采用等效斜撑模型的砌体结构地震易损性分析

为解决目前砌体结构中弹塑性模型在精确性方面的不足和对地震易损性分析的需要,将等效斜撑模型引入砌体结构有限元模型,根据实体墙、开窗墙和开门洞的侧向刚度特性,提出相应的等效斜撑宽度计算公式.基于等效斜撑模型分别建立上述三类砌体墙的弹塑性有限元模型并进行低周往复加载分析,结合试验结果验证其准确性和实用性.在此基础上建立一典型的三层砌体结构有限元模型,基于增量动力分析方法,分别将最大层间位移角和弹塑性耗能差率作为损伤参数进行地震易损性分析,并对比分析仅考虑横墙砌体结构模型与同时考虑纵横墙结构的易损性曲线的区别.结果表明:传统的层间位移角不能充分体现纵墙的抗震性能,基于能量的损伤参数能够更准确地反映结构损伤演变过程和纵墙性能;宜根据易损性评价需求和计算效率综合建立适宜精度的砌体结构有限元模型.

带铅阻尼器冷弯薄壁型钢组合墙抗震性能试验

锁铆或自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢组合墙在低周往复加载试验中,滞回曲线“捏拢”现象较为严重、耗能能力较差.为减轻地震作用下冷弯薄壁型钢组合墙的破坏,提高结构体系的耗能能力,提出了一种带有铅阻尼器的冷弯薄壁型钢组合墙结构体系,并基于冷弯薄壁型钢组合墙的角部连接方式、面板铆钉间距及种类3种变量对其进行抗震性能试验研究.试验结果表明:加入铅阻尼器后,基于锁铆或自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢组合墙结构体系在低周往复荷载作用下,变形能力和耗能能力均有大幅度提升,刚度退化趋于平缓,损伤指数有较明显的降低,破坏形态也得到优化,但屈服荷载及峰值荷载略有降低;其次减小铆钉间距后,组合墙的屈服荷载、峰值荷载、峰值位移、抗剪强度得到一定程度的提高,但能量耗散系数差别不大;同时基于锁铆连接的冷弯薄壁型钢组合墙的屈服位移、屈服荷载、峰值位移、峰值荷载也明显高于基于自攻螺钉连接的冷弯薄壁型钢组合墙,延性及能量耗散系数相差不大.

超/特高压同塔多回输电线路脱冰跳跃动力响应分析

为了明确超/特高压同塔多回输电线路的覆冰动态特性,采用有限元方法分析了其脱冰跳跃动态响应。考虑几何非线性的影响,采用有限元理论建立了导/地线-绝缘子及铁塔-导/地线-绝缘子体系的脱冰跳跃精细化数值分析模型。以1 000 kV交流双回、500 kV交流双回同塔多回输电线路和±800 kV直流单回、500 kV交流双回同塔多回输电线路为例,考虑塔线耦合效应、脱冰位置、档距和高差等影响因素,完成了不同工况下系统的脱冰跳跃分析。结果表明:当铁塔较高时,塔线耦合作用对导线脱冰跳跃纵向不平衡张力的影响不大,对地线脱冰跳跃纵向不平衡张力的影响较大;边档脱冰产生的纵向不平衡张力明显大于中档脱冰。最后,对导/地线脱冰跳跃纵向不平衡张力百分比取值进行了如下建议:1 000 kV导线及±800 kV导线取10%;500 kV导线取20%;地线取100%。

方钢管混凝土短柱轴压承载力尺寸效应

目的方钢管混凝土短柱轴心受压承载力存在尺寸效应,为了提高大尺寸方钢管混凝土轴心受压承载力设计计算的准确性,研究了考虑尺寸效应的方钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法.方法笔者介绍了日本AIJ规范、美国AISC-LRFD规程、欧洲EC4规范和我国韩林海等提出的方钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,并用这些公式对收集的大量实验结果进行了计算分析,然后在已有的计算公式基础上引入尺寸效应模型,采用修正后的计算公式进行计算并与未修正的计算结果进行比较.结果现有的方钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的计算结果存在明显的尺寸效应,而在这些计算公式中引入尺寸效应模型进行修正后,计算结果的尺寸效应得到了明显改善.结论笔者探讨的4种计算公式都存在随着构件尺寸增大计算结果比实验值偏大的趋势,即计算公式无法准确反映构件轴压承载力存在的尺寸效应;通过引入混凝土材料的尺寸效应模型,对方钢管混凝土轴压承载力计算公式进行修正,可以有效减小方钢管混凝土轴压承载力的尺寸效应影响,从而为方钢管混凝土轴心受压承载力设计计算提供参考.

