考虑损伤累积效应的单层球面网壳动力稳定

为了揭示强震下单层网壳结构的动力失效机理,从考虑材料损伤累积效应的角度出发,基于塑性应变和能量损耗理论建立应变-损伤弹塑性本构关系,提出将B-R运动准则和杆件塑性应变能密度曲线结合起来,作为结构动力失稳的判断标准.应用动态增量(IDA)法,对一Kiewitt-8型单层球面网壳结构进行地震作用下动力稳定分析,得出考虑材料损伤累积效应将显著降低结构的动力稳定临界荷载等结论,为该类结构震后修复和抗震性能的评估提供依据.

考虑损伤累积效应的钢框架结构抗震分析与设计

为了在强震分析中考虑钢材损伤累积效应的影响,应用塑性应变和能量损耗理论建立了钢材的损伤模型,对一个9层Benchmark结构进行考虑损伤累积效应的地震分析.通过对比分析,表明考虑材料损伤累积效应因素后,结构塑性阶段的动力反应变大,损伤指标增加,损伤程度提高1个等级.针对结构在强震中考虑损伤累积效应的反应特征,通过布置斜撑对薄弱层进行了加强,使首层的动力响应和损伤程度均大大减小,上层的损伤指标虽有所增加但损伤状态变化不大.

强震下考虑损伤累积效应的钢管塔动力响应分析

编制了考虑损伤累积效应的材料子程序VUMAT-D,并通过单根钢管轴向等幅加载测试验证了子程序的有效性。基于实际工程,建立大跨越钢管塔的三维有限元模型。采用动力时程分析方法,对强震作用下考虑损伤累积效应和未考虑损伤累积效应的钢管塔动力响应进行了对比分析研究。采用增量动力分析方法,研究钢管塔顶端位移峰值与PGA之间的关系,并提出了变量α来判断结构的抗倒塌能力和倒塌位置。最后研究了节点质量对钢管塔动力响应的影响。研究结果表明:该程序对钢管塔结构的损伤分析具有合理性和有效性;对于强震作用下钢管塔动力时程分析,应当考虑损伤累积效应的影响;节点质量对钢管塔动力响应的影响不可忽略。研究结果对于钢管塔的工作性能的评估以及震后维修加固具有重要的意义。

空间钢构件考虑损伤累积效应的恢复力模型及试验验证

本文从损伤对钢材性能的影响出发,根据弹塑性损伤铰概念,提出了一种考虑损伤累积效应的空间钢构件非线性恢复力模型,并在这一模型的基础上建立了空间钢构件考虑损伤累积效应的弹塑性刚度矩阵。最后,把试验测得的试件位移曲线和利用本文模型计算的试件位移曲线进行对比。对比结果表明,试验位移曲线和计算的位移曲线吻合得较好,这说明本文建立的考虑损伤累积效应的空间钢构件非线性恢复力模型的正确性。

钻爆施工隧道围岩爆破损伤累积效应研究

为了合理选择施工方案并为设置安全防护措施提供依据,降低施工诱发地质灾害的风险,研究了隧道施工过程中掌子面多次爆破振动对隧洞围岩带来的累积损伤影响。首先,以质点振动峰值速度作为围岩损伤判定标准,根据围岩损伤程度利用强度折减法设置围岩力学参数,对理论公式进行推导。其次,通过软件进行多次爆破开挖的数值模拟,分析得到爆破损伤的分布规律和范围。最后,量化分析并拟合成果数据,对比不同围岩等级、不同部位爆破损伤的累积效应。结果表明:爆破损伤的累积效应非常明显,且与文献中的测试数据接近;掌子面前方的累积效应最大,其他部位较为接近;Ⅳ级围岩的爆破损伤分布范围最大,其次为Ⅲ级围岩,最小为Ⅴ级围岩;隧道施工过程中考虑岩体安全厚度、安全防护措施等内容时,应当计入累积损伤效应增大系数。研究成果可以广泛应用于水利、交通、矿山等工程项目中,为隧道掘进施工方案和防护措施制定提供数据参考,为安全施工提供保障。

