考虑弹塑性结构退化和捏拢滑移效应的光滑滞回模型

基于Bouc-Wen微分滞回模型,提出考虑弹塑性结构刚度退化、强度退化和捏拢滑移效应的光滑滞回模型.在该滞回模型中,弹塑性结构滞同反应的刚度退化程度由与加载历史上最大位移延性相关的参数控制,强度退化规律通过引入基于变形和滞回耗能双参数指标的损伤指数描述,捏拢滑移特征通过增加滑移-锁定单元模拟.滞回模型的控制参数为9个,一般只需调整其中与刚度退化、强度退化和捏拢滑移特征相关的6个参数便可模拟多种形状的滞回曲线.应用该滞回模型对弯曲破坏型和剪切破坏型钢筋混凝土柱抗震试验进行数值仿真,结果表明该滞回模型可较好地模拟不同破坏模式钢筋混凝土构件的滞回曲线.     

钢-混凝土组合框架地震弹塑性时程分析

通过对钢-混凝土连续组合梁、钢管混凝土柱的荷载-位移滞回曲线试验结果的分析,提出了简化的适用于组合结构刚度退化三线型恢复力模型;根据所提出的恢复力模型及滞回规则,编制了地震弹塑性时程响应分析程序;结合算例,用所编制程序的计算结果与相关文献中的钢筋混凝土框架结构的计算结果进行了比较,验证了所编制程序的正确性。计算表明,此恢复力模型及程序能应用于钢-混凝土组合框架的弹塑性时程反应分析中,具有较高的工程应用价值。     

装配式短肢剪力墙节点抗震性能参数分析及恢复力模型研究

采用ANSYS建立装配式短肢剪力墙的节点模型,分析得到节点在低周反复荷载作用下的滞回曲线和骨架曲线,验证装配式短肢剪力墙节点能够满足"等同现浇"的抗震性能目标;结合3个试件的实测数据,拓展26个试件的数值模拟分析,并对肢厚比,轴压比,剪跨比,混凝土强度,墙肢纵筋配筋率,墙肢箍筋配筋率,连梁纵筋配筋率和连梁纵筋配筋率的重要影响参数进行扩展分析,确定恢复力模型的主要影响因素,对下降段刚度与延性系数回归分析建立相关公式。在此基础上对骨架曲线进行无量纲化处理,建立统一骨架曲线和考虑卸载刚度与再加载刚度的滞回模型,并且与计算结果进行对比,对比发现与计算结果吻合较好。建立的恢复力模型可以为装配式短肢结构弹塑性地震反应分析时作为参考。     

方中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回性能的有限元分析

研究方中空夹层钢管混凝土压弯构件的滞回性能是进行该类结构弹塑性动力反应分析的基础。本文利用有限元软件ABAQUS建模,模型中合理地考虑了往复荷载作用下混凝土的损伤以及刚度和强度退化,同时考虑了钢材的包兴格效应,对往复荷载下方中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载—位移全过程进行了计算,计算结果与试验结果符合较好。在此基础上,结合钢管和混凝土的纵向应力分布云图对构件的荷载—位移全过程进行了分析,这对深入研究该类构件的工作机理有重要意义。     

新型减隔震装置在高速铁路桥梁中的应用研究

研究目的:针对铁路简支梁桥的抗震设计特点,提出一种适用于高速铁路简支箱梁的新型软钢阻尼器——弹塑性限位减隔震装置,该装置可与常规桥梁支座共同作用,组成一种新的减隔震体系。以某高速铁路双线32 m简支箱梁为计算实例,结合试验研究成果,采用滑移三折线恢复力模型输入弹塑性限位减隔震装置的力学特性,利用非线性时程分析方法,对弹塑性限位减隔震装置的减隔震性能进行分析。研究结论:(1)采用滑移三折线模型,可以很好地模拟弹塑性限位减隔震装置的非线性特征,装置计算输出的滞回曲线与试验研究结果可以很好地吻合;(2)弹塑性限位减隔震装置可显著延长桥梁的自振周期,并通过装置的塑性变形耗能能力可以大幅降低桥墩的地震力,对于不同墩高的32 m简支箱梁桥,弹塑性限位减隔震装置均可以发挥良好的减隔震效果,罕遇地震下的减震率在55%以上,减震效果优良;(3)新型弹塑性限位减隔震装置,构造简单、施工方便、性能可靠,在工程造价有限增加的情况下,能以较小的代价将高速铁路常规简支梁桥的抗震设防等级由多遇地震提高到罕遇地震,社会与经济效应显著;(4)弹塑性限位减隔震装置可以有效地降低结构关键部位在地震作用下的位移,减小结构构件的地震力,确保结构在地震下的安全,在高速铁路桥梁抗震领域中将会有广阔的前景。     

