防屈曲支撑加固既有RC框架结构抗震性能研究

参照建于20世纪70年代末的具有代表性的8层RC框架结构,按照1∶2.5的比例进行缩尺,制作一个两榀两层三跨的RC框架子结构模型。采用外贴防屈曲支撑RC框架的方式分别加固子结构模型每榀的中间跨,两榀框架的加固方式分别为植筋加固和抗剪键加固。对加固后的模型进行拟静力抗震性能试验,试验研究的结果表明,两种加固方法均安全可靠;防屈曲支撑加固后RC框架结构的抗震性能明显提高,在规范允许的变形条件下,地震能量主要被防屈曲支撑耗散,试验结果表明防屈曲支撑在地震作用时耗散的地震能量占到结构总耗能的66.9%以上。另外,根据FEMA356中基于性能的抗震设计方法,采用Perform-3D软件对框架结构模型进行非线性分析,分析结果与试验结果吻合良好。

防屈曲支撑作为可替换耗能元件抗震性能试验研究

防屈曲支撑作为一种可替换耗能元件是框架结构在地震作用时的主要抗侧力和耗能单元,可以保护结构在地震作用下免受较大的损伤。为研究地震作用下可替换防屈曲支撑加固结构的抗震性能,对一个两榀两层三跨的防屈曲支撑RC框架模型进行了低周往复试验。试验和分析结果表明:由于防屈曲支撑的存在,框架结构在大震后仍具有很好的承载能力。将防屈曲支撑替换,对框架结构和受到损伤的防屈曲支撑分别进行拟静力试验,对比分析防屈曲支撑更换前后结构的抗震性能和震后防屈曲支撑的损伤。研究表明:两次低周往复试验中,防屈曲支撑都先于混凝土框架发生屈服并耗散大部分地震能量,提高了RC框架结构的抗震性能;将损伤后的防屈曲支撑更换,可使结构重新获得良好的抗震性能,迅速恢复结构的使用功能。

SMA弹簧—摩擦支座的滞回性能研究

研究一种新型形状记忆合金弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,SFB)的滞回性能。首先,研制了可用于SFB的大尺寸超弹性NiTi记忆合金(NiTi SMA)螺旋弹簧。在此基础上,加工制作了SFB试件实物模型,对其进行了拟静力试验研究。考察了竖向压力、位移幅值和加载频率对SFB恢复力-位移曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和等效动摩擦因数的影响。最后,将SMA螺旋弹簧恢复力模型和摩擦力模型相叠加,建立了SFB的恢复力模型,利用该模型进行了数值模拟。研究结果表明:SFB可提供饱满的滞回曲线,耗能能力较强,且具有一定的复位能力;数值结果与试验结果吻合较好,验证了SFB恢复力模型的正确性。

超弹性TiNi记忆合金螺旋弹簧的滞回性能实验研究

通过滞回性能实验研究了大尺寸Ti Ni形状记忆合金(Ti Ni SMA)螺旋弹簧用于结构振动控制的可行性。利用两种Ti Ni合金制作了大尺寸超弹性螺旋弹簧试件。对Ti Ni弹簧试件进行了单轴反复荷载作用下的力学实验,获得了其在不同加载条件下的恢复力-位移曲线。分析了不同循环加卸载次数、加载频率、位移幅值对两种Ti Ni弹簧的滞回环及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和残余位移4个力学参数的影响。研究结果表明,超弹性Ti Ni弹簧可提供较大的恢复力、位移以及稳定的复位性能,并具有一定的耗能能力,在工程结构自复位振动控制中具有较好的应用潜力较好。

加气混凝土墙板摇摆节点抗震性能试验研究

为改进传统勾头螺栓连接节点加气混凝土(ALC)墙体的抗震性能,设计两种新型"摇摆式"连接节点,通过12面ALC填充墙体的拟静力试验,分析不同节点形式的墙体破坏特征和ALC填充墙体对钢框架抗侧力性能的影响,并在理论分析的基础上,总结得出拼接板材抗侧刚度的简化计算公式。

