基于能力谱的弯剪复合型金属阻尼器加固既有混凝土框架性能化抗震设计方法

随着近年来中国对建筑结构的抗震性能要求不断提高,既有混凝土框架难以满足多水准抗震性能标准的要求,采用金属阻尼器加固既有混凝土框架可显著提高其抗震性能,有利于满足现有抗震性能目标,然而目前对于相应的的性能化抗震设计方法研究尚不充分。该文提出了基于能力谱的金属阻尼器加固既有混凝土框架抗震性能化设计方法,为了实现不同烈度地震下的多性能水准目标,采用具有多阶屈服特征的弯剪复合型金属阻尼器。基于对既有混凝土框架的静力推覆分析,将框架的推覆曲线转化为等效的双折线能力谱,设定加固后结构在多遇、设防和罕遇地震下的层间位移角性能目标,确定结构能力谱曲线和需求谱曲线的交点。考虑金属阻尼器进入屈服阶段后的附加阻尼比,计算出结构在不同烈度地震下的等效阻尼比,根据性能点计算出金属阻尼器剪切和弯曲芯板的屈服承载力。基于上述设计方法对4层、6层和9层既有混凝土框架进行加固,通过OpenSees软件建立弹塑性分析模型,并通过试验结果验证了模型的准确性,通过时程分析结果表明了加固后的结构满足预定的性能目标,证明了提出的设计方法的可靠性和有效性。该文研究成果将为金属阻尼器加固既有混凝土框架的抗震设计提供理论依据。

弯剪复合分级屈服阻尼器设计与力学分析

为提升弧形钢板阻尼器的耗能能力,调整阻尼器的刚度,提出一种弯剪复合分级屈服阻尼器。借助有限元分析软件ANSYS建立21组模型试件,通过对数值结果的统计分析,总结复合阻尼器中软钢棒直径、弧形钢板半径及宽度和厚度等参数对阻尼器耗能性能的影响规律,并给出了复合阻尼器各项设计参数的建议取值,同时结合对单体耗能构件的数值分析,提出了弯剪复合分级屈服阻尼器的三线性恢复力模型并对其进行验证。研究结果表明:弯剪复合分级屈服阻尼器的初始刚度随软钢棒直径的增大而上升,其耗能能力随软钢棒直径、弧形钢板半径以及厚度的增大而增加,复合阻尼器的二级屈服位移随弧形钢板半径和厚度的增大而减小;所提恢复力模型最大相对误差不超过8%,可准确描述该复合阻尼器的力学性能。

弯剪复合载荷作用下复合材料层合板屈曲的强度校核方法

基于复合材料各向异性板的大挠度方程,采用Ritz法和最小势能原理推导出了正交各向异性复合材料层合板在面内弯曲载荷作用下临界屈曲弯矩的解析解;给出了面内弯剪复合载荷作用下复合材料层合板屈曲的强度校核方法,并将本文方法所得结果与用有限元法(FEM)所得结果进行了比较。结果表明,本文方法与有限元方法相吻合,并且形式简洁,便于工程应用。

碳纤维布加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论分析

对碳纤维布(CFS)加固的弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能进行理论分析。文中针对4根CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能的模型试验,基于修正的斜压场理论,集中考虑剪扭应力相加面的应力分布,并将混凝土软化系数提高25%,建立CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭承载力的计算方法。通过对4根箱梁试件的极限抗扭承载力的理论计算,并将计算结果与模型试验结果进行对比和分析,发现两者符合较好,其比值的平均值为0.9215,标准差为0.0320,变异系数为0.0347;对箱梁试件的试验破坏截面与理论破坏截面位置不一致的现象给出很好的解释;并与其他计算方法所得的计算结果取得一致。最后得出结论:修正的斜压场理论模型概念明确、安全可靠,可以作为CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的极限抗扭承载力的设计计算方法。

