X形软钢阻尼器延性断裂的试验研究与数值模拟

为了研究X形软钢阻尼器在大变形状态下的耗能性能和损伤演化规律,设计了6组试件进行单向和循环荷载作用下延性断裂的试验研究,分析了软钢阻尼器的破坏过程和滞回曲线。采用Lemaitre-Chaboche混合强化模型,分别对各工况下包含与不包含基于应力三轴度的钢材微观损伤模型的软钢阻尼器进行了精细的有限元模拟。对比有限元模拟结果和试验结果,分析结果表明,颈部为X形耗能软钢阻尼器的薄弱位置,最容易发生集中损伤甚至破坏。考虑钢材损伤准则的有限元模拟的荷载-位移曲线与试验结果更加吻合,能够表征软钢阻尼器的承载力与刚度退化现象,并能较为准确地预测软钢阻尼器的损伤演化过程和断裂破坏位置。

基于特斯拉阀的黏滞阻尼器减震性能研究

针对一种基于特斯拉阀单向流通性的新型黏滞阻尼器,利用MTS landmark电液伺服试验系统对单双阀两种工况的阻尼器进行多振幅多频率循环加载;基于流体在特斯拉阀内的沿程损失建立理论模型,用MATLAB软件对新型阻尼器及传统孔隙式黏滞阻尼器进行仿真分析,分组讨论新型阻尼器的耗能减震性能。试验及仿真结果表明:新型阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器,试验值与仿真值基本吻合,较传统阻尼器减震性能突出;单阀阻尼器其性能受流体速度影响存在适用局限性,可通过调整阀门组数以调节阻尼器耗能性能。

泸定地震中典型隔震建筑震害分析

为落实国务院744号令关于在“两区八类建筑”中推广使用隔震技术的要求,推动隔震技术的健康发展,对位于泸定地震震中的两栋隔震建筑的震害情况进行了调查。分析了某教学行政楼中隔震层的阻尼器及连接件、支墩震害原因,介绍了某宿舍楼的隔震支座震损情况,对两栋建筑隔离缝等构造处理的不合理导致震损的不足之处进行了全面、系统总结。提出了隔震建筑设计应全专业协调,避免过多设置隔离缝将建筑分割过于零碎;与阻尼器连接支墩需进行剪扭验算;穿越隔震层的设备管道的柔性连接应设置U形段预留变形长度,宽度较大的隔离缝应注意防掉落及通行需求的设计及构造等改进意见。并对隔震结构的施工,产品的检验、验收及建设单位责任提出了相关要求。

泸定6.8级地震城镇居住建筑典型震害及启示

为分析泸定68级地震中城镇居住建筑的破坏情况,对位于震中磨西镇及周边城镇居住建筑的典型震害进行调查,总结了城镇居住建筑中框架结构及砌体结构的震害特征,详细介绍了一栋采用框架结构的高层住宅及一栋采用砌体结构的多层员工宿舍的破坏情况,并分析破坏原因。调查与分析结果表明:本次地震中,框架结构和砌体结构破坏普遍在底层更严重;框架结构震害总体较轻,未合理设计的楼梯及填充墙依然是框架结构中震害集中区;砌体结构墙体出现常见的各种斜向裂缝;除设计因素外,造成少量砌体结构倒塌可能原因是传统砌体结构抵抗竖向地震作用能力不足以及特殊场地地震放大效应。根据两种结构类型的建筑震害特征,对灾区重建及既有房屋改造提出了重点加强老旧建筑合规性排查、合理计算不利地段建筑的地震作用、适当引入合适的减隔震装置等针对性的设计建议,以提高城镇居住建筑的抗震能力,同时体现韧性城镇的设计理念。

