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低速冲击下钢纤维混凝土梁的动力学行为与三维细观仿真

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硅酸盐学报 2024年第1期52卷 189-202页

作者：张周马钢张佳寅都思哲常雅坤李波太原理工大学土木工程学院太原030024

钢纤维的掺入可有效增强混凝土的整体性与基体韧性,满足实际工程中对混凝土材料高强度与高韧性的性能要求,但现阶段对于钢纤维混凝土增强增韧机理与破坏机制的研究主要基于宏观试验,难以全面揭示材料内部损伤破坏过程及钢纤维增韧机理... 详细信息

钢纤维的掺入可有效增强混凝土的整体性与基体韧性,满足实际工程中对混凝土材料高强度与高韧性的性能要求,但现阶段对于钢纤维混凝土增强增韧机理与破坏机制的研究主要基于宏观试验,难以全面揭示材料内部损伤破坏过程及钢纤维增韧机理。通过建立钢纤维增强混凝土梁的三维细观模型,更为直观地分析钢纤维掺量和冲击速率对于钢纤维混凝土梁抗冲击性能与破坏形态的影响。结果表明:利用三维钢纤维增强混凝土梁细观模型可有效反映动态冲击条件下梁的力学性能与破坏形式;在低速冲击下,钢纤维的掺入可提升混凝土的耗能与抗冲击性能,且钢纤维存在最优掺量;当冲击速率低于10 m/s时,钢纤维的增强效果更为显著。该成果可为复杂动力环境中或低速冲击威胁下钢纤维混凝土受弯构件的工程应用与安全评估提供参考。

关键词：钢纤维混凝土细观模型落锤冲击抗冲击性能

基于动网格6DOF模型的框架式流速仪水力特性数值模拟与明渠测流速率常数预测

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农业机械学报 2024年第9期55卷 371-381页

作者：唐渊申丽霞吴建华张玉胜成一雄胥云彬太原理工大学水利科学与工程学院太原030024 太原理工大学土木工程学院太原030024

为分析明渠内框架式流速仪流场特性与运动姿态,同时对流速仪倍常数K和摩阻系数C进行率定,根据不可压缩流体流动的Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型,结合VOF多相流模型,建立动态网格下的6自由度(6DOF)刚体动力学耦合数值仿真模型,对... 详细信息

为分析明渠内框架式流速仪流场特性与运动姿态,同时对流速仪倍常数K和摩阻系数C进行率定,根据不可压缩流体流动的Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型,结合VOF多相流模型,建立动态网格下的6自由度(6DOF)刚体动力学耦合数值仿真模型,对水冲击流速仪旋桨使之被动旋转过程进行了仿真,分析了流速仪在不同位置对流速仪倍常数K和摩阻系数C的影响规律。结果表明:采用动网格6DOF模型可以较好地模拟框架式流速仪在明渠的流动状态,仿真结果可靠性较高;通过对不同时刻转速与流速拟合曲线分析可知,流速仪位置不同会影响流速仪摩阻系数C,对流速仪倍常数K影响不大。研究结果可为进一步研究框架式流速仪优化和不同含沙水流条件下对流速仪的磨损提供参考。

关键词：明渠测流水力特性框架式流速仪法动网格6DOF仿真模型速率常数预测

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考虑水盐相变的盐渍土基质吸力的温度效应

农业工程学报 2024年第15期40卷 287-292页

作者：肖泽岸段杰云李康良王启航郭茂亮太原理工大学土木工程学院太原030024

基质吸力是引起土体中水分迁移的驱动力,对探究土体中水盐迁移动态具有重要的意义。为研究由温度变化诱发的盐渍土孔隙溶液相变对土体基质吸力的影响,用pF meter测试了不同NaCl和Na_(2)SO_(4)比例的盐渍土在不同温度条件下的基质吸力。... 详细信息

