面向均匀损伤的RC框架结构抗震优化设计方法

RC框架结构在地震作用下多出现局部楼层损伤明显或抗力不足问题,通过对抗侧力构件性能的合理优化可实现各楼层损伤程度相近的设计效果,消除薄弱层,达到更为理想的均匀损伤分布模式。提出RC框架结构的均匀损伤设计方法,以各楼层损伤指数相等或相近为优化目标,各层框架柱配筋率为优化变量,通过智能算法与有限元平台协同计算技术,实现RC框架结构均匀损伤优化设计,并采用弹塑性时程分析和IDA方法对优化效果进行验证分析。结果表明,通过智能算法优化框架柱配筋方案可以有效调控结构各层损伤程度,不同地震波作用下结构最优配筋率分布是不完全相同的,并且框架柱的最优配筋率分布也未呈现明显的统计规律,但将不同地震波下优化结果的均值作为框架柱配筋方案可以提高结构抗震能力,该优化方法合理有效。

基于改进Smith预估器的振动台子结构试验方法研究

振动台子结构试验是一种有效的实时结构混合试验方法,利用振动台和其他加载装置进行联合加载,可以提升振动台的加载能力。针对试验过程中受到干扰影响的振动台子结构试验控制系统,提出一种基于Smith预估器的控制方法。介绍了基于主动质量驱动器加载方法的振动台子结构试验装置和工作原理以及Smith预估器的实现方式。分析了时滞对控制系统的影响,当控制系统引入4 ms的时滞时,仿真结果发散,系统模型存在纯滞后环节,因此容易发生较严重的震荡。为解决此问题,引入Smith预估器与改进的Smith预估器并进行相应的数值仿真工作。仿真结果表明:基于传统Smith预估器的振动台子结构试验方法能够保证系统仿真结果不再发散,但其结果较为一般;而基于改进Smith预估器的振动台子结构试验方法结果更为理想,其峰值误差与均方根误差等相关评价指标都相对较小,说明所提方法可以有效解决时滞系统的稳定性问题。

湿式连接装配式混凝土梁柱子结构连续倒塌的精细数值分析

为研究湿式连接预制装配式混凝土梁柱子结构的抗连续倒塌性能,采用LS-DYNA有限元软件对前期工作中的三个试件建立了精细化有限元模型。混凝土采用实体单元和CSCM材料模型模拟,钢筋采用梁单元和分段线性塑性材料模型模拟。在梁柱节点区1.5倍梁高范围内考虑钢筋和混凝土的粘结滑移,利用LS-DYNA提供的单元失效功能模拟钢筋断裂和混凝土开裂。机械套筒连接模拟时考虑钢筋尺寸缩减,锚固板模拟按等面积法在梁柱节点建模内并利用关键字*CBIS定义接触防止穿透。数值模拟所得的承载力与试验之间的误差不超过15%,各试件的受力行为和破坏模式与试验一致。

土木工程虚拟实验中心的建设与思考

结合北京工业大学土木工程虚拟实验中心建设和申报国家级虚拟仿真实验中心的若干经验和主要成果,分析了虚拟实验平台网络化、三维化、沉浸式、交互式和与有限元软件相结合的技术特点,指出了虚拟实验技术与远程试验、混合试验相结合的发展方向,相关研究工作可供相关院校的虚拟实验中心建设和虚拟实验技术开发所参考借鉴。

结构虚拟实验教学系统的开发与应用

"结构检测技术"是土木工程专业一门重要专业技术课程,实验项目较复杂,实验费用开支较多,实验安排难度较大。提出一种基于3D环境的结构虚拟实验教学平台,针对混凝土简支梁静力试验开发了一套仿真实验系统,在试用过程中,受到了学生普遍的欢迎。此外,简要介绍了虚拟实验技术发展背景和应用前景,分析了结构虚拟实验教学软件的重要作用和开发要点,对于构建虚拟实验平台所涉及的关键技术进行了探讨,对于结构虚拟实验教学系统的进一步开发计划进行了简要介绍。

