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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

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湿热力作用下粉砂质泥岩开裂特性研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 126-136页

作者：曾铃郭雨查焕奕高乾丰黎繁卞汉兵桥梁工程安全控制教育部重点实验室(长沙理工大学) 湖南长沙410114 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114

为探究湿热力作用下粉砂质泥岩的开裂特性,开展裂隙演化试验,得到湿热力单因素及多因素耦合循环作用下粉砂质泥岩的裂隙演化规律,同时利用X射线衍射、扫描电镜研究其微观结构变化特征,分析宏观和微观试验结果关联性,揭示湿热力作用下粉... 详细信息

为探究湿热力作用下粉砂质泥岩的开裂特性,开展裂隙演化试验,得到湿热力单因素及多因素耦合循环作用下粉砂质泥岩的裂隙演化规律,同时利用X射线衍射、扫描电镜研究其微观结构变化特征,分析宏观和微观试验结果关联性,揭示湿热力作用下粉砂质泥岩裂隙扩展机制.研究结果表明:粉砂质泥岩裂隙发育表现为增长-平缓趋势;在单因素循环作用中,湿度循环(浸水~烘干)最易造成粉砂质泥岩开裂,温度循环(5~60℃)次之,荷载循环(0~50 kPa)最弱;在多因素耦合循环作用中,裂隙发育程度排序为:湿热力>湿热>湿力>热力,验证了湿度循环致裂性最强的结论.湿热力耦合循环作用15次后裂隙率达0.92%,裂隙条数增至30条,平均长度延伸至60.58 mm,而平均宽度稳定在0.47 mm左右.孔隙率与裂隙率的灰关联度最大,为0.813,即微观结构变化中孔隙发育与裂隙扩展的关联程度最大.湿热力耦合循环作用中,湿度循环引起黏土矿物晶层间距变化,导致颗粒破碎、孔隙扩张形成微裂隙,温度循环使试样产生差异性热应力、水分分布,促使微裂隙发育贯通,荷载作用增加尖端应力,最终导致裂隙网络形成.

关键词：边坡工程粉砂质泥岩湿热力作用裂隙发育微观结构

端部嵌贴CFRP板加固钢筋混凝土结构的斜嵌段粘结性能试验

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复合材料学报 2024年第2期41卷 871-883页

作者：娄逸群彭晖兰川云丑佳璇长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室长沙410114 长沙理工大学土木工程学院长沙410114

端部嵌贴预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固混凝土结构是一种高效经济的新型混凝土结构加固方法,端部嵌贴段的CFRP与混凝土的粘结性能是锚固预应力CFRP、确保加固效果充分发挥的关键因素。为确定端部嵌贴段中斜向嵌贴段CFRP-混凝土... 详细信息

端部嵌贴预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固混凝土结构是一种高效经济的新型混凝土结构加固方法,端部嵌贴段的CFRP与混凝土的粘结性能是锚固预应力CFRP、确保加固效果充分发挥的关键因素。为确定端部嵌贴段中斜向嵌贴段CFRP-混凝土的界面粘结性能,本文开展9个单剪拔出试验,研究了斜嵌段的粘结性能。通过设计混凝土棱柱试件,研究了斜槽角度、CFRP板埋深、CFRP板粘结长度对斜向嵌贴界面粘结性能的影响,并基于试验结果构建了CFRP板-混凝土局部界面的粘结-滑移关系模型。试验结果表明:随斜槽角度增大,试件的承载力及CFRP-混凝土局部界面断裂能也在逐渐增大。CFRP-混凝土界面粘结性能随CFRP埋深比增加而明显增加,并在埋深比为50%时达到最大,此后不再明显变化。基于试验结果所建立的粘结-滑移模型能较准确地模拟出CFRP板在混凝土斜槽中的受力过程。

