Geiger型索穹顶冲击动力响应与失效机理研究

针对当前索穹顶结构缺乏冲击荷载作用下结构动力响应和失效机理的研究现状,该文基于ANSYS/LS-DYNA分析软件,提出了Geiger型索穹顶结构冲击动力分析模型,详细分析了冲击作用下结构的节点位移和杆件内力响应,并进一步结合美国规范UFC4-023-03的倒塌准则,对结构的失效模式进行评价,提出了三种失效模式,即结构轻微损伤、结构局部损伤和结构整体失效。随后,基于冲击破坏杆件数和杆件内力损伤程度,提出了结构整体损伤指数的概念,通过参数分析,探索了索穹顶结构在不同冲击物参数下整体损伤指数的变化特点及不同设计参数下的抗冲击性能。研究发现了整体损伤指数与三种失效模式之间的关系:当失效模式为结构轻微损伤时,其整体损伤指数小于0.3;当失效模式为结构局部损伤时,其整体损伤指数位于0.3~0.8之间;当失效模式为结构整体失效时,其整体损伤指数大于0.8。基于此提出了失效模式控制方程。冲击荷载越靠近结构中心,结构发生整体失效概率越大,反之则局部损伤和轻微损伤概率越大。提高初始预应力水平和杆件截面面积能有效提高结构的抗冲击性能。

地震作用下网架结构失效模式的判定方法

利用增量动力分析方法,采用多段梁单元对无缺陷网架、考虑节点几何缺陷网架、杆件几何缺陷网架以及综合考虑节点和杆件几何缺陷的网架整体结构在地震作用下的响应进行了研究。对比表明:综合考虑节点和杆件几何缺陷会加速网架结构的失效进程,施加几何缺陷没有改变网架在同一地震激励下的失效模式。从结构响应的角度,根据网架结构特征点加速度位移曲线、位移时程曲线以及网架塑性杆件比例,提出了地震作用下判别网架结构失效模式的具体标准:若网架跨中位移时程曲线发生明显跳跃,网架塑性杆件占比较小且小于一定限值,可判定网架发生动力稳定失效。若网架跨中位移时程曲线无明显跳跃但逐渐发散,且网架塑性杆件占比较高并大于一定限值,可判定网架发生强度型失效。

高烈度区框-筒结构组合减隔震抗震性能研究

随着社会经济发展,我国高层建筑数量与日俱增,减震、隔震技术逐渐在高层结构中应用,并且提出了减震、隔震装置联合使用的新型组合减隔震技术。本文为研究高层组合减隔震结构中阻尼器布置位置对隔震效果的影响,针对高烈度区某框架-核心筒结构采取传统抗震、隔震、隔震-隔震层减震和隔震-非隔震层减震4种抗震方案,并选取7条地震波,通过Perform-3D软件对其分别进行罕遇地震和极罕遇地震下的弹塑性时程分析。对比结构宏观指标发现:相比隔震结构,组合减隔震结构能有效降低地震响应;黏滞阻尼器设置在非隔震层的组合减隔震结构抗震效果最佳,提高了结构安全度。

柔性光伏系统颤振性能的节段模型试验研究

柔性光伏支架的频率低、质量轻,极易在风荷载作用下发生大幅振动。以某实际柔性光伏项目为工程背景,借鉴桥梁抗风的研究经验,对该柔性光伏支架的颤振性能进行研究。首先,考虑严格的相似比关系,设计并制作了弹性悬挂节段模型系统,并对其动力特性进行了测试;然后,进行不同光伏组件倾角(-39°~+39°)下的弹性悬挂节段模型测振风洞试验,研究光伏组件风致响应随风速的变化规律,得到各倾角下柔性光伏节段模型的颤振临界风速值,探讨2种气动措施对提高柔性光伏支架颤振稳定性的效果。结果表明:在0°~39°的正倾角工况下,柔性光伏支架的颤振临界风速随光伏组件倾角的增大,呈现先减小后增大的趋势,最小颤振临界风速出现在12°~21°光伏组件倾角范围内,折算成实际风速为9.6m/s;在-39°~0°的负倾角工况下,颤振临界风速随光伏组件倾角的增大,也呈现先减小后增大的趋势,最小颤振临界风速出现在-21°~-12°光伏组件倾角范围内,折算成实际风速为10.1m/s;设置中央稳定板的气动措施难以有效提高柔性光伏支架的颤振临界风速。

