主余震序列型地震动作用下RC框架结构损伤耗能研究

强震发生后通常伴随着余震,余震的发生会加重结构损伤甚至引发倒塌。为了量化研究主余震序列型地震动对结构损伤的影响,以一栋3层钢筋混凝土框架结构为研究对象,选取了10条实际的主余震记录作为地震动输入,采用ABAQUS非线性有限元软件对该框架结构进行非线性动力时程分析,并依据结构局部和整体损伤耗能指标来评价主余震序列型地震动对框架结构累积损伤的影响。研究结果表明:序列地震会加剧结构底层柱的局部损伤耗能,特别是对底层中柱的影响更加明显;序列地震作用下的结构整体损伤耗能平均值相对于单主震作用下增加约30%;当余震与主震的第一周期谱加速度指标的比值Sa(T_1)_(余震)/Sa(T_1)_(主震)较大时,序列地震对结构损伤需求的影响更为显著。

圆饼状高压实膨润土粘结滑移性能及损伤耗能试验研究

国际上普遍用来处置高放废物的方法是深地质埋藏法,其中高压实膨润土作为缓冲回填材料发挥了重要作用。高压实膨润土的粘结滑移性能是高放废物处置场长期安全性的关键因素。文章在圆饼状高压实膨润土外侧布置滑移传感器和电阻应变片,被别对在轴力和反复水平载荷作用下的圆饼状高压实膨润土的粘结滑移性能进行了试验研究。经过一系列试验后可以得到相载荷-滑移滞回等曲线,根据这些试验结果可以看出,在载荷的上升阶段,粘结应力的最大值为时间的中部位置,并且有中部向两端呈递减趋势,沿着圆饼柱高呈现抛物线状分布,在载荷的下降阶段,粘结应力的最大值则会向圆饼高压实膨润土的柱顶偏移,柱根部位的粘结应力则会减小为零,观察整个加载过程,不难发现柱根部位的滑移量最大,并且向柱顶方向逐渐减小。试件粘结应力随着荷载循环次数增加而减小,滑移量增大,进而会出现粘结退化现象,试件本身出现损伤。

两级变幅应变疲劳本征损伤耗散寿命预测模型研究

在变幅低周疲劳载荷条件下,材料的疲劳损伤累积过程中呈现出了显著的载荷顺序效应.这种现象复杂化了变幅疲劳寿命的预测,因此,如何更精确地预测变幅低周载荷下的疲劳寿命,已经成为了一个亟待解决的问题.针对变幅低周疲劳载荷下损伤累积表现的载荷顺序效应,考虑到本征损伤耗散与疲劳损伤构成一一映射,且刻画低周疲劳破坏的热力学本质,基于连续介质损伤力学及其不可逆热力学框架,推导本征损伤耗散功演化模型D型描述并以等同本征损伤耗散功作为损伤转换条件,建立了一种考虑载荷顺序效应的变幅低周疲劳寿命预测模型.为了验证新模型的有效性和先进性,进行了P355NL1结构钢和Ti-6Al-4V钛合金在两级变幅载荷下的单轴低周疲劳实验验证,并与Manson模型、Kwofie模型和Peng模型进行了比较分析.研究结果表明,新建模型的预测效果都在1.5倍的误差范围内,与实验结果相当吻合,且优于现有的预测模型.运用本征损伤耗散理论开展变幅疲劳寿命预测,为金属材料变幅疲劳寿命预测提供了新思路.

主余震对重力坝损伤特性影响

为深入了解主余序列对重力坝损伤特性的影响,依托某拟建重力坝,采用混凝土塑性损伤模型,根据规范反应谱拟合了30条人造主余震作为地震动输入,以损伤耗能为评价指标定量分析了主余震对大坝上部、坝踵以及大坝整体的损伤累积破坏的影响。研究表明:余震更易加深大坝上部的损伤破坏程度,其中使大坝上部的损伤程度增加了15.8%,使大坝坝踵的损伤程度增加了6.9%,使大坝整体的损伤程度增加了9.3%;大坝在主余震作用下,有明显的二次破坏现象,在大坝的抗震设计中应重视主余震对结构产生的破坏效应。

