分段吸气高层建筑减阻性能的数值研究

为减小高层建筑的风致阻力, 采用CFD方法研究了主动吸气控制下高层建筑模型的风载荷减阻性能, 分析了竖向开孔位置、吸气孔高度和吸气速度等参数对减阻性能的影响, 并详细展示流场,讨论吸气控制机理. 结果表明: 保持流量系数不变, 增加吸气孔高度(或减小吸气速度)使得模型各表面的风压折减效 率$\eta_{\rm{PR}}$, 阻 力折减效率$\eta_{\rm{DR}}$和基底弯矩折减效率$\eta_{\rm{MR}}$增大, 且只有$\eta_{\rm{MR}}$在较大吸气孔高度时超过1.0. 拟合了$\eta_{\rm{DR}}$ 和$\eta_{\rm{MR}}$关于吸气孔中心高度、吸气孔高度和吸气速度的经验公式, 为分段吸气控制的应用提供参考. 基于最大风压折减效率和最小吸气功率,比较了 各分段吸气模型和全高吸气模型的减阻性能, 发现全高吸气模型的减阻性能优于分段吸气模型. 可在高层建筑中上部设置吸气装置来减小基底弯矩或改善其局部风压特性.     

改进的五阶WENO-Z+格式

WENO-ZWENO-Z$+\!$格式的性能提升依赖于新增项的作用,该项的作用是在WENO-Z格式的基础上进一步增大欠光滑子模板上的权重. 系数$\lambda$被设置用来调控该项的作用, 以避免负耗散. 本文指出了WENO-Z$+\!$格式的缺陷,其所采用$\lambda $的取值方式既不能充分发挥格式的潜力, 也未完全消除负耗散;提出$\lambda $的值应随当地流场数据变化,方能充分发挥新增项在降低数值耗散、提高分辨率上的潜力. 基于此,本文重新设计了$\lambda $的计算公式,该公式能自适应地调控新增项的作用: 只在欠光滑子模板上的权重容易过度增大的地方削弱该项的作用,以避免负耗散; 在其他地方则充分发挥新增项的作用,最大限度增大欠光滑子模板上的权重, 提高格式的分辨率.将使用该系数公式的新格式命名为WENO-Z++, 并对其数值性能进行了系统的研究.理论分析表明, 新格式在间断处具有基本无振荡(essentially non-oscillatory,ENO)特性和更低的数值耗散. 对近似色散关系(approximate dispersion relation,ADR)的研究表明,新格式有效地避免了因过度增大欠光滑子模板上的权重而带来的负耗散,其频谱特性也得到了显著提升.本文还推导了使新格式在极值点处也能保持最优阶的精度的参数设置.一系列求解Euler方程的数值试验表明,新格式的激波捕捉能力和对复杂流场结构的分辨率都显著优于原WENO-Z$+\!$格式.}     

关于瑞利-李兹方法边界条件的讨论

 在应用瑞利-李兹方法时, 一般教材仅提及假设的挠曲线应满足位移边界条件(挠度$y$与转角$\d y/\d x$), 而没有强调另外两个边界条件$\d^{2}y/\d x^{2}$及$\d^{3}y/\d x^{3}$的重要性. 这两个边界条件经胡克定律可与弯矩及剪力关联起来, 称为力边界条件. 通过例子指出当力边界条件不满足时, 可能造成误差很大. 亦对两个力边界条件的相对重要性作了扼要的讨论.     

具有内核伸出段的套管构件在线接触阶段的受力性能研究

针对具有内核伸出段的轴压套管构件,建立了线接触阶段的力学模型;利用小挠度理论推导出了内核和套筒的剪力、弯矩、挠度、分布接触力、集中接触力等物理量的计算公式。通过与无内核伸出段套管构件的对比算例验证了本文相关物理量推导的正确性,分析了内核与套管在不同刚度比下相关物理量的变化情况。结果表明:由于内核伸出段的影响,点接触会提前向线接触变化,使套管构件的轴向承载力显著下降,端部的接触反力及内核的剪力、弯矩有显著的增加。对具有内核伸出段的套管构件进行了力学性能分析,结果表明:内核与套筒的间隙对线接触长度没有影响,内核的弯矩、剪力随着间隙的增加而增大;随着内核伸出段长度的增加,线接触长度及内核的弯矩、剪力增大。     

