高铁用HRBF500钢筋混凝土梁疲劳性能的数值分析

HRBF500钢筋作为一种新型的高强度钢筋,用于铁路、桥梁等工程中,需承受反复荷载.对配有500 MPa细晶粒钢筋的混凝土梁和预应力混凝土梁的疲劳性能进行有限元模拟分析,得到疲劳寿命预测值,并与试验结果进行比较,两者吻合较好.表明笔者采用的数值模拟方法,可较准确地预测HRBF500钢筋混凝土梁的疲劳寿命,为结构疲劳分析提供了有效手段.     

考虑粘结滑移的型钢混凝土结构ANSYS模拟方法研究

介绍了采用ANSYS程序对型钢混凝土(SRC)结构进行非线性有限元数值模拟的实用技术和方法.结合型钢混凝土梁试验试件的数值模拟全过程,对采用ANSYS程序进行型钢混凝土结构数值模拟所涉及到的材料模型定义、几何模型建立、钢筋单元生成、约束条件、粘结滑移模拟、加载控制、计算参数设定以及后处理等问题均进行了全面介绍.重点介绍了型钢混凝土结构ANSYS数值模拟的建模技术和方法,并介绍了采用非线性弹簧单元(Combination39单元)对型钢混凝土结构粘结滑移进行准确模拟的实用方法.文中型钢混凝土梁ANSYS的数值模拟结果与试验结果吻合较好,表明本文提出的型钢混凝土结构ANSYS数值模拟技术可行,可为型钢混凝土结构的数值模拟技术研究、工程设计和理论研究提供有益的依据和参考.     

钢管混凝土格栅坝抗冲击性能试验及参数分析

为有效减轻泥石流大块石冲击造成的灾害,提出一种钢管混凝土格栅坝.通过固体冲击试验研究该结构的冲击动力响应,总结了结构的响应模式.同时对试验过程进行数值模拟,模拟结果与试验吻合较好.最后利用数值模拟方法对结构进行参数分析,研究桩管套箍系数、撑管径厚比和桩-撑刚度比对结构动力响应的影响.结果表明:结构的典型响应模式可以概括为构件轻微损伤、构件弯曲破坏、连接节点破坏;桩管受冲击时结构能发挥良好的整体耗能作用,而撑管受冲击时结构整体耗能作用不明显;桩管套箍系数、撑管径厚比和桩-撑刚度比对结构动力响应的影响受桩管和撑管外径、壁厚等单因素变化的制约.钢管混凝土格栅坝具有良好的抗冲击性能.     

钢纤维自密实混凝土疲劳寿命预测不确定分析的证据理论方法

针对钢纤维自密实混凝土疲劳寿命预测中存在诸如材料参数、试验数据、模型不确定等各种不确定性来源,造成疲劳寿命预测困难、预测不准确等问题,本文建立了基于S-N曲线的混凝土疲劳寿命预测不确定性模型,考虑模型参数的认知不确定性,提出了一种基于证据理论的混凝土疲劳寿命预测不确定性分析方法。选取0.5%钢纤维掺量的钢纤维自密实混凝土弯曲疲劳试验数据,采用证据理论和微分演化算法来完成各级应力水平下不确定性的量化和传播;通过与实际疲劳寿命和概率理论方法的预测结果进行比较分析,验证了该方法对钢纤维自密实混凝土疲劳寿命预测不确定性分析的有效性和可行性。     

纤维布加固钢砼轴心受压柱加固参数优化分析

采用ANSYS对纤维布加固钢混凝土轴心受压柱的加固参数进行了优化分析，并与试验结果进行了比较。分析结果表明：通过合理选择有限元分析数值模型，可较好地预测纤维布加固混凝土柱的轴心受压性能、最优加固间距和最优加固层数。为模拟钢筋混凝土结构的受压性能和结构优化设计提供了新的方法和途径。     

强动载作用下钢筋混凝土梁破坏模式的有限元分析

在爆炸、冲击等强动载作用下,钢筋混凝土结构可能发生弯曲、弯剪和直剪破坏.为了准确地预测和模拟钢筋混凝土梁在强动载作用下的动力响应和破坏形态,本文运用ABAQUS有限元计算软件结合混凝土脆性开裂模型对强动载作用下的钢筋混凝土试验梁的整体响应以及一系列破坏形态进行了数值模拟,并将模拟结果与试验进行了对比分析.研究结果表明,本文所采用的数值模拟方法能较好地预测和模拟强动载作用下钢筋混凝土构件的整体动力响应以及相应的直剪、弯曲和弯剪破坏等一系列破坏形态.     

