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工程力学 2024年第1期41卷 149-159页

作者：石运东卫旺旺丁阳李忠献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

该文以三维隔震钢框架结构为研究对象,提出上部结构、隔震支座与滑移型设备、倾覆型设备、吊顶三类非结构构件的抗震性能量化指标,基于增量动力分析,从结构与非结构2个方面研究三维隔震结构地震易损性。基于研究案例,结果表明:三维隔震... 详细信息

该文以三维隔震钢框架结构为研究对象,提出上部结构、隔震支座与滑移型设备、倾覆型设备、吊顶三类非结构构件的抗震性能量化指标,基于增量动力分析,从结构与非结构2个方面研究三维隔震结构地震易损性。基于研究案例,结果表明:三维隔震结构与水平隔震结构的结构易损性接近,两者在远场地震时结构易损性低于非隔震结构,但高强度近场地震作用时由于过大的支座位移则可能高于非隔震结构。如9度罕遇地震作用时,三维隔震结构与非隔震结构对应立即使用状态的超越概率分别为90%、80%。三维隔震结构中滑移型设备的易损性低于非隔震结构,略高于水平隔震结构。三维隔震结构与水平隔震结构均可有效降低倾覆型设备的倾覆概率,在PGA为0.8 g时倾覆概率仅为7%,且前者相比后者可显著降低倾覆型设备的摇摆角。非隔震结构与水平隔震结构中吊顶地震易损性均较高,而三维隔震结构可显著降低吊顶的易损性,近场8度罕遇地震作用下吊顶对应充分运行的超越概率仅为1%。

关键词：三维隔震结构非结构构件增量动力分析地震易损性抗震性能

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地震-波浪联合作用下考虑冲刷效应的跨海斜拉桥振动台试验研究

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土木工程学报 2024年第10期57卷 71-81页

作者：李忠献郑庆涛苏俊省赵博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 天津大学建筑工程学院天津300350

针对跨海桥梁服役期内可能遭受地震、波浪以及冲刷效应影响的问题,开展地震与波浪联合作用下考虑冲刷效应的跨海斜拉桥振动台试验,研究地震与波浪联合作用下冲刷效应对斜拉桥动力特性及关键截面动力响应(加速度、位移和应变)的影响规律... 详细信息

针对跨海桥梁服役期内可能遭受地震、波浪以及冲刷效应影响的问题,开展地震与波浪联合作用下考虑冲刷效应的跨海斜拉桥振动台试验,研究地震与波浪联合作用下冲刷效应对斜拉桥动力特性及关键截面动力响应(加速度、位移和应变)的影响规律。研究表明:随着冲刷深度的增加,斜拉桥自振频率逐渐降低;冲刷深度的增加,降低了桥塔桩基础侧向约束,引起地震与波浪联合作用下桩顶动力响应明显增大,且增幅比其他位置更为显著;边墩墩顶加速度和相对位移均大于辅助墩墩顶,桥墩抗震设计时,应采用不同配筋率和不同的截面尺寸对边墩和辅助墩开展差异化设计;考虑冲刷效应明显增大了地震与波浪联合作用下塔底、边墩和辅助墩墩底等关键截面的应变,相较于无冲刷工况,大冲刷工况下塔底、边墩及辅助墩墩底应变分别增加39%、36%和42%,抗震设计时应高度重视。

关键词：跨海斜拉桥振动台试验地震-波浪联合作用冲刷效应动力响应

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模块化钢结构梁柱子结构抗连续倒塌性能研究

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工程力学 2024年第8期41卷 56-67页

作者：宗亮张一弛崔健张惠申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

模块化钢结构作为一种高度预制的装配式建筑,具有工业化程度高、绿色节能环保等优点。但是,由于模块化钢结构体系超静定次数较低,其在极端荷载工况下的抗连续倒塌性能应予以特别关注。模块化钢结构梁柱子结构作为主要的传力路径,具有多... 详细信息

模块化钢结构作为一种高度预制的装配式建筑,具有工业化程度高、绿色节能环保等优点。但是,由于模块化钢结构体系超静定次数较低,其在极端荷载工况下的抗连续倒塌性能应予以特别关注。模块化钢结构梁柱子结构作为主要的传力路径,具有多梁多柱等有别于传统框架梁柱子结构的特点,需对其抗连续倒塌性能开展研究工作。该文针对采用螺栓-角件连接节点的模块化钢结构梁柱子结构进行Pushdown试验及数值模拟,分析了在双柱失效、单柱失效工况下试件的破坏模式和抗连续倒塌机理。结果表明,梁柱子结构在两种工况下的受力机理不同:在双柱失效工况下,梁柱子结构抗力主要由梁机制提供,加载后期抗力提供方式体现出一定的悬链线机制,并随水平连接板厚度的增加而增强;在单柱失效工况下,子结构抗力主要由模块间水平连接抗剪能力提供,由梁机制及悬链线机制提供的抗力较小。