用于板料成形反向模拟的特殊应力更新算法

提出了一种改进的反向模拟法,以最终构型为研究对象,采用Euler坐标系,基于虚功原理获得有限元列式. 改进的反向模拟法采用了一种基于塑性流动理论的本构方程,可以充分考虑应变历史对塑性变形的影响. 为了避免流动理论应力更新算法过程中关于未知量\Delta\lambda 的非线性方程的求解,引入等效应力思想,无需Newton-Raphson迭代直接计算未知量\Delta \lambda . 盒形件的拉深实例中,传统的基于塑性形变本构方程的反向模拟法和改进的基于塑性流动本构方程的反向模拟法计算结果,分别与基于增量有限元法的正向数值模拟求解器LS-DYNA计算结果进行对比. 通过获得的坯料轮廓、成形极限图、等效应变分布、计算效率等的比较,验证了所提出的基于塑性流动理论本构模型的应力更新算法的有效性.      

考虑内力分项贡献度的框架构件重要性评价

提出了一种水平和竖向荷载共同作用下的框架结构构件重要性评价方法。首先,基于线弹性材料假设,利用应变能方程和节点-外荷载关系计算梁柱构件的轴力、剪力和弯矩;然后,定义构件内力分项计算值与抗力分项值之比为构件分项重要性系数,用于体现构件抗力利用水平;再组合各内力分项系数,针对不同外荷载形式定义构件综合重要性系数,用于体现构件对框架体系整体承载力的贡献;最后,通过两榀框架算例验证了方法的可行性,可为框架的结构优化设计和连续性倒塌分析提供定量依据。     

后加混凝土-砌体组合结构简化计算模型研究

后加混凝土构件的加固方法是在原有砌体结构外部新增钢筋混凝土构件,形成一种新型的组合结构．本文提出了考虑连接节点的后加混凝土构件-砌体组合结构的简化理论计算模型,并推导了不同构件的等效计算公式．考虑均布分布荷载和倒三角分布荷载作用,对组合结构的变形、剪力分配进行计算分析．计算结果从定性方面验证了本文提出的简化计算模型的可行性和有效性．同时针对某实际工程进行理论计算,与三维空间模型在弹性阶段的计算结果进行对比,从定量方面验证了本文提出的简化计算模型的准确性．     

含3个分配点结构的弯矩分配公式法精确解

为了提高弯矩分配法的计算速度和精度,将弯矩分配传递的过程视为多个等比数列的运算过程. 在第一轮弯矩分配与传递结束后,可得出各个等比数列的首项和公比,并利用等比数列公式直接求和求得精确解.提出了含有3 个分配点结构的弯矩分配公式法,在弯矩传递中采用双向传递,并通过等比数列公式求精确解.以结构、载荷均不对称的两跨刚架为例,将手算与电算结果进行比较,验证了该方法求解的精确性和实用性.     

正交各向异性圆柱壳与平板连接处边缘应力分析

根据各向异性薄壳理论对承压圆柱壳与平板连接结构进行了力学分析,获得了圆柱壳连接处的剪力、弯矩、应力解,计算了各向异性弹性模量比对结构连接处的剪力、弯矩以及沿筒体纵向应力分布的影响,并与各向同性的结果进行了对比。结果表明:剪力和弯矩均随着各项异性弹性模量比的增大而增大;各项异性弹性模量与各项同性的情况相比对结构部位的应力影响显著;合理利用材料各向异性性能,可以降低承压结构连接部位的应力水平。研究结果为带有平板封头正交各向异性承压圆柱壳设计提供了参考。     

无剪力分配新法解剪力墙框架混合结构

本文将无剪力分配原理(Moment distribution without shearing force)推广到多层多跨剪力墙框架结构(Frame shear wall structures),使转角弯矩分配同时剪力平衡,以加速收敛.此法便于模似手算操作进行微机计算(Calculation with pocket computer);也便于用集体分配原理(Moment integration distribution)迅速得出手算成果。     

