纤维增韧轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究
魏慧，吴涛，杨雪，刘喜
长安大学建筑工程学院
摘要：为探究纤维增韧后轻骨料混凝土应力-应变全曲线，完成了不同混凝土强度等级、纤维种类及掺量下的9组棱柱体单轴受压试验，分析了破坏过程和破坏特征，系统研究了各因素对峰值应力、峰值应变和弹性模量的影响，并结合已有研究给出了各曲线特征点计算模型，考虑纤维轻骨料混凝土自身特征，建立了分段式纤维轻骨料混凝土应力-应变全曲线模型。研究表明：轻骨料混凝土破坏特征与普通混凝土显著不同，掺入纤维有效抑制了其内部微裂缝的开展，起到阻裂、增韧的效果，且随混凝土强度等级、纤维种类及掺量变化差异明显；纤维增韧后试件的应力-应变曲线下降段坡度趋于平缓，脆性得到有效改善；建议的应力-应变全曲线模型与试验结果吻合良好，能够准确描述纤维增韧轻骨料混凝土在单轴受压作用下的受力变形特征。
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平面曲梁面内自由振动有限元分析的p型超收敛算法
叶康生，殷振炜
清华大学土木工程系，土木工程安全与耐久教育部重点实验室
摘要：本文提出一种求解平面曲梁面内自由振动问题的p型超收敛算法。该法基于有限元解答中频率和振型结点位移的固有超收敛特性，在单个单元上建立了振型近似满足的线性常微分方程边值问题，对该局部线性边值问题采用单个高次元进行有限元求解获得该单元上振型的超收敛解，逐单元计算完毕后，将振型的超收敛解代入Rayleigh商，获得频率的超收敛解。该法为后处理法，且后处理计算仅在单个单元上进行，通过少量计算即能显著提高频率和振型的精度和收敛阶。数值算例表明，该法可靠、高效，值得进一步研究和推广。
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T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架抗震性能研究
曾磊1，谢炜1，郑山锁2，陈熠光3，任雯婷1
1长江大学城市建设学院
2西安建筑科技大学土木工程学院
3武汉建工集团股份有限公司
摘要：为研究T形配钢型钢混凝土柱-钢梁框架的抗震性能，进行了一榀3层2跨、缩尺比例为1:3的框架试件拟静力试验，了解其破坏形态、滞回曲线和骨架曲线，分析了试件的延性、耗能能力、刚度和强度退化规律。基于纤维模型对框架试件进行了数值模拟，研究了结构抗震性能在不同轴压比、配钢率和混凝土强度下的变化规律。结果表明，在水平低周往复荷载作用下，试件出现“梁铰”破坏，具有良好的延性和耗能能力，满足“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的抗震设计要求。轴压比对试件屈服后的性能影响较大，结构的承载力和延性随轴压比增大而有所降低，设计时需合理控制轴压比；配钢率主要影响初始刚度和极限承载力，结构的抗震性能随配钢率增大得到有效改善；结构的极限承载力随着混凝土强度增大而提高，但结构的延性会略有降低，设计时需合理考虑。研究成果可为该类结构的设计提供可靠的支撑。
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连续排水边界条件下考虑自重的地基一维固结分析
冯健雪1,2,3，陈征4，李勇义1,2,3,5，梅国雄1,2,3
1工程防灾与结构安全教育部重点实验室
2广西防灾减灾与工程安全重点实验室
3广西大学土木工程学院
4武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室
5中交第二公路勘察设计研究院有限公司
摘要：基于连续排水边界条件，建立考虑自重的地基一维固结方程，利用有限正弦Fourier变换方法，给出了解析解，然后通过数值方法获得不排水对称面，分析了界面参数和自重系数对不排水对称面的影响。针对实际工程中水平排水砂垫层铺设位置的优化问题，通过建立考虑土体自重下的固结数学模型，运用半数值半解析方法获得了土体在不同时间因数下设置排水砂垫层的最优位置。分析了水平排水砂垫层设置位置对地基固结度的影响，并进一步给出不同土体界面参数下砂垫层最优铺设位置与时间的关系图。结果表明：考虑土体自重的不排水对称面随时间变化，自重系数越大，不排水对称面越靠近土体底部；最优砂垫层铺设位置是随时间不断变化的。最后，通过一个算例表明考虑优化砂垫层对于固结时间效率的提高具有明显效果。
