反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。

基于V形记忆曲线的汽车轮毂造型衍生设计方法

为提高汽车轮毂造型设计的效率,增强品牌造型识别度,提出一种高效的轮毂造型衍生创新设计方法。通过分析轮毂V形记忆曲线的变化规律和特点,总结出两类V形记忆曲线,并根据控制点数量分别进行了定量化表达;以轮毂造型的5个设计要素为基础,提取轮毂骨骼的特征并建立运算法则,构建基于V形记忆曲线的轮毂造型衍生设计方法;通过参数化实现造型构建方案衍生,验证了该方法的可行性。研究结果表明:基于V形记忆曲线的轮毂造型衍生设计方法提高了轮毂设计效率,实现了轮毂造型创新及提升品牌特征延续的设计目标,为同类型产品的创新设计提供参考。

核心筒结构残余位移模型及恢复力模型研究

为了研究核心筒结构的残余位移及滞回特性,本文利用国内23个核心筒试件参数及拟静力试验结果,采用逐步回归分析建立了核心筒结构的残余位移预测模型,并据此给出了减小核心筒残余变形的措施与方法,基于三折线骨架模型,对屈服点、峰值点、极限点的荷载与位移进行计算分析,进而构建了核心筒结构的恢复力模型。研究结果表明:本文建立的核心筒结构残余位移预测模型与结构恢复力模型与试验结果吻合度较高,能够较为真实地反映核心筒结构的滞回特性,弥补了国内对于核心筒结构恢复力模型研究的不足,为核心筒在弹塑性分析领域以及残余位移控制方面提供一定理论依据。

T形钢制耗能铰阻尼器抗震性能及力学模型研究

为了提高装配式框架结构的抗震性能,提出了不同类型的钢制耗能铰阻尼器,即将预制梁、柱用钢制铰进行连接,在铰的上、下或两侧安装软钢耗能元件。对几种耗能铰阻尼器的构造形式、抗震性能进行总结,选取一种构造简单、抗震性能较好的T形耗能铰阻尼器进行抗震性能和力学模型研究。采用ABAQUS软件对T形耗能铰阻尼器的试验进行数值模拟,在此基础上建立了24个有限元模型对T形耗能元件的翼缘削弱程度和T形截面尺寸进行参数分析,并对不同影响因素进行量化得到耗能铰阻尼器的骨架曲线计算公式,最后,对公式的正确性进行了验证。结果表明,该T形耗能铰阻尼器具有良好的承载力、延性和耗能能力,所提出的骨架曲线准确率较高,可为该类阻尼器的设计提供参考。

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。

CFRP加固混凝土复合受扭构件的恢复力模型研究

为建立CFRP(碳纤维增强复合材料)加固混凝土复合受扭构件的恢复力模型,完成了一组CFRP加固混凝土柱在低周反复荷载作用下的复合受扭试验。考虑了混凝土强度、CFRP加固方式、箍筋配筋率对其滞回特征的影响。在此基础上,通过对试验数据的分析,确定扭矩-扭率骨架曲线特征点的计算公式,提出了反复加载下卸载刚度和强度退化率的确定办法,并建立了CFRP加固混凝土复合受扭构件的扭矩-扭率恢复力模型。按此模型得到的计算曲线与实验曲线吻合度较好,表明该恢复力模型可用于CFRP加固混凝土复合受扭构件的非线性地震反应分析。

部分无黏结螺杆连接梁柱节点的恢复力模型研究

为研究部分无黏结螺杆连接梁柱节点的抗震性能和恢复力特性,基于2榀高性能装配式框架结构的低周往复试验,分析典型边跨梁柱连接节点的破坏现象、滞回性能、骨架曲线、延性和变形能力等抗震性能指标;根据试验结果和理论分析,提出了四折线的节点弯矩-转角骨架曲线模型,并给出各特征点的计算方法;基于试验滞回曲线的特征分析,构建了节点的恢复力滞回规则,与骨架曲线构成节点的恢复力模型。结果表明:极限状态时,部分无黏结螺杆连接梁柱节点的节点区混凝土损伤程度较轻,节点的主要屈服机制为连接螺杆,节点整体工作状态良好;节点弯矩-转角滞回曲线捏拢明显,呈现出明显的转动变形滑移,节点耗能能力较差;节点转角位移延性系数介于3.94~6.21之间,2榀框架中节点的最大转角分别约为1/58和1/53,节点延性性能和变形能力良好;所提出的节点弯矩-转角骨架曲线模型和恢复力滞回模型与试验结果吻合良好,该恢复力模型可用于应用该类型连接节点的整体装配式框架结构的弹塑性分析。

