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    Engineering Mechanics
    (月刊,1984年创刊)
    主管单位:中国科学技术协会
    主办单位:中国力学学会
    主  编:陆新征
    编辑出版:《ag亚游网址|注册》编辑部
    ISSN 1000-4750 CN 11-2595/O3
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1. 基于加速度泰勒展开的动力学方程显式积分方法
文颖, 陶蕤
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 26-34.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0661
摘要232)      PDF(pc) (553KB)(91)       收藏
该文旨在提出兼顾适用性、可靠性与高效性的结构振动时域积分算法。基于加速度的泰勒展开式,引入截断系数考虑高阶项的影响,提出了具有4阶精度的加速度公式;通过积分并考虑典型时间步初始时刻系统动力平衡条件,建立了位移和速度的单步递推公式,运用终止时刻系统运动方程修正加速度。与多步积分法相比,单步积分法无需记录当前时间步以外时刻响应。稳定性分析表明,临界步长相比中心差分法增加40%。通过线性系统振动响应计算发现,当步长-系统固有周期(荷载周期)比达到0.2时,该文方法的振幅衰减率和周期延长率均小于5%;对于非线性系统,为降低算法阻尼和周期误差的影响,需控制步长周期比小于0.1。
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2. 荷载与环境共同作用下混凝土耐久性研究进展
罗大明, 牛荻涛, 苏丽
ag亚游网址|注册    2019, 36 (1): 1-14,43.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.ST11
摘要170)      PDF(pc) (853KB)(162)       收藏
混凝土结构都是在荷载与环境的共同作用下工作的,而荷载作用可能引起混凝土物理性能的改变,进而影响混凝土结构的耐久性能,忽略荷载的作用得到的混凝土耐久性研究结果存在一定的片面性。综合评述了目前荷载与其他因素共同作用下混凝土耐久性研究的进展情况,着重介绍了在荷载和环境共同作用下,混凝土的抗渗性能、混凝土抗中性化、抗离子侵蚀,以及抗冻融循环作用方面已有的研究成果,对相关的成果进行了讨论,并对混凝土耐久性研究提出了展望。
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3. 结构力学方法论的哲思回望
龙驭球
ag亚游网址|注册    DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.ST13
录用日期: 2019-01-21

4. 图形处理器加速算法在复杂高层结构非线性响应分析中的应用
李红豫, 滕军, 李祚华, 张璐
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 79-85,91.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0656
摘要142)      PDF(pc) (1380KB)(57)       收藏
目前有限元分析软件多基于中央处理器的平台方式构建,在处理复杂高层结构非线性响应分析时暴露出计算耗时多、计算效率低以及对计算硬件要求高等问题。图形处理器由于其硬件构造的先天优势,可以提供十倍乃至上百倍于中央处理器的浮点运算和并行计算性能,因而为高层结构非线性计算所面临的瓶颈问题提供了一个切实可行的解决方法。该文在构建异构并行计算平台的基础上,提出一种适用于图形处理器加速的有限元并行数值计算方法。该方法利用精细化结构分析模型的自由度数据和图形处理器中的线程建立一一对应映射关系,对动力响应的隐式积分算法进行图形处理器线程级的并行化处理,并且结合EBE单元级的优化存储空间机制,降低系统方程组求解时对内存空间的需求。通过对比振动台试验结果对该方法进行验证,并对实际高层钢筋混凝土框筒结构工程进行弹塑性地震响应分析,结果显示该文所提方法在保证模型精度前提下能有效提高大型复杂高层结构非线性响应分析效率。
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5. 预制桥墩体系抗震性能研究进展:新材料、新理念、新应用
王景全, 王震, 高玉峰, 诸钧政
ag亚游网址|注册    2019, 36 (3): 1-23.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.ST03
摘要130)      PDF(pc) (17514KB)(155)       收藏
预制桥墩体系具有快速施工优势,在非震区、低烈度区中已得到较广泛应用,但因对其抗震性能缺乏充分认识,导致预制桥墩体系在中高烈度区的应用受到限制。该文根据抗震性能的不同,将预制桥墩体系分为“等同现浇”和“非等同现浇”两类,其中“等同现浇”预制桥墩又按照连接形式的不同分为套筒灌浆连接、波纹管灌浆连接、预留槽孔的灌浆连接、承插式连接、现浇湿接缝连接;“非等同现浇”预制桥墩按照有无专门耗能装置可分为两类;系统梳理了每种类型预制桥墩抗震性能的研究现状及典型工程应用。该文重点报道了超高性能混凝土、纤维增强复合材料和形状记忆合金3种高性能材料用于提高预制桥墩抗震性能的研究现状,指出了3种高性能材料用于预制桥墩体系中的合理方式。该文总结出将韧性抗震理念融入预制桥墩体系的两种方法:外置可更换耗能装置和内置机械连接的耗能钢筋,并对采用这两种方法的预制桥墩抗震性能研究现状进行了介绍。基于对预制桥墩体系抗震性能研究成果的整理,作者介绍了预制桥墩体系在更高抗震需求、更高刚度需求、更高使用寿命需求、更高环境保护需求4类桥梁中的应用前景,并指出了这些新应用可能带来的新课题。
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6. 结构时程分析中强震记录选取研究综述
张锐, 李宏男, 王东升, 成虎