基质吸力是引起土体中水分迁移的驱动力,对探究土体中水盐迁移动态具有重要的意义。为研究由温度变化诱发的盐渍土孔隙溶液相变对土体基质吸力的影响,用pF meter测试了不同NaCl和Na_(2)SO_(4)比例的盐渍土在不同温度条件下的基质吸力。试验结果表明:在水盐相变发生前,盐渍土基质吸力随温度的降低呈线性增加;而当降温过程中有水盐相变发生时,土体基质吸力随温度的变化趋势会发生明显突变。NaCl和Na_(2)SO_(4)对土体水盐相变规律影响不同,使得含不同比例NaCl和Na_(2)SO_(4)的复合盐渍土基质吸力呈现较大的区别。2%NaCl+4%Na_(2)SO_(4)的盐渍土在19和-9℃附近发生盐结晶相变和二次相变,而4%NaCl+2%Na_(2)SO_(4)的盐渍土两次相变分别发生在11和-16℃附近。水盐相变导致土体液态含水率明显降低,进而引起复合盐渍土基质吸力在两个相变阶段均有明显增加。NaCl抑制土体中液态水发生冰水相变,Na_(2)SO_(4)容易在正温结晶,故Na_(2)SO_(4)主要影响土体正温时的盐结晶规律,NaCl则主要影响土体在负温条件下的冰晶产生规律;二者比例不同造成土体盐结晶温度和二次相变温度有明显差异,使得复合盐渍土的水盐相变规律更加复杂,其基质吸力随温度的变化更加难以预测。此外,该研究进一步探究了冰、盐结晶量对基质吸力变化的贡献,为深入理解盐渍土的相变过程和基质吸力之间的关系提供了有效参考。

关键词：盐渍土基质吸力水盐相变液态含水率温度效应

新型主动蓄放热墙体改善日光温室内热环境的数值研究

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太阳能学报 2024年第5期45卷 431-440页

作者：陈瑾萱杜震宇太原理工大学土木工程学院太原030024

针对日光温室砌块承重墙体存在热稳定层,限制利用日间免费得到的太阳能用于夜间加热,致使室内空气昼夜温差大,不利于作物生长的问题,该文构建一种带重力循环环形管的新型主动蓄放热复合墙体,利用传热学理论建立该墙体非稳态传热模型,耦... 详细信息

针对日光温室砌块承重墙体存在热稳定层,限制利用日间免费得到的太阳能用于夜间加热,致使室内空气昼夜温差大,不利于作物生长的问题,该文构建一种带重力循环环形管的新型主动蓄放热复合墙体,利用传热学理论建立该墙体非稳态传热模型,耦合室内空气热平衡方程,借助Matlab进行数值模拟。结果表明:在寒冷地区的冬季,新型主动蓄放热墙体夜间可使室内空气温度提高1.21℃,相比无重力循环环形管墙体提高13.12%;日有效积温提高7.88℃·h,相比提高4.84%;日平均热负荷可降低4769.24 W/d,相比降低17.35%。该墙体能增强主动蓄放热能力,将更多太阳能转移到夜间使用,可有效降低日间过高室温、提升夜间过低室温,减小室内气温日较差,有利于作物“四段变温管理”,促进冬季作物快速生长。

关键词：太阳能建筑蓄热数值模拟日光温室气温日较差墙体

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基于纤维加固砂土静力液化评估的超孔隙压力系数研究

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岩土力学 2024年第3期45卷 714-724页

作者：张希栋董晓强段伟谢明星太原理工大学土木工程学院山西太原030024 太原理工大学山西省土木工程防灾与控制重点实验室山西太原030024

纤维加固技术通过向土体中添加离散的抗拉纤维以改良土体的力学性能。通过对纤维加固疏松砂土开展不排水三轴压缩试验以分析其静力液化行为,并对比了不同超孔隙压力系数评估纤维加固砂土液化的可行性。试验结果表明,在不排水三轴压缩下... 详细信息

