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基于改进Bouc-Wen模型的RC柱数值模拟方法

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吉林大学学报（工学版） 2024年第4期54卷 1028-1037页

作者：郭玉荣潘建中湖南大学土木工程学院长沙410082 湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室长沙410082

为模拟钢筋混凝土(RC)柱进入非线性状态后的力学性能,首先,提出了一种改进Bouc-Wen模型,从刚度退化、捏拢效应与非对称特性等方面对Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN)模型进行修正,并结合参数规一化处理与混沌粒子群算法建立模型参数识别方法... 详细信息

为模拟钢筋混凝土(RC)柱进入非线性状态后的力学性能,首先,提出了一种改进Bouc-Wen模型,从刚度退化、捏拢效应与非对称特性等方面对Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN)模型进行修正,并结合参数规一化处理与混沌粒子群算法建立模型参数识别方法。然后,实现了改进Bouc-Wen材料在OpenSees平台中的二次开发,并应用该材料定义RC柱塑性铰的弯矩-转角关系,完成基于集中塑性铰模型的RC柱数值建模。最后,根据钢筋混凝土柱的低周往复加载试验数据,分别通过直接识别水平恢复力-侧移曲线与集中塑性铰数值建模的方法描述RC柱的滞回特性。与试验结果对比表明:改进Bouc-Wen模型模拟精度较BWBN模型有明显提高;纤维模型的计算精度依赖设计信息的准确性,未能较好地模拟经历性能变化后RC柱的非线性响应;基于改进Bouc-Wen模型的数值建模方法能够更为准确地模拟经历震损后RC柱的刚度退化、捏拢效应与非对称特性。

关键词： RC柱集中塑性铰模型 Bouc-Wen模型参数识别

一种WC-Co/316Lγ射线屏蔽复合材料交替沉积制备方法

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中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 881-897页

作者：乔春光王中华李博川姜潮湖南大学整车先进设计制造技术全国重点实验室长沙410082 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

核工业场景中普遍存在具有极强穿透能力的γ射线,极易造成机器人等智能装备的电路系统故障失效.传统钨、铅等屏蔽材料无法兼顾可加工性、辐射屏蔽性能及结构力学性能,难以同时满足结构承载、屏蔽功能及经济性综合最优的设计目标.基于此... 详细信息

核工业场景中普遍存在具有极强穿透能力的γ射线,极易造成机器人等智能装备的电路系统故障失效.传统钨、铅等屏蔽材料无法兼顾可加工性、辐射屏蔽性能及结构力学性能,难以同时满足结构承载、屏蔽功能及经济性综合最优的设计目标.基于此,本文以316L不锈钢为基体,以WC-Co为功能-结构增强材料,采用定向能量沉积增材制造(DED-AM)技术提出了一种新的WC-Co/316L功能-结构一体化γ射线屏蔽复合材料交替沉积制备方法.首先,研究了WC-Co/316L,316L两种粉末交替沉积工艺,通过优化调控激光功率、扫描速度、粉末配比等工艺参数,制备出WC-Co/316L功能-结构一体化γ射线屏蔽复合材料;其次,对制备出的复合材料进行微观结构与宏观力学性能表征;最后,采用蒙特卡罗粒子输运模拟方法对厚度、WC-Co含量及沉积方式不同的WC-Co/316L复合材料γ射线屏蔽性能进行分析.结果表明,该复合材料的低能γ射线屏蔽率明显提升,且在材料成型过程中增加了形核率并使晶粒细化,显著提高了材料的拉伸强度.本研究可为功能-结构一体化γ射线屏蔽材料制备提供指导.

