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拱桥断索冲击响应模型试验与有限元分析

中国公路学报 2024年第5期37卷 138-150页

作者：黄永辉霍建宏傅继阳刘爱荣饶瑞广州大学风工程与工程振动研究中心广东广州510006

为研究吊杆断裂对拱桥力学性能的影响,以广州海心桥为研究对象,设计并制作了几何相似比为1∶40的缩尺模型,采用缓慢卸载索力和突然断索2种方式开展吊杆断裂试验,讨论了2种吊杆失效模式对剩余构件静、动力响应的变化规律。然后采用ANSYS... 详细信息

为研究吊杆断裂对拱桥力学性能的影响,以广州海心桥为研究对象,设计并制作了几何相似比为1∶40的缩尺模型,采用缓慢卸载索力和突然断索2种方式开展吊杆断裂试验,讨论了2种吊杆失效模式对剩余构件静、动力响应的变化规律。然后采用ANSYS软件建立了有限元模型,通过瞬态分析方法对断索过程和结构响应进行了数值模拟。试验结果表明:位于L/4拱肋处的中吊杆失效后对邻近吊杆的冲击效应最为显著;吊杆索力的重分配比例随着距离断索区域的增加而减小;对于失效吊杆左右距离相同的邻近吊杆,索体长度越短的吊杆其索力分配比例越大。拱桥跨中和L/4附近吊杆断裂后的索力可近似全部由剩余吊杆承担;靠近拱脚处吊杆失效后,其一部分索力按照重分配比例由剩余吊杆分担,另一部分通过拱梁结合段直接传递到拱肋。不同典型位置处吊杆骤断后,引起邻近2根吊杆的索力动力放大系数在1.3~1.8范围内。结果可为吊杆断裂后拱桥的结构安全评估提供参考。

关键词：桥梁工程吊杆断裂模型试验拱桥有限元分析动力放大系数

车致振动响应递归量化分析在桥梁结构损伤识别中的应用

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振动工程学报 2024年第7期37卷 1098-1106页

作者：杜昌骏张静杨栋陈诚贺文宇合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 广州大学工程抗震研究中心广东广州510006 广州大学工程抗震减震与结构安全教育部重点实验室广东广州510006

基于移动车辆引起的桥梁结构动力响应,采用递归量化分析的方法对结构进行损伤识别。用固定宽度的滑动窗将桥梁结构上任意两个位置的响应信号分成若干小段,并对每一小段信号进行递归量化分析,进而提取特征构造损伤指标。损伤向量随着滑... 详细信息

基于移动车辆引起的桥梁结构动力响应,采用递归量化分析的方法对结构进行损伤识别。用固定宽度的滑动窗将桥梁结构上任意两个位置的响应信号分成若干小段,并对每一小段信号进行递归量化分析,进而提取特征构造损伤指标。损伤向量随着滑动窗的移动得到每一个相对位置的损伤指标,最终实现结构的损伤识别。通过数值模拟验证上述方法,并讨论了单损伤工况和多损伤工况,分析了损伤位置、损伤程度、车辆速度、噪声水平等因素的影响。最后制作实验室模型对递归量化分析的结构损伤识别方法进行了试验验证。数值模拟和试验结果表明,基于递归量化分析的损伤识别方法可以有效识别移动车辆作用下的桥梁结构损伤。

关键词：桥梁结构损伤识别递归量化分析车-桥-耦合滑动窗

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地聚物超高性能混凝土复合板抗接触爆炸试验与数值模拟

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爆炸与冲击 2024年第6期44卷 103-119页

作者：曾浩袁鹏程杨婷徐慎春吴成清广州大学工程抗震研究中心广东广州510006 悉尼科技大学土木与环境工程学院澳大利亚悉尼NSW2007

为提升工程结构的抗爆安全性,同时降低水泥基超高性能混凝土高水泥用量对环境的不利影响,提出了一种基于地聚物超高性能混凝土的新型复合板,通过现场爆炸试验和数值模拟研究了该复合板在接触爆炸荷载作用下的动态响应与破坏机理。共测试... 详细信息