不同反应谱对重力坝动力损伤特性影响研究

反应谱的合理性是保证重力坝地震安评结果准确的前提。为了研究不同反应谱合成的地震动对重力坝动力损伤特性的影响,分别基于《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073-2000)和《水工建筑物抗震设计标准》(GB 51247-2018)中的反应谱合成地震波,从坝体损伤分布、关键点位移以及损伤耗能3个方面,对比研究不同反应谱对Koyna坝损伤特性的影响。结果表明,相比于2000年规范中的反应谱,在2018年规范反应谱作用下坝体损伤破坏更加严重,坝体变形及损伤耗能更加明显,表明基于2000年规范进行抗震计算时,会夸大重力坝的安全裕度。

考虑平均应变的低周疲劳寿命本征损伤耗散预测方法

金属构件疲劳破坏是工业中常见的破坏形式。为了提高构件疲劳寿命的预测精度,针对低周疲劳载荷下平均应变对疲劳寿命的影响,基于连续介质损伤力学及其不可逆热力学框架,并引入Ramberg-Osgood循环本构模型,以等本征损伤耗散功作为等寿命条件,建立了一种考虑平均应变的低周疲劳寿命预测模型。为对比验证新建模型的有效性和先进性,采用新建模型、修正的Ohji模型、Sandor模型和Wei-Wong模型分别对叠加平均应变的45钢和2124-T851铝合金的低周疲劳寿命进行了预测,并与对应的试验结果进行对比。结果表明:新建模型的预测结果与试验结果吻合较好,其预测效果优于现有模型。基于本征损伤耗散理论的疲劳寿命预测方法为金属材料疲劳寿命的预测提供了新思路。

考虑主余震序列作用的砌体结构易损性分析

鉴于我国砌体结构抗震面临的严峻形势,以及主余震序列作用下砌体结构易损性研究存在的不足,以汶川地震中1栋典型砌体房屋为依托,开展考虑主余震序列作用的砌体结构易损性研究。首先,建立了结构的三维有限元模型,并从结构动力特性与损伤等方面验证了模型的合理性;其次,选取整体损伤耗能作为结构性能参数,并给出了对应不同破坏等级的结构整体损伤耗能界限值;最后,基于IDA方法对结构进行了不同主余震序列作用下的易损性分析。结果表明:相对于层间位移角,整体损伤耗能更适用于描述余震对结构的累积损伤效应;随着结构主震损伤程度的加深,余震对结构造成的影响越明显,且主余震序列作用下结构呈现出比主震单独作用下高一个破坏等级的趋势;当ΔPGA小于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅不超过10%,此时余震的影响较小;当ΔPGA大于0.6时,结构的极限状态超越概率最大增幅可达到33.1%,此时余震的影响较大。

主余震序列作用下砌体结构累积损伤分析

一次强震过后通常伴随有多次余震发生,多次地震作用下结构的震害往往比单独主震作用时更为严重。为探索主余震序列作用下砌体结构的累积损伤,对已开展的砌体结构振动台试验模型进行数值模拟,通过与试验结果对比分析,验证有限元模型的可靠性。在此基础上,采用真实的主余震地震动对原型结构进行弹塑性动力时程分析,以最大层间位移角、结构损伤耗能作为损伤指标,对比分析了主余震序列对结构累积损伤的影响。结果表明:结构损伤耗能对主余震序列作用下的累积损伤更敏感;结构损伤耗能受主震和余震强度的影响,其结构损伤耗能比与主震强度大致呈二次关系,与余震强度大致呈线性关系。

砂岩多级循环荷载损伤耗能特征试验研究

为研究动荷载频率、荷载水平和围压对砂岩的损伤耗能特征的影响,用电液伺服岩石三轴试验机TAW—2000对较软白砂岩和硬质红砂岩进行围压0.5MPa和1MPa,频率0.2Hz、0.5Hz、1、2Hz,加卸载波型为余弦波的多级循环荷载试验。试验结果表明:围压和频率对砂岩动荷载能耗特征影响不明显;荷载水平是决定滞回圈面积、动弹性模量和能耗比的主要因素,两种砂岩的滞回圈面积均随着轴向荷载增加而增加;当轴向应变达到最大轴向应变的0.8倍时,砂岩由应变硬化转向应变软化。两种砂岩的能耗比随轴向荷载的增加呈"U"型变化。

基于CT单向压缩试验的冻结重塑兰州黄土损伤耗散势研究

首先分析了冻土损伤的物理本质,然后在改进了的与CT试验机配套使用的三轴试验仪基础上,进行了一系列的单向压缩试验过程的CT扫描,获得了冻结重塑兰州黄土试样的屈服应变、损伤应变临界值、破坏应变临界值;发现如果用塑性应变表示损伤阈值,则温度越低、试样的损伤阈值越大;最后通过CT数定义损伤变量,获得了冻结重塑兰州黄土的损伤演化规律和损伤耗散势函数。

