混凝土内部受压力学性能试验与本构分析

为了精准测量受压混凝土内部应力-应变关系,通过在丙烯酸树脂杆上布置电阻式应变片,测量得到混凝土试块内部应变,研发大量程微型土压力盒实现混凝土内部应力测量。将相关测试装置预埋在混凝土试块内部,完成混凝土试块单轴压缩试验,获得精准的混凝土内部应力-应变关系数据。结果表明,混凝土内部本构模型相对于传统本构模型具有良好的延性,且峰值强度远高于传统本构模型。结合国内外几种具有代表性的混凝土本构方程对试验进行了有限元模拟,针对应力-应变曲线、峰值强度及峰值应变进行了对比分析。分析结果表明:实测的混凝土内部应力-应变曲线合理准确,相关测量方法具有良好的精度和可行性;基于我国规范模型的有限元模拟结果与试验结果吻合最好,可进一步推广使用。

框架-分布双段摇摆芯筒-核心筒体系调谐减震机理及性能研究

为了减小传统框架-核心筒(FCT)结构体系筒体围合面积,进一步提高结构的经济性,提出框架-分布芯筒-核心筒(FDCT)高层结构体系;将分布芯筒与摇摆体系相结合形成框架-分布摇摆芯筒-核心筒(FDRCT)结构体系,旨在控制结构的变形模式。为了降低高阶振型对高层结构的不利影响,进一步提出具有调谐减震性能的框架-分布双段摇摆芯筒-核心筒(FDBRCT)结构体系。建立各结构的动力学模型和方程,并进行平稳随机振动分析,初步证明FDBRCT结构可以更为有效地降低结构的动力响应。对比FCT,FDCT,FDRCT以及FDBRCT结构的时程分析结果,FDCT结构由于刚度被削弱导致抗震能力下降,FDRCT改善了结构变形的不均匀程度,上部楼层加速度有所减小但顶层位移会增大。相较于FDRCT结构,FDBRCT结构的层间位移角最大值明显减小,变形更加均匀,适当降低了顶层位移响应以及内力需求,具备调谐能力的分布双段摇摆芯筒使FDBRCT结构在提高经济性的同时兼具更为优越的抗震、减震性能。

既有钢筋混凝土框架结构的多指标云模型地震损伤评估

目前的既有钢混结构地震损伤研究没有同时考虑不同抗震设计规范差异和耐久性两个因素对结构抗震性能的影响,且损伤指标较简单,在动力损伤分析中也存在局限。基于云模型的特点,提出了包括弹塑性耗能差率、刚度损伤指数、层间位移角和顶点位移角的多元结构损伤状态综合评估方法,能够同时考虑结构各损伤指数的随机性和模糊性。考虑不同版本抗震设计规范造成的结构性能差异和耐久性下降对结构性能的影响,设计3个典型五层钢混框架结构,进行增量动力分析,验证损伤评估方法的准确性。结果表明:随着抗震规范版本的更新,结构的损伤程度有适当减轻;同一结构的损伤程度因混凝土碳化作用先减轻后加重;采用弹塑性耗能差率表征既有结构的地震损伤效果优于刚度损伤指数;基于多指标云模型损伤评估方法获得的云模型综合隶属度和综合损伤值能够更加细化和精确地描述结构损伤状态。

震损钢混柱的裂缝宽度计算理论及性能分析

针对目前裂缝宽度在计算和测量中存在的不足,提出基于黏结滑移理论的斜裂缝宽度计算方法。针对实际在役构件所受荷载不能确定和裂缝宽度无法准确计算的局限,提出分别根据弯曲变形量和剪切变形量计算钢筋混凝土柱的横向裂缝和斜裂缝宽度的计算方法和流程。在此基础上,考虑地震下钢筋混凝土柱受压弯剪共同作用的真实状态,建立位移与裂缝宽度的理论关系,提出根据水平总位移计算最大裂缝宽度的方法和流程。试验分析表明,在压弯剪复合受力状态下,根据所提方法计算钢筋混凝土柱的最大裂缝宽度具有较高的准确性,能够反映裂缝宽度随位移增长的动态演变过程,且可根据横向裂缝以及斜裂缝的数值比例判断钢筋混凝土柱的破坏模式。