神经网络方法在大跨连续梁施工控制中的应用

神经网络是一种模拟大脑结构和机能的信息处理系统.文章采用神经网络方法用于大跨度混凝土连续桥梁施工控制中的预拱度进行预测.结果表明:神经网络具有实测样本的自学习功能,对桥梁施工预拱度有较好的精度.     

基于物理水文模型的不确定性分析

基于物理基础的水文模型预测精度受不确定性影响显著,分析这些不确定性因素对模型预测精度的提高十分必要.目前对于水文模型不确定性研究比较成熟,众多专家已经提出了模型不确定分析的框架,同时设计了一些模型优化算法,但较为缺乏针对模型结构不确定性研究的系统内容.通过选择具有物理基础的水文模型——HYDRUS,分别开展模型参数和结构的不确定性研究.结果表明,详实的观测信息是模型选择不可缺少的;不同时间点的模型信息对模型的确定更为有用;在选择模型时,应充分了解真实结构信息,减少因模型结构误差所带来的模型预测不确定性.在目标函数的选择上,也应充分考虑模型结构的不确定性.要减少模型不确定性,必须加强对模型参数和结构的认识.     

植钢技术的锚固性能与锚固深度的试验与仿真

目的研究植钢锚固技术的锚固性能,预测不同型号角钢在不同强度混凝土下的合理锚固深度．方法在不同强度下的混凝土中植入不同型号角钢,进行静力拉拔正交试验,在试验结果基础上进行了拉拔试验过程中的仿真分析．结果正交试验结果得到了植钢技术的锚固性能、角钢的应力分布情况和整个加载过程的荷载一滑移曲线．荷载一滑移曲线可分为三段式,对它进行拟合得到型钢一混凝土界面的荷栽一滑移之间的关系式．采用ANSYS有限元程序进行角钢混凝土结构的数值模拟,详细介绍了非线性弹簧单元（Combination39单元）对型钢混凝土粘结滑移进行准确模拟的实用方法．结论数值模拟结果与试验结果吻合较好．预测了工程中不同型号角钢的合理锚固深度．可为植钢技术的数值模拟、理论研究和工程设计提供参考．     

高强箍筋约束混凝土轴心受压性能分析

在高强箍筋约束混凝土轴心受压试验研究的基础上,对高强箍筋约束混凝土进行了三维非线性有限元分析,与试验结果比较吻合较好;通过数值模拟分析了箍筋间距、箍筋强度及箍筋形式等对约束混凝土轴压性能的影响,分析了箍筋受力与混凝土截面应力分布,揭示了箍筋与混凝土在轴压下的相互作用,探讨了箍筋对混凝土的约束机理;结果表明,通过合理选择有限元分析模型,可较好地预测箍筋约束混凝土柱的轴心受压性能.     

Determination and stability analysis of ultimate open-pit slope under geomechanical uncertainty

In open-pit mines, pit slope as one of the important parameters affects the mine economy and total minable reserve, and it is also affected by different uncertainties which arising from many sources. One of the most critical sources of uncertainty effects on the pit slope design is rock mass geomechanical properties. By comparing the probability of failure resulted from deterministic procedure and probabilistic one, this paper investigated the effects of aforesaid uncertainties on open-pit slope stability in metal mines. In this way, to reduce the effect of variance, it implemented Latin Hypercube Sampling (LHS) technique. Furthermore, a hypothesis test was exerted to compare the effects on two cases in Middle East. Subsequently, the investigation approved high influence of geomechanical uncertainties on overall pit steepness and stability in both iron and copper mines, though on the first case the effects were just over.     

考虑土体参数空间变异性的边坡稳定性研究

为考察土体强度参数空间变异性对评价边坡稳定的影响, 以及使用概率方法评价对边坡稳定的适宜性, 以简易Morgenstern-Price法对土体参数空间变异性条件下的边坡稳定性进行了计算分析.通过Karhunen-Loève法对参数的空间协方差矩阵进行正交分解,并使用拉丁超立方抽样法和Cholesky法对空间场进行优化处理,确定了边坡土体的强度参数空间样本取值,完成了空间随机场的生成;以简易Morgenstern-Price法对参数空间变异边坡进行安全系数求解和破坏概率计算.对生成土体参数的抽样检验发现,拉丁超立方抽样和Cholesky分解共同使用后生成的抽样样本能很好地吻合目标分布.边坡稳定性计算分析显示,在抽样计算所得的边坡失稳收敛概率与Monte Carlo方法非常接近的情况下,抽样随机场能极大地降低模型达到收敛所需的计算次数,表明抽样方法用来计算边坡的失稳概率是可行的.对给定边坡的概率性失稳的研究表明：单独使用安全系数或者失效概率都无法完整地对边坡稳定性作出评价,只有同时使用两者,边坡的安全评价才会更加安全有效.     

