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。

简支蝶形腹板混凝土箱梁剪力滞效应

为研究蝶形腹板混凝土箱梁的剪力滞效应分布情况,从试验研究、有限元模拟和理论推导3个方面对蝶形腹板混凝土箱梁的剪力滞效应进行研究。通过设计、制作蝶形腹板简支箱梁模型,并进行静力加载试验,以研究剪力滞效应在箱梁实腹处与空腹处的变化;建立与试验条件一致的Abaqus有限元模型,运用有限元的数据分析处理能力,得到蝶形腹板箱梁在集中荷载与分布荷载下的剪力滞效应空间分布情况;基于截面等效原理,提出箱梁空腹处惯性矩的计算方法,结合能量变分法,建立了蝶形腹板箱梁剪力滞效应计算公式并与试验结果和有限元结果进行对比,以验证公式的准确性。结果表明:蝶形腹板箱梁顶、底板纵向应力均呈正剪力滞效应分布且蝶形腹板箱梁空腹处截面剪力滞效应大于实腹处;在不同荷载作用下,蝶形腹板箱梁剪力滞效应空间分布状态为:沿梁长方向的剪力滞效应在箱梁支点截面和跨中截面较大,沿梁宽方向的剪力滞效应在腹板与顶板相交处较大,并向两侧逐渐减小;由变分法得到的理论公式计算结果表明,集中荷载作用下,变分法纵向应力值与试验值误差在―2.4%~7.4%,均布荷载作用下,变分法纵向应力值与有限元误差在―2.7%~3.8%,验证了公式的准确性,并为蝶形腹板箱梁设计提供了理论依据。

新工科背景下砌体结构课程教学改革方案探索

现阶段砌体结构在土木工程行业中仍占据重要地位,然而其相关教学效果不佳,无法满足新工科建设背景下对于培养土木工程专业应用型人才的需求。该文首先概括砌体结构课程的内在特点,并从教学内容、教学设计、教学手段三方面总结现阶段课程教学现状。在此基础上,从培养学生实践能力角度出发就以上三方面分别提出将教学内容融入前沿性、教学设计增强整体性、教学手段强调多样性的改革方案,同时相关建议也可为其他相关课程的教学改革提供参考。

多灾耦合作用下钢管混凝土柱承载性能研究进展

钢管混凝土因其优良的力学性能被广泛应用于工程结构中,而实际工程中,钢管混凝土柱并非承受单一荷载,也可能同时遭受腐蚀、冻融、火灾、撞击和地震等多重灾害的耦合作用。为进一步了解多灾耦合作用下钢管混凝土柱受力性质的改变,分析耦合作用机理,避免相关作用对结构长期使用下性能的影响,围绕国内外钢管混凝土研究进展,对钢管混凝土柱在耦合作用下的承载性能进行总结和分析,为相关研究和实际工程应用提供参考。研究结果表明,钢管混凝土柱具有良好受压和抗冲击性能,但抵抗腐蚀、冻融循环和火灾的能力稍弱;在多灾耦合作用下,钢管混凝土柱的各项承载性能表现出不同程度的退化,包括承载力、刚度、延性等;在腐蚀(火灾)-地震耦合作用下,试件的抗震性能存在轻微下降,但滞回曲线较为饱满,整体抗震性能良好;在压-弯-剪(扭)复合荷载作用下,轴压比和剪跨比对钢管混凝土柱的破坏形态和承载性能影响较为显著。虽然有关钢管混凝土的研究取得了丰硕的研究成果,但在足尺试件性能、标准试验方法和精细化分析模型等方面的研究还有待加强。

MTS-OpenFresco-MATLAB混合试验系统构建及验证试验

抗震试验是探索结构抗震性能的一种重要研究手段,本文对结合有限元的抗震混合试验方法进行了初步研究。基于开源试验平台OpenFresco和MTS电液伺服加载系统,利用CSIC和MATLAB将两者进行无缝连接,建立了MTS-OpenFresco-MATLAB混合试验系统,并对系统构建过程中几个关键问题如数据通道建立、试验单元自由度缩减、试验单元边界条件模拟等方面进行了详细的阐述;为了检验系统性能,进行了一榀两层单跨平面钢框架的验证混合试验,取左侧底层单柱为试验单元,左侧单柱及梁为计算单元,并同有限元模拟结果进行对比分析;结果证实本文所建立的试验系统通畅、稳定和有效,能够较为准确地反映结构中受力复杂部位的力学特性。