带竖向连梁的偏心支撑组合框架理论研究

带竖向连梁的偏心支撑组合框架具有良好的力学性能,是一种高效的耗能减震结构体系,但由于试验研究的数量有限,仅从单个构件试验并不能完全证明该结构体系的优越性和适用性。该文对带竖向连梁的偏心支撑组合框架展开理论研究,详细分析了各设计参数对结构抗震性能的影响。首先,该文建立该结构体系的结构力学理论模型,推导侧向荷载作用下结构的内力分布结果与变形分布结果,并提出该结构的理论骨架曲线,给出理论骨架曲线关键点的计算方法,与试验结果吻合良好。根据该文建立的理论模型,可计算出在不同侧向荷载作用下,结构的内力分布与变形模式。此外,理论模型分析的结果显示,在引入偏心支撑构件后,原组合框架的梁端和柱端的内力增加,跨中框架梁内力增加,混凝土板的损伤增加,结构的侧向刚度明显提升,与试验结果分析得到的结论完全一致,进一步验证理论模型的准确性。

装配式方钢管约束混凝土桥墩恢复力模型研究

采用ABAQUS通用有限元软件对装配式方钢管约束混凝土桥墩进行建模,计算了桥墩试件荷载-位移滞回曲线与骨架曲线特征值;以轴压比、长细比、约束系数、方钢管屈服强度、混凝土强度、钢管嵌入深度与桥墩边长比、嵌套钢管直径与桥墩边长比、嵌套钢管厚度与桥墩边长比为拓展参数,研究各参数对装配式方钢管约束混凝土桥墩荷载-位移骨架曲线的影响规律;借鉴钢管约束钢筋混凝土柱的计算框架,拟合得出装配式方钢管约束混凝土桥墩各特征值(弹性刚度、水平荷载峰值、峰值荷载位移与下降段刚度)的计算公式;该计算公式与有限元分析结果吻合良好,有限元分析值与公式计算值之比的平均值为1.004~1.035,均方差为0.133~0.162;选取实际工程对算法进行实例验证,计算结果与有限元数值吻合良好。

Restoring-force model of modified RAC columns with silica fume and hybrid fiber

In order to establish a restoring-force model for modified concrete columns with recycled aggregates concrete(RAC), cyclic loading tests were carried out on five concretes with RAC columns and ordinary concrete frame columns under the combined influence with different admixtures and admixtures ratios(silica fume and hybrid fiber). The expressions for characteristic nodes of the skeleton curve were given by the analysis and numerical regression of the test results. In addition, the hysteretic rules of the restoring-force model and the expression for unloading stiffness were presented. Finally, we summed up the complete calculation method of the hysteretic restoring force, whose results were in good agreement with experiment. The results demonstrated that the proposed model could simulate and reflect the corresponding hysteretic behaviors, and the calculation method can provide the theoretical basis for the engineering application.

复合受扭实腹式型钢混凝土柱恢复力模型研究

为研究复合受扭作用下实腹式型钢混凝土柱的恢复力模型,考虑扭弯比、轴压比和剪跨比的影响,完成了9个实腹式型钢混凝土柱的拟静力加载试验,获取了扭矩-扭转角骨架曲线和滞回曲线,分析了扭弯比、轴压比和剪跨比等试验变化参数对其扭转滞回性能的影响。基于试验扭转骨架曲线和滞回曲线,提出以屈服点、峰值点和破坏点为特征点的三折线骨架曲线模型,同时对滞回规则进行简化,建立实腹式型钢混凝土柱复合受扭恢复力模型。结果表明:随着扭弯比的增大,试件破坏形态由弯曲破坏为主转为扭转破坏为主;扭弯比对实腹式型钢混凝土柱的抗扭承载力影响最大;在扭转骨架曲线特征参数计算时考虑了扭弯比、轴压比和剪跨比的影响,计算结果与实测结果吻合较好。提出的考虑卸载刚度退化影响的扭转恢复力模型,能较好地预测复合受扭作用下实腹式型钢混凝土柱的扭转滞回曲线,可为此类结构在压弯剪复合受扭作用下的弹塑性地震分析提供参考。

