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2012年&29卷&12期
娟 李庆斌 卿龙邦 管俊峰
基于细观结构统计特征的混凝土几何代表体尺寸研究
该文在对混凝土细观结构统计特征深入研究的基础上，基于粗骨料含量、平均粒径、细度模数三个量的统计特征分析，给出了混凝土几何代表体的定义。利用体素的概念，提出了混凝土几何代表体尺寸的确定方法。以一级配混凝土为例，采用该文方法计算得到了基于细观结构的几何代表体尺寸。进一步分析了骨料级配、骨料体积含量等因素对混凝土几何代表体尺寸的影响规律，研究结果表明：随着骨料体积含量的增加，混凝土几何代表体尺寸呈下降趋势；在粗骨料体积含量达到40%以后，几何代表体尺寸变化幅度较小；一级配混凝土的几何代表体尺寸与最大骨料粒径的比值大于二级配混凝土的相应值。该文工作为混凝土细观机理研究、细观数值计算样本的选取等提供参考。
2012&Vol. 29&(12):&1-6
翁振江 尹凌峰 单
双向荷载下单层平面索网结构静力解析方法：控制方程组与对数解
单层平面索网玻璃幕墙结构主要承受面内均布恒载和法向风荷载。本系列研究将恒载和风载均等效为均布静载，以形成考虑幕墙恒载影响的单层平面索网结构的解析方法。该文基于连续化理论和在两个方向综合应用两种不同单索理论的思路，首次建立了考虑面内竖向恒载影响的单层平面索网结构静力平衡方程和适用于该类结构的变形协调方程；并阐述了竖向恒载影响挠曲变形的规律，建立系统科学的基本解析理论。根据单根横索和竖索的变形特性构造了含待定系数的挠曲面假定函数，并应用迦辽金法确定这些待定系数，给出了轮流迭代修正的求解方法。算例证明：该文解析方法得到的结果与有限元法吻合较好，最大挠度及位置的精度尤为突出，具有较强的工程应用价值。
2012&Vol. 29&(12):&7-14,21
朝 肖仪清 滕
军 欧进萍 陈宜言
基于超越阈值概率的行人风环境数值评估
大尺度的建筑物和密集的建筑群都会对其周边的风环境造成较大的影响，并可能引起行人风环境问题。首先阐述了行人风环境评估的超越阈值概率方法，提出了综合考虑平均风和阵风影响的行人风环境评估标准；其次，结合某半开敞式的大跨空间建筑，统计了该地区风速气象观测资料并估计了概率参数；再次，使用计算流体力学数值风洞技术，获得了8个风向下的风场分布；最后，给出了场地全风向超越不舒适风速阈值的概率分布图，评价了该建筑的行人风环境。结果表明：该文所述方法能够给出复杂建筑的行人不舒适度和危险度详实评估结果。
2012&Vol. 29&(12):&15-21
数字图像相关法测量聚碳酸酯板应力强度因子
本文以数字图像相关方法测量了聚碳酸酯板的张开型应力强度因子（SIF）。实验过程中以聚碳酸酯标准紧凑拉伸式样为样本，由数字图像相关（DIC）方法提取不同载荷下裂纹附近的全场位移。在已计算得到全场位移的情况下，由线弹性断裂理论可知，弹性区域内每一点位移可表示为SIF的函数。在计算SIF时考虑了实验中不可避免存在的刚体平移与转动的影响，应力强度因子、刚体平移与转动可由最小二乘法计算得到；还讨论了位移场的选择及位移展开项项数对SIF的影响。实验结果与理论值进行了比较，结果显示DIC方法准确地测量了聚碳酸酯板的应力强度因子，因此DIC为测量SIF提供了一种有效的试验方法。
2012&Vol. 29&(12):&22-27,39
萌 李旭东 张
辉 吴东流 刘
基于锁相红外热成像技术对铝合金铆接结构件疲劳极限的快速测定
该文将锁相红外热成像技术应用到2A12铝合金材料制成的铆接结构试件疲劳极限的快速测定上，将锁相红外热成像技术获得的结果与现有的该种材料在不同应力集中系数和应力比下疲劳极限试验数据进行插值得到的结果进行了对比，并与通过传统的阶梯法获得的试验结果进行了对比，验证了对于过盈量不大的普通铆接结构件来说，可以将锁相红外热成像技术应用到疲劳危险点处于多轴应力状态的金属铆接结构试件疲劳极限的快速测定上。
2012&Vol. 29&(12):&28-33
陈星烨 唐雪松
均匀热流下导热裂纹II型温度应力强度因子的解析解
研究含中心裂纹无限大板受远场均匀热流作用，热流密度方向与裂纹有一夹角的情况。当垂直于裂纹面方向有定量热流穿过裂纹时，采用复变函数理论，得出了温度、应力与位移场解析解。利用位移单值条件，确定出温度应力强度因子的解析表达式。针对铝合金LY12材料进行了数值计算，研究了裂纹导热情况与热流方向对温度场及温度应力强度因子的影响。研究表明：该文给定的温度边界条件下，只产生Ⅱ型温度应力强度因子，不产生Ⅰ型温度应力强度因子。热荷载可等效为一个远场均匀作用的剪应力。Ⅱ型温度应力场取决于热流密度沿垂直裂纹面方向的分量，平行于裂纹方向的热流分量对温度应力场没有影响。
2012&Vol. 29&(12):&34-39
马秀腾 罗书强
非完整系统动力学仿真?1方法研究
方法是一种直接时间积分算法，主要用于结构动力学仿真时运动方程的求解，方程形式为二阶常微分方程(ODEs)。对于非完整系统动力学仿真，从微分-代数方程(DAEs)的角度看，系统的运动方程是二阶DAEs。基于此，提出非完整系统仿真的 方法，也就是数值求解指标-2的运动方程&DAEs的新算法。通过对双轮机器人 方法仿真结果与DASSL和Radau5算法结果的比较，验证新算法的有效性。数值实验也说明 方法求解非完整系统DAEs时具有2阶精度。
2012&Vol. 29&(12):&40-44
刘淑红 李延强 沈英明
含椭圆孔压电材料的电弹场
