建筑科学与工程学报

近海风机基于碰撞式磁流变弹性体质量阻尼器的半主动控制研究

李书进,高扬,柳宇轩 — 2025年07月10 00:00

针对近海风机实施调谐质量阻尼器(TMD)振动控制时出现的频率失调问题,在考虑风机机舱空间受限性的基础上,提出了一种基于碰撞式磁流变弹性体的调谐质量半主动控制器(MREPTMD),对其在多载荷作用下的振动进行控制。将传统TMD中的弹簧和阻尼元件用MRE代替,利用其刚度和阻尼可以随磁场发生变化的特性,引入半主动控制技术使其跟踪并适应风机频率的变化,同时通过使用黏弹性材料制作的挡板限制质量块的移动来减小装置尺寸,构成智能高效、空间可控的半主动耗能减振器。建立了设有该装置的近海风机在多载荷作用下的受控方程,分析了其减振性能和参数影响,并与传统TMD和PTMD进行了对比。结果表明:该装置能通过对结构的反应实时跟踪,主动调节控制参数,保持对风机结构的最优控制,控制效果均优于传统TMD和PTMD,具有很强的适应性。

大跨度桁架结构风振响应及风振系数研究

2025年07月10 00:00

为了明确结构风致振动特性并提出风振系数建议取值,基于风洞试验和数值模拟结果,采用时域法计算了静风荷载和脉动风荷载下不同矢跨比结构的静位移和动力响应; 运用修正的Newmark-β法积分计算得到各节点的时程响应,并采用频域法分析了结构位移响应的频谱特性,得到结构位移响应均方根值,在此基础上计算了不同来流作用下结构各区域的风振系数。结果表明:来流垂直于结构纵向和横向时,结构顶部和尾流区易发生整体大幅涡激共振,斜风向作用下结构顶部和背风区易发生涡激振动; 来流方向对结构各节点位移响应均方根分布特性和其最大值分布影响显著,最大的位移响应均方根为8.5 mm; 特征湍流作用显著的部位风振系数较大,给出的结构各区域在不同来流作用下的风振系数建议取值可供该类结构抗风设计参考。

大跨度游泳馆结构风荷载数值模拟研究

孙香红,史忠冉,纪颖颖,陈涛 — 2025年07月10 00:00

为了研究体型复杂的大跨度游泳馆结构在风荷载作用下的风压变化规律,以西安某大跨度游泳馆结构为研究对象,采用风荷载数值模拟方法,对该游泳馆在不同湍流模型、不同风向角工况下的屋盖表面平均风压系数变化展开研究,分析湍流模型和风向角对游泳馆屋盖结构的影响; 然后考虑不同区建筑物对该游泳馆平均风压系数的影响,分析得到其影响规律。结果表明:不同湍流模型对游泳馆屋盖的平均风压系数影响较小; 在90°和270°风向角下,游泳馆整体模型的屋盖表面平均风压系数变化梯度平缓,平均风压系数基本维持在-0.5左右,而在其他风向角下,平均风压系数变化梯度明显; 游泳馆屋檐凹进去的部分平均风压系数很小,甚至出现正风压的情况,而凸出来的弧形部分负风压较大; 来流由低往高走时,前方较低矮的B区和C区对A区形成缓坡结构,有效抵挡了部分气流,从而降低了A区的风压,使得平均风压系数变化梯度相对平缓。

坑槽腐蚀对钢管混凝土侧向冲击性能的影响研究

2025年07月10 00:00

为研究侧向冲击荷载作用下坑槽腐蚀对钢管混凝土力学性能的影响,建立了考虑坑槽腐蚀后的圆钢管混凝土构件有限元模型,并完成了4根考虑坑槽腐蚀缺陷的圆钢管混凝土柱落锤侧向冲击试验,利用试验数据验证了有限元模型的可靠性。通过有限元模型对侧向冲击荷载作用下带坑槽腐蚀的钢管混凝土柱工作机理进行了研究,并分析了坑槽深度、坑槽个数、坑槽分布、腐蚀体积损失度和冲击速度等因素对钢管混凝土柱抗侧向冲击性能的影响规律。结果表明:坑槽腐蚀不仅使钢管更容易发生局部屈曲,而且削弱了钢管和混凝土之间的相互作用,使构件的抗冲击性能降低; 随着坑槽深度、个数及腐蚀体积损失度的增大,构件的冲击持续时间会相应增加,而冲击力峰值、冲击力平台值会随之下降; 在相同腐蚀体积损失度下,坑槽个数对钢管混凝土柱抗侧向冲击性能衰退的影响比坑槽深度更为显著,而坑槽不均匀分布情况相比于均匀分布情况会对钢管混凝土抗侧向冲击性能产生更不利的影响。

