• 2013年第3期文章目次
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    • >土木工程与建筑学
    • 降低超高层建筑横风向响应的气动措施研究进展

      2013, 41(3):317-323. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.001

      摘要 (879) HTML (4) PDF 1.10 M (872) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着科学技术的进步,现代超高层建筑向高柔方向发展,其横风向荷载和响应问题越来越显著,成为结构设计中必须重点关注的问题。降低超高层建筑横风向荷载和响应的措施主要有空气动力学措施(简称气动措施)、结构措施以及外设阻尼器措施三种,其中气动措施的机制是通过设计合适的建筑外型(或适当的局部修正)使其满足抗风要求。本文对超高层建筑抗风气动措施的研究成果进行了总结,这些措施主要有:选择气动性能好的基本截面形状,横截面角部处理、横截面沿高度变化、立面开洞,等等。同时,本文还指出目前研究和工程应用中需要注意的问题,以及今后研究的建议。

    • 混凝土弹塑性损伤本构模型的动力扩展

      2013, 41(3):324-329. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.002

      摘要 (1121) HTML (11) PDF 834.77 K (1177) 评论 (0) 收藏

      摘要:在静力弹塑性损伤实用本构模型的基础上,通过将损伤能量释放率阀值粘滞化,建议能考虑应变加载速率影响的实用本构模型。并将阻尼应力引入到本构模型中,使得建议的模型能直接在材料层次考虑刚度阻尼耗能影响。在此基础上,引入受拉塑性应变,延缓受拉损伤的发展,提高模型的稳定性。文中推导了该模型的计算公式并给出了详细数值算法,将建立的本构模型在ABAQUS中二次开发,通过对KOYNA重力坝动力隐式分析表明:刚度阻尼的能量耗散作用能显著增强动力隐式分析的稳定性,引入受拉塑性应变后能增强模型数值稳定性,提高模型计算效率,同时应变率效应对结构的位移反应有一定的影响,且能进一步提高模型的数值稳定性。

    • 钢管再生混凝土柱抗震性能与损伤评价

      2013, 41(3):330-335. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.003

      摘要 (1286) HTML (19) PDF 834.42 K (755) 评论 (0) 收藏

      摘要:以再生粗骨料取代率、混凝土强度为主要参数,完成了6个钢管再生混凝土柱试件的低周反复试验,研究了其破坏形态和滞回特性,分析了其承载力、刚度退化、延性、耗能能力、破坏形态等抗震性能。结果表明:钢管再生混凝土柱具有良好的抗震性能;试件的耗能能力、延性、滞回特性随着再生粗骨料取代率、混凝土强度的改变而略有变化;考虑粘结滑移与否对试件的抗震性能影响很小;钢管再生混凝土柱极限承载力受混凝土强度的影响并不明显。最后,提出了基于Miner原理的改进损伤评估模型,通过对比表明该模型能更好地反映钢管再生混凝土柱的抗震损伤水平,与试验结果符合良好。

    • 深水高桩承台基础地震动水效应数值解析混合算法

      2013, 41(3):336-341. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.004

      摘要 (1019) HTML (7) PDF 858.00 K (1385) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文针对桥梁深水高桩承台基础—水体耦合动力问题,首先建立了深水高桩承台基础简化数值分析模型,针对桩身,给出了基于水下桩基尺度的桩身动水附加质量解析算法,并计入群桩效应的影响;针对承台,提出了动水附加质量简化有限元计算方法,依靠基于势流体单元的合理的流体动力学数值表达,即考虑了承台真实几何尺寸,又兼顾了其振动周期对承台动水效应的影响,从而得到了地震作用下高桩承台基础地震动水效应数值解析混合算法。以四桩高桩承台试验模型为研究对象,利用本文方法进行模态及时程分析,通过与试验及其他数值、解析结果比较,表明本算法与试验及完全数值方法吻合良好,其计算精度与计算效率得到有效改善。论文对深水高桩承台基础的抗震分析和设计具有参考价值。

    • 柔性横系梁双柱墩的抗震行为分析

      2013, 41(3):342-347. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.005

      摘要 (1058) HTML (16) PDF 866.59 K (696) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于Pushover分析方法,探索柔性横系梁对双柱式桥墩抗震行为的影响。采用弹塑性纤维单元,建立单柱墩、盖梁双柱墩和柔性横系梁双柱墩模型进行对比分析,研究横系梁刚度变化对桥墩破坏机理、墩顶位移能力、位移延性系数以及基础受力的影响。结果表明,随着横系梁刚度的增大,墩顶位移延性能力逐渐减小,位移延性系数逐渐增大,桥墩的承载能力逐渐增大,同时提供给基础水平推力能力增大。对于规则桥墩,柔性横系梁双柱墩的墩顶最大塑性位移比单柱墩略小,可按单柱墩位移延性能力计算公式计算其墩顶位移延性能力。

