碟簧-单摩擦摆三维隔震(振)装置力学性能及隔震(振)效果研究

碟簧-单摩擦摆三维隔震(振)装置(3DFPS)由碟簧竖向隔振单元和单摩擦摆水平隔震单元组成,可以实现环境激励工况下建筑结构的竖向隔振与地震工况下的水平隔震。为了研究3DFPS的力学性能及隔震(振)效果,制作了足尺的3DFPS试件,并对其进行压剪试验。结果表明：3DFPS的竖向性能与水平向性能相互独立,竖向隔振单元与水平隔震单元可独立设计;通过在叠合碟簧间加入0.03mm聚四氟乙烯(PTFE)薄膜可以减小碟簧间摩擦,使小位移下的循环加载刚度更接近大位移下的单调加载刚度。对采用3DFPS和固接到地面的平面框架结构进行有限元弹性时程分析,研究此装置在水平地震与竖向地铁振动激励下的隔震(振)效果。结果表明：三维隔震(振)装置可使水平地震下结构响应减少80%以上,使地铁振动激励下楼面竖向加速度响应减小61%;碟簧竖向压缩变形对结构在水平地震下的响应没有明显的影响。     

木 - 混凝土组合梁弹性抗弯承载力研究

为了研究相对滑移对木-混凝土组合梁弹性抗弯承载力的影响,结合对木-混凝土组合梁的梁截面受力特点的分析,建立了木-混凝土组合梁弹性抗弯承载力计算模型,提出了考虑滑移后组合梁简化弹性抗弯承载力公式,使组合梁承载力公式得到优化。同时为验证公式正确性,利用Ansys有限元分析软件进行有限元分析。通过有限元分析与理论公式进行比较,结果表明:理论推导公式与有限元分析吻合良好,可以适用于木-混凝土组合梁弹性抗弯承载力计算。     

考虑滑移效应的体外预应力组合梁非线性分析

通过有限元软件ANSYS对体外预应力组合梁进行了非线性分析,采用COMBIN39单元模拟栓钉的抗剪性能以考虑组合梁的滑移效应,计算结果与试验值吻合较好。并对比分析了不考虑滑移效应的组合梁的受力性能,结果表明,滑移效应使组合梁的承载力降低,而变形增加。     

基于连续介质力学的块体单元离散弹簧法研究

 提出一种基于连续介质力学的块体单元离散弹簧法,并将其应用于地质体渐进破坏过程的数值模拟研究。该方法以连续介质力学的基本理论为基础,以八节点正六面体单元为离散对象,根据有限元的形函数理论及正六面体单元刚度矩阵的具体表达式,将正六面体单元离散成为12根棱弹簧,并推导各弹簧的弹簧力计算公式,给出各弹簧的弹簧力分量的物理意义、对应的弹簧刚度及相关联的位移。在弹性部分的计算结果与传统的有限元计算结果一致的基础上,在弹簧中引入Mohr-Coulomb准则及拉伸破坏准则,进行弹簧破坏的判断。如果块体内的弹簧全部断裂,便将其视为散体。在判断破坏时采用双重判断模式,块体单元的判断主要用于选取弹簧潜在的破坏面,离散弹簧的判断用于计算弹簧上的真实弹簧力。最后,通过相关算例验证引入破坏准则后所得计算结果的合理性。块体单元离散弹簧法的实质是通过12根离散弹簧将单元转化为结构,因此可以通过分析各弹簧的断裂情况研究块体的内部破坏特征,更可以通过各弹簧的先后断裂过程来研究地质体的渐进破坏过程。     

古建木结构台基隔震性能研究

以一小式木结构房屋台基为研究对象建立足尺模型,利用通用有限元分析软件ABAQUS对有无台基的模型分别进行了时程分析。通过提取屋盖结构的加速度、位移响应时程及结构最大Mises应力、最大侧移、柱根滑移量等参数,对两种模型进行了定量的对比。得出台基可有效缓解上部结构地震响应、控制柱倾斜量、提高柱根滑移隔震效率等结论。     

