Analytical Solution and Simplified Formula for Added Mass of Horizontal and Vertical Motions of Truncated Cylinders Under Earthquake Action

This paper investigates the hydrodynamic characteristics of floating truncated cylinders undergoing horizontal and vertical motions due to earthquake excitations in the finite water depth.The governing equation of the hydrodynamic pressure acting on the cylinder is derived based on the radiation theory with the inviscid and incompressible assumptions.The governing equation is solved by using the method of separating variables and analytical solutions are obtained by assigning reasonable boundary conditions.The analytical result is validated by a numerical model using the exact artificial boundary simulation of the infinite water.The main variation and distribution characteristics of the hydrodynamic pressure acting on the side and bottom of the cylinder are analyzed for different combinations of wide-height and immersion ratios.The added mass coefficient of the cylinder is calculated by integrating the hydrodynamic pressure and simplified formulas are proposed for engineering applications.The calculation results show that the simplified formulas are in good agreement with the analytical solutions.

充气式橡胶坝的模型试验及有限差分研究

橡胶坝的挡水性能优越,兼具实用性与景观性,被广泛用在城市河流挡水闸坝和溢流坝等领域。充气式橡胶坝相比充水橡胶坝,安装和拆卸更为方便,但目前充气式橡胶坝采用查表法进行粗略设计,过程复杂且存在误差。鉴于此,设计大比尺模型试验测试充气式橡胶坝在充气、挡水条件下的坝袋截面形状和袋体张拉力分布特点。基于有限差分软件建立充气式橡胶坝的力学模型,通过大比尺模型试验和现行设计规范验证了该模型的准确性。分析充气式橡胶坝在挡水过程中横截面几何形状及尺寸、张拉力与上游水位及内部气压之间的关系。结果表明:坝袋宽度B、接地宽度b随上游水位增大呈非线性增加;坝袋高度H、横截面面积A随上游水位增大呈非线性减小。设计工况下,坝袋高度H、横截面面积A随气压增加呈非线性增大,坝袋宽度B、接地宽度b随气压增大呈非线性减小;坝袋张拉力与气压呈正比关系。基于Chapman-Richard曲线模型对设计工况下的几何尺寸、张拉力与内部气压间的关系进行拟合,提出橡胶坝简化设计计算公式,可用于充气式橡胶坝的设计计算。

隧道洞渣制备机制砂的细度模数控制系统研究与应用

隧道洞渣岩石特性多变,成品机制砂细度模数波动大,不利于工程应用。通过理论分析和试验研究等方法,研究了各公称粒径区间占比对细度模数的影响,将0~5.0 mm砂分为0~2.5 mm与2.5~5.0 mm两区间,以《建设用砂》细度模数的计算公式为基础,结合实测数据得出细度模数简化预测公式,并基于该预测公式构建了控制逻辑,实现了细度模数的在线调配与闭环控制。研究结果表明:将0~5.0 mm砂分为0~2.5 mm与2.5~5.0 mm两区间,可推导出细度模数的简化预测公式,通过两区间砂的比值即可快速准确预测细度模数;当细度模数在2.6~2.8之间且调配系数k取2.1时,m3与m2的比值为3.1~4.8,m3与v的比值为78.12~120.96。基于简化预测公式构建的细度模数控制系统,可实现细度模数稳定控制,对隧道洞渣资源化利用有积极作用。

火灾下双钢管混凝土复合短柱的性能与承载力计算方法

为研究双钢管混凝土复合短柱的耐火性能,建立了双钢管混凝土复合短柱精细化数值模型,在类似构件试验成果验证的基础上,开展其高温反应规律和耐火性能影响因素研究;全面分析了内管径厚比、外管径厚比、内外管直径比等参数的影响,以及不同截面组合形式(内圆外圆、内方外圆和内圆外方)双钢管混凝土短柱的耐火极限。基于热传导分析理论推导双钢管混凝土短柱截面的温度场分布公式,并根据有限元模拟结果对公式进行修正;最后基于温度等效原理进一步提出了火灾条件下双钢管混凝土短柱截面温度场的简化计算公式和承载力计算方法。结果表明:双钢管混凝土复合短柱具有较好的耐火性能,在直径不变时增大内钢管的厚度以及在厚度不变时增加内钢管的直径都有利于耐火极限的提高;在荷载作用和含钢率相同的条件下,不同截面组合形式的双钢管混凝土短柱耐火极限相差不大,但总体上双圆钢管混凝土短柱的耐火性能偏优;提出的温度场简化计算公式和基于等效温度的承载力计算方法与有限元结果相对误差都在15%以内。

