Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.


JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).


Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

   Cover:  <124>
      
Contents:  <178>

<<<                         CONTENTS                         >>>


Special Issue on the Key Technology of Sea-crossing Bridges

Guest Editors-in-Chief: Shen-you SONG, Jian GUO

Guest Editors: Gao LIU, Lin ZHAO

Editorial

Editorial: Technical challenges in the construction of bridge-tunnel sea-crossing projects in China

Shen-you Song, Jian Guo, Quan-ke Su, Gao Liu

DOI: 10.1631/jzus.A20CSBE1 Downloaded: 131 Clicked: 231 Cited: 0 Commented: 0(p.509-513) <Full Text>

Chinese summary   <99>  中国桥隧一体化跨海工程建设的技术挑战

概要:近年来,跨海大桥的建设越来越受到重视. 杭州湾跨海大桥、舟山跨海大桥和港珠澳大桥等跨海工程已在中国成功建成; 作为目前世界上难度最大的桥隧一体化跨海工程,深中通道工程正在施工. 中国已经在跨海大桥设计和施工领域取得了显著成绩,特别是在桥隧一体化跨海工程技术创新中实现了高水平的技术跨越. 本专辑收集了相关科研人员和工程管理人员在设计理论、施工工艺、新材料应用、养护管理技术等方面取得的一批核心技术成果,包括大跨度跨海桥梁抗风抗震性能、大型沉管隧道结构体系的受力机理及防灾设计、船舶碰撞跨海桥梁的致灾风险识别及安全防护等突出问题. 这些宝贵经验对未来的甬舟铁路、渤海海峡通道和琼州海峡跨海通道等大型跨海工程具有重要的参考价值.

关键词组:跨海工程; 桥隧一体化; 深中通道; 港珠澳大桥; 舟山跨海大桥; 技术创新

Articles

Experimental study on the mechanical behavior and deformation characteristics of gravel cushion in an immersed tube tunnel

Wei-le Chen, Chao Guo, Xiao He, Bai-yong Fu, Jian Liu

DOI: 10.1631/jzus.A1900408 Downloaded: 188 Clicked: 312 Cited: 0 Commented: 0(p.514-524) <Full Text>   <PPT>  68

Chinese summary   <94>  沉管隧道碎石垫层力学行为与变形特性试验研究

目的:目前国内外尚无采用二片石+碎石作为沉管隧道先铺法垫层的先例,且二片石+碎石组合垫层的力学变形特性尚不明确. 本文旨在通过室内物理力学模型试验,定量分析二片石及碎石垫层铺设厚度、级配、落管预压荷载量等因素的影响,提出碎石垫层构造方案以及相应的变形模量和承载力等力学指标,以合理确定垫层厚度及可行的施工工艺、准确评估地基刚度偏差、降低淤泥对碎石垫层承载性能的影响以及保证沉管结构的受力安全.
创新点:1. 提出二片石+碎石组合垫层的力学变形特性; 2. 提出落管预压荷载的作用以及对垫层性质的影响.
方法:1. 分别开展二片石和碎石的室内物理力学模型试验,研究二片石与碎石接触面的平整度、颗粒级配、落管预压荷载以及垫层厚度对垫层的物理力学性质的影响,并在此基础上开展二片石+碎石组合垫层的室内模型试验; 2. 提出碎石垫层构造方案以及相应的变形模量和承载力等力学指标,以提高沉管结构的受力安全.
结论:1. 在设计荷载作用下,二片石垫层的荷载-位移曲线呈现越压越密的非线性受力特点,而碎石垫层和碎石+二片石垫层的荷载-位移曲线呈现两阶段线性变化; 2. 二片石垫层顶部的平整密实度对其沉降和压缩模量有很大的影响,因此在施工时需保证二片石垫层顶部的平整密实度; 3. 级配和厚度对垫层的压缩性影响不明显,而落管预压荷载对提高垫层初始刚度以及降低初期沉降和总体沉降有明显作用; 4. 对于预压荷载为30 kPa的0.7 m二片石+1.0 m碎石组合垫层,压缩模量的取值在0~30 kPa段为48.89 MPa,在30~110 kPa段为10.47 MPa.

关键词组:沉管隧道; 碎石垫层; 模型试验; 变形特性

Dynamic response analysis of ship-bridge collisions experiment

Jian Guo, Jing-xuan He

DOI: 10.1631/jzus.A1900382 Downloaded: 187 Clicked: 303 Cited: 0 Commented: 0(p.525-534) <Full Text>   <PPT>  66