关键词：端部嵌贴 CFRP 单剪拔出粘结性能粘结-滑移本构关系

基于自适应代理模型的桥梁风屏障参数多目标优化方法

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工程力学 2024年

作者：王力东付岱林卜秀孟胡朋韩艳长沙理工大学土木工程学院桥梁工程安全控制教育部重点实验室长沙理工大学

结合车-桥-风屏障系统CFD模拟和自适应代理模型，提出了一种桥梁风屏障参数多目标优化方法。首先，建立了车-桥-风屏障系统二维CFD模型，获得了不同风屏障参数下列车和桥梁的气动力系数，并通过与风洞试验测试结果对比验证了数值模型的... 详细信息

结合车-桥-风屏障系统CFD模拟和自适应代理模型，提出了一种桥梁风屏障参数多目标优化方法。首先，建立了车-桥-风屏障系统二维CFD模型，获得了不同风屏障参数下列车和桥梁的气动力系数，并通过与风洞试验测试结果对比验证了数值模型的计算精度。其次，选取风屏障高度和透风率作为设计参数并获取候选样本点集，采用最优拉丁超立方试验设计方法选择优化参数的初始样本点集，以桥梁阻力系数和列车倾覆力矩系数最小为优化目标，通过自适应采样技术快速构建目标函数代理模型。最后，基于多目标灰狼优化算法，计算两个目标函数相应的Pareto最优解集，通过熵权TOPSIS综合评价方法对Pareto解集中的个体进行评分和排序，从中选择最优解并得到对应的风屏障参数。结果表明：风屏障高度对车、桥气动力均有较大影响，风屏障透风率对列车气动力影响更大，高度3.37 m、透风率0%的风屏障参数对于该桥梁和列车综合抗风效果最佳。本研究可为各类桥梁风屏障参数优化及相关研究提供参考。

关键词：桥梁风屏障 CFD 自适应代理模型多目标优化 Pareto最优解

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带挑臂PK箱梁涡振性能及优化措施机理研究

振动与冲击 2024年第11期43卷 41-49页

作者：李春光贺小龙黄笑颜虎斌韩艳长沙理工大学土木工程学院长沙410114

为研究带挑臂PK箱梁的涡振性能及气动优化措施,通过节段模型风洞试验研究了PK箱梁在0°、±3°风攻角下的涡振性能,并测试了人行道高度、封闭挑臂底部、栏杆透风率改变、不同倾角抑流板等气动措施对PK箱梁气动稳定性的影响,研究表明:主... 详细信息

为研究带挑臂PK箱梁的涡振性能及气动优化措施,通过节段模型风洞试验研究了PK箱梁在0°、±3°风攻角下的涡振性能,并测试了人行道高度、封闭挑臂底部、栏杆透风率改变、不同倾角抑流板等气动措施对PK箱梁气动稳定性的影响,研究表明:主梁在0°、+3°风攻角下出现强烈的竖向涡激共振,并出现多个竖向涡振区间,同时在高风速下主梁出现了明显的扭转涡振;抬高人行道高度能降低各攻角下主梁的竖弯涡振响应,同时高风速下的扭转涡振得到极大程度的改善;通过封闭栏杆来改变栏杆透风率的研究发现,竖向间隔封闭人行道外侧护栏能破坏涡激气动力在展向的相关性,将主梁涡振峰值响应降低至规范限值的55.8%;0.25 m宽抑流板能有效改善主梁气动稳定性,抑流板倾角变化在20°~75°之间时,其均能完全抑制主梁涡振响应;气流在迎风侧人行道护栏处发生分离,在上表面卷起形成规律的大尺度旋涡,从而造成主梁剧烈的涡激振动,抑流板明显破坏了挑臂附近旋涡的形成,无法向下游发展形成规律的大尺度旋涡,从而能有效抑制主梁涡振。

关键词： PK箱梁风洞试验涡振性能气动措施

平钢板-UHPC组合桥面板纵向抗负弯性能试验研究

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工程力学 2024年第3期41卷 91-105页

作者：李传习肖和育贺龙飞施宇冯浩轩裴必达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 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

