钢-混凝土混合结构振动台试验的弹塑性损伤分析

通过LS-DYNA程序,二次开发了钢材和混凝土单轴弹塑性损伤本构模型,其中钢材损伤模型采用混合强化准则,可考虑材料的Bauschinger效应;混凝土损伤模型定义了拉、压两个损伤指数,能较为准确地模拟混凝土单边效应、箍筋约束效应等。结合程序中基于显示算法的纤维单元,建立了结构整体数值分析模型,并通过一个缩尺比例为1∶4的3层钢-混凝土混合结构模型振动台试验,验证了数值分析模型的分析精度,数值模拟得到了模型结构的损伤发展过程。此外提出一种通过实测应变反演应变测试部位材料的应力和损伤发展的方法,研究表明,应变反演能充分利用应变测试数据,获得材料应力和损伤发展过程,并对结构的性能退化进行评估。     

钢筋混凝土分体柱理论与技术

在钢筋混凝土高层建筑结构中,由于柱轴压比的限制,框架柱的截面大、剪跨比小,在结构底部经常形成短柱甚至超短柱,短柱延性差,地震时易发生脆性剪切破坏而导致结构破坏甚至倒塌。钢筋混凝土分体柱技术就是采用隔板将矩形短柱截面劈分成2根或4根独立配筋的等截面单元柱,使短柱的剪跨比扩大一倍,直接变短柱为“长”柱。系统地介绍了钢筋混凝土分体柱理论与技术,包括分体柱的承载力和抗震性能、分体柱框架梁柱节点的抗震性能、分体柱框架的抗震性能以及设计和施工建议等理论、试验和应用研究。创新成果表明,分体柱会使柱的抗弯承载力稍有降低,抗剪承载力保持不变,而变形能力和延性显著提高,且柱的破坏形态由剪切型转变为弯曲型,实现变短柱为“长”柱,从而从根本上改善了钢筋混凝土短柱的抗震性能,提高了钢筋混凝土高层建筑结构的抗震安全性。研究成果获得了天津市科学技术进步一等奖、国家发明专利和国家实用新型专利,为钢筋混凝土分体柱技术在钢筋混凝土高层建筑结构抗震设计中的应用提供了可靠的理论基础、试验依据和工程实例。     

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%。     

考虑震源和场地特征的近断层地区竖向地震动合成研究

近断层高风险条件下的结构安全性日渐受到重视,该文建立了一种考虑震源特性的近断层竖向地震动人工合成方法。建立了以断层类型、震级、断层破裂顶部埋深、断层距、场地剪切波速为参量的地震动预测模型,考虑模型参数相关性并保留其变异性,使模拟的地震动可反映实际近断层地震动的最不利效应(强度与频率非平稳、模型参数的变异性);绘制残差图分析了统计效果,验证了回归所得参数的显著性;对比分析了所提模型与前人成果的模型参数差异,以及人工合成地震动与实际地震动时程、反应谱的吻合程度,验证了所建立的方法的准确性、合理性。该文所提方法参数少(仅7个参数,可考虑强度和频率非平稳性);与乘系数法相比,该文方法模拟的地震动特性更符合竖向记录统计规律;可与目前已有的水平分量地震动模拟方法联合构成三维近断层地震动模拟方法,用于地震风险等级高的结构抗震设防分析与设计,也可在匮乏实际地震动记录的地震风险相近地段替代使用。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短柱在反复荷载下的受力性能试验研究

对碳纤维布加固钢筋混凝土短柱在反复荷载作用下的受力性能进行了试验研究 ,探讨了轴压比、碳纤维加固量、配筋率和加载顺序对碳纤维布加固钢筋混凝土短柱的破坏特征、受力性能及破坏机理的影响 .试验表明 ,碳纤维布加固钢筋混凝土短柱具有良好的荷载—位移滞回性能 ,能有效提高钢筋混凝土短柱的抗震性能 .     

高层建筑地震反应的优化阻尼器控制

本文对高层建筑地震反应进行优化阻尼器控制研究。文中首先简述了阻尼器控制的原理，提出了便于实际应用的阻尼筒控制系统。由于阻尼控制器的显著阻尼水平，使得建筑具有非经典阻尼分布，因而采用复模态方法进行模态分析，研究了阻尼控制器的参数及其在建筑上的安装位置对建筑复模态的影响。在地震反应分析中，提出了子空间复模态时程分析方法，有效地改善了复模态方法在非经典阻尼结构地震反应分析中的应用。对阻尼器的阻尼参数进行了优化分析，并对一个８层建筑的地震反应施加阻尼器控制，结果表明，优化阻尼器控制显著地降低了建筑的地震反应。     

三维隔震钢框架结构及内部非结构构件地震易损性研究

该文以三维隔震钢框架结构为研究对象，提出上部结构、隔震支座与滑移型设备、倾覆型设备、吊顶三类非结构构件的抗震性能量化指标，基于增量动力分析，从结构与非结构2个方面研究三维隔震结构地震易损性。基于研究案例，结果表明：三维隔震结构与水平隔震结构的结构易损性接近，两者在远场地震时结构易损性低于非隔震结构，但高强度近场地震作用时由于过大的支座位移则可能高于非隔震结构。如9度罕遇地震作用时，三维隔震结构与非隔震结构对应立即使用状态的超越概率分别为90%、80%。三维隔震结构中滑移型设备的易损性低于非隔震结构，略高于水平隔震结构。三维隔震结构与水平隔震结构均可有效降低倾覆型设备的倾覆概率，在PGA为0.8 g时倾覆概率仅为7%，且前者相比后者可显著降低倾覆型设备的摇摆角。非隔震结构与水平隔震结构中吊顶地震易损性均较高，而三维隔震结构可显著降低吊顶的易损性，近场8度罕遇地震作用下吊顶对应充分运行的超越概率仅为1%。