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基于多尺度损伤机制的CFRP铝合金粘接板冲击行为研究

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复合材料学报 2024年第4期41卷 2167-2179页

作者：姚潞何文涛马岩于航王艳超许家婧南通大学交通与土木工程学院南通226019 中国海洋大学工程学院青岛266100 南通大学纺织服装学院南通226019

碳纤维增强聚合物(CFRP)铝合金粘接板作为一种轻质高强的材料,被广泛用在飞机、汽车、高速列车等轻量化结构上。研究首先基于纤维/基体微观尺度建立代表性体积单元(RVE)单胞模型,预测单向CFRP的基本弹性力学参数,并通过RVE模型施加宏观... 详细信息

碳纤维增强聚合物(CFRP)铝合金粘接板作为一种轻质高强的材料,被广泛用在飞机、汽车、高速列车等轻量化结构上。研究首先基于纤维/基体微观尺度建立代表性体积单元(RVE)单胞模型,预测单向CFRP的基本弹性力学参数,并通过RVE模型施加宏观单位载荷计算宏-微观应力放大系数。其次考虑纤维基体微观失效准则与演化规律,开发复合材料宏-微观渐进损伤演化程序,再结合金属与复合材料粘接面的损伤模型,建立多尺度损伤机制的CFRP铝合金粘接板冲击仿真模型,并通过实验验证了数值模型的准确性与可靠性。最后通过数值模拟对CFRP铝合金粘接板在不同纤维铺层角度与不同纤维体积分数下的抗冲击行为进行参数化研究,结果表明纤维铺层方向对粘接板的抗冲击力学性能影响不大,而纤维体积分数对结构的冲击行为影响较大。

关键词： CFRP铝合金粘接板复合材料低速冲击微观失效多尺度模拟

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断索状态下斜拉桥以及桥上列车的动力响应

西南交通大学学报 2024年第3期59卷 627-636页

作者：王涛张兴标王路西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621000

为研究大跨度公铁两用斜拉桥断索状态下,风、列车动力作用时的动力响应特性,以实际斜拉桥为研究对象建立全桥3维计算模型.使用非线性隐式动力时程算法,分析突然断索时全桥结构的动力响应;研究列车-桥梁耦合作用下,不同突然断索工况发生... 详细信息

为研究大跨度公铁两用斜拉桥断索状态下,风、列车动力作用时的动力响应特性,以实际斜拉桥为研究对象建立全桥3维计算模型.使用非线性隐式动力时程算法,分析突然断索时全桥结构的动力响应;研究列车-桥梁耦合作用下,不同突然断索工况发生时,桥梁结构与桥上行驶列车的动力响应;讨论在少量拉索断索后,结构处于静力平衡状态时,风-列车-桥梁耦合动力作用下,桥梁结构与桥上行驶列车的动力响应;使用非线性显式有限元动力时程算法,研究拉索在横向风作用下的断裂下坠状态.研究结果表明:大跨度公铁两用斜拉桥具有较高的安全冗余,跨中双侧较长拉索超过12根断裂后才可能导致连续断索垮塌;单根拉索断裂时其余拉索最大动应力增幅约为100 MPa,对桥梁结构安全性影响较小;列车在桥上行驶时,若发生突然断索,会导致列车加速度响应发生较为明显变化,各个工况计算结果中,最大约为1.5 m/s^(2);单根最长拉索断裂后,列车过桥竖向位移响应增加小于0.01 m,对桥梁刚度影响较小,可保持列车通行;当最长拉索发生断裂时,若横向风速达到30 m/s,可能使断裂拉索坠落在主梁上层车道内,入侵距离约为5 m,影响上层车道的通行安全.

