密肋壁板结构简化计算模型对比分析

提要:密肋壁板结构中多种材料及构件的使用与嵌套,使实体计算模型比较复杂,在结构计算中需要提出简化计算模型。结合课题组前期研究成果及现代高层结构计算理论,提出密肋壁板结构弹性阶段简化数值模型与解析模型。利用前期1/10比例振动台试验研究结果,采用刚架-复合弹性板模型对结构进行时程分析,并验证简化数值模型的正确性;利用解析模型和数值模型对实际工程进行对比分析,验证解析模型的合理性。理论与试验表明：采用刚架-复合弹性板模型作为密肋壁板结构在弹性阶段的数值模型具有一定的理论依据和可行性;提出的框架-复合墙模型作为密肋壁板结构在弹性阶段的解析模型较为合理,为实际工程提供了一种较为简化、实用的手算解析方法。     

带框复合墙板承载力计算的简化模型与方法

建立了带框复合剪力墙板承载力计算的简化模型——带有等效斜撑的刚架,模型中考虑了复合墙板随刚度变化而产生的内力重分布现象,确定了等效斜撑的宽度和钢筋面积。基于对作为等效斜撑的夹芯板的承载力和作为刚架的边框的承载力以及复合墙板抗滑移承载力计算方法的分析,提出了带框复合剪力墙板的极限承载力计算方法。将简化模型计算结果与试验结果进行了对比分析,分析表明:应用该承载力计算的简化模型和方法分析的结果与试验结果吻合较好,说明该模型和计算方法是带框复合墙板承载力计算的一种有效的简化模型与方法。     

生态复合墙结构动力反应分析模型研究

独特构造及多种材料的使用与嵌套,使生态复合墙结构的动力特性计算异常复杂,故需提出其简化动力计算模型。结合课题组前期研究成果及相关理论,提出生态复合墙结构在弹性阶段简化的动力反应分析模型;建立每层复合墙体分布参数体系的运动偏微分方程,计算其振型和频率;把每层顶点位移作为上一层支座激励,利用振型叠加法对每层复合墙体进行有阻尼动力反应分析;对整体复合墙体进行动力反应分析,并与前期振动台试验结果进行对比分析。理论与试验结果表明：该简化模型计算求得的各层加速度时程反应值与试验值吻合较好,具有一定的计算精度与实用性,为生态复合墙结构在弹性阶段的动力反应分析提供了一种较为简化、实用的计算方法。     

密肋壁板轻框结构计算模型及数值分析

本文提出密肋壁板轻框结构动力分析的简化计算模型，据此采用三维薄壁空间杆件有限元对试验模型进行计算，结果吻合较好。并将密肋壁板轻框结构与框架结构、剪力墙结构进行数值分析对比。     

密肋复合墙体在拟动力试验下的抗震性能研究

密肋复合墙体是密肋壁板结构体系的主要受力构件，其抗震性能及动力特性是密肋壁板结构体系计算理论的核心内容。通过对密肋复合墙体进行拟动力试验研究，介绍墙体的主要破坏形态和破坏过程；分析墙体的动力反应、滞回曲线和骨架曲线；提出墙体的恢复力模型；最后对墙体在不同加速度峰值地震波作用下的破坏程度进行损伤评定。理论研究与试验结果表明：墙体中的砌块、肋格、外框能够在试验的弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段依次发挥作用，具有多道抗震防线；墙体在遭受小震或中震后，具有稳定的水平承载能力及良好的耗能性能，在遭受大震后，仍具有良好的抗倒塌能力；墙体的恢复力模型可以采用退化四线型；墙体的损伤指数可以用来评定墙体在遭受地震后的破坏程度。     

基于统一强度理论的生态复合墙体等效斜压杆宽度计算

结合前期框格和复合墙体的试验研究结果,分析生态填充砌块与框格的受力特性;采用考虑中间主应力σ2影响、拉压性能不同且适用于各种材料复杂应力状态下的双剪统一强度理论,推导简化计算模型中等效斜压杆的宽度表达式,并与试验值进行对比,验证理论计算结果的精确性。此表达式可为复合墙体中填充不同生态块材计算等效宽度提供统一解;有限元数值结果和试验值吻合较好。该模型可用来分析生态复合墙体的动力反应特性。     

密肋壁板轻框结构恢复力模型探讨

针对新型结构体系－密肋壁板轻框结构独特的耗能机制,本文提出此结构弹塑性分析的恢复力模型,编制了弹塑性地震反应分析程序,数值计算与1／3房屋模型拟动力试验值吻合较好,验证了恢复力模型的合理性。     

