低造价工程塑料板叠层橡胶隔震支座极限性能研究

采用短切纤维增强工程塑料板作为隔震支座的增强材料，制成低造价隔震支座。与传统隔震支座不同，选用的增强材料强度较低时，低造价隔震支座的极限性能由增强材料的强度控制，破坏形态主要体现为板材的断裂。为了研究该支座特有的破坏形态，进行了轴压和压剪状态的极限性能试验，结合ABAQUS有限元分析，研究不同受力状态下的破坏机理。结果表明:支座轴压的破坏形态为支座中部工程塑料板的断裂，在板材中部产生竖向裂缝，为加劲层拉应力引起的拉断；支座压剪状态下的破坏形态为封板及内部工程塑料板断裂，裂缝在截面上为X形分布，为剪切变形时“翘曲”作用引起的弯曲破坏。利用有限元分析对该支座进行参数优化，建立了不同橡胶层厚度、板厚度及板刚度的3种对比模型，结果表明，减小单层橡胶层厚度、增加板厚度有利于提高支座的极限性能，而提高板刚度则不利。同时，给出了支座性能最优的设计建议。     

绕弱轴弯曲钢框架单元的非弹性二阶分析

框架单元常受绕横截面弱轴的弯矩作用,如空间框架单元、绕弱轴屈曲的压杆等。在某些组合截面柱中,绕弱轴方向的弯矩最大。建立简化模型,研究受轴压且绕弱轴弯曲时钢框架单元的二阶非弹性性能。建立了受轴压且绕弱轴弯曲时工字钢、H型钢的塑性强度公式及切线模量经验公式。切线模量公式可用于计算切线刚度,进而求得内部恢复力。这些公式可用于分析钢构件,并考虑欧洲规范ECCS中提到的残余应力,借助有限元程序,采用这些公式,分析平面框架的非弹性二阶性能。与纤维模型相比,新建立的模型的相关性更好。结果表明:新模型准确度高,能节约大量迭代计算时间,     

隔震橡胶支座拉压刚度在软件模拟单元的研究

隔震橡胶支座受拉是隔震结构的隔震层设计的非常重要的控制参数,本文通过etabs2013分析软件中Isolator1单元和Gap单元并联来模拟隔震橡胶支座,更真实反映隔震橡胶支座的竖向力学性能。本研究通过某一实际工程模型运算,根据支座拉压刚度分配Isolator1单元刚度和Gap单元刚度,分析数据显示新模型的隔震结构Isolator1单元拉应力明显减小,而其他水平性能指标不变。结果表明,该工程并联连接单元验算方法可以应用到隔震结构时程分析中。为实际工程分析提供了一定价值的参考。     

SBS改性沥青隔震支座性能及其应用研究

提出利用SBS改性沥青隔震支座作为村镇民居建筑的隔震装置。通过实验研究了SBS改性沥青隔震支座的竖向性能和水平性能,结果表明该隔震支座具备一定的竖向承载能力且水平滞回曲线饱满,与铅心橡胶隔震支座类似。根据实验获得的性能参数,选择合理的数值模型,采用有限元软件分析了装有SBS隔震支座的一栋三层民居建筑的隔震效果。结果表明虽然在多遇地震条件下SBS改性沥青隔震支座对村镇民居建筑的隔震效果并不明显,但在罕遇地震作用下的隔震功效显著。说明SBS改性沥青隔震支座是一种造价低廉,施工方便,在村镇民居建筑中有应用潜力的隔震装置。     

隔震橡胶支座屈曲稳定性的影响因素分析

采用有限元方法(FEM)对具有较低第2形状系数的隔震橡胶支座屈曲承载力的影响因数进行了分析研究。采用大型通用有限元软件Abaqus建立了隔震橡胶支座的三维有限元模型,橡胶材料考虑Neo-Hookean模型,支座内部钢板采用弹性和理想弹塑性本构关系,影响因数包括支座内部单层钢板厚度、支座内部孔洞直径、内部橡胶剪切模量和支座橡胶保护层厚度。分析结果包括水平屈曲荷载、水平屈曲位移以及支座水平变形时竖向变形。并将屈曲位移FEM结果和规范公式计算结果进行了对比。分析结果表明,内部钢板考虑弹塑性时支座更不利;内部钢板厚度的增加和支座内部孔洞直径的减少,支座的屈曲水平荷载和屈曲位移将增加,但后者影响程度大于前者;内部橡胶G值和橡胶保护层厚度对屈曲水平荷载和屈曲水平位移的影响规律比较类似,在一定范围内有影响,但超过该范围之后,影响程度有限,特别是屈曲水平位移。规范公式计算相对FEM结果而言偏于保守,前者未能考虑支座内部单层钢板厚度及橡胶保护层厚度的影响,有待进一步完善。     

