PC隔震框架预制单元拆分及整体结构地震损伤分析

为研究不同预制单元拆分方式对装配式混凝土(PC)隔震框架抗震性能的影响,考虑预制构件节点拼接位置的不同,选取了3种PC隔震框架预制构件的拆分方式,即梁柱节点与梁柱整体预制的拆分方式1、多层柱与节点整体预制的拆分方式2以及传统梁柱节点区后浇的拆分方式3。利用有限元软件ABAQUS分别建立了采用3种不同拆分方式的5层装配式隔震框架PCIF-1,PCIF-2,PCIF-3及对应的现浇隔震框架RCIF,并对地震作用下结构变形、层间位移角和结构损伤耗能等进行了对比分析。结果表明:相较现浇结构,装配式结构刚度较弱,罕遇地震作用下,装配式隔震框架层间位移和隔震支座变形增大,上部结构损伤更为严重,隔震层损伤略微增加;不同拆分方式下,装配式隔震框架损伤程度和位置分布不同,现浇结构集中于底层柱端,装配式结构连接界面处较为薄弱,应力较大;采用拆分方式1,2的装配式隔震框架PCIF-1和PCIF-2均满足抗震需求,受力性能良好;综合考虑结构受力和施工方便,建议采用拆分方式1对装配式隔震框架进行预制构件拆分。

PC基础隔震结构新型隔震层框架节点抗震性能分析

基础隔震结构对于隔震层的整体性要求较高,隔震层构件的连接性能则直接影响着隔震层的整体性和抗震性能。本文针对预制装配式混凝土框架隔震结构的隔震层部分,对梁底纵筋的焊接连接方式进行了改进并开展拉拔试验,提出了一种框架节点连接方式。利用ABAQUS建立了新型隔震层框架节点与传统现浇节点的有限元分析模型,施加低周往复荷载作用,对比两类节点的整体性和抗震性能差异,并对新型隔震层框架节点的连接构造进行改进。分析结果表明:采用钢板焊接连接时,钢筋连接试件的抗拉强度与通长钢筋接近,在钢板上开槽再焊接可显著减小连接钢板的弯曲变形;预制装配式隔震层框架节点的承载能力、刚度和耗能能力均低于现浇节点,但变形能力较强;在预制梁端部增设锚固钢筋后,梁端局部区域的配筋增大,预制装配式隔震层框架节点的承载能力、刚度和变形能力均显著提高,由于锚固钢筋抑制了梁端受力纵筋的塑性发展,因此其耗能能力降低;改进的预制装配式隔震层框架节点的承载能力、刚度和变形能力均强于传统现浇节点,具有良好的结构整体性,可用于实际工程。

钢-混凝土组合节点连接PC柱抗震性能影响参数分析

为了研究钢-混凝土组合节点连接PC柱的抗震性能,对1个整浇柱试件和2个PC柱试件进行低周往复加载试验,对比分析PC柱与整浇柱的抗震性能差异,研究轴压比对PC柱抗震性能的影响。利用ABAQUS建立有限元模型,模拟PC柱在水平往复荷载作用下的滞回性能,数值计算结果与试验结果吻合较好。扩充分析参数范围,采用该有限元模型进一步分析各参数对PC柱抗震性能的影响。研究表明:PC柱试件具有与整浇柱试件相当的滞回性能;轴压比和剪跨比是影响PC柱抗震性能的重要因素,轴压比增大或剪跨比降低时,PC柱的水平刚度和水平承载力提高,但变形和耗能能力降低;提高配箍率或纵筋率均可改善PC柱的抗震性能,改变拼接段各节点参数对PC柱抗震性能的影响较小。

基于ETM的结构地震损伤评估

耐震时程法(ETM)是一种新的结构抗震性能评估方法,它所用的时程曲线具有地震强度随时间而增加的特点。基于《建筑抗震设计规范》(GB 50010—2010),采用最小二乘函数合成了3条耐震时程曲线。以装配式基础隔震结构为例,分别对结构进行10条天然地震波作用下的增量动力分析(IDA)和3条耐震时程作用下的非线性时程分析,对比研究了结构在不同地震强度下的最大顶点位移、最大层间位移角和最大隔震层位移。并将最大层间位移角作为指标代入结构抗震失效概率公式,通过易损性计算即可得到结构在不同耐震时间下的损伤指数期望值,可以此为依据来评估结构的损伤。分析表明,以最大层间位移角作为指标,ETM与IDA所得的结构损伤值吻合程度较高,但其计算量较IDA大大减小,因此对于结构的抗震损伤评估而言,ETM是一个高效的计算方法。