基于等效线性化隔震结构设计周期折减系数研究

《建筑隔震设计标准》提出的隔震设计是基于复振型分解反应谱等效线性化的一体化直接设计方法,但未提及隔震结构周期折减系数如何取值。基于此,根据刚度串联关系推导等效单自由度隔震体系周期折减系数简化计算公式,探讨隔震结构周期折减系数因素的影响规律,建立不同填充材料、不同填充率的有限元数值模型,并利用数值模拟结果验证隔震结构周期折减系数简化计算公式。结果表明:隔震结构周期折减系数与名义周期比、非隔震结构周期折减系数存在函数关系;墙体开洞与通高墙体的隔震结构的周期折减系数均随着填充率的增大而减小,当填充率相同时,呈现出随填充材料弹性模量增大而减小的趋势,墙体开洞会增大隔震结构周期折减系数,且隔震结构的周期折减系数的取值范围相对较窄,为0.915~0.965;数值有限元模拟与理论结果偏差小于3%,吻合度高,以验证隔震结构周期折减系数简化计算公式的正确性,说明该简化计算方法对隔震工程设计具有一定指导意义。

中空角钢-钢管混凝土叠合柱轴压性能研究

目的研究中空角钢-钢管混凝土叠合柱的轴压性能,给出相应的轴压承载力简化计算公式。方法采用有限元法对叠合构件荷载-应变关系计算,与已有试验数据对比验证;在此基础上,分析叠合构件破坏模态、内力分布以及接触应力等工作机理;以不同材料强度下空心率和含钢率为主要参数分析叠合柱轴压承载力。结果空心率由30%增加至50%和70%时,叠合柱极限承载力分别降低了9.64%和22.69%;含钢率由5.0%增加至6.0%和7.0%时,叠合柱极限承载力分别增大了8.72%和16.21%。引入混凝土强度增强系数k后得到的轴压承载力公式计算结果与有限元结果最大误差为2.8%,简化计算公式可以较好地预测构件轴压承载力。结论中空角钢-钢管混凝土叠合柱具有较好的轴压承载能力,可满足工程应用。

弹簧振子周期公式推导

弹簧振子的周期公式是高中物理简谐运动中的一个重要概念,弹簧振子的周期公式可类比单摆周期公式,公式推导对于记忆是有帮助的,也可以开拓自己的思维,有别于大部分推导需用到大学积分和微分方程,过程较复杂,同时中学生难以理解,本文仅采用高中数学中的椭圆方程和求导即可得到.

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁负弯矩区有效翼缘宽度分析

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁作为一种新型组合梁,其负弯矩区有效翼缘宽度被研究得甚少。为了探索该种新型组合梁负弯矩区有效翼缘宽度的影响因素,在本课题组负弯矩区受弯性能试验研究的基础上,采用有限元软件ABAQUS分析了有效翼缘宽度的变化规律,并针对跨中截面详细研究了荷载类型、宽跨比(b_(f)/L_(0))和高厚比(h/h_(f))对弹性和弹塑性阶段有效翼缘宽度的影响规律。研究结果表明:不同荷载类型下,均布荷载作用下的有效翼缘宽度大于非均布荷载作用下的有效翼缘宽度;当b_(f)/L_(0)<0.40时,有效翼缘宽度系数β近似等于1.00且不随宽跨比变化,当0.40≤b_(f)/L_(0)≤1.00时,β随宽跨比的增大而近似线性减小,弹塑性阶段的β略大于弹性阶段的β,且减小率小于后者;高厚比对有效翼缘宽度的影响可以忽略。基于有限元分析结果,提出了有效翼缘宽度的简化计算公式,并与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的公式进行了对比。对比结果表明:相较于《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的计算结果,本文公式的计算结果与有限元计算结果吻合得更好;规范计算结果与另外2种方法的计算结果差别较大,偏于保守。

