预应力自复位混凝土框架节点恢复力模型研究

基于角钢-高强螺栓连接的预应力自复位混凝土框架节点（简称PTED节点）具有良好的自复位能力和耗能能力。通过7个PTED节点的低周反复荷载试验,研究其恢复力特性。根据试验结果确定骨架曲线为三折线模型,定义并理论推导骨架曲线对应的关键状态点,构建节点恢复力滞回规则,进而建立节点恢复力滞回模型。计算结果表明:该文建立的节点骨架曲线、恢复力滞回模型以及计算所得的耗能能力均与试验结果较吻合,验证了建立的恢复力模型的有效性,可用于PTED节点和结构的弹塑性分析。     

近海大气环境下锈蚀RC框架梁恢复力模型研究

为了研究近海大气环境下锈蚀RC框架梁的抗震性能,对8榀经受不同盐雾腐蚀循环作用的RC框架梁进行了低周反复加载试验,分析RC框架梁的滞回特性。基于试验结果,得到了带有负刚度段的三折线骨架曲线,并根据完好构件恢复力模型特征参数,得到了考虑钢筋锈蚀率和配箍率的锈蚀RC框架梁骨架曲线特征点计算公式。采用回归分析法,得到基于滞回耗能的循环退化指数,通过循环退化指数建立可综合考虑构件的捏拢效应、强度退化、卸载刚度退化、硬化刚度退化和再加载刚度加速退化的锈蚀RC框架梁恢复力模型。研究表明:随着钢筋锈蚀程度的增加,锈蚀RC框架梁的抗震性能劣化较明显,滞回耗能逐渐降低;配箍率对锈蚀RC框架梁恢复力特性的影响与未锈蚀RC框架梁相似;所建立的恢复力模型能够较好的描述锈蚀RC框架梁的滞回特性,可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。     

老化-荷载下叠层轮胎隔震垫恢复力模型研究

为研究老化-荷载作用下废旧叠层轮胎隔震垫(Scarp Tire Rubber Pads,STP)恢复力模型,对72个尺寸为180 mm×180 mm×69 mm的STP经受0,77,154,231,308 h老化时间、5 MPa荷载作用后进行低周反复加载试验,分析STP的破坏特征、承载力衰减、刚度退化、滞回耗能特性。基于试验结果,得到带有负刚度段的三折线骨架曲线,并结合未老化-荷载作用下STP恢复力模型特征参数,得到考虑老化-荷载作用下STP骨架曲线特征点计算公式;采用基于滞回耗能的循环退化指数建立了可考虑老化-荷载作用下STP试件的捏缩效应、承载力衰减和刚度退化的恢复力模型。研究表明:老化-荷载作用对STP在实际老化时间为50 a内的滞回耗能没有损伤,且因STP表层橡胶老化硬化而增加;基于循环退化指数建立的STP恢复力模型,与试验滞回曲线对比,两者基本吻合,在一定程度上验证了该恢复力模型的准确性和适用性。     

装配式自复位耗能支撑恢复力模型与试验验证

提出一种装配式自复位耗能（ASCED）支撑,该支撑主要由核心杆、外管、摩擦耗能系统和碟簧复位系统组成。对ASCED支撑在低周往复荷载作用下的工作原理及力学性能进行了介绍,基于经典的Bouc-Wen模型建立了ASCED支撑的恢复力模型。设计并加工了一长为1.2 m的ASCED支撑试件,对其进行了拟静力试验,研究了支撑滞回特性、耗能能力、残余变形等性能。结果表明在低周往复荷载下支撑的摩擦耗能系统与碟簧复位系统能有效的共同工作,呈现出饱满的旗形滞回曲线,具有稳定的耗能能力和良好的自复位性能。恢复力模型计算得到的支撑滞回曲线与试验结果吻合较好,残余变形接近,表明所建立的恢复力模型能够准确描述ASCED支撑在低周往复荷载下的滞回特性及自复位性能。     

古建木结构榫卯连接特性的试验研究

通过对典型榫卯连接的力学分析和模型低周反复荷载试验,研究了榫卯的半刚性连接特性和刚度退化的规律。试验得到榫卯连接的弯矩-转角滞回曲线和骨架曲线,并拟合出了榫卯节点恢复力模型。将榫卯连接比拟为变刚度杆单元,理论推导了变刚度和相对柔度之间的关系。结果表明,木结构的榫卯连接刚度随荷载变化而呈非线性变化,刚度在0.3062~23.6054之间变化。研究结果可为木结构古建筑的抗震性能研究和修缮加固提供理论基础。     