框支密肋复合墙结构地震易损性研究

地震易损性分析通过概率计算建立地震强度和结构损伤之间的关系，可以实现结构地震风险预测和评估。为了对框支密肋复合墙结构在不同地震强度下的抗震能力进行评估，该文采用OpenSEES有限元软件，选用密肋复合墙的刚架-等效斜撑简化模型，建立结构整体分析模型，基于增量动力时程分析(IDA)和易损性分析，研究不同参数的变化对结构抗震性能的影响。结果表明：转换层刚度比的变化对结构性能影响显著，结构竖向布置均匀对抗震有利，建议8度区框支密肋复合墙结构的刚度比取值为1.0～2.5；肋柱数量、砌块强度的变化可对结构的抗震性能产生影响，应合理选择；混凝土强度等级对结构的抗震性能影响较大，在实际应用中应在满足规范要求的前提下选择较大的混凝土强度等级。     

窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响研究

采用低周往复荷载试验研究窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响,结果表明:窗下墙对自保温暗骨架承重墙的滞回曲线、骨架曲线、刚度及其退化、耗能能力等均存在显著影响;试验墙体失效破坏全过程均呈“共同工作、转化过渡和弱框架工作”三阶段特征,恰与我国抗震设防目标相对应;均系延性破坏,对应延性系数分别为3.034、3.545。理论方面:基于等效弹性板模型,分别根据最大拉应力理论和双剪统一强度理论建立了墙体开裂荷载的计算方法;基于抗剪抵抗机构思想提出刚架斜压杆模型,并利用等效刚度法明晰了斜压杆宽度的确定方法,建立了墙体极限荷载计算方法;与实测值的对比表明,所建立的计算方法精度较高。最后,以建立的理论方法为基础,定量评价了窗下墙对墙体抗震承载力的直接和间接作用。研究结果可为带门窗洞口的自保温暗骨架承重墙抗震承载力计算提供方法。     

隔震结构弹塑性反应谱分析研究

根据弹塑性反应谱理论,按照非线性恢复力模型的等效阻尼比和位移延性的关系,以单质点弹塑性反应分析结果为依据,建立基于等效阻尼比的隔震结构弹塑性反应谱。进一步比较弹塑性反应谱和我国规范得到的反应谱,结果显示规范的加速度反应谱在长周期段谱值过大,阻尼衰减系数也较大。基于单质点弹塑性地震分析的结果,在我国规范反应谱公式的基础上提出的隔震结构弹塑性反应谱公式。最后通过对5层钢框架隔震结构模型进行振动台试验、数值时程分析、规范反应谱计算、以及用弹塑性反应谱进行计算。结果表明,时程分析法的分析结果和振动台试验的结果比较接近,而按照规范反应谱的等效线形化方法计算出的结果与振动台试验的结果有一些偏差,弹塑性反应谱的地震反应更加接近试验实测的结果,表明了新提出的弹塑性反应谱进行隔震结构的地震反应分析时具有良好的计算精度。     

摇摆结构刚体模型研究综述

合理的理论模型对于结构分析至关重要,摇摆结构理论研究中应用最为广泛的模型是摇摆刚体模型。该文对摇摆结构刚体模型进行了较为系统考察与总结,对摇摆刚体模型的研究起源与研究现状进行了介绍,针对经典摇摆刚体模型、其他典型摇摆刚体模型、相关试验研究、有限元模拟及其在结构体系中的应用进行了探讨,指出了已有模型的优点与局限性,提出摇摆结构刚体模型未来研究的关键问题,为建立更完善实用的摇摆结构刚体模型及应用于摇摆结构分析提供了参考。     

基于近场动力学方法的混凝土板侵彻问题研究

由于近场动力学(Peridynamics)用统一空间积分-时间微分方程描述物体连续或不连续区域,改进常用微观弹脆性模型对势本构力函数,给出刚性体与变形体冲击问题接触算法;编制计算程序,验证经典简支梁变形及Kalthoff-Winkler试验;数值模拟刚性弹丸侵彻混凝土矩形板破坏过程,揭示损伤累积及裂纹扩展全过程与最终破坏形态。结果表明,改进的近场动力学模型及算法合理、可靠,能有效模拟混凝土结构冲击破坏及侵彻问题。     

高密度硬质聚氨酯泡沫塑料的断裂特性

制备不同密度的硬质泡沫聚氨酯塑料,实验研究了材料的拉伸和冲击性能。断口的扫描电镜现察显示,材料的断裂基本上属于脆性断裂,但局部存在明显的塑性形变,这是与材料的有机大分子的特殊结构相关。材料的断裂原因在于材料中相邻泡体互通构成的结构缺陷．根据断裂力学的一般原理。确定了材料断裂韧性的预测的可行方法。并得到实验结果的验证。     

刚构-连续梁桥健康监测系统设计

为了解决刚构-连续梁桥结构健康监测系统的建设问题,以金水沟大桥为研究对象,针对刚构-连续梁桥的结构环境和受力特点,研究了刚构-连续梁桥健康监测系统的监测内容,系统组成、作用及原理,提出了建立健康监测系统项目的选择依据,并对金水沟大桥健康监测系统的构成、主要功能、监测仪器选择以及传感器布置等进行了分析,为金水沟大桥健康监测系统的建立提供科学依据,同时也为此类桥梁健康监测系统的建设提供参考。     

