检索结果-内蒙古大学图书馆

工程力学 2025年第2期42卷 190-198页

作者：尹越韩磊旺徐丽森李福康天津大学建筑工程学院天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

在单层网壳结构中,焊接球节点偏心受力,常规有限元分析无法准确确定其与延性断裂对应的极限承载力。该文采用孔洞扩张模型(VGM)对偏心受力焊接球节点的延性断裂进行研究,明确了偏心受压和偏心受拉焊接球节点的失效模式,准确确定了偏心... 详细信息

在单层网壳结构中,焊接球节点偏心受力,常规有限元分析无法准确确定其与延性断裂对应的极限承载力。该文采用孔洞扩张模型(VGM)对偏心受力焊接球节点的延性断裂进行研究,明确了偏心受压和偏心受拉焊接球节点的失效模式,准确确定了偏心受拉焊接球节点延性断裂的位置和极限承载力。针对孔洞扩张模型要求极小有限元网格、计算效率较低的问题,采用基于VGM的连续损伤模型(CDM),编制用户子程序,在有限元分析中删除满足断裂判据的单元,对偏心受拉焊接球节点延性断裂全过程进行了数值模拟,通过与孔洞扩张模型的对比,验证了基于VGM的连续损伤模型对焊接球节点延性断裂分析的适用性。基于VGM的连续损伤模型允许采用较大网格进行断裂后裂纹扩展的数值模拟,极大地降低了计算成本。

关键词：延性断裂焊接球节点偏心受力连续损伤模型孔洞扩张模型

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LNG储罐混凝土超低温冻融损伤演化规律

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建筑材料学报 2025年第1期28卷 58-64页

作者：谢剑司家伟亢二聪孙雅丹天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350

为明确泄漏工况下液化天然气(LNG)储罐混凝土超低温冻融损伤演化规律,进行了C50混凝土的超低温冻融试验,并与快速冻融试验结果进行对比,通过相对动弹性模量来评估LNG储罐混凝土的冻融损伤累积.结果表明:快速冻融试验无法真实反映LNG储... 详细信息

为明确泄漏工况下液化天然气(LNG)储罐混凝土超低温冻融损伤演化规律,进行了C50混凝土的超低温冻融试验,并与快速冻融试验结果进行对比,通过相对动弹性模量来评估LNG储罐混凝土的冻融损伤累积.结果表明:快速冻融试验无法真实反映LNG储罐混凝土在超低温冻融条件下的损伤演化规律;基于Weibull分布理论,建立了实验室模拟冻融循环条件与储罐泄漏工况下混凝土冻融损伤的等效关联,为后续相关研究提供理论基础.

关键词：混凝土 LNG储罐超低温冻融损伤抗冻性

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考虑水土参数变异性的盾构隧道开挖面支护力设计方法

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铁道科学与工程学报 2025年第1期22卷 259-271页

作者：胡子威雷明锋张运波肖凤龙杨鹏亮贾朝军中南大学土木工程学院湖南长沙410075 重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075

随着隧道工程技术的发展,稳健性设计已成为确保工程安全与效率的关键。鉴于传统的确定性计算无法充分考虑地层和水力参数空间变异性对盾构隧道开挖面稳定性影响的问题,采用随机场理论,充分考虑地层参数的空间变异性及其自相关性的影响... 详细信息