    • 考虑材料劣变过程的桥梁地震易损性分析

      2013, 41(3):348-354. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.006

      摘要 (1244) HTML (14) PDF 984.78 K (1038) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前我国多数桥梁因材料劣变而存在结构能力退化等问题,使其容易在地震中受到损伤。为此,本文建立了一套基于概率和非线性有限元的桥梁结构地震性能演变分析方法,分析了材料劣变过程;且结合人工神经网络(ANN)与蒙特卡罗方法(MC),建立了结构随机能力模型;在能力模型的基础上,通过IDA分析,建立了考虑材料劣变过程的需求模型,从而形成地震易损性曲线;并以一座斜拉桥的主塔为例,利用所建立的方法研究了随着服役年限增加结构易损性的变化规律。研究成果可为桥梁的全寿命设计、既有桥梁的运营以及地震风险评估等提供理论依据。

    • 基于影响矩阵及粒子群算法的斜拉桥自动调索

      2013, 41(3):355-360. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.007

      摘要 (1132) HTML (3) PDF 911.91 K (592) 评论 (0) 收藏

      摘要:大跨度斜拉桥属于高次超静定结构,其求解索初拉力的过程通常需要具有相当经验的调索计算人员进行反复的迭代试算。本文给出一种基于影响矩阵法和粒子群智能优化算法的调索计算方案,能够根据特定的结构在很短的时间内自动搜索出满足使用要求的索初拉力。利用编制的程序,对某斜拉桥有限元模型的索力进行了自动调索,结果表明,该方案可以快速地获得合理的群索初始拉力,并使得相对误差控制在2%以内。本文建议自动调索方法为斜拉桥建模分析和施工监控索力计算提供了一种新的高效解决思路。

    • 非稳定承压水降水引起土层沉降分布规律分析

      2013, 41(3):361-367. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.008

      摘要 (1062) HTML (9) PDF 894.01 K (797) 评论 (0) 收藏

      摘要:承压含水层减压降水实质上是一个卸荷过程,其上覆土层沉降可用基于弹性半无限空间Mindlin位移解的推导公式进行计算。分析表明:无限承压含水层非稳定渗流降水时间对土层沉降影响显著;由承压水减压降水引起的土层分层沉降随距地表距离的增加而增大,最大值位于承压含水层顶板处;影响上覆土层沉降的七个参数中:泊松比和承压含水层渗透系数的变化对土层沉降影响很小;上覆土层厚度、承压含水层厚度越大地表沉降值越小;上覆土层弹性模量较小时对地表沉降影响较大,随着弹性模量的增加,其对地表沉降的影响逐渐减弱;地表沉降随单井出水量、承压水水头降深的增大而增加且近似成线性关系;单井出水量、承压含水层厚度、承压水水头降深、上覆土层弹性模量不仅影响地表沉降值的大小还会影响地地表沉降的空间分布。

    • 高铁站房型钢混凝土梁疲劳性能试验研究

      2013, 41(3):368-373. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.009

      摘要 (1067) HTML (11) PDF 915.01 K (773) 评论 (0) 收藏

      摘要:鉴于型钢混凝土(SRC)梁在高铁站房应用的需要,对3根尺度和构造细节与实际工程一致的H型钢混凝土梁进行了基于设计荷载的静力试验和200万次的疲劳试验。在此基础上,继续进行了增大荷载幅的疲劳试验。介绍了SRC梁试件、加载和测试等方案以及试验结果,比较了静力加载和疲劳加载阶段的结构性能,阐述了SRC梁疲劳裂纹萌生和扩展的破坏特点。研究表明:在设计荷载静力作用和200万次循环作用下,SRC梁保持完好,处在弹性阶段,混凝土表面最大裂缝宽度不超过0.2mm;增大荷载幅之后,这些SRC梁又经历了31~146万次寿命后发生疲劳破坏;疲劳破坏之前,SRC梁各组件协同工作良好,应变分布符合平截面假定;疲劳破坏起源于H型钢受拉翼缘与腹板的焊接部位,焊接H型钢梁的疲劳性能对整个SRC梁的疲劳强度起着十分关键的作用。最后提出了改善SRC梁疲劳强度的建议和未来需进一步研究的工作。