关键词：模块化钢结构梁柱子结构螺栓-角件连接节点试验研究数值分析抗连续倒塌机制

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等应变条件下增压式真空预压固结解析解

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岩土力学 2024年第3期45卷 809-821页

作者：刘景锦罗学思雷华阳郑刚罗昊鹏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

从注气增压对土体作用效果的角度出发,建立增压式真空预压固结解析理论模型。提出基于注气增压压力等效的受力简化模型;引入新参数——径向渗透系数增大系数η,反映注气过程对土体渗透性质的改变。根据Barron等应变假定和达西定律,考虑... 详细信息

从注气增压对土体作用效果的角度出发,建立增压式真空预压固结解析理论模型。提出基于注气增压压力等效的受力简化模型;引入新参数——径向渗透系数增大系数η,反映注气过程对土体渗透性质的改变。根据Barron等应变假定和达西定律,考虑排水板涂抹效应与井阻作用、土体径-竖向渗流以及上部堆载,推导增压式真空预压固结控制方程及其解析解,并利用弹性力学方法推导等效注气增压压力p(t)的计算公式。针对瞬时增压和线性增压两种特例给出具体解析解公式,并通过与工程案例对比分析,验证了解析解及等效力计算方法的合理性。通过对固结性状的分析得出如下结论:注气增压方法可增大土体负孔隙水压力值,加速土体排水固结;“参数η”对固结速率的影响较大,分析模型中考虑注气过程对径向渗透系数的改变会更加合理;井阻作用会导致土体固结速率减慢,径-竖向渗流时孔压能够消散完成,而只有径向渗流时孔压无法消散完成。

关键词：增压式真空预压等应变条件固结理论解析解

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焊接构造细节疲劳试验数据统计特征分析

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第12期57卷 1221-1231页

作者：刘衡宗亮丁阳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

疲劳试验是钢结构疲劳设计的基础,由于疲劳试验数据的高离散性,应结合数理统计分析建立具有可靠度保证的失效概率-可靠度指标-应力幅-疲劳寿命(P-α-S-N)曲线.本文对现有国内外主流规范中疲劳试验数据统计分析方法进行汇总,并对容限系数... 详细信息

疲劳试验是钢结构疲劳设计的基础,由于疲劳试验数据的高离散性,应结合数理统计分析建立具有可靠度保证的失效概率-可靠度指标-应力幅-疲劳寿命(P-α-S-N)曲线.本文对现有国内外主流规范中疲劳试验数据统计分析方法进行汇总,并对容限系数k的计算方法与概率假设进行对比,分析容限系数k随可靠度指标α及失效概率P的分布情况以及有效数据个数n对其影响情况.对现有文献中对接焊缝、传力十字接头及非传力十字接头3类典型焊接构造细节疲劳试验数据进一步开展了统计分析,建立了可靠度指标α分别为0.95、0.75和0.50时的焊接构造细节P-α-S-N疲劳设计曲线.结果表明:现有规范中3种焊接构造设计曲线均偏于安全且与本文数据统计分析结果较为接近;相较于样本数量充足的情况,当试验样本数较小时可靠度指标α及失效概率P对容限系数k的影响更为显著;焊接构造细节疲劳试验数据拟合标准差SD集中在0.12~0.19,随疲劳试验样本数量减少,数据整体标准差SD倾向于增加,单侧容限系数k_((P,α,v))及疲劳设计曲线与中值S-N曲线偏移量k_((P,α,v))SD均呈上升趋势;当样本数量充足时,可靠度指标取值对焊接构造细节疲劳设计曲线影响较小,而当样本数量较小时(小于272),可靠度指标取值对焊接构造细节疲劳设计曲线影响增大.本文所建立的3种焊接构造细节P-α-S-N曲线将对确定焊接钢结构疲劳设计与安全评估可靠性及其他疲劳试验的规划和开展提供有益参考.