采用复变函数的方法，研究了含椭圆孔的压电材料在无限远处受力电荷载作用的平面问题。与已有文献不同，通过求解10元一次方程，得到了满足可导通和不可导通电边界条件，孔内和压电材料体内电弹场的通解。以PZT一4压电陶瓷为例，给出了孔内的电场、压电材料体内电弹场沿孔边和坐标轴向的分布情况。得出了以下新的结论：含椭圆孔压电材料的电弹场与边界条件、力电荷载的方向、椭圆孔的形状有关，但在水平方向的拉伸载荷和电位移的作用下，椭圆孔的形状对长半轴处的环向电位移和正应力的最大值没有影响。
2012&Vol. 29&(12):&45-50
单源随机向量及其在随机分析中的应用
受正交展开思想的启发，定义了单源随机向量，证明了该文提出的单源随机向量的独立性，并就单源随机向量在随机分析中的应用进行了阐述，算例计算表明了这种单源分析方法的有效性。用单源随机向量表达复杂的随机系统，仅需1个基本随机变量，这对大幅减少随机分析的难度和计算量有重要意义，对基于相关理论的随机分析，如随机结构、随机场、随机过程以及复合随机问题，该方法都有应用价值。随机系统用单源随机向量模拟以后，相应的分析方法还有待进一步深入研究。
2012&Vol. 29&(12):&51-55
面内弯矩作用下弯管应力高次解
该文采用应变分析和能量法得出了面内弯矩作用下弯管环向和轴向应力的解析解，并提出了高次解的求解方法。该方法的计算结果与其他各种解析解的结果进行比较表明：该文提出的方法能得到更精确的结果，并适用于所有弯曲系数的弯管。该方法可用于计算弯管在面内闭合弯矩和面内张开弯矩下的应力。
2012&Vol. 29&(12):&56-63
土木工程学科
聂建国 胡红松
简支槽形梁考虑空间受力的理论解
该文在综合考虑槽形梁的整体弯曲、局部弯曲、剪力滞效应和主梁扭转作用的基础上，用势能驻值原理导出了简支槽形梁在均布荷载作用下的解析解。通过与有限元计算结果的对比，验证了理论解的正确性和适用性。通过算例分析发现：随着高宽比或宽跨比的增大，局部弯曲对道床板纵向正应力的贡献增大；算例采用的截面尺寸剪力滞效应非常明显，槽形梁的宽跨比对道床板的有效宽度系数影响显著；是否考虑主梁扭转对最终的计算结果影响不大。
2012&Vol. 29&(12):&64-71
杜修力 金 浏
考虑过渡区界面影响的混凝土宏观力学性质研究
混凝土材料的宏观力学特性及破坏机理由其细观组分来决定，界面过渡区是影响混凝土断裂破坏路径及宏观力学特性的重要因素。认为界面过渡区是区别于远处砂浆基质的一层含较高孔隙率的近场砂浆材料，采用&两步等效法&得到了混凝土细观单元的等效本构关系模型。最后基于细观单元等效化方法分析了在单轴拉伸、单轴压缩及弯拉载荷条件下混凝土试件的破坏过程及宏观力学性质，探讨了界面过渡区对混凝土力学特性的影响，并与随机骨料模型分析结果进行了对比。结果表明：界面相的存在对混凝土的弹性模量、强度及残余强度等力学性质有很大影响，在对混凝土宏观力学特性及细观断裂破坏过程进行研究时不可忽略其影响。
2012&Vol. 29&(12):&72-79
颖 翟长海 谢礼立
节点对RC框架结构抗连续倒塌能力影响研究
为了解节点对结构抗连续倒塌能力的影响，使用按照我国规范设计的RC框架结构对该问题进行了研究。对比了考虑节点影响和不考虑节点影响两种情况下的分析结果，发现节点对结构抗连续倒塌能力影响不能忽略，考虑节点影响后位移反应增大，结构抗连续倒塌的承载力会明显降低。该文同时对锚固在节点区的梁柱钢筋直径和强度、节点区剪切变形、节点区混凝土抗压强度等指标进行了参数分析，分析结果表明锚固在节点区的梁柱钢筋直径和强度对结构抗连续倒塌能力影响显著，而节点区剪切变形和混凝土抗压强度对结构抗倒塌能力基本无影响。此外，研究了考虑节点影响时结构构件的破坏模式，分析结果表明按我国规范设计的RC框架结构在连续倒塌过程中构件仍以弯曲破坏为主，并没有发现构件出现剪切破坏。研究结论为RC框架结构抗连续倒塌设计和加固提供了参考依据。
2012&Vol. 29&(12):&80-87
枫 李正良 范文亮
基于单变量分析的自适应响应面法
由于简便易行，响应面法在结构可靠度分析中获得了众多关注，其中尤以不考虑交叉项的二次响应面应用最为广泛。然而，对于与强非线性相对应的复杂极限状态曲面，二次响应面的近似精度显然不够，从而引起可靠度估计的较大误差。虽然理论上高次响应面法可以解决这一问题，但待定系数的急剧增长导致计算效率降低甚至无法实现。为此，该文以多变量函数的单变量分析为基础，提出了一种合理确定高次响应面形式的算法，可以有效地减少响应面中待定系数的数量，降低了计算的困难，并且针对可能出现的问题提出了改进措施；此外，基于数论选点策略，发展了一类适用于响应面法的数论选点方案。最后，通过算例分析对建议算法进行验证，结果表明该算法具有较好的精度和效率。
2012&Vol. 29&(12):&88-94
罗素蓉 晁鹏飞 郑建岚
自密实混凝土拉压徐变比较试验研究
对32根梁式自密实混凝土试件进行三点弯曲持续加载，对测得梁体受拉区和受压区应变数据进行累加，得到自密实混凝土受拉徐变的发展特征曲线，并得到自密实混凝土梁拉压徐变比；研究了自密实混凝土养护龄期、水胶比和粉煤灰掺量对拉压徐变度比值的影响。通过试验结果的分析得到：无论是开放状态还是密封状态下，自密实混凝土拉伸徐变都略小于压缩徐变，除拉压基本徐变比随粉煤灰掺量的增大略微增加外，拉伸徐变与压缩徐变的比值随着养护龄期、水胶比和粉煤灰掺量的增大而减小；最后拟合得到拉压徐变比值的计算式，为工程应用提供一定的参考。
2012&Vol. 29&(12):&95-100
夏超逸 雷俊卿 张
撞击荷载作用下高速铁路桥梁的动力响应及列车运行安全分析
