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逆断层作用下上覆土层与隧道变形传递模型试验研究

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震灾防御技术 2023年第2期18卷 226-234页

作者：郭远鹏陈之毅李得睿程斌同济大学土木工程学院上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

基于自行设计的错动模型试验装置和数字图像相关技术开展1∶80模型试验,研究60°倾角逆断层错动作用导致上覆土层剪切破裂的过程。依托数字图像相关技术非接触式全场测量的优势,分析上覆土层与隧道相互作用对上覆土层剪切破裂扩展、上... 详细信息

基于自行设计的错动模型试验装置和数字图像相关技术开展1∶80模型试验,研究60°倾角逆断层错动作用导致上覆土层剪切破裂的过程。依托数字图像相关技术非接触式全场测量的优势,分析上覆土层与隧道相互作用对上覆土层剪切破裂扩展、上覆土层变形和地表变形的影响,总结60°倾角逆断层错动作用下上覆土层与隧道之间的变形传递形式。研究结果表明,与自由场试验结果相比,由于隧道与上覆土层变形不同步,剪切破裂遇到隧道时会产生分叉,即隧道能够偏移上覆土层剪切破裂路径;在逆断层作用下,由于上覆土层与隧道力学性能存在差异,二者不能同步变形,为适应剪切区上覆土层的大变形,隧道周边土体会出现脱空,不利于隧道抗震;与自由场试验结果相比,隧道在影响破裂路径的同时能够将剪切变形扩散到更宽的区域,并在地表产生更大范围的陡坎。

关键词：隧道断层区断层错动剪切变形相互作用数字图像相关技术

带有尾缘襟翼的兆瓦级大型垂直轴风力机气动性能优化

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上海交通大学学报 2023年第6期57卷 642-652页

作者：陈昊戴孟祎韩兆龙周岱包艳涂佳黄上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学水动力学教育部重点实验室上海200240 上海交通大学上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240 上海交通大学极地深海技术研究院海洋装备研究院上海200240 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105

垂直轴风力机较低的风能利用率是限制其工程化应用的主要原因,为了提高其风能转化率、降低气动荷载,针对叶尖速比为2.65的中等值条件下带尾缘襟翼的大型垂直轴风力机提出了一种改进的气动性能优化模型,采用SST k-ω湍流模型进行数值模拟... 详细信息

垂直轴风力机较低的风能利用率是限制其工程化应用的主要原因,为了提高其风能转化率、降低气动荷载,针对叶尖速比为2.65的中等值条件下带尾缘襟翼的大型垂直轴风力机提出了一种改进的气动性能优化模型,采用SST k-ω湍流模型进行数值模拟.研究结果表明:与原始模型相比,考虑桨距和襟翼协同运动下优化模型的功率系数可提高12.2%;此外,桨距和襟翼的协同运动可以显著减少作用在风力机整机上的推力和侧向力,与原始模型相比分别减少了12.4%和7.5%,推力和侧向力的波动幅值也要明显低于原始模型,这将有助于降低作用在风力机整机上的疲劳荷载.该模型有望在兆瓦级大型垂直轴风力机上得到应用.

关键词：大型垂直轴风力机可变桨距可变尾缘襟翼数值模拟

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基于Symm法求解复杂形状隧洞的共形映射

地下空间与工程学报 2023年第S2期19卷 558-574页

作者：张邵峰杨凤鹏蒋泉南通大学交通与土木工程学院江苏南通226019 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 南通大学理学院江苏南通226019

基于共形映射的Symm方法,给出了含复杂断面形状隧洞的共形正映射基本方程。根据正、逆映射边界点的对应关系,首次根据共形映射复变函数性质,导了出逆映射函数的基本方程。通过基本解方法,给出了含任意数目的复杂断面形状隧洞的插值方程... 详细信息

基于共形映射的Symm方法,给出了含复杂断面形状隧洞的共形正映射基本方程。根据正、逆映射边界点的对应关系,首次根据共形映射复变函数性质,导了出逆映射函数的基本方程。通过基本解方法,给出了含任意数目的复杂断面形状隧洞的插值方程,并通过截断奇异值数值方法进行了数值求解,得出最终的复杂形状隧洞的共形正、逆映射的半解析解。该方法具有概念简单、易于理解且不需要进行迭代计算的优点,能够一次性得到映射函数的数值解。本方法适用于有限单连体、无限域或有限域中含任意形状隧洞等多种情况的共形映射数值计算。算例结果表明:本方法结果精度较高,适应性强,可用于复杂形状隧洞的力学计算。

关键词：任意形状地下隧洞共形映射 Symm方法基本解方法

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特深圆形竖井土压力分布模式及影响因素研究

地下空间与工程学报 2022年第1期18卷 257-267页

作者：毛盘张旭东叶斌叶冠林同济大学土木工程学院上海200092 北京字节跳动网络技术有限公司北京100098 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

