改进纤维单元及在配筋墙体抗震研究中的应用

为了研究配筋砌块砌体剪力墙的抗震性能,在6个配筋砌块砌体剪力墙物理试验的基础上,研究并提出了一种考虑弹塑性剪切变形的纤维模型.通过按照试验条件所进行的滞回性能数值模拟与物理试验结果的对比,表明应用所改进的纤维模型模拟计算能较好地反应配筋砌块砌体剪力墙滞回性能.分析也表明,在一定条件下普通的纤维模型对于配筋砌块砌体剪力墙滞回性能分析仍是适用的,但应用本文所研究的纤维单元计算结果更好.在此基础上,利用均匀设计法安排数值试验,回归给出了一字型配筋砌块短肢砌体剪力墙滞回性能特征参数的经验公式,建议了此类配筋砌块砌体剪力墙结构弹塑性地震反应分析的滞回规律模型.     

基于瞬时输入能量的长周期结构最大位移反应推算

基于能量概念的抗震设计方法是改进目前常用结构抗震设计方法的重要途径之一.对于长周期结构,地震最大位移反应是结构抗震设计的控制因素.如何将结构地震能量反应与结构最大位移反应联系在一起是能量设计方法的关键问题.采用时程分析法,分析了单自由度弹塑性模型在强震作用下瞬时输入能量反应和变形反应的关系,根据长周期结构反应的特点,探讨由瞬时输入能量推算结构最大位移反应的近似方法.分析表明,长周期结构强震运动下的破坏趋于首次超越破坏,根据滞回曲线的特征,可以由最大瞬时输入能量推算结构最大位移反应.     

等强度折减下延性结构的位移放大系数

为方便地由弹性位移计算最大弹塑性位移反应,对等强度折减的双折线弹塑性滞回模型的单自由度(SDOF)体系在地震作用下的弹塑性位移响应进行分析,得到不同标准化周期、场地类型、强度折减系数、阻尼比、后期刚度和二阶效应等不同参数组合的位移放大系数Cd2谱.结果表明,Cd2在固定周期处各强度折减系数所对应的数据点均服从对数正态分布;Cd2随着阻尼比(除短周期)的减小而减小,随着后期刚度的增大而减小;二阶效应的存在将导致Cd2显著增加.为分析不同滞回模型对Cd2的影响,又计算反向加载时刚度退化的修正克拉夫(MC)滞回模型、剪切滑移(SSP)和无任何耗能能力的双线性弹性(BIL)模型下的Cd2谱,与理想弹塑性(EPP)下的Cd2进行对比,发现EPP的Cd2在4类模型中是最小的.     

型钢高强高性能混凝土框架节点P-Δ恢复力模型

为了解地震作用下型钢高强高性能混凝土框架梁柱节点的滞回性能和恢复力特性,进行了5榀1∶4比例不同混凝土强度等级、不同轴压比的框架中节点低周反复加载试验。在试验所获得的滞回曲线和骨架曲线的基础上建立了适合于型钢高强高性能混凝土框架节点的考虑刚度退化的三线型恢复力模型。该恢复力模型包括一条基于计算的三折线骨架曲线模型、刚度退化规律以及基于试验现象的滞回规则。所提出的恢复力模型能较好地反映试件的滞回性能,可供型钢高强高性能混凝土框架节点及其结构在进行弹塑性地震反应分析时参考。     

爆炸下考虑钢梁翼缘变形的改进单自由度法

为解决爆炸下结构产生较大局部变形时采用等效单自由度方法计算结构整体位移会出现较大误差甚至错误的问题,在单自由度理论基础上,以工字型钢梁为研究对象,通过分析翼缘局部变形对钢梁整体位移的影响规律后,基于提出的钢梁截面简化变形模型对其弯曲抗力函数进行改进,提出钢梁抗爆分析的改进单自由度方法。通过有限元软件ABAQUS数值模拟不同爆炸工况下钢梁的动态位移响应与破坏特征,并与单自由度模型及改进单自由度模型的计算结果进行对比,研究了不同计算模型下钢梁的位移及破坏差异。结果表明:与有限元模拟结果相比,钢梁翼缘局部变形越大,单自由度模型计算结果偏小越严重,而改进单自由度模型计算结果较好,可以更好地适用于钢梁抗爆分析的位移简化计算。     