    • 一种分析二维任意分布多裂纹的求解方法

      2013, 41(3):374-380. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.010

      摘要 (1011) HTML (14) PDF 911.09 K (744) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于虚边界元最小二乘法求解多域组合问题的基本思想,将每一裂纹视为一对子域,并对每一子域的虚边界上虚拟源函数的近似构造借鉴了边界型无网格法中紧支径向基函数插值的基本思想,建立了用于分析二维多裂纹问题的一种虚边界无网格最小二乘的计算格式。依据文中的子域定义,在计算过程中无需像边界元直接法中“常规子域法”那样在裂纹面的延伸边界上额外增添附加子域,从而减少了计算量,尤其避免了由附加子域所引起的因划分单元数或配点数不足或不当而带来的计算误差。为数值论证本文方法的可行性和计算精度,以及讨论任意分布多裂纹间的相互影响,文中分别给出了单向受拉无限大板的中心裂纹、三等长共线且相邻间距不同的裂纹和一水平一倾斜角不同的裂纹等算例;由数值比较可知该方法具有较高的计算精度。

    • 风险矩阵评估方法研究与工程应用综述

      2013, 41(3):381-385. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.011

      摘要 (1406) HTML (26) PDF 798.32 K (771) 评论 (0) 收藏

      摘要:风险矩阵评估方法简便易用,在工程领域内应用广泛,但其有效性也一直备受质疑。研究分析了风险矩阵评估方法中风险概念的内涵,比较了协方差矩阵与风险矩阵的异同,回顾了风险矩阵评估方法的起源,并给出了风险矩阵的基本数学模型,从而明确风险矩阵评估方法的几个理论问题。针对风险评估结果准确性问题,尝试提出了“不稳定性”的评价指标,并明确了风险矩阵评估方法不稳定性在工程应用中的涵义。基于数学模型,探究了风险矩阵构建过程、风险结和矩阵评价形式等不稳定性的来源。最后,总结了对风险矩阵评估方法不稳定性的认知角度和控制对策,建议了未来的发展方向。

    • >交通运输工程
    • 黏质路基土永久变形改进计算方法

      2013, 41(3):386-389. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.012

      摘要 (1027) HTML (7) PDF 570.13 K (746) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过室内重复荷载三轴试验,测试了36种工况下黏质路基土永久应变与试验加载次数之间的关系;采用统计回归的方法对黏质路基土永久变形预估模型进行了标定与修正。以分层应变总和法为基础,结合道路渠化交通的考虑,提出了分条分层总和法作为柔性路面路基土在车辆重复荷载作用下永久变形的改进计算方法,并详细说明该方法的计算原理及步骤。结合典型柔性路面结构实例,计算了黏质路基土的永久变形量,并通过对比分析,验证了该方法的合理性。

    • 民用机场水泥混凝土道面强度变异性分析

      2013, 41(3):390-396. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.013

      摘要 (938) HTML (7) PDF 885.12 K (378) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据国内35个民用机场427个实测水泥道面芯样的劈裂强度测试结果,分析了道面结构强度变异性的分布规律,并采用方差分析手段计算了道面结构强度与机场使用年限、飞行区等级、道面位置、不同机场等因素之间的显著性影响水平。分析表明民用机场水泥混凝土道面结构强度的变异性是客观存在的,采用基于结构强度变异水平等级的可靠度系数处理这一问题更为合理。为此,根据道面结构强度变异系数的累积分布频率推荐了其变异水平分级标准,并计算了相应的可靠度系数,可为我国民用机场水泥混凝土道面设计规范修编中引入可靠度方法提供参考。

    • 钢桥面复合铺装结构永久变形预估

      2013, 41(3):397-401. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.014

      摘要 (1044) HTML (37) PDF 693.54 K (1440) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对浇注式与环氧沥青混凝土两种铺装材料组成的五类铺装结构,采用恒高度剪切疲劳试验对铺装材料的流变特性进行试验研究,根据试验结果,利用多元非线性回归方法获得基于Bailey-Norton模型的铺装材料高温蠕变参数;而后,建立正交异性钢桥面铺装复合结构有限元模型,仿真模拟60℃下铺装的永久变形;最后,利用等厚度修正的车辙试验对五类铺装结构的永久变形仿真结果进行了试验验证。研究表明:浇注与环氧组成的异性铺装结构中,铺装永久变形贡献率大部分是浇注式沥青混凝土,而环氧沥青混凝土的贡献率很小;浇注或环氧组成的双层同质铺装结构中,铺装车辙变形主要发生在上面层。研究内容为钢桥面铺装结构与材料的高温变形设计提供理论支撑。

    • 混凝土桥面沥青铺装粘结层抗剪设计方法

      2013, 41(3):402-407. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.015

      摘要 (1064) HTML (5) PDF 743.44 K (573) 评论 (0) 收藏

      摘要:介绍一种新的混凝土桥面沥青铺装粘结层抗剪设计方法.采用有限元法分析混凝土桥面铺装粘结层水平剪应力—法向正应力的分布关系.基于该关系图提出层间剪应力临界边界,分别从铺装结构参数、荷载方面分析影响层间剪应力临界边界的因素,给出了临界边界方程形式,并检验其合理性.提出荷载作用下满足层间不发生剪切破坏的基本条件为:层间剪切强度包络线与临界边界相离.最后给出了应用算例.