ag亚游网址|注册    2019, 36 (2): 1-16.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0037
摘要127)      PDF(pc) (563KB)(115)       收藏
该文论述了近年来国内外在结构抗震时程分析中输入强震记录选取的各种方法,对评判指标的选取及样本容量的确定进行了分类梳理和评述。震级、震中距、场地等地震信息常作为选波的第一评判指标,而目标谱及其他地震动强度指标则作为第二评判指标。地震动强度指标已总结出数十种,它们与结构反应的相关性及其在选波研究中的优越性认识不一。以反应谱为目标进行匹配、缩放及选择的方法(目标谱选波法),成为目前最主流的方法。目标谱的种类较多,最广泛采用的是规范设计谱,工程应用比较方便;条件均值谱方法精度较高,但如何将条件均值谱与我国规范接轨,仍需深入研究。结构反应均值估计中,反映强震记录反应谱与目标谱匹配程度的误差指标及缩放方法的取用,应力求能够选出谱形匹配较优的强震记录。随着基于性能抗震理念的深入及地震危险性概率分析方法的逐渐完善,结构反应的估计也从均值发展到概率分布,其所需的样本容量及所采用的评判指标研究仍需进一步深入。
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7. 桥梁结构地震易损性研究进展述评
李宏男, 成虎, 王东升
ag亚游网址|注册    2018, 35 (9): 1-16.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.04.0280
摘要111)      PDF(pc) (502KB)(109)       收藏
随着基于性能的地震工程全概率决策框架的提出,要求从概率的角度对桥梁结构的抗震性能进行评估,结合结构地震响应分析和结构损伤分析的地震易损性分析受到广泛关注。为了促进国内桥梁结构地震易损性研究的发展,首先回顾了易损性研究的历史阶段与发展过程,评述了国内外桥梁结构地震易损性的研究现状;在此基础上介绍了地震易损性分析的基本原理和研究方法:分别从经验型、理论型以及经验-理论相结合的角度详细介绍了常用的易损性分析方法和一般过程,指出了当前研究中遇到的问题以及存在的局限性;最后,对桥梁结构地震易损性的应用前景和发展方向进行了展望。总结既有研究成果表明,环境因素、地震动、场地条件以及桥梁自身参数等的不确定性问题,地震动强度参数和结构能力指标的合理选择问题,各主要构件之间的相关性及其对桥梁结构整体抗震性能的贡献问题等都是桥梁结构地震易损性研究领域的重要内容。此外,对于更为复杂的情况,包括液化或特殊场地以及特殊大跨度桥梁等的研究,都将对桥梁抗震工程领域的发展具有重要意义。
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8. 行业标准《屋盖结构风荷载标准》的主要内容
杨庆山, 田玉基, 陈波, 黄国庆
ag亚游网址|注册    2018, 35 (7): 1-6.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.ST03
摘要100)      PDF(pc) (536KB)(57)       收藏
全面介绍了新编行业规范《屋盖结构风荷载标准》的主要内容。针对多种屋盖主体结构的风振响应计算分析和抗风设计,采用平均风压与脉动风振等效静力风压之和表达主体结构的风压标准值,提出了脉动风荷载作用下结构风振响应极值的单目标、多目标等效静力荷载表达方式;采用多目标等效静力风荷载分析方法,给出了平面桁架、张弦梁、网架、球壳、柱壳、鞍形屋盖和悬挑屋盖的风振等效风压系数图表及体型系数图表。采用围护结构风压系数极值表达围护结构的风压标准值,规定了长/短时距的风压极值估计方法,给出了低矮房屋单坡/双坡类屋盖、四坡屋盖、中高层房屋屋盖、开敞屋盖、悬挑罩蓬的风压系数极值图表。《屋盖结构风荷载标准》引入屋盖主体结构风振等效风压系数和围护结构风压系数极值的概念,完善和发展了我国屋盖结构抗风设计的相关规定。
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9. 用广义协调方法推导的平面四节点等参单元
陈晓明, 李云贵
ag亚游网址|注册    2018, 35 (12): 1-6,14.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0706
摘要98)      PDF(pc) (409KB)(83)       收藏
对平面四节点Q4单元采用优选的广义协调条件进行推导,将广义协调理论的应用拓展到最基本的平面问题单元。基于Q6以及QM6中基于内部参数的二次附加位移场,在Q4单元基础上增加满足广义协调条件的内参位移场,从而构造了一个满足广义协调条件的平面四节点等参元GQM6。数值算例表明,虽然采用了相同次数的位移场,但GQM6单元中采用的广义协调条件较QM6中采用的数值积分方法,可以进一步放松单元边界的约束,从而使单元的性能进一步提高,尤其在抗网格畸变能力方面。研究表明,将广义协调理论与一些传统单元进行深入融合仍然有着重要价值。
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10. 基于广义模态截断扩增方法的结构频响拓扑变量灵敏度分析
周大为, 陈飙松, 李云鹏, 张盛
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 1-7,16.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0618
摘要91)      PDF(pc) (593KB)(79)       收藏
基于结构拓扑优化设计中的变密度法,采用伴随法推导结构在简谐激励下的频响振幅对单元设计变量的解析灵敏度列式。针对灵敏度数值求解中传统模态位移法引发的低精度问题,通过引入计算成本较低的广义模态截断扩增方法提升灵敏度的计算精度。数值算例将该文方法与全局有限差分法和其他灵敏度计算方法进行了比较。结果证明了该文方法在不同的激励频率及有限元网格密度下高效求解高精度灵敏度的有效性。
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11. 装配整体式与现浇剪力墙结构抗震性能对比分析