某大桥次边跨及中跨主梁为钢-UHPC组合梁,钢-UHPC组合梁的桥面板首次采用一种通过PBL剪力键将8 mm平钢板与15 cm的UHPC层连接起来的新型组合桥面体系。为了探究该桥新型钢-UHPC组合桥面板抗负弯矩性能与安全性,完成了2块足尺模型的静力... 详细信息

某大桥次边跨及中跨主梁为钢-UHPC组合梁,钢-UHPC组合梁的桥面板首次采用一种通过PBL剪力键将8 mm平钢板与15 cm的UHPC层连接起来的新型组合桥面体系。为了探究该桥新型钢-UHPC组合桥面板抗负弯矩性能与安全性,完成了2块足尺模型的静力性能试验,进行了桥梁整体受力和桥面板局部受力计算,以及桥面板抗负弯矩极限承载力构成分析。结果表明:UHPC名义开裂强度达8.90 MPa以上,其值远大于实桥荷载作用下UHPC层上缘的纵桥向最大拉应力,组合桥面板负弯矩抗裂性能良好,能满足工程需求;组合桥面板抗负弯承载力的计算,UHPC受拉本构宜采用三折线模型,抗负弯承载力简化计算的UHPC受拉区等效均布应力折减系数可取0.76,抗负弯承载力状态的受压钢板受力仍处于线弹性阶段,抗负弯破坏模式与抗正弯明显不同,为受拉钢筋拉断;PBL剪力键能保证了钢板与UHPC板整体共同受力;组合桥面板在负弯矩作用下的延性良好,裂宽增长缓慢,UHPC的名义极限强度达名义开裂强度的4.1倍以上,到达极限荷载后,组合板承载力没有明显下降。

关键词：平钢板-UHPC组合桥面板纵向受弯有限元足尺模型试验界面滑移 UHPC特征强度极限承载力构成

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高速磁浮车-桥耦合振动控制参数影响分析

西南交通大学学报 2024年第4期59卷 848-857,866页

作者：卜秀孟王力东黎清蓉胡朋韩艳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

磁浮列车悬浮系统控制参数取值不当可能导致车-桥系统异常振动.因此,明确悬浮系统控制参数与磁浮车-桥系统动力响应之间的关系十分重要.首先,建立包含比例-微分控制的5节编组磁浮列车动力学模型和20跨简支梁桥有限元模型;其次,与实测结... 详细信息

磁浮列车悬浮系统控制参数取值不当可能导致车-桥系统异常振动.因此,明确悬浮系统控制参数与磁浮车-桥系统动力响应之间的关系十分重要.首先,建立包含比例-微分控制的5节编组磁浮列车动力学模型和20跨简支梁桥有限元模型;其次,与实测结果进行对比验证所建立模型的正确性;最后,计算车速430 km/h时不同控制参数下列车和桥梁的动力响应.结果表明:增大比例系数会使悬浮和导向系统刚度增大,增大微分系数会使悬浮和导向系统阻尼增大;车体竖向加速度随比例和微分系数的增大而增大,车体横向加速度随比例系数的增大而增大;悬浮间隙和桥梁竖向加速度均随比例系数的增大而减小,随微分系数的增大而增大;导向间隙随微分系数的增大而减小,比例系数对导向间隙的影响较小;桥梁横向加速度随比例系数的增大而减小,随微分系数的增大而增大;桥梁竖向加速度主要受电磁力中悬浮电磁铁长度特征频率1倍~12倍频的影响,桥梁横向加速度主要受导向磁极长度特征频率及其2倍频和导向电磁铁长度特征频率2倍频及4倍频的影响;为减小车-桥系统动力响应,综合建议竖向比例和微分系数的取值范围分别为3000~4000和10~25,横向比例和微分系数的取值范围分别为4000~5000和10~25.