动力P-Δ效应对地震力调整系数的影响

分析了动力P-Δ效应和结构抗侧强度对结构动力稳定的影响.利用单自由度(SDOF)体系弹塑性动力时程分析程序,分别对反向加载时刚度退化的修正克拉夫滞回模型(MC)和理想弹塑性(EPP)模型,计算了4类场地下各74~106条地震波输入后的结构动力响应,其中结构自振周期为0.1~6.0/s,延性取为2、3、4、5和6,二阶效应系数为0.025~0.100,得到了不考虑和考虑P-Δ效应的地震力调整系数,并计算了两者间的比值谱S,提出了S谱的简化计算公式,用以分析P-Δ效应对地震力调整系数的影响.结果表明,标准化周期、延性和二阶效应系数对S谱均有影响;不同滞回模型对动力P-Δ效应的敏感性是不同的,理想弹塑性模型为保持常延性而需增加的抗侧强度要大于修正克拉夫滞回模型.     

底框-密肋复合板结构非线性有限元分析

针对底框—密肋复合板结构受力复杂的特点,为了探讨结构整体在地震中受力与变形全过程,本文采用IDARC有限元分析软件,依据Park三参数滞回退化规则,建立计算模型,通过对比分析结构滞回曲线计算值与试验值,结果表明曲线吻合良好,以验证模型的正确性,为该类结构计算分析提供参考。运用ANSYS模拟结构在弹塑性阶段的细部受力特征及加载过程的裂缝发展变化,与试验现象进行对比,进一步说明密肋复合板结构层层嵌套的构造形式使得整体结构抗震性能提高,并基于ANSYS有限元分析模型,探讨洞口尺寸和位置的改变对墙体抗震性能的影响。     

动力P-Δ效应对地震力调整系数的影响

分析了动力P Δ效应和结构抗侧强度对结构动力稳定的影响.利用单自由度(SDOF)体系弹塑性动力时程分析程序,分别对反向加载时刚度退化的修正克拉夫滞回模型（MC）和理想弹塑性（EPP）模型,计算了4类场地下各74～106条地震波输入后的结构动力响应,其中结构自振周期为0.1～6.0/s,延性取为2、3、4、5和6,二阶效应系数为0.025～0.100,得到了不考虑和考虑P-Δ效应的地震力调整系数,并计算了两者间的比值谱S,提出了S谱的简化计算公式，用以分析P-Δ效应对地震力调整系数的影响.结果表明,标准化周期、延性和二阶效应系数对S谱均有影响;不同滞回模型对动力P-Δ效应的敏感性是不同的,理想弹塑性模型为保持常延性而需增加的抗侧强度要大于修正克拉夫滞回模型.     

包含可更换耗能钢板的自复位支撑参数分析

为了提高结构的抗震韧性,减小结构的震后残余变形是一种有效途径.研究了一种包含可更换耗能钢板(energy absorbing steel plate,EASP)的自复位支撑(self-centering brace,SCB),对SCB进行了数值模拟研究,建立有限元模型并进行验证,以此为基础对SCB进行了参数分析,探讨关键参数的改变对SCB滞回性能的影响.结果表明:增大EASP的屈服强度可以提高SCB的承载力,但是增大了残余变形,同时使得SCB在位移较小的情况下难以产生耗能能力;减小钢绞线预应力会导致SCB残余变形增大;缩短钢绞线长度会提高SCB刚度和承载力.为了增强SCB的耗能能力和自复位性能,在实际设计中,建议采用较低屈服强度的EASP,同时在满足SCB变形需求的前提下,对钢绞线施加较大的预应力.     

基于能量原理的粘弹性阻尼器优化布置

对于粘弹性阻尼器的布置优化,传统的搜索法计算效率较低.本文针对该问题提出了一种适用于初步设计的简单优化方法.首先从能量守恒的角度出发建立地震输入能量与阻尼器耗散能量之间的关系,并结合单自由度体系地震能量反应谱和阻尼器的滞回耗能特性,估算减震结构所需安装阻尼器的总数.然后以阻尼器总耗能最大作为优化目标,根据多自由度体系运动方程,推导出阻尼器在减震结构各层布置数量与结构振型间的关系,从而得出阻尼器优化布置方案.最后结合算例将本文方法与搜索法计算结果进行对比分析.结果表明本文方法能在保证一定计算精度的情况下显著地提高计算效率.     