白国良, 秦朝刚, 徐亚洲, 苏宁粉, 吴涛, 孙煜喆
ag亚游网址|注册    2019, 36 (2): 36-44.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.10.ST07
摘要90)      PDF(pc) (6917KB)(75)       收藏
为研究装配整体式剪力墙结构的抗震性能,设计制作了参数、加载制度等条件相同的12层装配整体式和现浇剪力墙1∶5缩尺模型结构,并对其进行了振动台试验。研究了两模型结构受地震作用时的裂缝形态、破坏机理,自振频率、振型和阻尼比等动力特性,楼层剪力、倾覆力矩、位移,最大层间位移角和结构延性系数等地震响应参数,并进行了对比分析。结果表明:装配整体式结构连接部位存在初始损伤,在首次地震波输入后,其自振频率下降较大,而二者的振型系数和阻尼比变化趋势基本一致;在弹性阶段,两模型结构的裂缝形态、楼层剪力、倾覆力矩、楼层位移和层间位移角的变化规律基本一致,随着输入地震波加速度峰值的增大,其量值无明显差异;结构进入塑性阶段,两模型结构的裂缝形态及其形成机理的差异,造成现浇结构的自振频率最终降低幅度、层间位移角大于装配整体式结构。两模型结构的地震响应均满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。
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12. 基于微观断裂机理的高强钢框架梁柱节点抗震性能有限元分析
王磊, 班慧勇, 石永久, 王元清
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 68-78.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0608
摘要88)      PDF(pc) (4626KB)(50)       收藏
梁柱节点在地震作用下的抗断性能直接影响钢框架结构体系的抗震性能,关系到能否实现强节点、弱构件的设计原则。为深入研究高强钢框架梁柱节点在低周往复荷载下的抗断裂性能,该文采用考虑累积损伤作用的循环微孔扩张模型CVGM模拟开裂,并通过有限元软件ABAQUS建立梁柱节点的精细化三维有限元模型,利用用户子程序USDFLD将CVGM嵌入节点的有限元模型中。利用该模型模拟计算了21个不同构造形式、不同钢材强度等级的梁柱节点试件的抗震性能,得到的节点荷载—变形滞回曲线、承载力、断裂循环次数等均与试验实测结果吻合良好,表明CVGM对预测低周循环荷载下梁柱节点超低周疲劳断裂具有较好的准确性,且适用于不同的循环荷载工况和钢材强度等级。该文的研究工作为高强钢框架梁柱节点的抗震性能评估和防断设计提供了计算手段和基础条件。
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13. 大型项目中间的ag亚游网址|注册解决方案
吕海双, 周蓓蕾, 曹倩, 汪洋
ag亚游网址|注册    2019, 36 (3): 40-52.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.08.ST10
摘要85)      PDF(pc) (11893KB)(64)       收藏
近年来国内外大量大型复杂、“超限”的建筑结构相继建立,这些工程大多属于不规则结构,甚至是特别不规则结构,在对这类结构进行设计时,往往会遇到超过规程适用范围或者规程中未规定的问题。这些问题并不能套用现行标准,并缺少明确目标、依据和手段。该类问题往往需要以ag亚游网址|注册原理为基础,提出针对性的解决方案。该文针对奥雅纳工程咨询公司(ARUP)在国内一系列大型工程项目,对该类ag亚游网址|注册解决方案进行整理介绍。
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14. 复杂循环路径下钢材弹塑性屈曲行为研究
王宇航, 余洁, 吴强
ag亚游网址|注册    2018, 35 (7): 24-38.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0525
摘要81)      PDF(pc) (4888KB)(66)       收藏
复杂强震荷载作用下钢管混凝土柱中的钢管受压屈服后易发生局部屈曲,在杆系有限元模型中采用不考虑屈曲影响的钢材本构模型无法准确模拟钢结构构件的地震响应。为研究复杂循环荷载作用下钢材的屈曲行为,该文设计了强度等级分别为Q235和LYP160的30个钢材试件,并设计了多种复杂循环加载路径进行加载,获得了不同复杂循环荷载作用下钢材的弹塑性屈曲行为和应力-应变滞回关系。基于已有文献中的3种钢材循环本构模型:Légeron模型、GA模型和DM模型对试验结果进行对比分析和评价,结果表明:Légeron模型无法模拟钢材受压区服后的屈曲效应,GA模型中受压屈曲时的应力-应变规律与试验结果较为吻合,DM模型中受拉和受压卸载刚度与试验结果较为吻合。
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15. 混凝土随机损伤本构模型研究新进展
余志武, 单智
ag亚游网址|注册    2018, 35 (8): 1-8,13.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.05.ST13
摘要81)      PDF(pc) (491KB)(72)       收藏
综述了混凝土微观损伤机理与随机损伤本构模型研究现状,介绍了本课题组在混凝土随机损伤本构模型方面取得的研究进展:进行了考虑mode-II微裂缝的微观损伤机理分析,提出并验证了混凝土随机损伤本构模型——束-链模型,发展了测定多轴受压混凝土损伤变量的X-射线CT方法。最后,得到了相关研究结论。
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16. 适用于高层隔震结构的地震动强度指标研究
杨参天, 解琳琳, 李爱群, 曾德民, 刘立德
ag亚游网址|注册    2018, 35 (8): 21-29.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0531
摘要81)      PDF(pc) (702KB)(44)       收藏
