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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

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

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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钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生仿真

交通运输工程学报 2024年第1期24卷 131-145页

作者：赵秋唐琨李英豪邓俊逸福州大学土木工程学院福建福州350116 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为建立适用于钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生分析方法,以Roe-Siegmund循环内聚力模型为基础,考虑混合加载模式下的内聚力参数转换,对ABAQUS进行二次开发,形成反映疲劳累计损伤的VUMAT子程序;通过试验数据获得了Q345钢材对应的焊接区... 详细信息

为建立适用于钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生分析方法,以Roe-Siegmund循环内聚力模型为基础,考虑混合加载模式下的内聚力参数转换,对ABAQUS进行二次开发,形成反映疲劳累计损伤的VUMAT子程序;通过试验数据获得了Q345钢材对应的焊接区域材料内聚力参数,基于Voronoi图法、焊接区域晶粒微观形态与力学特性建立了U肋-盖板焊缝焊趾处微观晶粒组织,并与宏观二维平面应变模型合并,模拟了多尺度疲劳裂纹萌生;结合等效结构应力法和线弹性断裂力学裂纹扩展理论,考虑初始缺陷形态和疲劳断裂临界标准反推了不同应力水平下的累积内聚力长度,进而得到疲劳裂纹萌生寿命的计算方法。分析结果表明:采用提出的方法模拟U肋-盖板焊缝焊趾裂纹萌生行为时,裂纹在焊趾处萌生并垂直于顶板表面进行扩展,形成了穿晶断裂模式,微观晶粒组织应力分布随裂纹萌生及短裂纹扩展而不断变化,且随着微观晶粒组织分布和力学特性的随机性变化,仿真结果中的短裂纹扩展路径细节与临界循环次数均不相同;反推得到的累积内聚力长度随初始缺陷形状比、长裂纹扩展临界深度、微观晶粒组织分布及其力学特性以及所处应力幅值的不同产生变化,考虑上述因素获取的累积内聚力长度-等效结构应力幅拟合曲线能够获取对应的裂纹萌生寿命。由此可知,建立的多尺度疲劳裂纹萌生仿真分析方法可为钢桥面板疲劳裂纹萌生寿命的获取提供新的解决路径。

关键词：桥梁工程钢桥面板循环内聚力模型 Voronoi图法断裂力学等效结构应力法

基于GA-BPNN代理模型的混合式黏滞阻尼器构造优化

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振动与冲击 2024年第9期43卷 249-260,290页

作者：林拥军陈皓郭松西南交通大学土木工程学院成都610031

采取CFD(computational fluid dynamics)数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究混合式黏滞阻尼器在多参数设计空间内的构造参数优化问题。首先,分析黏滞阻尼器参数对力学性能的影响规律,基于正交试验理论选取间隙宽度、缸体内径、活塞... 详细信息

采取CFD(computational fluid dynamics)数值模拟和基于代理模型的优化方法,研究混合式黏滞阻尼器在多参数设计空间内的构造参数优化问题。首先,分析黏滞阻尼器参数对力学性能的影响规律,基于正交试验理论选取间隙宽度、缸体内径、活塞厚度、阻尼孔直径为关键参数,利用优化拉丁超立方设计和CFD数值模拟获得初始样本点耗能性能指标;然后,使用遗传算法(genetic algorithm,GA)和反向传播神经网络(backpropagation neural network,BPNN)的方法构建代理模型,其能够准确反映构造参数耗能性能指标和构造参数之间的繁复关系。进一步地,循环更新GA-BPNN代理模型并结合非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSGA-II),以最佳耗能能力为目标,实现在全设计空间内的寻优,确定在典型阻尼介质黏度下双出杆混合式黏滞阻尼器的最优构造参数。最后,探讨了构造参数对黏滞阻尼器流动性能的影响机理。研究结果表明,优化双出杆混合式黏滞阻尼器构造参数在选用基于GA-BPNN代理模型的优化方法时,可有效提高计算效率且具有较高预测精度。从性能指标提升角度,全黏度下最优构造参数阻尼孔直径、活塞厚度、缸体内径和间隙宽度分别为1.31 mm、120.78 mm、199.87 mm、0.5 mm,相较于基准构造,最大阻尼力和能量耗材比分别提升33.8%和64.8%。该方法可为黏滞阻尼器构造参数优化及相关研究提供参考。

关键词：代理模型黏滞阻尼器构造参数优化耗能性能 CFD数值模拟

长期循环荷载下土的动力学特性与本构模型研究进展

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西南交通大学学报 2024年第2期59卷 377-391页

