柔性多自由度力-位移混合控制在结构循环往复试验中的应用研究

如何模拟试验体在结构中受到的真实边界条件是决定结构试验结果正确性的关键问题,即在边界加载点上实现多自由度系统的命令的准确加载。土木工程结构(或构件)一般竖向刚度大,在重力荷载作用下各个自由度之间存在较强的耦合作用,采用传统方法多个作动器单独加载控制精度低,甚至会出现加载控制失稳的现象。针对这个问题,发展一种可以根据试验体和试验装置特点灵活选择控制点自由度和作动器的力或位移控制方式的混合控制方法,即柔性多自由度力-位移混合控制(FMFDC)策略,提出广义刚度矩阵来近似等效试验体的力-位移关系,并基于广义刚度矩阵设计力-位移转换系数矩阵,采用坐标转换雅可比矩阵将加载装置的几何非线性线性化,采用比例-积分-微分控制方法(PID控制方法)保证各自由度的稳态误差满足精度要求,最终实现多自由度协调加载。基于柔性多自由度力-位移混合控制方法分别建立了六自由度和平面内三自由度加载平台,以小型铁皮筒试验体和足尺钢柱的循环往复试验进行验证,试验结果验证了这种控制方法的可行性和适用性。

聚氨酯基隧道隔震材料往复加载性能研究

聚氨酯基混凝土是一种新型的隧道隔震材料,为了探究其性能,根据受力特点,设计循环往复加载试验。将试验材料分为A、B、C共3类,其基础材料均为聚氨酯、水泥、石英砂和骨料,A类材料逐级增加骨料的掺量,B类材料逐级改变炭黑的掺量,C类材料逐级增加聚乙烯醇纤维的掺量。结果显示:3类材料均具有良好的弹性,当聚乙烯醇纤维的掺量为0.4%时,材料的等效阻尼比、滞回能耗和屈服力达到最大值,隔震效果最佳。

钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点抗震试验

为了研究一种新型钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点的抗震性能,对不同参数的节点进行低周往复循环加载试验.节点均经历弹性、塑性和极限破坏三个阶段,且为环板与钢梁翼缘的连接处破坏.对比分析表明:节点的轴压比越大,承载力越低;环板越宽,承载力越高;方形环板比圆形环板承载力更高;垫板对节点试件的承载力有提高作用.钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点设计合理、传力明确、承载力高、构造简单、施工方便,是一种值得推广的组合装配式节点形式.

自动控制技术在内锁紧油缸试验中的应用

为了提高内锁紧油缸10000次循环加载试验效率,通过重新设计试验液压回路,利用单片机控制油缸进行往复循环试验,实现了油缸运动过程中的动作自动转化以及自动计数等功能。试验和应用证明,该试验方案自动化程度高,不仅提高了产品的试验效率,也降低了产品损坏的风险,具有一定的推广价值。

复合铅芯阻尼器减震性能研究及在剪力墙结构中的应用

剖析复合铅芯阻尼器的构成、作用机理与特点,对两个复合铅芯阻尼器进行了低周循环往复加载试验,试验结果表明,复合铅芯阻尼器屈服位移小,滞回曲线饱满,具有较大的耗能能力和较好的耐疲劳性能,采用双线性模型模拟阻尼器的力学性能偏保守,但对整体结构分析而言偏安全。最后将复合铅芯阻尼器首次应用在高烈度区山地高层剪力墙结构中,对附加复合铅芯阻尼器的高层剪力墙结构的耗能表现与减震性能进行了考察,分析结果显示,在多遇地震下,复合铅芯阻尼器使结构X向和Y向的层间剪力平均值分别降低了11.3%和15.6%,在罕遇地震下,复合铅芯阻尼器耗能占比达12%,阻尼器滞回曲线饱满,能够有效耗散地震输入能量和降低主体结构损伤,满足规范“大震不倒”的性能要求。

锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能试验研究

为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的影响,设计并制作了8根RC柱试件,其中包括1根未锈蚀柱、3根纵筋锈蚀柱和4根箍筋锈蚀柱。采用5%NaCl溶液浸泡试件并通电对钢筋进行锈蚀试验,通电锈蚀完成后,分别对8根试件进行了低周往复循环荷载试验,分析得到了不同锈蚀率下各试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力等结果。结果表明:与未锈蚀柱相比,随着纵筋与箍筋锈蚀率的增加,滞回曲线的饱满程度均逐渐减小,同时试件的耗能能力、刚度及变形也显著降低,且箍筋锈蚀率的影响更显著。当箍筋锈蚀率达到15.19%时,试件的位移延性系数和平均耗能系数分别降低了19.9%和35.6%。同时,在柱的端部塑性铰区形成剪切破坏面,试件发生脆性破坏。箍筋锈蚀率大于15.19%这一不利影响在抗震设防区域应引起重视。

聚氨酯橡胶减震支座竖向性能试验研究

为减轻竖向地震作用对建筑物和构筑物的伤害,提出了竖向减隔震装置——聚氨酯橡胶减震支座。针对不同构造的聚氨酯减震支座进行轴向单调加载试验和循环往复荷载试验,分析其抗压强度、承载力和竖向刚度;采用现有规范中的公式计算值与试验结果进行对比分析,并提出了竖向刚度拟合公式。结果表明:聚氨酯橡胶减震支座抗压强度受第一形状系数和第二形状系数影响较大,受橡胶层层数影响较小;同时支座承载力试验结果与现有公式计算值较为吻合,竖向刚度试验结果与计算值存在明显误差,最大相差2.33倍,而其拟合结果与试验结果接近,拟合效果良好;聚氨酯橡胶减震支座具有良好的竖向性能,能够满足建筑物和构筑物的实际要求。

端板狗骨式连接新型部分外包混凝土柱-钢梁框架结构抗震试验研究

为进一步研究端板狗骨式连接新型部分外包混凝土柱-钢梁组合框架结构的抗震性能,设计制作了1榀组合框架结构底部两层单跨1∶2缩尺模型试件,并对其进行水平循环往复荷载试验,记录了试验过程主要现象,得到了试件的滞回曲线。根据试验现象记录和测试数据整理记录,对试件滞回特征、水平抗侧刚度、节点连接性能、抗震延性与耗能能力、损伤进程与破坏模式等加以分析以揭示试件的抗震性能。研究结果表明：端板狗骨式连接实现了梁端塑性铰形成位置远离节点区和节点区混凝土斜压带传力模式,试件滞回曲线较为饱满,整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比达到4. 03%（推）/3. 57%（拉）、3. 05（推）/2. 96（拉）和0. 280,即其变形、抗震延性与耗能能力良好;试件结构呈现梁端削弱截面和部分外包混凝土柱脚形成塑性铰的理想塑性机构,变形与耗能能力发挥充分。

国产低屈服点芯材屈曲约束支撑的滞回性能及减震效果研究

为了研究芯材为LY160软钢的屈曲约束支撑滞回性能以及减震效果,针对LY160钢材和BRB构件进行了从材性、构件性能、到结构地震响应的系统试验和分析工作。首先完成了LY160钢材的材性试验,得到LY160钢材试件的平均屈服强度为170MPa,断裂伸长率为48.2%;随后进行了屈曲约束支撑的低周往复加载试验,采用LY160的屈曲约束支撑破坏位移为1/45L,延性系数达到17,最后开展了6层钢筋混凝土框架结构的弹塑性地震响应分析,发现使用LY160芯材的LBRB结构相较于使用Q235芯材的普通NBRB结构,不仅结构动力响应的减震效果提升了25%,同时还可有效地改善结构在强震下的塑性损伤,采用低屈服点软钢为芯板的屈曲约束支撑可以有效提升结构的抗震安全性。