为提升工程结构的抗爆安全性,同时降低水泥基超高性能混凝土高水泥用量对环境的不利影响,提出了一种基于地聚物超高性能混凝土的新型复合板,通过现场爆炸试验和数值模拟研究了该复合板在接触爆炸荷载作用下的动态响应与破坏机理。共测试了1块普通混凝土板和3块地聚物超高性能混凝土复合板,其中地聚物超高性能混凝土复合板由地聚物超高性能混凝土、钢丝网和吸能层制备而成。研究结果表明:采用地聚物超高性能混凝土代替普通混凝土能够有效提升混凝土板的抗爆性能;吸能层材料的高可压缩性和低抗剪强度是造成冲切破坏的主要原因;随着聚氨酯泡沫板层数的增加,复合板的爆坑深度增加,板底跨中位移增大;对复合板进行抗爆设计时,必须考虑吸能泡沫材料的可压缩性及其与地聚物超高性能混凝土之间的波阻抗匹配问题,才能有效提升复合板的抗爆性能。

关键词：地聚物超高性能混凝土吸能泡沫材料接触爆炸抗爆性能

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二维声呐水下墩桩分层定位斜率测量方法

工程力学 2024年第S01期41卷 83-88页

作者：王文轩李炎清陈炳聪刘超刘爱荣广州大学风工程与工程振动研究中心广东广州510006 广州诚安路桥检测有限公司广东广州510420

近十五年国内外桥梁坍塌事故屡见不鲜造成经济损失和人员伤亡,其中接近六成的事故是由水下结构病害导致的。桥梁墩桩倾斜是导致桥梁水毁的主要原因。如能在发生事故前提前获取桥梁倾斜数据,并制定维修方案,可以大大减少事故发生率,而国... 详细信息

近十五年国内外桥梁坍塌事故屡见不鲜造成经济损失和人员伤亡,其中接近六成的事故是由水下结构病害导致的。桥梁墩桩倾斜是导致桥梁水毁的主要原因。如能在发生事故前提前获取桥梁倾斜数据,并制定维修方案,可以大大减少事故发生率,而国内水下桩基检测及监测仍以低效的人工方式为主。针对以上问题,该文提出采用二维声呐水下墩桩分层定位斜率测量方法,并通过实桥试验验证了其有效性。该方法的实施步骤是采用水下机器人搭载二维声呐得到不同水深的平面成像云图,拟合墩柱的边缘和几何中心,最后推算墩桩斜率。

关键词：水下机器人桥梁检测斜率识别水下结构检测病害检测

基于能量平衡的既有建筑结构抗震加固性能化设计方法研究

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地震工程与工程振动 2024年第2期44卷 1-9页

作者：翟治鹏刘彦辉周福霖广州大学工程抗震研究中心广东广州510006 广州大学减震控制与结构安全国家重点实验室(培育) 广东广州510006 广州大学广东省地震工程与应用技术重点实验室广东广州510006

由于规范标准对结构抗震设计要求的不断提高以及结构在长期服役过程中性能的逐渐劣化,既有建筑结构的抗震性能不再满足设计要求,开展其抗震加固设计研究势在必行。然而,目前的加固设计方法往往需要大量的非线性动力计算反复迭代,增加了... 详细信息

由于规范标准对结构抗震设计要求的不断提高以及结构在长期服役过程中性能的逐渐劣化,既有建筑结构的抗震性能不再满足设计要求,开展其抗震加固设计研究势在必行。然而,目前的加固设计方法往往需要大量的非线性动力计算反复迭代,增加了设计的难度,降低了其适用性。基于能量平衡概念,提出适用于增设消能减震装置的既有建筑结构抗震加固性能化设计方法。该方法考虑了多地震水准性能目标,设计过程中无需开展非线性动力计算,且迭代次数少。采用所提方法对Benchmark钢框架结构进行加固设计,通过非线性动力分析评估了加固前和加固后结构的抗震性能。研究结果表明:加固后,所有楼层的位移角均明显降低,小震、中震和大震时的平均降幅约为20%,可见加固后结构抗震性能得到了显著改善;加固结构在小震、中震和大震下的层间位移角均与设计值吻合,实现了预期的层间位移角和屋顶位移角目标,验证了所提方法的有效性;所提方法设计的阻尼器在小震时整体保持弹性状态,在中震和大震时进入屈服耗能状态,实现了预期的耗能机制,且阻尼器延性需求沿楼层的分布较为均匀,进一步表明了设计方法的合理性。研究成果可为既有建筑结构的抗震性能加固设计提供参考。