近年来,功能可恢复已逐渐成为地震工程领域的研究热点。隔震技术是实现高烈度区高层结构震后功能可恢复的重要手段。地震作用下,关键工程需求参数(主要包括上部结构最大层间位移角MIDR、顶层最大位移MRD和楼面最大加速度MFA以及最大隔震层位移MBD)是评价该类结构是否满足功能可恢复需求的重要指标。合理的地震动强度指标是预测结构响应和评价结构地震功能可恢复能力的重要基础,该研究基于4个高层隔震案例,考虑结构体系、高度、隔震方案、屈重比和地震动类型等因素的影响,评估了25个地震动强度指标与高层隔震结构关键工程需求参数的相关性。识别了与各关键工程需求参数相关性最佳的地震动强度指标,明确了综合平衡性最佳的地震动强度指标,并讨论了各因素的影响效应。该研究成果可为基于功能可恢复的高层隔震结构抗震性能的评估和设计方法的提出提供参考。
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17. 自适应有限元-离散元算法、ELFEN软件及页岩体积压裂应用
王永亮, 鞠杨, 陈佳亮, 杨永明, Li C F
ag亚游网址|注册    2018, 35 (9): 17-25,36.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0421
摘要81)      PDF(pc) (18352KB)(42)       收藏
该文介绍流体-固体-断裂耦合分析的自适应有限元(FE)-离散元(DE)算法,引进一款新近基于该方法研发的数值计算软件ELFEN,并将其应用于页岩分段体积压裂的三维数值计算和机理分析。该方法引入有限元应力恢复的超收敛拼片恢复(SPR)法,获得应力的超收敛SPR解,利用SPR解估计常规有限元解的误差,通过裂纹尖端局部区域的自适应网格重划分获得高精度应力解答并得以有效描述裂纹动态扩展,形成分析策略和求解方案。数值算例表明该算法和软件分析流体-固体-断裂耦合作用下单一、多水平井分段体积压裂的可靠性、有效性和实用性。
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18. 稀疏偏最小二乘回归-多项式混沌展开代理模型方法
赵威, 卜令泽, 王伟
ag亚游网址|注册    2018, 35 (9): 44-53.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0644
摘要77)      PDF(pc) (407KB)(52)       收藏
为解决传统多项式混沌展开方法在高维全局灵敏度和结构可靠度分析当中存在的维数灾难与多重共线性问题,该文提出一种稀疏偏最小二乘回归-多项式混沌展开代理模型方法。该方法首先采用偏最小二乘回归技术得到多项式混沌展开系数的初步估计,然后根据回归误差阈值允许下的最大稀疏度原则,采用带有惩罚的矩阵分解技术自适应地保留与结构响应相关性强的多项式,并采用偏最小二乘回归得到多项式混沌展开系数的更新估计。通过对展开系数进行简单后处理即可得到Sobol灵敏度指数。在此基础上保留重要输入变量并按新方法重新进行回归可实现对代理模型的精简,从而在不增加计算代价的情况下实现高精度结构可靠度分析。算例结果表明在保证精度的情况下,采用新方法进行全局灵敏度和结构可靠度分析比传统方法在计算效率方面有显着优势。
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19. 钢筋混凝土梁受弯破坏及尺寸效应的细观模拟分析
金浏, 苏晓, 杜修力
ag亚游网址|注册    2018, 35 (10): 27-36.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0436
摘要76)      PDF(pc) (1663KB)(81)       收藏
钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应取决于混凝土材料的非均质性以及钢筋/混凝土相互作用。该文借助混凝土细观结构特征,基于非线性弹簧单元来描述钢筋与混凝土之间的相互作用,建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,拓展模拟了更大尺寸梁的弯曲大变形破坏行为,并分析了单调及循环加载模式对不同尺寸悬臂梁受弯破坏及名义抗弯强度影响规律。模拟结果分析表明:1)该文工况下钢筋混凝土悬臂梁的弯曲破坏存在尺寸效应,弯曲强度随梁深增大而减小; 2)循环加载下,混凝土、钢筋以及两者间的粘结性能由于低周疲劳而使得梁的弯曲破坏呈现出脆性特征; 3)相比于单调加载,循环加载条件下,悬臂梁的破坏具有更强的脆性,名义抗弯强度尺寸效应更明显。
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20. PRC连梁-混合联肢剪力墙抗震性能分析
田建勃, 史庆轩, 刘云贺, 李慎, 马辉
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 53-67.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0575
摘要76)      PDF(pc) (1873KB)(64)       收藏
PRC连梁-混合联肢剪力墙是将传统的钢筋混凝土联肢剪力墙中的混凝土连梁用钢板-混凝土组合(PRC)连梁代替而形成的一种新型结构体系,对其抗震性能尚缺乏系统研究。该文在对PRC小跨高比连梁构件研究成果的基础上,设计出了PRC连梁-混合联肢剪力墙的BS基本模型试件,利用有限元软件对PRC连梁-混合联肢剪力墙抗震性能进行数值模拟,研究了连梁内嵌钢板部分、连梁钢筋部分和混凝土部分的应力分布情况,分析了结构的塑性铰发展规律。研究了耦联率、连梁截面尺寸、单面墙肢高宽比、楼层总高度和楼板作用等参数对该种新型结构体系抗震性能的影响,建议适合于高烈度抗震设防区PRC连梁-混合联肢剪力墙合理耦联率的取值范围为40%~60%。
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21. 脉动风速连续随机场的降维模拟
刘章军, 叶永友, 刘增辉