建立了&列车-桥梁-撞击荷载&系统动力分析模型，通过在松花江大桥进行的现场试验，得到了流冰撞击力时程，施加到桥墩上作为系统的激励。编制了分析程序，以高速铁路5&32m预应力混凝土简支单线箱梁桥为算例，通过计算机模拟，对流冰撞击作用下桥梁结构的动力响应及桥上高速列车的运行安全问题进行了研究。分析了在有流冰、无流冰撞击作用两种情况下，桥梁结构关键部位的位移和加速度响应，以及桥上高速运行列车的车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标。计算结果表明：流冰撞击作用对桥梁结构以及高速列车的动力特性具有较大的影响，撞击作用使桥梁和车辆的动力响应大幅度增大。当流冰撞击荷载峰值达到4000kN时，车辆减载率已经超过了0.6的限值。撞击荷载作为一项特殊的作用力，在高速铁路桥梁的动力设计中应予以重视。
2012&Vol. 29&(12):&101-107,120
肖洪天 王炳军 岳中琦
非均匀荷载作用下层状岩体矩形裂隙力学特性分析
该文采用已发展的层状材料基本解对偶边界元方法，分析了层状裂隙岩体的力学特性。在分析无限域层状岩体中裂隙时，该对偶边界元方法退化为间断位移法。在建议的间断位移法中，只需沿裂隙一个面离散，采用9结点等参单元和非连续单元离散裂隙面。采用建议方法计算了作用有非均匀荷载矩形裂隙的间断位移。利用裂隙尖端附近的间断位移值，计算了应力强度因子。给出不同岩性组合情形时矩形裂隙应力强度因子的分布规律。
2012&Vol. 29&(12):&108-113
李永乐 董世赋 臧
大跨度公轨两用悬索桥风-车-桥耦合振动及抗风行车准则研究
将风、车、桥三者作为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统，基于风-车-桥系统空间耦合分析模型，以一大跨度公轨两用悬索桥为例，采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS(Bridge Analysis System)分析了风荷载作用下桥梁和车辆的动力响应，讨论了风速、车速及轨道交通布置方式等因素的影响；同时，基于合理的列车运行安全性和舒适性评价指标，对列车通过该桥时的走行安全性与舒适性进行了分析，得出了该悬索桥的抗风行车准则：当风速小于20m/s时，车速可达设计车速80km/h；当风速介于20m/s和25m/s之间时，车速不能大于60km/h；当风速大于25m/s时，应封闭轨道交通。
2012&Vol. 29&(12):&114-120
基于盲源分离的钢筋混凝土梁非线性振动特性分析
将盲源分离技术应用于结构非线性振动特性分析，在小波软阈值去噪的基础上，用二阶统计量盲辨识(SOBI)算法从结构的振动信号中分离出第一阶振动分量，然后利用Hilbert变换得到频率与振幅的关系。在数值仿真算例的基础上，采用钢筋混凝土简支梁和预应力箱梁的试验数据，验证了在分析结构非线性振动特性时，盲源分离技术抗噪性好，比短时傅氏变换更易操作。结果表明：在较小损伤的情况下，利用非线性振动特性识别结构损伤程度，有时比由基于线性振动的模态识别得到的结构频率改变的方式更可靠。
2012&Vol. 29&(12):&121-126
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基于分形理论的人工挖孔嵌岩桩承载特性分析
嵌岩长桩的承载性能主要取决于桩-岩接触面的剪切强度。基于岩体结构面强度的研究方法，引入分形维数描述的两相接触介质粗糙表面的抗剪强度公式，建立了以分维数表示的嵌岩桩侧摩阻力传递模型，求得了弹性条件下的桩侧摩阻力及桩身轴力的解析式。基于所获得的解答，深入地探讨了分形维数D对桩侧摩阻力?、桩身轴力P及桩端荷载分担比Pb/Pd的影响规律。研究表明：同等条件下一定范围内粗糙分维值D越大，桩侧摩阻力在桩身上部分布越集中，荷载传递深度越小，桩端荷载分担比Pb/Pd也越小；长径比l/d越小，桩端荷载分担比越大，反之越小。工程算例对比分析表明：理论计算与实测结果吻合较好，对嵌岩桩设计有一定参考价值。
2012&Vol. 29&(12):&127-133
赵俊钊 陈务军 付功义 朱红飞
充气膜结构零应力态求解
充气膜结构分析全过程包括9个状态和7个分析过程，零应力态是结构分析与设计的基础，将结构数值分析态和实际物理态有机联系起来。该文首次提出了一种从弹性平衡态到零应力态的逆解析数值分析方法，非线性协调矩阵广义逆法。首先，用膜线单元模拟膜面，将膜结构转化成为网格结构，由弹性平衡态预张力和材料参数，计算膜线无应力长度和伸长量；然后，基于杆系结构平衡矩阵理论和小变形假定，建立体系的协调方程，由协调矩阵M-P广义逆求解节点位移，逆向叠加求出新状态位形。根据新位形计算膜线张力向量和节点不平衡力向量，迭代求解零应力态。根据该算法，用MATLAB编制了计算程序。算例分析验证了该方法的正确性和高效性。该文对充气膜结构设计具有重要理论意义和实际指导价值。
2012&Vol. 29&(12):&134-140
开孔深梁压杆-拉杆模型构造
深梁是受力较为复杂的构件，特别是开孔深梁的传力机制还有待进一步研究。采用优化的方法构造深梁的压杆-拉杆模型是近年来研究的新思路，该文选择寻优能力较强的拓扑优化方法&&遗传演化结构优化算法，建立能反映开孔深梁真实传力机理的压杆-拉杆模型，以一个对称开洞的简支梁为例，计算了孔洞的大小不同、位置不同时的压杆-拉杆模型，并与经典的优化设计准则Michell准则比较来验证压杆-拉杆模型的合理性。另外，以一个偏洞口深梁为例，讨论不同荷载作用下开孔深梁的压杆-拉杆模型，该文的研究证明遗传演化算法可方便地构造开孔深梁的压杆-拉杆模型，其所建立的模型能为工程设计提供有益的参考。