马尔康6.0级震群地震藏族民居震害调查与分析

为掌握马尔康6.0级震群地震中藏族民居的震害情况,对地震灾区进行广泛的调查,总结藏族民居的建筑特点与结构特点,分析石木结构、木结构和生土结构的主要震害特征和破坏原因,并对不同结构类型的建筑震害数量和地质灾害隐患点数量进行统计和分析。研究结果表明:此次地震中,石木结构震害较严重,主要破坏特征为整体倒塌、局部倒塌、墙体破坏、梁柱破坏和屋盖破坏。木结构震害较轻,主要破坏特征为围护墙倒塌、开裂以及屋面溜瓦。由于距离震中较远,生土结构的震害最轻,主要破坏特征为墙体开裂。石木结构和木结构倒塌破坏占比分别为0.9%和0.0%,严重损坏占比分别为19.0%和17.2%。木结构多为非结构构件损坏,抗震能力强于石木结构。同时,地震诱发山体落石、山体滑坡,导致建筑被掩埋、道路中断、水利和通讯设施受损,地质灾害隐患点数量为663处。针对不同藏族民居的震害特征和破坏统计,建议在保留藏族民居建筑特色的前提下,发展受力机理清晰的结构体系,加强藏族民居的抗震措施,并重视该地区的震群型地震效应。根据次生灾害的破坏情况和统计,建议灾后重建中,藏族民居应合理选址,加强地质灾害的监测和预警,并完善防治次生灾害设施。

长持时地震动对建筑结构抗震影响的研究进展

该文综述了长持时地震动作用下建筑结构抗震性能的研究进展。介绍了长持时地震动的定义和特性;梳理了长持时地震动作用下建筑结构数值模拟、试验研究和理论分析的研究进展;详细综述了长持时地震动作用下建筑结构的延性性能、耗能能力、易损性和抗倒塌性能的研究进展。此外,介绍了考虑长持时地震作用影响的建筑结构抗震设计方法,梳理了国内外建筑结构抗震设计规范对长持时地震作用的考虑方法,并对长持时地震动作用下建筑结构抗震性能的研究进行了展望。建议关注长持时地震动作用下建筑结构的抗震性能,进一步研究长持时地震动的定义和特性,改进长持时地震动作用下建筑结构的数值模拟、理论分析和试验研究方法,深入探讨长持时地震动作用下各类建筑结构的地震响应、易损性和抗倒塌性能,为未来结构抗震设计及评估中考虑长持时地震作用的影响和规范修订提供参考。

钢支撑-钢筋混凝土掉层框架结构抗震性能试验研究

为改善坡地钢筋混凝土(RC)掉层框架结构抗侧刚度分布的不均匀性,设计了一栋在上接地层设置钢支撑的RC掉层框架结构,按1/4比例提取其顺坡向中榀框架下部5层子结构为试验对象,开展钢支撑-RC掉层框架拟静力试验,观测试件的破坏过程,并对比RC掉层框架试验所得试件的破坏形态,分析试件滞回性能、延性和刚度退化等抗震性能指标。结果表明:试件的最终破坏是以第4层柱底混凝土压溃,梁端混凝土剥落、底部钢筋断裂,顶层柱顶混凝土剥落为标志。与RC掉层框架试验结果相比,钢支撑-RC掉层框架试件上接地柱的破坏明显减轻,柱端破坏分布也更为均匀,避免了掉层框架结构“半层破坏模式”的出现,改善了结构的耗能和抗地震倒塌能力。但试件上接地层相邻上一层的变形和破坏程度较大,应对该楼层的柱端进行适当的抗震加强;设置钢支撑后,试件的滞回曲线较为饱满,并具有良好的延性(正、负向加载的位移延性系数分别可达5.13、5.69),正负向加载的刚度退化曲线也趋于对称。