轴压荷载作用下双面叠合混凝土剪力墙受力性能研究

2025年07月10 00:00

为研究双面叠合混凝土剪力墙的轴心受压性能,对3个双面叠合混凝土剪力墙试件以及1个现浇对比试件进行轴压试验。基于ABAQUS有限元软件建立了精细化数值模型,通过与试验结果进行对比,验证数值模型的准确性,并基于已有的轴心受压承载力理论公式进行了理论计算。结果表明:轴压荷载作用下,现浇和叠合混凝土剪力墙试件均发生脆性破坏; 对于叠合剪力墙试件,叠合面开裂显著影响了预制板和芯层混凝土的协同工作性能; 相较于焊接连接,桁架筋与网片筋采用绑扎连接时试件的极限荷载更大; 桁架筋采用交错摆放形式后,试件的极限荷载有较大提升; 叠合剪力墙的极限承载力随着高厚比的增加而下降; 桁架筋离墙侧面越远,叠合剪力墙的整体性越差,叠合面更容易开裂; 由于叠合试件的整体性较差,导致理论结果偏于不安全。

含缺陷灌浆套筒连接在高温及冲击荷载作用下的性能劣化规律

2025年07月10 00:00

装配式建筑需要具备一定的抗火能力,在经历火灾后也必须满足规范要求的抗冲击性能,以避免出现连续性倒塌。套筒灌浆缺陷会严重削弱装配式建筑连接的抗火及抗冲击性能,然而目前含缺陷灌浆套筒在高温及冲击荷载下的承载力劣化模型仍未明确。为此,制作了含缺陷灌浆套筒连接试件,并研究其高温后的静力拉伸及抗冲击性能。结果表明:试件主要呈现钢筋拉断和钢筋拔出两种破坏模式,相比静力拉拔,冲击荷载作用下钢筋拔出时携带的灌浆料明显增多; 无论是常温还是高温条件下,试件屈服强度的动力增大系数D_DIF值均明显大于极限强度的D_DIF值; 屈服强度的动力增大系数D_DIF,y受温度和缺陷的影响不明显,极限强度的动力增大系数D_DIF,u总体随缺陷率的增大而减小; 相比静力拉拔,冲击拉拔条件下灌浆套筒连接的强屈比、延性比明显降低,因此应充分重视动力荷载的不利影响; 建立了可表征高温后含缺陷灌浆套筒连接静力及冲击拉伸极限承载力退化规律的计算模型,该模型可为火灾后含缺陷装配式结构的性能评估提供参考。

采用混合连接的冷弯薄壁型钢工字形拼合柱轴压性能试验研究

褚云朋,江天勇,陈雪琴,伏金蓉,夏珲 — 2025年07月10 00:00

为分析连接方式对冷弯薄壁型钢双肢开口拼合工字形柱轴压力学性能的影响,对24根自攻螺钉与拉铆钉混合连接方式下的双肢开口拼合工字形柱开展试验研究,得到了试件的极限承载力、破坏模式、荷载-应变曲线及荷载-轴向位移曲线等,并将试验结果与纯自攻螺钉连接的双肢开口拼合工字形柱进行对比。结果表明:与纯自攻螺钉连接方式相比,两种混合连接方式的双肢开口拼合工字形短柱极限承载力分别提高了8.5%和8.6%,而中柱分别提高了18.1%和15.9%; 连接方式对拼合短柱与中柱的屈曲荷载影响较大,对短柱的极限承载力影响较大,对中柱的极限承载力影响则较小; 采用混合连接方式的拼合柱极限承载力普遍高于纯自攻螺钉连接的拼合柱,随连接件纵距增加,混合连接方式下的拼合柱极限承载力均逐步降低,但始终高于纯自攻螺钉连接的拼合柱,说明混合连接能有效提升拼合柱的稳定性; 根据试验结果对北美规范的直接强度法进行修正,为采用混合连接的双肢开口拼合柱的极限承载力计算提供参考。