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地震作用下深厚土层-结构相互作用的高效分析方法
赵密1，高志懂1，杜修力1，王君杰2
1北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室
2同济大学土木工程学院
摘要：基于黏弹性边界和将场地反应转化为等效地震荷载的有限元直接法是目前进行地震作用下土-结构相互作用分析的常用时程分析方法之一。当土层厚度较深时，整个深厚土层-结构系统的有限元模型自由度数目较多，尤其对于三维问题，计算效率低。本文提出一种高效分析方法，即一维场地反应分析仍然针对整个深厚土层，在后续的土-结构相互作用分析中将土-结构计算模型的底面人工边界从深厚土层底面（基岩面）向上移动到接近结构的位置，通过缩减土-结构相互作用模型尺寸来提高计算效率。采用理论分析与数值算例，通过与采用整个深厚土层的传统土-结构相互作用分析结果对比，说明提出的高效分析方法能够满足精度要求，并且给出底面人工边界位置以及边界条件和地震动输入方式的建议。
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基于三维头部数值模型的颅脑碰撞损伤机理研究
栗志杰1，由小川1，柳占立1，庄茁1，杨策2
1清华大学航天航空学院
2陆军军医大学（第三军医大学）
摘要：头部碰撞载荷会致使颅脑发生创伤性脑损伤（TraumaticBrainInjury,TBI）。其中，脑组织挫裂伤是最为常见的一种，具有高死亡率与高致残率的特性。本文基于数值模拟方法对其开展相关研究，揭示其损伤机理，对该类损伤的预防救治与相关防护设备的开发都具有重要意义。首先，本文基于颅脑的核磁共振切片建立了人体头部三维数值模型，该模型真实地反映了颅脑的生理特征与细节构造。在该模型中，颅骨采用典型类三明治结构进行表征，其内外层为刚度与密度较大的骨密质，中间层为骨松质。为了真实反映脑组织与颅骨间的相互作用，将脑脊液与蛛网膜小梁简化为均质整体，采用状态方程表征脑脊液的液态特性，并通过较小的剪切模量表征蛛网膜小梁的剪切传递作用。然后，基于死尸前额碰撞实验对三维头部数值模型的有效性进行验证。该头部模型采用三种不同的颈部约束边界条件对前额碰撞实验进行数值模拟，模拟结果表明：自由边界条件下的模拟结果与实验数据吻合良好，验证了该头部碰撞模型的有效性；而在竖向约束边界条件或固定边界条件下颈部的约束过于刚硬，导致撞击处与对撞处的颅内正、负压力交替变换，与实验结果相比出现较大偏差。最后，利用验证的头部碰撞模型对枕部碰撞过程进行数值模拟，并结合前额碰撞的模拟结果，分别从脑组织压力（体积变形）与Mises应力（剪切变形）等方面对颅脑的动态响应规律进行分析；进一步结合医学上颅脑碰撞损伤的统计数据，揭示了脑组织挫裂伤的损伤机理，建立了相应的损伤准则。
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高速铁路桥梁竖向变形与轨面几何形态的通用映射解析模型研究
勾红叶1，冉智文1，蒲黔辉1，许会燕2
1西南交通大学土木工程学院桥梁工程系
2中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司
摘要：针对高速铁路常用的32m简支梁桥及CRTSI型板式无砟轨道结构，通过逐层分析无砟轨道层间结构受力状态，建立了桥梁竖向变形与轨面几何形态的通用映射解析模型。通过对比映射解析模型、有限元模型和室内试验在不同桥梁竖向变形模式下的钢轨变形和扣件力的求解结果及试验数据，验证了映射解析模型的准确性和有效性。提出钢轨变形延伸系数的概念用以描述钢轨及梁体变形区域长度与影响钢轨变形的关键参数之间的关系。通过研究关键参数对钢轨变形的影响，提出了控制钢轨变形的措施。研究结果表明：通用映射解析模型可求解由桥梁竖向变形引起的CRTSI型单元板式无砟轨道钢轨变形。当桥梁发生竖向错台时，钢轨的最大变形值极大程度上取决于错台幅值，且在桥梁竖向变形边界上钢轨会出现“上翘”现象。采用竖向刚度较小的扣件可以使得钢轨变形曲线更平缓。