某双筒式高层框剪结构设计与分析

结合南京灵山地铁控制中心特殊的建筑方案和工艺要求,采用一种双筒式高层框剪结构体系。采用空间有限元软件SATWE和MIDAS对该结构进行静动力对比分析,同时采用弹性时程分析进行补充计算。通过计算分析,优化了剪力墙布置,并对主体结构构件设计进行指导。结果表明:该体系可有效控制此类高层建筑易扭特性,具有较好的抗震性能,同时满足大空间的使用要求。研究结论可供类似高层结构设计参考。     

基于GA-PS的轨道橡胶隔振器滞回模型参数识别

针对一种新型可便捷检修和更换的浮置板用隔振器中的橡胶结构元件进行力学性能试验,得到了不同幅值和频率激励下位移-力滞回特性曲线。采用一种半物理模型Bouc-Wen模型来模拟橡胶滞回特性,利用一种新型的参数识别方法 GA-PS法对模型中的未知参数进行识别,得到了可以很好模拟橡胶滞回特性的数学模型,并进行了验证。结果表明:不同的幅值和频率激励下,Bouc-Wen模型的仿真滞回曲线和实验测量滞回曲线吻合良好,验证了GA-PS识别方法在橡胶隔振器参数识别中的有效性与准确性。这种参数识别方法可以精确地识别出可以模拟橡胶特性的滞回曲线的参数,为模型的后续应用打下了基础。     

某地铁上盖物业超限高层弹塑性地震反应分析

选取5组天然波和2组人工波,采用弹塑性时程分析方法对某地铁上盖物业超限高层进行分析,研究整体结构在强震作用下的动力响应和地震损伤破坏情况并在此基础上对整个结构及相关构件抗震性能进行评估。分析结果表明:在罕遇地震作用下,该结构具有合理的屈服耗能机制,满足预先设定的抗震性能目标。     

地震作用下RC框剪结构剪力墙和框架柱的曲率延性与结构层间位移延性关系

研究地震作用下RC框剪结构的框架柱、剪力墙的曲率延性需求与结构最大层间位移延性需求之间的统计关系。框架柱、梁与剪力墙均采用指定弯矩―曲率关系的滞回单元,建立15层和30层平面RC框架剪力墙数值结构。通过弹塑性静力分析和地震动力时程分析,获得框架柱、剪力墙的曲率延性需求以及结构最大层间位移延性需求,探讨地震加速度峰值、结构弯剪比例对延性需求的影响,分别建立框架柱曲率延性需求与结构层间位移延性需求、剪力墙曲率延性需求与结构层间位移延性需求的定量统计关系。结果表明:框架柱、剪力墙的曲率延性需求和结构层间位移延性需求随地震加速度峰值增加而增加;剪力墙曲率延性需求随弯剪比例系数增加而减小,而框架柱和结构层间位移延性需求随弯剪比例系数增加而增加。考虑弯剪比例影响,拟合建立的函数模型与样本分析数据有较好的吻合,可指导RC框剪结构的初步抗震延性设计和评估。     

无粘结预应力混凝土结构的工程特性

在综述无粘结预应力混凝士结构工程实践的基础上,指出尚需解决的一些实际问题。介绍了作者有针对性地开展的研究工作及取得的主要成果:(1)UPC框架模型的试验研究;(2)构件的M-φ滞回曲线;(3)UPC结构的抗震性能;(4)建议放宽UPC构件应力限制系数。对这种结构的主要工程特性进行了分析和归纳:即①UPC楼盖结构的特点;②LIPC相对PC的主要优缺点;③UPC框架结构设计的注意事项。     