近断层脉冲型地震动对重力坝损伤特性影响研究

以我国西南某重力坝为研究对象,建立损伤仿真模型,从PEER强震数据库中选取实测近断层脉冲型及无脉冲型地震动,从损伤程度、位移响应以及耗能特征3个角度,对比研究近断层脉冲型地震动对重力坝损伤特性的影响规律。结果表明,近断层脉冲型地震动作用后的重力坝损伤程度、位移响应以及耗能特征均比无脉冲型地震动更为显著,表明近断层脉冲型地震动会对重力坝造成更为严重的损伤破坏,在重力坝抗震设计中应加以关注。

考虑损伤的平行黏结接触模型开发及其参数影响分析

为研究颗粒细观接触之间的损伤、断裂过程,基于离散元颗粒流程序(PFC;),在平行黏结模型的基础之上,引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量表征颗粒黏结键的变形、强度及能量演化特征,根据最大应力准则确定黏结键损伤起始判据,通过C++语言编程对该接触模型进行二次开发。对单一黏结键进行拉伸、剪切、弯曲及扭转测试,对比理论计算结果,验证了考虑损伤的平行黏结接触模型的计算精度;建立三维细观离散元模型,模拟砂岩单轴压缩试验和花岗岩三轴试验,表明了该模型的适用性和准确性。在此研究基础之上,对考虑损伤的平行黏结模型进行参数影响分析,结果表明:损伤演化系数对应力-应变全曲线的弹性段范围、峰值应力以及达到峰值应力后的软化速率有显著影响;对比研究了应力-应变曲线在不同阶段黏结键损伤、裂隙萌发、扩展及贯通的演化过程;进一步研究了弹性应变能和耗散能的演化规律,引入了耗散能释放率参数,阐释了损伤演化系数越大应力-应变曲线达到峰值应力后下降速率越快的原因。

考虑裂纹闭合效应的岩石损伤力学模型及耗散能量分析

针对现有岩石损伤力学模型的局限性,考虑裂纹闭合效应,并引入统计损伤理论,同时提出分布参数确定的方法,建立新型岩石损伤力学模型。该模型更加符合岩石的变形破坏规律,还可以反映岩石的残余强度和延性特征,应用范围更广;与试验结果及前人成果对比,表明模型更为合理可行。不同围压下岩样的损伤变量演化曲线都遵循S型曲线,并可以依据S型曲线对岩石的变形破坏阶段进行划分。裂纹闭合系数(h)对损伤耗能率有较大影响,随着h的减小,损伤耗能率增大,当h达到一定值,岩石破坏阶段对应的损伤耗能率陡增。因此,岩石的变形破坏不仅与其应力状态有关,还与岩石的损伤演化积累以及裂纹闭合效应有关。

地震动持时对重力坝动力损伤特性影响研究

为了解地震动持时对重力坝动力损伤特性的影响规律,以Koyna坝为例,建立坝体-坝基整体塑性损伤模型,从损伤区域分布、坝顶关键点位移以及损伤耗能情况3个方面出发,对比研究长、短持时地震动对重力坝坝体及坝基损伤特性的影响。结果表明,长持时地震动作用下坝体及坝基的损伤程度更为严重,坝顶关键点位移及损伤耗能更为明显;与坝基损伤情况相比,长持时地震动对坝体的损伤特性影响更为显著;考虑坝基塑性损伤时,坝踵处混凝土应力得到释放,不会产生损伤破坏,与实际震害情况更为符合。

基于MEMS惯性测量的输电导线振动损伤分析

为了有效地分析输电导线振动引起的损伤,提出一种基于MEMS惯性测量的振动损伤度量方法。首先利用MEMS惯性测量输电线运动的三轴加速度和角速度,为精准提取输电导线运动特征,通过滤波和分段进行预处理,再进行积分与FFT变换得到输电导线平动/转动的幅值和频率;然后从损伤耗能的角度,利用幅值和频率参数构造振动耗能函数,度量输电导线振动中材料损伤所消耗的能量;然后根据振动损伤与振动耗能函数之间的关系,建立振动损伤函数模型,计算输电导线的损伤程度;最后设计输电导线振动损伤模拟试验进行验证。结果表明建立的振动损伤函数模型能够准确判断输电导线的损伤程度,说明所提出的输电导线振动损伤度量分析方法是有效的。