装配式混凝土框架结构及其抗震性能研究

通过分析总结国内外装配式混凝土框架结构及抗震性能研究成果,得出了“干”连接的装配式混凝土结构具有良好的抗震性能,并可用于抗震设防区的结论,对干连接装配式框架结构的分析和研究方法提出建议。

明清古建筑木结构典型抗震构造问题研究

为保护古建筑,采用分类统计方法,研究了我国明清古建筑木结构的典型抗震构造问题。基于大量工程现场勘查结果,对古建筑木结构的典型抗震构造问题进行了归纳汇总,分析了原因,提出了加固建议;基于典型算例,对古建筑木结构加固方法进行了深入论证。结果表明:我国古建筑木结构的柱子、斗棋、榫卯节点、梁架、屋顶等各部位都容易产生开裂、糟朽、变形、拔榫等抗震构造问题并影响结构的抗震性能,而这些问题的产生原因主要与木结构的构造特征、木材材料性质及施工保养等因素有关;对这些抗震构造问题及时采取合理有效的加固措施,可减轻或避免结构产生的震害。

火电厂钢框排架-支撑结构抗震性能试验研究

为研究我国高烈度大容量机组火力发电厂钢框排架-支撑结构的抗震性能,以某典型火电厂主厂房为实例,选取横向某榀结构为研究单元,设计1∶10比例模型,进行了有侧限低周往复加载试验。根据试验现象和所获滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、位移延性和等效黏滞阻尼系数等综合评价结构的抗震性能。研究结果表明:钢框排架-支撑模型结构的荷载-位移曲线饱满,结构延性和耗能能力较好,具有良好的抗震能力;结构底部支撑为最初破坏部位,塑性铰发展顺序为先梁端后柱端,最终框架柱呈压弯变形,排架柱呈弯扭变形;框架平面内加载下结构正向最大承载力比反向偏大11.3%,存在不对称性;结构第2层层间位移角达到1/22,为薄弱层所在,设计中应予以加强。钢支撑受压屈曲是局部出现平面外变形、节点连接处变形和残余变形等问题的重要原因。

故宫灵沼轩钢结构抗震性能分析

基于钢结点的半刚性特征及退化现状,建立结构有限元模型。通过模态分析,研究结构基频和主振型;通过谱分析,研究Ⅷ度常遇地震作用下钢结构的内力及变形分布特征;通过时程分析,研究Ⅷ度罕遇地震作用下钢结构的抗倒塌能力。结果表明:灵沼轩钢结构基频为5.31Hz,主振型以钢框架顶部的八角亭水平向弯曲为主。Ⅷ度常遇地震作用下,由于钢框架2层顶部结点刚度退化严重,其变形和内力普遍较大,但满足容许值要求。Ⅷ度罕遇地震作用下,钢结构薄弱层的变形峰值在容许范围内,结构不会产生倒塌。

太和殿基座对上部结构抗震性能影响分析

故宫太和殿是中国古建筑的典型代表,其基座由台基和高台组成。为有效保护古建筑,采用数值模拟方法,以故宫太和殿为例,研究古建基座对上部结构抗震性能影响。基于太和殿基座、浮搁柱底、榫卯连接、斗拱等构造特征,建立两种有限元模型:不考虑基座/考虑基座。通过模态分析,研究基座对太和殿上部结构自振特性的影响;通过Ⅷ度常遇地震作用下的谱分析,研究基座对太和殿上部结构内力、变形分布及峰值的影响;通过Ⅷ度罕遇地震作用下的时程响应分析,研究基座对太和殿上部结构加速度和位移响应的影响。结果表明:考虑基座后,太和殿结构基频减小,主振型参与系数增大;Ⅷ度常遇地震作用下,太和殿结构木构架的变形及主应力峰值略有放大,墙体所受内力减小;Ⅷ度罕遇地震作用下,太和殿典型部位的木构架加速度、位移响应有不同程度放大。因此基座对太和殿上部结构动力放大作用不可忽略。