材料耐久性损伤对混凝土构件抗震性能影响

通过试验验证有限元分析合理性,采用非线性分析方法并考虑钢筋锈蚀后黏结滑移性能退化,并从碳化率的角度,研究材料耐久性损伤对钢筋混凝土构件抗震的影响。研究结果表明:混凝土碳化对构件承载力、刚度及延性影响较小,碳化对构件滞回性能的影响主要体现在滞回曲线饱满程度降低,随碳化率的增大耗能能力退化明显,当保护层混凝土完全碳化时,耗能性能约降低28%。钢筋锈蚀对构件滞回性能影响较大,承载力、延性及耗能性能均随锈蚀率的增大而降低;考虑黏结滑移后,构件开裂前滞回性能变化不大,随着荷载增大,考虑黏结滑移要比不考虑黏结滑移时构件刚度及延性退化更为严重,但对承载力及耗能退化影响较小。综合考虑碳化及钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件抗震性能的影响,建议在抗震区控制构件碳化深度及钢筋锈蚀,限制保护层混凝土碳化率不大于60%及锈蚀率不大于10%,从而保证结构良好的抗震性能。     

基于对照经验公式的构件本构模型离线更新混合试验方法

模型更新混合试验可以从构件本构、截面本构和材料本构3个层面来更新数值子结构的模型参数进而提高混合试验的精度.由于构件本构模型更新仅能对构件参数相同的数值子结构进行更新,因此在复杂结构抗震性能研究中存在局限性.以构件本构模型更新为基础,提出对照经验公式更新方法来完成框架结构中构件参数不同相似构件模型更新.通过1榀采用不同截面配筋率的2层2跨弹性钢筋混凝土框架的离线模型更新数值仿真,验证对照经验公式模型更新方法的可行性.应用本文方法,进行1榀5层3跨弹塑性钢筋混凝土框架离线模型更新数值仿真,并重复利用离线更新试验数据对1榀3层2跨弹塑性钢筋混凝土框架进行时程分析.研究结果表明:在离线模型更新混合试验中基于对照经验公式的构件本构模型更新与传统构件本构模型更新相比具有较高的精度.     

双球面减隔震支座等效摩擦系数理论分析与试验研究

对双球面减隔震支座的主要参数等效摩擦系数进行理论分析、数值模拟及试验研究,为桥梁、建筑结构的抗震设计与分析提供参考。试验研究包括在竖向承载力和加载频率不同时等效摩擦系数的对比分析,并分析支座等效刚度、等效黏滞阻尼比及滞回曲线。结果表明:支座滞回曲线的试验值与模拟值、理论分析结果基本接近,验证了支座的等效摩擦系数理论公式的正确性;支座主要设计基本参数及等效摩擦系数的模拟值及试验值与理论值基本相符,进一步验证了支座的等效摩擦系数理论公式的合理性。     

圆中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回模型研究

利用有限元方法,对往复荷载下圆中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载-位移全过程进行了计算,有限元模型中考虑了往复荷载下混凝土的刚度和强度退化,同时考虑了钢材的包兴格效应,计算结果与试验结果符合较好.在此基础上,分析了构件名义含钢率、轴压比、长细比、空心率等对该类构件荷载-位移滞回骨架曲线的影响.最后,提出了一种简化的圆中空夹层钢管混凝土压弯构件荷载-位移滞回关系模型.     

混凝土框架节点滞回性能研究

在研究混凝土框架节点受力特点的基础上,阐述宏观力学模型的受力机理,利用弹塑性有限元软件OpenSEES中已有的梁柱节点单元和梁柱纵筋黏结滑移模型,对国内外研究者已经完成的低周往复荷载作用下的混凝土框架中节点的滞回曲线进行计算分析,建立基于OpenSEES软件的混凝土框架节点和预应力混凝土框架节点的计算模型,分析影响框架节点滞回性能的主要影响因素,得到了有意义的结论,为混凝土框架节点的设计计算提供一条简便途径。     

