明长城青砖强度及超声回弹测强曲线回归分析

长城是我国古代人民智慧的结晶,也是著名世界历史文化遗产,其中明长城占中国长城总长度的41%。青砖作为明长城重要建筑材料,其强度直接关系到长城结构的安全性和耐久性,也是修缮过程中重复利用的重要依据。由于长城是我国重点保护文物,不宜采用破损的测试方法,应以无损检测方法为主。在北京延庆大庄科段倒塌的长城中,随机选取27块青砖,对其进行回弹、超声及抗压测试。通过回弹值和抗压强度回归拟合了线性、幂和指数函数3种形式的测强曲线,对比分析了决定系数、平均相对误差以及均方相对误差,结果表明指数函数的测强曲线最优。通过回弹值、超声值和抗压强度回归拟合了幂函数形式的综合测强曲线,对比分析表明该曲线优于回弹测强曲线。

适用于结构大变形分析的应用单元法(AEM)基本原理与应用综述

洪水、地震、爆炸等自然和人为灾害均会导致建筑结构损坏,甚至倒塌,为解决有限单元法(Finite Element Method,FEM)和离散单元法(Discrete Element Method,DEM)等常用模拟仿真方法难以准确高效地模拟结构大变形及倒塌全过程的问题,采用应用单元法(Applied Element Method,AEM)构建模型,并与FEM、DEM进行了对比,分析了3种方法的适用范围及AEM在洪水、地震、爆炸等灾害中的应用情况。研究结果表明,AEM能够高效且可靠地模拟结构从小变形到倒塌的全过程,具有广阔的应用前景。

近断层地震作用下设备-结构耦合隔震体系动力响应分析

建立设备-结构耦合隔震体系模型,选取近断层脉冲型和非脉冲型地震波各50条,计算耦合隔震体系的动力响应。分析表明,近断层脉冲型地震动对耦合隔震体系的影响大于非脉冲型地震动,且对主体结构的影响大于对设备的影响;近断层脉冲型地震作用下的隔震层位移、层间位移、楼层加速度、设备加速度和设备位移的平均响应分别达到非脉冲型地震作用的2.25倍、2.17倍、2.24倍、1.17倍和1.20倍。进行设备-结构耦合隔震体系设计时,需考虑近断层地震动脉冲作用的影响,同时需注意引起主体结构和设备最大响应的地震动不一定相同。

刚性限位对基础隔震结构动力响应影响试验研究

为防止隔震层在极罕遇地震作用下出现过大变形而导致隔震设施损坏,部分隔震结构安装了钢墩或钢筋混凝土墩等刚性限位装置。为了研究刚性限位对基础隔震结构动力响应的影响,设计三层单跨钢框架基础隔震结构以及钢墩、钢筋混凝土墩、带橡胶垫层钢墩三种刚性限位器,并进行振动台试验。研究不同预留间隙时三种限位器对基础隔震结构的位移、加速度、接触力以及隔震支座竖向荷载等动力响应影响的规律。试验结果表明,刚性限位器能有效减小其隔震层位移,但也会对上部楼层产生较高大的不利响应,同时会增大隔震支座的竖向荷载,甚至使支座产生拉应力。在钢墩前设置橡胶垫层能明显减小上部结构的加速度响应,对上部结构位移响应、隔震支座竖向力及碰撞点处接触力影响不大。

软索连接装配式混凝土圆孔墙抗震性能试验研究

为研究软索连接装配式圆孔剪力墙的抗震性能,分析翼墙对主墙的影响,设计一字形、L形、工字Ⅰ形和工字Ⅱ形4类共8个足尺装配式圆孔剪力墙试件,进行拟静力试验,通过对试验现象和数据进行分析,研究构件的破坏形态、特征荷载、变形性能、受剪承载力等特性。结果表明:采用软索连接的翼墙能有效提高主墙的抗裂性能,有效避免主墙沿圆孔的竖向裂缝,同时能改变主墙的应力分布和破坏形态;翼墙能够有效提高主墙的屈服荷载和极限荷载,但对屈服位移、延性的影响不明显;墙体弹性层间位移角能够满足我国规范中对剪力墙的要求,弹塑性层间位移角较小,宜提高软索锚固设计;墙体中的圆孔会大大降低墙体的受剪承载力;通过规范公式对该类型墙体进行受剪承载力计算,发现多数墙体的计算值远大于试验值,基于试验结果,建议将规范公式进行0.5倍折减后,再用于该类型墙体的受剪计算。