北京、东京及釜山地铁防灾应急设施现状调查研究

地铁在面对各种灾害时,各类防灾及应急设施的准备是否充分将直接影响到救援工作的质量。通过实地考察北京、日本(东京地铁车站为主)及韩国釜山城市的地铁车站防灾应急设施,探讨东京和釜山地铁与北京地铁应急设施的异同,并结合我国关于大型现代地铁枢纽站应急预案的研究,针对我国地铁在防灾应急设施方面存在的问题提出改进建议。

古建筑木结构抗震构造评估研究

为保护古建筑,采用归纳及分析方法,对中国古建筑木结构的抗震构造评估进行了探讨。基于《古建筑木结构维护与加固技术规范》相关规定,对古建筑木结构抗震构造的评估内容进行了论述;基于古建筑抗震构造评估现状,对现有的评估方法进行了归纳和汇总;基于2个典型实例,对古建筑木结构抗震构造评估内容和方法提出了相关建议。结果表明:中国古建筑木结构抗震构造评估主要包括柱子、斗拱、榫卯、梁架、屋顶、墙体及构架整体性等内容,评估方法有目测法、尺量法、无损检测法、三维激光扫描法、有限元法、试验法等;为实现古建筑抗震构造全面有效的评估,评估内容应不断完善,评估方法应综合运用,智能评价技术也应鼓励推广。

混凝土挂柱挂板组合墙装配结构抗震性能振动台试验研究

为改善混凝土装配结构的抗震性能,提出了混凝土挂柱挂板组合墙装配框架结构体系,并通过设计1/2缩尺模型对混凝土挂柱挂板组合墙装配框架结构的抗震性能进行了振动台试验研究。结果表明,挂柱挂板组合墙与主体结构的连接以及挂板挂柱之间具有较好的连接性能,能保证整体结构的抗震性能;挂柱挂板组合墙对整体结构的刚度贡献随着地震强度的增加先增加后减小;整体结构首先在挂板挂柱出现裂缝,随后挂柱挂耳两端逐步损伤压碎,最后主体结构逐渐屈服,表现出良好的抗震性能。

带纤维混凝土耗能器底层柔性结构的抗震研究

底层柔性结构竖向刚度突变明显,震害往往较其他结构形式严重。现有的国内外研究提出的方法大多数都会影响其使用功能的发挥。本文将粗合成纤维混凝土耗能器应用于底层柔性结构中,用以改善其抗震性能,并对模型结构进行地震动模拟振动台试验。试验结果表明,粗合成纤维混凝土耗能器能够较好地控制结构的层间变形,从而在保证发挥底层柔性结构使用功能优势的前提下,提高其抗震性能。基于试验结果,对耗能器的工作原理及工作性能进行了进一步分析。分析表明:耗能器能够先于结构主体构件进入塑性,从而保护了结构主体构件的安全。

钢-混凝土组合楼板对钢框架结构抗震性能的影响

为了研究钢-混凝土组合楼板对钢框架结构抗震性能的影响,建立考虑楼板空间作用的梁-分层壳混合有限元模型和空框架模型.通过对两模型分别进行静力推覆分析和动力增量分析,揭示组合楼板对钢框架结构地震作用下弹塑性工作性能的影响规律.结果表明,组合楼板对梁产生增强作用,在地震作用下使结构抗侧刚度和抗侧承载力增大、结构周期和位移反应减小,但是考虑楼板组合作用的框架延性、滞回性能和耗能能力会降低,甚至可能改变结构预期的"强柱弱梁"的破坏模式,使结构偏于不安全.