中温相变蓄热装置的蓄放热性能研究

以相变温度为80℃的相变蓄热装置为研究对象,根据建立的相变传热分析模型,应用数值模拟的方法,研究了蓄热体——相变材料的热物性参数、几何尺寸、填充率,以及热媒体——热水的流速等因素对蓄热装置蓄、放热规律及其特性的影响．研究结果表明,当板状定形相变材料的导热系数在0．4W/(m·K)左右、板厚为8 mm、相变材料的填充率在65%～75%、热媒体流速为5～8mm/s时,蓄热装置可获得较高的蓄、放热效率．     

饱和状态下开裂混凝土内的氯离子输运

为得出饱和状态下氯离子在开裂混凝土内的输运规律,将饱和状态分为溶液静止和溶液流动2种情况;同时分别考虑表面氯离子质量分数与氯离子扩散系数的时变性和氯离子在混凝土内的线性结合理论,对前者采用传统的双重孔隙介质模型,对后者则采用二维扩散模型进行分析.基于Fick第二定律得出氯离子在裂缝和开裂附近混凝土内输运的计算方程,并根据裂缝自愈的影响对2种模型进行了修正.分别采用这2种模型对所设计的氯离子在预开裂混凝土试件内的侵蚀进行了计算.对比裂缝附近不同时间混凝土内氯离子质量分数的试验结果表明：短期侵蚀采用2种模型计算的结果均接近于试验值,长期侵蚀采用二维扩散模型能得到更加精确的结果.该结果为氯盐侵蚀下的混凝土结构耐久性设计与评估提供了参考.     

用于火电厂减震的变质量MTMD基于可靠度的优化（特约稿）

提出了一种针对变质量的非传统多调谐阻尼器（MTMD）基于可靠度的优化设计方法。其中主结构部分考虑多阶模态,MTMD则考虑为集中质量。地震动激励采用金井清模型,利用状态空间法提高计算效率。地震危险性则依据地震动衰减关系和Gutenberg-Richter模型模拟。定义危险性、主结构与多调谐阻尼器相关参数均为随机变量,通过考虑结构多维输出及对应限值,并结合激励与结构随机性得到结构绝对失效概率,并进一步以绝对失效概率为目标函数形成优化问题,通过求解变质量MTMD最优解进行设计。本文将该方法应用于带多煤斗的火电厂房煤斗隔震设计。其中,煤斗隔震形成MTMD,而煤斗内部储煤量变化则形成变质量MTMD。采用拉丁超立方抽样法生成样本,研究确定了合适样本数。通过选取结构角柱位移角作为结构响应,采用规范限值计算失效概率。利用基因算法求解了该优化问题并得到了最优设计与对应的失效概率。本文进一步对比了平动隔震体系和摆隔震体系。研究表明,尽管摆体系的频率与质量不相关,其失效概率并未优于平动隔震体系;且摆体系摆动圆弧曲率的变异系数对结构失效概率影响不大,规律不明显。最后,将煤斗与主结构碰撞亦考虑为失效事件,考虑了煤斗碰撞问题。本文所提出的设计方法基于可靠度,直接以降低结构失效概率为目标,可同时考虑结构多维输出以及煤斗与主结构相对位移,并对应地考虑多个响应限值,将多个响应综合为一个失效概率,避免了计算量巨大的多目标优化。     

钢筋混凝土梁变形限值的分析

为了分析钢筋混凝土梁的变形限值,对一批梁进行低周反复荷载试验,并对试验进行了有限元模拟.模拟过程中对混凝土和钢筋的材料本构进行了设置,混凝土单轴受压时采用Hognestad本构模型,混凝土单轴受拉时采用二折线本构模型,钢筋本构模型则采用双线性强化模型,模拟结束后即可获得梁的荷载-位移骨架曲线.将试验结果和模拟结果进行对比,表明有限元方法可以较准确地模拟试验情况,由于有限的试验数据对研究梁的变形限值不充分,进而通过有限元软件来仿真模拟大批的梁,并获取荷载-位移骨架曲线和弯矩-转角曲线,根据曲线得出梁的变形限值,即塑性转角限值和剪切变形角限值.梁的变形限值为梁的性能评估提供了定量的参考指标.     