采用动力响应推演及耗能差率的震损结构损伤演变快速评估

准确且切实可行的损伤评估方法可对震损结构的损伤程度进行量化,并为结构修复加固提供有效指导。针对实际工程条件以及已有损伤评估或识别方法在精度和可行性方面的不足,在传统弹塑性耗能差损伤评估方法上提出通过剪力比值消除质量影响的广义损伤评估方法,仅以地震信号和结构动力响应即可实现对结构损伤的动态评估。在此基础上,提出用前震信号和Kalman滤波识别技术推演结构理想弹性响应,并利用主震信号实现结构整体和楼层损伤快速评估的方法。以钢混框架结构为例进行验证,结果表明:所提出的震损结构整体及层间损伤评估方法能够准确反映结构损伤的动态演变过程以及薄弱层的分布。与传统弹塑性耗能差方法以及基于频率变化率的损伤评估方法对比,所提方法具有良好的工程实用性,可为实际震损结构损伤快速评定提供有效支持。

框架-分布摇摆芯筒-核心筒结构体系减震机理分析及应用

传统的框架-核心筒(FCT)结构体系在保证抗震性能的情况下存在布局不灵活和经济性不足等局限。提出框架-分布芯筒-核心筒(FDCT)高层结构体系,其具有三道抗震防线。为了协调控制层间位移,将其进一步改进为框架-分布摇摆芯筒-核心筒(FDRCT)高层结构体系。建立FDCT结构和FDRCT结构的简化动力模型,并进行频域动力分析和地震动随机分析,探究影响减震效果的主要参数,证明FDRCT结构相比于FCT结构具有更好的减震效果。对典型的FCT结构进行设计调整,建立相应的FDCT结构和FDRCT结构,并进行弹塑性时程分析。结果表明:相对于传统方案,由于FDCT结构刚度较小,地震作用下其位移将适当变大;虽然FDRCT结构的最大层间位移角和顶部位移会略有增大,但层间变形分布更加均匀,限制了薄弱层的出现,且结构加速度响应有所下降。适当增大分布摇摆芯筒的质量可使结构变形更加均匀。分析表明:FDRCT结构既可以提高结构的经济性又具备良好的抗震减震性能,具有良好的工程应用价值。

地震动广义动力放大系数谱及其特性研究

传统地震动力放大系数谱是根据地震动最大加速度和结构最大加速度而确定的,没有充分虑及时域非平稳性。通过比较不同周期结构最大反应出现时刻和地震动峰值出现时刻,验证极大峰值对结构反应同样有重要的作用。提出考虑若干极大峰值作用的等效动力放大系数谱的概念,计算不同场地类型下的统计谱并验证其保守性。鉴于考虑频域非平稳性的动力放大系数标准差谱的合理性,计算相关统计谱并确认其在长周期段谱值较高。综合考虑传统谱、等效谱和标准差谱的特点,基于三种谱外包络提出具有足够的保守性的广义动力放大系数谱的概念。建立广义动力放大系数谱与传统谱的比值拟合公式。通过算例验证按广义动力放大系数谱进行结构抗震设计或验算具有更高的安全性。

面向可恢复能力和性价比的结构减震阻尼器类型择优

现有的减震结构减震率和阻尼器性能评价方法限于评价指标不够丰富且未考虑主余震及结构可恢复能力等因素具有较大的局限性。通过构建“主震-余震-余震”的时程序列反映主余震效应,使用结构能量损伤指数和多种减震率评价指标量化阻尼器性能,基于考虑主余震效应、时间成本和经济投入的修复定额提出可恢复能力计算方法。在此基础上提出减震结构阻尼器性价比评价方法,并实现黏滞阻尼器、防屈曲支撑和金属阻尼器等不同阻尼器类型的对比和择优。通过算例对以上指标和方法进行验证,结果表明:考虑结构可恢复性并对减震结构损伤构件进行修复的工况能够充分发挥阻尼器性能,性价比远高于仅考虑主震的结构;在给定目标减震率下,虽然黏滞阻尼器的减振率优于防屈曲支撑和金属阻尼器,但3种阻尼器综合性价比排序为:金属阻尼器、防屈曲支撑和黏滞阻尼器,按性价比选择阻尼器更全面客观。