基坑开挖引起紧邻建筑物沉降的简化计算方法

提出了一种基坑施工引起紧邻建筑物沉降的简化计算方法,可根据基本工程信息快速推求建构筑物基础沉降。与之前的方法相比,既考虑了基础刚度对沉降的影响,又避免了繁杂的有限元计算。在总结分析地表沉降特征和分布模式的基础上,结合工程经验和数值分析探讨了坑外土体沉降随深度变化规律。根据规律总结出基坑开挖对周边环境影响的分区特征,提出了坑外开挖面深度以上土体沉降分布曲线的简化计算公式。由于建筑物基础刚度远大于周围土体,假设其沉降主要来源于下卧土层变形,即建筑沉降等同于基底埋深处的土体沉降,从而得到了根据土体沉降分布曲线来描述建筑物沉降的简化计算方法。算例分析表明,其计算值与实测值有较好的一致性,可为预测、分析紧邻基坑施工的建筑物沉降提供参考。

钻孔爆破振动速度计算公式及其简化的探讨

针对萨道夫斯基公式不能反映钻孔爆破自由面尺寸影响的不足,提出了可体现自由面面积对爆破震动强度产生较大影响这一特点的钻孔爆破振动速度计算公式.通过人和场隧道掘进爆破的实测数据检验,钻孔爆破振速公式的准确率比萨道夫斯基公式高80%,且对于质点振动速度大于0.5 cm.s-1的测点,其相对误差不超过5%的测点数达90%以上.实测数据检验表明,提出的钻孔爆破振速简化计算公式,明显优于萨道夫斯基公式,且计算简便,更适合于工程应用.

考虑基坑开挖空间效应的邻近建筑物沉降预测方法

通过工程监测数据统计,分析了基坑开挖引起的墙后土体变形特性,再结合建筑物变形响应研究提出了一种考虑空间效应的紧邻基坑建筑物沉降简化算法.重点研究了土体变形空间分布规律,发现可以采用高斯函数对墙后土体变形空间效应进行定量描述,结果表明,基坑短边处变形空间效应不明显,长边上拐角处变形明显小于中部变形.坑后土体可划分为3个区域,不同区域空间效应分布不同,而且建筑物短边刚度对土体变形空间分布影响不大.建筑物沉降简化算法以监测数据统计规律为基础,结合变形空间分布规律可以预测邻近基坑建筑物沉降,通过经验系数γ可将土层性质、周边施工情况等纳入考量,使建筑物沉降预测更为准确.算例分析表明,本文方法计算值与实测值有较好的一致性,可为预测、分析紧邻基坑施工的建筑物沉降提供参考.

肾小球滤过测算公式在慢性肾脏病中的应用评估

目的以肾小球滤过率(GFR)为标准,评价Jelliffe公式、Cockcroft-Gault公式、简化MDRD(modified diet inrenal disease study)公式以及吴锡信公式在评估肾功能损伤中的价值。方法选择180例做GFR测定的非透析患者,以Jelliffe公式、简化MDRD公式及吴锡信公式推算GFR,以Cockcroft-Gault公式推算肌酐清除率,通过方差分析比较各推算值与GFR的差异及相关关系。结果Cockcroft-Gault公式及吴锡信公式推算值均与肾小球滤过率值有显著性差异(P=0.00)。Jelliffe公式、简化MDRD公式推算值仅在GFR<60 ml.min-1.(1.73 m2)-1时与肾小球滤过率无显著性差异,但与GFR相关性不好。结论Cockcroft-Gault公式及吴锡信公式不适用于评价中国人肾功能受损的情况。Jelliffe公式、简化MDRD公式仅在GFR<60 ml.min-1.(1.73 m2)-1时可用于粗略评价中国人肾小球滤过功能受损情况。

一类垂直双层土壤中地网接地电阻的简易计算公式

针对特高压输电系统变电站地网常跨越垂直分层土壤,研究垂直双层土壤中地网接地电阻的工程计算方法。用待求接地电阻与参考电阻的比值以及双层土壤两侧电阻率比值减少参数数量,并通过数据拟合得到这两个比值的函数关系,分析自变量等于1和趋向无穷大对应的地网接地电阻和土壤结构获得函数系数的表达式,将表达式代入函数之后进行化简,得到垂直双层土壤中地网接地电阻的计算式。计算式中包含的参考电阻和辅助电阻都是均匀土壤中地网接地电阻,这两个接地电阻可用IEEE标准或中国电力行业标准的推荐公式代替。与仿真软件相比,所得式不需建立土壤和地网模型,不需要仿真计算电流分布,能简单快捷地计算出接地电阻。通过几个算例分析可知,所得计算式的精度受推荐公式的影响,其精度能满足工程设计的需要。