再生玻璃细骨料制备ECC的强度和延性研究

通过设计8组不同配合比的高延性纤维混凝土,研究再生玻璃取代石英砂作为细骨料对其28 d抗折强度、抗压强度和延性的影响。试验表明:(1)采用再生玻璃取代石英砂作为细骨料对抗折强度的影响较小;(2)再生玻璃骨料有助于改善多重裂缝发展能力;(3)使用再生玻璃作为细骨料在三点弯试验中表现出更为明显的假应变硬化和高极限挠度值;(4)相比以石英砂为细骨料,再生玻璃使延性PVA纤维混凝土的抗压强度明显改善。

CFRP加固桥梁RC短柱远程协同拟动力实验

针对已建的不能满足现有抗震规范设计要求的桥梁圆截面钢筋混凝土短柱,通过FRP加固后并在恒定轴力作用下,利用NetSLab实验平台进行国内首次整桥的远程协同拟动力实验.分析了2根CFRP加固剪切柱在地震荷载作用下的破坏现象、延性及耗能等.结果表明:CFRP加固不仅阻止了短柱的脆性剪切破坏,而且使破坏模式转化为延性弯曲破坏,使构件具有了稳定的滞回性能及耗能能力,有效地改善了短柱的抗震性能.

再生玻璃作为辅助胶凝材料制备ECC的力学及变形性能

为考察再生玻璃作为辅助胶凝材料对ECC的影响,开展了一系列力学性能试验,研究其抗折与抗压强度、弯曲性能和单轴拉伸性能。结果表明:采用再生玻璃作为辅助胶凝材料可显著提高ECC的抗压强度,同时抗折强度略有降低;再生玻璃作为辅助胶凝材料或细骨料制备的ECC在弯曲荷载下可呈现出明显的多缝开裂和假应变硬化特征;通过良好的配合比设计,再生玻璃粉仅作为辅助胶凝材料制备的ECC平均极限拉伸应变接近3%,具备良好的变形能力。

国际化智能建造专业人才培养模式探索与实践

在各国合作紧密加强的新时代背景下,我国国际化智能建造专业人才缺口巨大,但目前智能建造专业人才培养过程中未融入国际化需求。针对此现状,在明确智能建造专业需同时满足国内建筑智能化发展和国际化市场的双重需求的挑战下,本文对构建国际化智能建造专业人才培养模式进行了探索与实践,探讨了如何将完善课程建设、队伍建设、学科平台等多方面国际化理念融入智能建造专业人才培养的全过程,使国际化需求与智能建造专业建设过程深度融合,为我国国际化智能建造专业人才培养模式的建设和持续改进提供可借鉴的经验和参考。

高温下不同比例钢筋混凝土柱力学性能相似性有限元分析

为研究高温下缩尺模型和足尺模型力学性能的相似性,力求通过缩尺模型结果反推得到足尺模型的耐火性能,设计12根钢筋混凝土柱的足尺模型,并基于相似理论建立对应的2/3、1/2和1/3缩尺模型,同时,根据缩尺比调整各组缩尺模型的实际升温曲线、轴力和位移加载速率,并基于ABAQUS软件对各组模型进行耐火性能分析,对比各组原型化的缩尺模型和足尺模型的高温力学性能。研究结果表明:通过调整结构相似关系、时间相似关系和温度场相似关系,经过原型化的缩尺模型和足尺模型的截面温度分布、柱顶轴向位移、耐火极限和极限承载力均具有较好的相似关系,即通过缩尺模型柱可以相对较为准确地反映足尺模型柱的耐火性能。

高层建筑长周期地震反应子结构试验近似模拟方法

提出了一种利用子结构振动台试验近似模拟高层建筑长周期地震反应的改进方法。通过在子结构模型底部设置橡胶垫-质量块装置产生放大作用来弥补现有振动台的试验能力,通过定义传递函数和整体结构目标加速度反应卷积来反推子结构模型的新输入地震动,基于SAP2000软件分别进行20层整体结构模型和2层子结构模型地震线性时程反应分析。对比结果表明,不同地震作用下,两者的顶层目标加速度反应符合较好。研究成果对于拓展地震模拟振动台空间尺度和负载应用方面有一定的参考意义,为长周期作用下高层建筑反应模拟提供一种新的研究方法。

局部开洞超大型冷却塔抗震性能弹塑性分析

为了研究局部开洞对超大型双曲线冷却塔抗震性能的影响,采用ABAQUS建立原型和开洞冷却塔的有限元模型,分别研究地震输入方向、洞口大小对冷却塔结构整体和局部的影响,结果表明:开洞冷却塔塔筒米塞斯应力最大值均出现在洞口边缘,并出现拉应力导致混凝土开裂,洞口尺寸越小应力集中越明显。平行洞口地震作用下塔筒应力相对较大,EI Centro X向地震下15 m洞口冷却塔损伤出现在喉部,Z向地震下损伤出现在洞口顶端。支柱轴向应力最值集中在一侧柱顶和另一侧的柱底,什邡波和人工波作用下开洞冷却塔的拉应力和压应力均有所增大,其中什邡波作用下开洞冷却塔支柱压应力超过其抗压强度设计值,支柱产生局部塑性损伤。不同方向地震对冷却塔的支柱轴向应力影响较小,开洞与否及地震输入方向两个因素均对支柱弯矩和塔筒峰值位移影响不大。

