欧拉-伯努利直梁弯曲振动内力解的一种新形式

针对欧拉-伯努利直梁受简谐载荷作用下的弯曲振动问题,在得到响应后再次采用达朗贝尔原理,给出了一种新形式的弯曲振动内力解,该解直观显示了简谐力和惯性力对弯曲振动内力的贡献。基于傅里叶级数严格证明了其与教材中利用梁挠曲线近似微分方程和弯曲内力微分关系求出的内力完全等价,为加深理解及应用傅里叶级数、静力学理论、达朗贝尔原理和梁弯曲理论提供了一个综合性较高的案例,期望能助力提升基础力学教学效果。

基于全局敏感性的自适应模型更新混合模拟方法

基于全局敏感性(global sensitivity, GS)的模型更新混合模拟方法可以有效提升混合模拟精度并拥有较高的计算效率,然而该方法易陷入局部最优值。为解决此问题,在GS方法的基础上引入了动量和自适应步长的概念,提出了基于全局敏感性的自适应(global sensitivity adaptive, GS-A)模型更新混合模拟方法。以钢框架模型为例,对8个本构参数和模型几何参数进行参数识别,利用均匀设计试验方法,建立11个模型更新案例,分别进行了不更新、GS方法和GS-A方法的数值模拟分析。33组数值模拟案例参数识别过程、位移时程的对比分析表明:GS-A方法相对于GS方法,解决了参数组合陷入局部最优的问题,具有较高参数识别的精度和稳定性,提升了模型更新效果。

缩尺模型子结构混合模拟试验方法数值模拟研究

为进一步降低试验成本、提高试验效率,结合静力相似理论,提出了缩尺模型混合模拟试验方法.该方法在满足模型与原型材料相同条件下,理论推导出试验子结构所需的位移及反力相似条件,仅对试验子结构输入输出参数进行相似处理,运动方程及计算子结构相应参数与原型完全相同,来实现混合模拟试验.采用MATLAB和Open SEES混合编程方法,实现了传统子结构混合模拟试验(包括剪切型、弯剪型、弯曲型模型)以及分布子结构混合模拟试验.相应足尺模型数值模拟结果比较,验证了本文所提方法的可行性.

基于静力相似的缩尺拟动力试验方法数值模拟研究

以静力相似理论为基础,提出一套缩尺模型拟动力试验方法。该方法仅对试验模型施加参数及反馈参数进行相似处理,操作简单,概念清晰,能方便地应用于拟动力试验。利用Matlab和Open Sees混合编程方法,对一个两层单跨框架结构的缩尺模型进行基于静力相似的拟动力试验数值模拟,通过将缩尺模型拟动力试验数值模拟的结果与足尺模型的结果进行对比分析,验证所提出方法的正确性和可行性。

底框砌体剪力墙震损房屋损伤评估及抗震加固

在完成3层足尺底框配筋砌块短肢砌体剪力墙房屋系统的拟动力子结构抗震性能试验后,模型的梁、板、柱、墙等结构构件均出现了不同程度的损坏。本文详细介绍拟动力抗震性能试验对结构构件造成的损伤,并根据对损伤程度的评估,分别选用粘钢、粘贴玻璃纤维布和裂缝修补技术3种最常用的加固方法对受损部位进行加固,以期获得上述3种方法在地震区对震后受损建筑进行加固或对建筑进行抗震加固时的适用性特征。文中详细介绍上述3种常用加固方法的施工步骤,并按照要求实施加固施工,为研究震后受损结构构件加固后的抗震性能试验研究做准备。

底框砌体剪力墙震损房屋抗震加固拟动力子结构试验

在完成了3层足尺底框配筋砌块短肢砌体剪力墙震损房屋损伤程度的评估、加固的基础上,通过对加固后的3层房屋进行拟动力抗震性能试验,研究了震后受损结构构件所用加固方法的适用性和加固对恢复结构抗震性能的效果,为寻求震损结构加固修复的方法提供理论依据,并为汶川地震受损底框房屋的结构修复提供参考。

《实验结构力学》教学实验平台探究

实验教学是培养学生工程实践能力和创新意识的一种重要手段,然而作为土木工程专业的一门重要专业基础课,《结构力学》是没有实验内容的,这严重制约了教学实践课程的深入开展,同时影响了学生对理论内容的理解和掌握.本文详细介绍了自主研发的一套积木式实验结构力学平台.该平台可方便地安装各种测试仪器仪表、加载装置,实现了平面结构中常用的各种约束装置以及防平面外变形限位装置,基本满足学生进行自主、自组、创新、开放实验的要求,为实验结构力学的发展和推广提供了良好的基础设施.