基于位移的钢筋混凝土框架结构整体等效阻尼比模型

现有针对钢筋混凝土框架结构的等效阻尼比公式大多使用简化的单自由度滞回模型等效推导得出,难以充分反映结构的整体非线性滞回特征。按现行抗震规范设计了66个不同层数和跨度的规则钢筋混凝土框架结构,并对其进行单向推覆分析,选出其中主要通过梁铰变形耗能的51个结构进行往复推覆分析,基于等能量耗散原则建立了适用的整体等效阻尼比模型,分析表明,基于该等效阻尼比的结构位移需求预测值总体偏低。为此,进一步通过动力时程分析对其进行修正,采用修正后的整体等效阻尼比模型进行拟静力非线性分析,所得结果与时程分析得到的平均最大位移基本一致,说明该模型具有较好的适用性,可以更好地反映结构整体耗能特性。     

自复位钢筋混凝土框架结构及其拟静力试验（特约稿）

自复位钢筋混凝土框架结构是一种新型可恢复功能结构。相比于普通混凝土框架，该结构在地震作用下结构损伤轻微残余变形小，在地震后不需修复或稍加修复即可重新投入使用。因此，该结构是一种适用于高烈度地震频发地区中低层框架的低成本新型防震结构。自复位混凝土框架结构体系使用无粘结预应力筋连接结构中的各个构件，在结构的节点位置形成可以互相分离的界面。在较大的地震作用下，构件间允许发生界面分离，表现为梁端节点张开与柱脚节点提离等现象，从而减轻了结构的损伤。震后在预应力的作用下，构件间的界面重新闭合，实现自复位。首先总结了已有自复位节点的研究成果，阐明了自复位结构的组成与关键构造。为了进一步研究自复位钢筋混凝土框架在地震作用下的变形模式与受力特征，进行了三向自复位框架结构的1∶2.5缩尺模型拟静力试验。本文给出了试验模型的基本信息，包括模型的设计参数，材料性能，具体构造等内容；给出了主要的静力试验结果，包括试验的主要现象与损伤特征、模型的变形模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化与残余变形等信息。试验结果表明：模型的变形能力强，在1/38顶层位移比（顶层位移/结构高度）下模型除少数细微裂缝外没有损伤，在更大的变形下模型损伤逐渐在梁端节点位置开展；在1/19顶层位移比下模型的承载力仍然没有出现下降；模型的残余变形很小，在模型加载的全过程中，其残余位移角都处在可以接受的范围内。     

RC梁的变形性能指标限值研究与试验验证

为建立钢筋混凝土(RC)梁的变形性能指标限值,对RC梁的分类方法、性能状态划分方法及各性能状态变形限值的确定方法进行了研究.对于RC梁的分类方法,基于收集的103个RC梁的低周往复荷载试验结果对RC梁破坏形态的影响因素进行研究,将RC梁划分为弯控及剪控两类,并以剪跨比和弯剪比为参数给出两类构件的划分准则.对于RC梁的性能状态及其变形限值,根据中国现行规范将RC梁的抗震性能状态划分为7个等级,基于构件的力-位移角骨架曲线的3个关键性能点(屈服点、承载力退化20%点及丧失承载能力点)提出了RC梁各性能状态变形限值的确定方法.在此基础上,对103个RC梁试验结果进行多组不同参数的回归分析,获得弯控及剪控RC梁3个关键性能点变形限值的控制参数及回归公式,依此建立了弯控及剪控RC梁的变形指标限值.为进一步验证提出的RC梁变形指标限值合理性,进行了9个RC梁的拟静力试验,将试验位移角限值与提出的变形限值进行了对比,结果表明,本文提出的RC梁变形性能指标限值的准确性、离散性及超越概率均在合理范围内.     

预应力混凝土Y型桥墩强震下耗能机理分析

针对强震下预应力混凝土Y型桥墩的损伤问题,以某市二环路改造工程预应力混凝土Y型桥墩为研究对象,提出了该桥墩的损伤变形及耗能机理,并对其进行了分析.结果表明:强震下Y型桥墩变截面处会出现过多的应力集中,从而导致U形槽区域率先发生损伤,并致使墩柱内力重分布;轴压力的增加会加快墩柱的塑性变形,残余应变增大;横桥向会吸收较多的地震能量,但不能承受过多的位移变化;加固Y型桥墩的U形槽区域,减少桥墩的配重,增加桥墩截面刚度和强度可以有效地提高Y型桥墩的抗震能力.     

