碳纤维布加固钢筋混凝土梁的动力性能分析

为分析碳纤维布加固钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力性能,对碳纤维布加固钢筋梁的抗力特性进行了分析,建立了爆炸荷载下碳纤维布加同钢筋混凝土梁的应变硬化弹塑性抗力模型.依据所建模型,将结构简化为单自由度体系,采用突加平台荷载,对结构进行了弹塑性的动力响应研究,分析了影响结构动力性能的因素.研究结果表明:在爆炸荷载作用下,碳纤维布改变结构弹性阶段和塑性阶段的抗弯刚度,使结构的自振频率发生了变化,提高了结构的承载力.同时,由于碳纤维布能够改善混凝土梁结构的延性,也能对混凝土结构的承载力产生显著的影响.     

单自由度系统在爆炸荷载作用下的弹塑性动力时程分析方法及应用

对爆炸荷载作用下的单自由度系统运动微分方程进行求解,推导了弹塑性各阶段运动微分方程的通解,由此得到位移、速度、加速度的时程轨迹表达式。通过对表达式进行分析,得到弹性结构系统产生的最大位移及对应时刻的变化规律,以及弹塑性结构系统在塑性阶段及回弹阶段位移及抗力的变化规律。最后将通解法应用于单层抗爆控制室的设计,并与等效静力方法和动力数值积分方法的计算结果进行比较,验证了该方法的准确性和实用性。     

后浇整体式预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌机理研究

为研究后浇整体式预制混凝土(PC)结构的抗连续倒塌性能,设计并制作了两个2跨1/3缩尺后浇整体式PC梁-板子结构模型。试验中采用堆加均布荷载与Pushdown结合的加载方式研究其在边柱失效下的抗力曲线与破坏模式。试验结果表明：后浇整体式PC结构中预制板的整体性较好,开裂主要集中在预制板与梁交界处;在加载过程中PC子结构可有效发展二级抗力机制提供附加抗力;预制板沿短跨布置的子结构抗倒塌性能优于沿长跨布置子结构。随后通过有限元软件LSDYNA进行精细化有限元建模,研究PC子结构去柱后荷载重分配机理和新旧混凝土界面黏结强度对其抗倒塌性能的影响规律。有限元分析表明：预制板结合后浇叠合层可以保证楼板体系的整体性从而提升荷载重分布能力,塑性铰出现在梁端而不是柱端;沿短跨布置预制板与后浇叠合层在加载过程中的平均抗力贡献占比高达54%;新旧混凝土界面黏结强度对结构整体性有一定影响;但是当界面黏结强度降低不超过50%时,对结构的抗力影响不大。     

输电线在冻雨荷载作用下的动力响应

结合雪灾实际,将输电塔-导线体系简化为柔性支承的单根微斜索计算模型,采用变分法,给出导线弹性和塑性阶段运动方程的计算方法,分析比较了冻雨荷载对输电线动力响应的影响,得出冻雨荷载作用下输电线的动力响应较无冻雨荷载作用时大的结论。     

半刚性框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

对一榀单跨两层半刚性框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构进行了低周反复荷载作用下的试验研究。系统分析了结构的受力机制、破坏模式和耗能机理,得到了承载力、刚度、延性及耗能能力等指标,评价了该种结构体系的抗震性能。结果表明：结构在弹性工作阶段主要依靠墙板的剪切机制承担水平荷载,非弹性阶段区格中钢板的对角拉力带为结构提供侧向承载能力;密肋网格的设置有效限制了内嵌钢板的面外变形值,提高了结构的弹性刚度,克服了滞回曲线的“捏缩”效应,减小了钢板的噪音及震颤,显著增强了结构的耗能能力;框架与钢板墙协同工作良好,结构塑性变形能力强,安全储备高,是一种优良的抗侧力体系;破坏模式为各区格中的钢板撕裂,拉力带效应明显,边框架柱脚及边框架梁端形成塑性铰。     