关键词：高速磁浮列车车桥耦合振动控制参数比例-微分控制动力响应分析

湿热交替下粉砂质泥岩裂隙动态扩展及机制研究

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岩土工程学报 2024年

作者：曾铃郭雨高乾丰罗锦涛查焕奕卞汉兵长沙理工大学土木工程学院湖北交投鄂西高速建设管理有限公司长沙理工大学交通运输工程学院桥梁工程安全控制教育部重点实验室(长沙理工大学)

湿热交替作用下粉砂质泥岩裂隙扩展是导致其边坡崩塌破坏的重要原因。围绕粉砂质泥岩的裂隙扩展问题，开展湿热交替试验和巴西劈裂试验，分析全过程裂隙发育规律及湿化、受热过程裂隙发育的差异性，探究湿热交替、裂隙对抗拉强度的影响... 详细信息

湿热交替作用下粉砂质泥岩裂隙扩展是导致其边坡崩塌破坏的重要原因。围绕粉砂质泥岩的裂隙扩展问题，开展湿热交替试验和巴西劈裂试验，分析全过程裂隙发育规律及湿化、受热过程裂隙发育的差异性，探究湿热交替、裂隙对抗拉强度的影响，结合耗散结构理论研究开裂机制。结果表明：粉砂质泥岩湿化时裂隙闭合、受热时裂隙张开，在湿热交替中裂隙发育表现出螺旋式的动态增长规律，受热过程裂隙发育程度均大于湿化过程，裂隙发育差异性系数λ从2.18逐步减小至1.43。湿热交替、裂隙倾角减小均会劣化粉砂质泥岩的抗拉强度，随交替次数增多劈裂过程能量接受能力减弱，弹性能占比减小、耗散能占比增多。粉砂质泥岩裂隙扩展可看作耗散结构逐步形成的过程，在湿热交替过程中能量、物质交换方式不断变化，内部结构不断调整，达到临界状态后，系统突变裂隙萌生扩展。研究结果可为粉砂质泥岩边坡安全防护提供一定的理论参考。

关键词：边坡工程粉砂质泥岩湿热交替裂隙扩展能量耗散

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多因素影响下预崩解炭质泥岩动回弹特性研究

土木工程学报 2024年第2期57卷 117-128页

作者：付宏渊杨琪毅曾铃高乾丰文伟陈璐长沙理工大学湖南长沙410114

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明:动回弹模量与最小体应力、压实度... 详细信息

为探究多因素影响下预崩解炭质泥岩的动回弹特性,通过动三轴试验研究偏应力、最小体应力、含水率、压实度和干湿循环次数对动态回弹模量的影响,并建立考虑上述因素影响的动回弹模量预测模型。研究表明:动回弹模量与最小体应力、压实度呈正相关关系,与偏应力、含水率呈负相关关系;在同一围压下,动回弹模量随偏应力增加而降低,降幅区间为14.1%~30.7%;含水率为6%时对应的动回弹模量最大;在围压和偏应力相同时,含水率从6%递增至10%,动回弹模量降幅区间为18.6%~35.5%;压实度从93%递增至96%时,动回弹模量增幅区间为4.47%~20.64%。采用干湿循环损伤因子表征干湿循环次数对动回弹模量的影响,发现损伤因子随干湿循环次数N增加可分为3个阶段,即快速增长阶段(N=0~1)、缓慢增长阶段(N=1~6)和增长稳定阶段(N=6~9)。各因素按显著性由高到低排序依次为:压实度、干湿循环、含水率、偏应力、最小体应力。建立的综合考虑约束效应、剪切效应、压实度、含水率和干湿循环的预测模型具有较高地准确性和适用性,可有效评估和预测湿热地区炭质泥岩路堤的动回弹模量。

关键词：道路工程预崩解炭质泥岩干湿循环动回弹模量预测模型