拉-弯-剪复合作用下型钢混凝土柱抗震性能研究及损伤量化分析

为研究拉弯剪复合受力型钢混凝土柱的抗震性能,以剪跨比、轴拉比、偏心距为变化参数,设计13个型钢混凝土柱试件进行低周反复试验,观察试件的破坏过程与破坏形态,得到了试件的荷载-位移曲线以及试件的特征点参数。基于试验数据,详细分析了拉弯剪复合受力型钢混凝土柱的承载力、位移延性、能量耗散、刚度退化等抗震性能以及损伤指标。结果表明:型钢混凝土柱的主要破坏形态为弯曲破坏、拉弯破坏以及弯剪破坏;其滞回曲线饱满,位移延性系数均超过6.0;破坏时损伤指数在0.804~0.963;随剪跨比的增大,各试件延性及耗能能力不断增加,极限承载力下降明显,损伤指标最大减小11.55%;随轴拉比以及偏心距的增大,各试件极限承载力逐渐降低,延性及耗能能力逐渐减小,损伤指标不断增大。总体上看,在拉弯剪复合受力状态下型钢混凝土受拉柱具有较好的抗震性能,可将其运用在实际工程中。

智能化生产线中钣金类零件的剪断折弯复合冲裁模具的设计分析

通过对钣金类零件自动化生产线中的剪断折弯复合模具的凹模结构、凸模结构及模架结构的设计分析,解决了四边都有折弯要求的钣金零件在自动化生产线中滚压成型后剪断、折弯的技术问题,大大提高了生产线的自动化程度及生产效率,同时提高了零件的加工精度。

弯-剪-扭复合作用下考虑扭转翘曲的U形薄壁混凝土梁设计方法

基于弯-剪-扭复合作用下U形薄壁混凝土梁的试验和数值模拟参数分析研究成果,提出U形梁约束扭转内力翘曲弯矩Mω和翘曲扭矩Tω的等效方法,进而提出弯-剪-扭复合作用下考虑扭转翘曲的U形薄壁混凝土梁设计方法。对考虑扭转翘曲、不考虑扭转翘曲2种情况下的设计内力和计算极限荷载的结果进行对比分析。结果表明:2种情况下所得到的设计内力在内力类别和数值上均差异显著;当扭弯比较小(约小于1∶8)时,忽略扭转翘曲时得到的极限荷载计算值偏大;当扭弯比较大(约大于1∶8)时,忽略扭转翘曲时得到的极限荷载计算值偏小。

钢筋混凝土槽形薄壁梁弯剪扭复合作用非线性分析

混凝土槽形薄壁梁近年来在城市轨道交通桥梁中得到了广泛应用,但其在弯剪扭复合作用下的力学性能研究相对滞后,已制约了其应用和发展。基于Vlasov开口薄壁构件弹性理论及本课题组所建立的钢筋混凝土槽形薄壁纯扭构件非线性分析模型,引入弯矩的影响,建立了钢筋混凝土槽形薄壁梁弯剪扭复合作用的非线性模型。该模型考虑了裂缝出现前后自由扭转刚度的变化;借助条带法、面积等效代换和修正坐标系等方法,得到翘曲扭转刚度与扭转角二阶导数的关系;最后采用四阶龙格-库塔法求解扭转平衡微分方程,得到扭矩-扭转角全过程曲线。根据求解过程编制了非线性分析程序,分析结果与本课题组已完成的两根梁的试验结果吻合良好,表明所建立的力学模型及分析程序可应用于弯剪扭复合作用下开口薄壁梁的受力分析和承载力预测。

弯剪共同作用下活性粉末混凝土梁截面分析程序探讨

为了研究配箍率对高强箍筋活性粉末混凝土(RPC)梁抗剪性能的影响,开展6根配置HRB400级箍筋RPC梁的抗剪试验。考虑RPC的材料特征参数与钢纤维对斜截面承载力的影响,分析有腹筋与无腹筋梁在剪力传递机理及裂缝控制方面的差异。基于修正压力场理论,对开裂后的混凝土在拉、压应力下的本构关系及裂缝处的应力平衡条件进行适当修正;将弯矩效应叠加至纯剪作用下的截面分析中建立RPC梁在弯剪复合作用下的分析模型,并采用MATLAB软件编制RPC梁斜截面抗剪强度分析计算程序;对RPC简支梁的试验结果与计算结果进行对比分析。研究结果表明该计算程序能够较好地预测高强钢筋RPC梁的受剪承载力,具有一定的参考和实用价值。