关键词：既有建筑抗震加固能量平衡性能化设计消能减震

调谐液柱阻尼器-结构系统风致振动响应的CFD/CSD耦合分析方法

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振动与冲击 2024年第11期43卷 236-245,254页

作者：黄鹏吴玖荣傅继阳孙连杨王加雷广州大学风工程与工程振动研究中心广州510006

针对调谐液柱阻尼器(tuned liquid column damper, TLCD)难以建立其精确的非线性理论分析模型,且其力学性能试验成本高和耗时长等问题,首先采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,对TLCD系统的力学性能和动力特征进行仿真模拟,在此基础... 详细信息

针对调谐液柱阻尼器(tuned liquid column damper, TLCD)难以建立其精确的非线性理论分析模型,且其力学性能试验成本高和耗时长等问题,首先采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,对TLCD系统的力学性能和动力特征进行仿真模拟,在此基础上进一步提出了基于计算流体动力学/计算结构动力学(CFD/CSD)耦合分析方法,求解带TLCD系统的高层建筑结构的风致动力响应。通过开展某一TLCD系统在特定底部激励下的力学性能和动力特性试验,得到其内液体晃荡的自由液面波高和晃动力时程,验证了CFD数值模拟方法可以准确地分析TLCD水箱内液体的非线性晃动特征。随后对风工程领域广泛采用的76层建筑结构振动控制Benchmark模型,假设其顶部设置TLCD系统时主体结构在三种风速重现期(10、50和100年)风速对应的横风向动力风荷载激励下的风致控制效率,采用提出的CFD/CSD耦合分析方法,进行了数值仿真模拟分析。耦合分析结果表明,TLCD系统对Benchmark模型的风致加速度、速度和位移响应均有一定的控制效果,对加速度响应的控制效果要优于对位移响应的控制效果。该研究方法可为复杂TLCD系统对高层建筑的风振控制分析提供有效的参考。

关键词：调谐液柱阻尼器(TLCD) 高层结构风振控制计算流体动力学(CFD) 计算结构动力学(CSD) CFD/CSD耦合分析方法

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多折角梯形台面折纸夹层结构的冲击防护性能

爆炸与冲击 2024年第4期44卷 34-46页

作者：何远鹏王凌峰杨秋松李哲健郝洪陈文苏广州大学工程抗震研究中心广东广州510006 广东省地震工程与应用技术重点实验室广东广州510006 科廷大学土木与机械工程学院基础设施监测与防护研究中心澳大利亚珀斯

多折角梯形台面折纸(truncated square pyramid,TSP)作为新型折叠结构,具有良好的抗冲击、能量吸收特性并具有模块化易加工的特点。基于此结构模块化形成了单层以及多层夹层板,利用空气炮试验装置研究了背板无支撑的夹层结构以及覆层结... 详细信息

多折角梯形台面折纸(truncated square pyramid,TSP)作为新型折叠结构,具有良好的抗冲击、能量吸收特性并具有模块化易加工的特点。基于此结构模块化形成了单层以及多层夹层板,利用空气炮试验装置研究了背板无支撑的夹层结构以及覆层结构,在不同冲击工况、边界条件下结构的冲击防护性能以及吸能特性。通过测量、对比单层夹层结构的位移时程及冲击后的失效模式,对抗冲击性能进行了评估。利用装于背板的多点压力传感器装置,测量冲击作用下覆层结构对背板不同位置的传递力时程,研究不同工况下的缓冲性能。对于背板无支撑夹层工况,背板的残余位移随冲击速度的增大而增大。对于覆层工况,双层覆层有较好的能量吸收和抗冲击性能,相比于单层表现出更充分的芯层利用率。此外,冲击位置通过改变模块单元的变形模式对覆层结构动态响应产生显著影响,尤其影响传递力峰值和峰值出现时间。研究结果可为TSP防护结构的工程设计和应用提供参考。

