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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
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收录年代

    外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能分析

    王城泉宗延威孙苗苗周子健...
    690-705页
    查看更多>>摘要：为了进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构在中、高烈度地区的应用,减少桥墩的震后损伤及修复成本,提出一种外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)桥墩.基于ABAQUS有限元分析软件建立无耗能装置、外置拱形钢板、外置竖直钢板、外置拱形耗能装置的四节段预制拼装CFST桥墩模型,并在往复位移加载作用下对各模型的抗震性能进行对比分析.研究结果表明:外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩具有较好的水平承载力、较高的初始刚度以及较强的耗能能力,与外置竖直钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力提升了约11.9%,初始刚度提升了约2.5%;与外置拱形钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约28.8%、4.6%和13倍;与无耗能装置的预制拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约39.4%、10.4%和18.1倍;外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩在整个位移加载阶段残余位移均保持在1 mm之内,偏移率不超过1%,且损伤集中在拱形耗能装置上,能够实现震后的快速修复.

    桥梁抗震性能节段拼装钢管混凝土桥墩拱形耗能装置震后修复拟静力分析

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    泥质砂岩地层盾构隧道管片连续上浮规律与分析

    苏恩杰任超叶飞温小宝...
    706-714页
    查看更多>>摘要：为了得到施工期盾构隧道管片的连续上浮规律,基于连通器原理设计一套管片竖向位移连续监测装置,依托华东某泥质砂岩地层盾构隧道进行现场实测研究.研究结果表明:管片在脱出盾尾前12 h内呈现出"阶梯状"上浮的规律,即上浮主要发生在盾构掘进期间,而在待机期间管片上浮趋势逐渐减缓,直至停止上浮.最大上浮速率可达0.2 cm/min,主要发生在掘进期间,最大下降速率为0.15 cm/min.管片上浮增量与时间仅呈中等相关或弱相关的关系,而与所处的位置呈强相关或极强相关的关系.掘进期间,上浮增量累计占比为76.9%,是待机期间的3.3倍.

    盾构隧道管片上浮连续规律掘进状态

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    就地固化联合复合地基对堆载邻近桩基的影响

    丰土根高文张箭和宇珑...
    715-729页
    查看更多>>摘要：路桥并线路基修筑引起既有桥桩产生挠曲、侧向位移,严重时可能会造成重大坍塌事故的发生.结合工程现场试验,针对道路施工对邻近桥桩影响问题提出就地固化联合复合地基加固新方法,联合数值模型分析就地固化深度、固化土弹性模量和复合地基相关因素对邻近桩基的保护效果.研究结果表明:搅拌桩加固影响深度为1.5倍桩长左右,素混凝土桩施工会对被动桩在0.75倍桩长左右处产生最大水平位移.就地固化(2.0 m)+水泥搅拌桩法(1.8 m)可极大减小被动桩浅层水平位移,保护桥桩的安全.当固化土水泥掺量为5%～7%、水泥搅拌桩水泥掺量为12%～18%时,提高水泥掺量对减小被动桩水平位移有着明显的作用.同时,将普通褥垫层水泥搅拌桩替换为就地固化+水泥搅拌桩复合地基,桩身最大负弯矩减小近16.6%.

    软基处理工程试验数值模拟复合地基就地固化被动桩

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    考虑侧向刚柔边界约束的黄土填方路基沉降计算方法

    贾金青韩猛李哲涂兵雄...
    730-741页
    查看更多>>摘要：提出一种新的考虑刚柔边界约束和侧向变形的黄土填方路基沉降计算方法.基于自主研发的三向加载设备和室内压缩试验,分析不同竖向加载方式和不同侧向约束对土体竖向及侧向变形的影响,提出考虑土体压实度和围压的边界影响系数,建立压实黄土侧向应变模型,给出考虑刚柔边界条件和侧向变形的黄土路基沉降计算方法.研究结果表明:边界影响系数与路基压实度和围压都呈正相关,且刚柔约束边界对黄土压缩性指标的影响程度最高能达到40%.提出的竖向和三向边界影响系数综合考虑了路基压实度、侧向围压以及边界条件的影响.利用工程实例验证了新模型计算方法的准确性和实用性,提高了传统分层总和法的精度.