结构损伤诊断的轴向振动原理及模态实验

在理论推导梁轴向振动微分方程基础上,提出一种以轴向振动低阶模态振型二阶导数为损伤指标的结构损伤识别方法。在方钢管构件上布置加速度传感器进行轴向振动模态试验,测试时由信号发生器发出正弦波信号,经功率放大器放大后通过电磁激振器对结构进行激励,同时采集各测点的加速度反应信号。在确定结构共振点后,根据共振点处加速度值,编制轴向振动损伤指标的计算程序,分析结果表明该指标对结构损伤的位置和程度均很敏感,既能精确定位损伤,又能标定损伤程度,即在损伤位置将发生相反方向的突变,且突变幅度随损伤程度增大而增大。

基于均匀变形和混合智能算法的框架结构抗震优化设计

结构在地震作用下发生均匀损伤或均匀变形可以避免出现薄弱层和集中损伤,且结构整体抗震性能可得到全面提升。以此为目标对结构进行抗震优化设计具有重要的理论和工程意义,但相关的理论和规律性研究尚不够系统深入。针对目前结构优化算法计算效率较低的不足,提出基于差分进化算法和粒子群算法的混合智能算法,并给出结构优化计算流程。针对弯剪型框架结构,以弹性动力时程分析中结构各层的层间相对位移相等为优化目标,基于混合智能算法对结构楼层刚度进行优化设计,获得了楼层刚度的最优分布规律。在此基础上研究了地震动随机性和梁柱刚度比等因素对优化结果和刚度分布规律的影响。基于曲线拟合和等效理论分析,建立楼层最优刚度比和等效最优截面尺寸比的多项式函数。通过与现有研究成果的对比,验证所建立的经验函数具有较高的精度,可为面向均匀变形的结构优化设计提供准确有效的参考依据并可提高计算效率。

墙式铅阻尼器在剪力墙结构抗震加固中的应用研究

就布设位置和方式而言,墙式铅阻尼器比较适用于剪力墙结构的抗震加固,但其对剪力墙结构的减震效果及对与之相连的墙肢和连梁的影响尚有待研究。本文对该阻尼器布设在双肢剪力墙洞口时,阻尼器对双肢剪力墙和连梁产生的附加弯矩进行了理论研究,并给出了连梁附加弯矩计算公式。结合实际剪力墙结构的加固工程,利用SAP2000有限元软件分析了墙式铅阻尼器应用于剪力墙结构的减震效果。数值模拟分析结果表明:墙式铅阻尼器对剪力墙结构有较好的减震效果,同时该种阻尼器不会对与之相连的墙肢产生不利影响,但使与其连接连梁的弯矩增大,进行抗震加固设计时应该适当考虑。

促进国内结构实验技术发展的若干思考

在强调结构实验技术对于土木工程学科发展重要性的前提下,结合作者在土木类实验室管理、振动台试验技术研究和虚拟实验中心建设中的若干经验,结合结构试验领域的科技发展动态,总结在远程混合试验、实时动力试验、虚拟仿真试验、智能化技术应用等结构试验领域的热点问题,对国内实验室建设和管理中设备选型、队伍建设和实验收费等问题进行了分析并给出解决方案,提出实用性建议。

现浇楼板及其钢筋对RC框架结构抗震性能的影响

为了研究现浇楼板及其钢筋对RC框架结构抗震性能的影响,分别按考虑和忽略现浇楼板及其钢筋对梁抗弯能力的增强作用,建立带有楼板及其钢筋的框架模型和空框架模型,采用四种不同的侧向加载方式对其进行pushover分析,对比框架顶点位移-基底剪力曲线、塑性铰出铰顺序、屈服机制、层间位移等抗震性能指标。分析结果表明:现浇楼板及其钢筋将提高框架梁的抗弯能力,从而改变罕遇地震作用下结构的破坏模式。建议抗震设计中考虑现浇楼板的影响,尤其是罕遇地震作用下宜考虑板内钢筋约束效应。