    • 基于绿灯需求度的单点公交信号优先控制策略

      2013, 41(3):408-414. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.016

      摘要 (938) HTML (4) PDF 1.01 M (512) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统的公交优先控制策略无法有效地解决公交车辆的多向请求问题。提出了绿灯需求度的概念,设计了绿灯相位、红灯相位下绿灯需求度的计算方法,提出了一种基于绿灯需求度的相位切换决策流程。充分考虑公交车辆和社会车辆的到达、排队和等候情况,计算得到考虑公交优先的绿灯需求度,在此基础上进行相位切换决策可以实现基于绿灯需求度的公交信号优先控制。仿真测试和结果分析表明,该控制策略比常规公交优先控制策略更有效;相比跳相序方法,定相序的控制策略优先效果略差,但是对社会车辆的负面影响更小;当背景流量增加时,公交车辆延误增加很小,但社会车辆延误增加较多。

    • 城市大型活动车队行驶特征与交通影响分析

      2013, 41(3):415-421. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.017

      摘要 (1181) HTML (17) PDF 1.00 M (665) 评论 (0) 收藏

      摘要:为保证城市大型活动专用大巴车队行驶过程中的安全稳定,防止车队出现运行紊乱、前后脱节的现象,基于车流波动理论,以平均车辆延误、最小发车间隔、尾车追及距离为指标,分析车队长度、发车间隔、运行速度对于车队通过瓶颈路段运行状况的影响,并讨论大巴车队通过交叉口时对社会车辆产生的延误。最后,以深圳“大运会”开幕式为例,进行实证研究。研究结果表明,车队通过瓶颈路段的行驶稳定性随着车队长度、正常段与瓶颈段行驶速度差的提高而降低;交叉口社会车辆延误随着车队长度与发车间隔的增大而减小。

    • >环境科学与工程
    • 厌氧反应时间对反硝化聚磷功效及微生物种群的影响

      2013, 41(3):422-427. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.018

      摘要 (1243) HTML (5) PDF 881.56 K (560) 评论 (0) 收藏

      摘要:对于反硝化除磷系统来说,厌氧代谢开展的充分与否直接决定后续缺氧阶段的反硝化脱氮和除磷效果。因此,厌氧反应时间作为决定厌氧代谢开展程度的主要工况也成为反硝化除磷工艺设计需重点考虑的因素之一。本试验采用厌氧/缺氧/好氧序批式反应器(An/A/O-SBR),考察了不同厌氧反应时间(分别为90min,120min和150min)长期运行条件下的反硝化除磷效果,并利用荧光原位杂交(FISH)技术分析了系统内微生物种群的结构变化。结果发现,厌氧反应时间为90min系统合成的PHA量最高,脱氮和除磷平均去除率分别达到92%和93%,聚磷菌占总菌的58±2.3%;厌氧反应时间为120min的系统脱氮和除磷平均去除率分别达到97%和73%,聚磷菌占总菌的50±2.2%。而厌氧反应时间为150min的系统合成PHA最低,平均脱氮率仅为79%,聚磷菌数量也减少至45±2.7%。厌氧反应时间过长致使PHA含量水平下降,继而发生游离亚硝酸(free nitrous acid,FNA)的积累,是导致系统脱氮除磷效率降低的主要原因。

    • 污泥於砂分离器的分离效能及影响因素

      2013, 41(3):428-432. DOI: 10.3969/j.issn.0253-374x.2013.03.019

      摘要 (1078) HTML (9) PDF 696.78 K (824) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了消除污水处理厂淤砂对污水处理系统的影响,开发了一种污泥於砂分离器,并以重庆某污水厂污泥为研究对象进行了现场中试研究。试验结果表明:分离器的排口比K是影响分离效果最重要的结构参数;提高分离器的工作压力P,可以提高於砂分离效果和分离器的处理能力。用锥角为20°、溢流口直径Ф22mm、底流口直径Ф13mm的污泥於砂分离器、在工作压力为0.15~0.2MPa的情况下对污泥进行了於砂分离,分离产生的溢流污泥VSS(挥发性悬浮固体)/TSS(总悬浮固体)为底流污泥的3倍、底流污泥ISS(无机性悬浮固体)/TSS的比值为溢流污泥的1.5倍,原污泥中46%的於砂被富集在体积流量比为17%的底流液中,实现了污泥於砂的离和富集?/textarea> (*) 英文摘要