2012&Vol. 29&(12):&141-146
任铮钺 王立久 孙治国
建筑模网混凝土墙体抗震试验研究与有限元分析
为研究建筑模网混凝土这种新型免模板组合结构体系的抗震性能，该文首先进行了6个模网混凝土矮墙体和3个模网混凝土高墙体试件的抗震拟静力试验，研究了这种新型墙体的破坏过程和破坏形态、滞回特性、承载力和变形能力等。在此基础上建立了模网混凝土墙体的非线性有限元模型，并进行了墙体受力全过程的模拟分析。研究表明：模网混凝土墙体的破坏过程与普通混凝土墙体基本相似，6个矮墙体试件均发生剪切破坏，而3个高墙体试件则分别发生弯曲破坏和纵筋粘结破坏。模网混凝土矮墙表现出较好的抗剪能力，但变形能力略低于普通钢筋混凝土墙体，发生弯曲破坏的高墙体试件表现出较好的变形能力，而含有纵筋搭接的试件变形能力偏低。所建立的有限元模型可较好的模拟试件至中度破坏阶段的滞回曲线、破坏过程和破坏形态。
2012&Vol. 29&(12):&147-155
王广勇 刘广伟 李玉梅
火灾下型钢混凝土平面框架的破坏机理
该文利用梁单元建立了型钢混凝土平面框架耐火性能分析的有限元计算模型，有限元模型得到了构件试验结果的验证。利用建立的有限元模型，对局部火灾下型钢混凝土平面框架的破坏机理和破坏形态进行了分析。研究表明：火灾下型钢混凝土平面框架出现了三种典型的破坏形态，即内柱破坏导致的框架破坏、边柱破坏导致的框架破坏以及混合破坏形态；火灾分布位置及破坏时梁内轴力是影响框架破坏形式的关键因素。
2012&Vol. 29&(12):&156-162，169
韩建新 李术才 李树忱 仝兴华 汪
贯穿裂隙岩体锚固方向优化的模型研究
隧道等地下工程开挖后，围岩会产生许多贯穿裂隙，为保持围岩的稳定，通常需要对围岩进行锚杆加固，而锚固方法的好坏对锚固效果有着直接影响。基于库仑强度准则，利用 坐标面上的岩石和裂隙面强度曲线的位置关系，建立了贯穿裂隙岩体强度和破坏方式的确定方法。在此基础上，以锚固后岩体的抗压强度为目标函数，以锚固角度为变量，建立了锚固后贯穿裂隙岩体的抗压强度与锚杆安装角度之间的函数关系，得出了贯穿裂隙岩体抗压强度最大时的锚固角度，提出了贯穿裂隙岩体锚固方向优化的基本方法。
2012&Vol. 29&(12):&163-169
斌 邵旭东 曹君辉
正交异性钢桥面疲劳开裂研究
正交异性钢桥面板的钢结构桥梁在车辆荷载作用下易出现疲劳开裂，为了解决这一问题，该文采用在正交异性钢桥面板上设置薄层RPC (Reactive-Powder-Concrete)超高性能混凝土层，将钢桥面转变成组合桥面，从而提高了桥面刚度，能有效改善结构受力状态，且不会增加桥梁上恒载重量。通过对某大桥的计算分析表明：采用组合桥面后，车辆荷载作用下的钢桥面应力大幅度下降。钢桥面疲劳敏感点处的拉应力降幅达到71.32%~72.39%，大幅度的提高了钢桥面的抗疲劳寿命；薄层RPC面板的高强度和高韧性，完全能满足组合桥面的最大拉应力10.08MPa的强度要求，成为钢桥面上的永久结构层，可以大幅度降低钢桥面板的开裂风险。
2012&Vol. 29&(12):&170-174
寇海磊 张明义 张吉坤
层状粘性土及砂土地基中静力压桩连续贯入的数值模拟
总结分析了软硬交互层状土中静压桩沉桩阻力的变化规律。为了使ABAQUS模拟层状土地基，特别是既有粘性土层又有砂土层的层状地基中静压桩贯入，分段采用不同本构关系模型，即在粘性土层中采用修正剑桥模型，砂土层中采用扩展D-P模型。同时，采用多项措施对层状土地基土体初始应力进行平衡。结合工程实例，模拟计算了不同土层性质差异明显、软土中有硬土夹层的层状土中静压桩连续贯入过程，得出了贯入过程中沉桩阻力随深度变化曲线，反映了通过硬土层时桩周应力和沉桩阻力的突变现象，与实测资料较吻合。研究结果有助于静压桩沉桩可能性分析以及挤土效应分析。
2012&Vol. 29&(12):&175-181
刘玉涛 李成辉 王
Ⅰ型双块式无砟轨道传力杆受力研究
随着我国高速铁路的不断发展，Ⅰ型双块式无砟轨道结构得到了广泛应用。由于Ⅰ型双块式无砟轨道是连续结构，当铺设在温度变化较大的线路上时，会出现严重的开裂和上拱问题。为了适应兰新二线大温度跨度、大温差的线路条件，考虑将道床板断开为单元板，并在伸缩缝处设置传力杆，以保证轨道结构竖向和横向的稳定性。该文主要用有限元法计算不同传力杆数目时轨道结构的应力和变形，来研究传力杆的力学性能并确定传力杆最佳数目，最终建议传力杆数目不少于4根。
2012&Vol. 29&(12):&182-185
史艳莉 王文达 靳
考虑墙体作用的低层冷弯薄壁型钢轻型房屋住宅体系弹塑性动力分析
低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系的抗震性能是进行该类结构推广应用的关键。该文基于ANSYS软件建立了该类结构体系的数值模型，在考虑冷弯薄型钢构件及门窗洞口加强与否、考虑组合墙体作用与否等情况下，分别进行了设防烈度为7度时常遇地震下的静力分析和弹性时程分析和设防烈度分别为7度、8度和9度时罕遇地震下的弹塑性时程分析。结果表明：常遇地震作用时结构弹性层间位移由风荷载控制，罕遇地震作用下结构弹塑性层间侧移则由地震作用控制；是否考虑组合墙体及墙面板材料特性对结构承载力、变形及抗震性能影响显著。在设防烈度分别为7度、8度和9度时的罕遇地震作用下，考虑组合墙体时结构最大弹塑性层间位移角可满足现行抗震规范(GB)要求，双面OSB墙面板且角柱进行加强时抗震性能最好。该文结果可为进一步进行此类结构体系的抗震性能研究及应用提供参考。
