柱脚不同连接形式钢框架-摇摆墙结构抗震性能对比分析

增设摇摆墙后框架结构地震下柱脚仍会发生一定程度的塑性损伤,将柱脚设置为铰接或提离后有望减轻上述缺陷。以三层、六层和九层钢框架为基准模型,分别建立柱脚固接、铰接及提离三种框架-摇摆墙结构模型并进行动力弹塑性时程分析,对比各结构最大侧向位移、层间位移角、峰值加速度、层间剪力、墙体剪力和弯矩等;进一步建立耗能连梁固接和铰接的对比模型,研究连梁连接方式对结构抗震性能的影响。结果表明:三层模型中柱脚固接时侧向位移、层间位移角、加速度、层间剪力及摇摆墙墙体剪力的控制效果最优,六层、九层模型中分别对应柱脚提离和柱脚铰接效果最好;摇摆墙墙体剪力图和弯矩图分别呈现“C形”和“反C形”,柱脚固接时墙体弯矩均为最小,与层数无关。柱脚固接耗能连梁两端采用固接最优,柱脚铰接和柱脚提离时耗能连梁两端采用铰接形式效果更优。此分析可为框架-摇摆墙结构进一步推广应用提供参考。

考虑约束作用的混凝土柱耐火试验加载方式研究

为找到一种在构件耐火试验中能有效考虑整体结构对受火构件约束作用的加载方式,建立了2层2跨的钢筋混凝土框架和受火单柱的有限元模型,对比分析荷载比为0.2、0.4和0.6时,恒载、变位移加载、变力加载和交互加载方式下受火单柱与整体结构的内力、变形和耐火极限的差异。研究结果表明:恒载单柱不能准确反映整体结构受火柱的变形、轴力和耐火极限;变位移加载和变力加载在荷载比为0.2时能较好考虑整体结构中的约束作用,在荷载比为0.4和0.6时误差增大也不能准确反映整体结构的抗火性能;交互加载的相对误差随荷载比增大而增大,且最大误差小于20%。恒载、变位移加载、变力加载和交互加载中,交互加载可以较好考虑整体结构中的约束作用,近似达到整体结构试验的效果。

地震作用下城市轨道交通桥梁-轨道系统关键部件易损性分析

为对地震作用下城市轨道交通桥梁-轨道系统关键部件损伤状态进行分析,以上海城市轨道交通11号线高架段为研究对象,通过OpenSees建立梁轨一体化抗震分析模型。选取符合目标反应谱的10条地震波进行调幅,将调幅后的地震波输入抗震分析模型中;选取桥梁支座、钢轨以及轨道扣件作为轨桥系统关键部件,进行增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)并提取对应的IDA曲线,对IDA曲线进行回归分析得到支座与扣件地震概率需求模型数学表达式;提出支座、钢轨以及轨道扣件损伤状态界限值,基于正态分布假设得到支座与扣件不同损伤状态下超越概率,据此绘制易损性曲线。结果表明,罕遇地震作用下钢轨横向残余变形较小,发生轻度损伤概率为0%;当峰值加速度超过0.5g时,支座发生轻度损伤超越概率显著增加,扣件发生轻度损伤的超越概率接近100%;选取不同损伤指标对扣件进行易损性分析时,以位移幅值为损伤指标得到的扣件损伤概率更高;随着地面峰值加速度的增大,扣件有较大概率先于支座发生损伤。

结构非线性阶段反弯点法抗震混合试验研究

针对抗震混合试验边界条件模拟问题,提出非线性条件下框架结构边界条件模拟方法。建立钢框架数值模型进行结构非线性动力时程分析,研究梁柱线刚度比、地震动放大系数、轴压比及长细比4种影响因素下对钢框架柱反弯点位置的影响,并依据数值模拟反弯点分布规律开展反弯点法抗震混合试验,将试验结果与非线性数值模拟结果对比。结果表明,梁柱线刚度比对框架柱反弯点分布规律和底层柱的剪力分配有较大影响,其他因素影响不显著。反弯点法抗震混合试验在结构弹性与弱非线性阶段表现良好,在结构进入较强非线性阶段的位移时程曲线与非线性数值模拟结果较为接近,但在耗能能力上存在差异。

基于子结构等效刚度修正的抗震混合试验方法研究

为了研究试验子结构等效刚度对结构抗震混合试验结果的影响,以结构固有频率设计为基础,并根据振动台的尺寸和承载能力要求设计两榀三层三跨的钢框架模型做地震模拟振动台试验;根据结构的对称特性选取框架底层1/4及1/2结构为试验子结构并利用结构变形协调原理对试验子结构边界自由度进行缩减,设计了双通道作动器协同控制加载技术对试验子结构边界条件进行模拟,最后对所设计的三层钢框架模型进行混合试验,混合试验结果与振动台试验吻合较好,这表明在结构振动台抗震性能试验受限于台面尺寸和承重等因素时,基于子结构等效刚度的混合试验方法可为结构抗震性能分析提供一种有效的途径。