随着隧道工程技术的发展,稳健性设计已成为确保工程安全与效率的关键。鉴于传统的确定性计算无法充分考虑地层和水力参数空间变异性对盾构隧道开挖面稳定性影响的问题,采用随机场理论,充分考虑地层参数的空间变异性及其自相关性的影响。基于极限上限分析定理,采用三维空间离散技术,构建不确定性条件下盾构隧道开挖面三维螺旋破坏机构模型。在此基础上,通过结合三维离散破坏机构的速度场和功率平衡方程,建立不确定性条件下盾构隧道开挖面支护力的计算方法,并与相关研究进行了对比验证。之后,开展了地层和水力参数不确定性对隧道开挖面失效概率的影响分析。在此基础上,提出适用于工程的盾构隧道开挖面支护力稳健性设计方法,并开发快速计算程序。最后,结合工程案例,应用所提出的设计方法进行分析设计,并与工程实践进行对比。研究结果表明:不确定性条件下盾构隧道开挖面支护力计算方法在确定性与不确定性分析中均可靠;孔隙水压力系数变异性的影响较摩擦角和黏聚力的变异系数更大;变异系数和自相关距离的增大使随机计算的支护力分布更离散。提出的盾构隧道开挖面支护力稳健性设计方法和工程实测结果吻合较好,可为相关工程施工与设计提供指导。

关键词：随机场理论开挖面稳定性三维上限分析稳健性设计

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钢框架在火灾和爆炸联合作用下的破坏倒塌机理

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中南大学学报(自然科学版) 2025年第2期56卷 622-636页

作者：田力王剑飞天津大学建筑工程学院天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300350

为研究钢框架在火灾爆炸联合作用下的破坏倒塌机理,利用ANSYS/LSDYNA建立了5层2跨的钢框架有限元模型,采用隐式分析方法研究钢框架在火灾单独作用下的温度分布特征和结构响应,随后对综合考虑高温和高应变率效应的钢材本构模型进行有限... 详细信息

为研究钢框架在火灾爆炸联合作用下的破坏倒塌机理,利用ANSYS/LSDYNA建立了5层2跨的钢框架有限元模型,采用隐式分析方法研究钢框架在火灾单独作用下的温度分布特征和结构响应,随后对综合考虑高温和高应变率效应的钢材本构模型进行有限元验证,在得到可靠结果的基础上,采用显式分析方法对钢框架进行单独爆炸分析和火灾爆炸联合作用分析,得到其在不同火灾燃烧时间不同爆炸条件下的局部破坏特征以及整体响应情况。研究结果表明:在火灾作用下,钢材的弹性模量和屈服强度会发生退化,柱因承受的荷载超过高温下极限承载力而发生破坏,中柱因其承受的荷载最大而率先发生屈曲;发生爆炸时,火灾燃烧时间越长,构件温度越高,钢框架越易发生倒塌;在相同温度下,腹板作为迎爆面比翼缘作为迎爆面对结构的损伤更大;在单室火灾下,边中柱处发生爆炸钢框架抗倒塌能力最弱,中柱处爆炸框架抗倒塌能力最强,角柱处爆炸框架抗倒塌能力介于两者之间;在相邻双室火灾和四室火灾下中柱发生爆炸,火室上方混凝土板会因下部的梁发生剪切破坏而塌落;对角双室火灾下中柱处发生爆炸,钢框架因中柱和边中柱相继失效而倒塌。

关键词：火灾爆炸钢框架有限元分析连续倒塌

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单塔斜拉桥在船舶撞击下动力响应及防撞设计

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天津大学学报(自然科学与工程技术版) 2025年第4期58卷 343-356页

作者：田力张晗奇天津大学建筑工程学院天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300350

首先,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立船-桥碰撞有限元模型,以附加质量模型考虑流体效应,利用落锤冲击试验验证了撞击作用下混凝土本构模型的有效性.其次,开展了不同撞击角度、不同船舶航速下船舶高速撞击斜拉桥桥塔数值模拟,分析了桥... 详细信息