基于位错机制钛合金本构关系的目标参数识别及实验验证

为描述钛合金在不同应变率下的复杂本构行为,本文基于细观塑性变形机理和位错动力学理论提出了一种钛合金粘塑性本构模型,并描述了模型各参数的物理意义及其与微结构特征量之间的关联性。该本构模型含有12个待定参数,为降低参数识别计算量,提高参数识别效率和精度,提出了一种基于拉丁超立方抽样、Spearman秩相关分析的参数敏感度整体分析方法,并在参数敏感度分析结果和基本遗传算法的基础上,建立了一种基于改进小生境算法、全局最优点判断策略和局域精确搜索技术的改进遗传算法。最后以Ti-6Al-4V钛合金为算例,描述了其在不同应变率、温度下的单轴流变应力塑性应变曲线,数值模拟和已有的实验数据吻合良好。     

电势条件对混凝土结构电化学修复数值模拟的影响

通过试验研究和理论分析,对比3类电势条件（常电势条件、电中性条件和高斯定理）对混凝土结构电化学修复过程数值模拟结果的影响. 利用物质守恒定律、Nernst-Planck方程和电势条件构建电化学修复过程的数值模型,通过数值模型比较电化学修复过程电势、氯离子浓度、净电荷数和电流密度等参数在混凝土内部的分布. 结果表明,在常电势条件下,除氯前端的氯离子浓度梯度较大;当采用电中性条件与高斯定理时,模拟氯离子浓度分布和电势分布结果较为相似,混凝土分别在辅助阳极与阴极钢筋区域形成电迁移加速作用区与抑制作用区. 试验研究电化学除氯过程的氯离子浓度分布. 试验结果与数值模拟结果的对比表明,采用电中性条件或高斯定理模拟氯离子浓度分布更接近试验测试结果,适用于钢筋混凝土结构电化学修复的仿真分析.     

城市建筑布局的能耗敏感性分析

为研究城市建筑布局对能耗的影响规律及关键性布局参数,采用仿真试验结合敏感性分析的方法,从遮挡太阳辐射减少建筑得热的角度,对武汉地区200种布局进行仿真研究.首先,通过拉丁超立方抽样(LHS)确定布局参数组合;然后,利用R语言和EnergyPlus能耗模拟软件建立200种能耗模型并计算;最后,应用标准回归系数(SRC)和树状高斯过程模型(TGP)两种全局敏感性分析方法,量化分析水平和垂直方向9个布局参数对目标建筑能耗的影响.结果表明:建筑布局对能耗有显著影响,9个布局参数的总变化,分别引起制冷、供暖和总能耗15.8%、26.8%、4.4%的波动;两种敏感性分析结果类似,对制冷和总能耗影响最大的参数是西侧建筑高度,其主效应都在0.3左右,影响最小的参数是南侧建筑面宽,其主效应都在0.1以下;影响供暖能耗最大的参数是南侧建筑的高度,其主效应在0.3以上,影响最小的参数是东侧建筑面宽.当参数取值远大于目标建筑尺寸时,各参数对能耗的影响力降低,采用TGP敏感性分析更合理.从节能减排的角度,为城市规划及建筑布局提供理论依据.     

蚁群算法分配权重的燃气日负荷组合预测模型

为适应城镇燃气日负荷随机性和多变性的特点,克服特定时刻单一负荷预测模型存在实际应用局限性的问题,将5种评价准则用于组合预测前剔除冗余模型,提出了一种建立变全重组合预测模型的方法,通过蚁群算法确定分配权重的组合预测模型,使得在一个时段上的燃气日负荷预测精度好于各单一模型.首先对包含诸多随机和模糊等不确定因素的城镇燃气日负荷时变系统和各预测模型特点进行分析;然后确定岭回归分析(Ridge)、差分自回归积分滑动平均模型(ARIMA)、支持向量机回归(SVR)、极端梯度提升树(XGB)共4类单项日负荷预测模型,结合城镇燃气日负荷和模型的特点,分别给出每个模型各项参数的设置和模型的输入向量;用平均相对误差、均方根误差、灰色关联度、相关系数、Theil不等系数为评价准则计算出的综合评价指标剔除冗余模型,最后建立了蚁群算法权重分配的组合预测模型.预测实例表明,蚁群算法分配权重的燃气日负荷组合预测模型长期的综合预测效果要优于任意单项模型,相比于单一模型而言,组合预测模型的稳定性和容错率更高,具备较强的泛化能力.