盾构管片接头接触面缺陷模型分析

为合理确定盾构管片接头节理单元（goodman单元）法向刚度,首先采用经典弹性接触理论与试验结果进行了对比,在经典弹性接触理论的接触面光滑、弹性假设与试验数据发生背离的背景下,提出了“接触面缺陷”假设,认为计算模型中的节理单元实质上是用来描述物理模型中的因“接触面缺陷”引起的初始非线性位移,而节理单元法向刚度实质上是轴力与接触面初始非线性位移关系的割线刚度。并以此为基础,提出节理单元法向刚度的确定方法以及相应的验证方法。与试验数据的比较和验证表明,以本方法确定的参数进行的反分析结果与实测的管片轴向位移以及弯矩-转角曲线非常吻合,本方法可得到试验数据的有力支持,是可行的。     

计入初始应变项的平面梁单元非线性刚度矩阵

开展平面结构几何非线性分析时经常会遇到杆件含有初始应力力或初始应变的情况。由于非线性刚度矩阵中舍有节点位移，矩阵运算量大，给刚度矩阵的推导带来很大困难。根据平面梁单元几何非线性方程，采用计入初始应力和初始应变项的一般性线弹性应力应变关系，导出了相应的切线刚度矩阵，利用MATLAB数学工具箱，给出了含有初始应力和初始应变的所有刚度矩阵的显式表达式，为程序编制奠定了基础。     

基于midasCivil的基坑支锚结构弹性支点法模拟分析

极限平衡法假定了基坑内侧的土抗力为被动土压力状态。对于有支撑的支护结构等值梁法,支点力的计算假定与支点刚度系数是无关的,在使用上受到较大的限制,从理论上也无法反映支护结构的真实工作状态。因此,考虑支撑点刚度及土体变形与应力状态的弹性支点法是一种趋势。弹性支点法分析计算可采用midasCivil中面弹性支承理论作为土体和支挡结构的接触边界条件,通过分析位移结果值,结合规范求解支撑反力和被动侧分布土压力,应用于工程设计中。     

Inelastic buckling and strengths of steel I-section arches with central torsional restraints

The elastic flexural–torsional buckling behaviour of arches with a central elastic torsional restraint has been reported elsewhere by the authors, and it was found that a central elastic torsional restraint restricts the buckling shape of an elastic arch and increases its elastic buckling resistance. However, both the inelastic buckling and strength of arches with a central elastic torsional restraint have hitherto not been investigated. It is not known whether the threshold stiffness for elastic buckling can be applied to arches which buckle inelastically, nor is it known how to determine the strength of steel arches with a central elastic torsional restraint. This paper modifies a finite element model for the nonlinear inelastic flexural–torsional analysis of steel I-section arches by including the effects of elastic restraints, and uses it to investigate the influence of central elastic torsional restraints on the inelastic flexural–torsional buckling and strength of steel I-section arches. It is found that a central elastic torsional restraint increases the strength of steel arches, but that the increase in strength decreases as the modified slenderness of the arches decreases. The threshold value of the stiffness of a central elastic torsional restraint at which the inelastic strength of an arch is equal to that of the corresponding arch with a rigid restraint is related to both the modified slenderness and included angle of the arch. For an arch with a low modified slenderness and with a small included angle which buckles inelastically, the threshold restraint stiffness is much smaller than that for an arch which buckles elastically. Design formulae for the strengths of steel I-section arches in uniform bending and in uniform compression with a central elastic torsional restraint are proposed. Comparisons with finite element results show that the proposed formulae provide good predictions for the strength of thin-walled steel I-section arches with a central elastic torsional restraint.     

圆形基坑排桩环梁内撑弹性支点刚度系数算法

当采用二维弹性支点法对圆形基坑排桩+环形梁内支撑支护结构进行简化设计计算时,环形梁内支撑需等效为弹簧,作为弹性支撑处理,故其刚度系数的确定至关重要。采用弹性力学的方法,对圆形基坑中的排桩环形梁内支撑结构整体进行弹性结构分析,得出环形梁内支撑与排桩支点处的水平径向位移。运用广义胡克定律,通过支点处支点力与水平径向位移的关系,确定其弹性支点刚度系数的计算公式,并参考《建筑基坑支护技术规程》,引入两个影响因素对计算公式进行修正。最后结合某提升泵站圆形深基坑实例,根据上述公式得出各道环撑的弹性支点刚度系数,利用规程规定的二维弹性支点法对该支护结构的设计思路及分析方法进行阐述,该基坑从开挖至基坑回填期间运营良好。     