大型钢-混凝土组合楼盖系统的连续倒塌试验与失效机理研究

为研究钢-混凝土组合楼盖系统在连续倒塌工况下的抗力机制和破坏过程,按照中国现行规范设计了1个典型的组合楼盖钢框架原型结构,并从该原型结构中提取出两个单层2×1跨钢-混凝土组合楼盖子结构。分别开展了移除边中柱和角柱侧边柱两种工况下的足尺连续倒塌试验研究,并得到了相应的荷载-位移曲线、破坏模式、裂缝分布等。在移除边中柱时,破坏主要集中在梁端负弯矩区,且峰值荷载出现在梁悬链线抗力充分发展的大变形阶段。而在移除角柱侧边柱时,破坏主要集中在正弯矩区,峰值荷载出现在梁翼缘断裂前的抗弯阶段。两个试件后期承载力的差别主要由梁悬链线抗力引起。组合楼盖系统中楼板受拉薄膜作用的发展不易受边界水平约束条件的影响,但梁悬链线抗力的发展明显受边界水平约束条件的影响。在边柱失效工况下,塑性铰线法可以用来预测组合楼盖系统在抗弯阶段的承载力。     

钢框架-钢板剪力墙结构的抗震性能分析

基于三拉杆等效模型和静力非线性分析方法,利用SAP 2000对3跨钢框架-钢板剪力墙结构进行静力推覆分析。在侧向荷载作用下,通过对钢框架-钢板剪力墙结构的底部剪力-顶点位移关系、层间位移、结构塑性发展、楼层剪力分配等指标的分析,研究梁柱节点采用刚性连接和半刚性连接时整体结构的抗震性能。结果表明:在整体结构处于弹性阶段时,钢板剪力墙承担的水平剪力为楼层剪力的50%,整体结构进入弹塑性状态时,钢板剪力墙结构承担70%~80%的楼层剪力;在侧向荷载作用下,钢板剪力墙最先进入屈服阶段,而后是框架梁端部出现塑性铰,最后部分框架柱端形成塑性铰,符合多道抗震防线的要求,具有良好的抗震性能。     

爆炸地震波作用下深埋圆形隧道的动力响应分析

 深地下结构在爆炸地震波作用下的动力响应是防护工程设计和评估的重要问题,发展适应深部特点的快速计算方法具有重要意义。采用集中质量方法将圆形隧道离散为有限自由度体系,并将爆炸地震波的作用看作一系列作用在集中质量上的动力,利用局部变形理论将围岩的弹性抗力简化为弹性链杆,采用矩阵力法考虑结构在各种内力作用下产生的自身变形和弹性半空间的变形,并据此建立结构动力方程矩阵。通过对结构动力方程的求解,可以得到结构的动力集中系数和结构内力、弯矩、位移等参数。采用所提出的方法计算一个算例,分析围岩等级、荷载作用位置、正压作用时间以及入射波角度等因素对隧道衬砌结构动力响应的影响。     

内嵌墙板钢框架等效多杆模型研究

等效单杆模型在弹性阶段可以较好的模拟内嵌墙板钢框架结构中内嵌墙板的作用,但当结构进入塑性后,等效单杆模型将无法真实反映整体结构的响应.为此,根据轻质内嵌墙板在侧向水平荷载作用下的变形及应力分布规律,提出了可用于内嵌墙板钢框架结构弹塑性分析的等效多杆简化模型,并根据精细化的实体模型分析结果对该模型的可行性和有效性进行了验证,确认等效多杆模型可以准确地模拟地震荷载作用下内嵌墙板钢框架结构的抗震性能.     

结构静力非线性分析与弹塑性时程分析结果的统计关系及残余变形计算

选取100条地震波并标准化为地面峰值加速度为0.1g～0.5g的地震波,采用Takeda和Kinematic恢复力模型对单自由度体系进行弹塑性时程分析;同时使用100条地震波获得的不同阻尼比的弹性加速度反应谱,基于Takeda、Kinematic模型,采用欧洲规范的方法,对单自由度体系进行静力非线性分析;建立静力非线性分析结果与弹塑性时程分析结果的统计关系以及单自由度体系残余变形与最大塑性位移的统计关系。分析表明：弹塑性时程分析结果的平均值与静力非线性分析结果的关系在一定程度上受地面峰值加速度和结构自振周期影响,基本不受结构刚度退化比影响;基于Takeda和Kinematic模型的静力非线性分析结果略低于弹塑性时程分析结果的平均值,而基于欧洲规范方法的静力非线性分析结果则高于弹塑性时程分析结果的平均值;残余变形与最大塑性位移的关系明显受地面峰值加速度和结构刚度退化比的影响。     