钢柱考虑损伤累积效应的强震下损伤演化规律

为精确描述钢材在地震作用下强度和刚度退化规律,在考虑Bauschinger效应的K&K模型基础上,引入一种基于连续损伤力学原理的损伤模型,并定义相应的失效准则。通过与已有试验结果对比,验证了引入损伤模型和失效准则后的修正K&K模型能有效提高钢柱在地震作用下动力响应的模拟精度。考虑材料损伤累积效应,钢柱竖向承载力显著降低,柱顶处产生较大的峰值位移和残余位移。运用修正K&K模型,对空心带肋钢柱在强震作用下的损伤演化规律进行分析,结果表明,钢柱损伤在峰值加速度出现时段内发展迅速,并且随地震强度的增大而增大,钢柱的破坏模式为弯曲破坏。

余震对单层网壳结构动力损伤累积效应的影响分析

为了研究余震作用对单层网壳结构动力性能的影响,基于材料的应变-损伤本构模型,建立考虑地震损伤累积效应的有限元分析模型.运用非线性动力弹塑性分析方法,对一K8型单层网壳结构进行考虑主震和余震共同作用的动力损伤分析.结果表明:当主震为小震、中震或大震时,较小余震作用对结构动力性能影响可以忽略;而主震为强震时,余震对结构动力性能影响显著,结构可能在较小余震作用下发生局部动力失稳或整体倒塌现象.本文成果可为单层网壳结构抗震设计、评估与震后修复提供参考.

锥形柱考虑损伤累积效应的强震下竖向承载力分析

为精确描述混凝土和钢材在地震作用下强度和刚度的退化规律,在混凝土Faria-Oliver模型和钢材K&K模型的基础上,分别引入损伤模型进行修正。运用考虑损伤累积效应的修正Faria-Oliver模型和修正K&K模型,对天津大学新校区综合体育馆中一典型锥形柱进行竖向承载力分析,结果表明考虑材料损伤累积效应,锥形柱的竖向极限承载力和强震作用后的竖向剩余承载力显著降低。

基于岩体爆破累积损伤效应的Hoek-Brown准则修正公式

爆破开挖作业引起的扰动与损伤,特别是频繁爆破产生的累积损伤效应,必然导致岩体完整性降低,岩体力学参数弱化,从而威胁岩体工程稳定性。考虑岩体爆破损伤及其累积效应,指出了Hoek-Brown(赫克-布朗)准则及其改进公式的不足,引入完整性系数K v和损伤因子D,建立了可以表征岩体爆破累积损伤效应、岩体爆破扰动状态及其力学参数弱化程度的mb和s的取值方法。基于声速变化与爆破累积损伤效应之间的联系,建立了以岩体声速降低率η为基准量的岩体爆破累积损伤扩展模型,并将该模型成功应用于提出的Hoek-Brown准则修正公式中。根据现场模拟爆破试验与声波测试数据,对提出的修正公式进行了分析,结果表明,建立的考虑岩体爆破累积损伤效应的Hoek-Brown准则修正公式是合理的。

爆破动荷载作用下围岩累积损伤效应声波测试研究

基于声波测试原理,利用RSM-SY5智能型声波仪,对厂坝铅锌矿某巷道围岩在爆破动荷载作用下产生的累积损伤效应进行了现场试验研究。研究表明:既有开挖爆破对巷道围岩的影响深度为0.8～1.2 m,根据钻孔的深度,在3.5～4.8 m深度的岩体内进行爆破累积损伤效应研究是可行的;随着爆破次数的不断增加,岩体声波速度逐渐降低,损伤度D呈现出非线性累积规律;随着与爆源距离的增大,岩体爆破损伤程度减小,累积损伤效应逐渐变得不明显;水平和垂直方向测试结果存在较大差异,说明爆破作用下岩体损伤具有各向异性的特征。爆破装药位置和药量对岩体损伤累积规律有一定的影响。装药区段范围内的岩体损伤程度最严重,装药量越大,岩体损伤程度也越大。测试成果为进一步的岩体力学参数研究和地下洞室稳定性分析提供了参考依据。