桥梁桩基础有限元模型构建思路与应用

为了实现利用通用有限元程序建立桩基础有限元模型进行内力计算的目的,本文以桥梁基础规范的计算理论为指导,介绍了桩基础模型构建的思路。首先根据弹性地基梁理论,提出了用梁单元模拟基桩,把土对基桩的作用用一系列水平土弹簧和两个竖向土弹簧来模拟,并推导了土弹簧刚度的计算公式及公式中有关参数的取值方法。提出多排桩承台与桩顶连接方式的模拟,一定要能正确反应承台底面中心和桩顶的变位关系式。最后,通过一个双排桩实例来介绍这种建模方法的应用,并将模型计算结果与手算结果进行比较,发现两者误差较小,范围不超过1%,从而验证了桩基础的有限元模型构建思路是正确的。     

地下结构地震反应计算的改进的反应位移法

反应位移法中地基弹簧刚度系数难以准确确定,且不同地基弹簧之间互不相关,难以准确地反映土体与结构之间的相互作用,造成土体与结构四周接触面的荷载分布存在误差。通过改进地基弹簧刚度系数的求解方法,提出了改进的反应位移法,即在有限元分析过程中摒弃传统的加载方式,采用在结构四周同时加载单位力的方式求解地基弹簧刚度系数。与现有的反应位移法的对比表明,改进的反应位移法计算结果合理,且具有更高的计算效率。     

基于杆系离散单元法的单层网壳结构屈曲行为研究

离散单元法因适合处理大位移、非线性和非连续等问题而逐渐被应用于结构工程中,但采用离散单元法进行结构屈曲全过程分析还有待研究。为此,基于杆系离散单元法的基本理论和计算方法,提出离散元力控制法及离散元位移控制法,研究上述方法在结构弹性屈曲全过程分析中的特点及适用性,同时给出离散元位移控制法（力控制法不需要单独处理）对不同荷载工况的处理方法及离散元法在进行结构弹性屈曲分析时的计算流程。采用Fortran语言自编程序,对典型算例进行弹性屈曲全过程分析,与传统方法相比,该方法无需组集刚度矩阵,对几何非线性问题不需特殊处理即可模拟结构的屈曲行为,更具优越性,并通过结果对比,验证了离散单元法在单层网壳结构弹性失稳全过程分析中的有效性。     

筒中筒结构在扭矩作用下的超元法

提出筒中筒结构在扭矩作用下的超元法,即是对外框筒及楼板连续化处理以后,视整个结构为一个悬臂杆,然后按楼层划分成超级单元,导出超级单元的刚度矩阵,用矩阵位移法分析.用该法分析变刚度筒中筒结构的扭转问题,自由度很少,计算简便.     

Seismic behavior of highly irregular structures with multiple passive energy dissipation system: Case study of a single‐column elevated station

This paper presents a case study of the layout strategy for a multiple passive energy dissipation (MPED) system and its influence on the seismic behavior of highly irregular structures. The investigated structure is a single‐column elevated station in a cantilevered structure form, which is unique and characterized by uneven mass and stiffness distributions in both elevation and plane. To improve seismic resistances of the focused structure, the MPED system composed of multiple types of passive energy dissipation (PED) devices targeting different vulnerabilities is devised. In addition, a high‐fidelity and efficient numerical model is developed to assess the structural seismic performance, by leveraging the secondary development based on proprietary finite‐element analysis package MARC.MSC. The fiber beam–column elements are employed to simulate the composite members under complex loading conditions, and spring elements incorporated with cyclic hardening property are developed to simulate the PED devices. Nonlinear static and time history analysis are conducted for the key substructures and whole structure. The results demonstrate that the MPED system can effectively improve the stiffness, strength, and ductility of the structure and significantly reduce its global responses. A comprehensive evaluation indicates that the MPED system is beneficial for the members directly equipped with PED devices, but the benefits are limited for unprotected members that require special attentions in design to avoid secondary damage. Through this study, valid analysis tools and suggestions are provided for the design of high‐irregular structures with MPED system.     