2012&Vol. 29&(12):&186-195
瑾 姚忠达 王英杰
轨道梁在磁浮列车以共振速度通过时动力响应分析
该文研究了高速磁浮列车运行引起的轨道梁动力响应问题。采用模态综合技术建立了梁墩体系模型，推导了高速磁浮列车轨道梁运动方程，运用迭代技术求解了列车轨道梁系统动力学方程，计算分析了高速磁浮列车通过24m简支轨道梁引起的动力响应，结果表明：随着运行速度提高，轨道梁动力响应相应提高，在350km/h左右存在一阶二次谐波共振；当列车运行速度超过400km/h时，轨道梁和列车动力响应将被显着放大，为避免轨道梁出现一阶一次共振现象，在设计上，应使轨道梁的一阶自振频率远高于磁浮列车与轨道梁的特征频率(即设计速度与车长比值)。
2012&Vol. 29&(12):&196-203
周春圣 李克非
再生骨料影响混凝土渗透性的数值模拟
出于环境保护及经济方面的考虑，再生骨料在混凝土生产中得到越来越多的应用。混凝土可认为是由天然或再生骨料、多孔基体和界面过渡区三相组成的复合材料。基于随机骨料结构生成算法，建立了三相混凝土数值模型并应用于气体渗透性的分析。对于混凝土二维数值模型的稳态渗透问题，应用有限单元法求解压力场，并基于压力-流量的宏观等效关系计算混凝土材料的总体渗透率。数值分析结果表明：1) 总体渗透率随过渡区厚度及其相对渗透率的增加而非线性地增长；2) 由于骨料的存在而导致的稀释效应及曲折度效应是影响混凝土总体渗透性的两个重要因素；3) 再生骨料渗透率对混凝土宏观渗透率的影响呈&S&形曲线的关系。出于控制回收骨料混凝土渗透性能的考虑，回收骨料的渗透率最好比砂浆基体的渗透率低一个数量级，同时回收骨料的掺量也需要合理选择确定。
2012&Vol. 29&(12):&204-210
汶川地震竖向地震动特征初步分析
选择国家强震动台网中心发布的日汶川地震四川、甘肃、陕西等地台站中的94组加速度记录进行了处理，提取了一些主要地震动参数，应用统计分析方法重点对地震动竖向与水平峰值加速度比、竖向与水平加速度反应谱及竖向与水平卓越周期比等进行了研究。结果表明：竖向与水平峰值加速度比的平均值为0.58，但约30%台站的峰值加速度比大于2/3；竖向与水平峰值加速度比随震中距的增大减小，近震区该比值离散性较大，场地条件对该比值也有较大的影响；在周期0~6s内竖向与水平加速度反应谱比曲线总体呈马鞍形；不同的周期段，竖向加速度反应谱和水平加速度反应谱的谱形有较大差异，相比水平加速度反应谱，竖向加速度反应谱偏&瘦&；除少数台站外，绝大部分台站竖向与水平卓越周期比均小于1.0，该比值随震中距的增大而增大，并逐渐趋于平缓。上述研究结果可以为时程分析选取竖向地震动输入提供参考。
2012&Vol. 29&(12):&211-219
王新泉 陈永辉 张世民 齐昌广 陈
反拱曲面X形异形桩产生附加应力计算方法研究
X形桩是一种具有反拱曲面的新型异形桩，该文以半无限体内受竖向集中力作用的Mindlin应力解为依据，通过沿X形桩桩周8个积分区间线积分，再沿桩长进行积分，得到了X形桩侧摩阻力沿桩身线性增长、沿桩周均匀分布、沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力产生竖向附加应力系数的数值计算方法。通过沿X形桩截面3个积分区间面积积分，得到了X形桩均布端阻力在地基内产生竖向附加应力系数的数值计算方法。X形桩侧摩阻力和端阻力产生附加应力系数均随着外包方形截面边长和开弧间距增大而减小，随弧度数增大而增大。同周长X形桩侧摩阻力产生附加应力系数大于圆形桩，周长越大差别越大；同面积X形桩端阻力产生附加应力系数小于圆形桩，面积越大差别越大。
2012&Vol. 29&(12):&220-227
高阶数值流形方法中的线性相关问题研究
数值流形方法(NMM)中整体逼近函数是通过单位分解将局部逼近函数进行&粘结&而形成的，当将局部函数取为阶数不低于一阶的多项式时便形成了所谓的高阶流形方法。然而高阶流形方法会导致刚度矩阵亏秩，这种亏秩即使在施加完整的位移约束后仍然存在，从而会导致NMM方程组的多解，但是每个解所对应的位移是唯一的，只要能稳定地求得任何一个特解即可。该文根据刚度矩阵的性质提出了改进的LDLT算法，可快速稳定地求得一个特解。结合典型算例，与摄动解法、最小二乘法和二次规划法进行了对比分析。
2012&Vol. 29&(12):&228-232
敏 蒋秀根 孟石平 张凤杰 董
整体-局部弯曲模型及其在简支组合梁中的应用
为建立钢-混凝土组合梁界面滑移及考虑界面滑移的挠曲线计算模型，基于Bernoulli梁理论和剪力连接件线性剪力-滑移模型，从梁体平衡方程、几何方程和物理方程出发，建立了基于全微分的截面弯矩和剪力分配计算方法，提出了适用于组合梁变形分析的整体-局部弯曲模型，通过引入整体弯矩分配系数，建立了组合梁界面滑移及挠度控制方程。将整体-局部弯曲模型应用于简支组合梁变形分析，利用MAPLE软件对其进行求解，得到了均布荷载、跨中集中荷载、对称集中荷载三种荷载工况下的简支组合梁界面滑移公式与挠曲线方程，与国内外已有试验结果和相关研究成果相对比，结果表明该文计算结果与实际情况吻合较好。
2012&Vol. 29&(12):&233-240
张二辉 刘习军 张素侠
三维运动水线斜拉索风雨激振影响因素探究
风雨激振是斜拉索发生大幅振动的情况中较为典型的现象。水线运动规律及其受力情况的分析是建立风雨激振理论模型的难点之一。该文分别采用假定水线按正弦规律运动和进行受力分析建立水线运动方程两种模型与建立的拉索三维连续体模型进行联立，采用数值方法进行对比研究，得到了拉索和水线的运动规律，验证了二阶振动模态的影响可忽略的假设的合理性，讨论了水线振动幅度对拉索振幅的影响，发现拉索的振动幅值与水线的振动幅值正相关，考察了水线振动频率与相关参数(单位长度水线质量、风速等)的关系，研究了水线与拉索的振动相位关系，得到了较为合理的风雨激振现象的机理解释。