预应力厚层橡胶支座隔震性能研究

针对现有隔震支座的不足,在普通叠层橡胶隔震支座(RB)的基础上,适当增大橡胶层厚度,结合预应力原理,提出一种新型的预应力厚层橡胶隔震支座(PRB)。在模型试验的基础上,建立其隔震结构非线性分析模型,推导了其水平刚度计算解析公式,编制相应的分析程序,分析和研究其工作原理及力学性能;通过时程反应分析,研究了其隔震性能。研究结果表明：PRB是水平变刚度支座,刚度大小与支座的水平位移等有关;它除具有RB的水平隔震性能外,还具有良好的水平限位等性能,地震强度越大,水平限位性能越好。     

尼龙橡胶隔震支座力学性能试验研究

为了研究尼龙橡胶隔震支座力学性能及加强层材料对支座力学性能的影响,设计了3种尼龙橡胶隔震支座,进行了力学性能对比试验。试验内容包括竖向压缩性能试验、水平剪切性能试验和极限性能试验。结果表明:尼龙橡胶隔震支座力学性能稳定,而支座的竖向刚度、水平刚度和阻尼比与加强层材料有关。尼龙橡胶隔震支座竖向极限承载力达20 MPa以上,水平极限剪应变达350%,可以满足村镇低矮房屋的抗震要求。     

低矮砌体结构橡胶隔震支座力学性能研究

数量众多又缺乏抗震措施的村镇民居已成为我国抗震设防的薄弱环节,为解决这一问题,将日趋成熟的橡胶支座隔震技术应用到村镇低矮砌体结构民居中,分析其力学性能和设计方法。针对低矮砌体结构的特点,设计3种规格的橡胶隔震支座,通过拟动力试验研究隔震层在模拟地震作用下的破坏过程和滞回曲线,得到隔震层和支座的等效水平刚度、屈服后刚度、阻尼比等力学性能,分析其在不同强度地震作用下力学性能的变化,并对比支座的力学参数测定值。验证了按照底部剪力法对低矮砌体结构隔震支座进行设计的合理性,得到了适用于村镇低矮砌体结构的隔震支座的力学性能参数,提出了该类支座在地震作用下的破坏机理,并为制订村镇砌体结构隔震技术方面的相关规程提供试验数据和力学分析方法。     

考虑隔震支座竖向变形对基础隔震剪力墙结构的抗侧刚度影响研究

与普通抗震结构不同,由于隔震支座会发生竖向变形,基础隔震结构在地震作用下将会发生一定的刚体转动,进而影响上部结构的侧向刚度,而这种刚体转动在剪力墙结构中表现得尤为明显。采用ABAQUS有限元分析软件对基础隔震双肢剪力墙结构进行了非线性有限元数值模拟计算,建立30个有限元模型,通过改变隔震支座拉压刚度比值、墙体轴压比、高宽比,对比分析了隔震支座竖向变形引起的隔震层转动对双肢剪力墙隔震结构抗震性能的影响。结果表明:增大隔震支座拉压刚度比与轴压比、减小剪力墙高宽比可以减小隔震支座竖向变形引起的上部结构转动;由于上部结构转动的影响,隔震上部结构抗侧刚度明显低于相同条件抗震结构,在工程设计中应引起重视。     

低造价新型橡胶隔震支座力学性能试验研究

本文研究开发一种适用于我国广大村镇砌体房屋的低造价新型隔震装置——聚酰胺纤维板橡胶隔震支座。为了考察新型隔震支座的力学性能,对支座的竖向压缩、极限压缩、水平剪切性能以及加载频率相关性和剪应变相关性等力学性能进行试验研究。研究表明:新型橡胶隔震支座力学性能稳定、隔震效果明显,适合在我国不发达的村镇地区普及推广。     