SMA弹簧-摩擦支座滞回性能试验研究

通过试验研究了一种新型SMA弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,简称SFB)的滞回性能。首先,研制了大尺寸NiTi记忆合金(NiTi SMA)螺旋弹簧。在此基础上,加工制作了SFB试件实物模型,对其进行了拟静力试验研究。考察了竖向压力、位移幅值和加载频率对SFB的恢复力-位移曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和等效动摩擦系数的影响。研究结果表明:SFB在水平方向呈现独特的恢复力-位移曲线;SFB的滞回曲线饱满、耗能能力较好,且具有一定的复位能力;竖向压力、位移幅值对SFB力学参数有一定影响,而在试验加载频率区间其力学参数较为稳定。

IMP分散式数据采集系统在结构试验中的应用

结构试验数据采集量大、传感器种类多,采集设备在试验过程中需要反复安装,因此结构试验采集仪器应当满足兼容性、便携性等使用要求。IMP分散式数据采集系统具有测量精度高、适用仪器广、抗干扰能力强、拆装方便、操作简单、需要配置额外的桥路附属装置等特点,适合用于结构试验的数据量测。针对IMP配套设备的问题,提出了对该设备采用快捷插拔接头、在传感器上进行组桥、在联接器内进行组桥、组装数据采集车、制作终端电阻接头等改进措施。经过改进后的IMP数据采集系统不但节省了结构试验的时间和空间,而且大大提高了采集系统的可靠性。

大尺寸SMA弹簧在滑动隔震系统中的被动控制研究

将大尺寸形状记忆合金弹簧(SMA Spring)用于滑动隔震系统的被动控制。首先,利用Ni Ti记忆合金(Ni51.0Ti49.0)研制了大尺寸超弹性SMA螺旋弹簧,并通过力学试验研究了其力学性能。设计了配置6个SMA螺旋弹簧的受控滑动隔震支座(Multidimensional SMA Spring-Friction Bearing,简称MSFB)。将上述新型可复位支座用于单自由度基础隔震体系,建立了受控体系的有限元模型,对其进行了水平方向隔震控制性能的数值模拟,同时,将普通钢螺旋弹簧用于该单自由度系统的被动控制,开展了两种系统的地震响应对比分析。研究结果表明:大尺寸SMA螺旋弹簧在滑动隔震系统中具有良好的控制效果。

双筒壳结构风压系数的数值分析

以尼日利亚OBJ水泥厂石灰石储料库双筒壳结构为研究对象,运用Fluent流体力学计算软件,基于Reynolds时均Navier-Stokes方程(N-S方程)和标准的湍流模型(κ-ε模型)对双筒壳结构的表面风压进行数值模拟,采用有限体积法对微分方程进行离散,并通过SIMPLE压力校正算法来实现非线性方程的迭代求解。结合数值模拟结果,探讨结构周围流场的绕流特性并给出双筒壳结构表面的风压分布。根据结构形式及风压分布特点,结合欧洲规范给出的结构表面风压的分区形式,将双筒壳结构表面分成了14个区域,侧面分成了6个区域,并给出了各个分区的风压系数以供同类工程设计时参考。

约束再生混凝土足尺试件受压应力应变全曲线试验研究

为研究箍筋约束再生混凝土的单轴受压应力应变全曲线,对9个直径为500mm、高度为1 500mm的再生混凝土圆形柱进行试验,采用20 000kN伺服液压试验机进行位移控制加载。试验参数主要为纵筋率、箍筋间距与直径、加载应变速率。试验结果表明,箍筋间距、配箍率对试件延性影响较大。当加载应变速率由0.000 003/s增大到0.003 3/s时,试件的峰值应力增大1.14倍。分析表明,再生混凝土应力应变全曲线与普通混凝土类似,但下降段较普通混凝土陡峭,脆性更为明显。