核心约束空腹式型钢混凝土柱恢复力模型研究

为了研究核心约束空腹式型钢混凝土(LSRCC)柱的恢复力模型,通过8个LSRCC柱试件的低周反复加载试验,获取了骨架曲线和滞回曲线,分析了其滞回特性;基于骨架曲线和滞回曲线特征,在弹塑性刚度、软化刚度和卸载刚度等模型特征参数的计算中,量化了型钢与螺旋箍筋的约束效应,建立了考虑型钢与螺旋箍筋复合约束作用的骨架曲线模型和恢复力模型。结果表明:核心约束空腹式型钢混凝土柱的滞回特性主要受轴压比、截面类型、螺旋箍筋配箍率和型钢间接配钢率的影响;所建议的三折线型骨架曲线模型与实测骨架曲线吻合较好,所建议的定点指向型恢复力模型与滞回曲线也较好的吻合,并且能反映不同轴压比和复合约束效应对滞回特性的影响,可为该结构的弹塑性地震反应分析提供参考。     

具有复位功能的阻尼耗能支撑滞回模型与抗震性能研究

在传统磁流体阻尼器基础上提出了一种具有复位功能的阻尼耗能支撑,对传统Bouc-Wen模型进行了改进,建立了适用于阻尼耗能支撑的恢复力计算模型,并在Simulink环境下对改进的双Bouc-Wen模型进行仿真分析,将仿真结果与支撑有限元模拟分析结果进行了对比;基于OpenSees平台,对改进的双Bouc-Wen模型进行二次开发,并对采用具有复位功能的阻尼耗能支撑和普通防屈曲支撑的9层Benchmark钢框架结构模型进行了抗震性能对比分析。结果表明,双Bouc-Wen模型仿真得到的滞回曲线与有限元模拟得出的滞回曲线吻合较好,可以很好地描述阻尼支撑旗形滞回特性,具有复位功能的阻尼支撑可有效减小钢结构的最大层间位移及震后残余变形,阻尼耗能支撑结构具备良好的可恢复性。     

装配式复合箍筋约束高强混凝土柱恢复力模型研究

对6个装配式复合箍筋约束高强混凝土柱及1个现浇对比柱进行循环往复加载试验，主要研究了轴压比、配箍率对装配柱的骨架曲线及滞回特性的影响。试验结果表明：装配柱在骨架曲线及滞回特性上与现浇柱有着较为明显的特征差异；当轴压比减小或配箍率增大时，装配柱的滞回环变得丰满，初始刚度增加，承载力衰减速率减小，卸载刚度退化速率变慢。根据试验结果和现有恢复力模型理论，提出了考虑轴压比和配箍率影响的适用于装配柱的三折线恢复力模型。通过对骨架曲线特征参数的计算并与试验骨架曲线对比，两者吻合较好；在此基础上提出相应的滞回规则，计算得到的恢复力模型与装配柱滞回曲线较为一致，这表明所建议的恢复力模型可较好地反映轴压比和配箍率对其滞回特性的影响，可为该装配柱的结构弹塑性分析及工程应用提供参考。     

唐代殿堂型木构架柱架摇摆抗侧机理研究

唐代殿堂型木结构建筑是我国古建筑遗存中弥足珍贵的文物,其建造年代久远,数量稀少,结构形制特殊且极富时代特征,具有极其重要的历史文化与科学研究价值。其木构架由三个水平结构层——柱网层、铺作层和屋架层自下而上通过榫卯连接叠垒而成。为深入研究此类型木构架的抗侧性能,建立了某唐代殿堂型木结构一榀构架的精细化有限元足尺实体模型,并进行了水平低周反复加载模拟,系统研究了木构架的变形特点、破坏形态、滞回特性、抗侧刚度及耗能特征。结果表明在水平往复荷载作用下,殿堂型木构架的主要变形特征为柱脚无滑移偏转抬升,柱架摇摆并带动整体结构协同抬升摆动,铺作层如同刚体抬升平移,剪切变形不明显;主要破坏形式为栌斗全截面压溃和柱脚边缘压屈;构架滞回曲线呈"S"形,具有显著捏拢效应,两端较为饱满。木构架初始抗侧刚度较大,屈服后刚度退化显著,主要通过柱脚节点和柱头-栌斗节点的塑性变形、构件接触面的摩擦滑移、结构整体转动抬升摆动耗能,具有较好的抗震性能。     

型钢混凝土剪力墙恢复力模型研究

通过8个型钢混凝土剪力墙的低周反复加载试验,重点研究轴压比、配钢率、配箍特征值对剪力墙滞回性能的影响。根据试验结果,通过理论分析,提出了以开裂点、屈服点、峰值点和极限点为特征点并考虑刚度退化的四线型荷载-位移恢复力模型,给出了各特征点参数以及各阶段刚度计算公式。分析结果表明,用该文恢复力模型所得计算滞回曲线与试验滞回曲线符合较好。该文的恢复力模型既反映了主要因素的影响,又便于进行结构非线性动力分析,可供型钢混凝土剪力墙非线性地震反应分析和工程设计应用。     