Chinese summary   <8>  船撞桥墩动力响应的试验研究

目的:1. 研究船撞桥过程中撞击力的大小; 2. 在船撞作用下,研究桥梁各结构的动力响应与脆弱部位; 3. 研究桥梁结构动力响应的频带特征以及能量分布.
创新点:1. 通过缩尺试验和高分辨率的有限元模型,探究船撞桥墩的碰撞机理; 2. 通过小波包分析方法,对缩尺试验的敏感部位的响应进行分析,探明其频带特性和能量分布.
方法:1. 通过试验分析和有限元模拟,找出桥墩的易损部位,并研究速度与船艏刚度对撞击力大小的影响; 2. 通过精细化的有限元模型,验证试验的准确性; 3. 在船撞作用下,探究敏感部位的动力响应; 4. 通过小波包分析,分解缩尺模型敏感部位的响应信号,并研究其频带特性和能量分布.
结论:1. 通过对不同撞击速度的船舶在碰撞时的冲击力和桥墩动力响应的研究表明,撞击力可由上升段和塑性段两个阶段来解释. 2. 当桥梁下部结构受到船舶撞击时,支座与梁体会产生滑移; 因此,在桥梁设计中应考虑船舶撞击引起落梁的可能. 3. 在船撞过程中,大部分能量被船艏的变形所吸收; 对于桥梁结构来说,大部分能量集中在桩基与支座. 4. 通过小波包分析可知,桥梁结构吸收的能量主要集中在低频段.

关键词组:缩尺模型试验; 船撞桥墩; 冲击荷载; 小波包分析; 能量分布

Revisiting aerodynamic admittance functions of bridge decks

Lin Zhao, Xi Xie, Teng Wu, Shao-peng Li, Zhi-peng Li, Yao-jun Ge, Ahsan Kareem

DOI: 10.1631/jzus.A1900353 Downloaded: 207 Clicked: 247 Cited: 0 Commented: 0(p.535-552) <Full Text>   <PPT>  58

Chinese summary   <10>  回顾与讨论气动导纳函数

目的:提出一种识别桥面气动导纳函数的理论框架并验证其合理性.
方法:1. 提出一种考虑来流脉动风和气动力全部交叉分量贡献的全分量导纳函数的识别算法. 2. 利用风洞试验与数值分析结合的方法,对一组流线型和钝体断面的气动导纳进行验证. 3. 对一桥梁断面进行抖振响应分析,验证其等效气动导纳.
结论:1.通过数值计算,系统地验证了本文所提出的等效气动导纳函数具有较高的保真度. 2.风洞中流线型断面的等效气动导纳函数的辨识结果与随机子空间辨识方法的结果吻合良好. 3.通过对一组流线型和钝体断面进行气动导纳识别表明,某些断面的气动导纳高于基于准定常理论的所得值. 4.根据准定常理论下的气动导纳函数、Sears函数和实验验证的函数计算抖振响应并与风洞试验结果进行比较发现,对于流线型断面,采用Sears函数或等效气动导纳函数都是合理的,而用准定常理论得到的抖振响应则过于保守. 5.灵敏度分析表明,抖振响应对平均风速、气动导纳函数、静风力系数及其导数和颤振导数等参数非常敏感.

关键词组:气动导纳函数; 桥梁断面; 抖振分析; 风洞试验; 灵敏度分析

Bayesian operational modal analysis of a long-span cable-stayed sea-crossing bridge

Yan-long Xie, Binbin Li, Jian Guo

DOI: 10.1631/jzus.A1900511 Downloaded: 283 Clicked: 296 Cited: 0 Commented: 0(p.553-564) <Full Text>   <PPT>  66

Chinese summary   <7>  期望最大化贝叶斯模态识别算法在跨海斜拉桥运营模态分析中的应用

目的:由于地理位置特殊,跨海大桥周围的环境非常复杂,进而导致跨海桥梁的模态特征复杂多变. 本文旨在应用期望最大化贝叶斯快速傅里叶变换(FFT)算法对跨海斜拉桥进行运营模态分析.
创新点:1. 通过使用期望最大化贝叶斯FFT算法,使得基于贝叶斯的运营模态分析速度更快且收敛性更高; 2. 成功识别了2.5 Hz以内的19阶模态的自然频率、阻尼比以及振型,同时得到了识别参数的不确定性大小.
方法:通过应用贝叶斯模态识别算法对某跨海斜拉桥的运营模态数据进行分析,并研究模态参数及其不确定性.
结论:应用期望最大化贝叶斯FFT算法能够高效地识别2.5 Hz以内的19阶模态的自然频率、阻尼比和结构振型,并能得出参数识别的不确定性大小.

关键词组:跨海斜拉桥; 运营模态分析; 期望最大化贝叶斯FFT算法

Dynamic behavior of laterally loaded caisson foundations based on different cushion types: an experimental and theoretical study

Wen-bo Tu, Mao-song Huang, Xiao-qiang Gu

DOI: 10.1631/jzus.A1900381 Downloaded: 308 Clicked: 1985 Cited: 0 Commented: 0(p.565-579) <Full Text>   <PPT>  66