关键词：桥梁工程斜拉桥拉索断裂有限元方法动力响应

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风荷载对车桥耦合振动及行车舒适性影响

公路交通科技 2024年第4期41卷 51-64页

作者：王少钦马仕杰郭明浩林婧姝乔宏北京建筑大学理学院北京100044 北京建筑大学土木与交通工程学院北京100044

为保证大跨度桥梁结构的安全性及桥上运行车辆的稳定性和舒适性,建立了风-车-桥耦合分析模型对系统的振动响应进行研究。通过三角级数法模拟了不同等级下的桥面不平整度,以探究车辆振动激励源的影响规律。采用快速谱分析法生成了桥梁不... 详细信息

为保证大跨度桥梁结构的安全性及桥上运行车辆的稳定性和舒适性,建立了风-车-桥耦合分析模型对系统的振动响应进行研究。通过三角级数法模拟了不同等级下的桥面不平整度,以探究车辆振动激励源的影响规律。采用快速谱分析法生成了桥梁不同节点处的横向和竖向脉动风速时程。建立了双轴四轮13自由度的汽车模型。以跨度为(180+216+180)m公铁两用的九江长江大桥为工程背景,建立桥梁有限元模型计算其自振频率及振型。采用模态综合法推导了风-车-桥系统动力平衡微分方程,采用Newmark-β积分对具有时变特性的动力平衡微分方程进行求解,并编写相应计算程序,研究不同工况下车辆及桥梁的振动响应。并根据ISO2631—1997标准计算车体的计权加速度均方根,对行车舒适性进行评价。针对不同风速、不同桥面等级、不同行驶速度等条件下,车辆匀速行驶通过桥梁时车辆的动力响应和行车舒适性进行评价,并计算了风及车辆对桥梁的动力加载作用。结果表明:车辆的动力响应会随着风速的增大、桥面状况的变差和车辆行驶速度的增加而增大,行车舒适性也相应变差;风速的增大会使桥梁的竖向位移减小,而竖向加速度和横向振动响应会显著增大。大跨度桥梁对风及车辆的动力加载均比较敏感,在桥梁的设计和运营阶段均应给予足够的重视。

关键词：桥梁工程行车舒适性数值模拟耦合振动风荷载

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槽口桩竖向承载特性模型试验与计算分析

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：邓友生姚志刚宫亚峰冯忠居李龙张克钦长安大学公路学院西安科技大学建筑与土木工程学院西安科技大学桩承结构研究中心吉林大学交通学院

针对新型槽口桩竖向荷载作用下承载特性，分别通过室内模型试验和离散元数值模型分析普通桩和槽口桩承载性能及桩侧土体破坏形态的差异性，并探讨现场施工过程中成桩工艺对槽口桩桩侧土体抗剪强度的影响。结果表明：槽口桩极限承载力是... 详细信息

针对新型槽口桩竖向荷载作用下承载特性，分别通过室内模型试验和离散元数值模型分析普通桩和槽口桩承载性能及桩侧土体破坏形态的差异性，并探讨现场施工过程中成桩工艺对槽口桩桩侧土体抗剪强度的影响。结果表明：槽口桩极限承载力是普通桩的1.4倍，材料利用率是普通桩的1.9倍；槽口桩和普通桩桩端阻力分担比为30.3%、64.9%，分别主要表现为端承摩擦桩和摩擦端承桩的承载特征；槽口处具有明显的端承效应和挤土效应，桩侧摩阻力受土体间剪切力影响较大，沿桩身呈连续起伏的塑性破坏面；考虑桩身结构参数设计时，应避免发生槽口间应力叠加或独立承载破坏现象，最优距径比h/D=1.06～1.46；应用Terzaghi和Peck的土压力理论及应力路径方法，表明挤扩成孔工艺能够显著提高桩侧土体抗剪强度。

关键词：地基处理槽口桩模型试验荷载传递离散元位移场破坏模式

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硫酸铝对水泥基材料钙溶蚀过程的影响及机理

建筑材料学报 2024年

作者：张紫薇牛梦蝶李国新西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安建筑科技大学土木工程学院博士后流动站

富水地区由于围岩含水，会引起初衬的喷射混凝土发生钙溶蚀。本论文通过研究含硫酸铝砂浆试件在6 mol/L NH4Cl溶液中的性能变化，分析硫酸铝对水泥基材料钙溶蚀过程的影响及作用机理。结果表明：硫酸铝掺量对水泥基材料的钙溶蚀过程有... 详细信息