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 8-16.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0570
摘要75)      PDF(pc) (446KB)(58)       收藏
基于标准正交随机变量的波数谱表示,通过定义标准正交随机变量集的随机函数形式,建立了连续时空随机场模拟的波数谱-随机函数方法。同时,引入快速傅里叶变换(FFT)的算法,极大地提高了波数谱-随机函数方法的模拟效率。在波数谱-随机函数模拟方法中,仅需两个基本随机变量即可在概率密度层次上描述时空随机场的概率特性,并利用数论方法选取基本随机变量的代表性点集,实现对连续时空随机场模拟的降维表达。数值算例表明,当模拟相同数量的样本时,综合考虑模拟的效率和精度两方面,该文方法与传统的波数谱表示方法不分伯仲,但该文方法所需的基本随机变量最少,生成的代表性样本数量少且构成一个完备的概率集,从而可结合概率密度演化理论实现结构随机动力反应及动力可靠度的精细化分析。最后,结合Kaimal风速谱及Davenport空间相干函数模型,模拟了水平向脉动风速连续随机场,验证了该文方法的有效性和优越性。
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22. 600MPa级钢筋混凝土柱抗震性能试验研究
李义柱, 曹双寅, 许鹏杰, 倪向勇
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 181-189.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0659
摘要74)      PDF(pc) (1358KB)(59)       收藏
为研究配置600 MPa级钢筋混凝土柱的抗震性能,对5个配置600 MPa级钢筋混凝土柱和1个对比普通钢筋混凝土柱进行低周往复荷载试验;分析了钢筋强度、箍筋间距和轴压比对试件破坏形态、滞回性能、承载力及延性、耗能性能以及刚度与强度退化的影响。研究结果表明:试件仍主要发生弯曲破坏,但600 MPa级纵筋与混凝土间出现了明显的粘结失效,且纵筋容易断裂;提高钢筋强度,试件的承载力和能量耗散均显着增加,但延性和耗能能力有所降低;而增大箍筋间距会明显降低试件延性和耗能能力,加快试件后期的强度衰减,但基本不影响承载力。总体上看,600 MPa级钢筋混凝土柱具有较好的抗震性能,能通过合理的设计将其应用于抗震结构中。
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23. 具有复位功能的阻尼耗能支撑滞回模型与抗震性能研究
徐龙河, 王坤鹏, 谢行思, 李忠献
ag亚游网址|注册    2018, 35 (7): 39-46.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0204
摘要73)      PDF(pc) (881KB)(61)       收藏
在传统磁流体阻尼器基础上提出了一种具有复位功能的阻尼耗能支撑,对传统Bouc-Wen模型进行了改进,建立了适用于阻尼耗能支撑的恢复力计算模型,并在Simulink环境下对改进的双Bouc-Wen模型进行仿真分析,将仿真结果与支撑有限元模拟分析结果进行了对比;基于OpenSees平台,对改进的双Bouc-Wen模型进行二次开发,并对采用具有复位功能的阻尼耗能支撑和普通防屈曲支撑的9层Benchmark钢框架结构模型进行了抗震性能对比分析。结果表明,双Bouc-Wen模型仿真得到的滞回曲线与有限元模拟得出的滞回曲线吻合较好,可以很好地描述阻尼支撑旗形滞回特性,具有复位功能的阻尼支撑可有效减小钢结构的最大层间位移及震后残余变形,阻尼耗能支撑结构具备良好的可恢复性。
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24. 改变框架-核心筒结构剪力调整策略对其抗震性能影响的研究
陆新征, 顾栋炼, 周建龙, 包联进, 钱鹏, 卢啸, 林元庆
ag亚游网址|注册    2019, 36 (1): 183-191,215.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.11.0853
摘要70)      PDF(pc) (1845KB)(70)       收藏
框架-核心筒体系是超高层结构的常用结构体系之一。我国规范对框架-核心筒结构设计时的框架剪力做了相关的调整规定,但其在超高层结构中的适用性有待进一步研究。该文对比了中美规范的相关规定,并以一实际超高层建筑为例,改变其剪力调整策略得到新设计方案。并建立新、旧两方案的精细有限元模型,进行了大震弹塑性分析和特大震抗倒塌能力分析。分析结果表明:改变剪力调整策略的新模型设计难度降低,抗大震性能与满足中国规范的原模型相当,且其抗特大震倒塌能力更优。研究结果可以为超高层框架-核心筒结构的设计提供参考。
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25. 摇摆构件摇摆前分析模型
崔浩然, 吴刚, 冯德成
ag亚游网址|注册    2018, 35 (12): 34-45.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0695
摘要68)      PDF(pc) (560KB)(50)       收藏
该文为更合理地解释角部损伤后的摇摆构件在摇摆运动前的变形,参考已有的类似弥散塑性模型建立了新的损伤后摇摆构件摇摆前分析模型。同时通过用新的有效刚度系数考虑计算中的塑性变形,提出了一个损伤影响系数来考虑角部缺陷对摇摆构件整体的影响。通过ABAQUS实体有限元模型和已有的试验对提出的分析模型进行验证,结果表明,该文提出的理论模型准确预测了损伤前后的摇摆构件在摇摆前的变形情况。该文使用的随接触面正应力分布而变化的有效刚度系数经验证适用于摇摆构件摇摆前的分析。通过调整该文提出的损伤影响系数可合理反映出不同程度的角部损伤对摇摆构件刚度的影响。
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26. 盾构隧道环间接头弯曲状态非线性研究
张景, 何川, 耿萍, 陈枰良, 卢志楷