    道路工程压实黄土刚柔边界沉降计算方法

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    在役连续配筋混凝土路面横向裂缝传荷能力评价新方法

    李盛余时清孙煜王阳...
    742-754页
    查看更多>>摘要：通过建立带横向裂缝的连接配筋混凝路面(CRCP)结构仿真模型,计算CRC板在不同挠度传荷系数(LTE)下的最大应力,对比CRC板最大应力的有限元解和基于实测LTE的应力计算值,从理论上分析以挠度传荷系数作为CRCP横向裂缝评价指标的适用性,并提出用于在役CRCP横向裂缝传荷能力的计算与评价新方法.研究结果表明:采用常用的挠度传荷系数(LTE)评价CRCP横向裂缝传荷能力不科学且结果偏保守;基于CRCP横向裂缝处板底水平应力动力响应分析,引入应力折减系数(SRC)来表征横向裂缝的传荷能力,以解决用LTE来评价CRCP横向裂缝传荷能力结果偏保守的问题,并提出以SRC为25%作为传荷能力强的临界值.CRCP板底最大水平应力随板厚增加不断减少,板厚变化对SRC影响显著,对横向裂缝传荷能力评价时需考虑板厚的影响;通过非线性回归建立考虑CRCP板厚的LTE与SRC换算公式,实现基于实测挠度采用SRC评价不同板厚下CRCP横向裂缝传荷能力的目的;运用提出的评价新方法评价CRCP实体工程横向裂缝传荷能力,评价结果基本符合实体工程的实际服役能力,解决了原有评价方法结果过于保守的问题,可为CRCP养护决策提供依据,实现对CRCP横向裂缝的精准控制.

    道路工程连续配筋混凝土路面数值模拟传荷能力应力折减系数

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    杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合支护体系受力特性原位试验

    郝增明闫楠白晓宇张立...
    755-773页
    查看更多>>摘要：为深入研究杂填土地层深基坑桩-锚-撑组合支护体系受力特性,依托青岛市某深基坑工程开展微型桩-锚-撑原位试验,分析不同开挖工况下双排微型钢管桩桩身弯矩与预应力锚索轴力的演化规律,揭示该支护体系下前、后排桩的受力性状、预应力锚索应力分布特征,探讨邻近建筑物、基坑暴露时间及钢支撑拆除对该支护体系内力的影响.研究结果表明:1)在基坑开挖过程中,前排桩在受力中起主导作用;当开挖至基底时,桩身最大正、负弯矩极值呈现增大趋势,且极值点不断下移,开挖面以上桩身弯矩均呈正"S"型分布.2)开挖深度增加引起开挖面上、下1.0 m范围内桩身弯矩显著增大,前排桩桩身的反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m、开挖面位置.3)在开挖过程中,锚索轴力沿埋深方向呈现减小趋势,锚固段前端1.5 m之后的轴力基本不变或呈微小波动.4)锚索锚固段应力高度集中在锚固段前端4.0 m以内的区域,约为锚固段长度的44%,锚固段末端基本未产生轴力,可对该段长度进行优化处理.5)邻近建筑物对微型钢管桩桩身受力影响较小;随着基坑暴露时间增加,桩身弯矩呈微小增长趋势;钢支撑拆除后,前排桩的弯矩变化集中在0.38H～0.96H(H为基坑开挖深度).6)桩-锚-撑组合支护体系能够较好地限制基坑变形,选择合理的支撑预应力是该类基坑设计的关键.

    杂填土地层深基坑微型钢管桩锚索钢支撑原位试验

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    风荷载下伸臂桁架-ATMD组合系统最优伸臂桁架位置研究