富水地区由于围岩含水，会引起初衬的喷射混凝土发生钙溶蚀。本论文通过研究含硫酸铝砂浆试件在6 mol/L NH4Cl溶液中的性能变化，分析硫酸铝对水泥基材料钙溶蚀过程的影响及作用机理。结果表明：硫酸铝掺量对水泥基材料的钙溶蚀过程有显著影响，掺2%的硫酸铝有利于延缓试样在加速溶蚀过程中的性能退化。溶蚀过程会导致水泥水化产物中的氢氧化钙溶解，水化硅酸钙凝胶和钙矾石脱钙，生成易溶的CaCl2加速水泥石解体。加入硫酸铝会改变水泥水化产物的组成与结构，以及试样的孔隙分布情况，进而影响了喷射混凝土钙溶蚀过程。

关键词：钙溶蚀硫酸铝速凝剂喷射混凝土

大跨度公铁两用斜拉-悬索协作体系桥断索动力响应

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浙江大学学报（工学版） 2024年第9期58卷 1874-1885页

作者：张兴标王涛姚森叶华文王路白伦华西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 中铁大桥局集团有限公司湖北武汉430050 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 佛山大学交通与土木建筑学院广东佛山528225

研究大跨度公铁两用斜拉-悬索协作体系桥在极端作用下发生断索时桥梁结构及桥上列车的动力响应,以G3铜陵长江公铁大桥为研究对象,建立全桥有限元模型;研究各个位置斜拉索、吊索断裂后桥梁结构的动力响应;研究在列车-桥梁耦合振动作用下... 详细信息

研究大跨度公铁两用斜拉-悬索协作体系桥在极端作用下发生断索时桥梁结构及桥上列车的动力响应,以G3铜陵长江公铁大桥为研究对象,建立全桥有限元模型;研究各个位置斜拉索、吊索断裂后桥梁结构的动力响应;研究在列车-桥梁耦合振动作用下,各断索组合工况中桥梁及列车的动力响应.结果表明:斜拉-悬索协作体系桥具有较高的结构刚度及安全冗余;在单根斜拉索、吊索断索后,可保持列车通行;在吊索区域单侧发生4根以上断索,可导致连续断索破坏;在斜拉索-吊索交替及斜拉索区域,单侧断索达到8根也不会发生连续断索破坏;断索动力放大系数取2.0合理,但仅对断索位置附近剩余吊索和斜拉索具有工程应用价值;当断索发生时,若列车经过,列车竖向加速度会发生突变,但仍在安全范围内;剩余斜拉索与吊索动应力增加主要来自于主梁作用,列车作用占比不超过13%.

关键词：斜拉-悬索协作体系桥有限元方法断索动力响应列车-桥梁耦合振动

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渤海海峡超长海底隧道运营通风设计讨论

现代隧道技术 2024年第3期61卷 45-52页

作者：许鹏马振硕伍毅敏王资健梁炜明宁夏大学土木与水利工程学院银川750021 中南大学土木工程学院长沙410075

渤海海峡通道是我国即将建设的超级工程,该项目跨越老铁山水道且超长海底隧道无法设置中间风井,给项目的建设带来巨大问题与挑战。在对比分析超长海底隧道通风方案的经济性、难点攻克的基础上,推荐采用送排结合+纵向通风的方案,并对该... 详细信息

渤海海峡通道是我国即将建设的超级工程,该项目跨越老铁山水道且超长海底隧道无法设置中间风井,给项目的建设带来巨大问题与挑战。在对比分析超长海底隧道通风方案的经济性、难点攻克的基础上,推荐采用送排结合+纵向通风的方案,并对该通风方案进行计算。首先,比对中国与欧盟隧道通风设计规范,明确中国规范中的基准排放量与现阶段排放标准不匹配的现状,提出参考Euro6排放标准下的基准排放量计算海峡通道海底隧道需风量的方法,阐述通风计算时采用的污染物的设计浓度和取消换气次数的考虑;其次,采用中国规范和欧盟规范对隧道内风速进行计算,结果均表明,在正常交通工况下,送排结合+纵向通风方案具有可行性;最后,讨论分析洞内污染物CO和烟尘已不再是隧道通风方案设计的控制指标,建议将主洞内临界风速、锂电池火灾控制及救援通风指标作为隧道通风设计的控制指标;讨论新能源车占比提高对隧道运营通风与救援通风的影响,以期为渤海海峡通道通风设计提供参考,为我国通风规范及排放标准的改进提供参考。