2012&Vol. 29&(12):&241-247
饱和分数导数型粘弹性土-深埋圆形隧洞衬砌系统的动力特性
在频率域研究了分数导数型粘弹性饱和土体和深埋圆形隧洞弹性衬砌相互作用的耦合简谐振动。将土骨架视为具有分数阶导数型本构的粘弹性体，基于饱和多孔介质理论和平面弹性理论，分别给出了饱和粘弹性土、弹性衬砌简谐振动的解析解。通过弹性衬砌和饱和土接触面处的连续性条件和衬砌内边界条件，得到了饱和粘弹性土-衬砌系统的稳态动力响应，给出了衬砌和饱和粘弹性土位移、应力和孔隙压力的解析表达式。在此基础上，进行了参数研究，讨论了物理和几何参数对系统响应的影响。研究表明：饱和分数导数型粘弹性土-衬砌系统的动力响应与经典饱和弹性/粘弹性土-衬砌系统的动力响应差异很大。
2012&Vol. 29&(12):&248-255
车站结构人行荷载特性研究
大跨度结构的人致振动问题近年来逐渐受到人们的重视。对车站结构中各种可能人行活动下的荷载模式及荷载特性进行了研究。基于候车厅行人在行走、候车、检票进站等情况下的活动特点，对单人行走、座椅起立、下蹲-起立、高处跳下等工况进行了步行力测试，并对测试结果进行了统计分析，得到了各工况下的荷载特性描述。结果表明：1) 实测中国人步行力的动载因子小于欧美学者的建议取值，即基于欧美人群步行测试结果的人行荷载取值偏于保守；2) 座椅起立时，单人竖向动荷载幅值可达静态体重的2倍，因此，对于大跨轻柔结构，人群集体座椅起立时可能会引起结构的较大振动。研究成果可为人行荷载特性研究和结构的人致振动研究提供参考。
2012&Vol. 29&(12):&256-264
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波 洪汉平 杨绿峰
非弹性体系地震动力响应分析的新型单轴Bouc-Wen模型
对经典的单轴Bouc-Wen模型进行改进，研究建立了可以综合考虑P-?效应、捏拢效应、强度退化、刚度退化、应变硬化等典型滞回特性的新型单轴Bouc-Wen模型。根据非弹性单自由度体系在69条强震记录作用下的动力响应，定量地分析了P-?效应对地震延性需求的均值和变异系数的影响，进而建立了地震延性需求的经验概率分布模型和预测方程。计算结果显示：由重力引起的P-?效应对地震延性需求的影响较大，而由竖向地震激励引起的P-?效应的影响很小；地震延性需求与震级、震中矩、剪切波速等参数之间的线性相关性较小；对于短周期体系，可以采用Lognormal或Frechet分布来描述地震延性需求的概率分布，而对于长周期体系，采用Frechet分布则更为合理。
2012&Vol. 29&(12):&265-273
启 杨庆山 朱伟亮
湍流入口条件下建筑非定常风场的大涡模拟拟
考虑湍流入口条件对绕德州理工大学标准模型的三维非定常风场进行了数值模拟；比较了稳态入口边界条件下时均风速剖面形状对建筑表面压力分布的影响；分别采用旋涡法、谱合成法和预前模拟法生成湍流入口风速脉动；并将相应的大涡模拟结果与实测数据和风洞试验数据进行了对比分析。结果表明：时均风速剖面形状对时均流场的影响几乎可以忽略，但对瞬态流场的计算有很大影响，工程应用中建议根据当地实测数据修正风速剖面公式；采用由预前模拟法生成的湍流作为入口边界条件进行大涡模拟得到的建筑表面风压非定常特性与实际情况最为吻合；通过高精度插值算法，预生成的入口湍流时程数据能在位于相同地貌下不同建筑绕流的大涡模拟中反复使用，在一定程度上弥补了预前模拟耗时的缺陷。
2012&Vol. 29&(12):&274-280
邓亚虹 李喜安 王治军 宋彦勋 彭建兵
毛乌素沙漠风积砂动强度特性试验研究
随着陕北油气资源的不断勘探和开发，毛乌素沙漠地区风积砂的岩土工程特性问题逐渐成为当地工程建设的制约因素。该文在均等固结条件下，采用孔压破坏标准，对毛乌素沙漠饱和风积砂进行了不同干密度和不同围压下的固结不排水等幅循环动三轴强度试验。在试验基础上，得到了不同密度不同围压下的风积砂动强度曲线和动孔隙水压力发展曲线。针对天然气压缩机的类无限循环动荷载特性，探讨了无限循环荷载作用下毛乌素沙漠饱和风积砂的动强度问题。并基于摩尔-库仑强度准则获得了适用于毛乌素沙漠风积砂在无限循环荷载作用下的等效动抗剪强度参数及破坏判据。
2012&Vol. 29&(12):&281-286
波浪与弹性板作用的数值模拟
该文采用高阶有限元和边界元联合的方法求解波浪与弹性板的相互作用。其中流场采用边界元法求解，结构弹性响应方程采用基于Mindlin板理论的有限元方法求解，通过模态叠加技术实现了弹性板变形与流场相互作用的解耦。通过对一矩形板的计算，验证了该文方法与他人试验结果和数值模拟结果都吻合良好。利用这一模型进一步分析了波浪与弹性圆形板的作用问题，并对圆形板运动响应的收敛性进行了分析。
2012&Vol. 29&(12):&287-294
阿肯江.托呼提 沙吾列提.拜开依 曹
土坯砌体单轴受压本构模型研究
通过土体材料的土工试验及泥浆立方体、土坯和土坯砌体单轴抗压试验，分析了土体材料的工程性质和单轴受压下土坯砌体的应力-应变关系。建立了泥浆立方体、土坯和土坯砌体的弹性模量与其抗压强度之间的关系方程，提出了土坯砌体抗压强度的简化计算公式。基于Weibull分布的损伤统计强度理论，利用应力-应变曲线峰值点的特征，建立了损伤修正统计本构模型，并与试验数据进行了比较，验证了损伤修正统计本构模型。研究表明：土坯砌体损伤统计本构模型，在峰值应力前期，损伤修正统计本构模型与试验数据吻合很好；在峰值应力后期，由损伤修正统计本构模型计算的应力值比土坯砌体试验应力值偏小。研究结果可为土坯砌体墙的抗震性能研究提供理论参考。