土-桩-偏心结构相互作用体系振动台试验研究

为研究土与结构动力相互作用对偏心结构地震反应的影响规律,改进现有抗震设计,采用振动台试验方法对某单层偏心结构模型在刚性地基与桩筏基础条件下进行对比试验,对模型制作材料力学性能进行了测试,分析和比较了偏心结构位移响应组成关系。结果表明：地基刚度对结构自振特性的影响主要表现为振型间耦联反应程度的降低和体系阻尼比的增大;地基对基础的约束能力影响了上部结构振动反应的大小与组成,考虑相互作用的偏心结构平扭变形幅度降低,总位移反应增大;结构应变反应振动频率降低,振动持时缩短,场地土的阻尼特性加快了结构振动能量的耗散;当偏心率较小时,结构主要表现为单自由度体系变形特征,扭转耦联效应随之减弱。试验结果为后续理论研究提供了依据。     

对称双塔连体结构采用粘滞流体阻尼器的消能减震分析

根据双轴对称双塔连体结构在水平地震作用下的受力和变形特点,在连体位置设置斜向粘滞流体阻尼器对结构进行消能减震。分析了结构各种响应随阻尼系数的变化情况,结果表明存在一个最优的阻尼系数使得结构的响应取得最小值。在对阻尼系数进行优化的基础上,详细研究了结构在小震和大震下的减震效果,计算表明,在采用最优阻尼系数的条件下,结构的最大层间剪力、层间相对位移和楼层位移等各指标都有较好的减震效果。但在大震作用下,由于结构进入塑性后本身的阻尼比增加了,阻尼器的耗能比例相对降低,其减震效果没有小震时明显。     

修正Clough滞回模型下的地震力调整系数

采用反向加载时刚度退化的修正克拉夫(Modified-Clough,MC)滞回模型,计算了单自由度体系(SDOF)在四类场地下各74～106条地震波输入后的弹塑性动力时程响应,得到了不同自振周期、延性、阻尼比和后期刚度系数等参数组合下的地震力调整系数R。结果表明,影响R的决定性因素是结构的延性,延性越大R越大;阻尼比、后期刚度对R的影响是第二位的,而且只在短周期范围内比较明显。对R谱的横轴做标准化处理后,较好地保留了R谱在特征周期处的峰值特征,并提出了R的计算公式。为了分析耗能能力、刚度退化的影响,将延性和耗能能力作为两个独立变化的因素,分析了理想弹塑性(EPP)、剪切滑移(SSP)和无任何耗能能力的双线性弹性(BIL)模型下的R谱,与MC滞回模型下的R谱一起相互之间进行了对比。结果表明,在延性保持相同的情况下耗能能力在中长周期结构中对地震力调整系数几乎没有影响,这一结论对美日等国近几年引入一些注重延性而不单纯看重耗能能力的细部构造提供了理论解释。在中等周期范围内,刚度退化的MC结构比EPP结构的强度需求反而要小。     

常幅循环荷载作用下岩石的滞后及阻尼效应研究

通过花岗岩常幅循环加载试验,分析岩石的非线弹性滞后特性。卸载阶段,应变相位滞后于应力相位,加载阶段,应变相位可能滞后、相等或超前于应力相位。研究结果表明,加卸载中阻尼效应的差异引起变形曲线的畸形,变形-时间曲线变成一条上宽下窄的非正弦曲线,而塑性变形的累积使平均应变水平线逐渐上移,因此出现应变相位超前于应力相位的现象。基于应变相位与应力相位的关系,探讨滞回圈可能存在的形态,若应变相位始终滞后于应力相位,滞回圈呈椭圆形;若加载段中应变相位超前于应力相位,则呈新月形;若既有滞后又有相等和超前的情形,则呈长茄形。将岩石视为黏弹塑性材料,讨论动弹性模量和阻尼比的计算方法,给出两者的修正计算式。利用试验数据分析动弹性模量和阻尼比的演化规律,结果表明,动弹性模量的演化与应力水平密切相关,成线性或倒S型发展规律;而阻尼比则取决于动弹性模量以及滞回圈面积的大小,演化曲线呈U形或L形。     

Response of SDOF bilinear elasto-dynamical models of cracked concrete beams for El Centro earthquake

Investigated herein are the dynamic responses of three different single degree of freedom (SDOF) bilinear dynamical models of a cracked concrete beam subjected to the El Centro earthquake. The first model is an equivalent unilinear model while the other two models have different stiffness values but differ from each other in the dependence of their damping coefficients on the sense of amplitude. All three models have the same natural period. The three models have been found to predict different response spectra for the same bilinear dynamical system. The effect of constant loading on the dynamical response of the concrete structures subjected to sinusoidal and random loading has been found to be significant for more flexible structures. Implications of these theoretical predictions for seismic design of concrete structures are discussed.     