首先,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立船-桥碰撞有限元模型,以附加质量模型考虑流体效应,利用落锤冲击试验验证了撞击作用下混凝土本构模型的有效性.其次,开展了不同撞击角度、不同船舶航速下船舶高速撞击斜拉桥桥塔数值模拟,分析了桥塔损伤、碰撞力、桥塔位移、桥面位移、索力变化等方面的差异,并将碰撞力与国内外规范公式进行对比分析.再次,研究了30.0节(1节=0.5144 m/s)船速下桥塔瞬时倒塌过程及桥塔受损后持续荷载作用下倒塌机理.最后,为桥塔设计一种以FRP和橡胶为主要材料的防撞装置,模拟分析其在降低桥塔动力响应方面的防撞效果.结果表明:当船舶以高速撞击斜拉桥桥塔时,船桥碰撞整体动力响应随撞击角度和船舶航速增大而增大;采用一些国内外规范中的碰撞力公式偏于不安全;船桥碰撞后斜拉索索力迅速增大,靠近桥塔处索力变化率最大;船速为30.0节时,桥塔在碰撞后发生桥塔肢腿错位断裂的倒塌;船速为25.0节时,塔柱已有较大损伤破口,桥塔在遭受船舶碰撞后向碰撞侧倾斜,在重力及桥面荷载的持续作用下桥塔侧向位移逐渐增大而发生桥塔倒塌;设计的防撞装置能有效避免桥塔损伤,能削减碰撞力峰值、塔顶侧向位移、桥面位移及桥塔能量,同时保护斜拉桥与船舶.

关键词：船-桥碰撞数值模拟附加质量动力响应防撞装置

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基于三轴不排水有效应力路径的结构性剑桥模型的修正研究

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岩土工程学报 2025年第1期47卷 115-124页

作者：加瑞李逸群雷华阳姜宇轩天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350

室内外试验和工程实践都表明天然沉积黏土具有一定的结构性,因此建立结构性本构模型对准确预测天然黏土的力学响应和解决实际岩土工程问题具有重要意义。首先,基于结构性黏土的三轴固结不排水试验的有效应力路径对结构性剑桥(SCC)模型... 详细信息

室内外试验和工程实践都表明天然沉积黏土具有一定的结构性,因此建立结构性本构模型对准确预测天然黏土的力学响应和解决实际岩土工程问题具有重要意义。首先,基于结构性黏土的三轴固结不排水试验的有效应力路径对结构性剑桥(SCC)模型进行了两点改进:(1)对附加孔隙比Δe的计算公式进行了修正,可以准确模拟结构性黏土超过临界状态线后的有效应力路径;(2)考虑了屈服面内的塑性即亚屈服特性,可以较好地模拟屈服面内的有效应力路径然后,利用修正结构性剑桥(MSCC)模型对结构性黏土的侧限压缩试验、三轴固结不排水和三轴固结排水试验进行了模拟计算,并与试验结果和SCC模型的计算结果进行了对比分析,结果表明MSCC模型可以更好地模拟结构性黏土的三轴不排水有效应力路径以及侧限压缩和三轴固结排水试验的应力应变曲线。最后,对MSCC模型中的参数β(屈服面内塑性变形参数)、p'_(yi)(初始结构屈服应力)、Δe_(i)(初始附加孔隙比)、b(结构破损速率)、γ(剪切引起结构破损的参数)和ω(反映结构性对塑性流动准则的影响)进行了参数敏感性分析,结果表明参数β影响结构性黏土屈服面内的有效应力路径,参数p'_(yi)影响峰值强度,参数Δe_(i)影响残余强度,参数b和γ影响峰值后的强度衰减速率,参数ω影响强度开始衰减时的偏应变大小。

关键词：结构性黏土结构性剑桥模型有效应力路径亚屈服附加孔隙比

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塔吊回转视角下施工场景数字孪生高效建模方法

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土木工程学报 2025年第4期58卷 124-136页

作者：卢昱杰仲涛张修龙赵宪忠同济大学土木工程学院上海200092 同济大学工程结构性能演化与控制教育部重点实验室上海200092

数字孪生模型能够在信息空间表达施工场景实体特征,是高效的施工信息化管理工具。然而当前复杂施工场地数字孪生建模存在时效滞后、自动化程度低等问题,难以满足施工场地逐日精细化管理的要求。因此提出了一种基于塔吊高空环视图像的复... 详细信息