2012&Vol. 29&(12):&295-301,315
靓 徐紫鹏 鲁懿虬
弯剪共同作用下钢筋混凝土梁承载力计算方法的研究
国内外大量实验现象表明，钢筋混凝土梁在受到弯矩和剪力共同作用的情况下，其抗弯承载力和抗剪承载力具有相关性。GB《混凝土结构设计规范》(以下简称&规范&)关于梁的设计方法并未考虑两者的相关性。分析表明：在弯剪共同作用下，按《规范》设计的钢筋混凝土梁的可靠指标不能满足GB《建筑结构可靠度设计统一标准》的要求。通过对现有试验数据进行分析，该文提出了基于四分之一圆弧模型的建议修正公式和相应的计算方法。修正公式能很好的体现梁抗弯承载力和抗剪承载力之间的相关性，具有明确的物理意义。对修正公式和《规范》公式进行配筋计算和可靠度分析，结果表明：考虑弯剪相关性的修正公式相比《规范》公式，计算模式准确，可靠指标接近《统一标准》的要求。
2012&Vol. 29&(12):&302-306
凯 薛建阳 赵鸿铁
SRC-RC竖向混合结构转换柱侧移刚度试验研究
对16根转换柱试件和1根钢筋混凝土柱对比试件采用&建研式&加载设备完成了低周反复荷载试验，用于研究转换柱的基本抗震行为。建立了转换柱中钢与混凝土的相互作用方式及型钢的受剪模型，并以此为基础分析了型钢延伸高度、型钢配钢率、箍筋配箍率及轴压比对转换柱侧移刚度及侧移刚度退化速率的影响。采用反弯点法计算了转换柱的弹性侧移刚度。通过对试验数据的回归分析，同时引入截面抗弯刚度折减系数用于考虑裂缝及混凝土塑性发展的影响，得到了转换柱屈服点侧移刚度的计算公式，计算值与试验值吻合。
2012&Vol. 29&(12):&307-315
张青霞 段忠东 ?ukasz Jankowski
结构损伤与荷载共同识别的研究
针对结构中同时存在未知损伤和荷载的情况，基于虚拟变形法(VDM)发展一种两者共同识别的时域方法。VDM方法利用虚拟变形模拟结构损伤，可快速计算模型改变后的响应。该文首先结合有限元理论把VDM方法拓展到具有多个单元变形的结构中；然后考虑结构存在未知荷载时，利用未损伤理论模型同时识别荷载和虚拟变形，继而由虚拟变形和单元实际变形的关系来识别判断损伤类型和识别损伤大小；最后通过一个悬臂梁的试验进行方法验证，试验中未知荷载和损伤(包括其类型和大小)均能够被有效识别，并利用提出的移动时间窗和荷载形函数方法实现损伤与荷载的在线识别。
2012&Vol. 29&(12):&316-321,348
宁鹏飞 唐德高
装药偏差对小比例内爆炸试验结果影响分析
小比例内爆炸模型试验是当前国内外研究内爆炸荷载的主要方法。针对文献报道小比例内爆炸试验所得内爆炸荷载数据离散较大的特点，建立了考虑装药位置偏差的结构内爆炸流场三维有限元计算模型，对比试验数据验证了计算模型的合理性，比较分析了装药位置偏差对小比例内爆炸试验结果的影响。结果表明：内爆反射超压峰值对装药位置偏差非常敏感，拟合得到了装药位置偏差距离对超压峰值影响系数的经验计算公式；装药位置偏差对冲量影响相对较小，其最大相对差值不超过13%。
2012&Vol. 29&(12):&322-327
杨雪强 李子生 燕全会 孙汉芳
横观各向同性岩石类材料的破坏准则
对岩石类材料，各向异性状态参数定义为材料微观结构偏张量与标准化的偏应力张量之间的联合不变量。通过在扩展的Lade-Duncan破坏准则内耦合各向异性状态参数，建立起了横观各向同性岩土类材料的破坏准则，并结合Tournemire页岩的三轴试验资料进行了验证工作。当加荷方向与材料沉积方向的夹角 在30&~60&范围时，预测出的岩石强度处于最小区域，从而达到了较好地对横观各向同性岩石的破坏强度进行合理预测的目的。
2012&Vol. 29&(12):&328-333
马龙祥 刘维宁 刘卫丰
移动谐振荷载作用下浮置板轨道的动力响应
在移动谐振荷载作用下，依据周期结构响应的性质，将无限长浮置板轨道响应的问题求解转化到在一块浮置板长度范围内进行，并通过浮置板的位移影响矩阵在频域内实现了钢轨和不连续浮置板的耦合，求得了该范围内钢轨的动力响应，进而以此为基础求得了轨道结构上任意一点的动力响应。结果表明：移动谐振荷载作用下，在移动荷载自身激振频率附近，浮置板轨道位移响应频谱达到峰值；随着移动谐振荷载速度的增大，在频谱上，荷载自身激振频率附近很窄的频段位移响应会有所下降，而在其他大部分频段位移响应会有显著增加；当谐振荷载激振频率与浮置板轨道的固有频率一致时，发生共振现象，在频谱上位移响应的峰值远远大于其他激振频率时响应的峰值；浮置板轨道在移动荷载作用下，存在由荷载周期通过不连续浮置板和扣件而引发的参数激励；当移动谐振荷载激振频率接近有限长浮置板形成驻波的频率时，轨道结构也会产生较大的位移响应。
2012&Vol. 29&(12):&334-341
支正东 张大长 荀
外壳预制核心现浇装配整体式RC梁抗剪性能的试验研究
该文以研究外壳预制核心现浇装配整体式钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能为目的，制作了2根新型装配整体式RC梁和1根现浇RC梁，开展了RC梁的抗剪承载力试验，考察新型装配整体式RC梁的荷载-挠度关系、开裂荷载、极限承载力、箍筋应变发展特点及破坏模式，并与现浇RC梁的抗剪性能进行比较，试验研究表明：新型装配整体式RC梁与整浇RC梁具有完全相同的抗剪承载力特性；进一步探讨新型装配式RC梁的极限抗剪承载力计算理论，为装配整体式RC梁的设计提供参考。