考虑畸变影响的箱梁横向弯矩计算方法

为研究偏心垂向荷载作用下梯形截面单室箱梁的横向弯矩,对框架分析法计算箱梁横向弯矩的方程进行优化,并在刚性支承法的基础上提出一种更加简单的横向弯矩计算方法;与框架分析法不同,横向弯矩可采用能量变分法求解,建立以箱梁顶板剪力差为未知量的四阶控制微分方程,采用比拟的弹性地基梁解法解出剪力差,得出梯形截面单室箱梁横向弯矩的能量变分法解。对几种箱梁横向弯矩计算方法用两个算例进行验证,结果表明,能量变分法解将箱梁底板上的弯矩误差绝对值由15.41%降到了9.68%;本文方法得出的横向弯矩结果和有限元结果吻合较好,弯矩误差绝对值最大不超过6.01%;本文方法和能量变分法可有效降低箱梁底板上的弯矩误差,计算精度得到提高。     

粒料固有各向异性的离散元模拟与细观分析

料在摊铺后形成的颗粒定向排列将导致其力学性质的固有各向异性. 依据粒料的实际不规则形状, 构建了可模拟粒间咬合嵌挤作用的三维离散元复杂形状颗粒; 生成了5 种不同沉积方向的各向异性试件和1种各向同性试件, 对比了各试件在三轴压缩试验中的宏观力学特性差异; 引入组构张量以量化各向异性程度, 利用玫瑰图表达接触法向与接触力的分布特征, 探究了粒料各向异性的细观发展规律. 结果表明: 颗粒长轴愈趋向水平排布, 峰值应力比愈大, 剪缩与剪胀程度愈明显; 相较于各向同性试件, 沉积角$\theta$为料在摊铺后形成的颗粒定向排列将导致其力学性质的固有各向异性. 依据粒料的实际不规则形状, 构建了可模拟粒间咬合嵌挤作用的三维离散元复杂形状颗粒; 生成了5 种不同沉积方向的各向异性试件和1种各向同性试件, 对比了各试件在三轴压缩试验中的宏观力学特性差异; 引入组构张量以量化各向异性程度, 利用玫瑰图表达接触法向与接触力的分布特征, 探究了粒料各向异性的细观发展规律. 结果表明: 颗粒长轴愈趋向水平排布, 峰值应力比愈大, 剪缩与剪胀程度愈明显; 相较于各向同性试件, 沉积角$\theta$为$0^\circ$时, 峰值应力比和最大体积压缩应变分别提高了12.6\%和18.8\%, 其原因在于加载过程中颗粒旋转和滑动百分比更小, 内部调整时间更短、更易被剪密; 固有各向异性对颗粒法向接触力分布的影响不大, 但显著影响接触法向分布特征; 剪切过程中, $\theta$为$90^\circ$时的接触法向各向异性系数先快速减小后逐渐增大, 而$\theta$为$0^\circ$到$60^\circ$时则呈现出增大后稍有回落或趋于稳定的趋势, 且$\theta$ 愈小的试件各向异性系数增大愈快.     

ANALYSIS ON IMPACT RESPONSES OF UNRESTRAINED PLANAR FRAME STRUCTURE(Ⅱ)—NUMERICAL EXAMPLE ANALYSIS

By using the formula derived in Part （ Ⅰ ）, the instant response of an unrestrained planar frame structure subjected to the impact of a moving rigid-body are evaluated and analysed. The impact force-time history between the structure and the moving rigid-body, shear force and bending moment distribution along the beams, axial force distribution along the bars were calculated. The wave propagation phenomena of the longitudinal wave in the bars, the flexural and shear waves in the beams were also analysed. The numerical results show that the time duration of impact force is controlled by the flexural wave and the longitudinal wave ; the shear effect in beams should not be neglected in the impact response analysis of structures.     

ANALYSIS ON IMPACT RESPONSES OF UNRESTRAINED PLANAR FRAME STRUCTURE(Ⅱ)-NUMERICAL EXAMPLE ANALYSIS

By using the formula derived in Part (Ⅰ), the instant response of an unrestrained planar frame structure subjected to the impact of a moving rigid-body are evaluated and analysed.The impact force-time history between the structure and the moving rigid-body, shear force and bending moment distribution along the beams, axial force distribution along the bars were calculated. The wave propagation phenomena of the longitudinal wave in the bars, the flexural and shear waves in the beams were also analysed. The numerical results show that the time duration of impact force is controlled by the flexural wave and the longitudinal wave; the shear effect in beams should not be neglected in the impact response analysis of structures.     