数字孪生模型能够在信息空间表达施工场景实体特征,是高效的施工信息化管理工具。然而当前复杂施工场地数字孪生建模存在时效滞后、自动化程度低等问题,难以满足施工场地逐日精细化管理的要求。因此提出了一种基于塔吊高空环视图像的复杂施工场景高效建模方法,旨在提高数字孪生建模的时效性和自动化程度。该方法将摄像头布设于回转式塔吊吊臂以获取场地的多视角图像进行建模,首先针对受限的图像采集路径,提出基于点线特征的多视角图像集质量评价方法,以优化数据采集方式从而提高图像集质量,其次通过融合场景几何先验的建模方法,基于输入图像创建具备真实尺度的几何模型,并采用基于高斯采样的施工场地点云去噪方法提升几何模型语义赋予的准确性。最后,以上海某高层住宅项目为例,验证了方法的适用性。结果表明,方法能够自动化地实现施工场地的几何建模与建筑结构语义赋予,且模型几何精度达分米级,完全满足逐日进度管理需求。此外,提出的在塔吊作业场景下的高效数字孪生建模方法具备很强的拓展性,对桥梁、隧道等其他复杂施工场景的数字孪生建模均有一定参考意义。

关键词：施工过程数字孪生三维重建多视角图像图像质量评价

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多点接触对单颗粒破碎影响的离散元研究

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中南大学学报(自然科学版) 2025年第4期56卷 1405-1416页

作者：谭攀肖源杰王萌华文俊王小明彭友全中南大学土木工程学院重载铁路工程结构教育部重点实验室(中南大学)

道砟颗粒破碎是铁路工程稳定性研究中的重要问题之一，现有关于颗粒破碎的研究大都基于2个接触点的单颗粒破碎实验，实际上颗粒同时受多个接触点作用，颗粒的破碎特性在很大程度上取决于其接触点（配位数）的数量，而目前对多接触条件... 详细信息

道砟颗粒破碎是铁路工程稳定性研究中的重要问题之一，现有关于颗粒破碎的研究大都基于2个接触点的单颗粒破碎实验，实际上颗粒同时受多个接触点作用，颗粒的破碎特性在很大程度上取决于其接触点（配位数）的数量，而目前对多接触条件下颗粒破碎的准则和模式尚不完全了解。为此，本文开展道砟单颗粒压缩试验获取单颗粒破碎强度和能量，采用离散元法建立黏结多面体单颗粒数值模型，通过单颗粒破碎试验结果对数值模型细观参数进行标定。在颗粒表面安装刚性屏蔽墙来研究相邻晶粒的力学约束效应，基于标定的数值模型研究不同粒径颗粒下配位数对破碎强度、接触力链、破碎模式和破碎准则的影响。研究结果表明：颗粒破碎强度随配位数增加而增加，粒径越小，增幅越大；当配位数较低时，颗粒倾向于破碎成几块，随着配位数增加，颗粒倾向于粉碎性破坏，子颗粒体积分布由正态分布向Gamma分布转变，接触力链向逐渐向屏蔽墙延伸；当配位数大于10时，基于应力张量的颗粒破碎准则（最大主应力准则σ1、八面体剪应力准则q、平均应力准则p）和局部接触力的颗粒破碎准则(最大接触力准则Fmax)不再适用。所得结论对工程实践和进一步采用离散元法研究可破碎颗粒材料具有一定的参考价值。

关键词：离散元法颗粒破碎配位数道砟破碎准则

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考虑冻胀率梯度的季冻区非等压隧道不均匀冻胀解析

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铁道科学与工程学报 2025年第1期22卷 320-331页

作者：李亮陈嘉骏赵炼恒中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410075

季冻区隧道在非等压应力作用下,由于冷空气的严重影响从而极易引发隧道冻害,为此进行的抗冻设计关键在于隧道运行中的冻胀力和应力分布评估。现有试验表明,寒区隧道存在明显的径向温度场所形成的围岩体积冻胀率梯度。本文考虑围岩冻融... 详细信息