以上海深层隧道调蓄系统中的特深圆形竖井工程为背景,通过土工试验获得深层土的力学参数,然后利用数值模拟获得其土压力分布模式。在此基础上,分析了插入比、挡土墙刚度、竖井直径以及挡土墙厚度对土压力及侧向位移的影响。结果表明:当... 详细信息

以上海深层隧道调蓄系统中的特深圆形竖井工程为背景,通过土工试验获得深层土的力学参数,然后利用数值模拟获得其土压力分布模式。在此基础上,分析了插入比、挡土墙刚度、竖井直径以及挡土墙厚度对土压力及侧向位移的影响。结果表明:当插入比大于0.18时,增加插入比对圆形竖井的侧移和土压力的影响不显著;弹性模量的降低量小于50%时,圆形竖井侧移略微增大,对开挖面以上的土压力有明显影响;开挖面以下约20 m,土压力值与竖井直径呈非线性负相关,且竖井直径的影响随深度增加而减弱;竖井侧移随着墙厚的增大而减小,但由于边际效应的存在,过度增大厚度对于减少竖井侧移的效果并不显著。

关键词：特深圆形竖井土压力本构模型数值模拟

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功率谱二次正交化法在随机地震动响应的应用

振动工程学报 2022年第3期35卷 616-624页

作者：葛新广龚景海李创第王昌盛上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 柳州工学院土木建筑学院广西柳州545616 广西科技大学土木建筑学院广西柳州545006 黄淮学院建筑工程学院河南驻马店463000

针对平稳激励下线性结构随机地震动响应方差和谱矩时频域法无解析解或时域法解析解复杂的问题,提出了结构响应功率谱的二次正交化法,并成功获得线性结构基于李鸿晶随机地震谱的系列响应(结构层位移和层间位移)的0~2阶谱矩和方差的简明... 详细信息

针对平稳激励下线性结构随机地震动响应方差和谱矩时频域法无解析解或时域法解析解复杂的问题,提出了结构响应功率谱的二次正交化法,并成功获得线性结构基于李鸿晶随机地震谱的系列响应(结构层位移和层间位移)的0~2阶谱矩和方差的简明封闭解。综合虚拟激励法和复模态方法,提出了线性结构频率响应特征值函数的二次正交法,即将频率响应特征值函数表示为振动复特征值和频域变量二次方和的线性组合;以李鸿晶随机地震动谱为例,基于留数定律获得该谱的二次正交式,进而获得结构地震动系列响应功率谱的二次正交式;获得了建筑结构随机地震动系列响应方差及0~2阶谱矩的统一简明封闭解。利用本文方法对一单自由度结构和一多自由度TMD耗能结构地震动响应进行分析,并与虚拟激励法进行了对比研究,结果表明本文所提方法为封闭解且可用于验证虚拟激励法谱矩分析时的精度。此外,本文方法可适用于各种线性结构基于各类平稳随机地震谱的随机响应封闭解的分析。

关键词：随机地震动简明封闭解 0~2阶谱矩响应功率谱二次正交法留数定律

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环氧基GFRP筋在海水海砂混凝土孔溶液环境下的损伤演化试验与模型研究

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土木工程学报 2022年第9期55卷 25-41页

作者：赵齐张大旭赵晓林王文华上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240 香港理工大学中国香港999077

为研究环氧基玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋在海水海砂混凝土(SWSSC)孔溶液环境下的损伤演化机理与性能退化规律,对其进行溶液浸泡加速腐蚀、静力拉伸、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和能谱仪(EDS)等检测试验,并与相同基体... 详细信息

为研究环氧基玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋在海水海砂混凝土(SWSSC)孔溶液环境下的损伤演化机理与性能退化规律,对其进行溶液浸泡加速腐蚀、静力拉伸、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和能谱仪(EDS)等检测试验,并与相同基体的碳纤维增强聚合物(CFRP)筋进行对比分析,得到环氧基G/CFRP筋在SWSSC孔溶液中的强度和弹性模量的退化规律,对比G/CFRP筋腐蚀损伤机理,提出基于氢氧根离子蚀刻速率的损伤演化理论公式,并建立相应有限元模型。结果表明:环氧基G/CFRP筋的抗拉强度随浸泡时间和孔溶液温度的增加而降低,当FRP筋的强度保留率高于80%时,其弹性模量的保留率在95%以上;环氧基GFRP筋的腐蚀损伤主要由环氧基体交联结构的水解、界面相的失效以及玻璃纤维蚀刻引起,而环氧基CFRP筋主要发生基体和界面相的破坏,碳纤维不受腐蚀。基于氢氧根蚀刻速率的损伤模型能够较准确地预测FRP筋在SWSSC孔溶液环境下的蚀刻深度和抗拉强度。

关键词： FRP复合材料海水海砂混凝土加速腐蚀损伤机理数值模拟

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H形钢构件双向压弯加载下的破坏机理

中国科技论文 2022年第6期17卷 673-680页

作者：张超程欣段德馨太原理工大学土木工程学院太原030024 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