结构抗火混合试验方法的研究进展

基于构件标准试验的抗火试验方法很难考虑非受火构件对受火构件的约束效应,也难以反映受火构件对整体结构抗火性能的影响,而正在兴起的抗火混合试验方法是解决上述问题的一条重要途径。本文首先简述传统结构抗火试验方法及其面临的问题,进一步阐述了抗震混合试验与抗火混合试验的关系,然后从试验流程原理、典型试验装置及对应力学边界条件、试验子结构选取与数据交换、不同试验方法的结果对比等方面较为系统地介绍了第一代抗火混合试验,并简要介绍了正在进行中的第二代抗火混合试验系统及其特点,最后总结了抗火混合试验中有待进一步深入研究的几个关键科学问题。

基于橡胶垫-质量块系统放大效应的子结构振动台试验方法

地震作用下高层建筑结构顶层的动力反应过大,会对设备的安全性及人的舒适度产生极大的影响,由于尺度的原因导致上述研究无法直接采用振动台进行试验。首先阐述了一种基于橡胶垫-质量块系统放大效应的子结构振动台试验方法;然后基于matlab进行了一个三自由度体系数值算例,新输入加速度曲线和原输入加速度曲线较为吻合,证实了地震动传递函数的有效性;最后通过小型振动台进行了三种不同地震作用下整体结构模型试验和子结构模型试验,对比后的研究结果表明:两者的顶层加速度反应曲线趋于一致,最大值几乎相同,从而验证了橡胶垫-质量块系统的放大效应和地震动传递函数对于模拟再现高层建筑结构顶层加速度反应的有效性和适用性,可为高层建筑结构抗震试验提供研究参考。

碳纤维布约束螺旋箍筋短柱抗震试验及有限元分析

目的研究经碳纤维(CFRP)约束后现役短柱的强度、刚度和延性等抗震加固性能,为螺旋箍筋短柱加固提供有效方法.方法依据实际工程较低配箍率制作不同试件,依次进行拟静力试验和拟动力试验;基于Open Sees有限元软件进行数值分析,并进一步进行对比试验,分析试件的破坏现象、时程曲线、滞回曲线和骨架曲线.结果按照旧规范设计并服役的螺旋箍筋混凝土短柱,经过CFRP约束后其破坏模式从脆性破坏转变为延性破坏,骨架曲线后期平缓,短柱适当提高了抗剪承载力并有效地增加延性,能够满足现行抗震规范要求.结论弹性范围内CFRP加固方法基本不改变构件抗侧刚度,从而不会影响结构动力特性,相比其他加固方法具有显著优势.

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。

钢筋混凝土框架的多尺度抗火混合模拟

针对整体结构火灾试验费用高昂、传统构件试验无法反映整体结构性能、全实体单元模型抗火计算效率不高等问题,基于ABAQUS软件,建立钢筋混凝土传统单柱、全实体单元平面框架、多尺度平面框架、多尺度空间框架、混合模拟平面框架5种模型,进行了基于底层中柱受火工况下整体结构的抗火性能对比分析,研究了不同建模方式的计算效率、约束对耐火极限的影响、混合模拟与常规数值模拟的差异,结论证实:缺少约束条件下的传统单柱的耐火极限相对整体结构偏低;多尺度模型相对全实体建模其计算效率提高80%左右;多尺度空间模型相对多尺度平面模型约束效应更强,在保持相同承载力的情况下变形相对更小;混合模拟模型与多尺度平面模型相比其力学性能具有较强相似性,证实采用多尺度混合模拟能够较好地反映整体结构的抗火性能,同时兼顾了计算效率和计算精度的统一。

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。

振动台试验方法的研究进展

本文介绍了振动台试验方法的三大研究发展趋势,即大型化、台阵化和混合化。大型化中主要论述了日本E-Defense、美国加州大学圣地亚哥分校振动台等国内外具有代表性的大型台及其试验应用;台阵化中主要包括美国内华达州立大学雷诺分校系统、国内建成及在建系统。通过真实试验,评述了振动台混合试验方法的发展与应用现状,主要包括美国纽约州立大学布法罗分校和作者等在国内率先开展的振动台混合试验,为我国振动台试验方法的研究提供参考依据。