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 35-44.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0624
摘要66)      PDF(pc) (1373KB)(51)       收藏
为探明盾构隧道环间接头抗弯性能在纵向弯矩、轴力组合作用下的状态非线性规律,将环间接头力学行为划分为7种变形模式及3种受力状态,分别推导了环间接头转角-纵向弯矩-纵向轴力三者关系的解析表达式与环间接头在不同弯曲状态间转变时的临界内力表达式,并以三维有限元计算对本文提出的解析公式进行验证。研究结果表明:盾构隧道特有的“管片环+接头”非连续结构形式导致环间接头弯曲行为具有状态非线性特征,不同弯矩、轴力组合作用下,盾构隧道环间接头变形模式于不同状态间转变并伴随抗弯刚度突变;纯弯作用下环间接头抗弯刚度为定值,轴向压力可使接头抗弯刚度较纯弯时提高数倍乃至无穷大;拉弯作用下接头抗弯性能维持在两个固定水平值之间,接缝面被完全拉开时环间接头抗弯刚度会随之被削弱数倍。
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27. 主余震序列作用下钢筋混凝土框架结构的易损性分析及安全评估
周洲, 于晓辉, 吕大刚
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 134-145.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.07.0588
摘要65)      PDF(pc) (1093KB)(56)       收藏
余震将给主震损伤结构造成“二次损伤”,威胁结构的地震安全。鉴于此,该文基于传统地震易损性理论,分别采用真实主余震序列和人工构造主余震序列作为地震输入,选择一栋按我国规范设计的5层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,对主余震序列作用下的结构易损性进行研究。基于结构在主余震序列作用下的易损性结果,分别计算结构在不同危险性水平的主余震序列作用下的极限状态失效概率、破坏状态失效概率和易损性指数,评估结构在主余震序列作用下的地震安全。分析结果表明:主余震序列作用下的结构易损性要高于主震单独作用下的结构易损性。人工构造主余震序列要比真实主余震序列对结构造成更大的易损性。在真实和人工主余震序列中,基于重复法构造的人工主余震序列对结构的潜在破坏能力最强,而基于衰减法构造的人工主余震序列与真实主余震序列对结构的潜在破坏能力较为接近。
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28. 基于桁架单元的能量一致积分方法
潘天林, 吴斌
ag亚游网址|注册    2018, 35 (10): 1-9,36.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0434
摘要64)      PDF(pc) (607KB)(64)       收藏
基于能量平衡理论,提出针对桁架单元的能量一致积分方法。该方法具有非线性无条件稳定性,2阶精度。利用中值定理证明算法参数的存在性,并给出参数的求解形式。对离散后的动力方程线性化得到用于迭代的等效刚度矩阵。实现新算法在非线性有限元程序中的嵌入,并以此为基础完成单摆、输电塔体结构的非线性动力分析。数值结果表明,经典的平均加速度方法与隐式中点方法均会表现出能量不一致现象,甚至会产生发散结果;相比而言,该文方法在不同的时间步长情况下都表现出良好的数值稳定性。
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29. 复杂三维曲梁结构的无闭锁等几何分析算法研究
夏阳, 廖科
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 17-25.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0602
摘要64)      PDF(pc) (1564KB)(74)       收藏
梁结构在工程中应用广泛,梁结构的仿真分析是计算力学的一个重要研究内容。该文研究了复杂三维曲梁结构的等几何分析方法,首次应用拟协调有限元中的多套函数技术,使用降阶基函数逼近梁内应变项,解决复杂三维曲梁结构仿真中的闭锁问题。利用全局坐标系列式方法,避免了单元刚度阵组装时的复杂坐标变换过程,提高计算效率。使用多片NURBS (非均匀有理B样条)数据表示复杂三维梁结构,可精确描述曲梁结构的几何形状,与有限元方法等仿真技术相比避免了网格生成过程,减少了几何误差。数值结果表明该文算法可有效解决闭锁问题,适于复杂三维曲梁结构的仿真分析。
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30. 任意多个凸起地形对平面P波的散射
巴振宁, 彭琳, 梁建文, 黄棣旸
ag亚游网址|注册    2018, 35 (7): 7-17,23.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.03.0181
摘要63)      PDF(pc) (2708KB)(41)       收藏
结合"分区契合"技术,采用间接边界元方法研究了任意多个凸起地形对平面P波的散射问题。求解中将模型分解为开口层状半空间域和多个凸起闭合域,同时将波场分解为自由波场和散射波场。自由波场由直接刚度法求得,而开口域和闭合域内的散射波场则通过在相应的边界上施加虚拟均布荷载,求解动力格林函数来模拟,虚拟荷载密度通过引入边界条件确定。该文通过与已有结果的比较验证了方法的正确性,进而开展数值计算,研究了两侧凸起高度、凸起间距和凸起个数对中间凸起及附近地表位移幅值的影响。数值结果表明:凸起间存在动力相互作用,使得多个凸起情况位移幅值显着大于单一凸起情况,多个凸起与单一凸起对应的位移幅值及放大谱均存在显着差异;两侧凸起的高度和凸起间距的改变,均使得凸起间动力相互作用机制发生了改变,进而改变了放大谱的峰值以及峰值频率。凸起个数对凸起间动力相互作用机制影响较小,不同凸起个数情况对应的放大谱峰值频率非常接近;两侧凸起高度的增大、凸起间距的减小以及凸起个数的增多,会使得凸起间动力相互作用进一步加强,位移幅值较大且空间分布更为复杂。