输电铁塔螺栓节点连接滑移特性及模型参数研究

完成了21组输电铁塔螺栓连接试件的拉伸试验,采用ABAQUS软件对典型试件进行了有限元仿真分析,研究了初始间隙、螺栓扭矩、接触面粗糙程度、螺栓孔直径和连接杆件强度等参数对螺栓节点荷载-变形曲线的影响规律。分别按照指数模型和改进的分段多项式模型,对固定端螺栓数量为1、2和3的荷载-变形试验曲线进行了非线性拟合,确定了两种模型的拟合参数取值,分析了两种模型在输电铁塔结构分析中应用的可行性,推荐采用物理意义明确、适用范围更广的指数模型。对于最大间隙、理想间隙和最小间隙三种情况,指数模型得到的荷载-变形拟合曲线与试验曲线吻合较好,能够准确描述螺栓连接滑移过程;最小间隙工况的拟合曲线与试验曲线在线性增加段误差相对较大,最大相对差值范围约为10%~20%。     

Large deformation and slippage mechanism of plain woven composite in bias extension

Stamping operation is the most efficient way to form textile composites in industry. During a stamping process, the material undergoes large shear deformation, which may lead to two major failure mechanisms: out-of-plane wrinkling and in-plane slippage. The present paper mainly focuses on the large deformation mechanism and slippage of the plain woven composite during a bias extension. Bias extension experiments were carried out under different conditions. In addition to the data processing on the experimental curve, digital image correlation analysis was conducted on the test photographs, from which three typical deformation phases are identified. A theoretical model is then proposed to interpret the large deformation and slippage phenomenon from an energy point of view.     

螺栓连接对基础非均匀沉降输电塔的影响研究

对传统结构分析软件分析输电塔在基础非均匀沉降工况下已经破坏,而现实中仍在正常运行的情况。首先,通过试验研究了输电塔中有代表性的螺栓连接接头特性,把试验得到的螺栓连接接头的位移-载荷关系曲线引入到输电塔的有限元模拟中,并且考虑了连接偏心的影响。其次,通过对输电塔的位移、应变和倾角的测量,给出了输电塔在基础非均匀沉降时的受力-变形特性。最后,基于ANSYS开发了滑移梁模型和偏心滑移杆模型,改进了现有的螺栓滑移引入方法,并将数值分析结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:螺栓滑移在塔腿中产生附加内力,引起结构内力的重新分布,并且在相同载荷作用下增加了输电塔的变形量;考虑螺栓连接影响的有限元模型分析结果更加接近真实测量值;滑移梁单元模型不仅能够更好地反映输电塔的受力变形特性,而且能够降低现有的螺栓滑移引入方法的工作量。     

混凝土结构中考虑滑移效应的钢筋本构模型研究

以钢筋混凝土（reinforced concrete,RC）结构中的钢筋滑移效应为研究对象,通过黏结应力分布简化模型,得到了钢筋应力-滑移关系,基于已有拉拔试验数据验证了该钢筋滑移关系的可靠性。结合塑性铰长度模型建立了可考虑滑移效应的钢筋应力-应变理论关系,分析了混凝土强度、钢筋直径和塑性铰长度等参数对该关系的影响,提出了考虑滑移效应的双线性钢筋本构模型。基于OpenSEES有限元平台,将该模型用于纤维截面的宏观单元模型中模拟RC柱的侧向荷载-位移反应,通过与已有试验结果、不考虑钢筋滑移效应的纤维模型计算结果及考虑钢筋滑移效应的零长度纤维模型计算结果进行对比分析,验证了本文模型的精度和可靠性,并对其适用范围进行了讨论。结果表明,基于本文钢筋本构的纤维模型可以更为准确地计算RC柱的荷载-位移曲线,且能够考虑由钢筋滑移变形引起的柱顶附加水平位移。     

粘砂变形GFRP筋的粘结滑移本构关系

基于18个梁式试验、42个Losberg拉拔试验和6个标准拉拔试验,对工程中应用最普遍的粘砂变形GFRP筋与混凝土之间的粘结滑移本构关系进行了较系统的研究。研究表明:GFRP筋试件的粘结应力-滑移曲线(τ-S曲线)可分为微滑移段、滑移段、下降段和残余段,区分这四段的三个特征点分别为弹性滑移点、峰值滑移点和残余滑移点;与变形钢筋不同,GFRP筋试件τ-S曲线的上升段可分为滑移量较小的微滑移段和滑移量明显增大的滑移段,下降段的粘结应力降幅较小,残余段近似呈正弦曲线;随着直径和粘结长度的增加,GFRP筋试件τ-S曲线上峰值滑移点的滑移量减小,3个特征点的粘结应力也呈降低趋势。基于试验结果,建立了粘砂变形GFRP筋与混凝土之间粘结滑移本构关系的理论模型,并提出了曲线上特征点的粘结应力及其滑移量的计算公式。     