考虑残余变形的震损框架结构性能评估及维修优化策略

针对实际震损结构可测信息有限、修复加固过程难以模拟以及修复加固后结构性能不易评估的现状,建立梁柱构件端部曲率与顶部位移的关系,厘清残余位移、位移、曲率、损伤指数之间的关联,提出在有限元中模拟构件修复加固的方法和流程以及根据不同损伤物理量对构件损伤进行量化的方法。根据不同的损伤物理量以及修复策略对钢筋混凝土震损结构进行快速修复,对修复后的结构抗震性能进行评估并进行地震易损性分析。结果表明:对震损结构进行快速修复能够有效降低结构再遇地震时发生严重破坏和倒塌的风险;在不同的损伤物理量中根据残余位移角量化构件损伤,并指导震损结构快速修复能够最大限度提高结构抗震性能;相对于择件修复策略,择层修复具有更好的效果。

基于裂缝分形特征的钢混梁疲劳损伤精细评估

为了改进传统损伤检测和识别方法在精度和实用性等方面的不足,基于分形理论和图像处理技术,提出提取桥梁关键部分表观裂缝特征和分形盒维数的方法,通过建立表观裂缝分形维数和典型力学参数之间的函数关系实现损伤评估。为了验证该方法的有效性,开展T型钢筋混凝土简支梁的疲劳加载试验。采用分形理论建立不同疲劳加载和损伤状态下的裂缝分形维数与跨中挠度、一阶频率和静动刚度等实测参数的函数,明确分形维数与损伤指数的匹配关系。结果表明,基于分形维数的损伤评估具有良好的准确性和鲁棒性,可以通过传统物理参数与裂缝分形维数的稳定函数关系对桥梁疲劳损伤进行精细化评估。

小区开放对道路交通的影响

随着住宅街区制的推广,居民对"小区开放可缓解交通状况"的争议越来越大。为分析小区开放后对道路通行状况的影响,从小区的位置、面积和类型出发,建立道路网络系统脆弱性模型,通过对节点度方差和介数中心性的计算,分析小区是否适合开放。

基于事故树进行的高校学生宿舍火灾安全隐患分析

高校宿舍作为人员密集区,防火工作是重中之重,采用事故树分析法,利用科学准确的方法分析了高校宿舍存在的火灾隐患,并对降低隐患提出了可行性建议,对于高校宿舍火灾防范提供了帮助。

约束混凝土受压力学性能实测及修正本构模型

现有的约束混凝土本构模型并非依据直接测试数据构建,需要验证和修正.为了精准量测约束混凝土内部应力,研发微型大量程土压力盒.利用嵌入在树脂杆内的应变计测量混凝土内部应变.将相关传感器预埋在钢筋混凝土棱柱体试件内部不同位置,最终完成轴压试验,获取约束混凝土真实的应力-应变数据.对约束混凝土中不同位置的应力-应变数据进行综合处理,得到等效应力-应变曲线,并据此对传统约束混凝土本构模型进行修正.通过对试件的有限元模拟分析初步验证修正约束混凝土本构模型的准确性.通过钢筋混凝土柱静力加载破坏试验数据及有限元模拟进一步验证修正本构模型和所采用测试技术的精准性.

基于偏相关模型分析化学元素对螺纹钢性能的影响

螺纹钢性能受C、Mn、Si、P等多种元素的影响,为具体分析化学元素对螺纹钢性能的影响,根据大量实验数据建立偏相关模型进行分析,得知影响螺纹钢屈服强度及抗拉强度的主要元素为Si等;影响伸长率的主要元素为Cr,Ni等。

纯净水公司桶装水配送模块化系统

随着计算机网络的迅速发展,信息化和模块化系统在现代物流业中的应用日益广泛,起到了方便使用与管理的作用。基于这一趋势,为纯净水公司设计了一种桶装水配送模块化系统,通过模块整合,实现了桶装水预定与配送全过程的信息化,特别是系统实现了最优配送路线的自动规划,极大提高了公司运营效率,降低运营成本,提高客户桶装水预定体验。