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31. 桥梁结构动应变监测的温度效应实时分离与动荷载识别
孙雅琼, 赵作周
ag亚游网址|注册    2019, 36 (2): 186-194.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.12.0954
摘要63)      PDF(pc) (671KB)(19)       收藏
应变指标是对桥梁结构进行健康监测和状态评估的一项主要内容。但在实际工程中,应变监测值往往受到温度效应的极大影响,使得由动荷载引起的应变监测值湮没在温度效应中,同时导致监测系统中预先设置的固定预警指标无法实现有效预警。该文以合肥某斜拉桥的动应变及温度监测数据为实际工程背景,研究了一种从应变监测值中实时分离温度效应的工程方法。首先对斜拉桥主梁的温度监测数据分布情况进行了分析,提出了桥梁监测中的温度传感器布点建议;之后通过对实测应变监测数据的分析,提出采用时变的平均值法得到温度效应时程曲线,并将其应用于桥梁在线监测系统中监测数据的实时温度修正和动态预警阈值的设置。最后,以经该方法处理后的应变监测值为基础进行了动荷载识别。
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32. 桥梁结构时变可靠度计算的新方法
叶新一, 王草, 李全旺
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 86-91.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0667
摘要60)      PDF(pc) (416KB)(56)       收藏
为提高桥梁结构时变可靠度的计算效率,该文提出了新的计算方法。该方法基于结构时变可靠度分析的基本理论,利用Taylor级数展开,将可靠度计算从传统的积分运算形式转换为代数运算的形式,从而简化计算过程,提高计算效率。为了考虑桥梁初始承载力和衰减过程的不确定性,该文基于全概率方法,给出了计算劣化结构时变可靠度的显式公式。通过将该文方法应用于某钢筋混凝土桥梁进行时变可靠度分析,并与Monte Carlo模拟方法进行对比,表明了该文方法的准确性和高效性。
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33. 基于谱元法的复杂地形风场大涡模拟
胡伟成, 杨庆山, 闫渤文, 张建
ag亚游网址|注册    2018, 35 (12): 7-14.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.08.0663
摘要60)      PDF(pc) (959KB)(57)       收藏
以Askervein山为研究对象,基于开源平台Nek5000,自编程序完成复杂地形下谱元法的网格建模,添加计算湍流粘性项子程序,对复杂地形风场进行大涡模拟,并与场地实测数据及其它数值结果进行对比。结果表明,谱元法的大涡模拟结果与Askervein山的场地实测结果符合较好,表明该方法在复杂地形风场的预测上有较高的精度,可用于复杂地形的风能资源评估。
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34. 无端板矩形钢管混凝土构件基本剪切性能研究
史艳莉, 周绪红, 鲜威, 王文达
ag亚游网址|注册    2018, 35 (12): 25-33.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.10.0782
摘要60)      PDF(pc) (4464KB)(63)       收藏
该文进行了8个无端板矩形钢管混凝土构件基本剪切性能试验,考察了截面尺寸和剪跨比(0.3~0.8)对构件抗剪承载力及钢管和混凝土滑移的影响规律。结果表明:剪跨比为0.3时构件发生剪切破坏,随着剪跨比增大,构件破坏模式从剪切破坏逐步向弯曲破坏转化,并且随着剪跨比增大,构件抗剪承载力显着降低,核心混凝土滑移量也呈现减小趋势。同时,用有限元软件ABAQUS对试验结果进行了数值模拟,计算结果与试验结果总体上吻合良好,验证了建模方法的可靠性。在此基础上,研究了钢管与核心混凝土之间的摩擦粘结、构件有无端板及加载主轴方向对矩形钢管混凝土构件基本剪切性能的影响规律。表明钢管与混凝土接触面摩擦系数取0.25时与试验结果符合程度较好;端板对构件荷载-位移关系曲线屈服荷载无太大影响,但对曲线后期强化有一定影响;不同加载主轴方向对构件抗剪承载力有显着影响。
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35. 近海大气环境下锈蚀平面钢框架抗震性能试验研究及有限元分析
郑山锁, 张晓辉, 黄威曾, 赵旭冉
ag亚游网址|注册    2018, 35 (7): 62-73,82.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.02.0127
摘要59)      PDF(pc) (4801KB)(56)       收藏
为研究近海大气环境下锈蚀钢框架结构的抗震性能,采用人工气候加速腐蚀技术对42件钢材材性试件和4榀平面钢框架进行加速腐蚀试验,然后对不同锈蚀程度的钢材材性试件进行拉伸破坏试验,获得锈蚀Q235B钢材力学性能指标(屈服强度、极限强度、伸长率和弹性模量)与其失重率的函数关系。并对4榀平面钢框架进行低周往复加载试验,研究了锈蚀对平面钢框架的破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力等的影响。结果表明:4榀平面钢框架试件均发生了延性较好的破坏,呈现出混合屈服机制;但随着锈蚀程度的增加,试件承载力、耗能能力显着降低,强度和刚度退化明显,延性变差。在试验研究的基础上,利用通用软件ABAQUS对试验平面钢框架进行了非线性有限元分析,研究了轴压比对其力学性能的影响,结果表明:随着轴压比的增大,试件承载力、延性不断降低。
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36. 基于保性能自适应RBF神经网络的MR半主动非线性鲁棒分散控制
潘兆东, 谭平, 周福霖
