预制拼装桥墩滞回分析模型和损伤评估研究

为了研究预应力预制拼装桥墩的抗震性能与地震损伤特性,利用Bouc-Wen-Baber-Noori模型对已开展的预制拼装桥墩拟静力试验进行模拟,通过Matlab中的Simulink模块编制计算程序,根据试验结果确定滞回模型的关键参数,然后利用Park-Ang和改进Park-Ang损伤模型对桥墩损伤进行评估。结果表明:Matlab计算结果与试验结果吻合较好,桥墩损伤评估结果可靠,滞回模型和损伤分析模型可应用于预制拼装桥墩的抗震计算和评估。

一种自复位摇摆墙的改进Bouc-Wen滞回模型

Bouc-Wen模型是一种可表征结构及构件刚度、强度退化等的多功能非线性光滑滞回模型,可广泛应用于各类结构滞回行为的描述。自复位摇摆墙(Self-centering rocking wall, SCRW)结构由于其优越的抗震和自复位性能,滞回曲线呈“旗帜型”。为了更好地表征这种“旗帜型”滞回特性,在Bouc-Wen模型的基础上,建立一种具有较高精度和较好实用性的改进Bouc-Wen滞回模型。改进的Bouc-Wen模型参数是决定结构滞回性能力学特征的关键。由于该模型参数众多且选择范围不明确,为适应该类模型参数高效识别的需求,通过在MATLAB/Simulink环境中搭建程序框图,实现了对该理论模型控制参数的定性及定量分析,并运用遗传算法对10个SCRW试验结果进行参数识别,对识别结果进行统计分析,建立各参数与滞回曲线关键点的关系式,基于统计结果给出了各参数的建议取值范围;最后,通过SCRW拟静力试验对改进的滞回模型和参数取值范围进行了验证。结果表明:这种单自由度改进的Bouc-Wen滞回模型能较好地反映SCRW在往复荷载作用下无残余变形和强度、刚度退化特点的“旗帜型”滞回特性。所提出的参数取值范围显著提升了改进Bouc-Wen模型的识别精度与效率,识别过程对类似模型的参数识别具有参考价值。

型钢高强混凝土柱破坏模式与变形特征研究

开展了4根不同轴压比和箍筋间距的型钢高强混凝土(SRHC)柱的拟静力试验,分析了不同设计参数时SRHC柱的破坏模式的差异。采用有限元软件建立了SRHC柱的有限元模型,在此基础上分析了不同破坏模式时SRHC柱的变形特征以及各设计参数的影响。研究结果表明:剪跨比为3.0的SRHC柱在往复加载初期均表现为以弯曲破坏为主,但轴压比较大或箍筋间距较大的SRHC柱最终发生弯剪破坏。发生弯曲破坏的SRHC柱的滞回曲线更加饱满,骨架曲线下降段更平缓,位移延性系数和极限弹塑性位移角更大,变形能力更强。对于发生弯剪破坏的SRHC柱,轴力更大或箍筋间距更大时,滞回曲线的耗能面积更小,强度和刚度退化更明显,骨架曲线下降段更陡峭,位移延性系数和极限弹塑性位移角更小,变形能力更差。当破坏模式不同时,弯曲变形和剪切变形占总变形的比例也有所不同,发生弯剪破坏的SRHC柱的剪切变形占比较发生弯曲破坏时更大。

新型柱间可更换耗能节点的全装配RC柱抗震性能试验

为提高装配式结构的工业化程度和可修复能力,提出一种新型全装配钢筋混凝土(RC)柱间可更换耗能节点(RECJ),并将其应用到框架结构的底层柱。对两个采用RECJ连接的装配柱试件和一个整体现浇柱对比试件进行拟静力加载试验,长榫头试件在加载至1/25的层间位移角后更换受损的连接板,在同条件下进行加载,分析各试件的破坏形态、滞回曲线及骨架曲线特征、刚度及承载力的退化特征、延性及耗能能力、连接钢板及柱内钢筋应变变化等性能。结果表明:新型全装配框架底层柱的损伤及破坏主要集中在RECJ的连接钢板上,试件其他部位基本保持弹性;其滞回曲线呈梭形,形状饱满,耗能、延性及刚度退化性能明显优于全现浇对比柱;榫头长度较长的试件总体性能优于榫头较短试件,表现出更好的抗震性能,且具有与现浇柱等效的初始刚度和承载能力。RECJ在大震下可通过更换受损的连接板使结构快速恢复抗震性能。对RECJ的受力机制进行分析,并提出RECJ屈服阶段和峰值阶段的受弯承载力公式和转角变形,基于推导的公式得到骨架曲线模型。