T形RC剪力墙抗震变形指标限值试验

为研究T形钢筋混凝土(RC)剪力墙的抗震性能及其变形指标限值,根据中国现行规范要求,设计了12个不同剪跨比、设计轴压比及暗柱纵筋配筋率的T形RC剪力墙试件,通过低周往复试验对其破坏形态、滞回性能、耗能能力、变形能力进行研究.根据试验结果,提出基于骨架曲线和基于试验现象的划分方法,将12个试件划分为完好、轻微损坏、轻中等破坏、中等破坏、较严重破坏、严重破坏6个性能状态,并得到各试件不同性能状态对应的变形指标限值;同时结合收集的T形RC剪力墙试验结果进行回归分析,建立T形RC剪力墙不同性能状态下的变形指标限值与剪跨比、设计轴压比及暗柱纵筋配筋率之间的关系.结果表明:随着剪跨比的减小,试件的破坏形态由弯曲破坏转向弯剪破坏;基于骨架曲线的性能状态划分方法能建立起T形RC剪力墙变形指标限值与损伤程度的对应关系,具有合理性与适用性;其中T形RC剪力墙的变形指标限值与剪跨比、暗柱纵筋配筋率呈正相关性,与设计轴压比呈负相关性.     

钢筋混凝土受弯构件变形凝聚法分析

传统钢筋混凝土非线性分析大多采用以连续介质力学为基础的非线性有限元方法,侧重数学模型的描述,难以体现开裂截面局部转角和塑性铰等宏观变形特征。从物理模型的观点出发,提出能够反映宏观变形特征的变形凝聚法。在一维弹性问题分析的基础上,提出钢筋混凝土受弯构件基于变形凝聚概念的三阶段分析方法,按平均裂缝间距划分单元,与物理模型相吻合,且计算效率高。编制程序对同济大学预应力研究所近期完成的高强钢筋混凝土受弯构件系列试验进行了模拟,试验结果与程序计算结果吻合良好,表明该新方法是合理可行的。     

非线性结构地震反应分析的切线谱法

对切线谱法进行拓展 ,使之适用于具有一般分段线性恢复力模型结构的非线性地震反应增量运动方程的求解。通过对比研究 ,分析了本文建议算法与逐步积分法相比所具有的近似程度。结果表明 ,本文建议算法结果与逐步积分法结果吻合。     

具自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震性能研究

目前桥梁隔震技术的应用越来越广泛,但这一技术不可避免地会引起震后桥梁上下部结构之间残余位移过大的问题。为有效降低上部结构的惯性力传递至桥墩,使其具有良好的隔震能力,同时减小上部结构复位时的阻尼,增强其自复位能力,降低震后桥梁的修复费用,提出由一种新型自复位摩擦阻尼器和聚四氟乙烯滑板支座代替传统的隔震支座。该阻尼器当活塞向远离平衡位置方向移动时,具有较为稳定的摩擦力使其具有较好的耗能能力;当活塞向平衡位置方向移动时,不具有摩擦力,减小了摩擦力对复位力的消耗,提高了其自复位能力。采用柔性拉索将此阻尼器与桥梁的上下部结构相连,保证阻尼器只受拉且可实现上部结构相对桥墩的往复运动,形成自复位隔震桥梁体系。为验证该隔震桥梁体系的效果,利用OpenSees建立一座4跨连续梁桥模型,分别配置非隔震桥梁支座、铅芯橡胶支座和自复位摩擦阻尼器与聚四氟乙烯滑板支座联合工作的隔震体系,在横桥向输入地震动记录进行时程分析,考察3种桥梁结构的墩顶位移、墩梁相对位移和桥墩内力。结果表明：在相同地震作用下,自复位隔震桥梁体系相对于非隔震桥梁墩顶位移降低为原来的1/8,墩底剪力和墩底弯矩降为原来的约1/3;与配置铅芯橡胶支座的隔震桥梁体系相比,自复位隔震桥梁体系基本没有墩梁相对残余位移。以上说明提出的自复位摩擦阻尼器及具自复位摩擦阻尼器的桥梁隔震体系有较好的隔震和自复位能力。     

钢筋混凝土桥墩滞回性能的有限元模拟分析

为研究利用ANSYS软件的钢筋混凝土结构滞回性能的有限元建模方法,基于3个钢筋混凝土桥墩拟静力试验结果建立了桥墩滞回性能模拟的有限元计算模型,进行了低周反复荷载下钢筋混凝土桥墩受力全过程的有限元分析;讨论了混凝土开裂的剪力传递系数、不同的强化模型和本构关系的选择对计算结果的影响.通过与试验结果对比,得出结论:建立的有限元模型可以较好的模拟反复荷载下桥墩的滞回曲线,且计算结果对混凝土裂缝剪力传递系数、混凝土强化法则和本构关系的选取并不敏感;文章最后对计算结果进行了初步的分析讨论.