单檐歇山式木构古建抵抗极端烈度地震试验调查研究

为更好地保护我国古建筑,基于《单檐歇山式古建筑抗震性能振动台试验》的相关成果,研究了强震作用下我国明清官式木构古建的抗震性能,制作了与该论文相同的试验模型,进行了振动台试验。通过对模型输入烈度逐渐增强的1940年El-centro波,并考虑地震波为水平双向作用,分析了强震作用下不同构造的试验现象,开展了详细的震后调查,获得了不同构造在强震作用下的抗震性能和震害机制。结果表明:强震作用下,我国明清官式木构古建的振动形式表现为柱架、斗拱、梁架及屋顶的近似同步往复摇摆;主要震害包括柱底偏移、榫卯节点开裂、拔榫、斗拱偏移及错位、额枋-垫板分离、墙体倒塌等,但承重木构架受损不严重,结构未产生倒塌。其良好抗震性能的原因与古建筑的构造特征密切相关。

有腹筋UHPFRC梁抗剪承载力计算

为研究有腹筋UHPFRC梁的抗剪承载力,根据超高性能纤维混凝土梁的剪切破坏机理,结合修正压力场理论,考虑梁上部受压区混凝土和下部受拉区骨料咬合力、箍筋及裂缝间钢纤维共同承受剪力,推导了有腹筋超高性能纤维混凝土梁的抗剪承载力计算公式.与9根超高性能纤维混凝土梁的剪切试验结果进行对比,用推导公式计算的抗剪承载力与试验结果吻合较好,且变异系数较小,可用于有腹筋超高性能纤维混凝土梁的抗剪分析和设计.

统一光滑反应谱及其在地震动合成中的应用

为改进目前抗震设计加速度反应谱的精度和统计特征在不同周期段有所差异以及由此合成的地震动的低阶谱在频谱特性方面不够真实等问题,基于相对位移反应谱线性模型及其与高阶谱的关系,提出采用唯一函数形式表示的统一光滑加速度反应谱,在此基础上提出兼顾位移谱特性的人工地震动合成方法.数据分析结果表明统一光滑谱具有形式简单、各周期段精度均较高等优点,由此生成地震动信号能够更综合准确地满足加速度谱、速度谱和位移谱的频谱特性需求,精度较高.统一光滑反应谱在函数形式、多阶谱、弹塑性谱精度及多维性等方面具备统一性,可以应用于结构抗震分析及地震动合成.

近断层方向性效应地震作用下曲线梁桥试验

为研究近断层方向性效应地震对曲线梁桥的影响,以一座曲线梁桥为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶10的全桥物理模型,选取破裂前方区域(forward region,FR)、破裂区域(middle region,MR)和破裂后方区域(backward region,BR)地震动,进行地震动模拟振动台试验。试验结果表明:FR地震动和MR地震动作用下曲线桥地震响应较BR地震动显著;单向激励时,MR地震动作用下结构响应明显,双向地震激励时,结构响应则和曲线桥与破裂方向相对位置有关;曲线桥垂直于破裂方向单向激励时,主梁绕固定墩产生水平转动,双向地震激励时,FR地震动和MR地震动作用下主梁的转动效应较BR地震动显著;相对于BR地震动作用,FR地震动和MR地震动对桥墩切向位移的放大作用大于径向位移的放大作用;曲线桥垂直于破裂方向时,主梁更容易产生转动,使得支座位移响应和梁端位移响应在低墩处显著,在抗震设计时,应合理分析避免支座脱落或落梁.

考虑碳化和氯离子累积效应的梁桥时变可靠度

为探究多因素影响下钢筋混凝土桥梁的性能退化情况,对其抗力及可靠性时变演化过程进行研究.分析碳化、混凝土表面氯离子累积效应、荷载以及裂缝对氯离子侵蚀的影响.根据Fick第二定律和路径概率方法得到不同服役期时钢筋锈蚀率的无条件概率密度分布,进而得到不同服役期对应的抗力概率密度分布,并采用三参数Burr XII分布模型对其进行拟合.采用蒙特卡洛方法对不同服役期桥梁的可靠度进行计算,研究碳化和混凝土表面氯离子累积效应对钢筋锈蚀概率、桥梁抗力及可靠性的影响.结果表明:随着服役时间的增加,桥梁的抗力及可靠性逐渐降低,抗力的离散性逐渐增大;考虑碳化和累积效应后,桥梁的抗力及可靠性会降低,碳化和累积效应对桥梁可靠性的影响主要体现在服役后期.在对服役期较长的桥梁进行可靠性评估时应注重考虑碳化和氯离子累积效应的影响.