基于村镇建筑的新型沙漠砂混凝土砌块墙体的抗震性能研究

利用沙漠砂研发的蒸压加气混凝土砌块是一种新型砌体材料。为了研究这种新型砌块在村镇建筑中的应用,考虑在不同竖向压应力和构造柱的约束作用下,对4片沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体开展拟静力试验,通过对比分析4片墙体在低周反复荷载作用下的破坏特性、力-位移曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及延性等性能指标。结果表明:1)墙体主要以剪切破坏为主,未设置构造柱墙体主裂缝沿约45°贯彻整个墙体,设置构造柱墙体主裂缝呈“倒八”字型,且当竖向压应力增大时,墙体的抗震承载力也随之增大,抗侧刚度有所提高,但延性随之减小;2)竖向压应力相同情况下,对比分析表明设置构造柱墙体的极限承载力约是素墙体的2.22倍,延性提高了约60%,且刚度也有所提升;3)基于主拉应力理论和库仑破坏理论分别建立了适用于该新型砌块墙体的抗震承载力计算公式,且库仑破坏理论建立的抗震承载力计算公式应用更合理;4)建立了恢复力模型骨架曲线,能够较好地反映沙漠砂蒸压加气混凝土砌块墙体的试验特点。

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料柱恢复力模型

为研究聚乙烯醇纤维水泥基复合材料(PVA-FRCC)柱恢复力模型,以纤维体积率、PVA-FRCC设置范围、配箍率、轴压比及纵筋配筋率为研究参数,对10根PVA-FRCC柱进行拟静力试验。通过对试验数据进行分析,得到退化四线型骨架模型刚度计算方法;根据压弯构件正截面承载力理论,推导出PVA-FRCC柱骨架曲线特征点水平承载力及水平位移计算公式;理论骨架曲线与试验骨架曲线吻合较好,且骨架模型以构件参数表达,实用性较高。采用修正的Park-Ang损伤模型计算损伤指数,并确定了各阶段考虑损伤累积的加、卸载刚度计算方法;结合试验滞回曲线特征及骨架模型,提出PVA-FRCC柱滞回规则。建立的恢复力模型计算结果与试验结果吻合度较高,能较好地表征PVA-FRCC柱在地震作用下的滞回特性。

钢框架-覆钢板轻钢墙体抗震性能

为提高轻钢墙体的抗震性能,提出了一种钢框架-覆钢板轻钢墙体.对3个钢框架-覆钢板轻钢墙体足尺试件进行了拟静力试验,获得了试件的滞回曲线、耗能、延性系数、应变等;分析了竖向荷载、螺钉间距对试件抗震性能的影响;计算了试件的抗剪承载力设计值以及弹性抗剪刚度,并与纯轻钢墙体试验值和规范参考值进行对比.结果表明:框架与墙体的连接方式可靠,在受力时两者变形协调,可以协同工作;组合结构抗剪承载力分别为121.3、130.1和136.7 kN,延性系数分别为1.99、2.34和2.75,加密墙体龙骨中柱的螺钉间距和增加墙体竖向荷载可以提高试件的抗剪承载力.增加框架后,结构弹性抗剪刚度提高约4%~45%,抗剪承载力提高约6%~22%.钢框架-覆钢板轻钢墙体抗震性能良好,可以应用于多层钢结构住宅.

横向激励下隧道-竖井节点地震响应研究

隧道-竖井节点是地下空间网络的重要节点,也是其抗震薄弱环节。由结构突变造成的土-结构动力相互作用不均匀会导致隧道与竖井产生显著的差动响应。本文依托典型软土道路隧道工程,以隧道-竖井节点为试验对象,依据动力相似原理完成了以土-结构相对刚度为控制因素的模型设计,并开展了横向激励下隧道-竖井节点振动台模型试验。试验中测量了结构加速度响应和结构变形两类数据。通过对比加速度峰值和相关系数,对隧道与竖井间的地震差动响应进行了定量描述,并分析了由此引发的隧道纵向变形模式。在此基础上,基于梁-弹簧模型,提出了隧道-竖井节点地震响应拟静力简化分析模型,并推导了隧道变形的拟静力解析计算方法。经振动台试验结果验证,该拟静力简化分析模型可较好地预测隧道纵向变形,并以闭式解的形式,直接建立了隧道纵向变形与隧道-竖井相对位移的定量关系。