纤维加固技术通过向土体中添加离散的抗拉纤维以改良土体的力学性能。通过对纤维加固疏松砂土开展不排水三轴压缩试验以分析其静力液化行为,并对比了不同超孔隙压力系数评估纤维加固砂土液化的可行性。试验结果表明,在不排水三轴压缩下,疏松砂土对静力液化异常敏感,而纤维加固可以有效阻止疏松砂土发生静力液化。纤维显著改变了砂土骨架在不排水三轴压缩下的有效应力路径,从而影响其液化行为。基于有效应力原理定义的传统超孔隙压力系数ru在评估纤维加固砂土的液化时具有明显缺陷。有效超孔隙压力系数r_(u)’和骨架超孔隙压力系数r_(u)^(*)为纤维加固砂土的液化评估提供了更加合理的指标。借助基于混合物法则的本构模型框架,骨架超孔隙压力系数引入了纤维的应力贡献,揭示了纤维、砂土骨架以及孔隙水的荷载分担机制。当r_(u)^(*)=1时,砂土骨架的有效平均应力减小为0,纤维加固砂土发生液化。

关键词：纤维加固砂土液化纤维应力超孔隙压力系数

不排水循环荷载下纤维加固砂土的超孔压及流动液化特性研究

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岩土力学 2024年第2期45卷 465-476页

作者：张希栋董晓强段伟胡顺磊张豪儒太原理工大学土木工程学院山西太原030024 太原理工大学山西省土木工程防灾与控制重点实验室山西太原030024

通过对纤维加固超疏松和疏松饱和砂土开展不排水动三轴试验,分析了其超孔压发展规律和流动液化特性。结果表明,未加固超疏松和疏松饱和砂土具有较高的液化势,其在不排水循环荷载下均发生流动液化。离散纤维向砂土骨架提供加密效应和约... 详细信息

通过对纤维加固超疏松和疏松饱和砂土开展不排水动三轴试验,分析了其超孔压发展规律和流动液化特性。结果表明,未加固超疏松和疏松饱和砂土具有较高的液化势,其在不排水循环荷载下均发生流动液化。离散纤维向砂土骨架提供加密效应和约束效应,从而提高其抗流动液化特性,然而,纤维的约束效应受到加载路径和试样应变发展模式的显著影响。纤维加固改变了饱和砂土残余孔压的发展规律,当纤维向砂土骨架施加较强的约束效应时,试样的残余孔压发展呈倒L型,明显不同于未加固砂土的S型发展。在双向非对称和单向循环荷载下,纤维应力贡献较大,砂土骨架的有效应力在超孔压上升100%后远大于0,加固试样的强度损失低于11%,纤维阻止了液化的发生。

关键词：纤维加固砂土流动液化超孔压强度损失有效应力

基于裸土地面的日光温室室内温湿度预测模型构建

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太阳能学报 2024年第8期45卷 414-422页

作者：陈瑾萱杜震宇太原理工大学土木工程学院太原030024

为探究日光温室热湿环境形成机理和规律,认识其内部多物理场耦合的复杂物理现象,根据日光温室的结构特性、外部环境条件等参数,应用传热传质学理论,基于日光温室围护结构内表面热量平衡关系式、空气热量及湿量平衡关系式,考虑墙体湿传... 详细信息

为探究日光温室热湿环境形成机理和规律,认识其内部多物理场耦合的复杂物理现象,根据日光温室的结构特性、外部环境条件等参数,应用传热传质学理论,基于日光温室围护结构内表面热量平衡关系式、空气热量及湿量平衡关系式,考虑墙体湿传递、土壤蒸发等作用建立日光温室室内温湿度预测模型。该模型借助Matlab软件,利用迭代法求解微分方程组得到室内温湿度,并与实验值进行对比及验证分析。结果表明:连续两日内室内空气温度及湿度的预测值与实测数据相对误差分别为5.11%、4.17%;一致性指数分别为0.98、0.94;预测值和实验值之间不存在显著性差异。理论预测值与实验测定值相对误差小,模型一致性高、可靠性强,考虑墙体湿传递和土壤蒸发的影响后可使裸土地面的日光温室室内温湿度的预测模型更加准确。