L形波形板钢异形柱轴压性能研究

2025年07月10 00:00

为提高传统L形钢异形柱的整体稳定性及材料利用率,提出一种新型L形波形板钢异形柱,该柱由工字形钢、波形板及外侧翼板三部分构成。为研究该柱轴压性能及各部分截面参数的影响特征,设计6个模型,采用有限元软件ABAQUS进行弹性屈曲及非线性分析,研究各模型屈曲模式、荷载-位移曲线、破坏特征,以及整体稳定系数、极限荷载等关键性能指标变化率与截面参数变化率的关系; 将各模型整体稳定系数与现行《钢结构设计标准》中的柱构件轴压稳定系数曲线进行对比分析。结果表明:L形波形板钢异形柱屈曲模式均为弯扭屈曲; 各模型稳定系数均在b类柱构件轴压稳定系数曲线之上; 稳定承压性能随外侧翼板、工字形钢翼缘面积增大而增强,随工字形钢腹板面积增大而减弱。

立体车库梁柱节点受拉翼缘焊缝疲劳性能分析

潘康,贺拥军 — 2025年07月10 00:00

为研究新型钢结构立体车库在服役过程中因频繁搬运、存取车辆而产生的高周疲劳问题,先后建立了整体钢框架梁单元模型和梁柱节点实体单元模型,通过dload子程序模拟车辆沿导轨梁匀速运动的过程,运用等效结构应力法分析局部焊缝的疲劳特性,探究焊缝形式、焊缝根部间隙、坡口角度对结构疲劳寿命的影响,计算了双车位车厢和三车位车厢形式立体车库的疲劳损伤和使用年限。结果表明:钢结构立体车库的疲劳控制部位在底层靠近后轮处的梁柱节点受拉翼缘对接焊缝处,梁翼缘焊缝与焊缝孔相交区域属于应力高度集中区; 相较于单面焊,采用双面焊连接形式的结构应力更为均匀,疲劳性能更好; 焊缝的疲劳寿命随着根部间隙和坡口角度的增大而减小,且根部间隙的影响占主导因素; 三车位车厢形式的立体车库荷载工况更为复杂,工程建设时需重点关注其疲劳性能; 等效结构应力法仅通过主疲劳强度-疲劳寿命曲线评估疲劳,具有网格不敏感性,适用于大型重要结构的疲劳寿命评估。

聚甲醛纤维增强聚苯乙烯轻型混凝土冻融劣化研究

朱健,高镇,曹军平,廖文杰,郭文昊,林潮俊 — 2025年07月10 00:00

为有效提高聚苯乙烯轻型混凝土在严寒地区的安全性和使用寿命,在聚苯乙烯轻型混凝土中掺加不同质量分数的聚甲醛纤维,通过对比分析掺入聚甲醛纤维的聚苯乙烯轻型混凝土试件在不同冻融条件下的质量损失率、强度、弹性模量、刚度及毛细吸水率变化规律,研究了聚甲醛纤维对聚苯乙烯轻型混凝土抗冻性的影响。结果表明:聚甲醛纤维对聚苯乙烯轻型混凝土冻融环境下的抗劈裂和抗拉性能有持续性改善作用; 当聚甲醛纤维掺量为0.6%时,相对弹性模量在冻融循环中的下降趋势最缓; 当聚甲醛纤维掺量为0.9%时,质量损失率、相对动弹性模量和强度在冻融循环下变化最小,同时冻融循环后的抗毛细吸水性能最高; 建立的二次多项式和Weibull分布强度衰减预测模型均能较好地预测聚甲醛纤维增强聚苯乙烯轻型混凝土抗压强度在冻融循环下的劣化过程,且二次多项式衰减预测模型的准确率在99%以上。