环面上非测地线缠绕方程

本文分析了非测地线稳定缠绕的条件,用微分几何中法曲率和短程曲率概念给出了环面上非测地线缠绕方程,为缠绕弧形管提供了依据。      

热固性树脂基复合材料热隔膜成型过程数值仿真

为研究制件成型过程中的层间滑移情况及固化后的回弹变形,首先,利用自行开发的热隔膜成型装置制备了热固性树脂基复合材料C型制件。同时,针对热隔膜成型过程建立了三维数值仿真模型;该模型由3个复合材料固化过程子模型构成,包括热-化学模型、层间滑移模型和固化变形模型。然后,在此基础上将固化过程中复合材料性能的时变特性引入到仿真模型中,并将仿真结果与文献中的实验结果进行比较。最后,利用建立的仿真模型对热隔膜成型过程进行了数值模拟,并与实验进行比对,重点研究了成型过程中温度、固化度分布、层间滑移以及固化变形情况。所得结果证明所建立的数值模型对热隔膜成型过程的预测具有较高的可靠性及准确性,可以为后续热隔膜成型参数优化和模具修正提供参考。      

海底隧道锈蚀工字钢与喷射混凝土的粘结滑移试验研究

通过快速电解锈蚀试验,得到不同锈蚀率的工字钢混凝土试件。将这些试件进行粘结滑移试验,描述工字钢与混凝土的粘结滑移过程,分析锈蚀率、滑移量、粘结破坏荷载之间的关系,建立未锈蚀工字钢与喷射混凝土的粘结滑移模型,得出粘结滑移影响系数与锈蚀率的回归公式,最终建立锈蚀工字钢与喷射混凝土的粘结滑移本构关系数学模型。结果表明:随着锈蚀率的增加,滑移量和粘结破坏荷载均降低;未锈蚀工字钢与混凝土的平均粘结应力是滑移量的四次多项式函数;锈蚀工字钢与混凝土的粘结强度影响系数与锈蚀率的二次多项式函数。     

考虑滑移的空间弹性节点“模糊”精化分析及其在送电线路铁塔中的应用

基于模糊数学的隶属度概念,从节点的弹性位移着手实现节点的模糊转角,推导了空间弹性梁单元的单刚矩阵,给出了模糊转角位移的隶属度与弹簧刚度的映射关系。同时考虑了连接节点的滑移,导出了有滑移杆件的轴向刚度。借助MATLAB 软件,编制了考虑滑移的空间弹性节点模型(SFJS)源程序。利用该程序分析了JJ3 型送电线路铁塔在支座不均匀沉降作用下主材和斜材的轴向力分布规律,数值计算结果与足尺铁塔试验结果吻合良好。相比传统的刚架模型,考虑滑移的空间弹性节点模型计算结果更能准确地反映地表变形作用下送电线路铁塔杆件的内力。分析结果可以为采动区送电线路铁塔的设计、计算和保护提供理论依据。     

GFRP筋及钢筋抗浮锚杆承载特性现场试验及荷载-位移模型

玻璃纤维增强聚合物(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)锚杆是从非金属锚杆中发展出的新型复合材料锚杆,具有自重轻、抗拉强度高、造价低、抗腐蚀性能好、抗电磁干扰能力强等优点。基于某中风化花岗岩场地的GFRP筋及钢筋抗浮锚杆的破坏性拉拔试验,对抗浮锚杆在拉拔过程中锚杆杆体及锚固体的位移进行测量,分析了不同材质、不同锚固长度的抗浮锚杆的承载性能及杆体、锚固体相对滑移量的差异,对比不同荷载-位移模型并获得了最适宜岩石抗浮锚杆的荷载-位移模型。试验结果表明:在中风化花岗岩中,相同锚固长度下的GFRP抗浮锚杆比钢筋抗浮锚杆的破坏荷载增加13%~14%,GFRP抗浮锚杆更易发生杆体拔出破坏,锚固系统仍有残余承载力未发挥,使用GFRP锚杆代替钢筋锚杆具有可行性;与锚固长度为4.5 m的GFRP抗浮锚杆相比,锚固长度为6.5 m的锚杆杆体相对于锚固体的滑移量更大,增大GFRP抗浮锚杆的锚固长度可有效增加其相对滑移量,但提升钢筋抗浮锚杆的锚固长度对其破坏形态无明显影响;双曲线函数及幂函数荷载-位移曲线模型与实测值吻合度较差,指-幂函数曲线模型对本次试验锚杆的破坏荷载预测精度最高,曲线整体走势较一致。