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形状记忆合金增强水泥基复合材料及其构件研究进展

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材料导报 2024年第19期38卷 47-55页

作者：秦煜王亭辛景舟汤喻杰王威娜重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆大学土木工程学院重庆400044

传统的水泥基材料适用性强、经济性高、用途广泛,但是容易开裂,难以恢复。通过热弹性马氏体相变及其逆相变,形状记忆合金拥有了独特的形状记忆效应、超弹性等卓越性能。因此,可以利用形状记忆合金增强水泥基材料及构件,克服传统水泥基... 详细信息

传统的水泥基材料适用性强、经济性高、用途广泛,但是容易开裂,难以恢复。通过热弹性马氏体相变及其逆相变,形状记忆合金拥有了独特的形状记忆效应、超弹性等卓越性能。因此,可以利用形状记忆合金增强水泥基材料及构件,克服传统水泥基材料抗裂性能差的缺陷,改善水泥基材料构件的开裂和变形自恢复能力。本文从形状记忆合金的材料特性与种类、形状记忆合金纤维增强水泥基复合材料及形状记忆合金筋材增强水泥基复合材料构件三个方面进行综合阐述,并指出现有研究中存在的不足,展望了形状记忆合金增强水泥基复合材料的发展前景。

关键词：形状记忆合金水泥基复合材料自恢复形状记忆效应超弹性

海啸作用下跨海桥梁上部结构流-固耦合数值研究

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工程力学 2024年第9期41卷 111-122页

作者：杨志莹祝兵黄博张跃志殷瑞涛西南交通大学土木工程学院成都610031 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

海啸是威胁跨海桥梁安全的主要灾害之一,深入研究海啸与桥梁上部结构耦合作用过程,明确桥梁上部结构波浪力以及桥梁支座受力状态对跨海桥梁安全具有重要意义。该文采用开源软件OpenFOAM建立二维数值水槽,以溃坝波模拟海啸,通过求解RANS... 详细信息

海啸是威胁跨海桥梁安全的主要灾害之一,深入研究海啸与桥梁上部结构耦合作用过程,明确桥梁上部结构波浪力以及桥梁支座受力状态对跨海桥梁安全具有重要意义。该文采用开源软件OpenFOAM建立二维数值水槽,以溃坝波模拟海啸,通过求解RANS方程来获取流体运动,并采用k-ε湍流模型解决RANS方程的封闭性问题,以弹簧-质量-阻尼体系模拟桥梁上部结构运动体系,通过流体与质量-弹簧-阻尼体系间实时数据传递,模拟海啸与桥梁上部结构之间的耦合效应。并利用溃坝波解析解及已有的试验数据验证了数值模型的可靠性。在此基础上,通过对比在水平方向采用刚性约束或不同刚度的弹性约束时上部结构的波浪力,研究了流-固耦合效应以及约束刚度对桥梁上部结构波浪力的影响,同时分析了在海啸作用过程中桥梁各支座的受力状态。结果表明:该文建立的数值模型能够准确地模拟海啸波浪与结构耦合作用过程;考虑流固耦合效应后,上部结构受到的最大波浪力明显减小,水平力最大值减小16.8%~21.0%,竖向力最大值减小15.5%~19.5%;相比于上部结构水平波浪力,支座承受的水平力波动更明显且其最大值达到上部结构水平力的1.25倍;迎浪侧支座在不同时刻存在拉和压两种不同工作状态,其最大拉力达到上部结构竖向波浪力最大值的90%以上;背浪侧支座仅承受压力,其最大压力约为迎浪侧支座最大压力的1.11倍~1.55倍。

关键词：跨海桥梁流固耦合数值模拟波浪力支座力

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一种环境振动源强预测随机可靠度分析方法

振动与冲击 2024年第6期43卷 336-344页

作者：张校恺韦凯西南交通大学土木工程学院成都610031

不同线路之间工程条件的差异导致18导则半经验模型环境振动源强预测准确度较低,致使后续减振工作浪费大量时间、经济成本。为了提高预测准确度,实现环境振动敏感点的精准筛选,节约减振成本。建立了可以反映隧道壁振动的车辆-轨道-盾构... 详细信息

不同线路之间工程条件的差异导致18导则半经验模型环境振动源强预测准确度较低,致使后续减振工作浪费大量时间、经济成本。为了提高预测准确度,实现环境振动敏感点的精准筛选,节约减振成本。建立了可以反映隧道壁振动的车辆-轨道-盾构隧道耦合振动模型,基于蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法提出了一种环境振动源强预测随机可靠度分析方法,以半经验模型中的3个修正项C_(W)、C_(R)及C_(T)为例,分析了导致修正项预测准确度具有随机不确定性的主要因素并提出了相应的标准化管理建议。主要研究结论如下:所建模型具有较高的计算效率和计算精度,单个工况计算时间为90 s,可弥补MC法耗时的缺点,时域幅值误差在12%以内,源强误差在1 dB以内;同种扣件不同弹性垫板之间非线性载频变刚度的差异是导致C_(W)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,该因素会导致源强预测存在-1~+3 dB的误差;不同线路之间钢轨磨耗等级的差异是导致C_(R)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,该因素会导致源强预测存在-3~+3 dB的误差;不同中硬土之间弹性模量的差异过大是导致C_(T)准确度具有随机不确定性的一个重要原因,当土体剪切波速在250~375 m/s时C_(T)的准确度较高,当在375~500 m/s时,C_(T)的准确性较低,预测误差可达3 dB;当同时考虑多个修正项带来的误差时,源强预测误差范围可达-4~+9 dB,设计时极有可能采取不符合断面实际要求的减振措施,从而浪费大量减振成本,因此建议严格控制扣件弹性垫板非线性载频变刚度、钢轨磨耗等级等因素的随机性,并以剪切波速375 m/s为界将中硬土划为两类并给出相应的修正项。