地下储气库衬砌低渗材料研制与气密封效果研究

2025年07月10 00:00

针对废弃煤矿地下空间用于压缩空气储库存在的围岩及衬砌密封性不足问题,以石英砂、重晶石粉、铁精粉为骨料,硫铝酸盐水泥为黏结剂,配制出新型水泥基超低渗材料。设计并开展了测定材料物理力学性能的三因素三水平正交试验。为验证新型水泥基材料的密封性能,采用连续-非连续数值计算方法对大安山地下储气库巷道进行衬砌密封效果模拟。结果表明:试样的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量随硫铝酸盐水泥含量的增加而显著增大,随骨料级配孔隙率和水泥外加剂掺量的增加而降低; 渗透性随硫铝酸盐水泥含量的增加而显著降低,随骨料级配孔隙率的增加而显著升高,随水泥添加剂掺量的增加而略有降低; 新型水泥基超低渗材料可用于储气硐室的喷射混凝土层或灌浆层,渗透率低至1.06×10^-19 m²,性能优于P12级抗渗混凝土; 在混凝土衬砌基础上增加厚度为0.1 m的水泥基超低渗材料可有效降低储气硐室空气泄漏率,具备良好的密封性能,单次循环空气泄漏率仅为0.84%。

基于长期暴露试验的海工混凝土氯离子扩散规律研究

2025年07月10 00:00

为探究海洋环境下氯离子侵蚀扩散对混凝土结构耐久性的影响,开展了青岛胶州湾大桥暴露站暴露腐蚀14年内混凝土立方体试件的跟踪试验测试,分析大气区、浪溅区和水变区等不同腐蚀区域环境内混凝土氯离子浓度随暴露龄期的变化规律,提出了氯离子扩散系数与混凝土表面氯离子浓度时变模型,并对海洋环境下钢筋混凝土耐久寿命进行预估。结果表明:在暴露龄期为14年内,浪溅区混凝土氯离子侵蚀程度最为明显; 在暴露龄期为1、5、14年时,浪溅区构件在4 mm深度处的氯离子浓度分别是大气区的7.4倍、7.6倍和6.9倍; 混凝土氯离子扩散系数及表面氯离子浓度在1～3年的暴露龄期内变化尤为明显,而后变化逐渐趋于缓慢直至稳定; 随保护层厚度增加,混凝土结构抗氯离子耐久寿命逐渐增加,混凝土保护层厚度为70 mm时耐久性寿命相比保护层厚度为40 mm时提高约2倍; 结构耐久寿命受表面氯离子浓度、临界氯离子浓度及保护层厚度的影响敏感程度依次增加; 相关研究可为氯盐环境下混凝土结构耐久性设计与评估提供参考。

冻融循环作用下硅粉改性水泥土抗压性能研究

2025年07月10 00:00

水泥土作为公路工程路基土的一种常见加固方式,具有造价低且力学性能良好的特点,但其在冻融环境下易出现抗压性能劣化,进而引发道路结构层失稳破坏。为此,以硅粉作为辅助胶凝剂开展水泥土复合改良研究,通过开展无侧限抗压强度试验、冻融循环试验,研究养护龄期、胶凝剂配比和冻融周期对硅粉-水泥土抗压强度的影响规律。结果表明:硅粉对水泥土前期抗压强度提升效果有限,对后期抗压强度提升效果较为显著,硅粉改良后水泥土的28 d无侧限抗压强度提升了8%; 硅粉对水泥土抗冻融性能具有良好的改善作用,硅粉-水泥土试样抗冻指标较纯水泥试样最高可提升35%,当硅粉含量在20%～30%时,硅粉-水泥土试样抗冻融性能最优; 建立了基于硅粉和水泥配比、养护龄期和冻融周期的无侧限抗压强度预测模型,可实现硅粉-水泥土抗压强度的精准预测。