压-弯-剪-扭复合受力钢筋混凝土L形截面柱抗震性能试验研究

为研究压-弯-剪-扭复合受力下钢筋混凝土L形截面柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比为变化参数,设计6个钢筋混凝土柱试件在恒定轴力和反复弯-剪-扭复合作用下的加载试验.观察试件的破坏过程和形态,得到其扭矩-扭转角滞回曲线和荷载-位移滞回曲线,以及试件的开裂点、峰值荷载点和破坏点等特征参数.基于试验数据,分析扭弯比和轴压比变化对钢筋混凝土L形截面柱的压碎区高度、钢筋应变、承载力、位移延性、层间侧移角、耗能能力、承载力及刚度退化等抗震性能指标的影响.结果表明:低周反复压-弯-剪-扭钢筋混凝土L形截面柱破坏形态表现为弯曲、弯扭和扭剪破坏,滞回曲线呈捏拢的S形,随着扭弯比的增大,柱根部压碎区高度变小,翼缘裂缝发展更为完善,纵筋应力增大,箍筋应力减少,开裂荷载和受扭承载力均有提高,试件扭转延性提高但位移延性降低,初始刚度较小且退化更为平稳;而轴压比则与受扭承载力和弯曲刚度密切相关,轴压比越大,受扭承载力越大,弯曲刚度提高;试件弯曲耗能的等效黏滞阻尼系数在0.08~0.28之间,扭转耗能的等效黏滞阻尼系数为0.13~0.23,试件耗能占比由初期扭转耗能为主向弯曲耗能转变,L形截面柱性能水平对应的层间位移角均能满足相关规范要求.扭矩的存在对试件抗震性能削弱较大.

钢筋混凝土U形薄壁梁弯-剪-扭复合受力性能试验研究

U形薄壁混凝土梁主要用于城市轨道交通工程,受弯-剪-扭复合作用。本文通过试验研究了一根大尺寸钢筋混凝土U形薄壁梁在弯-剪-扭复合作用下的力学性能,包括裂缝的发展与分布、钢筋应变分布以及破坏形态等。试验结果表明:弯-剪-扭复合作用下的U形薄壁混凝土梁呈现明显的空间受力特征,表现为裂缝和钢筋应变在两侧腹板上显著差异分布,同时,腹板内外侧斜裂缝以及箍筋应变的分布也存在明显差异;加载过程中纵筋应变在跨中和支座沿截面高度方向的分布基本符合平截面假定,纵筋应变沿梁跨近似线性分布;弯-剪-扭复合作用下钢筋混凝土U形薄壁梁出现了受弯矩和翘曲弯矩影响的延性弯曲破坏,且破坏仅发生在加载侧腹板,而非加载侧腹板处于相对低应力状态。

钢筋混凝土T形柱在压-弯-剪-扭复合作用下的抗压试验研究

钢筋混凝土构件在复合受力状态下承载力是互相影响的,因此复合受力研究在混凝土结构设计中一直是重要的研究课题。为了研究T形混凝土柱在压-弯-剪-扭复合受力作用下的抗压性能,对12根钢筋混凝土柱平分为4组在复合受力状态下进行了试验研究。以剪力、弯矩和扭矩为变量,讨论了在不同工况下的复合受力对钢筋混凝土柱抗压承载能力、裂缝发展及破坏模式、混凝土和纵向钢筋关键点应变的影响。根据对4组T形钢筋混凝土柱的试验分析,总结了复合受力情况下钢筋混凝土柱抗压承载能力的变化趋势。根据裂缝的破坏过程描述和破坏形态的分析,总结了偏心受压破坏模式向压弯破坏模式转折点和从受压弯破坏到受压弯扭的破坏模式转折点,并且通过比较试验和计算结果,验证了塑性损伤模型的可靠性,同时也说明了试验值的可靠性。在试验数据和已有公式的基础上,扩展了压-弯-剪-扭复合受力情况下的抗压承载能力计算公式和相互作用关系图。得出了在压-弯-剪-扭复合受力情况下不同破坏模式对应的转折点。试验结果表明:抗压承载力随着弯矩、剪力和扭矩的增大而减小。通过试验数据得到T形截面钢筋混凝土柱的抗压承载力公式,能够为复合受力的混凝土抗压承载能力计算提供参考。