为了探究H形截面钢构件在双向压弯加载下的破坏机理和主要破坏模态,考察了板件之间的相关作用和截面平均应力分布形式对H形钢构件破坏模态的影响特性。首先采用软件ABAQUS建立考虑构件初始缺陷和材料强化影响的有限元模型,并与试验结果... 详细信息

为了探究H形截面钢构件在双向压弯加载下的破坏机理和主要破坏模态,考察了板件之间的相关作用和截面平均应力分布形式对H形钢构件破坏模态的影响特性。首先采用软件ABAQUS建立考虑构件初始缺陷和材料强化影响的有限元模型,并与试验结果进行校核;然后采用与试验中相同的双向压弯直线型加载方式,对影响H形钢构件双向压弯性能的4个关键参数进行批量化参数分析;最后基于大量有限元参数分析结果,根据模型在极限状态时刻的破坏特征,将其分为4种典型的破坏模态:全塑性破坏、翼缘屈曲破坏、腹板屈曲破坏及翼缘腹板屈曲破坏,并分别阐释了其各自发生的参数范围及破坏机理。分析发现:4个关键影响参数通过不同方式来决定构件的最终破坏模态,翼缘和腹板宽厚比组配作为主导影响因素,以板件相关作用为纽带影响构件的破坏模态;而轴压比和加载方向角则是通过改变截面平均应力的分布形式来影响构件的破坏模态。

关键词： H形钢构件双向压弯破坏机理板件相关作用局部屈曲

高掺量高钙粉煤灰单轴对称矩形钢管混凝土受弯构件力学性能的试验研究

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混凝土 2022年第10期 28-33页

作者：张扬李四平南阳理工学院土木工程学院河南南阳473004 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

混凝土用粉煤灰作为胶凝材料,不仅可以降低成本,而且对废物利用和环境保护意义重大。受弯钢管混凝土构件采用单轴对称非等壁厚矩形截面形式比传统等壁厚截面形式更能充分利用材料。通过试验的方法对高掺量高钙粉煤灰单轴对称矩形钢管混... 详细信息

混凝土用粉煤灰作为胶凝材料,不仅可以降低成本,而且对废物利用和环境保护意义重大。受弯钢管混凝土构件采用单轴对称非等壁厚矩形截面形式比传统等壁厚截面形式更能充分利用材料。通过试验的方法对高掺量高钙粉煤灰单轴对称矩形钢管混凝土受弯构件的力学性能进行研究,使用未经加工处理过的低品质高钙粉煤灰作为胶凝材料,设置4种粉煤灰掺加水平(0、50%、75%、100%),重点考察高掺量高钙粉煤灰单轴对称矩形钢管混凝土构件的抗弯承载能力和高钙粉煤灰掺量对其力学性能的影响。结果表明受压翼缘和受拉翼缘的屈服弯矩之比随着高钙粉煤灰掺量的增加而减小;高掺量高钙粉煤灰单轴对称矩形钢管混凝土受弯构件具有良好的延性和承载能力,50%和75%高钙粉煤灰掺量试件的抗弯承载能力比基准普通混凝土试件分别只降低了9.7%和10.1%,能够满足工程应用的需要;75%高钙粉煤灰掺量试件的钢管对核心混凝土的紧箍约束作用更强。

关键词：钢管混凝土单轴对称非等壁厚矩形截面高掺量高钙粉煤灰混凝土抗弯承载能力延性

水工结构开裂混凝土中氯离子等效扩散系数模型

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混凝土 2022年第7期 24-28页

作者：胡东港王小惠方从启上海海事大学海洋科学与工程学院港口航道与海岸工程系上海201306 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木工程系上海200240 上海师范大学建筑工程学院土木工程系上海201418

考虑服役水工结构混凝土中因荷载作用产生可见裂缝的非连续性和非均匀性对氯离子扩散性能的影响,取一典型带裂缝混凝土块体,假定在该混凝土块体的侧面和底面最外表面处裂缝宽度相等,建立氯离子在开裂混凝土中的扩散方程,提出与裂缝宽度... 详细信息

考虑服役水工结构混凝土中因荷载作用产生可见裂缝的非连续性和非均匀性对氯离子扩散性能的影响,取一典型带裂缝混凝土块体,假定在该混凝土块体的侧面和底面最外表面处裂缝宽度相等,建立氯离子在开裂混凝土中的扩散方程,提出与裂缝宽度、裂缝平均间距、裂缝在侧面高度和底面延伸长度相关的氯离子等效扩散系数模型。研究表明,提出的预测模型可较好反映服役水工结构开裂混凝土中氯离子等效扩散系数随荷载产生裂缝宽度的变化趋势,可用于水工结构氯离子引起的构件/结构服役寿命的预测。

关键词：服役钢筋混凝土构件氯离子等效扩散系数裂缝宽度裂缝间距裂缝延伸长度