SMA弹簧—摩擦支座在混凝土框架结构中的隔震效果

将SMA弹簧—摩擦支座(SFB)用于多层混凝土框架结构的基础隔震,利用SAP2000有限元软件模拟了SFB隔震结构和无控结构的地震响应,由研究结果可见,SFB能够有效保护结构免遭地震损害,并可提供良好的支座复位性能与限位能力。

SMA弹簧-摩擦支座基础隔震体系的地震响应分析

大尺寸超弹性形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)螺旋弹簧是一种可用于结构减振控制的阻尼器。然而,迄今为止这种超弹性阻尼器在土木工程结构隔震领域的研究较少。本文提出了一种SMA弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,简称SFB)并研究了其隔震性能。首先,在考虑材料内部相变过程的SMA本构关系模型的基础上,针对超弹性SMA弹簧的恢复力性能建立了一种便于工程应用的新的宏观现象模型。随后,推导了SFB隔震结构体系运动方程,利用MATLAB程序进行了结构地震响应的数值模拟。最后,将SFB隔震体系的地震响应与具有相同结构参数的纯摩擦支座(Pure Friction Bearing,简称PFB)隔震体系和摩擦摆(Friction Pendulum System,简称FPS)隔震体系的地震响应进行了对比分析。研究结果表明,SFB对上部结构具有良好的加速度减振效果,同时,该支座较其它两种滑动支座在降低隔震层位移峰值响应和抑制隔震支座残余位移两方面具有明显的优势。

防屈曲支撑加固既有混凝土框架结构拟动力试验研究

参照建于20世纪70年代末的具有代表性的八层混凝土框架结构,按照1∶2.5的比例进行缩尺,制作了一个两榀两层三跨的混凝土框架子结构模型。采用外贴防屈曲支撑混凝土框架的方式分别加固子结构模型每榀的中间跨,两榀框架的加固方式分别为植筋加固和抗剪键加固。对加固后的模型进行拟动力试验。试验结果表明,罕遇地震下结构的变形能够满足规范的要求,且依然具有变形的潜力;两种加固方法均安全可靠;防屈曲支撑加固后混凝土框架结构的抗震性能明显提高,防屈曲支撑耗散掉了大部分的地震能;与普通混凝土框架结构的滞回曲线相比,本结构具有更好的变形以及耗能能力。

既有RC框架结构BRB加固方案对比研究

为比较附加防屈曲支撑框架和附加摇摆防屈曲支撑框架加固既有RC框架结构后的抗震性能,通过PERFORM 3D软件对两种加固方案下的一幢美国加州20世纪70年代14层RC框架结构进行建模,采用基于性能的抗震设计方法对加固结构进行静力弹塑性分析和动力弹塑性时程分析,比较了两种加固方案下结构层间位移角、层间剪力、防屈曲支撑框架层间剪力比以及结构底柱轴力的不同动力响应。分析结果表明,采用附加摇摆防屈曲支撑框架加固既有RC框架结构更为可行,研究为既有RC框架结构抗震加固提供参考和指导。

SMA-橡胶支座恢复力的实用模拟

SMA-橡胶支座是一种可利用记忆合金超弹性滞回进行耗能的隔震装置。在概念设计的基础上,进行了SMA-橡胶支座的拟静力试验,证实了这一支座具有良好的隔震耗能特性。为了使SMA-橡胶支座的性能特点便于结构工程师所掌握,将线性最小二乘数据拟合技术和结构分析软件中常见的微分型恢复力模型用于模拟其水平力,数值计算所得到的恢复力-位移滞回曲线及支座性能参数值与试验结果吻合良好。可见,引入上述实用模拟方法有助于利用现有结构分析软件建立SMA-橡胶支座隔震单元,从而促进了这种隔震支座在实际工程中的应用。