2012&Vol. 29&(12):&342-348
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开孔板连接件抗剪承载力试验研究
为建立组合结构桥梁使用的开孔板连接件抗剪承载力计算方法，对连接件的推出式和插入式两种抗剪试验方式进行比较；并以开孔孔径、混凝土抗压强度、孔中有无钢筋、孔中钢筋直径及屈服强度、开孔板厚度及高度、混凝土块厚度等为变化参数，进行了66个开孔板连接件模型试件的抗剪承载性能试验；基于国内外168个模型试验提出了开孔板连接件抗剪承载力的计算式。研究结果表明：该计算式包含孔中混凝土作用和孔中钢筋及其对混凝土约束的作用，物理意义明确；可适用于孔中钢筋有无、孔径35mm~90mm、混凝土强度等级C20~C70、孔中钢筋直径10mm~25mm及屈服强度295MPa~480MPa的开孔板连接件，适用范围较广。
2012&Vol. 29&(12):&349-354
陈百玲 王连广
钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件的轴压性能试验研究
钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件是利用在2个独立的GFRP管连接处的内部设置一定长度钢筋笼，再在内部浇注混凝土，而形成的一种新的连续GFRP管混凝土组合构件。近年来，不少国内外研究人员对连续GFRP管混凝土构件的力学性能做了一些研究，而对拼接GFRP管混凝土构件的力学性能研究较少，所以，有必要借助试验，研究其力学性能。该文主要对钢筋拼接GFRP管混凝土组合构件的轴压性能进行了一定的试验研究，试验结果表明，在荷载达到60%Pu(Pu-极限荷载)左右时，GFRP管开始发挥&套箍&作用，拼接试件破坏位置不同于连续试件发生在一定范围内，而是发生在距连接处一定距离，并且，钢筋连接件的箍筋对混凝土起到约束作用。此外，试件破坏时纵筋均屈服，且纵筋对连接处的变形基本没有影响，拼接试件连接处均未破坏，说明采用低含钢率1.96%即可保证拼接GFRP管轴心受压组合构件正常工作。
2012&Vol. 29&(12):&355-359,369
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机械工程学科
基于小波基模糊神经网络的漂浮基柔性空间机械臂轨迹跟踪控制
讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下，参数未知漂浮基柔性空间机械臂关节空间协调运动的轨迹跟踪控制问题。依据系统动量守恒关系和拉格朗日第二类方程，由假设模态法，建立了漂浮基柔性空间机械臂的系统动力学方程。以此为基础，针对系统参数未知的情况，设计了一种小波基模糊神经网络的控制方案，以使柔性空间机械臂的载体姿态到达期望位置的同时，机械臂关节铰能够协调地跟踪关节空间的期望轨迹。该方案具有无需预知柔性空间机械臂的模型和系统参数的优点，且网络权值是通过在线学习进行调整，节省了离线训练的时间。系统的数值仿真表明了所提出方案的有效性和可行性。
2012&Vol. 29&(12):&360-364
陆念力 孟丽霞
基于二阶理论的弹性约束变截面悬臂梁刚度与稳定性分析
从计入二阶效应的挠曲微分方程出发，对惯性矩沿轴向二次变化的变截面Bernoulli-Euler梁在弹性约束下的刚度和稳定性进行了分析，推导了在弹性约束下变截面悬臂梁在复合载荷作用下的挠度和稳定性的精确表达式，给出轴向压力引起的挠度影响系数。在极端情况下，该文公式可相应退化为根部固支的变截面梁及等截面梁之刚度与稳定表达式。将该文的计算结果与用ANSYS软件密分单元的计算结果进行分析比较，分析比较结果验证了该文推导的刚度和稳定性表达式的正确性，该文方法可广泛应用于弹性约束下变截面悬臂梁的刚度和稳定性分析。
2012&Vol. 29&(12):&365-369
其他工程学科
解兆谦 张洪武 陈飙松
基于参变量变分原理的三维Cosserat体模型弹塑性分析与应变局部化模拟
基于参变量变分原理，该文发展了三维Cosserat连续体模型弹塑性有限元分析的二次规划算法。由于Cosserat连续体模型的本构方程中存在材料内尺度参数，该模型可以解决经典连续介质理论在分析应变软化问题时病态的有限元网格依赖性问题。数值结果表明所发展的三维Cosserat连续介质弹塑性有限元模型可以有效的模拟应变局部化现象并且该算法具有很好的数值稳定性，同时获得的数值结果具有良好的非网格依赖性。
2012&Vol. 29&(12):&370-376,384
骞朋波 尹晓春 沈煜年 孔德平
梁撞击弹塑性波传播的动态子结构方法的研究
该文针对简支梁横向弹塑性撞击问题，建立动态子结构模型，推导了相应的动力学控制方程，并采用Newmark隐式积分法进行求解，将动态子结构方法应用于撞击激发弹塑性波传播问题的研究。考虑局部弹塑性接触变形，通过对撞击激发的弹塑性波传播，包括弯矩波、挠曲波、速度波和应力波传播过程的计算，研究动态子结构法分析弹塑性波的传播特征，弯曲波的弥散特征，以及塑性铰形成机理等的合理性。经过与三维动力有限元计算结果的比较表明，动态子结构方法可以合理地应用于柔性梁中弹塑性撞击瞬态波传播问题的研究。
2012&Vol. 29&(12):&377-384
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