关键词：城市轨道交通车辆-轨道耦合动力学环境振动随机振动

考虑约束扭转二次剪力流影响的箱梁畸变效应分析

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 937-943页

作者：王晨光张元海兰州交通大学土木工程学院兰州730070

为了揭示箱梁约束扭转和畸变之间的耦联关系,研究约束扭转对箱梁畸变效应的影响,根据约束扭转二次剪力流形成的畸变荷载,建立了考虑约束扭转的箱梁畸变控制微分方程.基于乌曼斯基第二理论,提出约束扭转剪力流是基于约束扭转引起的畸变... 详细信息

为了揭示箱梁约束扭转和畸变之间的耦联关系,研究约束扭转对箱梁畸变效应的影响,根据约束扭转二次剪力流形成的畸变荷载,建立了考虑约束扭转的箱梁畸变控制微分方程.基于乌曼斯基第二理论,提出约束扭转剪力流是基于约束扭转引起的畸变效应修正后的总扭矩布雷特剪力流,并通过Ansys有限元模型和能量法计算结果对理论公式进行了验证.数值算例结果表明:2种不同约束扭转剪力流分解方法计算所得结果完全一致;不同计算点处的约束扭转剪应力与Ansys有限元法计算结果吻合良好;扭转畸变翘曲总正应力、畸变翘曲正应力均与按能量法计算所得结果吻合良好,误差不超过10%.计入约束扭转二次剪应力的影响能够更准确地计算箱梁畸变效应.

关键词：箱梁约束扭转畸变效应耦联分析

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基于几何约束的倾斜影像特征匹配方法

西南交通大学学报 2024年第2期59卷 353-360页

作者：韦春桃张冬梅重庆交通大学土木工程学院重庆400074

针对倾斜影像视角变换较大、重复纹理导致匹配数量少、匹配精度不高的问题,提出一种适用于倾斜影像的特征点、线分级匹配方法.首先,用直线提取(检测)算法(LSD)获取影像直线特征,并将直线特征以一定约束进行直线组对,构建直线对区域与改... 详细信息

针对倾斜影像视角变换较大、重复纹理导致匹配数量少、匹配精度不高的问题,提出一种适用于倾斜影像的特征点、线分级匹配方法.首先,用直线提取(检测)算法(LSD)获取影像直线特征,并将直线特征以一定约束进行直线组对,构建直线对区域与改进的SIFT(scale-invariant feature transform)特征描述符进行匹配,使用RANSAC算法剔除误匹配,获得初始匹配结果后再进行核线约束;然后,利用已获得直线对区域进行影像局部纠正,在纠正后的局部影像上采用SIFT匹配并反算回原始影像,利用得到的同名点全局纠正倾斜影像,并进行特征点匹配与采用基于方格的运动统计算法(GMS)剔除误匹配,仍将匹配结果反算回原始影像上;最后,将仿射尺度不变特征变化结果与点拓展匹配结果进行合并,得到最终匹配结果.试验结果表明:本文方法匹配正确率与经典的仿射不变匹算法(ASIFT)的正确率相差不大,但匹配数量却是ASIFT算法的1倍~3倍.

关键词：倾斜影像直线特征核线约束点拓展匹配全局纠正

钢混组合梁栓钉锈胀下混凝土板开裂行为数值分析

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吉林大学学报（工学版） 2024年第7期54卷 1958-1965页

作者：肖林魏欢博卫星康志锐西南交通大学土木工程学院成都610031

为研究腐蚀环境中钢-混组合梁栓钉锈胀引发的混凝土板开裂行为,本文利用ABAQUS有限元分析软件建立混凝土板塑性损伤模型。采用环向均匀位移模拟栓钉锈胀作用,选用基于牵引力-分离法则(Traction-separation law)的粘聚区模型模拟混凝土开... 详细信息

为研究腐蚀环境中钢-混组合梁栓钉锈胀引发的混凝土板开裂行为,本文利用ABAQUS有限元分析软件建立混凝土板塑性损伤模型。采用环向均匀位移模拟栓钉锈胀作用,选用基于牵引力-分离法则(Traction-separation law)的粘聚区模型模拟混凝土开裂,计算分析3种不同约束边界、4种不同栓钉间距及4种栓钉直径条件下,混凝土板锈胀应力分布及开裂行为。研究结果表明:随着边界约束的增加,栓钉需要更大的腐蚀深度才会引起混凝土板开裂。栓钉横向间距从50 cm增加到80 cm,使混凝土边缘开裂需要锈蚀深度增加到1.59倍。栓钉直径从16 mm增加到25 mm,使混凝土边缘开裂需要锈蚀深度减小到0.87倍。