基于抗震混合试验的复合试验子结构加载方法研究

大型结构破坏区域为多个非线性构件组成的复合区域,区域内各个构件的破坏现象和内力分布都存在一定耦联性的问题,对此提出复合试验子结构概念,通过分析反弯点法的基本原理,设计两种基于框架结构反弯点的复合试验子结构边界条件模拟方法,一种考虑多试验单元的大型框架结构,忽略轴压比的影响,并针对反弯点位置改变的情况调整作动器加载模式;另一种考虑结构的重力二阶效应,完整模拟复合试验子结构的边界条件,增加剪力传感器以研究框架柱进入非线性阶段时的剪力分配原理。

三层钢框架结构振动台试验及性能分析

为了更加直观地了解钢框架结构在地震作用下的动力响应,根据相关规范对原型三层三跨两榀钢框架进行1/10非完全缩尺,施加三种地震波输入振动台使钢框架结构进行振动获取其加速度、位移和应变动力响应并进行抗震性能分析,为后续研究结构抗震中结构参数的选取提供参考依据。

基于响应面法与遗传算法的梁式桥有限元模型更新

为了使自主开发的智能健康监测平台产生的海量监测数据利益最大化,在平台中添加结构分析模块,扩大平台的应用范围。针对有限元模型分析的准确性与可靠性,提出一种将响应面法和遗传算法相结合的有限元模型更新方法。首先,根据设计资料建立结构理论有限元模型并确定结构更新参数;其次,采用中心复合试验设计方法获取样本点并计算结构响应;接着,基于逐步回归分析进行显著性检验并利用最小二乘法拟合得到更新参数与特征响应之间的响应面函数关系;最后,联合结构静动力响应构造目标函数,利用遗传算法对其进行迭代优化求解,并将最优解代入理论有限元模型中,从而实现结构有限元模型更新。以简支梁为例,选择以弹性模量和截面惯性矩为更新参数,以频率和位移为结构响应,结合动静载试验结果,对其进行有限元模型更新,验证所提方法的有效性。结果表明:模型更新后的有限元模型计算分析结果与实测值的相对误差大幅度降低,且计算值更加接近于实测值。基于响应面法与遗传算法的有限元模型更新方法可以为智能健康监测平台提供更加准确的有限元模型,对损伤识别和预警评估等模块提供了便利。

基于动力荷载试验的梁式桥损伤识别方法研究

为进一步提高桥梁动力检测试验的结构性能揭示能力,寻找更为高效实用的桥梁结构损伤识别方法,提出了以桥梁结构车致振动响应为源数据,以连续小波变换进行信号处理,利用信号奇异性进行桥梁损伤识别的方法。通过数值模拟分析了桥梁结构在不同损伤情况下的动力响应信号的小波系数值,利用小波系数模极大值迹线进行损伤定位,并计算李氏指数进行损伤程度识别。结果表明,虽然对裂缝间距大小有一定要求,但利用跑车激振试验数据的小波变换处理,能够在不掌握桥梁精确模型信息情况下,不依赖长期监测试验即可较为准确地识别桥梁结构损伤,具有较高的工程实用价值。

基于热点应力法的钢箱梁横隔板焊接节点疲劳性能研究

在运营活载作用下,正交异性钢桥面板的破坏往往体现为各板件焊缝的疲劳破坏。尤其纵肋与横隔板焊接细节的焊址是疲劳裂纹最容易萌生的部位。为了研究该焊接细节的疲劳性能,以苏通大桥为工程案例,建立钢箱梁纵肋与横隔板焊接细节有限元模型。通过采用热点应力法对纵肋与横隔板焊接细节焊缝周围的热点应力进行详尽的数值模拟,在全面分析单元类型与单元尺寸对数值计算结果的影响的基础上,通过现场试验测试对数值计算结果进行对比验证。最后采用热点应力法与名义应力法分别预测该焊接细节的疲劳寿命,并与纵肋与顶板焊接细节对比,结果表明采用热点应力法FAT90计算结果更准确,且该焊接细节相对于其他焊接细节更容易发生疲劳破坏。

震后火作用下钢筋混凝土框架基于火灾荷载密度的易损性分析

针对钢筋混凝土框架的地震易损性分析已经较为成熟,但其震后火次生灾害作用下的易损性分析还尚未深入。采用ABAQUS软件分别建立3层和9层的钢筋混凝土框架有限元模型,选取火灾荷载密度(fire load density,FLD)作为火灾强度指标,对历经地震后损伤的混凝土框架结构进行火灾易损性分析。结果表明:随着地震动强度和火灾荷载密度的增大,钢筋混凝土框架的失效概率呈非线性增长;在相同火灾荷载密度下,历经多遇、设防、罕遇地震损伤后,9层钢筋混凝土框架发生不同程度破坏的超越概率高于3层钢筋混凝土框架;相对于顶层和中层受火,混凝土框架底层受火时发生不同破坏的超越概率相对较大,发生火灾的楼层越高,结构发生不同破坏的超越概率相对越小,可为钢筋混凝土框架的性能化抗火设计与评估提供研究参考。