考虑材料劣化钢筋混凝土梁桥抗震性能分析

混凝土耐久性下降体现在材料性能的劣化上,而材料性能的劣化势必会导致桥梁结构抗震性能的降低.结合工程实例,以一座三跨钢筋混凝土梁桥为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS建立全桥模型,并考虑冻融、氯离子环境因素影响,对结构进行地震荷载一致激励下的非线性时程分析.桥梁结构在整个服役期间,根据服役不同的时间段材料劣化程度的不同,分别计算不同时间段的地震响应,对比分析各个时段的应力和位移.结果表明:随着材料的劣化,结构抗震性能降低较为显著,在设计和管理过程中应引起足够的重视.

基于社会力模型的人群-桥梁竖向动力耦合效应研究

针对越来越多的轻质柔性人行桥在随机人群荷载作用下的结构振动问题,为了能够获得更为真实、精细的振动响应,建立考虑人群-结构相互作用的随机人群荷载模型尤为重要。首先利用移动弹簧-质量-阻尼模型模拟单人的动力学行为,并基于社会力模型,建立人群的随机运动模型,进而建立考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载模型。根据任意时刻人行桥和随机人群动力平衡,建立随机人群-人行桥耦合振动的控制方程。利用状态空间法求解人行桥动力参数随随机人群运动的变化情况,利用振型分解法求解耦合振动控制方程,探讨考虑人群-结构耦合振动的随机人群荷载对人行桥模态以及振动响应的影响。分析结果表明耦合系统模态变化量随着人数增加而增加。行人随机性与人群-结构相互作用对轻质结构的竖向动力响应影响很大,故在计算轻质结构振动响应时不可忽略。相比于加速度峰值,均方根加速度能够弱化随机波动的干扰作用,因此也采用了1-s均方根加速度更合理地衡量了结构的振动响应。

梁式结构受移动荷载作用非平稳随机振动的DQ-PEM方法

针对梁式结构受移动荷载作用的非平稳随机振动问题,提出了一种综合利用微分求积法和虚拟激励法DQ-PEM的新方法。梁式结构受移动荷载作用的振动控制方程为含Dirac函数的偏微分方程,利用微分求积(DQ)-积分求积法(IQ)法将其振动控制方程转化为不含Dirac函数的常微分方程。同时,将表示荷载位置变化的Dirac函数视为移动荷载的非平稳化函数,再结合虚拟激励法的思想,可得梁式结构在确定性荷载作用下的虚拟响应,进而得到其非平稳随机响应。通过工程算例验证了该方法的准确性与有效性,并进一步讨论了不同速度和不同边界条件下梁式结构受移动荷载作用的随机振动问题。

基于网络摄像机的桥梁挠度非接触识别

针对传统的桥梁挠度识别系统可达性差、效率低、不能全天候实时监测,建立了一种基于网络摄像机的桥梁挠度非接触识别系统。系统采用LED光源作为标志物,以网络摄像机作为采集设备,通过无线传输图像信息,利用计算机搭载基于HSV的快速模板匹配和基于颜色追踪(cvCamShift)的几何匹配算法获取目标的挠度时程信息,进而实现对桥梁挠度的非接触识别。通过在人行桥模型上进行四种工况的振动试验以及现场实桥测试,以此验证系统的可行性。研究结果表明:在模型试验中,系统识别得到的时域和频域信息与激光位移传感器对比的误差都小于0.6%,在雾气干扰下识别的误差仍可小于0.7%;实桥测试下,系统的识别结果与桥梁挠度仪对比的误差小于1.9%。由此表明系统鲁棒性强且经济性好,具备广泛的应用前景。

基于压电智能骨料的套筒灌浆料早期强度监测

针对实际工程中套筒灌浆料早期强度发展的监测需求,基于压电波动法原理,提出一种利用压电智能骨料监测套筒灌浆料早期强度的方法,并进行套筒灌浆料早期强度监测试验研究。通过实验发现,在龄期前5天智能骨料监测信号幅值衰减迅速,灌浆料强度则迅速增长,随后二者随龄期的变化逐渐减缓,最终趋于稳定,说明智能骨料监测信号幅值的变化趋势能很好地反映灌浆料强度的发展趋势。将监测信号幅值和灌浆料实测强度值进行归一化处理,并分别利用一元三次多项式函数、指数函数和幂函数进行数据拟合分析,通过对比拟合优度参数得出一元三次多项式函数的拟合效果最优,最后给出基于压电智能骨料的套筒灌浆料早期强度无损监测方法的标准条件及标准方程,为实际工程应用提供参考。