实验结构力学教学改革初探

现有结构力学教学存在教学手段呆板、手算内容过多等问题,严重影响了学生对理论内容的理解和掌握.本文在实验结构力学思想指导下,在自主研发的积木式结构力学实验平台基础上,通过《实验结构力学》课程和结构力学实验室建设,制定科学、合理的实验教学计划,初步完成了实验结构力学教学内容.文中对初步的实验结构力学教学模式进行较为系统的总结和讨论,以供同行参考,共同推进实验结构力学教学改革.

组合材料加固砖砌体的有限元模拟方法

基于ABAQUS有限元软件,提出了组合材料加固砌体数值建模方法。该方法是在未加固砌体整体式模型的基础上,结合分离式思想建立组合材料加固砌体模型。通过对8片采用粘钢-聚合物砂浆组合材料加固的砖砌体墙体(其中,4片采用粘贴正交钢片,4片采用粘贴斜撑钢片)的拟静力试验结果进行了数值模拟对比分析,结果显示:模拟所得墙体滞回、骨架及刚度退化曲线与试验曲线基本吻合;仿真破坏形态与试验现象一致;计算所得荷载、位移、延性和耗能等全部指标中有81%的误差在20%以内。

基于均匀设计的模型更新混合模拟试验方法

随着混合模拟试验中子结构自由度和数量及其更新参数的增加,混合模拟试验模型更新中用于寻找更优参数的样本点数量及计算量均会明显增加。从试验设计角度出发,提出基于均匀设计的模型更新混合模拟方法。该方法在试验子结构的基础上,利用均匀设计构造一个验算子结构样本空间,以恢复力为目标,从中找出最符合试验子结构的数值模型作为数值结构本构参数更新的来源,有效提升识别效率。考虑钢材不同本构模型及试验子结构边界处弯矩处理情况,以2层单跨钢框架为例进行了四种类型数值模拟分析。模型更新混合模拟试验采用Matlab与OpenSees混合编程,软件数据交互全采用Socket接口,效率比传统文本读写交互得到有效提升。结果表明,该方法适用于不同边界处理情况,极大地降低了模型更新计算时间,且有效提升了混合模拟试验的模拟精度。

钻芯法检测砖砌体加固前后基本力学性能

针对我国量大面广的砖砌体结构,提出了采用钻芯法检测其加固前后基本力学性能的方法,以提供用于评定采用各种砂浆面层加固砖砌体效果的方法。设计了可同时用于加固前后芯样抗压强度、界面剪切强度的试验加载附属装置,完成了315个芯样以及54个砖砌体标准件强度试验,同时进行了4种不同表面处理工况下界面剪切强度试验。抗压强度试验结果表明,加固前后芯样的抗压强度均与相对应的砌体标准件抗压强度具有很好的相关性,加固前相关系数建议取值为MU7.5取2.13,MU10和MU15均取2.25;加固后相关系数建议取3.26。界面剪切强度试验结果表明,加固面层与砖砌体之间的界面剪切强度受砂浆、块体强度等级影响较小,主要受基层砖砌体表面的不同处理手段影响较大。加固前后芯样抗压强度值与相应标准件的强度相关性以及芯样界面剪切强度呈现的规律性基本说明采用本文的钻芯法检测砖砌体结构加固前后基本力学性能的方法是可行的。

基于动力时程分析的模型更新混合模拟方法

为降低混合模拟中边界条件及结构简化与数值结构参数误差带来的精度下降问题,提出基于全结构时程分析的模型更新方法,以全结构动力分析模型取代数值子结构模型,将试验子结构作为参数修正的对比目标。建立常见的钢框架与钢筋混凝土框架结构数值模型,筛选出其独立本构参数作为更新对象,以底层柱的弹性反弯点划分子结构,分别进行4种工况混合模拟仿真试验。研究结果表明:与传统混合模拟相比,该方法有效降低了界面弯矩简化与参数误差带来的影响,采用均匀设计的更新方法有效保证参数更新点的代表性,确保多参数更新识别的准确率,有效提升混合模拟精度;同时验证该方法在不同界面弯矩处理下的稳定性与有效性。

足尺结构模型等效力控制试验研究

等效力控制试验方法是一种采用力反馈的闭环位移控制系统,本文将其先后应用于三层框支配筋砌块短肢砌体剪力墙结构和三层预制钢筋混凝土剪力墙结构足尺模型的拟动力子结构试验中,完成了试验子结构为多自由模型、计算子结构为弹性非线性复杂结构模型的拟动力子结构试验。试验结果表明,采用等效力控制进行复杂足尺结构模型的拟动力子结构试验是可行的,可以得到试验模型的下降段数据。

型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架恢复力模型特性研究

采用梁柱纤维模型对型钢混凝土梁-角钢混凝土柱组合框架滞回全过程开展数值仿真研究,并与试验结果对比.在大量参数分析的基础上,探讨了此类组合框架滞回曲线特点,建立了单层单跨组合框架的荷载-位移恢复力模型,该模型可综合考虑轴压比和预应力度等的影响,能对此类组合框架在水平荷载作用下的滞回性能进行预测,其结果与试验及数值仿真结果一致.相关研究可为简化结构弹塑性动力分析提供参考.