Chinese summary   <6>  不同垫层型式沉箱基础的水平振动特性研究

目的:沉箱底部垫层型式对基础的水平振动特性有重要影响. 本文旨在探讨不同垫层型式(砂垫层或碎石垫层)对沉箱基础水平动力响应的影响规律,并提出简化的沉箱垫层基础水平动力的非线性分析计算方法.
创新点:1. 针对不同垫层下的沉箱基础开展室内水平稳态振动模型的试验研究; 2. 建立沉箱垫层基础的非线性分析计算模型; 3. 建立沉箱垫层基础模型的动力特性与原型沉箱垫层基础动力特性之间的关系.
方法:1. 通过室内水平稳态振动模型试验研究,得出不同垫层型式对沉箱基础动力特性的影响规律(图11和12); 2. 通过理论推导,构建激振力大小与基础振动位移幅值及共振频率之间的关系,并建立相应分析模型(公式(3)和(12)); 3. 通过相似理论,分析模型基础与原型基础之间的动力特性关系(表5).
结论:1. 静荷载作用下,基础水平荷载-位移曲线近似于刚塑性发展过程,且基础置于砂垫层时的极限荷载比置于碎石垫层的更大; 2. 沉箱置于砂垫层或碎石垫层上时,随着激振力幅值的增大,由于土体非线性特性的产生,基础振动响应幅值明显增大,且基础的共振频率呈衰减趋势; 3. 相对于砂垫层,碎石垫层在动力荷载作用下更易产生塑性变形,从而消耗并阻隔部分能量的传递,进而表现出比砂垫层更好的隔震效应.

关键词组:非线性动力响应; 沉箱基础; 稳态激振试验; 碎石垫层; 砂垫层

Temperature-induced structural static responses of a long-span steel box girder suspension bridge

Lin-ren Zhou, Lan Chen, Yong Xia, Ki Young Koo

DOI: 10.1631/jzus.A1900490 Downloaded: 179 Clicked: 277 Cited: 0 Commented: 0(p.580-592) <Full Text>   <PPT>  61

Chinese summary   <8>  大跨度钢箱梁悬索桥温度所致结构静力响应

目的:温度对大跨度桥梁的力学性能影响显著. 针对大跨度钢箱梁悬索桥,本文采用数值方法分析日温度变化引起的结构静力响应,对比设计车荷载,以评估温度静力效应的影响.
创新点:1. 基于数值方法对比大跨度悬索桥温度静力效应与设计车荷载效应,评估温度效应的影响; 2. 阐明悬索桥主要构件温度效应对总体温度效应的贡献及相互之间的影响.
方法:1. 建立现场环境和结构响应的结构健康监测系统,并进行长期监测; 2. 通过精细化有限元分析方法实现桥梁温度荷载和温度效应的精准数值计算.
结论:1. 温度对大跨度悬索桥跨中位移的影响明显,其一天的变化约是设计车荷载位移的10%; 箱型主梁横向温差是导致桥面横向倾斜的主要因素. 2. 箱梁温度应力显著大于车荷载引起的应力; 部分次要构件的温度应力成为主要荷载效应. 3. 主缆竖向倾角越大,温度应力越大; 吊杆温度效应主要受其长度和两端相对变形的影响. 4. 桥塔温度效应不仅受其自身温度的影响,也会受到来自主缆温度响应的较大影响. 5. 本文结论是基于一天温度变化的影响,而温度效应在更大时间尺度上的影响会更为严重.

关键词组:大跨度悬索桥; 温度效应; 静态响应; 车荷载; 现场监测

A novel forced motion apparatus with potential applications in structural engineering

Lin Zhao, Xi Xie, Yan-yan Zhan, Wei Cui, Yao-jun Ge, Zheng-chun Xia, Sheng-qiao Xu, Min Zeng

DOI: 10.1631/jzus.A1900400 Downloaded: 197 Clicked: 257 Cited: 0 Commented: 0(p.593-608) <Full Text>   <PPT>  68

Chinese summary   <8>  一种在结构工程中具有潜在应用前景的新型强迫运动装置

目的:探究新型强迫振动装置在风工程领域的发展与 应用.
创新点:1. 提出一种强迫振动装置,以实现多自由度耦合效应的非线性非平稳气运动,并探讨该装置的应用前景. 2. 该装置对运动形式无限制,且振幅及频率均可连续变化,因此所需最大驱动力不超过电机限值即可; 不同运动形式在每个自由度上均可实现; 对三个自由度之间的组合没有限制,单自由度、任意两自由度耦合和三自由度耦合均可.
方法:1. 为模拟不同形式的风振,基于比例-积分-微分(PID)控制算法开发一种强迫振动装置(FMA),并采用自主研发的强迫振动装置实现多自由度耦合的多种强迫振动运动方式. 2. 为满足气动建模的要求,采用强迫振动时域法对箱梁截面的颤振导数进行识别,包括单自由度、二自由度和三自由度等多种耦合形式,并与已有的研究结果进行比较,验证该强迫振动装置的准确性和可行性. 3. 根据强迫振动装置的特点分析其在风工程领域的应用以及未来的发展应用前景.
结论:1. 该强迫运动装置实现了各种运动类型,并通过试验验证了其运行精度; 通过对箱梁截面颤振导数的识别和比较,验证了其在风工程领域应用的合理性. 2. 该装置还可用于处理其他结构工程领域的问题,如大跨桥梁的风-车-桥耦合问题、输电线塔的塔-线耦合振动问题、飞行物在特定旋转轨迹下的气动力问题和结构风致振动引起的桩-土共同作用等.

关键词组:强迫运动装置; 耦合振动; 随机振动模拟; 气动力; 倍频效应; 记忆效应; 风工程; 潜在应用

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