转动地震动对隔震结构动力响应的影响分析

地震动转动分量对隔震结构动力响应影响的认识还存在不足。建立钢筋混凝土框架抗震和隔震结构模型,对地震动平动分量和转动分量单独及耦合作用下的结构动力响应进行分析。结果表明,转动分量与平动分量耦合作用相比于平动分量单独作用,隔震结构y向最大楼层加速度响应的增幅可达100%以上,最大层间位移响应的增幅可达25%,x向最大角柱剪力响应的增幅可达18%,楼层扭转角响应主要由转动分量贡献,结构中下部的增幅可达10倍以上。含有速度脉冲地震动作用的隔震结构动力响应,相比无速度脉冲地震动作用,明显增大。隔震对转动分量作用的结构响应减震效果,比对平动分量作用的差;含有速度脉冲地震动作用的结构响应减震效果,比对无速度脉冲地震动的差。

蒸压加气混凝土砌块墙体面层增强对比试验研究

建筑抗震设计规范规定楼梯间和人流通道的填充墙应采用钢丝网砂浆面层增强,为探索低成本增强方式,针对蒸压加气混凝土(AAC)墙体,设计四种面层增强方式,分别是水泥砂浆单层钢丝网增强、水泥砂浆双层玻璃纤维网布增强、粉煤灰砂浆单层玻璃纤维网布增强和粉煤灰砂浆双层玻璃纤维网布增强。对墙体进行低周反复荷载试验,对比研究不同面层增强墙体的破坏特征、抗剪承载力、极限位移和滞回特征等抗震性能。结果表明:粉煤灰砂浆面层的抗开裂能力高于普通砂浆面层的抗开裂能力;玻璃纤维网布增强与钢丝网增强对墙体抗剪承载力的提升作用基本一致,工程中可采用玻璃纤维网布替代钢丝网;通过试验结果对既有砌体结构面层加固公式进行了适用性评估。

混凝土剪力墙平面外受弯性能试验研究

剪力墙可能会受到土体压力、爆炸、撞击等作用导致平面外破坏。为研究用于混凝土剪力墙的平面外抗弯性能,设计了4种不同配筋率的剪力墙,采用四点加载方式对其进行平面外的抗弯试验,通过竖向荷载、构件挠度、裂缝的出现和开展等试验数据,对剪力墙平面外抗弯破坏的过程、延性、屈服和极限荷载进行分析。试验结果表明剪力墙在平面外受弯时虽然属于少筋破坏,但并非一裂就坏,混凝土开裂甚至钢筋屈服后仍有很大的变形能力。研究基于塑性铰理论给出了剪力墙的屈服和极限抗弯承载力计算公式。

近断层地震动脉冲特性对设备-结构耦合隔震体系响应的影响

基于设备-结构耦合隔震体系模型,选取了50条近断层脉冲型地震波,以脉冲周期与结构基本周期比TP/T=1为分界线,分析了周期比和脉冲能量对结构响应的影响,并对穿零次数小于等于5的隔震层位移比与周期比和脉冲能量的关系进行了拟合。结果表明:脉冲特性对结构的影响主要与周期比TP/T和脉冲能量有关,同时也需考虑速度脉冲对应的加速度曲线穿零次数的影响;此外,设备响应与顶层楼面加速度直接相关,与近断层地震动的脉冲特性则无明显相关性。

屋盖悬挑端加固减振试验研究

大跨网架屋盖挑檐部分风致响应较大,提出附加杆件、粘弹性阻尼器及粘滞阻尼器三种加固减振方法。设计制作正置四角锥体单元空间网架足尺子结构试验模型,基于带悬挑平屋盖风压分布风洞试验数据,对三种加固足尺子结构试验模型进行不同风向角下风荷载时程的加载。分析结构风致加速度与位移响应,结果表明:附加杆件加固后网架刚度增大,加速度响应增大,位移响应减小;附加粘弹性阻尼器,结构加速度与位移响应均降低;附加粘滞阻尼器,结构加速度响应减小,位移减小效果不明显。

不同时频特性近断层地震作用下的结构响应研究

研究不同时频特性的地震波作用下,抗震结构和隔震结构耦合设备的动力响应,对五层钢框架振动台模型试验数据进行小波分析。结果表明:主结构动力响应与地震波时频特性直接相关;由于主结构和隔震支座的滤波作用,设备的动力响应受地震波时频特性影响显著,但不具有直接相关性;隔震结构可以使设备的频率远离主结构的频率,从而降低设备的放大系数;设备耦合之后主体结构加速度的变化趋势取决于不同时频特性的地震波能量分布。