底部框支配筋砌块短肢砌体剪力墙结构抗震性能试验研究

利用子结构试验技术,对三层底部框支配筋砌块短肢砌体剪力墙足尺模型进行拟动力子结构试验,模拟底部一层框架上部五层配筋砌块短肢剪力墙结构在地震作用下的反应。研究该结构在地震作用下的破坏过程、破坏形态和变形能力,给出结构各层的位移时程曲线、层间滞回曲线。试验结果表明,该结构具有较好的整体抗震性能,可满足我国规范7度设防区多道抗震设防的设计要求。

高阶单步拟动力试验算法

由于高阶单步法具有无条件稳定、优良的算法阻尼特性、无超越现象、截断误差为Δt5的特性,已成功地应用于结构地震非线性反应分析、主动半主动及智能振动控制、刚度解析表示的动力反应等分析。该文根据结构拟动力试验的特点,考虑到试验中系统所能达到的精度条件,引入等效剪切刚度的思想,提出了高阶单步拟动力试验算法。单自由度和两自由度数值模拟算例分析以及3层足尺拟动力试验结果,证实了算法的可行性和优越性。

高阶单步力控制拟动力试验方法研究

本文采用高阶单步力控制试验方法,提出了减少试验误差的若干处理技术,进行了三层底部框支配筋砌块短肢砌体剪力墙足尺结构的拟动力试验,实现了大刚度多自由度复杂结构拟动力试验。试验结果表明,足尺拟动力试验可以很好地反映结构在真实地震作用下的反应,而采用力控制试验方法在结构恢复力特性进入下降段之前是可行的。

套建增层预应力型钢混凝土组合框架罕遇地震下抗倒塌性能分析

目的研究罕遇地震作用下套建增层预应力型钢混凝土组合框架在不同抗震设防区和场地土下的倒塌规律,以提高套建增层组合框架结构的抗倒塌能力.方法采用IDARC平面分析程序对一榀单层单跨预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱组合框架开展滞回性能全过程分析,并与试验结果对比,验证所建数值模型的可靠性,在此基础上建立单跨多层结构形式的套建增层组合框架数值模型,并开展罕遇地震作用下弹塑性时程分析.结果随着套建增层组合框架底层柱高度的增加和增层层数的增多,底层柱损伤呈降低的趋势;同时依据套建增层组合框架底层层高和增层层数,得到了8度和7度抗震设防区下,I、II、III类场地土上套建增层组合框架的倒塌范围.结论倒塌的套建增层组合框架均表现为底层出现层间铰的倒塌机制,依据现行规范对倒塌的套建增层组合框架提高一个抗震等级后均可避免其发生倒塌破坏,可为相关工程设计提供参考.

震后受损房屋结构加固方法

在一栋三层足尺框支剪力墙结构模型震后加固试验研究及汶川地震震后现场对房屋损伤的调查基础上,对编制的《汶川地震震后受损房屋结构加固方法及图例》进行了详细的介绍,对图集中提出的钢筋混凝土销键法、高强钢丝绳网片抹压聚合物砂浆条带法、预应力套箍加固法、钢丝绳网片条带拉杆加固法、预制板整体性能加固等新的加固方法,给出详细的施工过程及技术要求,为解决震后受损结构的加固工作提供了有效的技术支持。

改进纤维单元及在配筋墙体抗震研究中的应用

为了研究配筋砌块砌体剪力墙的抗震性能,在6个配筋砌块砌体剪力墙物理试验的基础上,研究并提出了一种考虑弹塑性剪切变形的纤维模型.通过按照试验条件所进行的滞回性能数值模拟与物理试验结果的对比,表明应用所改进的纤维模型模拟计算能较好地反应配筋砌块砌体剪力墙滞回性能.分析也表明,在一定条件下普通的纤维模型对于配筋砌块砌体剪力墙滞回性能分析仍是适用的,但应用本文所研究的纤维单元计算结果更好.在此基础上,利用均匀设计法安排数值试验,回归给出了一字型配筋砌块短肢砌体剪力墙滞回性能特征参数的经验公式,建议了此类配筋砌块砌体剪力墙结构弹塑性地震反应分析的滞回规律模型.