钢轨扣件弹性垫板的动态黏弹塑性力学试验及理论表征研究

以Vossloh300钢轨扣件弹性垫板为研究对象,利用配有温度箱的力学试验机,结合基于温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型以及Berg摩擦模型,测试与表征该弹性垫板随温度、频率、振幅非线性变化的黏弹塑性动力特征。研究表明:动载较大且频率较低时,扣件弹性垫板的滞回曲线具有超弹性与塑性非线性力学特征,频率提高后,该滞回曲线将接近线性黏弹性的椭圆形滞回曲线;扣件弹性垫板温/频变的黏弹性动力特征与动载大小基本无关,但随预压力的增加而明显增大;基于温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型能快速获取扣件弹性胶垫任意温度与任意频率下的黏弹性动力特征,在铁路轮轨振动主频带内更适合描述低温环境下损耗因子的频变特性。     

连续刚构桥地震反应分析

研究目的：为检验双线连续刚构铁路桥在多遇地震和罕遇地震下的抗震性能，参照《铁路工程抗震设计规范》要求，对连续刚构桥进行自振特性分析、多遇地震下的弹性地震反应分析和罕遇地震下的弹塑性地震反应分析。分析过程也可作为高墩铁路桥地震反应分析的一种方法。研究结论：通过自振特性分析，得到该桥的主要自振周期与振型。弹性地震反应分析包括反应谱分析和弹性时程分析，根据分析结果，采用容许应力法对桥墩截面进行抗弯验算。弹塑性地震反应则首先采用纤维模型进行桥墩截面的弯矩一曲率分析，得到截面弹塑性弯曲能力曲线，将其转化为等效的折线模型，作为桥墩相应位置的等效分布塑性铰弯曲特性，进行弹塑性动力分析，得到桥墩截面的弯矩一曲率滞回曲线，从而判定该桥在罕遇地震作用下的抗震性能。分析结果表明该桥满足规范“小震不坏，大震不倒”的抗震设防要求。     

基于滞回耗能的钢-混凝土组合框架抗震性能分析

基于能量抗震设计方法对某三层两跨钢-混凝土组合框架进行有限元动力时程分析。根据现有实验得出的简化适合组合结构刚度退化三线型恢复力模型,建立组合框架的能量反应公式,利用有限元软件模拟组合框架在地震荷载下的动力响应。综合考虑地震动三要素和结构的自身动力特性,通过对结构的地震反应能量计算,分析组合框架在地震荷载下滞回耗能层间的滞回能量分配及受各种因素影响的具体变化耗散规律。对比钢筋混凝土框架的滞回耗能分析,结果表明组合框架具有更强承受大震的耗能能力,同时为组合框架在预测地震可能发生时的抗震性能分析提供理论依据。     

轨道交通高架车站结构抗震性能化设计

基于西安轨道交通高架车站结构设计,为了对高架车站结构在不同水准地震作用设防目标的性能状态及损伤状态进行分析;对地震三阶段结构及构件的计算参数及性能水准进行定义,采用有限元软件MIDAS及PKPM、YJK软件进行建模计算,分别对结构进行小震作用下弹性计算,小震作用下弹性时程补充计算,设防烈度地震作用下结构验算,罕遇地震作用下结构静力弹塑性验算及动力弹塑性验算。找出高架车站结构在地震作用下全生命周期内的受力状态和损伤情况,其在抗震三水准设防目标下进行的抗震性能化设计基本满足规范限值的要求,对性能水准计算的薄弱结构及构件进行适当加强。结果表明:结构在小震、中震作用下满足规范及性能水准的要求,在大震作用下仅局部转换梁不能满足性能要求;通过计算分析找出结构性能化设计的操作思路和计算方法,为以后类似工程提供借鉴和参考。     

铁路桥梁下部结构抗震设计优化研究

提出一种基于Penzien-1964计算模型的优化设计方法,该方法以可靠度设计理论为指导,在一组能够近似反映结构动力特性、单调递增侧向荷载下,引入地震稳定性分项系数与可靠性指标,逐步进行弹塑性静力分析,直到结构达到预期确定的目标承载能力,开展静态可靠度评价。该方法既能反映下部结构构件抗力层级和失效模型,又能利用塑性铰的塑性变形避免脆性损伤,不但降低了结构的冗余度,还能将体系破坏机制清晰地设计出来,从而利于桥梁下部结构模块化修复,降低修复费用。在获取结构设计参数、岩土体参数分布类型后,便可通过迭代计算方式得到设计目标值。该方法计算速度快,较传统抗震方法实效性更优,可为桥梁设计、维修提供参考依据。