设备周期比对设备-结构耦合隔震体系近断层地震响应影响分析

设备-基础隔震结构耦合体系的地震响应影响因素较多,为研究设备与基础隔震结构的周期比对耦合体系地震响应的影响,利用有限元软件Abaqus建立了一个5层钢框架隔震结构模型,将设备设置于结构顶层,输入3条近断层地震波,分析设备与结构周期比变化对耦合隔震体系的隔震层位移、楼层层间位移、楼层加速度和设备位移等动力响应的影响。结果表明,随着设备周期与结构基本周期接近,隔震层位移、楼层层间位移、楼层加速度呈逐渐减小的趋势,设备位移呈增大趋势;设备与结构间的耦合作用可减小结构和设备的动力响应,在设备周期接近结构周期时较为明显,隔震层位移、楼层层间位移、结构加速度和设备位移可分别减小26.92%、27.18%、14.34%、9.63%。

Mechanical property of U-Shaped 65Mn steel bumpers for seismic base isolation

This study proposes a novel U-shaped 65Mn steel bumper as the displacement restraining device for base-isolated structures with laminated elastomeric rubber bearings.A series of bumpers with different geometric parameters were designed and tested under monotonic and cyclic quasi-static loading protocols.The experimental results from a total of 232 specimens were analyzed to develop an analytical model to calculate the backbone curve and the maximum elastic restoring force for U-shaped 65Mn bumpers.Thus,the analytical equations to calculate the elastic,hardening,and unloading stiffness of U-shaped 65Mn bumpers,as well as their maximum elastic restoring force,are validated by using an additional ten groups of bumpers with varying radiuses.These analytical equations can accurately predict the mechanical parameters of U-shaped 65Mn steel bumpers for a design purpose.

冻融循环作用下轻骨料混凝土及普通混凝土后锚固化学锚栓抗拔性能对比分析

为研究冻融循环作用下轻骨料混凝土锚固化学锚栓的拔出抗拉性能,分析冻融循环次数对抗拉性能的影响,并和普通混凝土后锚固化学锚栓的性能进行对比分析。选取倒锥形化学锚栓,制作轻骨料混凝土和普通混凝土化学锚栓试件各24个,进行静力约束抗拉试验,对比试验现象,分析化学锚栓在混凝土中的拔出承载力和粘接强度。研究发现倒锥形化学锚栓在两种混凝土中的破坏模式均为胶-筋界面破坏;粘结强度与拔出承载力均随冻融次数的增加而降低,但在轻骨料混凝土中的下降速度明显低于在普通混凝土中的下降速度。

软索连接装配式工字形圆孔墙抗震性能试验研究

为研究纵、横向墙体采用软索连接的装配式钢筋混凝土圆孔墙结构的抗震性能,对2种不同连接方式(工字Ⅰ型、工字Ⅱ型)的足尺工字形圆孔墙试件进行了不同轴压力作用下的拟静力试验。通过试验现象发现:随着循环加载的进行,试件主翼墙交界处出现较大裂缝,试件破坏时主翼墙交界处顶部混凝土压溃;无轴压力作用时,试件屈服前的裂缝主要分布于翼墙,主墙裂缝沿着45°方向发展;有轴压力作用时,试件屈服前的裂缝主要分布于主墙,主墙裂缝沿着60°方向发展,试件破坏时主墙裂缝分布更加密集。试验结果表明:无轴压力作用时,加载后期墙体出现滑移,工字Ⅰ型试件的屈服荷载比工字Ⅱ型试件大11%,峰值荷载小9%。有轴压力作用时,试件未出现明显滑移,工字Ⅰ型试件的连接可靠性、承载力、整体变形能力较工字Ⅱ型试件的强,刚度退化慢;相比无轴压力作用时,两种连接方式试件的屈服荷载均提高110%左右,峰值荷载分别提高101%和77%,极限位移角分别提高了200%和97%,消除了因连接方式不同对开裂荷载的影响。工字Ⅰ型试件更适用于有轴压力作用的情形,工字Ⅱ型试件更适用于无轴压力作用的情形。