考虑累积损伤效应的围岩变形特性研究

隧道爆破开挖诱发的动力扰动作用范围往往远大于其开挖进尺,同一部位围岩受到循环爆破开挖的多次扰动普遍存在累积损伤。对乌东德水电站左岸导流洞爆破开挖过程中的爆破振动和围岩变形监测进行了监测和数值分析,基于累积损伤理论,通过引入损伤判据及损伤变量,考虑计算中产生的不同程度的损伤区域的岩体参数劣化,并将劣化后的参数引入相应损伤单元进行后续开挖爆破数值模拟计算,从而对岩体爆破开挖累积损伤效应进行模拟。通过比较乌东德水电站导流洞的实测数据以及数值模拟计算结果发现,考虑累积损伤的计算结果无论是爆破振动速度还是围岩变形均更接近于实测值。对爆破开挖的分析模拟中应考虑围岩的多次循环爆破累积损伤效应。

岩体爆破累积损伤效应的声波形态变化特征

岩体爆破损伤特性除了影响声波速度外,还明显地引起声波形态特征的变化。文章基于在某地下工程围岩中多次爆破作用下岩体累积损伤效应的声波测试,对声波测试信号中的波形、振幅及波形相关性等信息随爆破次数增加的变化规律进行了分析。结果表明,随着爆破次数的增加,声波波形变得越来越不规则;声波振幅随爆破次数的增加呈明显下降趋势,反映了岩体由于爆破损伤累积、疲劳裂纹扩展引起的声波能量衰减;岩体声波波形相关性随着爆破次数的增加整体上呈下降趋势,相关系数为非线性下降曲线。

白鹤滩水电站地下厂房爆破累积损伤效应研究

结合白鹤滩水电站地下主厂房围岩超声波测试结果,研究了地下工程隧洞围岩在循环爆破荷载作用下的累积损伤效应。结果表明:隧洞围岩在爆破开挖作用下的松弛范围为0.8~1.6 m,并且随着爆破次数的增加而范围有逐渐扩大的趋势;随着爆破次数的不断增加,岩体声波速度逐渐降低,损伤度D呈现出非线性累积规律;随着与爆源距离的增大,岩体爆破损伤程度受爆破循环荷载作用的影响减小,累积损伤效应相对不明显;对比发现侧壁和拱顶测孔的测试结果存在较大差异,说明爆破作用下岩体损伤具有各向异性的特征。在Hoek-Brown强度准则的基础上,提出了更适用于损伤岩体的考虑累积损伤效应的岩体力学参数计算公式,并运用现场测试数据验证了公式的工程适用性及合理性。

带暗支撑剪力墙损伤累积静力弹塑性分析

在多垂直杆剪力墙单元模型的基础上进行改进,把多垂直杆的轴向刚度和剪切刚度相结合,即每根垂直杆传递轴力的同时还传递剪力,考虑钢材和混凝土损伤累积效应对剪力墙的影响,在上述基础上提出考虑材料损伤累积效应的带暗支撑剪力墙模型,模型更接近带暗支撑剪力墙的受力性能。利用该模型编制的相应程序,对两片分别带有型钢暗支撑和钢筋暗支撑的剪力墙模型进行弹塑性静力加载数值模拟分析,计算结果和试验结果吻合较好,说明方法应用可行。

考虑材料损伤累积的空间网格结构弹塑性分析建模方法

传统的轴向受力构件二次屈曲效应模拟方法计算结果在构件前次屈曲后残余变形及材料硬化效应不明显时与试验值差异较大,无法精确模拟,对此文中提出了考虑损伤累积效应的混合硬化材料模型结合纤维梁单元的轴向受力构件建模方法。通过试验数据与数值模拟结果的对比,表明该方法可以更精确地模拟构件在轴向往复荷载作用下二次屈曲及屈曲后的力学行为,是空间网格结构弹塑性分析时构件建模的适用方法,并通过最后的柱面网壳算例分析表明该方法的对网格结构弹塑性时程计算有较大意义。

爆破作用下岩体累积损伤效应的声波测试

针对隧道工程在施工过程中因爆破导致的围岩损伤劣化问题,笔者结合某项目,采用RSM-SY5智能型声波监测仪对爆破后的隧道围岩累计损伤进行现场监测,结果表明:隧道围岩受爆破作用影响前,声波信号较强,振幅较大,随着爆破次数的逐渐增多,声波信号逐渐减弱,最大振幅逐渐减小;随着爆心距的逐渐减小,声波信号同样逐渐减弱,最大振幅同样逐渐减小;随着爆破次数的逐渐增多,围岩声波波形相关系数逐渐下降,且下降幅度逐渐减弱,整体呈非线性下降趋势.