大跨空间结构竖向变刚度三维隔震装置及其隔震性能研究

本文中研制了一种适用于大跨空间结构的竖向变刚度三维隔震装置，该装置由用于水平隔震的铅芯橡胶支座和用于竖向隔震的组合液压缸构成。基于液压原理，通过改变组合液压缸不同阶段参与工作腔室的种类和数量实现装置竖向变刚度特性。推导了组合液压缸不同工作阶段的刚度计算公式，并建立了其滞回模型。完成了组合液压缸的振动台试验，验证了刚度计算公式与所建立滞回模型的准确性。采用有限元方法，对比分析了不同地震作用下单层球面网壳结构在不隔震、水平隔震、非变刚度三维隔震与竖向变刚度三维隔震时的响应，建立了考虑水平地震影响的最大竖向隔震位移计算方法。结果表明，竖向变刚度三维隔震装置对结构加速度与杆件内力的减震率优于水平隔震支座，与非变刚度三维隔震装置接近，但可更有效地限制隔震层竖向位移与结构倾覆转角；所建计算方法可以准确计算结构三维隔震时的最大竖向隔震位移，不同地震记录作用下计算结果的最大误差为16.0%。     

三维块体离散元可变形计算方法研究

 在三维刚性块体离散元的基础上,研究可变形块体离散元方法,并编制相应的可变形块体离散元程序。该方法把块体单元看作弹性体,并对其划分有限元网格,对每个可变形单元的计算是假设在力边界条件下求解可变形单元的节点位移;可变形块体之间力和位移的传递是通过构筑的节理单元实现的,节理单元反应岩土工程中实际节理的变形性质和强度特征,结构面破坏前,体现了连续介质计算方法的特点,结构面如果发生破坏,预设节理处的节理单元直接转变化为法向和切向弹簧,体现了离散元计算方法的特点。另外,节理单元有实际的厚度,可以根据实际节理的性质确定计算参数,这一点也体现出了对刚性块体离散元方法的改进。与刚性块体离散元方法比较,该方法可以反映岩体变形性质,如泊松效应、三维岩体中的真实波速,它还可以模拟结构面的破坏演化过程;与有限元方法比较,它可以更好地描述岩体中节理的特征,允许单元有较大的位移;相对于以前的可变性离散元方法,它既克服了有限差分格式带来计算上的复杂,又建立在三维模型的基础上,为有关岩土工程的数值分析提供了一个可行的数值方法。     

Quadrilateral shear panel

Various models of structures and structural elements use an assembly of stringers and shear panels. The normal forces in the stringers can vary linearly and the membrane panels have constant shear. Often, these shear panels can be just rectangular but sometimes shear panels with a non-rectangular shape need to be used. In this paper a mathematical formulation is presented for a linear–elastic shear panel with a quadrilateral shape. The panel stiffness matrix is derived by the discrete element method, which yields a simple and efficient computational formulation. Comparison with finite element computations shows that the stiffness matrix is sufficiently accurate for engineering design.     

保持承载刚度的张拉整体结构预应力降低方法

几何刚度对张拉整体结构承载刚度的贡献通常与弹性刚度的贡献量级相当,但仅依靠高预应力保证结构承载刚度效果一般.而通过调整结构形状提高弹性刚度并替换部分几何刚度的贡献,可以在保持张拉整体结构承载刚度不变的前提下降低预应力.为此,将杆件原长变化作为基本变量,分析了该变量与单元内力、节点位移以及弹性和几何刚度矩阵的增量关系.建...     

磁流变阻尼器在基础智能隔震建筑中的研究

针对橡胶隔震垫作为一种被动控制装置,存在最优控制范围窄的局限性。将磁流变阻尼器与橡胶隔震垫相结合,组成智能基础隔震系统应用于结构振动控制中,数值模拟分析了在地震力作用下原结构,普通隔震结构,隔震层附加MR阻尼器在Passive—off状态,Passive—on状态和磁流变阻尼器半主动智能状态下结构的反应。试验结果表明,结构在磁流变阻尼器半主动智能状态下控制效果最优,能有效克服被动隔震最优控制频带窄的缺点,其相对一般被动隔震装置,能同时减小隔震层位移,上部结构层间位移和各层最大加速度。