基于双模量理论的均布载荷下简支梁的解析解及数值分析

放弃平截面假设,利用拉压分区的简化力学模型,导出均布荷载下双模量简支梁的解析解。基于双模量有限元数值迭代技术,引入具有收敛特性的剪切模量,建立同一问题的数值迭代模式,计算了不同拉压模量比值情形下的从浅梁到深梁的弯曲问题,数值计算结果表明,材料的拉压不同弹性模量特性对梁的弯曲应力和挠度有较大的影响。通过解析解计算结果和数值计算结果的对比分析,确定了所给出的解析解的合理适用范围。     

Simple solution for buckling of orthotropic circular cylindrical shells

Most papers dealing with the analysis of the buckling behaviour of orthotropic circular cylindrical shells provide solutions which are complex in nature and difficult to use. In this paper the theory has been developed to the point that relatively simple solutions of a general nature have been formulated. Based on Flugge's linear theory for isotropic cylindrical shells, a general buckling solution under combined axial compression and external pressure was derived. For moderate-length orthotropic cylindrical shells loaded by either external pressure or axial compression, buckling loads are formulated in a simple form.     

Elastic buckling of elliptical tubes subjected to generalised linearly varying stress distributions

The structural behaviour of elliptical hollow sections has been examined in previous studies under several loading conditions, including pure compression, pure bending and combined uniaxial bending and compression. This paper examines the elastic buckling response of elliptical hollow sections under any linearly varying in-plane loading conditions, including the most general case of combined compression and biaxial bending. An analytical method to predict the elastic buckling stress has been derived and validated against finite element results. The predictive model first identifies the location of the initiation of local buckling based on the applied stress distribution and the section geometry. The critical radius of curvature corresponding to this point is then introduced into the classical formula for predicting the elastic local buckling stress of a circular shell. The obtained analytical results are compared with results generated by means of finite element analysis. The comparisons between the analytical and numerical predictions of elastic buckling stress reveal disparities of less than 2.5% for thin shells and, following an approximate allowance for the influence of shear, less than 7.5% for thick shells.     

基于广义塑性铰线法的压弯钢构件极限承载力计算

采用广义塑性铰线法对H形截面钢构件绕强轴压弯区段板件组的极限状态进行了分析,并选用合理假定求解受压翼缘屈曲后达到的极限承载力;分析了表征极限状态截面的应力分布,并研究了周边板件约束与受压翼缘板件厚实程度对屈曲翼缘发展塑性的影响;采用考虑板件屈曲相关的等效荷载法分析了构件截面极限状态应力分布,针对广义塑性铰线法相对于传统塑性铰线法的适用性拓展及其应用现状,分析其存在的问题并做出解答;将计算结果与试验结果及有限元结果进行了对比。结果表明:基于广义塑性铰线法可准确预判构件绕强轴压弯的极限承载力。     

基于简化修正压力场理论的钢筋混凝土柱荷载-变形分析

基于简化修正压力场理论对钢筋混凝土柱抗剪机理进行了分析,并考虑核心混凝土膨胀对箍筋抗剪承载力贡献的影响,计算了骨料咬合作用及受压区的抗剪承载力贡献,获得受拉区和受压区的抗剪强度,从而建立箍筋屈服后柱构件抗剪强度计算方法;结合传统截面纤维分析法,同时引入弯曲变形、剪切变形及滑移变形3种变形分量,在箍筋屈服前对柱构件进行抗弯分析,最终得出压弯剪作用下钢筋混凝土柱荷载-变形曲线,并与所收集的15个钢筋混凝土柱低周反复试验结果进行了对比。研究结果表明:采用该方法计算的荷载-变形曲线与试验骨架曲线吻合较好,对发生弯曲破坏、弯剪破坏及剪切破坏3种不同破坏类型的钢筋混凝土柱均有较好的分析效果,可用于压弯剪作用下钢筋混凝土柱的荷载-变形分析。     