P.C.连续刚构桥施工过程的仿真分析

现代P.C.(预应力混凝土)连续刚构桥受力复杂,成桥应力同施工过程相关。根据其结构及受力特点,提出用实体退化单元建立P.C.连续刚构桥施工过程分析的三维模型;将预应力筋作为结构的一部分,用等效节点荷载模拟预应力的张拉效应;用三参数粘弹性模型模拟混凝土徐变效应;提出了阶段模型应力的处理方法。以一实际刚构桥为对象对该方法进行了应用研究。结果表明:P.C.连续刚构桥在恒载状态下,成桥应力和挠度与施工过程密切相关,常用的一次成桥方式获得的成桥应力和挠度与实际有较大偏差。     

4L22机体缸孔精镗床刀具布置图的设计

本文介绍了4L22机体缸孔精镗床刀具布置图的设计.根据零件的加工求和结构特点，确定4L22机体缸孔精镗床为双轴两工位移动工作台式组合机床。在刀具布置图的设计中，缸孔加工采用刚性镗削的工艺方案，主轴与镗杆采用刚性连接。     

高架桥-地铁站-桩-土复杂结构体系地震反应分析

基于ANSYS对机场航站区高架桥与其下通过的地铁车站的交叉处结构进行了地震反应分析研究,建立了高架桥-地铁站-桩-土相互作用复杂结构体系的计算模型,同时与桥墩墩底简化为固定端模型单独来分析计算上部桥体以及取消地铁结构替换为承台和桩基础的整体模型进行了地震时程反应对比分析。结果表明:考虑相互作用后,整体结构的动力特性与刚性地基假定下的结果存在较明显的差异,不但体系的自振周期增大,并且前几阶主要振型也有很大改变;整体结构的最大位移增大,但顺桥向与横桥向增大幅度明显不同;而对于最大位移节点的加速度、桥梁支座及桥墩墩底反力,三者的顺桥向与横桥向的差别更加明显,其顺桥向比固定端模型减小,而横桥向出现增大的情况。这些现象表明:对复杂结构体系进行抗震设计分析时,考虑土-结构动力相互作用带来的影响十分必要。     

刚性粒子增韧聚苯乙烯的研究

聚苯乙烯是目前应用比较广泛的通用塑料之一,对其进行增韧改性研究意义重大.作为一种新型的增韧方法,刚性粒子增韧已经越来越受到人们的关注.着重讨论了刚性粒子的增韧机理、影响因素及其在增韧聚苯乙烯塑料中的应用.     

玻璃微珠/环氧树脂胶结型复合材料的刚架-弹簧-阻尼模型

针对玻璃微珠/环氧树脂构成的胶结型颗粒复合材料提出了刚架-弹簧-阻尼模型。考虑到环氧树脂基体的阻尼特性,通过动态热机械分析,得到常温低频下环氧树脂的损耗因子,并应用于刚架-弹簧-阻尼模型。采用有限单元分析方法进行数值仿真分析,得到了玻璃微珠/环氧树脂胶结型复合材料损耗因子随玻璃微珠粒径增大的变化规律。结果表明:随着玻璃微珠粒径的增大,颗粒复合材料的刚架-弹簧-阻尼模型单元计算的损耗因子会逐渐增大,且切向损耗因子要比轴向的大;对整体材料而言,刚架-弹簧-阻尼有限元模型计算的损耗因子也会逐渐增大,其中,按照平面正四边形网格模型计算得到的损耗因子要大于平面正六边形网格模型,即颗粒复合材料的孔隙率越大,材料的损耗因子越大。仿真分析结果与实际材料的阻尼变化规律相符,这种模型是可靠的。      

Simulation of Water-Soil-Structure Interactions Using Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics

In the present work, an incompressible smoothed particle hydrodynamic (SPH) method is introduced to simulate water-soil-structure interactions. In the current calculation, the water is modelled as a Newtonian fluid. The soil is modelled in two different cases. In the first case, the granular material is considered as a fluid where a Bingham type constitutive model is proposed based on Mohr-Coulomb yield-stress criterion, and the viscosity is derived from the cohesion and friction angle. In addition, the fictitious suspension layers between water and soil depending on the concentration of soil are introduced. In the second case, Hooke’s law introduces elastic soil. In ISPH, the pressure is evaluated by solving the pressure Poisson equation using a semi-implicit algorithm based on the projection method and an eddy viscosity for water is modelled by a large eddy simulation with the Smagorinsky model. In the proposed ISPH method, the pressure is stabilized to simulate the multiphase flow between soil and water. Numerical experiments for water-soil suspension flow of Louvain erosional dam break with flat soil foundation, is simulated and validated using 3D-ISPH method. Coupling between water-soil interactions with different solid structures are simulated. The results revealed that, the suspension layers with the Bingham model of soil gives more accurate results in the experiment as compared to the case of the Bingham model without suspension layers. In addition, the elastic soil model by the Hooke’s law can simulate soil hump accurately as compared to the Bingham model. From the simulations, avoiding erosion behind the structure for preventing the structure break during flood are investigated by using an extended structure or a wedge structure.