黄土斜坡地震稳定性研究的若干方法

黄土斜坡地震稳定性研究是保障黄土地区工程建设安全的基础。基于斜坡地震稳定性研究方法的现状,对黄土斜坡地震稳定性研究中常用的拟静力法、Newmark滑块分析法、数值分析法及物理模型试验法等进行了简要评述,总结归纳了不同方法的特点及适用性,展望了后续研究亟需解决的问题,对进一步开展黄土斜坡地震稳定性研究工作具有一定参考价值。

地震作用下边坡稳定性分析的坐标转换法

在地震作用下边坡稳定性分析中,拟静力法是将地震作用简化为水平方向或垂直方向的不变加速度作用。此加速度产生作用于不稳定体质心的地震力,根据极限平衡理论,将所有作用于潜在滑动体上的力沿滑动面进行分解,得出沿滑动面的安全系数。在拟静力法的基础上,提出一种坐标转换法,通过坐标旋转,将地震力与重力的合力转变为垂直向下的力,从而使边坡地震稳定性问题等效为经过边坡几何形态和土体容重修正后的一般静力稳定性问题,再利用比较成熟、简便的静力分析方法进行边坡稳定性分析。利用此方法可以克服传统拟静力分析的不足,并且用于水下边坡分析,将滨水边坡的拟静力分析模型转换为相应的静力分析模型,考虑地下水的流动来模拟水对边坡的动力作用。此方法对于分析水库边坡体和堰塞湖坝体的抗震稳定性问题具有一定的应用价值。

桥梁群桩基础非线性静力计算模型及拟静力试验研究

线弹性地基反力法（m法）仅适用于正常使用时桥梁桩基础变位较小的情况，但在强震作用下基础的变位较大。为了研究桩基础在地基土及桩身进入非线性状态下的水平承载能力及变形特性，通过群桩基础缩尺比例模型，采用拟静力试验研究桩基础的破坏机制、承载能力、变形性能以及滞回特性。提出水平荷载作用下群桩基础的非线性静力计算模型，在该模型中采用分布PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性，采用美国API规范给出的p-y曲线、心曲线以及q-z曲线模拟地基土的非线性（其中，P为桩侧土水平抗力，Y为水平位移，t为桩周土竖向摩阻力，q为桩端土竖向抗力，Z为桩土竖向相对位移）。研究结果表明：（1）本文提出的分析模型与模型试验结果吻合较好；（2）可采用Clough退化双线性模型模拟桩基础的滞回特性；（3）桩身受力薄弱部位在桩顶以下0～4倍桩径范围内。研究结果可为应用能力谱法评价桩基础的抗震性能提供参考。

三平移全柔性并联微动机器人机构静力学分析

对新型非对称三平移并联机构{R∥R∥R∥P(4R)}∥{R∥R∥P(4R)∥R}⊥{R∥R∥R∥P(4R)}普通的转动关节全柔性化,形成非对称全柔性三平移微动并联机器人机构。利用"伪刚体模型"法,以普通的转动副加上等效的双向扭转弹性元件替代每个柔弹性关节,形成全柔性并联机器人机构的伪刚体等效模型。采用与"摩擦圆理论"分析法相似的力分析方法,分析了全柔性并联机器人机构的静力学问题,发现机构虽然具有优良运动解耦性,但其静力学性能较差。

动力模型拟静力修正方法及误差分析

为了降低动力模型修正过程中的计算复杂程度,提出了拟静力模型修正方法。借助特征载荷的概念,将基于动力测量信息的动力模型转化为静力模型进行修正,避免了模型修正过程中特征值和特征向量的计算。利用样条插值方法,解决了测量信息与计算信息间的匹配问题。采用复域灵敏度分析方法对修正过程中的参数灵敏度进行计算,提高了修正过程中的计算效率。研究了测量误差对修正结果的影响,给出了修正参数的统计特性,为评估修正结果的可靠性提供了基础。通过数值算例对提出的方法进行了验证,结果表明该方法是有效可靠的。利用建立的方法对润扬大桥北汊斜拉桥桥塔模型进行了修正,修正结果较为精确可靠。

钢筋混凝土框架-砌体墙结构性能的试验研究

介绍了 2榀模型钢筋混凝土框架 -砖砌体填充墙组合结构的拟静力试验 ,研究了它们的破坏形态和受力性能 ,并结合国内外试验和非线性弹塑性有限元方法进行了分析、对比 ,最后 。

基于OpenSees的钢筋混凝土桥墩拟静力试验数值分析

以4个呈弯曲破坏形态的圆形钢筋混凝土桥墩的拟静力试验结果为依据,基于OpenSees中的Beamwith Hinges Element单元,建立了相应的桥墩滞回分析纤维单元模型。由模拟结果与试验结果对比可知,所建立的纤维单元模型对桥墩的骨架曲线及滞回曲线都有良好的模拟效果,且能体现桥墩在反复加载过程中刚度、强度退化现象,表明了模型的有效性。