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地热对井系统裂隙岩体三维渗流传热耦合的等效模拟方法
李馨馨1，李典庆1，徐轶2
1武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室
2长江勘测规划设计研究院
摘要：研究地热对井系统中的裂隙岩体渗流传热问题对于开采深层地热能和发展可再生清洁能源利用技术具有重要价值。基于渗流传热耦合理论和离散裂隙网络模型，提出了裂隙岩体三维热流耦合的等效模拟方法：考虑由岩块基质及复杂离散裂隙网络组成的双重介质，采用无厚度单元模拟裂隙、线单元模拟对井，通过裂隙、对井和岩块三者之间的流量和热量交换实现渗流和传热过程耦合分析。通过与解析方法和精细模拟方法相比较，验证了等效模拟方法的有效性；并将其应用于含大规模裂隙岩体地热对井系统热采过程的数值模拟，获取了储层内温度场的分布规律，评价了裂隙开度对储层平均温度和整体开采率的影响。结果表明，本文方法能够对裂隙及井筒中的渗流传热行为进行细致模拟，在保证精度的前提下，可大幅减小计算量和计算时长；裂隙网络的非均匀及各向异性分布导致岩体温度场分布呈现高度不均匀性，反映了热流耦合的早期热突破和长尾效应等特点；裂隙内水的对流传热作用明显，冷锋面沿储层内的主要贯通裂隙网络移动，裂隙开度是影响岩体温度场分布的重要因素。
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窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能
的影响研究
刘康1，王少杰1，刘福胜1，费忠宇1，黄兴淮2，倪韦斌1
1山东农业大学水利土木工程学院
2东南大学土木工程学院
摘要：采用低周往复荷载试验研究窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响，结果表明：窗下墙对自保温暗骨架承重墙的滞回曲线、骨架曲线、刚度及其退化、耗能能力等均存在显著影响；试验墙体失效破坏全过程均呈“共同工作、转化过渡和弱框架工作”三阶段特征，恰与我国抗震设防目标相对应；均系延性破坏，对应延性系数分别为3.、3.。理论方面：基于等效弹性板模型，分别根据最大拉应力理论和双剪统一强度理论建立了墙体开裂荷载的计算方法；基于抗剪抵抗机构思想提出刚架斜压杆模型，并利用等效刚度法明晰了斜压杆宽度的确定方法，建立了墙体极限荷载计算方法；与实测值的对比表明，所建立的计算方法精度较高。最后，以建立的理论方法为基础，定量评价了窗下墙对墙体抗震承载力的直接和间接作用。研究结果可为带门窗洞口的自保温暗骨架承重墙抗震承载力计算提供方法。
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基于非接触激振-测振一体化技术的纤维增强复合材料参数辨识研究
李晖，吴腾飞，李则霖，孙伟，闻邦椿
东北大学机械工程与自动化学院
东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室
摘要：本文综合利用了平面声波激励和激光高精度测振的优势，提出了基于非接触激振-测振一体化技术的纤维增强复合材料参数辨识方法。首先，以该类型复合材料薄板为例，建立了其在平面声波激励下的理论模型，并结合经典层合板理论、复模量法、应变能等方法，通过公式推导，实现了时域振动响应的理论求解。然后，在理论结合实测数据的基础上，通过粒子群迭代求解方式，成功辨识获得了CF碳纤维/环氧树脂材料的各项材料参数。通过与厂家提供的材料参数进行对比，发现该方法不仅在弹性模量、泊松比获取上具有较高的辨识精度，而且还可辨识出的材料在纤维纵向、横向和剪切方向的损耗因子。
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