钢筋混凝土框架中节点受剪性能计算的改进拉压杆模型

梁柱节点是框架结构中承受和传递荷载的关键部位。框架节点抗震性能试验研究表明,高剪应力的作用下,节点核心区通常产生显著的非弹性剪切变形。采用数值模拟研究钢筋混凝土梁柱节点抗剪性能时,正确地计算节点核心区剪应力-剪应变关系是有限元分析成功实施的关键。基于梁柱节点抗震性能试验中节点核心区的受力变形特征,提出了基于变形的改进拉压杆模型,推导了节点剪应力-剪应变(τ-γ)关系曲线的计算方法。以多组梁柱节点低周反复加载试验结果为依据,对比分析斜压杆模型与基于变形的改进拉压杆模型的计算结果,校核了基于变形的改进拉压杆模型计算准确性和适用性。结果表明:与斜压杆模型相比,基于变形的改进拉压杆模型能有效预测钢筋混凝土框架中间层中节点的τ-γ骨架曲线,能较准确地计算节点峰值剪应力。

装配式圆钢管约束混凝土桥墩抗震试验及计算方法研究

为研究混合接头(钢管剪力键与灌浆套筒组合)连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩恢复力模型,对其开展拟静力试验研究和受力机理分析,建立经试验验证的ABAQUS有限元模型,同时拓展参数分析。在此基础上,借鉴圆钢管约束钢筋混凝土柱的骨架曲线计算模型,采用回归分析法,提出了混合接头连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩骨架曲线特征值计算方法。研究结果表明:与常规灌浆套筒连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩相比,采用混合接头连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩表现出优越的抗震性能;轴压比、长细比、约束系数和材料参数是影响装配式圆钢管约束混凝土桥墩抗震性能的重要参数;骨架曲线特征值计算方法与有限元分析结果吻合良好,两者比值的均值为0.97~1.05,均方差为0.062~0.072,计算结果可靠。结合骨架曲线计算模型,推导了混合接头连接的装配式圆钢管约束混凝土桥墩恢复力模型,与试验曲线相比,二者吻合较好,并得到工程实例验证。

一种采用U型配筋新型复合保温墙板节点地震损伤模型研究

为了探究结构与保温一体化新型复合墙板节点的抗震性能及地震损伤模型,提出了一种采用U型节点配筋形式的新型复合保温墙板节点。设计并制作了6个试验样本。通过工作性能力学试验,研究了该类墙板节点试件的破坏机理、滞回性能、承载能力以及延性系数等指标。另外,通过研究发现,常用的Park损伤模型并不能较好地反映试件损伤发展情况。因此,为了能准确描述新型复合保温墙板节点的地震损伤发展,该文章在试验的基础上提出了一类适用于该类试件的改进地震损伤模型。通过实例验证发现,反映出可以利用较多指标对损伤的合理评价,应用前景具有广泛性。

循环荷载下煤矸石路基填料动力特性及骨干曲线模型研究

煤矸石作为煤矿建设和煤炭生产过程中所产生的废弃物,排放量与存储量巨大,将其用作路基填料,可产生较大的经济、社会和环境效益。通过大型动静三轴试验分析了循环荷载作用下煤矸石路基填料的动力特性,并对其骨干曲线的计算模型进行了深入研究。结果表明:循环荷载作用下煤矸石路基填料的骨干曲线并非呈现出良好的双曲线变化规律,试样的动应力随着动应变的增大而增大;随着围压的增加,试样破坏时的动应力与动应变均逐渐增大。基于动力特性试验结果,采用修正的Hardin-Drnevich模型分析了循环荷载作用下煤矸石路基填料的骨干曲线,分析表明:修正的H-D模型能取得更好的效果。在此基础上,建立了考虑围压效应的煤矸石路基填料骨干曲线计算模型。分析了循环荷载下煤矸石路基填料的动强度、动黏聚力等动力参数,求得了基于修正H-D模型的动弹模量计算公式,分析了循环荷载作用下煤矸石试样动弹模量与阻尼比的变化规律。

