单轴对称截面轴压构件弯扭失稳换算长细比的一般计算式

单轴对称截面轴压构件弯扭失稳的换算长细比是计算其极限荷载的重要参数。基于单轴对称截面轴压构件弯扭失稳的平衡微分方程,采用Galerkin法推导了4种边界约束条件弯扭失稳临界荷载的一元二次方程,并进一步得到了基于荷载比、双长细比的弯扭失稳换算长细比理论式。基于理论式,分别对比了我国现行标准GB 50017—2017中双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳的换算长细比,揭示了其中存在的问题;提出了新的双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳换算长细比的计算式,并与理论式的计算结果进行对比。结果表明,对于不同边界约束条件的轴压构件,其弯扭失稳临界荷载或换算长细比的形式不尽相同;相较于GB 50017—2017中的公式,所建议的双角钢组合T形截面轴压构件扭转失稳、弯扭失稳的换算长细比具有更高的精度,且适用于4种边界约束条件和115个等边双角钢组合T形截面、71个长肢相并的不等边双角钢组合T形截面和71个短肢相并的不等边双角钢组合T形截面。

具有尖锐吸收截面和显著增强电场的等离激元-光子混合谐振腔

研究了由二维光子晶体微腔和金纳米天线组成的等离激元-光子混合谐振腔中光学谐振腔对等离激元谐振腔的额外贡献。研究结果表明:与纯等离激元谐振腔相比,混合体系的吸收截面和电场强度均明显增强。特别地,混合谐振腔的吸收截面谱呈现出类Fano线形和尖峰,可以通过改变金纳米天线的数量或金纳米天线与光子晶体微腔之间的共振波长失谐进行调制。此外,混合谐振腔的电场增强因子比金纳米天线高出3个数量级。可为光热探测和光谱增强研究提供新的平台。

质量比对D形截面柱体流致振动的影响

利用涡激振动进行海流能收集的VIVACE装置是新能源领域的研究热点.应用FLUENT软件采用k-ωSST湍流模型和Newmark-β法,通过数值模拟探究了四个质量比(2,5,7和10)在迎流角90°下D形截面柱体的流致振动响应,系统分析了D形截面柱体在横流向上的振动幅值、频率、平衡位置偏移量、尾涡脱落模式以及能量转化效率.所模拟的雷诺数范围为288~2880,对应的约化速度为2~20.结果表明,质量比对D形截面柱体流致振动的影响明显,质量比会改变D形截面柱体流致振动的响应分支.质量比越大,D形截面柱体进入驰振对应的约化速度越低;质量比增大,D形截面柱体平衡位置偏移量相对减小.随着约化速度的增大,D形截面柱体出现了涡激振动、涡激振动-驰振及完全驰振等响应分支.在所模拟的范围内,D形截面柱体高能量转化效率出现在涡激振动分支,而不是在驰振分支;在质量比为10且约化速度为4.5时,一级能量转化效率达到最大值44%.相关研究可为VIVACE装置的振子选型提供参考.