混凝土框架结构内力测量传感器研制

研制了一种可用于混凝土结构试验中测量柱底截面轴向力、剪力和弯矩的内力测量传感器。该传感器主要由加载板、基座、4根竖向测力杆和2根水平测力杆组成。使用时,柱底截面的内力通过加载板传递给6根测力杆,根据6根测力杆的结果,通过力平衡方程可以计算实际加载的轴向力、剪力和弯矩的大小。对该传感器进行了4种工况下的标定试验。结果表明,传感器的测量误差满足框架结构内力测量精度要求。将该传感器应用到单层两跨的钢筋混凝土框架推覆试验中,获得了整个试验过程中构件的内力时程。     

Failure criterion for reinforced concrete beams and plates subjected to membrane force,bending and shear

In this paper, a failure criterion for reinforced concrete plates is derived through the kinematic method in the framework of the limit analysis theory. This criterion is expressed in terms of the stress resultant variables: membrane force, shear force and bending moment at once. The aim of the authors is to be able to predict the failure of reinforced concrete plate structures in statics or in slow dynamics using directly the internal forces (membrane and shear forces and moment) resulting from a finite-element computation.In a first step, a beam criterion is derived. The closed form expression of the criterion shows that it is made up of two parts, one independent of the moment (i.e. depending only on the normal force and the shear force) and one depending on the normal force, the shear force and the bending moment. This structure of the criterion allows to determine two failure modes: shear failure and bending failure.Then in a second step, the beam criterion is extended to the case of reinforced concrete plates. The obtained criterion is partly numerical and partly a close form expression. It gives an upper bound of the load, and when this limit load is reached, the criterion is able to supply, on one hand, the failure mode (as seen in the beam case) and, on the other hand, the angles of the failure plane in the reinforced concrete plate section.Thirdly, the criterion is implemented in the finite element software Europlexus and validated with respect to punching experimental tests. We show that the criterion must be used with an effectiveness factor applied on the concrete compressive strength.     

基于原子体积场拉普拉斯算子对金属玻璃剪切转变区的预测

剪切转变区(shear transformation zone, STZ)作为金属玻璃塑性事件的一个基本特征单元,已被研究者们逐渐接受,但STZ产生的机制和来源仍具争议.本文采用分子模拟方法对Cu64Zr36金属玻璃在受简单剪切加载时的变形行为展开了研究.结果表明,体系的初始构型与加载后STZ的产生是相关的.虽然原子体积场及其梯度可以用来有效表征金属玻璃中局部原子构型的非均匀性,但它们与STZ产生的区域没有直接明显的对应关系.基于此,提出一个新的局域结构参数ξ来用于金属玻璃中STZ产生区域的预测,它由两部分构成:原子体积场的拉普拉斯算子和体积场梯度分量的绝对差值.原子体积场的拉普拉斯算子为负且绝对值较大时,体积场梯度向量呈现向内指的分布特征,代表体系中的局域软区;而体积场梯度分量的绝对差值则用于遴选体积场梯度不同的分布模式.进一步地,建立了该结构参数与非仿射位移和剪切局部化三者关系,发现特定的体积场梯度向量分布模式,将导致局部剪切增强的非仿射位移场,从而更容易诱发STZ的形成.相关性分析表明,该参数与STZ区域平均相关性高于78%,因此,该参数能有效用于金属玻璃剪切转变区的预测,且运用...     

陡倾滑面滑坡锯齿形抗滑桩力学性能研究

陡倾滑面滑坡推力竖向分力显著,基于滑坡推力水平假定与普通抗滑桩相互作用不充分这一问题,建立锯齿形抗滑桩结构。依据梯形分布滑坡推力的假设,推导了受荷段内力计算公式,采用Winkler弹性地基理论推导了锚固段内力计算公式,并开展锯齿形抗滑桩的力学性能研究。分析表明,(1)随着滑面倾角的增加,锯齿形抗滑桩的受荷段、锚固段的弯矩、剪力以及侧应力均减小,内力减小幅度随之增大;(2)滑面倾角在20°～40°时,随着滑面倾角的增加,锚固段的理论最小长度在逐渐增加,40°时锚固段的长度为4.2 m达到最大值,且该长度仅占整个桩长35%,远小于按现行规范取得的锚固段长度最大值(1/2总桩长),桩侧摩阻力就可以完全满足竖向力学平衡;(3)将锯齿形抗滑桩与普通抗滑桩内力对比,受荷段和锚固段的弯矩减小34%、剪力减小36%及桩侧应力减小幅度大于30%,力学性能良好。