循环荷载作用下软土中吸力锚承载力拟静力有限元分析

建议了一种利用软土不排水循环强度,评价静荷载与循环荷载共同作用下软土中吸力锚承载力的拟静力弹塑性有限元方法。该方法首先依据软土的不排水静强度,通过弹塑性有限元计算,确定平均系泊荷载作用下土体单元的八面体平均剪应力,再据此确定与一定循环破坏次数对应的土单元循环强度;然后,按土单元循环强度再次通过弹塑性有限元计算,确定锚系泊点沿系泊方向的荷载位移曲线;最终由荷载位移曲线、按位移破坏标准确定锚的循环承载力。这一方法的特点是考虑了平均系泊荷载对软土循环强度、进而对静荷载与循环荷载共同作用下锚承载力的影响。为说明这一方法的可行性,进行了不同锚径、不同长径比、不同平均荷载、不同摩擦系数、不同加载方向、不同破坏模式条件下的软土中吸力锚循环承载力模型试验。利用拟静力有限元方法对模型试验结果进行了预测,预测结果比试验结果偏小,平均偏小不超过10%。模型试验结果还表明,软土中锚的归一化循环承载力随循环破坏次数的变化只取决于归一化平均荷载,可以忽略加载方向、锚的直径、锚外壁摩擦系数对归一化循环承载力变化关系的影响。若归一化平均荷载为0.5,当循环破坏次数为1000时,对于竖向破坏的锚,循环承载力大约为静承载力的75%;对于水平破坏的锚,循环承载力大约为静承载力的80%,这与已有的离心模型试验结果基本一致。

框支剪力墙抗震性能及弹塑性位移实用计算方法

针对钢筋混凝土框支剪力墙抗震性能差的缺点,提出采用型钢混凝土框支剪力墙.进行了4榀模型试件拟静力试验,试验结果表明,结构配置型钢后抗震性能得到显著改善.提出了框支剪力墙结构地震反应简化分析模型,将结构简化为由墙单元和框支单元组成的弹簧体系,给出了单元恢复力模型的确定方法.根据简化模型,编制了结构地震反应时程分析程序,并进行参数分析,研究了配置型钢对结构地震反应的影响,给出了型钢混凝土框支剪力墙弹塑性位移的实用计算方法.

黄土地基-群桩基础-桥墩滞回特性模型试验研究

采用拟静力试验对黄土地基-群桩基础-重力式桥墩进行了大比例尺模型试验研究.通过在墩顶施加水平往复荷载,获得了桩、土及桥墩整体结构的滞回曲线及骨架曲线,并指出了该骨架曲线可简化为3部分组成,同时也探讨了低承台桩基础的破坏机理及耗能能力.

斜坡堆积体抗震加固措施离心模型试验

为探讨地震作用下斜坡堆积体的加固破坏机理,基于拟静力法理论,采用土工离心模型试验技术和数值模拟方法,对采用抗滑桩、抗滑桩联合锚杆框架2种加固措施进行了对比分析.试验研究表明:坡脚只采用抗滑桩加固时,可能发生越顶坍塌的破坏模式;采用锚杆框架和抗滑桩联合加固,能够改善坡体内部的应力、应变分布规律,大大减小地震作用下坡面变形和抗滑桩受力.在此基础上提出:在高烈度地震区,对斜坡堆积体的工程设计应强调"固脚强腰"的防治原则.

圆钢管再生混凝土柱抗震性能试验

为研究圆钢管再生混凝土柱的抗震性能,考虑不同再生粗骨料取代率、剪跨比、轴压比等参数,设计了7个足尺试件,进行拟静力试验研究,对比分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、承载力、延性、刚度退化、耗能能力等特性.试验结果表明:加载后期,所有试件均在钢管底部出现环状鼓曲,剪跨比小的部分试件受拉一侧发生断裂;各试件的滞回曲线基本呈梭形,比较饱满,延性较好;不同粗骨料取代率对试件的抗震性能影响不大;随着剪跨比的增大,试件的承载力降低,延性变好;轴压比大的试件延性较差;各试件抗震性能良好,满足抗震要求.通过我国相关规范和规程对本文及其他文献中圆钢管再生混凝土柱压弯承载力的计算分析发现,对于足尺圆钢管再生混凝土柱,我国规范的相关公式是偏于安全的.