ag亚游网址|注册    2018, 35 (10): 47-55.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0453
摘要58)      PDF(pc) (510KB)(20)       收藏
该文针对模型参数不确定的非线性结构半主动分散控制问题进行研究。首先,采用退化Bouc-Wen滞回模型模拟层间恢复力,并考虑模型参数(质量、刚度和阻尼)不确定及子系统间的耦合项,建立了子控制系统误差状态方程;在此基础上,设计了由保性能控制项和自适应逼近控制项构成的子控制器,其中,保性能控制项通过求解转化为线性矩阵不等式的保性能控制问题得到,逼近控制项通过RBF神经网络自适应控制律确定,同时利用Lyapunov稳定性理论对其稳定性及权值有界性进行证明;从而建立了适用于不确定结构非线性振动控制的保性能自适应RBF神经网络鲁棒分散控制(GCARBF)算法。最后,对一8层非线性结构进行MR半主动分散控制设计及0.3 g~0.8 g地震下仿真分析,结果表明了所提算法的有效性与优越性。
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37. 钢-UHPC组合梁与钢-普通混凝土组合梁抗弯性能对比试验研究
刘君平, 徐帅, 陈宝春
ag亚游网址|注册    2018, 35 (11): 92-98,145.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.06.0454
摘要58)      PDF(pc) (1124KB)(56)       收藏
采用超高性能混凝土(UHPC)板与钢梁结合的钢-UHPC组合梁,具有自重轻、抗裂性和耐久性好的优点,对于钢-混凝土组合梁的发展具有重要意义。为了解钢-UHPC组合梁与钢-普通混凝土组合梁抗弯性能的差别,本文以某钢-普通混凝土简支组合梁桥为工程背景,进行了钢-UHPC组合梁桥的试设计,在此基础上,制作钢-UHPC组合梁和钢-普通混凝土组合梁模型进行抗弯性能的对比试验研究。结果表明,两种组合梁的受力特点类似,破坏模式均表现为钢梁底板先屈服,然后桥面板顶部混凝土被压碎。在极限抗弯承载力相等的情况下,钢-UHPC组合梁的桥面板厚度可以减小28%,且延性更好。钢-UHPC组合梁桥面板的剪力滞效应、钢梁与桥面板间的水平相对滑移均小于钢-普通混凝土组合梁。此外,钢-UHPC组合梁弹性阶段抗弯刚度与钢-普通混凝土组合梁相差不大,但由于组合梁总高度减小,后期刚度小于钢-普通混凝土组合梁刚度。研究结果可为钢-UHPC组合梁的进一步研究与工程应用提供参考。
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38. 分级屈服型金属阻尼器抗震性能研究
陈云, 蒋欢军, 刘涛, 万志威, 鲁正
ag亚游网址|注册    2019, 36 (3): 53-62.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.01.0036
摘要58)      PDF(pc) (5460KB)(63)       收藏
提出一种由两个不同尺寸的环形金属阻尼器套在一起形成的分级屈服型金属阻尼器。采用低周往复加载试验对其抗震性能进行了全面研究,揭示该阻尼器的分阶段屈服耗能机理与破坏机制,研究其滞回耗能性能、强度和刚度退化性能以及抗疲劳性能。试验结果表明,该阻尼器不仅有效实现分级屈服耗能,而且变形能力强、滞回环饱满稳定、抗疲劳性能优良。通过参数化有限元分析回归得到环形金属阻尼器的初始刚度修正系数,并提出计算分级屈服型阻尼器三折线骨架曲线性能点的计算公式,通过该计算公式获得的骨架曲线与试验结果吻合较好。同时,也可由阻尼器的性能需求确定其几何尺寸。该文的研究成果初步为该新型分级屈服型金属阻尼器在工程中的应用奠定了基础。
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39. 复杂大跨空间钢结构施工过程综合监测技术研究
雷素素, 刘宇飞, 段先军, 郭小华, 李学飞, 李建华, 侯进峰, 李海兵, 杨建平, 幸坤涛, 崔政涛, 关键, 毕登山, 聂鑫
ag亚游网址|注册    2018, 35 (12): 203-211.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2018.09.0836
摘要57)      PDF(pc) (3823KB)(27)       收藏
施工过程监测对复杂大跨空间结构的安装与施工具有重要意义。根据施工方法的不同,施工监测应选用针对性的监测指标。该文对大跨空间钢结构施工过程常用的监测指标与相应的监测手段或设备,以及新型监测技术进行详细地分析研究。结合北京新机场航站楼核心区钢结构屋盖施工过程,综合选取关键杆件应力应变监测、基于三维激光扫描的位移与变形监测以及重点区域无人机监测等手段,对结构施工过程的受力特征、变形与部分施工质量问题进行详细监测和检查。该综合监测技术为复杂大跨空间钢结构的施工提供了全面可靠的解决方案。
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40. 剪切连接件的受力机理理论分析与试验验证
李宗京, 舒赣平
ag亚游网址|注册    2018, 35 (12): 63-70,80.   DOI: 10.6052/j.issn.1000-4750.2017.09.0679
摘要57)      PDF(pc) (1698KB)(63)       收藏
基于剪切连接件(SLD)的典型构造建立力学模型,应用弹性力学半逆解法对其腹板的应力分布进行求解,并对剪切连接件的初始刚度K、屈服后刚度K'、屈服荷载Fy、屈服位移uy等关键性能指标进行了理论分析。针对以往屈服点确定方法存在的不足,提出了一种基于Bouc-Wen模型和模拟退火算法的等效屈服点确定方法。最后采用单调拟静力加载试验进行验证。研究结果表明:剪切连接件腹板应力分布和各项力学性能指标的理论解与有限元分析结果及试验实测结果吻合较好;该文提出的屈服点确定方法能够有效识别剪切连接件的相关力学性能指标,且拟合曲线与单调加载试验曲线良好吻合。理论分析成果将为剪切连接件的工程设计、性能评估及后续研究提供理论参考。
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2018年11月15日