基于能量耗散理论的岩石塑性-损伤本构模型

将Mohr-Coulomb准则与能量耗散理论相结合,考虑了加载过程中岩石的硬化、软化特性,采用非关联塑性流动法则描述岩石的塑性变形,通过损伤过程中耗散能与损伤耗能率相除的方法求解损伤变量,建立了损伤-塑性本构模型。通过常规三轴加-卸载试验,分析了岩石损伤过程中耗散能-损伤变量的关系,建立了损伤耗能率表达式,同时标定了模型参数。利用所提的新模型模拟岩石的常规三轴试验,将模拟结果与试验结果进行对比,探究了模型的合理性。在此过程中得到如下结论:(1)损伤耗散能在线弹性阶段随着轴向应变的增长,呈现上凹型曲线,增长速率不断增大,在应力峰值附近增长速率达到最大值,在峰后残余阶段,损伤耗散能与轴向应变近似呈现线性关系;(2)采用与弹性模量相关联的损伤变量定义方法,试验结果表明,存在一个小于或等于1的损伤变量极限,随着围压的增大,损伤变量极限逐渐减小;(3)所提的新模型能够反映出在加载过程中不同围压条件下岩石的强度、硬-软化特性,数值模拟结果能够描述应力-应变关系、损伤耗散能规律以及损伤演化规律。

基于时程分析法的重力坝损伤破坏研究

基于损伤力学理论,以我国西南某拟建重力坝为研究对象,建立了考虑坝体-坝基整体塑性损伤的三维有限元动力计算模型。采用时程分析法从损伤分布、耗能及位移三个方面出发分析该重力坝在设计地震及校核地震下的动力响应。结果表明:设计地震作用后,除厂房严重损伤外坝体仅在下游折坡处附近产生轻微损伤,坝体内流道没有出现损伤,坝基损伤出现在软弱夹层附近;校核地震作用后,厂房及坝体、坝基损伤继续加重,折坡处附近流道出现严重损伤,需采取相应措施进行加固;考虑坝基塑性损伤时,坝体在地震作用下的损伤区域主要分布于下游折坡处,坝踵混凝土不会产生损伤破坏,能更为实际地反映大坝的震损情况。

余震对重力坝损伤破坏影响研究

一次主震过后往往会伴随着大量余震,为了解余震对重力坝损伤破坏产生的影响,以Koyna重力坝为研究对象,对比研究单主震以及主余震作用后的坝体损伤区域分布、位移以及损伤耗能情况。研究结果表明,余震对坝体下游折坡处有明显的二次损伤破坏作用;相比于单主震作用,主余震作用后坝体变形量及损伤耗能增幅明显。在重力坝抗震安全评价过程中,建议考虑强余震产生的影响。

地基材料对重力坝动力损伤特性影响研究

以Koyna重力坝为例,分别建立坝体-地基整体塑性损伤模型、坝体损伤-地基线弹性模型及坝体损伤-地基弹塑性模型,从坝体损伤分布及坝体损伤耗能两个方面出发,研究不同地基材料对坝体动力损伤特性的影响。研究结果表明,若仅考虑坝体的塑性损伤,而地基为线弹性或弹塑性材料,震后除在坝体折坡处出现贯穿上下游的裂缝外,坝踵部位的混凝土也会出现损伤开裂,若同时考虑坝体地基的整体损伤,坝踵部位混凝土不会出现损伤开裂现象;考虑地基线弹性时,坝体产生的损伤耗散能要远大于其余两种模型;考虑地基弹塑性时,坝体产生的损伤耗散能略大于考虑地基塑性损伤下的坝体损伤耗散能,说明考虑地基塑性损伤时计算出的坝体损伤程度最小,地基弹塑性其次,地基线弹性时计算出的坝体损伤最为严重。

基岩与进水塔的相互作用对塔体的地震损伤影响研究

通过ABAQUS建立羊曲进水塔的三维有限元模型,分析进水塔的抗震损伤。在考虑进水塔塔体材料非线性的基础上,探讨进水塔与基岩之间的相互作用对塔体的地震动力响应。结果表明:在地震荷载作用下,塔体损伤主要集中在塔体腰部两种不同强度混凝土的连接处。与不考虑接触非线性相比,考虑接触非线性情况下的塔顶最大相对位移幅值增加了31.12%,塔体损伤区域较大,损伤耗散能增加34.06%,进水塔模型更加偏不安全。