季冻区隧道在非等压应力作用下,由于冷空气的严重影响从而极易引发隧道冻害,为此进行的抗冻设计关键在于隧道运行中的冻胀力和应力分布评估。现有试验表明,寒区隧道存在明显的径向温度场所形成的围岩体积冻胀率梯度。本文考虑围岩冻融循环劣化引起的弹性模量和冻胀率的改变,依据围岩的不均匀冻胀特性,引入隧道温度场所形成的冻胀率径向梯度。采用复变函数映射双向非等压应力边界条件,进而提出一种季冻区非等压隧道的双重不均匀冻胀解析方法。将本文模型暂时退化后,得到了工程实例和现有理论的有效验证。参数分析表明:引入冻胀率梯度使得季冻区隧道的应力明显减小,且非等压应力作用下隧道在不同方位角的应力变化速率存在差异。随围岩不均匀冻胀特性的增强,引入冻胀率梯度所导致的隧道应力降低逐渐显著。随侧压力的增大,隧道的径向应力和环向应力提高,而隧道应力的峰值和变化速率在不同方位角的差异逐渐减小,且对隧道冻胀力的影响较小。冻融循环下,隧道在不同方位角的应力分布差异和应力变化速率大致相同,但引起的围岩劣化会导致隧道应力的增大,且隧道应力的增长幅度随冻融循环次数的增加而明显。研究成果可为季冻区非等压隧道的应力评估和抗冻设计提供理论指导。

关键词：冻胀率梯度围岩不均匀冻胀冻融循环非等压应力季冻区隧道

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风屏障端部附近交会的背风侧列车气动效应

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铁道科学与工程学报 2025年第3期22卷 954-966页

作者：陶玮娄平孙震中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410075

横风环境下高速列车在桥上交会时,迎风侧列车的挡风效应叠加交会时产生的瞬态压力波导致背风侧列车气动荷载突变。当交会发生在风速高、风速变化大且流场紊乱的桥梁风屏障端部附近时,背风侧列车的空气动力学性能势必会进一步恶化,影响... 详细信息

横风环境下高速列车在桥上交会时,迎风侧列车的挡风效应叠加交会时产生的瞬态压力波导致背风侧列车气动荷载突变。当交会发生在风速高、风速变化大且流场紊乱的桥梁风屏障端部附近时,背风侧列车的空气动力学性能势必会进一步恶化,影响其安全平稳运行。为研究横风作用下桥梁风屏障端部附近交会时背风侧列车气动效应,基于改进的延迟分离涡模拟方法,建立风屏障-高速列车-桥梁系统的CFD模型,探讨高速列车在桥梁风屏障端部附近交会时不同交会起始位置对背风侧列车交会面测点气动压力和气动荷载系数的影响规律,并分析其流场特性。在此基础上,建立车-轨-桥系统耦合动力学模型,对比研究高速列车在无风屏障桥上以及桥梁风屏障端部附近交会时背风侧列车行车安全指标的变化规律。研究结果表明:高速列车在桥梁风屏障端部附近交会时,背风侧列车头车气动性能受交会起始位置影响最为显著。与无风屏障桥上交会情形相比,当交会起始位置位于风屏障区域以外距其端部0.5L(L为列车头车长度)处时,背风侧列车测点1头波正波和全波幅值分别增大22.75%和18.31%;头车侧向力、升力和倾覆力矩系数峰值分别增大13.08%、11.39%和9.76%,相应的幅值分别增加16.16%、13.31%和25.12%。同时,风屏障端部附近交会过程中背风侧列车头车轮重减载率和脱轨系数最大值分别增加6.33%和4.14%,导致其行车安全性降低。研究结果可为进一步保障横风作用下桥上高速列车安全平稳运行提供参考。

关键词：高速列车交会风屏障端部气动荷载数值模拟气动效应

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