关键词：桥梁工程栓钉连接件锈胀混凝土板开裂数值分析

基于逆高斯随机过程的混凝土梁桥抗力退化模型

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第2期54卷 303-311页

作者：徐望喜钱永久金聪鹤龚婉婷西南交通大学土木工程学院成都610031

为准确体现混凝土梁桥抗力退化的时变性与随机性,运用逆高斯(IG)随机过程建立了结构抗力退化模型.基于现场检测数据,采用贝叶斯更新理论对IG随机过程进行实时更新.针对IG随机过程中的参数因先验分布与后验分布非共轭而难以采样估计的问... 详细信息

为准确体现混凝土梁桥抗力退化的时变性与随机性,运用逆高斯(IG)随机过程建立了结构抗力退化模型.基于现场检测数据,采用贝叶斯更新理论对IG随机过程进行实时更新.针对IG随机过程中的参数因先验分布与后验分布非共轭而难以采样估计的问题,提出了混合Gibbs采样法.结合数值案例论证了该方法的可行性,并将其应用于某一混凝土梁桥的抗力预测分析.研究结果表明:IG随机过程可利用现场检测信息对桥梁抗力退化过程实时更新;混合Gibbs采样法可解决IG随机过程的高维参数估计问题,克服了形函数中指数q值的经验性给定缺陷;随着服役年限的增大,桥梁结构的累积退化量逐步增大,当桥梁服役年限为60 a时,其累积退化量为服役年限为30 a时的3.48倍.与Gamma随机过程相比,IG随机过程避免了部分初始参数的假定,可得到更为精确的桥梁抗力退化模型.

关键词：桥梁工程抗力逆高斯(IG)随机过程混合Gibbs采样

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框架刚度计算方法对箱梁畸变效应分析的影响

东南大学学报（自然科学版） 2024年第2期54卷 423-431页

作者：魏彦红张元海周福成刘泽翔兰州交通大学土木工程学院兰州730070

研究了用位移法和力法计算的框架刚度对箱梁畸变效应分析结果的影响.首先分别用位移法和力法推导出了箱梁的抗畸变惯性矩解析式,然后建立了畸变控制微分方程,并给出箱梁同时承受偏心均布和集中荷载时该方程的初参数解.利用这2种解析法... 详细信息

研究了用位移法和力法计算的框架刚度对箱梁畸变效应分析结果的影响.首先分别用位移法和力法推导出了箱梁的抗畸变惯性矩解析式,然后建立了畸变控制微分方程,并给出箱梁同时承受偏心均布和集中荷载时该方程的初参数解.利用这2种解析法和有限元软件对悬臂梁模型和简支梁算例的畸变效应进行了研究.结果表明:2种解析法计算的矩形截面箱梁的畸变翘曲正应力、畸变横向正应力和畸变角一致,与实测值和有限元结果均吻合良好;2种解析法计算的梯形截面箱梁的畸变矩、畸变双力矩基本一致,与有限元结果均吻合良好,但二者计算的梯形截面箱梁的畸变角、单位宽度横向弯矩存在明显差异,其中力法计算的单位宽度横向弯矩更接近有限元结果;随着腹板倾斜度的增大,2种解析法计算的畸变框架刚度和畸变框架刚度之差均增大,而畸变翘曲刚度先减小再增大.

关键词：薄壁箱梁位移法力法框架刚度畸变效应

低温环境下栓钉环焊缝焊接残余应力场数值模拟

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吉林大学学报（工学版） 2024年第1期54卷 198-208页

作者：卫星高亚杰康志锐刘宇辰赵骏铭肖林西南交通大学土木工程学院成都610031

为了研究低温环境对栓钉焊接残余应力分布规律的影响,通过ABAQUS建立栓钉模型进行数值模拟,考虑了5个不同的温度进行有限元热-固耦合分析。结果表明:Mises应力、径向残余应力最大值均位于焊缝附近10 mm处,随着距离的增加迅速衰减;环向... 详细信息

为了研究低温环境对栓钉焊接残余应力分布规律的影响,通过ABAQUS建立栓钉模型进行数值模拟,考虑了5个不同的温度进行有限元热-固耦合分析。结果表明:Mises应力、径向残余应力最大值均位于焊缝附近10 mm处,随着距离的增加迅速衰减;环向残余应力在焊缝附近为残余拉应力,远离焊缝处为残余压应力,最大值位于焊缝中心;低温会提高焊接残余应力,Mises应力集中表现在焊缝中心,环向残余应力集中表现在焊缝附近,径向残余应力在焊缝中心及焊缝附近均有所增加。低温对提高焊接残余拉应力影响明显,对残余压应力影响不大。

关键词：桥梁工程栓钉低温温度场残余应力数值模拟