纵向地震激励下倒Y形主塔斜拉桥的地震易损性分析

结合我国现役大跨斜拉桥的结构特点,以III类场地上的倒Y型主塔斜拉桥为研究对象,选取20条实测地震波进行增量动力分析,同时将材料应变计算的截面曲率水平作为斜拉桥塔、墩、桩的损伤指标,据此求解斜拉桥塔、墩、基础等构件在不同地震动水平下超越不同损伤状态的概率,然后利用非线性拟合获得倒Y形主塔斜拉桥各构件地震易损性曲线,获得斜拉桥地震易损部位,损伤破坏过程的认识。研究表明:从各构件损伤的超越概率由高到低的排序上看,斜拉桥的主塔是最不易损的构件,而过渡墩桩基是最易损伤的构件;Y形主塔的易损部位主要集中在下塔底、中塔底、中塔顶三个部位。

双柱式简支-桥面连续梁桥横向地震碰撞和防撞措施分析

地震作用下,结构的碰撞问题是影响结构地震反应和抗震性能的一个重要因素。本文针对简支-桥面连续梁桥在横桥向地震作用下主梁与抗震挡块间的碰撞行为,建立了考虑支座非线性、墩柱弹塑性以及桩土相互作用的碰撞模型。在此基础上分析了主梁与抗震挡块间的碰撞效应,探讨了减轻碰撞的措施和方法,并比较了两种措施的防撞效果。结果表明:主梁与抗震挡块间的碰撞不仅产生巨大的碰撞力,还会增大桥墩的地震需求,对结构抗震不利;在抗震挡块内侧安装橡胶缓冲垫和采用铅芯橡胶支座均能减小碰撞力、墩顶底的剪力和塑性转角,但后者的防撞效果更好。

超弹性形状记忆合金棒的力学性能试验

将超弹性形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)圆截面棒材原料加工得到标准试件。针对上述SMA棒试件进行了拟静力试验,系统研究了应变幅值、加卸载速率、循环加卸载次数对其相变应力、等效刚度、单位循环耗能量、等效阻尼比和残余应变五个力学性能参数的影响。试验研究表明,SMA棒可提供较为理想的超弹性效应。同时,由试验结果亦可观察到SMA棒的耗能和阻尼能力较低。总的来看,超弹性SMA棒可提供较大的输出力和稳定的复位性能,适合作为大尺寸阻尼器的复位器件用于工程结构的减振控制。

圆孔型蜂窝梁及其组合梁受力性能研究

为研究圆孔型蜂窝梁(包括圆孔型蜂窝钢梁和圆孔型腹板开孔钢梁)的强度、整体稳定性、局部稳定性和刚度等力学性能,对3根简支圆孔型蜂窝钢梁和3根钢-混凝土组合蜂窝梁进行试验研究和有限元方法模拟,对比分析不同成孔方法(腹板有无焊缝)、翼缘宽度、孔洞大小、梁墩宽度和组合作用等因素对圆孔型蜂窝梁的受力性能的影响,并得到蜂窝梁和组合蜂窝梁的加载点、支座孔洞周围及梁墩处的应力分布规律。试验和有限元分析结果表明:考虑焊缝对蜂窝梁的承载力和刚度影响程度一般在20%以内;加宽蜂窝梁翼缘,设置加劲肋和增加梁墩宽度,可以提高圆孔型蜂窝梁的承载能力;组合蜂窝梁的承载能力和初始刚度较非组合梁有明显提高。

蒸压加气混凝土板位移延性研究

为研究蒸压加气混凝土(ALC)板的位移延性特征,对6块ALC外墙板和3块屋面板进行四分点加载试验。结合国内外关于混凝土结构与构件位移延性特征的学术成果,分析ALC板材的试验数据,研究ALC板材承载能力的变化规律。研究结果表明ALC板表现出良好的位移延性。根据试验成果,准确反映ALC板材的延性特征的确定方法。