沙漠砂蒸压加气混凝土砌块砌体恢复力模型的研究

为研究沙漠砂蒸压加气混凝土砌块砌体恢复力模型,对10片采用低周反复加载方式的试件的试验现象及数据进行分析。基于试验结果和现有恢复力模型理论,采用三折线模型对沙漠砂蒸压加气混凝土砌块砌体的荷载位移曲线进行回归分析,建立了沙漠砂蒸压加气混凝土砌块砌体的恢复力模型,并确定了相应的滞回规则。结果表明:三折线恢复力模型与试验结果吻合较好,能够较好地反应沙漠砂蒸压加气混凝土砌块砌体的恢复力特性,其成果可为该结构在新疆村镇建筑抗震分析提供技术支撑。

串联隔震构件恢复力计算模型试验研究

为研究串联隔震构件使用阶段的真实力学性能,基于5组不同轴压比、长细比的串联隔震构件进行拟静力加载试验,并建立构件的有限元模型,对受力特点及破坏状态进行分析。根据对应工况下的有限元模型获得滞回曲线,建立了串联隔震构件的三折线型骨架曲线,同时给出了骨架曲线各分段的方程表达式。针对试验过程中变幅循环加载引起的构件整体刚度发生退化的问题,将各组构件的滞回曲线划分为4个部分,以每组构件的初始加载刚度为基准,采用非线性回归分析方法,获取每段曲线刚度退化规律,结合骨架曲线,建立了串联隔震构件的恢复力模型,并与试验进行对比。结果表明:提出的恢复力模型可以较为准确地描述串联隔震构件在低周往复荷载作用下的恢复力特性,为后续非线性力学性能研究提供理论参考。

斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型研究

为简化实际工程结构中斜向梁柱外伸端板连接节点的分析与设计,利用欧洲规范EC3的组件法提出了斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型。首先,采用组件法计算了斜向梁柱外伸端板连接节点的初始转动刚度和屈服承载力,提出了外伸端板连接节点考虑钢梁倾角影响的初始转动刚度计算公式。通过对试验试件骨架曲线的无量纲化拟合了此类节点的三折线骨架曲线模型。通过回归分析确定了斜向梁柱外伸端板连接节点的卸载刚度计算公式。在此基础上,建立了斜向梁柱外伸端板连接节点的三线型恢复力模型。通过与试验及参数有限元分析结果的对比,验证了斜向梁柱外伸端板连接节点恢复力模型的准确性,研究成果可为斜向外伸端板连接节点的工程分析提供参考。

预埋角钢连接件装配式梁板节点抗震性能试验

为研究预埋角钢连接件的装配式梁板节点抗震性能,对该节点与现浇梁板节点进行横向低周往复加载试验,分析2组节点的滞回性能、延性、刚度退化、耗能等抗震性能指标,并建立适用于该类节点的骨架曲线模型。结果表明:2组节点的破坏现象相似,均发生延性破坏,破坏时节点核心区混凝土破碎,栓钉发生较大剪切变形;装配式节点与现浇节点的刚度退化、耗能变化规律相近,延性系数分别为2.45、2.34;2组骨架曲线均呈“S”形,正负向变化趋势相似,但正向极限荷载均比负向极限荷载低约10%,经无量纲化处理后的2组曲线基本重合,所建立的“三折线”骨架曲线模型与试验结果吻合较好;该装配式节点在抗震性能方面基本实现“等同现浇”。研究结果可为该种梁板节点在实际工程中的抗震设计提供参考。

四边连接组合钢板剪力墙简化模型

在纯钢板墙条带模型的基础上,提出一种适用于组合墙计算的等效拉—压杆模型.拉杆考虑钢板的受拉条带区的作用,组合压杆考虑钢板在混凝土板约束作用下的受压条带区的作用.对初始缺陷和压杆的刚度系数进行参数分析,并推导理论计算公式,由计算公式和试验数据分别确立模型的骨架曲线和滞回规则.将提出的简化计算模型用于自编的FORTRAN程序中,得到简化模型的计算滞回曲线.对单跨单层的组合墙试验进行滞回曲线的计算,计算结果与实测数据符合良好,说明提出的简化计算模型以及推导的计算公式适用于组合钢板剪力墙.