关键词：渤海海峡超长海底隧道通风设计需风量计算

孤立波作用下跨海箱型桥梁三维流固耦合动力响应及主梁倾覆破坏机理研究

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工程力学 2024年

作者：黄博陈明林金跃明周建庭重庆交通大学土木工程学院

跨海桥梁在复杂海洋环境中经常会面临极端波浪的严重威胁，考虑了三维流固耦合效应的跨海箱型梁桥上部结构在支座与邻跨影响下的动力响应及其破坏机理的研究对于跨海桥梁的极端波浪防灾减灾设计至关重要。本文采用LS-DYNA非线性有限元... 详细信息

跨海桥梁在复杂海洋环境中经常会面临极端波浪的严重威胁，考虑了三维流固耦合效应的跨海箱型梁桥上部结构在支座与邻跨影响下的动力响应及其破坏机理的研究对于跨海桥梁的极端波浪防灾减灾设计至关重要。本文采用LS-DYNA非线性有限元程序基于任意拉格朗日-欧拉ALE（Arbitrary Lagrange-Euler）方法离散不可压缩流体Naiver-Stokes方程建立了三维波浪-跨海桥梁流固耦合模型。通过与水槽试验以及支座剪切模量试验进行对比，验证了本文三维流固耦合模型的准确性，随后利用此模型进行了参数化研究，开展了三维流固耦合模型与二维流固耦合模型的对比，分析了不同波浪参数和淹没系数对箱梁上部结构波浪荷载与动力响应的影响规律，并研究了极端波浪作用下考虑邻跨与支座影响的箱梁上部结构三维流固耦合动力响应及破坏机理。研究结果表明：相较于二维流固耦合模型，三维流固耦合模型可以更好的考虑三维效应以及邻跨与支座结构对箱梁上部结构动力特性的影响；随着波浪高度的增加或者淹没系数的减小，箱梁上部结构发生破坏的概率增大；极端波浪作用下箱梁上部结构的破坏中，常常伴随着支座的剪切变形破坏，且在箱梁上部结构的倾覆破坏中，还可能引起支座的竖向承载力强度不足等问题；在箱梁上部结构的倾覆破坏和支座剪切变形破坏中，陆地侧支座通常会承受较大剪切变形和竖向反力，其状态在评估支座是否发生剪切变形破坏或竖向承载力破坏方面起着主导作用。

关键词：沿海桥梁上部结构结构响应任意拉格朗日-欧拉法波浪力破坏机理三维流固耦合

钢筒内置可更换橡胶穿心式摩擦阻尼器滞回特性及其在自复位桥墩中的应用

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：刘正楠唐佳伟张维科陈兴冲马华军兰州交通大学土木工程学院

兼顾阻尼器的经济性及震后可更换性，提出由高强螺栓、钢筒、活动挡板、固定挡板、钢拉杆及可更换橡胶组成的穿心式摩擦阻尼器（SPRFD），介绍了其基本构造及工作原理。通过往复加载试验，考察了不同预紧力下阻尼器滞回曲线的变化规律... 详细信息

兼顾阻尼器的经济性及震后可更换性，提出由高强螺栓、钢筒、活动挡板、固定挡板、钢拉杆及可更换橡胶组成的穿心式摩擦阻尼器（SPRFD），介绍了其基本构造及工作原理。通过往复加载试验，考察了不同预紧力下阻尼器滞回曲线的变化规律，分析了不同加载位移下的滞回反应特征、等效刚度及等效阻尼比的变化规律，获得了可更换橡胶的摩擦损伤特征；将SPRFD应用于铁路自复位桥墩中，通过往复加载分析研究了其抗震性能。结果表明：在较小的预紧力下，阻尼器的滞回性能稳定，滞回曲线具有刚塑性模型的特征；随着预紧力的增大，往复循环及大位移加载均会因橡胶损伤使得阻尼力减小，滞回曲线具有弹塑性模型的特征。整个加载过程中，阻尼器具有较为稳定的等效黏滞阻尼比。不同预紧力的SPRFD对自复位桥墩滞回曲线的影响不同，预紧力的大小影响滞回曲线卸载刚度的变化，预紧力越大滞回曲线越捏拢，提供给自复位桥墩的抗侧强度越大。

关键词：桥梁与隧道工程摩擦阻尼器滞回行为自复位桥墩抗震性能