双目标优化与生成对抗网络结合的框架结构阻尼器布置方案智能设计方法

为实现框架结构的阻尼器智能化布置,结合减震设计原理和智能算法,采用双目标优化算法和生成对抗网络算法分别进行阻尼器竖向和水平智能布置研究,并将该方法应用到两个框架结构减震设计工程案例中。在框架结构减震设计中,采用双目标优化算法进行阻尼器竖向布置,并与逐层逼近法、工程师设计和非减震设计进行对比,结果表明,采用该优化算法得到的阻尼器竖向布置方案能有效降低层间位移角和楼层加速度,提高结构的抗震性能。在确定各楼层的阻尼器数量后,利用训练好的生成对抗网络生成模型,可快速、自动地选择和确定各楼层阻尼器的平面安装位置,生成的平面布置与工程师设计的平面布置在相似性差异度综合评价指标上小于临界值0.1,说明两者相似度较高,且有利于提高原结构的抗扭能力。将双目标优化算法与生成对抗网络相结合,不仅能满足框架结构的减震性能目标,而且可实现阻尼器布置方案的智能设计,提升减震工程设计效率。

新型模块化钢结构插入式连接节点受力性能研究

为推广钢结构集成模块在高层建筑及抗震设防区域的应用,提出了一种具有附加耗能的新型全装配模块化钢结构插入式连接节点,节点采用T型连接件代替传统焊接连接实现模块单元全装配,连接件与摩擦板进行相对滑移提供附加耗能。根据节点受力及变形机理,推导其初始转动刚度理论公式。建立半装配与全装配模块化钢结构插入式连接节点的精细化数值模型,对比分析两种节点的滞回曲线、耗能能力及应力应变分布规律。结果表明,全装配插入式节点具有饱满的类平行四边形滞回曲线,其初始转动刚度理论计算值与数值结果吻合良好,有效验证了节点刚度公式的准确性。与半装配插入式节点相比,全装配插入式节点最大承载力降低约26.59%,整体能量耗散系数最大增加约70.06%,可通过T型连接件将塑性损伤转移至预设区域,保护主要构件并实现损伤可控,显著提高节点的抗震性能。

考虑填充墙的RC框架结构性能指标限值确定方法

填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构是我国应用最为广泛的结构形式之一,而我国规范中给出的此类结构性能指标限值并未充分考虑填充墙对整体结构破坏状态的影响。遵循我国规范中对结构破坏状态的定义原则,提出基于构件破坏率的填充墙RC框架结构性能指标限值确定方法,为此类结构破坏状态与工程需求参数对应关系的研究提供新的思路。以典型结构为例建立数值分析模型,采用该文方法计算考虑填充墙的RC框架结构性能指标限值,并与不考虑填充墙的“纯框架”限值进行了对比分析。相较于“纯框架指标”,该文指标完好、轻微破坏、中等破坏和严重破坏四个破坏状态的层间位移角上限值均更小,其中,完好状态的上限值为1/832,远小于规范中规定的弹性层间位移角限值1/550,说明判定填充墙RC框架结构的破坏状态时,直接应用规范限值会低估结构的破坏程度。

基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法

针对地震模拟振动台受到系统和试件非线性等因素影响,导致波形再现精度不高的问题,提出基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法以提高振动台的控制效果,通过数值仿真和实际振动台试验对该方法的控制性能进行研究。研究结果表明:基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法能够快速收敛,迭代次数较少,可以大幅提高振动台的波形复现精度,能够提高振动台的控制性能。

某医院病房大楼消能减震加固分析与设计

某建筑原抗震设防烈度低于6度,且拟将其使用用途由酒店改造为病房大楼。采用黏滞阻尼消能减震技术对该结构进行加固设计,并确定该结构的消能减震加固性能目标为性能1。对加固后结构进行多遇地震、设防地震以及罕遇地震作用下的非线性时程分析,主要分析加固后结构的耗能能力、变形能力以及损伤屈服机制等抗震性能指标的提升情况。分析结果表明,采用减震加固方案后,结构在多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下的各项抗震指标均达到预定性能目标的要求,设置的黏滞阻尼器发挥了良好的耗能能力;罕遇地震作用下结构具有合理的屈服机制,结构损伤轻微。