    邢丽丽周颖张鹏
    774-788页
    查看更多>>摘要：基于虚拟激励法和最优控制理论,提出伸臂桁架-主动调谐质量阻尼器(ATMD)组合系统的风振最优控制模型.首先推导伸臂桁架主体结构与ATMD耦合后的控制运动微分方程组并基于虚拟激励法求解该方程组,发展新的伸臂桁架-ATMD组合系统数值简化模型.基于新提出的组合系统数值简化模型,应用固定点理论求解ATMD最优控制力,获得伸臂桁架-ATMD组合系统的最优控制力模型.将新提出的伸臂桁架-ATMD组合系统数值简化模型和最优控制力模型进行有效数值组合,构建该组合系统的整体最优控制模型.将本文提出的基于固定点理论的最优控制模型与基于线性二次规划方法的最优控制模型、被动最优控制模型和无控制模型进行对比分析.最后应用基于固定点理论的最优控制模型对伸臂桁架-ATMD组合系统的最优伸臂桁架位置进行单参数敏感性分析,研究最优伸臂桁架位置对不同结构影响因素的敏感性以及ATMD对不同类型伸臂桁架系统的抗风控制效果.研究结果表明:主体结构伸臂桁架系统类型不同,不同控制方案的作用效果不同,且主动控制方案对加速度响应的控制效果优于对位移响应的控制效果;与纯伸臂桁架系统相比,风荷载作用下主动调谐质量阻尼器对组合系统的最优伸臂桁架位置影响不大,且最优位置对伸臂桁架刚度、核心筒刚度和外柱与核心筒间距离都有非常高的敏感性;风荷载作用下主体结构中的阻尼会限制ATMD对结构响应控制作用的发挥.

    伸臂桁架系统主动调谐质量阻尼器风荷载固定点技术最优伸臂桁架位置

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    高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型

    陈秋南贺泳超陈湘生谢云鹏...
    789-798页
    查看更多>>摘要：为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响.为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性.在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系.研究结果表明:1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙.

    炭质板岩隧道高地应力化学侵蚀耦合作用蠕变试验非线性蠕变损伤本构模型

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    基于改进自适应多种群遗传算法的结构-控制系统一体化优化

    梅真龚嘉诚高毅超魏琳...
    799-809页
    查看更多>>摘要：提出一种改进的自适应多种群遗传算法,以更好地解决建筑结构-主动控制系统一体化优化问题,即同时对被控结构参数、控制算法参数、主动作动器布置位置进行优化.该遗传算法对编码方法、初始种群生成、选择策略、交叉概率和变异概率的自适应调整、多种群协同进化中移民策略等进行改进.研究结果表明:改进的自适应多种群遗传算法和改进的基本遗传算法优化结果总体一致,表明前者分析结果是正确的,并且具有较高的精度;改进的自适应多种群遗传算法和改进的基本遗传算法首次得到优化分析最优解的平均进化代数分别为320与730,表明前者比后者收敛速度更快;改进的自适应多种群遗传算法每次能达到或接近最优解,可有效克服基本遗传算法优化结果随机性较强的缺点;经改进的自适应多种群遗传算法优化的主动控制系统取得明显减振效果,E1 Centro波输入时,主动控制结构层间位移角峰值和绝对加速度峰值较无控时分别平均减小54.5%与46.7%.算例结果表明了改进的自适应多种群遗传算法的有效性,实现了对建筑结构-主动控制系统的一体化优化.

    主动控制结构-控制系统一体化优化自适应遗传算法多种群

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    考虑残余应力的钢桥面板-肋双面焊裂纹应力强度因子计算方法

    肖新辉陈方怀张海萍刘扬...
    810-821页
    查看更多>>摘要：建立焊接分析有限元模型,对顶板-纵肋双面焊构造的焊接过程进行数值模拟,拟合得到顶板焊趾细节沿板厚方向分布的横向残余应力分布经验公式;建立钢桥面板断裂力学数值模型,结合统一的权函数表达式,推导适用于顶板焊趾处裂纹最深点和表面点应力强度因子的新权函数,并将权函数计算的应力强度因子与有限元计算的应力强度因子进行对比.研究结果表明:顶板-纵肋双面焊顶板焊趾处残余应力沿板厚方向处于拉—压—拉状态,呈正弦函数分布;在二次应力分布下,权函数法与有限元法计算所得顶板焊趾处裂纹最深点应力强度因子最大相对误差为7.4%,表面点应力强度因子最大相对误差为4.1%;在焊接残余应力场下,权函数法与有限元法计算所得顶板焊趾处裂纹最深点应力强度因子最大相对误差为7.6%,表面点应力强度因子最大相对误差为8.6%;权函数法能有效计算钢桥面板-肋双面焊顶板焊趾处疲劳裂纹应力强度因子.

    正交异性钢桥面板权函数法疲劳裂纹应力强度因子焊接残余应力

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