关键词：高周疲劳 P-α-S-N曲线焊接构造细节单侧容限系数疲劳试验

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盾构施工扰动对天津结构性黏土动力特性影响的试验研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第7期57卷 768-778页

作者：加瑞杨岗郑刚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

盾构隧道施工扰动会改变周围土体的应力、应变状态,破坏土的结构性,从而影响隧道后期的地震响应.通过共振柱试验和动单剪试验,分析了施工扰动对天津结构性黏土动剪切模量和阻尼比的影响.试验结果表明:施工扰动程度越大,平均应力归一化... 详细信息

盾构隧道施工扰动会改变周围土体的应力、应变状态,破坏土的结构性,从而影响隧道后期的地震响应.通过共振柱试验和动单剪试验,分析了施工扰动对天津结构性黏土动剪切模量和阻尼比的影响.试验结果表明:施工扰动程度越大,平均应力归一化动剪切模量的初始值越小(应力释放程度较大的D4试样的平均应力归一化动剪切模量初始值为无应力释放的D1试样的74%),在相同剪应变下的归一化动剪切模量越小,动剪切模量的衰减速率越快,在相同剪应变下的阻尼比越大;土的结构性越弱,初始动剪切模量越小(无水泥掺量的B1试样的初始动剪切模量为4%水泥掺量的B4试样的59%),在相同剪应变下的动剪切模量越小,动剪切模量衰减速率越快,在相同剪应变下的阻尼比越大.盾构隧道施工扰动对结构性黏土动力特性的影响机理为:施工扰动会使结构性黏土的结构破损、结构性减弱,从而导致其归一化动剪切模量减小,动剪切模量衰减速率增大,阻尼比增大.因此,在进行盾构隧道抗震设计时应考虑前期施工扰动引起的结构性黏土的结构破损对动剪切模量的影响.

关键词：结构性黏土施工扰动动剪切模量阻尼比共振柱试验

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模拟海水环境下G20Mn5QT/Q355异种钢对接焊接接头腐蚀疲劳性能试验研究

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材料导报 2024年第19期38卷 170-176页

作者：芦燕余振超王如琦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 天津大学建筑工程学院天津300350

金属材料焊接接头的腐蚀疲劳失效往往会引发严重的工程事故。本工作对G20Mn5QT/Q355异种钢对接焊接接头在模拟海水环境下的腐蚀疲劳性能进行了研究,开展了其在3.5%NaCl溶液中的腐蚀疲劳试验,并对腐蚀疲劳断口进行了扫描电子显微镜试验,... 详细信息

金属材料焊接接头的腐蚀疲劳失效往往会引发严重的工程事故。本工作对G20Mn5QT/Q355异种钢对接焊接接头在模拟海水环境下的腐蚀疲劳性能进行了研究,开展了其在3.5%NaCl溶液中的腐蚀疲劳试验,并对腐蚀疲劳断口进行了扫描电子显微镜试验,分析了其腐蚀疲劳的失效机理。揭示了在较大应力水平(>220 MPa)下,母材缺陷及焊接缺陷是导致裂纹形核的主要原因;而在较小应力水平(≤220 MPa)下,表面蚀坑是导致裂纹形核的主要原因。分别采用Stromeyer公式与基于三参数威布尔分布的模型建立了对接焊接接头的腐蚀疲劳寿命预测方法,结果表明三参数威布尔分布的腐蚀疲劳S-N曲线拟合精度更高,对实际工程疲劳设计具有指导意义。

关键词： G20Mn5QT铸钢对接焊接接头腐蚀疲劳失效机理 S-N 曲线三参数威布尔分布

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碱激发地聚物固化海相淤泥质软土抗压强度及固化机制研究

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铁道科学与工程学报 2024年第7期21卷 2745-2754页

作者：刘景锦罗昊鹏雷华阳郑刚程雪松天津大学建筑工程学院天津300354 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300354

海相淤泥质软土富含各类可溶性盐和有机质,使用水泥进行固化时易出现劣化效应。为了解决传统硅酸盐水泥固化常出现加固失效的工程问题,以NaOH为碱激发剂,使用地聚物-水泥联合固化海相淤泥质软土,研究水泥与地聚物掺量比、碱激发剂含量... 详细信息

海相淤泥质软土富含各类可溶性盐和有机质,使用水泥进行固化时易出现劣化效应。为了解决传统硅酸盐水泥固化常出现加固失效的工程问题,以NaOH为碱激发剂,使用地聚物-水泥联合固化海相淤泥质软土,研究水泥与地聚物掺量比、碱激发剂含量和养护龄期对固化土无侧限抗压强度的影响,并采用扫描电镜和X射线衍射试验分析碱激发地聚物固化海相淤泥质软土的微观形态和水化产物,进一步揭示其固化机制。研究结果表明:单独加入NaOH对水泥土强度的提升并不明显,水泥土强度并不会随着碱激发剂含量的增加而显著提高。同时不同钙系地聚物的固化效果差异显著:矿渣地聚物固化土早期强度增长迅速,后期强度增长缓慢,其无侧限抗压强度随NaOH含量的增加先增加后降低,随矿渣的掺量增加而提高。粉煤灰地聚物固化土强度增长较慢,NaOH含量越高其无侧限抗压强度越大,且强度随粉煤灰的掺量增加而降低。将1/2的水泥以矿渣替代,固化土28 d强度最高可达6.19 MPa,相较于水泥土提升了107.5%。而使用同样比例的粉煤灰替代,其28 d强度最高仅为3.012 MPa。微观试验分析表明碱激发剂和地聚物的加入,可促进可溶盐水化结晶和有机质碱性环境降解,有效增加有效水化产物,增强颗粒间的凝聚力使得土体结构更加紧密,宏观上表现为固化土强度的提升。研究结果可为解决水泥加固海相淤泥软土所引起的实际技术问题提供理论指导。