层状板岩各向异性特征及应力扩容规律研究

2025年07月10 00:00

为探究层状板岩的各向异性力学特征和破坏机理,揭示层理倾角和围压对岩石扩容的影响规律,开展了不同层理倾角的板岩常规三轴压缩试验。结果表明:层理弱面的存在对板岩的应力-应变曲线特征有较大影响,层理倾角α=90°的试样应力-应变曲线受围压影响最为显著; 板岩的峰值强度随层理倾角呈“U”形分布,围压显著降低了板岩强度的各向异性程度; 弹性模量和泊松比随层理倾角表现出变形各向异性特征,弹性模量与围压正相关,但弹性各向异性程度受围压的影响变化幅度不大; 板岩的破坏模式具有各向异性现象,破坏的典型特征表现为沿层理面和贯穿层理面的破坏,层理弱面的存在对试样的破坏模式起控制作用; 层状板岩的起裂应力和扩容应力随层理倾角具有各向异性特征,围压对起裂应力的影响远大于对峰值应力的影响; 同一应力水平下,当层理倾角为60°时,试样的强度最低,起裂应力水平最高,扩容应力水平接近于1,试样未发生扩容,当即发生脆性破坏。

斜坡自重应力条件下的土拱效应与变形规律研究

2025年07月10 00:00

采用阵列式活动门装置开展了偏压(斜坡)条件下的活动门试验,通过粒子图像测速技术得到了填料断面全场位移与剪应变,并通过载荷计准确测得了活动门与周边固定部分随活动门下沉过程的竖向荷载变化。采用离散元(DEM)数值模拟探讨了活动门距坡脚距离的影响规律,对活动门下沉过程中填料颗粒旋转、主应力偏转与力链分布等细观力学机制进行了分析。结果表明:活动门下沉过程中,荷载更迅速地转移到坡脚侧,随后更多地转移到深埋侧,最终两侧荷载增量基本相等; 填料中坡脚侧滑移面先于深埋侧形成,两侧滑移面张开角度基本恒定,但深埋侧会随活动门下沉量增加形成新的向外侧扩展的滑移面; 偏压条件下的地基反应曲线与传统活动门试验类似,活动门越靠近深埋侧,土拱效应发挥越稳定; 当活动门离坡脚距离达到2倍活动门宽度时,土拱效应发挥基本保持不变; 随着活动门的下沉,填料中形成了以活动门两侧为拱脚的强力链网络结构。

洪积粉砂土动力特性研究

2025年07月10 00:00

为探究洪积粉砂土填料的动力特性,考虑动应力幅值、含水率、围压和频率的影响进行了洪积粉砂土填料动三轴试验,研究了洪积粉砂土试样在不同影响因素下的动力变形规律,并建立了动弹性模量与动应变、动强度与循环次数的拟合曲线模型。结果表明:随着循环次数的增加,洪积粉砂土的累积塑性应变逐渐增大,加载初期累积塑性应变积累较快,但1 000次循环后保持相对稳定; 动弹性模量随着塑性变形的增加而发生衰减,围压和含水率对洪积粉砂土的动弹性模量影响较大,当围压越大且含水率接近最佳含水率时,动弹性模量越大; 阻尼比随着应变的增加呈非线性增长; 洪积粉砂土的动强度与围压呈正相关关系,而与循环次数呈负相关关系。

钢管-注浆法加固缺陷桩轴压性能研究

2025年07月10 00:00

针对缺陷桩传统加固方法周期长、损耗高,以注浆加固法为主的微型加固工艺受施工因素影响较大,存在承载力不足的问题,提出钢管-注浆法微型加固方式,并进行室内模型桩轴压试验,考察了钢管比率、缺陷位置对缺陷加固桩极限承载力的影响。基于试验建立准确的有限元模型,总结了混凝土纵向应力分布规律与钢管Mises应力分布规律,对影响缺陷加固桩极限承载力的参数做了进一步分析。结果表明:缺陷加固桩的极限承载力随钢管比率增大而增大,且在钢管比率增大至2.4%时达到最佳; 中部缺陷加固桩与下部缺陷加固桩极限承载力提升幅度最高分别可达完整桩的4.5%与15.8%; 钢管端部混凝土截面的局部应力集中现象随缺陷位置下移而逐渐明显,钢管Mises应力水平的提升分别与钢管比率以及钢管长度有关; 缺陷加固桩极限承载力与注浆体强度成正比,增大钢管壁厚与钢管直径对承载力贡献不大,钢管-注浆法在处理深部缺陷时表现突出,极限承载力提升幅度最高可达31.20%; 建议加固深部缺陷桩时,沿桩身通长设置钢管并将钢管嵌固于桩端稳定持力层内一定深度。