大跨度刚性屋盖数值模拟及女儿墙对风压影响分析

为研究不同围护结构对主体结构及自身承受风荷载的影响,对三种不同围护结构体系的平屋盖刚性模型(普通平屋盖、设女儿墙平屋盖和设悬挑平屋盖模型)的风洞试验进行CFD数值模拟,数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好,利用建立的CFD数值模拟模型,对三种不同高度女儿墙的平屋盖刚性模型进行数值模拟分析。对不同围护结构的屋面风压分析表明:悬挑部分对主体屋面前缘风压降低效果明显;女儿墙设置可减小屋面迎风前缘与角部区域的负值风压,屋盖后部出现了局部正压。对不同高度女儿墙模型数值模拟表明:女儿墙高度主要影响屋面1/3范围内的风压、角部区域风压及屋面风压梯度,女儿墙越高,女儿墙承受风压越大,在实际工程中应考虑风压对女儿墙的不利影响。

大跨网架结构风振响应及阻尼减振分析

设计制作了带挑檐大跨度平屋盖刚性结构模型,对其进行风洞试验,得到不同模型屋盖表面测点的平均风压与脉动风压系数,利用本征正交分解(POD)法计算节点处的风压系数,采用有限元分析软件ANSYS对原型屋盖网架结构进行风振响应以及减振分析。结果表明:挑檐部分由于上下表面风压叠加作用,负风压较大;在挑檐角部设置黏弹性阻尼器,对挑檐风振响应控制效果显著;存在一定程度既有锈蚀的网架结构,设置黏弹性阻尼器对风致响应减振效果明显,风致响应随锈蚀深度增加而增大,锈蚀深度小于1 mm时,位移响应均方根值减振系数达到10.3%~21.0%,加速度响应峰值减振系数达到26.3%~39.6%。

非结构构件抗震性能研究进展

近年来城市地震灾害呈现出新特点,即建筑主体结构保存完好情况下,非结构构件可能就已出现严重的破坏现象。随着人们对工作、生活环境要求越来越高,使得非结构构件在建筑总投资中占比越来越大。非结构构件一旦发生严重破坏,不仅会造成重大的经济损失,而且会直接导致建筑功能的中断,甚至还会引发次生灾害威胁到人们生命安全。对典型的非结构构件震害表现及原因进行归纳,阐述了国内外学者对于典型的非结构构件抗震性能最新研究进展,对已有的非结构构件分类方式进行梳理并重新划分了非结构构件种类,对比了国内外不同规范抗震设计计算采用等效侧力法公式的差异,并提出针对公式中参数取值深入研究的必要性,最后指出了未来基于性能的非结构构件抗震性能设计还需进一步深入研究的方向。

不同方向荷载作用下侧纵向抗震支吊架力学性能试验研究

抗震支吊架是有效保护管线系统的抗震措施,为探究其抗震性能,国内外众多学者开展了一系列力学试验,但仅考虑了平行于抗震斜撑水平投影方向的受力情况,未考虑地震动的入射角度。本文通过受力分析和力学试验探究了实际工程中常用的侧纵向抗震支吊架在0°、30°、45°、-30°、-45°荷载作用下的力学性能。试验研究发现,支吊架的破坏都出现在支吊架斜撑受压的过程中,并且破坏均发生在抗震连接件上。试验结果显示,当受力方向与斜撑存在夹角时,抗震支吊架承载能力较大,当受力方向与斜撑平行时,抗震支吊架承载能力较小;承载能力试验值小于理论值。论文结合试验现象及试验数据提出了优化的侧纵向抗震支吊架的布置方式,为其工程应用提供了理论和技术支撑。

近断层地震下层间隔震结构楼层反应谱

近断层地震动富含长周期、大峰值的速度脉冲的特性,而目前对近断层地震动作用下非结构构件动力响应的研究较少.本文对一个5层钢框架结构进行非隔震与层间隔震振动台试验和ABAQUS有限元模拟,研究表明:(1)结构设置隔震层,能明显降低屋面楼层加速度反应βac谱谱值,谱值随着隔震层的升高而增大;同时增大了屋面楼层位移反应βd谱谱值,随着隔震层设置位置的升高,谱值大幅度减小.(2)与抗震和隔震结构的自振周期有相近脉冲周期的地震波能明显增大屋面楼层位移反应βd谱和屋面楼层加速度反应βac谱谱值;非隔震与隔震结构屋面楼层加速度反应βac谱和楼层位移反应βd谱主要峰值周期与主体结构基本自振周期接近.(3)近断层地震波与结构周期比值越近,断层距越小,有脉冲作用,屋面楼层加速度反应βac谱和楼层位移反应βd谱谱值越大.