建筑结构隔震技术研究进展

建筑结构隔震技术通过在建筑结构底部或中间楼层设置隔震装置,延长结构的自振周期,并提供适当的阻尼使得结构的响应大幅度减小,能够更有效地保护房屋结构以及室内设备的安全,可显著提升建筑震后功能可恢复能力。目前建筑结构隔震技术已经有较为成熟的技术产品和工程应用,已广泛应用于住宅、医院、学校、博物馆和图书馆等建筑中。随着《建设工程抗震管理条例》的颁布,预期隔震技术将有更广阔的应用场景。隔震建筑也将逐步从低层、简单建筑结构向高层、复杂建筑结构的方向发展。目前常用的隔震装置存在着抗拉能力不足、对竖向地震或竖向环境振动减振效果不足、控制频宽窄、适应性不足以及使用状态及损伤状态难以监测等问题。为此,众多学者针对以上问题进行了深入研究,开发了抗拉隔震支座、三维隔震(振)支座、半主动隔震支座和隔震支座的健康监测系统,为扩展隔震技术的应用范围提供了解决方法。目前,相关研究偏重于新型隔震装置的性能研究,未来应全面考虑新型隔震装置对于建筑的影响,提出配套的设计方法,并进行示范性工程应用,加快隔震技术的推广。

隔震装置阻尼机构的参数设计与振动台试验

为了改善浮放物体隔震装置中阻尼力的施加方式,研制出一款阻尼机构。对其构造和工作机理进行阐述,推导出了它的力学特征表达式,并验证了分析模型的准确性。结合某文物隔震装置的目标性能,利用数值方法对阻尼机构的参数进行设计,并对比振动台试验。结果表明:该阻尼机构结构简单,性能稳定;经阻尼参数优化后的隔震装置在满足位移限值的情况下达到了设定的隔震目标;试验与数值分析结果相吻合,证明了阻尼机构参数设计的正确性,同时也检验了隔震装置的安装和运行质量。其中,试验与数值分析结果的吻合程度,尤其是位移时程曲线的吻合程度,可为浮放物体隔震装置的方案对比和质量评估提供思路。

新型GFRP-钢屈曲约束支撑设计与受力性能分析

为发展轻质、耐腐蚀的屈曲约束支撑,以玻璃纤维(GFRP)拉挤型材和缠绕工艺构造支撑约束构件,H型钢为内芯,提出一种新型GFRP-钢屈曲约束支撑.通过理论分析与数值模拟,探究了支撑内芯的屈曲模态发展规律;结合GFRP的各向异性和层合板结构特性,建立了GFRP约束构件的设计参数计算公式;分析了支撑间厚比、翼缘和腹板宽厚比及纤维角度对GFRP约束构件与内芯相互作用特征的影响规律,并给出了合理取值;通过算例分析,验证了该设计方法的可靠性.结果表明:H型钢内芯依次发生翼缘局部屈曲、绕弱轴整体屈曲、腹板局部屈曲和绕强轴整体屈曲,且整体屈曲模态较低,而局部屈曲模态较高;间厚比和宽厚比均会影响内芯的屈曲模态发展,进而改变约束构件的受力状态,间厚比宜为0.125 0~0.50,宽厚比宜小于6.29;GFRP约束构件主应力方向接近45°,为充分发挥纤维纵向承载能力,纤维宜按45°相互垂直交叉布置.

焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能分析

大多数双钢板-混凝土组合剪力墙采用螺栓连接或焊接肋的方式使钢板和混凝土协同工作。然而,这种连接方式可能导致整体性和塑性变形效率较低,且制作复杂,焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙能够有效地避免这些问题。为了深入研究焊接多腔双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,基于约束混凝土真三轴塑性-损伤本构模型和钢材弹塑性混合强化-韧性损伤本构模型,建立了组合剪力墙的精细化三维实体-壳模型,将模拟所得的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、弹性刚度、承载力、累积耗能、等效阻尼粘滞系数和延性系数与已有拟静力试验结果相比较,发现两者吻合较好。分析结果表明:轴压比对组合剪力墙模型算例刚度和承载力的影响较小,而随剪跨比增大,组合剪力墙模型算例的刚度和承载力呈线性降低;轴压比对组合剪力墙模型算例总塑性耗能的影响较小,而剪跨比的影响较大,剪力墙总塑性耗能随剪跨比增大而降低;轴压比和剪跨比都不会改变算例各部件的耗能分配机制,即组合剪力墙模型算例以外钢板和内隔板耗能为主。