桥梁桩基下伏充填溶洞顶板安全厚度计算

王成成,张莎莎,杨晓华,李吉富 — 2025年07月10 00:00

当山区桥梁桩基存在下伏溶洞时,桩基应当与溶洞保持一定的安全厚度,以保证桩基和桥梁的稳定性。结合理论分析与数值试验对桩基下伏溶洞顶板安全厚度进行计算,将溶洞顶板分别简化为固支梁、简支梁和悬臂梁,基于结构力学理论推导出不同模型的充填溶洞顶板安全厚度计算公式; 采用FLAC3D软件与正交试验设计方法,分析了围岩水平、溶洞跨度、高跨比、桩径、嵌岩深度对顶板安全厚度的影响规律及其显著性,建立了桥梁桩基下伏溶洞顶板最小安全厚度预测模型。结果表明:桩基下伏溶洞顶板安全厚度与围岩水平、溶洞跨度成正比,与高跨比成反比,随着嵌岩深度的增大呈现先增加后减小的趋势,随桩径的变化影响并不明显; 整体影响程度从大到小依次为溶洞跨度、嵌岩深度、围岩水平、桩径、高跨比,各因子权重分别为0.679、0.140、0.044、0.018、0.011; 工程实例检验结果表明,采用理论分析预测安全厚度与数值分析结果基本吻合,基于力学模型预测的安全厚度较为保守,两个工程实例的数值模拟预测安全厚度相比力学模型预测结果分别降低1.47 m与0.59 m,且数值分析方法在应用于不同地质情况时切实可行,具有一定的准确性和代表性。

螺旋锚-岩石锚复合基础承载变形性能研究

2025年07月10 00:00

针对山区输电线路工程中“上土下岩”的特殊地质条件,采用新型螺旋锚-岩石锚复合基础形式,利用ABAQUS建立了典型工况下的抗拔承载数值模型,并采用规范方法对单锚的数值计算结果进行验证,分析了双锚复合基础的抗拔承载机理和破坏模式,研究了锚盘数量、锚盘直径、岩石锚杆长度和锚固剂黏结强度对双锚复合基础抗拔承载力的影响。结果表明:双锚复合基础相比单独岩石锚杆基础和单独螺旋锚基础的极限抗拔承载力有一定程度的提升; 双锚复合基础的抗拔过程主要分为加荷初期下部注浆体承担大部分荷载、基础塑性区持续扩大、土岩分界面处的注浆体塑性区贯通、基础达到极限承载状态后失效4个阶段; 增加锚盘数量和一定范围内增加下部基础的长度对双锚复合基础的极限抗拔承载力有较大提升; 增加锚盘直径和提高注浆体与岩体之间的黏结强度对双锚复合基础极限抗拔承载力的提升作用不明显; 复合基础在弹性模量较大的土体中承载力发挥更充分。

挤扩支盘桩承载特性数值分析与沉降特性研究

谢宏丽,王苗苗,田叶青,任玉波,周志军 — 2025年07月10 00:00

为了研究挤扩支盘桩桩身轴力传递规律、侧摩阻力分布特性、端阻力演变机制与沉降变形特征,依托实际工程,采用ABAQUS有限元软件对多支盘挤扩支盘桩开展数值模拟分析; 考虑到实际土层挤密效应与边界效应对模型精度的影响,将实际工程挤扩支盘桩沉降变形曲线与有限元结果进行对比,验证模型的适用性; 在此基础上,对传统灌注桩与挤扩支盘桩的荷载传递特性、沉降特性进行对比分析。结果表明:挤扩支盘桩表现出高承载力、沉降小的特性,相同设计承载力时,单盘、双盘、三盘挤扩支盘桩桩长仅为传统灌注桩桩长的71.4%、64.3%、53.6%,具有显著的桩长优化特性; 对于单盘挤扩支盘桩,不同盘位置的沉降变形曲线相差不大,设置多个支盘时,当支盘位置设置在中下层时,产生的沉降变形较小; 侧摩阻力自上而下进行传递,在不同竖向荷载作用下占总荷载的比例为60%～42%,且侧摩阻力与端阻力呈反比关系; 支盘承担荷载比例超过50%,是承担荷载最主要部分; 支盘对桩身轴力具有减小作用,支盘埋置越深,对轴力减小作用越显著。