基于压电陶瓷的灌浆套筒内壁锈蚀监测研究

为了识别灌浆套筒内壁因氯离子侵蚀后达到的不同锈蚀程度,首先,通过加速锈蚀的相关理论方法推导了套筒内壁达到不同锈蚀率所需要的时长;然后,采用电化学法对套筒内壁进行加速锈蚀,并使用锈蚀监测系统对5组不同锈蚀工况下的试件进行监测,获得各试件在不同激励频率下的时域信号;最后,通过信号峰-峰值和小波包能量值对时域信号进行分析,提出了两种不同的锈蚀指标。结果表明,基于信号峰-峰值和小波包能量的两种锈蚀指标均能够有效、合理地评估灌浆套筒内壁的锈蚀状态,为套筒内壁的锈蚀监测方法提供参考。

基于钢材单轴拉伸试验的微观断裂模型预测规律分析

基于钢材单轴拉伸试验,提出了关于拉伸试验数据和真实应力应变曲线的修正方法.开发了VGM模型和SMCS模型的USDFLD用户子程序,用于微观断裂模型的有限元模拟,分析了应力三轴度对等截面和非等截面构件微观断裂模型预测结果的影响.结果表明,进行等截面构件的本构曲线拟合时应同时考虑颈缩点真实应力和断裂点真实应力的修正.受应力三轴度的影响,在等截面拉伸条件下SMCS模型预测的断裂位移普遍小于VGM模型.非等截面拉伸条件下应力三轴度的变化趋势多样,SMCS模型预测两板相交构件的断裂变形量远大于VGM模型,前者为后者的3.10倍.当拉伸构件存在多个断裂危险点时,VGM模型与SMCS模型的启裂点出现于不同位置处,建议以VGM模型预测位置为准.

灌浆套筒连接装配式剪力墙爆炸响应及参数分析

为了研究采用灌浆套筒连接装配式剪力墙结构的抗爆性能,应用显式动力分析软件LS-DYNA建立了现浇剪力墙和装配式剪力墙的有限元模型,对不同爆炸荷载下剪力墙的破坏形态和动态响应进行了模拟分析;扩充影响参数范围,进一步研究了墙体厚度和混凝土强度等级等因素对装配式剪力墙结构抗爆性能的影响。数值分析表明:对于装配式剪力墙,由于坐浆层处存在新旧混凝土的薄弱粘结面,爆炸作用下首先发生破坏,爆炸应力波聚集于坐浆层周围的墙体内部,导致局部发生脆性破坏;现浇剪力墙刚度分布比较均匀,爆炸作用下背爆面的混凝土首先被拉裂,最终发生弯曲破坏;增加墙体厚度、提高混凝土强度等级和改变炸药爆炸位置均可改善装配式剪力墙的抗爆性能。

基于压电波动法的套筒灌浆质量缺陷识别研究

针对套筒灌浆质量缺陷,提出一种基于压电波动法的套筒灌浆质量缺陷监测方法。设计并制作了一组存在不同类型灌浆质量缺陷的灌浆套筒,利用压电陶瓷功能元展开灌浆质量缺陷识别监测试验。以传感器接收信号幅值和能量值两种信号特征参量为研究对象,提出基于监测信号幅值和小波包能量值的变异系数缺陷识别指标CV和ECV。结果表明:有、无灌浆质量缺陷状态下两种缺陷识别指标都表现出明显的差异性,提出的两种缺陷识别指标对套筒灌浆质量缺陷都具有良好的识别性和敏感性,判别结果与事先模拟的套筒灌浆质量缺陷情况相吻合。最后,利用提出的灌浆质量缺陷监测方法对一装配式剪力墙进行套筒灌浆质量监测评估,并对评估结果进行实际剖切验证,证明了本文提出的利用压电陶瓷的灌浆质量缺陷监测方法在实际结构中的适用性。