滚珠式文物展柜隔震装置性能试验

为有效减小馆藏浮放文物的震害,研制了一款滚珠式文物展柜水平隔震装置。制作了2个文物展柜模型,并在各模型内浮放文物仿品。分别考虑文物展柜底部安装隔震装置、展柜底部浮放地面,进行了振动台对比试验,检测了隔震装置的效果。结果表明:与非隔震条件相比,隔震体系的基频减小,阻尼比增大;地震作用下,隔震体系中的文物仿品产生的位移、加速度峰值明显减小。但是隔震条件下,文物仿品的动力放大系数仍有大于1的情况,且隔震装置的复位能力尚需提高。建议对隔震装置采取的改进措施主要适当减小基频、增大阻尼比、提高加工精度等。

带ECC底板的装配式梁受弯性能及损伤分析

为改善目前装配式叠合梁常存在后浇区易开裂、构件延性较差、易损伤等缺点,将工程水泥基复合材料(ECC)应用于叠合梁的底板及后浇区,进行了11个梁试件的纯受弯试验.研究该种试件受弯性能及ECC板厚度、钢筋连接方式、配筋率等因素对其受弯性能的影响;分析其特征点的承载力与位移,测量试件的裂缝宽度及其发展趋势并分析损伤演化规律.结果表明:带有ECC底板和后浇拼缝的装配式梁比普通混凝土梁开裂、屈服、极限状态下的荷载及位移及试件延性均有提高,且ECC底板越厚,提高作用越显著;采用套筒或环箍-插筋的方式均可有效传递钢筋应力;采用带ECC底板的装配式梁可有效控制纯受弯区裂缝宽度,且其破坏时损伤指数更大.其在损伤严重时仍可承受荷载,适合应用于装配式结构的关键节点.

不同场地条件地震作用下曲线桥振动台试验

为研究不同场地条件地震对曲线桥结构响应的影响,以一座5%纵坡的曲线桥为研究对象,设计了缩尺比例为1∶10的曲线桥缩尺模型,选取不同场地条件的地震波进行了振动台试验.研究结果表明:场地条件对曲线桥结构响应的影响显著,从Ⅰ类到Ⅳ类场地,曲线桥结构响应逐渐增大,双向地震激励下结构响应较单向激励显著;主梁结构响应具有空间性,顺桥向地震激励时,主梁平动的同时沿固定墩产生转动,横桥向地震激励时,主梁则以平动为主;曲线桥结构响应与曲线桥和主震方向的相对位置有关,平行于主震方向时,切向位移显著,垂直于主震方向时,径向位移更加敏感;桥墩位移方向与地震激励方向夹角越小,相应的位移响应越大.墩高越高,桥墩位移的放大作用越显著,固定墩切向位移对地震响应比较敏感;当曲线桥平行于主震方向单向激励时,低墩处支座容易脱落,双向激励和垂直主震方向时,高墩处支座容易脱落,在曲线桥抗震设计分析中应予以重视.

基于模态应变能和小波分析方法的网壳结构损伤识别研究

工程结构损伤的识别与定位研究以往主要针对梁、框架等结构形式.损伤表现为信号局部特征的改变,而小波分析在时域和频域上都具有表征信号局部特征的能力.为提高结构损伤识别方法的准确性和适用性,将小波分析引入到网壳结构损伤识别中.根据小波奇异性检测理论,提出将模态应变能和小波变换相结合的方法对网壳结构进行定位,即以结构损伤前后单元模态应变能差作为结构损伤指标,对其分别进行bior6.8连续和离散小波变换,利用小波系数极大值点判断网壳结构有无损伤和损伤位置.以跨度40m的Kiewitt网壳结构为例进行数值模拟,结果表明:基于模态应变能和小波变换相结合的方法,在测得一阶模态下,不但对单一损伤而且对多损伤均能有效地识别出结构的损伤位置,证明该方法对此类结构损伤定位具有有效性和实用性.

故宫灵沼轩钢结构动力特性与地震响应

为保护文物建筑,以故宫灵沼轩钢结构为研究对象,采用数值模拟方法,研究了该结构动力特性及地震响应。基于结构残损现状及钢结点的半刚性特性,考虑3种工况来建立灵沼轩钢结构的有限元模型。通过模态分析,研究了不同工况条件下灵沼轩钢结构的基频和主振型。通过时程响应分析,研究了8度常遇地震作用下典型节点的变形及内力响应情况,讨论了结点刚度退化对结构抗震性能的影响。通过8度罕遇地震作用下的响应谱分析,研究了灵沼轩钢结构的抗倒塌能力。研究结果表明:结点刚度退化时,灵沼轩钢结构基频减小,振动形式发生改变;8度常遇地震作用下,结构保持稳定振动状态,其变形响应峰值趋于偏大,内力响应峰值趋于偏小,且均在容许值范围内。8度罕遇地震作用下,各工况条件下的钢结构均有良好的抗倒塌能力。

扭转屈曲对十字截面轴心压杆承载力的影响

对于双轴对称十字形截面轴心压杆的设计方法,GB50017—2003《钢结构设计规范》在GBJ 17—88《钢结构设计规范》基础上增加了长细比不得小于5.07b/t的规定,相关文献指出根据该设计方法设计的构件截面偏大。对长细比不得小于5.07b/t的规定进行了推导,从理论分析和有限元计算2方面得出构件设计截面偏大的原因在于该设计方法要求材料必须满足线弹性假定条件,进而分析得出了不同材料使用该设计方法时截面宽厚比需要满足的条件。最后,提出了考虑扭转屈曲时十字截面构件新的设计方法——等效设计强度设计,对比验证结果表明该方法简便、适用。