关键词：海相淤泥质软土地聚物碱激发无侧限抗压强度固化机制

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单板焊接空心球节点受拉承载性能研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第1期57卷 1-10页

作者：陈志华蔡汝锐刘红波温锁林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(天津大学) 天津300072 河北工程大学土木工程学院邯郸056038

单板焊接空心球节点常用做弦支穹顶上部结构连接拉杆或拉索的节点,单板主要承受拉力并传递至焊接空心球,为了满足工程设计的要求,需对其受拉承载性能进行研究.通过试验,研究了不同参数的单板焊接空心球节点轴拉状态下的受力性能和破坏机... 详细信息

单板焊接空心球节点常用做弦支穹顶上部结构连接拉杆或拉索的节点,单板主要承受拉力并传递至焊接空心球,为了满足工程设计的要求,需对其受拉承载性能进行研究.通过试验,研究了不同参数的单板焊接空心球节点轴拉状态下的受力性能和破坏机理,建立有限元模型并进行验证,该模型能较好地反映单板焊接空心球节点轴拉性能,通过有限元模型参数化分析揭示了节点尺寸、加劲肋、单板尺寸等参数对其力学性能的影响规律,并提出单板焊接空心球轴拉承载力计算公式.研究结果表明:单板焊接空心球在轴拉作用下为应力集中导致的剪切强度破坏,破坏发生在单板端部与空心球连接处,表现为焊接空心球被撕裂;有限元应力云图得出破坏时沿着单板平面内拉力方向的剪应力起主要作用;单板焊接空心球节点的受拉承载力随单板宽度及空心球壁厚的增大而明显增大,空心球直径的增大会使承载力略有降低,单板的厚度增加使节点承载力略有提高,单板的高度对节点承载力的影响较小,空心球内设置加劲肋能使承载力提高至少20%;基于参数化提出的单板焊接空心球节点的受拉承载力计算公式能简便地计算出单板焊接空心球节点的承载力,相对误差在±15%以内,满足工程设计误差要求.研究工作可为今后外接单板的焊接空心球节点分析设计提供参考.

关键词：单板焊接空心球节点数值模拟轴拉性能承载力

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盾构隧道管片渗漏侵蚀的室内模型试验研究

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地下空间与工程学报 2025年第1期21卷 171-179,206页

作者：加瑞李青茁雷华阳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

盾构隧道管片渗漏侵蚀会改变周围土体的孔压分布,使周围土体发生变形、管片内力发生改变,影响隧道的安全运营。通过自行研制的盾构隧道管片渗漏侵蚀模拟试验装置,研究了砂土粒径、压力水头、上覆压力和砂土密实度对漏水量、漏砂量和地... 详细信息

盾构隧道管片渗漏侵蚀会改变周围土体的孔压分布,使周围土体发生变形、管片内力发生改变,影响隧道的安全运营。通过自行研制的盾构隧道管片渗漏侵蚀模拟试验装置,研究了砂土粒径、压力水头、上覆压力和砂土密实度对漏水量、漏砂量和地表沉降的影响。结果表明:(1)砂土的平均粒径越大,渗透系数越大,流速越大,过水断面相同时漏水量越大,漏砂量和试样表面的沉降量越小;(2)当砂土的平均粒径与渗漏孔径的比值较小时,砂土会持续漏出,累积漏砂量线性增大;(3)当砂土的平均粒径与渗漏孔径的比值大于0.15时,砂土颗粒在渗漏孔附近能形成稳定的土拱,砂土成拱时的平均粒径远小于渗漏孔径;(4)试样顶部的压力水头越大,水力坡降越大,流速和漏水量越大,作用在砂土颗粒上的渗透力越大,漏砂量和试样表面的沉降量越大;(5)上覆压力越大,渗透系数相对越小,流速和漏水量越小,土颗粒移动所受的摩擦阻力越大,砂土颗粒越不容易移动,因此漏砂量和试样表面的沉降量越小;(6)试样相对松散,其孔隙比和渗透系数相对较大,流速和漏水量较大,由于剪胀性较弱土颗粒相对容易发生移动,漏砂量和试样表面的沉降量较大。

关键词：盾构隧道渗漏侵蚀砂土粒径压力水头上覆压力

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