LYP225低屈服点钢哑铃形钢棒阻尼器剪切性能试验研究

该文结合带平直段的双圆锥阻尼器和低屈服点钢材的特性,设计了LYP225低屈服点钢哑铃形钢棒阻尼器(LY225-WDP),该阻尼器具有屈服位移小、延性高、耗能能力稳定的特点。利用低屈服点钢LYP225设计了7个不同构造参数的LY225-WDP试件,并对其进行低周往复循环荷载试验,研究阻尼器在循环剪切变形下的滞回与耗能能力,以及不同设计参数对阻尼器力学性能的影响。结果表明:在循环剪切变形下,LY225-WDP的变形特点主要表现为弯曲变形,破坏模式属于低周疲劳破坏;阻尼器的滞回曲线饱满,稳定性良好,在整个加载过程中,表现出明显的强化现象,延性系数在8.50~10.04,超强系数在2.09~2.79;阻尼器的弹性刚度及承载力在耗能段内径及长度一定时与内缩率呈正相关,在耗能段外径及长度一定时与内缩率呈负相关;阻尼器的耗能能力随着平直段长度的增加而明显提升;对LY225-WDP建立了弹性刚度及屈服承载力计算公式,试验数据验证了公式的准确性,可为LY225-WDP的设计提供参考。

近场地震作用下风力发电塔结构振动台试验研究

为研究近场脉冲型地震和竖向地震分量对风力发电塔结构地震响应的影响,以2MW风力发电塔结构为原型,按缩尺比为1/20进行模拟地震振动台试验。选用脉冲型地震Westmorland记录和Chi-Chi记录以及普通地震Taft记录和El-Centro记录作为输入地震动。对比分析结构的动力特性,脉冲效应对结构地震响应的影响,竖向地震分量对结构的地震响应的影响。试验结果表明:在试验过程中风力发电塔结构一直处于弹性工作状态;脉冲型近场地震动对结构的加速度响应、位移响应和应变响应具有显著的影响;竖向地震动分量对塔顶水平加速度响应和水平位移响应的影响较小,但对结构的竖向加速度和竖向位移有显著的影响。因此为提高风力发电塔结构的抗震能力,在结构设计中应更加考虑近场地震的脉冲效应和竖向地震效应的影响。

节点域承载力对半刚性钢框架地震易损性影响研究

目的 通过考察节点域承载力变化与地震易损性曲线间的关系,获得半刚性钢框架地震易损性曲线,量化节点域屈服承载力对半刚性钢框架地震易损性的影响。方法 采用OpenSEES抗震分析软件建立以节点域承载力比为主要参数的半刚性钢框架模型,通过地震需求分析和抗震能力分析,绘制不同节点域屈服承载力比(0.5~1.0)对应的半刚性钢框架地震易损性曲线。结果 节点域屈服承载力比的取值为0.7时,半刚性钢框架地震易损性曲线在四种极限状态下均小于其他半刚性钢框架,且形成包络趋势。结论 在水平地震作用下,允许节点域屈服,可显著降低钢框架的失效概率,结构的抗震性能也得到了明显改善;节点域屈服承载力比取0.7时,结构抗震性改善效果最显著。

砌体结构地震风险控制决策方法研究

地震等自然灾害作用下生命安全风险的相关决策会对社会公共安全产生重大的影响,因此,工程结构应将风险限制在合理可接受水平,在经济投资、使用效益和生命安全保护方面达到综合最佳。为了解决“多安全才足够安全”这个问题,首先,根据我国2018年基本国情和经济水平确定生活质量指数(life quality index,LQI),并建立基于LQI的风险可接受准则;其次,对新建砌体结构和加固既有砌体结构进行可靠度分析,采用蒙特卡罗法计算地震作用下砌体结构的失效概率;最后,建立砌体结构的地震风险控制决策方法,并通过实例应用提出新建砌体结构的最优设计方案和加固既有砌体结构的最佳加固策略。结果表明:文中提出的方法对新建砌体结构可靠度指标的要求与规范要求基本吻合;地震作用下多层砌体结构的可接受失效概率为0.001~0.010。

基于稳态响应规律的双线性滞回模型等效参数研究

为了研究等效线性化方法的位移估算精度,以双线性滞回模型为分析模型,分析了非线性单自由度体系的自由振动过程,指出采用割线刚度法(R-H法)计算的等效参数与实际结果偏差较大,进而提出了一种简谐力作用下的等效参数计算方法。考虑了简谐激励的激励周期以及结构振动的位移峰值对计算结果的影响,通过数值分析对不同参数对应下的非线性体系进行等效线性化分析,验证了所提出的等效参数计算方法的有效性与准确性。结果表明,采用R-H法计算的等效刚度偏大,而改进方法能够合理估算非线性时程位移结果,其计算精度优于R-H法。

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。

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。

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。

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。

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。

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。