拼装式桥墩接头的承载能力与滞回特性的试验研究

通过模型试验研究了拼装式双柱桥墩帽梁一柱的插入式接头及新设计的预应力接头的抗震承载能力、滞回特性。在试验的基础上给出了接头极限承载力的简化计算公式，计算结果与模型试验结果吻合较好。并按现行规范对接头进行了抗震验算。

地震作用下建筑物上部楼层倾倒模式安全距离研究

根据地震作用下建筑物上部楼层倾倒时的破坏特点及理论分析,提出建筑物上部楼层倾倒时的倒塌模型。针对此模型进行受力分析及动力学分析,从而推导上部楼层倾倒模式下安全距离计算公式,并采用数据拟合的方法进行简化,得出建筑物倒塌破坏安全距离简化计算表,以便于震后应急道路有效宽度的规划控制。研究表明,简化公式值与理论值最大相对误差为4.38%,平均相对误差为0.76%,均在误差允许范围内。同时,推导出的理论公式与简化公式高度相关,相关系数为0.9999。研究结果可为实际地震中计算建筑物倒塌安全距离提供理论依据,可用于规划分析。

Helmert方差分量估计严密公式与简化公式等价性的证明

在分析了Helmert方差分量估计严密公式与简化公式迭代收敛结果一些统计性质的基础上,导出了关于收敛结果共同的求解方程,从理论上证明了两种结果的等价性,为使用简化公式提供了依据。

对钢筋混凝土剪扭构件承载力计算公式的修正

本文指出《混凝土结构设计规范GB50010—2002》(以下简称《规范》)在计算钢筋混凝土剪扭构件承载力时采用的"三折线"模型过高地估计了混凝土部分的承载力,使得设计偏于危险。通过现有试验数据的分析,本文认为采用直线剪扭相关模型更为安全合理,并在此模型的基础上提出两种修正公式。修正公式一仅在《规范》公式的基础上对混凝土部分的抗扭承载力折减系数进行修正。修正公式二不区分抗扭、抗剪箍筋,具有明确的物理意义,并能返回验算。本文还对两种建议公式与《规范》公式进行了比较,指出:《规范》公式不能满足直线模型的承载力要求,当构件截面面积较大、混凝土强度等级较高时甚至不能满足1/4圆弧模型的承载力要求;在荷载不变的情况下,随着构件截面增大、混凝土强度等级提高,《规范》公式计算结果先是越来越偏于危险,而后又逐渐偏于安全;《规范》计算配箍率不能满足承载力要求,需进行较大辐度地提高。两种建议公式明显安全于《规范》公式,且这两种公式的计算结果相当接近。

实用大空间建筑火灾空气升温经验公式

建立了大空间建筑火灾空气升温过程中温度非定场的简化模型,提出了大空间建筑火灾的空气升温数学模型,在大量数值实验基础上,回归出数学模型中的待定常数,建立了既满足建筑结构有限元分析中对升温的精度要求,又易于被工程技术人员使用的大空间建筑火灾空气升温经验公式。

综合式消力池深度和坎高的计算

研究综合式消力池深度和坎高的简化计算方法以取代试算法。对综合式消力池深度计算的传统公式进行分析,研究其简化计算方法。给出综合式消力池深度和坎高计算的迭代公式和简化计算公式,通过实例验证了公式的正确性。迭代公式和简化计算公式简单,精度高,避免了试算的困难。

求弹塑性位移谱的一种简化方法

为给目前基于性能的抗震设计新思路中主要用于评估结构弹塑性位移反应的Pushover方法提供目标位移的评估工具 ,文章以现行抗震规范的弹性加速度反应谱为基础 ,应用单自由度体系的最大位移与最大加速度的关系 ,计算出抗震体系的弹性最大位移反应 ,又以 1735条实际地震记录作为输入 ,进行大样本数值分析 ,以此为基础 ,得到单自由度体系弹塑性最大位移与弹性最大位移的比值随体系自振周期的变化规律 ,回归得出体系的弹性与弹塑性最大位移比值谱及其计算公式 。