Torsional buckling behaviour of stiffened cylinders under combined loading

In this study cylindrical boundary conditions for finite element analysis are formulated that allow torsional displacement and buckling of a sector of a cylinder of half axial height, and of a circumferential arc angle that will divide into 360°. Finite element tests are carried out on un-stiffened elastic cylinders to verify the method of analysis against classical elastic torsional buckling theory.Elastic–plastic limit point finite element tests are carried out on ring and stringer stiffened and stringer stiffened cylinders to investigate the effects of stiffeners on post-buckling behaviour in torsion.A stringer stiffened cylinder is subjected to many combinations of axial force and surface pressure in the elastic range of response and then tested to failure in torsion to investigate the effects of axial and surface pressure loads on the resistance to plastic collapse in torsion.     

循环载荷作用下煤样能量转化规律和声发射变化特征

 利用TAW–2000 kN三轴试验系统和SH–II声发射系统,对循环载荷下煤样能量转化规律和声发射特征开展研究。试验结果表明：通过煤样破坏形态和循环曲线规律,c05破坏瞬时突然崩裂,c06曲线破坏前出现明显塑性跳跃,c08局部失稳累计成扰动破坏,破坏时曲线不断波动。从能量转化角度分析失稳前兆,一次初判通过耗散能加速增长,弹性能达到峰值及弹性能量指数达到极大值,二次终判通过弹性能不变,塑性能增加。随着循环载荷的增加,耗散能整体呈现上升趋势。通过阻尼比评价煤样抗震性顺序为c06＞c08＞c05,结论与单轴抗压强度一致。以径向弹性能和体弹性能均呈现降低趋势和径向塑性能和体塑性能均呈现升高趋势作为失稳判据有一定参考。加载阶段声发射计数峰值呈现倒“梯形”,卸载阶段声发射计数峰值呈现递减趋势。循环载荷加载前期Kaiser效应明显,后期Felicity效应明显。通过加载阶段和卸载阶段声发射特征参数变化规律可知,塑性能可以利用加载阶段声发射计数和能量表征,耗散能可以利用卸载阶段声发射计数表征;通过循环加卸载声发射特征参数变化规律,声发射累计计数与塑性能呈现一致规律,耗散能和声发射能量规律性一致。通过声发射能量突升和声发射幅值的突降来预判煤岩的失稳。     

弹塑性结构的位移比谱

本文从单自由度体系弹塑性反应的计算研究人手,探讨了弹塑性结构最大位移反应与相应弹性结构的最大位移反应之间的关系,找出了有关规律。采用统计平均的方法,作出设计用的弹性位移谱及弹塑性位移比谱,从而可以在已知弹性位移的基础上,方便地求得弹塑性位移反应。本文还讨论了地面加速度峰值与结构屈服限变化对结构弹塑性最大位移反应的影响,找出了其间关系,从而使在计算弹塑性位移反应时,仅计算某一烈度区内的值即可,其他区域,可通过有关规则确定。     

Vibration control of structures using adjustable slippage elements

A new method for passive control of structural vibrations is introduced and investigated. The method is based on providing nonlinearity to the stiffness of a structure by installing elements with adjustable slippage in the proper locations. An adjustable slippage element (ASE) is a mechanical link with a two-branch elastic force–displacement response. The slippage threshold, which is the transition point between the two branches, can be adjusted within a relatively broad range, and can thus control the shape of the force–displacement curve of the element. An ASE can be used to rearrange the elastic restoring forces in the structure protected, and can be used separately or in combination with other passive control systems such as conventional damping devices. A structure equipped with such elements may gain enhanced dynamic performance, because the ASE redistributes elastic and plastic deformations, decreases force transmissibility, and improves resonance escape properties. These effects are achieved by separating the characteristic displacement within the ASE device among four prestressed elastic springs. The relative deformation between these elastic springs is controlled by their designed stiffness and also by the level of prestressing. The latter also controls the value of the slippage threshold of the device. The present study investigates the behavior and effectiveness of the proposed elements by considering a single-degree-of-freedom (SDOF) system equipped with an ASE and subjected to harmonic loading and earthquake base excitation.