压气储能地下储气库围岩累积损伤特性数值研究

压气储能电站地下岩穴储气库围岩在循环运行工况下累积损伤效应明显。为研究大规模地下储气库围岩的累积损伤特性,基于损伤理论和FLAC3D软件平台,二次开发了适用于大规模地下储气库循环加卸载条件下的累积损伤分析程序,并对程序正确性进行了验证。在此基础上,研究了储气库截面型式、洞室埋深和运行下限压力等因素对储气库围岩累积损伤特性的影响。研究表明:①储气库截面型式、洞室埋深和运行下限压力都对储气库围岩变形参数损伤影响较显著,且储气库竖直方向损伤深度都大于水平方向损伤深度;②损伤区内围岩变形参数的损伤程度和损伤变量随着洞室埋深或运行下限压力的增加而减小;③对于相同截面型式的储气库,埋深和运行下限压力不同时,储气库围岩损伤区内同一测点位置的损伤变量或变形参数差值随着循环次数的增加逐渐增大。大规模地下储气库围岩累积损伤特性对全面分析储气库的安全稳定性不可以忽略。

考虑地震损伤的单层球面网壳结构静力稳定性

为了研究地震损伤对单层网壳结构静力稳定性能的影响,基于考虑材料损伤累积效应的本构模型,对一K8型单层球面网壳结构,首先利用动态增量(incremental dynamic analysis,IDA)方法对单层网壳结构进行动力稳定分析,提出将B-R准则与塑性应变能曲线相结合作为结构动力失稳破坏的判断准则,得到结构动力失稳临界值;然后采用弧长法和Newton-Raphson法相结合的增量迭代法对损伤后的结构进行非线性屈曲分析,得到震后结构的静力稳定临界荷载.结果表明:考虑地震损伤累积效应的结构静力稳定性能显著降低,为该类结构抗震设计、性能评估和震后修复、加固提供参考.

复杂结构在重复地震序列作用下的损伤性能研究

为了研究复杂结构在多序列地震作用下的累积损伤效应,针对一实际建筑——法门寺合十舍利塔进行了重复地震作用下的弹塑性时程分析,分别采用基于位移和基于Park-Ang损伤模型的指标分析结构在多重地震序列下的损伤累积效应。研究结果表明:基于位移的单参数损伤指标无法较真实地反映结构在重复地震下的累积损伤效应,而基于位移和能量组合的Park-Ang损伤模型指标能较为合理地反映结构的这种累积效应;前次地震作用产生的残余变形对结构在后续地震中的响应有很大的影响,因此计算有损结构的损伤指数时,应考虑结构的初始残余变形对损伤指数的影响。

爆破地震作用下的老旧砌体结构动力特性分析

城市内老旧砌体结构多但抗震性能较差,在爆破作用下可能产生破坏。为研究爆破作用下老旧砌体的动力特性,在爆破现场附近的老旧砌体结构上布设强震仪,以观测爆破地震波对结构的瞬时作用以及长期爆破作用下的累积损伤效应。通过对爆破加速度和速度记录进行时域和频域分析比较,认为爆破速度记录相比爆破加速度记录可以更好地识别出砌体结构的动力特性,且爆破地震速度对砌体结构横向的共振影响最大。采用对比分析法,分别用爆破地震速度和地脉动加速度记录识别老旧砌体结构的动力特性,发现两种方法都能近似地识别出砌体结构的低阶平动和扭转频率,但采用爆破速度计算的自振频率比地脉动法要小1.8%~3.4%,这主要是因为爆破振动更能反映在较大振动作用下结构的响应,频繁的爆破可能导致老旧砌体结构出现非线性反应。通过监测结构自振频率在长期爆破作用下的变化,发现虽然单个爆破振动能满足《爆破安全规程》的安全要求,但在长期爆破作用下,结构1阶扭转频率、2阶横向和纵向频率随爆破次数的增加分别减少了4%、3.6%和5.2%,因此在爆破安全监测中应考虑长期爆破作用对老旧砌体结构等抗震能力较差建筑的累积损伤效应。