关键词：折叠结构覆层结构空气炮冲击动态响应抗冲击性能

强化改性研磨时间对12Cr17Mn6Ni5N钢表层特性及拉伸性能的影响

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表面技术 2024年第15期53卷 173-183,233页

作者：何鹏谢鑫成陈嘉懿张宇鹏邹涛萧金瑞梁忠伟广州大学机械与电气工程学院广州510006 广州大学广州市金属材料强化研磨高性能加工重点实验室广州510006 广州大学广东省强化研磨高性能微纳加工工程技术研究中心广州510006 广东省科学院中乌焊接研究所广州510651

目的提高12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性及拉伸性能。方法采用单一变量法控制强化改性研磨加工时间,在12Cr17Mn6Ni5N钢表面进行强化改性研磨处理。进行了室温拉伸试验,绘制各样品的应力-应变曲线图,并通过扫描电镜拍摄距离表面30、100、... 详细信息

目的提高12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性及拉伸性能。方法采用单一变量法控制强化改性研磨加工时间,在12Cr17Mn6Ni5N钢表面进行强化改性研磨处理。进行了室温拉伸试验,绘制各样品的应力-应变曲线图,并通过扫描电镜拍摄距离表面30、100、170μm深度附近的断口形貌,分析表层的断裂机理。进一步分析各样品的表面线粗糙度、表层三维形貌、表面微观形貌、强化层厚度、截面显微硬度和表面残余应力。结果与母材相比加工时间从1 min增加至3 min,12Cr17Mn6Ni5N钢表面微观织构越多,拉伸方向和沿焊缝方向的表面粗糙度分别提高到Ra=1.81μm、Ra=1.46μm,三维形貌高度差先增加到34.82μm后减少为31.75μm,表层显微硬度最多提高了104.60%,残余应力提高到–1221.3 MPa,强化层最厚为160μm。在相同的载荷条件下,加工时间为3 min的样品的屈服强度和抗拉强度分别提高了15.89%和10.17%。在深度30μm附近,加工时间为3 min的样品的断口形貌出现少量韧窝,其他样品都为脆性断裂,其中母材样品为全解离脆性断裂;深度100μm附近,母材样品仍为脆性断裂,加工时间为1 min和2 min的样品都为混合断裂,加工时间为3 min的样品为韧性断裂且出现较深的大韧窝和深韧窝。结论强化改性研磨可以有效改善12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性,获得高硬度、高残余应力和组织致密的厚强化层,进而提高屈服强度和抗拉强度。

关键词：强化改性研磨 12Cr17Mn6Ni5N 表层特性拉伸性能

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悬挂螺旋坡道结构人致三维振动控制研究

振动工程学报 2024年

作者：区彤蒋婷婷刘雪兵林松伟刘彦辉广东省建筑设计研究院有限公司广州大学土木工程学院广州大学工程抗震研究中心

为研究螺旋坡道结构在人致振动作用下的舒适度问题，以某实际悬挂螺旋坡道为研究对象，采用有限元分析与现场实测结合的方法，对其人致三维振动进行研究。采用有限元软件分析各跨相关性，确定了最不利的人行荷载分布。在此基础上模拟结... 详细信息

为研究螺旋坡道结构在人致振动作用下的舒适度问题，以某实际悬挂螺旋坡道为研究对象，采用有限元分析与现场实测结合的方法，对其人致三维振动进行研究。采用有限元软件分析各跨相关性，确定了最不利的人行荷载分布。在此基础上模拟结构在人行荷载作用下的三维振动响应，对舒适度不满足要求的工况进行减振，并评估安装TMD后的减振效果。在TMD安装前后对结构进行实地动力测试，依次测试了结构减振前后的模态特性以及在人行荷载作用下的三维振动响应，并对TMD的三维减振性能进行评估。研究结果表明：仅在结构正相关跨上施加人行荷载时，结构竖向加速度最大值相对于全跨施加人行荷载增加了36.1%；在实测多人荷载作用下，安装TMD后结构竖向、横向、纵向峰值加速度最大减小幅值分别为82.4%,63.6%,49.2%，减振后的三维最大加速度均满足舒适度要求，验证了TMD对控制该类型结构人致三维振动具有良好的效果。

关键词：悬挂螺旋坡道多跨连续结构三维振动调谐质量阻尼器(TMD) 现场实测