超大型混凝土冷却塔基础隔震与层间隔震性能对比研究

为研究隔震技术对超大型冷却塔抗震性能的影响,以某混凝土冷却塔为研究对象,利用SAP2000分别建立基础隔震与层间隔震的冷却塔有限元模型,开展了结构动力特性分析和非线性时程分析,与非隔震冷却塔相比,对比分析了基础隔震与层间隔震的隔震效果。研究结果表明:基础隔震技术与层间隔震技术均能有效地延长冷却塔结构的自振周期,降低结构地震反应,第一阶自振周期延长至近3倍,整体平动模态提前至前两阶,扭转模态提前至第三阶。对比基底剪力,基础隔震的减震性能略优于层间隔震;对比相对位移,喉部以上,基础隔震与层间隔震的冷却塔减震效果基本相同,喉部以下,层间隔震的减震效果优于基础隔震;对比加速度放大系数,塔筒各位置处基础隔震的减震效果均优于层间隔震,支柱位置处,与非隔震冷却塔相比,基础隔震的加速度略有放大。研究结果可为冷却塔的减隔震分析提供参考。

新型金属-摩擦阻尼器试验研究及数值分析

传统的屈曲约束支撑通常被设计为在大震作用中消耗能量,小震作用下为该结构提供了抗侧刚度。为了克服这一缺点,结合屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器的工作原理,提出了一种基于屈曲约束支撑和长圆孔摩擦阻尼器串联的新型阻尼器,对该阻尼器进行了低周反复荷载试验,分析了其滞回性能、刚度退化等。试验结果表明:新型金属-摩擦阻尼器滞回曲线饱满,通过设置不同的螺栓预紧力可以使阻尼器达到分阶段能耗的目标。利用ABAQUS数值仿真软件对新型金属-摩擦阻尼器进行了数值分析准确性验证。并通过改变模拟试件屈服比例值,了解屈服比例变化对新型金属-摩擦阻尼器抗震性能的影响。结果表明:数值模拟滞回曲线与试验曲线基本一致;屈服比例的增加对阻尼器刚度退化、滑动承载力有明显影响。

空气阻尼式TMD在人致振动控制中的应用

用空气阻尼取代传统调谐质量阻尼器中的油阻尼形成的空气阻尼式TMD是一种新型减振装置。以控制人致振动为目标,建立人行荷载-简支梁人行桥-空气阻尼式TMD系统运动方程。由于空气阻尼的特殊性,在计算模型中引入Maxwell模型,分析空气阻尼TMD对人行荷载作用下简支梁桥振动控制效果。研究表明,空气阻尼式TMD具有比传统TMD更好的减振效果,当外荷载频率比偏离时,空气阻尼式TMD的减振效果降低,但仍保持在较高的水平,说明其具有较好的控制鲁棒性。

结构健康监测用光纤Bragg光栅温度补偿研究

阐述了光纤Bragg光栅及多光栅温度补偿法基本原理,推导出温度补偿公式。在光纤Bragg光栅应变灵敏系数标定及钢架静力试验过程中进行温度补偿,试验结果显示光纤Bragg光栅温度计能够准确测量温度干扰。

结构主动控制系统时间滞后测量与补偿方法

本文研究了结构主动控制系统时间滞后产生的原因，利用作者建立的结构主动控制系统进行了系统时间滞后测量方法的研究，测量得到了该系统时间滞后的具体数值。在此基础上，研究了时间滞后对控制系统的影响。提出了结构主动控制系统时间滞后的三种补偿方法，即移相法、泰勒级数展开法和预估状态向量法。通过主动控制试验验证了时间滞后补偿方法的有效性。

位移保护下力-控制拟动力试验方法的原理

本文提出了大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验技术新方法 ,即以力控制方式为基础的力 -位移混合控制方法。

布拉格光栅传感器在土木工程中的应用

阐述了布拉格光栅传感器的基本原理及其监测系统的基本构造,对其在土木工程中的应用作了较为详细的阐述,探讨了其应用于土木工程结构中遇到的一些问题及相应的解决方法。

结构模型的AMD主动控制试验

本文介绍了作者研究设计的ＡＭＤ（ＡｃｔｉｖＭａｓｓＤｔｍｐｅｒ装置。采用五层钢框架１：４模型，ＡＭＤ系统安装在模型的顶层，采用多种地震动加速度记录在哈尔滨建筑大学力学与结构实验中心的地震模拟振动台上进行了结构的ＡＭＤ主动控制试验。试验结果表明：ＡＭＤ主动控制系统对结构地震反应的控制是非常有效的。

抗震拟动力试验技术研究

在全面论述拟动力试验技术的基础上．提出了大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验技术新方法，即以力控制方式为基础的力－位移混合控制方法．这种方法能实现大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验．