钢管混凝土柱-钢连梁耗能墙设计方法及抗震性能试验

针对多高层钢框架结构中的钢筋混凝土抗侧力墙体在地震作用下损伤集中、材料利用率低、延性及耗能效果均不理想的问题,提出一种钢管混凝土柱-钢连梁耗能墙,并优选出强柱弱梁型墙体与强梁弱柱型墙体两种墙体构造形式,推导了两类墙体的构造条件与关键性能参数理论计算方法,通过试验与有限元模拟相结合的方式对比了两类墙体的抗震性能,同时对提出的设计和性能参数计算理论开展验证。研究结果表明:强柱弱梁型墙体可以实现分布式均匀耗能,其等效黏滞阻尼比系数峰值大于0.3,位移延性系数大于8,其抗震性能显著优于强梁弱柱型墙体的;所提出的墙体设计原则及关键性能参数计算方法具备良好的有效性和准确性。

基于新型损伤变量的多尺度改性混凝土性能分析及评定

考虑普通混凝土在性能上存在的天然缺陷,提出在“纳米-微米-毫米”多个尺度上采用不同级别外掺材料改善混凝土性能的设计理念.基于该理念,选用碳纳米管、碳酸钙晶须、聚乙烯醇(PVA)纤维、钢纤维和橡胶颗粒设计并完成多组多尺度改性混凝土的单轴压缩试验.结合目前损伤本构的研究不足,从耗能角度提出基于能量法的损伤变量和损伤本构.为综合评估混凝土力学性能,提出考虑混凝土抗压强度的修正损伤变量.分析结果表明:碳纳米管、碳酸钙晶须、PVA纤维和钢纤维的掺入能够有效改善混凝土的力学性能,而橡胶颗粒的掺入会导致混凝土抗压强度大幅降低;与基于Weibull分布的损伤变量和损伤本构相比,基于能量法的损伤变量和损伤本构能更真实反映混凝土的损伤状态和性能特征;采用修正损伤变量对混凝土综合力学性能进行评估得到的结果合理可信.

设置高延性水泥基复合材料后浇区的墙-梁平面外节点抗震性能试验及损伤分析

为研究设置高延性水泥基复合材料(ECC)后浇区的墙-梁平面外节点的抗震性能,考虑墙内钢筋预埋方式、节点区钢筋连接方式、剪跨比、板宽度等因素,设计了7个装配式节点及1个对比节点并进行了拟静力试验,得到该类节点的破坏形态、滞回性能、承载力、刚度退化、耗能能力等,并采用四种损伤模型对其损伤演化过程进行分析。试验及损伤模型分析结果表明:节点以梁端弯曲破坏为主,墙破坏轻微;后浇区采用ECC可以有效提高节点的延性与承载力;墙内钢筋采用双层预留焊接锚板的连接方式优于采用横向钢筋约束;后浇区内钢筋采用弯起钢筋搭接、弯钩钢筋连接、套筒连接等形式均能有效传递钢筋应力;弹塑性耗能差模型能较好反映加载过程中节点的损伤状态,应用方便且计算结果更为精确。

考虑设计标准差异及耐久性的老旧建筑结构地震易损性评估

在目前的老旧钢筋混凝土框架结构的地震易损性研究中,没有同时考虑不同抗震设计标准差异和耐久性两个因素对结构抗震性能的影响,且表征结构易损性的损伤指数在阈值范围和动力分析中存在局限。有鉴于此,针对不同抗震设计标准造成的结构性能差异,同时考虑混凝土碳化和钢筋锈蚀对结构性能的影响,并根据结构已服役时间对老旧建筑结构的地震作用取值进行调整,构建了3个典型5层钢混框架结构建筑,建立相应的有限元模型并进行增量动力时程分析,采用弹塑性耗能差率和最大层间位移角表征结构损伤并进行地震易损性分析和对比。结果表明:随着抗震设计标准的提升,结构的设计抗震能力有较显著提高而易损性有一定的下降;同一结构的地震易损性因混凝土碳化作用先降低后增加。采用弹塑性耗能差率表征既有建筑结构的地震易损性效果优于最大层间位移角。