关键词：增材制造多层交替沉积 γ射线屏蔽 WC-Co/316L

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间距对公铁双幅主梁气动特性影响的试验研究

铁道科学与工程学报 2024年第4期21卷 1482-1494页

作者：刘路路何旭辉邹云峰杨甲锋中南大学土木工程学院湖南长沙410075 轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410075

为研究间距对非对称公铁双幅主梁气动特性的影响,以某大跨度公铁双幅斜拉桥主梁断面为背景进行节段模型风洞试验,在间距L/Br=0.2~2.0范围内,测试了2种不同来流方向下双幅主梁的气动特性,分析非对称双幅主梁气动力系数、表面风压分布并... 详细信息

为研究间距对非对称公铁双幅主梁气动特性的影响,以某大跨度公铁双幅斜拉桥主梁断面为背景进行节段模型风洞试验,在间距L/Br=0.2~2.0范围内,测试了2种不同来流方向下双幅主梁的气动特性,分析非对称双幅主梁气动力系数、表面风压分布并推断主梁周围绕流特征,明确间距对非对称公铁双幅主梁气动干扰规律的影响规律。结果表明:无论风向角α=0°或α=180°,上游主梁气动力系数、表面风压分布和绕流方式受间距影响程度相对较小,与单幅主梁气动特性和绕流方式相似;但下游主梁气动特性受间距影响较大,且完全不同于单幅主梁,间隙处的绕流形式随间距的增大而发生变化,下游主梁气动力系数、平均风压系数曲线和脉动风压曲线也表现出完全不同的规律;且间距越大,下游主梁气动特性和绕流方式越接近于单幅主梁。公路主梁的流线性相比于铁路主梁更强,这种气动外形差异导致2种来流方向下非对称双幅主梁气动特性和绕流形式不同,间距在L/Br=0.2~2.0范围内,气动干扰对其影响规律也完全不同。如α=0°时,双主梁上表面始终为“单一钝体流态”;但α=180°时,双主梁上表面属于“剪切层附着流态”,间距不同,上游公路主梁尾流附着于下游铁路主梁的位置不同,据此可再细分为2种不同的绕流方式。研究成果可为同类型非对称双幅桥梁间隙距离设计提供参考。

关键词：间距效应双幅桥公铁平层桥气动干扰风压系数风洞试验

型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面横向受力性能研究

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土木工程学报 2024年

作者：邵旭东杨川琪孙璇邹德强湖南大学土木工程学院湖南大学桥梁工程安全与韧性全国重点实验室中国建筑第五工程局有限公司市政设计院

为解决正交异性钢桥面板的两大难题，提出了型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面新结构，并首次应用于某40m宽幅钢箱梁结构中，在单索面横向20m悬臂体系下，悬臂根部区域UHPC的受力状态需重点关注。故对背景工程新型组合桥面的横向受力性能展... 详细信息

为解决正交异性钢桥面板的两大难题，提出了型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面新结构，并首次应用于某40m宽幅钢箱梁结构中，在单索面横向20m悬臂体系下，悬臂根部区域UHPC的受力状态需重点关注。故对背景工程新型组合桥面的横向受力性能展开研究，进行了桥面局部模型的疲劳和静力有限元计算，开展了横向悬臂加载的组合桥面模型试验，并基于试验结果建立了试件的结构承载力计算模型，分析了桥面UHPC层的名义开裂应力。研究结果表明：计算得到的桥面各疲劳细节均满足强度要求，且UHPC层横向拉应力水平远大于纵向拉应力，表明实桥桥面设计时应以横向受力为控制条件；随着荷载的增加，悬臂根部区域UHPC层逐渐从近似轴拉状态过渡到弯拉状态，且结构整体受力并不满足平截面假定，整体刚度主要由下部钢结构提供；在不满足平截面假定这一条件下，建立的结构承载力计算模型所得计算值与试验值之比为1.001，吻合良好；计算得到的UHPC名义开裂应力与实桥最不利效应值相比，新型组合桥面结构具有1.71的安全系数。综上表明，型钢开口肋-UHPC轻型组合桥面在横向受力具有良好的受力性能，在大跨钢桥结构应用方面有较好的可行性与安全性。

关键词：桥梁工程型钢-UHPC组合桥面开口肋横向受力性能正交异性钢桥面板

基于贝叶斯后验估计的桥梁动态称重算法理论与试验研究

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振动与冲击 2024年第1期43卷 20-27页

作者：张龙威原璐琪陈宁袁帅华张龙湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学结构抗风与振动湖南省重点实验室湖南湘潭411201