方中空夹层钢管混凝土柱压-弯-剪受力性能试验研究

为研究方中空夹层钢管混凝土柱在压-弯-剪复合受力下的力学性能,以剪跨比、轴压比和空心率为主要变化参数,设计了4个方中空夹层钢管混凝土柱和1个方实心钢管混凝土柱进行试验研究,对其破坏形态、水平剪力-应变曲线、水平剪力-位移曲线等进行分析,研究了剪跨比、轴压比和空心率等参数对柱受剪性能的影响。试验结果表明:剪跨比为1.0的柱发生剪切破坏;剪跨比为2.0的柱发生弯曲破坏;剪跨比为1.5的柱发生弯剪破坏。5个不同参数的柱中,变化参数剪跨比(λ为1.0,1.5,2.0)时,剪跨比大的柱刚度及受剪承载力低,延性更差;变化参数轴压比(n为0.12,0.23)时,轴压比大的柱受剪承载力略低;变化参数空心率(χ为0,0.39)时,方中空夹层钢管混凝土柱的受剪承载力比实心钢管混凝土柱的略高,但延性稍弱。

大跨径钢-混组合梁桥主梁负弯矩区腹板弯-剪弹性屈曲分析

考虑翼缘弹性转动约束的腹板在弯、剪应力单独作用下的临界屈曲应力表达式可通过里兹能量法进行推导,然而在运用里兹能量法求解弹性转动约束边界下弯、剪复合作用的腹板临界屈曲应力时,会出现难以求解的复杂偏微分式。为掌握边界弹性转动约束的组合梁腹板在弯、剪复合作用下的屈曲特性,该文建立了考虑翼缘弹性转动约束的腹板有限元模型,分析腹板上、下边界弹性转动约束系数χ、弯剪应力比η、弯曲荷载应力梯度λ、宽高比γ等参数对腹板弯、剪复合屈曲的影响。根据有限元计算结果重新拟合弹性转动约束的弯、剪复合屈曲修正方程,与一个钢-混组合梁负弯矩区腹板屈曲试验结果比较,试验结果与修正曲线误差为2.5%。

刚性基底弹性转动约束矩形板各受载条件下屈曲分析

为探究对于刚性基底上边界不同弹性转动约束刚度矩形板的单侧屈曲行为,研究了在刚性基底上弹性转动约束矩形薄板四边受线性压力和均布剪力屈曲的问题.采用Rayleigh-Ritz法,依据不同受载情况的屈曲形变提出合适的挠曲面函数,由板屈曲时能量的变分推得临界屈曲荷载理论解.运用相关性稳定验算公式,获得薄板在弯-剪复合应力下的屈曲公式.建立相关有限元模型,分析不同基底刚度和弯剪比对弯-剪复合屈曲应力的影响,并与一个半充填式钢箱-混凝土组合梁负弯矩区腹板屈曲试验结果比较.结果表明:半充填混凝土作刚性基底时可简化为刚度系数略低于5的弹性基底.

竹集成材-钢填板螺栓节点受力性能研究

为研究梁柱式竹集成材-钢填板螺栓连接节点在弯剪复合作用下的受力机制及破坏模式,设计并制作了4组共12个梁柱螺栓节点试件,以梁柱间隙及螺栓布置为主要参数,对其进行单调加载试验.试验和计算结果表明:梁柱间隙对螺栓节点弯矩-转角曲线影响显著,当梁柱间隙为20 mm时,螺栓节点出现明显的平台段,考虑梁柱挤压区对承载力的正向作用,曲线出现二次增长现象;随着梁柱间隙的增加,初始刚度、峰值弯矩及延性系数等逐渐降低,破坏形态为梁端顺纹劈裂同时螺栓孔壁承压破坏,螺栓出现单铰屈服模式;基于视频图像相关性(VIC-3D)分析得到在加载过程中螺栓节点区域旋转中心不断变化,并给出了螺栓节点破坏发展过程;建立了梁柱节点初始刚度及预测的弯矩-转角曲线模型,具有较好的适用性.