沥青混合料动态弹性模量场模型的建立与应用

为获得能表征不同工况下沥青混合料力学性能的本构方程,采用沥青混合料标准马歇尔试件的单轴压缩试验数据,获得以加载速率和应力状态为自变量的动态弹性模量场模型.基于ABAQUS/VUMAT编写了材料本构的用户子程序,依据试验数据分析了模型的可靠性.分别采用沥青混合料劈裂试验中压头的竖向位移数据和沥青混合料小梁弯拉试验中的弯拉强度数据验证动态弹性模量场模型在不同工况下的通用性.结果表明:采用动态弹性模量场模型的计算结果与不同加载速率下沥青混合料的单轴压缩、劈裂和小梁弯曲等工况下的试验数据吻合较好.动态弹性模量场模型能描述沥青混合料材料参数与受力状态和加载历史的依赖性,可为复杂受力状态下沥青混合料结构的力学分析提供一种方法.     

铝合金结构构件的设计公式及其可靠度研究

对国产铝合金结构进行了一系列试验,包括42个材料拉伸试验、63个轴压构件试验、14个受弯构件试验和45个偏压构件试验;搜集整理了国内已有的试验结果,初步建立起铝合金结构的试验数据库。数据库中包括53条本构关系曲线、205个轴压构件试验点、38个受弯构件试验点和57个偏压构件试验点。采用有限单元法对铝合金结构构件进行了大规模的数值计算,得到了252条轴压构件失稳的稳定系数-正则化长细比曲线、480条弯曲构件弯扭失稳的整体稳定系数-正则化长细比曲线和1920条偏压构件弯曲失稳的相关曲线;并根据数值计算结果拟合出了各类构件的计算公式。最后以试验数据为基础对铝合金结构构件进行了可靠度分析,得出了国产铝合金材料的抗力分项系数,建议了其强度设计值。     

带抗拉装置高层隔震结构振动台试验研究

西昌（9度区）某高层基础隔震结构,其上部为框架-核心筒结构,总高度为58.3m（不计入隔震层）,隔震层采用铅芯橡胶隔震支座。为研究该隔震结构的抗震性能及检验带抗拉装置隔震支座的有效性,进行了缩尺比为1/15模型的模拟地震振动台试验。结果表明,隔震层降低了上部结构的加速度反应,隔震层上加速度放大系数小于0.5,可满足抗震设防烈度降低一度的设计目标;隔震结构的位移集中在隔震层,上部结构的层间位移较小,层间位移角满足规范层间位移角限值要求;隔震层力-位移滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力。罕遇地震作用下,支座出现拉应力,说明隔震结构在高烈度地震作用下存在倾覆的可能性。对角部隔震支座加装抗拉装置后,再次进行振动台试验,结果表明,抗拉装置不会对结构水平向动力特性及支座在正常受压状态下的竖向运动和水平向运动产生显著影响,通过对比证明了其在隔震支座受拉情况下提供的有效抗拉作用。     

不同本构模型对压弯截面分析的模拟

根据混凝土受压应力-应变的常用曲线方程,对压弯截面压区混凝土应力图形进行矩形等效,推导出等效矩形应力图形参数的一般表达式。选取GB50010—2002《混凝土结构设计规范》、欧洲规范以及Hognestad三者建议的应力-应变模型,计算得到各模型的等效参数值,并在此基础上对比分析了各模型截面压弯承载能力理论结果与试验结果的关系。分析表明,3种模型的应力-应变关系对截面承载能力影响不大,欧洲规范模型的理论值略大于其它两个模型的5%;各模型承载能力的理论值与试验结果均吻合较好。     

一种考虑主应力偏转的平移挡墙地震土压力算法

遵循 Mononobe-Okabe理论,考虑墙后破裂体内的主应力偏转,并假设小主应力偏转迹线形状为圆形下段部分的一段,通过转动挡土墙的解析模型,再结合库伦土压力的相关概念得到地震主动破裂角。采用微分薄层法,对墙后滑裂微元体进行应力解析,推导得到平移模式(T模式)下的地震主动土压力的计算公式,并分析了土中各参数以及地震动系数对地震土压力的影响情况。本文旨在改进地震土压力算法,不仅在计算中考虑了主应力的偏转,而且大大简化了地震土压力的计算过程。最后将计算值与前人方法及试验数据进行对比,结果显示本文算法得到的地震主动土压力分布与模型试验数据更为吻合。