作者：李琼林青于蓝崔凯张东杰李庞举西南交通大学土木工程学院四川成都610031

随着交通基础设施的快速发展,长期循环荷载下土体的动力性能与相应的本构模型体系愈发受到关注,其能为该类荷载下地基或者岩土构筑物的动力稳定性和服役性能评估提供理论基础与技术支撑.最近20年来,国内外相关学者已开展了大量的室内试... 详细信息

随着交通基础设施的快速发展,长期循环荷载下土体的动力性能与相应的本构模型体系愈发受到关注,其能为该类荷载下地基或者岩土构筑物的动力稳定性和服役性能评估提供理论基础与技术支撑.最近20年来,国内外相关学者已开展了大量的室内试验探索长期循环荷载下土的动力特性与影响因素,建立相应的理论模型描述土体的长期循环变形特征,并努力将其应用于工程实践.目前,对长期循环荷载下土体动力学性能与主要影响因素的研究基本明确,但在如何减少本构模型参数,增强本构模型在变幅值、变频率等复杂实际工况时的适用性等研究尚需进一步加强.本文通过对该方向研究发展的总结,明确了未来的发展方向,并提出了当前研究局限的可能解决思路,有利于进一步推进相关研究成果应用于工程实践的进程.

关键词：长期循环荷载加载模式累积应变动态模量本构模型

考虑结构损伤的CFRP修复RC墩柱地震损伤模型研究

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西南交通大学学报 2024年第2期59卷 332-342页

作者：龚婉婷钱永久徐望喜西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为研究碳纤维材料(CFRP)修复损伤钢筋混凝土(RC)结构遭受地震作用的损伤演化规律,准确量化修复损伤结构状态,进行了10个钢筋混凝土圆墩柱拟静力试验,其中,8个墩柱试件为使用不同CFRP加固方法进行修复的损伤试件.基于试验结果,对8个典型... 详细信息

为研究碳纤维材料(CFRP)修复损伤钢筋混凝土(RC)结构遭受地震作用的损伤演化规律,准确量化修复损伤结构状态,进行了10个钢筋混凝土圆墩柱拟静力试验,其中,8个墩柱试件为使用不同CFRP加固方法进行修复的损伤试件.基于试验结果,对8个典型地震损伤模型进行研究分析,引入材料性能折减系数来考虑结构初始损伤,建立了CFRP修复RC墩柱的双参数地震损伤模型,并根据试验现象和改进的损伤模型对钢筋混凝土结构的损伤程度进行量化分析.研究表明:使用典型地震损伤模型计算修复柱的损伤指标时,计算试件破坏时的损伤指标普遍偏大,且同一墩柱模型损伤指数的变化趋势有较大差异,损伤指数发展趋势与试验现象不符;根据试件参数进行非线性回归分析,得到了组合系数与设计参数的经验表达式,建议的损伤模型能够较好模拟CFRP修复加固墩柱的地震损伤演化过程;定义了钢筋混凝土结构损伤的5个等级,并给出5个等级的损伤指标界限值;对中等损伤(0.3

关键词：地震损伤模型损伤钢筋混凝土圆墩柱 CFRP 加固方法修复

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玄武岩纤维棒聚合物混凝土的弯曲韧性

建筑材料学报 2024年第2期27卷 99-105页

作者：崔圣爱徐李麟饶家锐曹卓颖西南交通大学土木工程学院四川成都610031

研究了玄武岩纤维棒(BFB)的纤维增强指数I_(R)对玄武岩纤维棒聚合物混凝土(BFB-PC)韧性指标T_((2(n-1)))(n)的影响,通过分形理论探究了T_((2(n-1)))(n)与裂缝形貌的关系,并建立了弯曲韧性计算模型.结果表明:当IR=90.0时,BFB对BFB-PC的... 详细信息

研究了玄武岩纤维棒(BFB)的纤维增强指数I_(R)对玄武岩纤维棒聚合物混凝土(BFB-PC)韧性指标T_((2(n-1)))(n)的影响,通过分形理论探究了T_((2(n-1)))(n)与裂缝形貌的关系,并建立了弯曲韧性计算模型.结果表明:当IR=90.0时,BFB对BFB-PC的增韧效果最优,此时BFB-PC的弯曲韧性比未掺BFB时提升了8.39倍;BFB的增韧阈值为IR=37.5和IR=90.0;当IR相同时,与未掺聚合物的混凝土相比,聚灰比为0.06的BFB-PC T_((2(n-1)))(n)更高;IR越大裂缝形貌越复杂,T(2(n-1))(n)与裂缝分形维数呈二次函数关系;本文提出的弯曲韧性计算模型准确描述了BFB对PC梁的增韧作用,其试验值与理论值的相对误差小于15.00%.

关键词：聚合物混凝土玄武岩纤维棒纤维增强指数韧性指标分形维数