关键词：太阳能建筑预测模型墙体湿传递性能日光温室

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落石撞击下双柱式RC梁桥的倒塌破坏分析

中国公路学报 2024年第5期37卷 94-107页

作者：吴昊肖方胜李瑞文同济大学土木工程学院上海200092 西安理工大学土木建筑工程学院陕西西安710048

针对山区梁桥面临落石撞击的威胁,利用LS-DYNA软件开展了落石撞击下典型双柱式RC梁桥倒塌破坏的精细化数值仿真分析。首先建立了落石撞击下考虑桩-土相互作用和钢筋-混凝土黏结滑移关系的原型梁桥有限元模型;其次基于双柱式RC桥墩水平... 详细信息

针对山区梁桥面临落石撞击的威胁,利用LS-DYNA软件开展了落石撞击下典型双柱式RC梁桥倒塌破坏的精细化数值仿真分析。首先建立了落石撞击下考虑桩-土相互作用和钢筋-混凝土黏结滑移关系的原型梁桥有限元模型;其次基于双柱式RC桥墩水平撞击试验,验证了选取的材料本构、网格尺寸、接触算法及其参数的可靠性;进一步模拟重现了汶川彻底关断桥事故,并分析了落石撞击下梁桥的倒塌过程;最后讨论了落石质量、撞击速度和高度对梁桥动态响应和损伤破坏的影响。结果表明:梁桥的倒塌破坏过程可依次分为被撞墩柱破坏、相邻墩柱破坏和上部结构坠落,其中被撞墩柱破坏是造成梁桥倒塌的主要因素;忽略桩-土相互作用和钢筋-混凝土黏结滑移关系造成墩柱截面响应预测结果偏小,高估梁桥的抗落石撞击性能;落石质量和撞击速度对被撞墩柱动态响应和梁桥整体损伤程度的影响显著,而撞击高度的影响相对较小。

关键词：桥梁工程落石撞击数值仿真双柱式RC梁桥动态响应

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足尺宋式摇摆木构架恢复性拟静力试验研究

土木与环境工程学报（中英文） 2024年第2期46卷 129-137页

作者：曹一凡万佳师希望魏剑伟李铁英太原理工大学土木工程学院太原030024

摇摆木构架是中国传统木结构的主要承载体系。对足尺单跨木构架模型施加3级竖向荷载进行拟静力试验,观察试验时木构架的位移和变形特点,得到木构架在低周水平循环加载下的滞回曲线和骨架曲线,探究其在不同竖向荷载和低周水平循环加载下... 详细信息

摇摆木构架是中国传统木结构的主要承载体系。对足尺单跨木构架模型施加3级竖向荷载进行拟静力试验,观察试验时木构架的位移和变形特点,得到木构架在低周水平循环加载下的滞回曲线和骨架曲线,探究其在不同竖向荷载和低周水平循环加载下的结构特性。加载过程中,木柱刚体转动行为明显、柱架层变形集中,卸载阶段木构架能自主回到初始位置。试验结果表明:各级滞回环狭长且重叠,结构构件呈现出刚体运动的特征,结构整体具有一定位移恢复能力;残余位移介于0.28~2.53 mm间,两组位移恢复系数均大于87.1%,随控制位移的增加未出现显著降低,木构架的位移恢复能力良好;初始刚度在控制位移超过屈服位移后趋于稳定;柱架层变形是斗拱层变形的2.95~86.47倍,层间位移集中系数介于1.22~2.03间,且随控制位移的增加先增后降。

关键词：传统木结构摇摆木构架可恢复功能结构位移恢复系数层间位移集中系数