一种新型组合式弯曲型金属阻尼器性能研究

为解决U形阻尼器承载能力低、耗能性差的问题,文中提出了由U形金属板与X形金属板组成的一种新型组合式弯曲型金属阻尼器,基于随动强化模型对阻尼器进行静力循环模拟加载,采用ABAQUS软件进行仿真研究,发现组合式金属阻尼器滞回性能和承载能力均有提高,比U形阻尼器承载能力提高了24%,根据材料屈服强度的理论分析,当X形金属板的材料屈服应力大于307.38 MPa时,组合式金属阻尼器可实现双级屈服效果,仿真中选用Q235B钢U形板和Q345B钢X形板,组合式金属阻尼器取得了较好的双阶段屈服效果。

基于组合赋权法与TOPSIS法的砌体结构加固方案优选

砌体加固方案优选方法对实际工程遴选方案具有重要意义。为此建立了组合赋权法与TOPSIS法相结合的砌体结构加固方案优选方法,引入加固效费比模型,以效费比值为定量指标,以施工工期、施工技术、效果、整体效应4个因素作为定性指标,建立砌体结构抗震加固优选方案指标体系。以某教学楼为例,运用G1-COWA组合赋权法与TOPSIS法,求出该结构最佳加固方案为板墙加固方案。结果表明:所提出的优选方法具有一定的实用性和有效性,也适用于一般砌体加固改造工程;优选方法能根据既有结构的基本信息,科学便捷地决策出最佳方案,为砌体结构的加固设计实施提供更科学的技术支撑。

联肢弯剪型钢板剪力墙抗震性能试验研究

联肢钢板剪力墙结构是将2片钢板剪力墙通过钢连梁连接形成的抗侧力结构。通过对1榀1/3缩尺的4层联肢弯剪型钢板剪力墙试件进行低周往复加载试验,从滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力及刚度退化、耗能能力等方面研究了该结构体系的抗震性能,并且对试件的屈服顺序和变形模式进行了分析。结果表明:联肢钢板剪力墙试件的延性系数达到5.03,承载力退化系数均大于0.96,承载力和刚度退化稳定,等效黏滞阻尼系数达到0.25以上,表明联肢弯剪型钢板剪力墙具有优越的抗震性能。加载过程中,连梁先于墙板发生屈服,墙板先屈曲后屈服,此后柱脚和横梁相继屈服。连梁的引入改变了结构的屈服机制,提高了整体的延性和耗能能力,能够组成多道抗震防线,且试件整体最终也体现出合理的破坏机制。整体侧移曲线呈弯剪变形模式。该试验研究更加贴合实际工程中联肢钢板剪力墙结构的应用情况,为联肢钢板剪力墙结构的进一步研究和应用提供了试验基础。

中空夹层钢管钢渣混凝土T形节点抗震性能研究

将钢渣混凝土灌入中空夹层钢管混凝土结构,充分利用钢渣混凝土的微膨胀性和中空夹层内外钢管对混凝土的约束作用,有效解决了钢渣混凝土工程应用中的安定性问题。以混凝土类型、空心率、支主管直径比和轴压比为参数变量,共进行了5个中空夹层钢管混凝土T形节点试件(1个普通混凝土试件、4个钢渣混凝土试件)拟静力试验研究。试验结果表明:与灌注普通混凝土相比,灌注钢渣混凝土对试件节点承载力影响不大,但位移延性和耗能能力明显增加,提高幅度分别达69.46%和48.20%;当空心率从0.3增大到0.5时,试件位移延性系数提高9.69%;当支主管直径比从0.40增大到0.68时,位移延性系数提高82.44%;当轴压比从0.1增大到0.2时,试件位移延性系数降低17.98%。建立有限元模型对试件的滞回性能进行了模拟,模拟结果与试验结果基本符合,验证了所建有限元模型的有效性。进而开展了节点承载力影响参数分析,得到最佳空心率为70%左右。钢渣在钢管混凝土结构中应用,可大幅提高其抗震性能。