桥梁动态称重(bridge weigh-in-motion,BWIM)利用过桥车辆对桥梁产生的动力响应快速识别车辆轴质量。由于实测的动力响应包含测量误差,在一定程度上降低了传统BWIM算法的轴质量识别精度。为了解决这一问题,提出基于贝叶斯后验估计的桥... 详细信息

桥梁动态称重(bridge weigh-in-motion,BWIM)利用过桥车辆对桥梁产生的动力响应快速识别车辆轴质量。由于实测的动力响应包含测量误差,在一定程度上降低了传统BWIM算法的轴质量识别精度。为了解决这一问题,提出基于贝叶斯后验估计的桥梁动态称重算法。该算法考虑了测量误差对轴质量识别精度的影响,假设测量误差和轴质量服从高斯分布,利用测量误差的标准差和轴质量标准差得到能抑制测量误差的约束因子,推导出新的轴质量求解方程。基于数值仿真和实桥试验,分别得到传统BWIM算法和贝叶斯算法的轴质量识别精度,并进行对比分析。试验结果表明:相比于传统BWIM算法,贝叶斯算法能够有效抑制测量误差的影响,明显改善轴质量识别精度。

关键词：桥梁动态称重(BWIM) 贝叶斯后验估计最小二乘测量误差实桥试验

带波形钢板的UHPC免模板湿接缝抗弯模型试验研究

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铁道建筑 2024年第1期64卷 7-13页

作者：黄心仪李立峰王连华王哲宇蒋德松湖南大学土木工程学院长沙410082 风工程与桥梁工程湖南省重点实验室长沙410082 湖南湖大土木建筑工程检测有限公司长沙410036

针对预制装配式桥梁中桥面板湿接缝处的受力特点和现有接缝构造形式,提出一种以预埋波形钢板为底模的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)免模板湿接缝构造形式,解决接缝现场支模问题。为研究新型接缝的力学性能,设计... 详细信息

针对预制装配式桥梁中桥面板湿接缝处的受力特点和现有接缝构造形式,提出一种以预埋波形钢板为底模的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)免模板湿接缝构造形式,解决接缝现场支模问题。为研究新型接缝的力学性能,设计了5片试验梁,以钢纤维含量为试验参数,开展四点弯曲全过程抗弯性能试验。结果表明:各试验梁主裂缝均位于预制段,发生弯曲破坏,接缝段未产生较大破坏;提高钢纤维含量可以增强UHPC-NC(Normal Concrete)界面黏结,提升接缝的抗裂性能,但对结构的抗弯承载力影响较小;钢纤维含量为1.0%的免模板接缝梁抗裂性能仅次于UHPC整体梁,同时具有结构简单、施工简化、造价经济等优点,说明该接缝构造形式运用于实际工程中是可行和可靠的;UHPC钢纤维含量建议取1.0%。

关键词：公铁两用桥梁超高性能混凝土弯曲性能试验预制桥面板湿接缝抗裂性能

UHPC增强短搭接RC构件承载力可靠度分析与加固建议

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防灾减灾工程学报 2024年第3期44卷 605-615页

作者：马高马忍湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 工程结构损伤诊断湖南省重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082

基于可靠度研究超高性能混凝土(Ultra‐High Performance Concrete,UHPC)增强钢筋短搭接RC构件的失效模式与承载力特征。首先阐述了UHPC加固机理,建立了包含活恒荷载效应比、搭接系数m、UHPC强度、混凝土强度、钢筋型号、考虑水平地震... 详细信息