带有摇摆架的预应力自复位装配式混凝土框架动力弹塑性分析

针对预应力自复位装配式混凝土(PSCPC)框架耗能较差、地震作用下易产生侧向变形集中的缺点,本文提出了一种带有摇摆架的预应力自复位装配式混凝土(PSCPC-RF)框架体系。为了研究摇摆架对PSCPC框架抗震性能的影响,利用OpenSEES分别建立了一榀3跨6层的RC、PSCPC和PSCPC-RF框架的有限元模型,进行多遇、设防和罕遇地震作用下的动力时程分析。分析结果表明:地震作用下,PSCPC框架与RC框架的变形模式相似,层间变形集中在底部楼层,但PSCPC框架的刚度退化速率缓慢,残余位移小,自复位能力强;增设摇摆架后,PSCPC框架的变形模式得到改善,底部楼层的层间变形显著减小,滞回耗能减小,预应力筋的受力也减小;摇摆架在充分发挥上述作用的同时,并未影响PSCPC框架本身良好的震后自复位能力,故增设摇摆架可提高自复位框架的抗震性能。

基于Rayleigh法的独塔非对称悬索桥基频简化算法

为了便于计算独塔非对称悬索桥振动基频,采用Rayleigh法分别推导了一阶正、反对称竖弯及扭转振动基频估算公式,考虑了不对称跨径布置对振动基频的影响,并提出了非对称独塔悬索桥合理的跨径比例。将表征跨径关系的参数k取1即可得到独塔双跨对称悬索桥的基频估算公式,最后通过有限元法验证估算公式的有效性和可靠性。研究结果表明:独塔非对称悬索桥一阶正、反对称竖弯、扭转频率的有限元解和文中解的误差都在10%以内,表明推导的估算公式解与有限元解误差能满足设计阶段的要求,最后讨论了跨径相关系数变化对竖弯和扭转基频的影响并给出了合理边中跨比的建议,该公式可以方便指导独塔悬索桥方案设计和动力计算。

基于智能手机的城市道路车辆即时识别

为及时了解路段交通状况,使用计算机视觉方法对城市道路上行驶中的车辆进行即时检测并分类计数,以便更便捷地对某路段交通状况进行定性定量的评估。使用普通的智能手机对城市道路拍摄视频,采用一种以YOLOv3为基础的目标检测和跟踪方法,实现了对车辆的分类识别、跟踪与计数。在配置好的Python环境下,YOLOv3算法可以快速准确地进行车辆分类检测,随后利用Deep Sort跟踪算法对各类车辆进行分类计数,得到了每帧画面中的各类车辆的数量。统计通过该路段的1000多辆车的型号,结合已有的汽车质量数据,对不同种类汽车重量的统计结果分别进行分布拟合,得到了每种车辆的车身质量的代表值。将质量代表值代入到识别出的计数结果中,对这一交通要道任一时段的汽车荷载进行了分析。结果表明:得出的汽车质量代表值和汽车数量分布,可以估算出每帧路面的车辆均布荷载,得到各个高峰期车辆均布荷载的分布区间;将其与规范规定的均布荷载标准值进行对比,发现至少在95%的情况下车辆均布荷载不会超过规定的均布荷载标准值,大部分时间符合规范要求;但在交通拥堵的情况下,车辆均布荷载也会超过规定的均布荷载标准值。因此,使用智能手机随时随地采集视频可快速准确地对车辆进行分类识别,并统计该路段的负载情况,对交通流量限制措施具有指导作用。

连梁软钢阻尼器设计及其多级耗能的实现

为了提高剪力墙结构的抗震性能,提出了一种安装在剪力墙连梁中部的连梁软钢阻尼器.为了满足不同的耗能需求,对阻尼器构造尺寸进行调整,使其具有多级耗能的效果,并通过有限元软件ABAQUS对连梁软钢阻尼器各项性能及其多级耗能效果进行研究.研究结果表明:连梁软钢阻尼器耗能性能优良,可以根据单个全域屈服型耗能元件性能参数组合叠加的方式,计算出连梁软钢阻尼器的性能参数;多级耗能连梁软钢阻尼器的初始刚度和级数由中间约束钢板的孔洞直径和个数确定;在全域屈服型耗能元件数量相同的情况下,相对于不具有多级耗能效果的连梁软钢阻尼器,多级耗能连梁软钢阻尼器具有初始刚度较低的优点,并且两者的承载力和耗能能力在加载后期相近.