基于可靠度研究超高性能混凝土(Ultra‐High Performance Concrete,UHPC)增强钢筋短搭接RC构件的失效模式与承载力特征。首先阐述了UHPC加固机理,建立了包含活恒荷载效应比、搭接系数m、UHPC强度、混凝土强度、钢筋型号、考虑水平地震作用的弯矩效应比和轴力效应比等关键参数的设计空间;确立分析RC构件承载力可靠度的功能函数,运用Monte Carlo法对设计空间中的关键参数组进行可靠指标计算,然后进行关键参数敏感性分析和计算结果拟合分区。结果表明:设计空间关键参数中,搭接系数、效应比、配筋率、钢筋型号和UHPC强度对可靠指标的影响均显著;UHPC不仅具有良好的承载力增强能力,还能改变失效模式,梁和柱屈服时可靠指标分别提高109.6%和12.9%,屈服时搭接系数分别为0.58和0.57;对于受弯RC梁(压弯柱),m>0.67(0.65)时,钢筋基本能屈服,建议采用UHPC加固;0.50(0.49)

关键词：短搭接 UHPC加固可靠度 Monte Carlo法承载力

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共旋梁单元几何非线性分析的子结构方法

土木工程学报 2024年第5期57卷 65-75页

作者：邓继华梁璐祎谭平周福霖长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室湖南长沙410114 广州大学广东广州510405

采用有限元方法分析结构的非线性行为必须进行多次迭代求解,因此在保证非线性计算精度的同时提高其计算效率是关键。该文以内含2个平面梁单元的子结构为例,建立一种平面梁结构基于共旋法与子结构的几何非线性分析方法。共旋法具有将刚... 详细信息

采用有限元方法分析结构的非线性行为必须进行多次迭代求解,因此在保证非线性计算精度的同时提高其计算效率是关键。该文以内含2个平面梁单元的子结构为例,建立一种平面梁结构基于共旋法与子结构的几何非线性分析方法。共旋法具有将刚体位移从结构的大位移中扣除而得到准确的小变形的特点,子结构法则能将内部节点的自由度凝聚到边界节点从而大大减少结构非线性平衡方程组的阶数,该文将两者结合并利用有较好的通过荷载和位移极限点功能的修正弧长法编制了计算程序,对荷载-位移曲线具有“位移跳跃”或“荷载跌落”显著特征的数个算例进行分析,与已有文献的结果对比验证了方法及程序的正确性。

关键词：平面梁结构共旋列式子结构法几何非线性修正弧长法

导流板倾斜角度对Π型叠合梁涡振性能的影响研究

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振动工程学报 2024年第1期37卷 40-51页

作者：黄林董佳慧王骑廖海黎李志国西南交通大学土木工程学院桥梁工程系四川成都610031 风工程四川省重点实验室四川成都610031

型叠合梁被广泛应用于大跨度斜拉桥建设中,但该类断面较差的涡振性能严重影响了其应用前景。以某主跨为530 m的Π型叠合梁双塔斜拉桥为工程背景,通过风洞试验对Π型主梁的涡振性能及气动优化措施进行研究。试验结果表明,原设计Π型断面... 详细信息

型叠合梁被广泛应用于大跨度斜拉桥建设中,但该类断面较差的涡振性能严重影响了其应用前景。以某主跨为530 m的Π型叠合梁双塔斜拉桥为工程背景,通过风洞试验对Π型主梁的涡振性能及气动优化措施进行研究。试验结果表明,原设计Π型断面在各风攻角下均存在显著涡激振动,通过在断面工字梁下缘处设置导流板与下中央稳定板可降低梁体的涡振振幅,且导流板倾斜角度的改变对该组合气动措施的制振效果影响显著,其中30°倾角导流板组合气动措施的制振效果最优,可在规范要求阻尼比1.0%下显著抑制甚至消除梁体的涡激振动。通过CFD数值模拟对该组合气动措施的制振机理与导流板倾斜角度的变化对组合气动措施制振性能的影响机理进行了研究,计算结果表明,30°倾角导流板组合气动措施中的迎风侧导流板可显著改善上游断面的气体绕流状态,并配合下中央稳定板削弱Π型断面尾流的卡门涡脱,从而起到抑制主梁涡振的效果,改变导流板倾斜角度会在影响导流板自身附近旋涡生成的同时,影响下中央稳定板对断面下侧旋涡脱落状态的改善作用,从而对该组合气动措施的制振性能产生显著影响。

关键词：型叠合梁涡激振动组合气动措施导流板角度 CFD