复杂博物馆隔震结构地震模拟振动台试验研究

云南省博物馆结构处于地震高烈度地区,其结构形式为复杂超限非规则的型钢混凝土结构,对于这种具有特殊功能的建筑结构采用隔震技术具有十分重要的意义。为了确认该博物馆隔震结构的隔震效果及损伤破坏机理,对1:30的缩尺模型开展了振动台模型试验研究。主要对隔震与非隔震模型结构的动力特性及其在多遇地震、罕遇地震下的地震反应进行测试与比较。试验结果表明:隔震结构在不同性能水准地震作用下动力特性稳定,减震效果较好,上部结构水平向各层峰值加速度小于台面峰值加速度;隔震结构的加速度反应要小于非隔震结构,结构各层变形满足规定要求限值;结构扭转反应较小,整体没有发生破坏;罕遇地震作用下隔震支座滞回曲线均匀饱满,支座没有发生损伤。隔震技术能很好的在大型复杂博物馆结构中应用。     

隧道爆破地震波下砌体建筑物滞回耗能特性研究

通过研究隧道爆破地震波下砌体建筑物的滞回耗能特性,为爆破安全提供更充分的指导依据。对隧道爆破地震波下SDOF体系的某砌体建筑物的滞回耗能进行了相关性研究。基于不同爆心距下隧道爆破地震波实测振速,基于MATLAB编程,研究了爆心距对滞回耗能的影响,同时通过改变加载到模型上地震波荷载的振幅、频率及持时特性,研究了隧道爆破地震波三要素以及结构参数(固有周期、阻尼比)对滞回耗能的影响,并与天然地震波下滞回耗能进行了对比。结果表明:爆心距对滞回耗能有着显著影响,二者近似成反比例关系。不论是高频高振幅的爆破地震波还是低频低振幅的天然地震波对砌体建筑物滞回耗能有着相似的影响规律,但天然地震波下更注重的频率的影响,而爆破地震波下需更注重的是振幅的影响。结构物阻尼比对滞回耗能的影响较为显著,具体表现为阻尼比越大,滞回耗能值就越小,建议适当改变建筑材料物理力学性能进而增大其阻尼,提高其抗震性能。     

钢筋混凝土剪力墙基于变形和滞回耗能非线性组合的损伤演化分析

为研究钢筋混凝土结构的损伤演化规律,提出一种基于变形和滞回耗能非线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型。通过引入组合参数考虑不同损伤状态下构件变形与滞回耗能的权重,该损伤模型能很好的反映变形和滞回耗能的相互影响,有效评估构件在不同破坏状态下的损伤程度。对4片钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验进行数值模拟分析,结果表明:该损伤模型计算的损伤值与试验破坏形态吻合较好,能很好的描述钢筋混凝土剪力墙的损伤演化过程,且能够定量确定构件不同破坏程度的损伤界限;对钢筋混凝土剪力墙进行地震作用下动力时程分析,结果表明,该损伤模型能很好的描述不同峰值加速度作用下剪力墙构件的损伤演化规律,剪力墙损伤在峰值加速度出现时段内发展迅速,并且随着地震强度的增大而增大,损伤值超过限值时构件失效。     

基于监测数据的结构地震损伤追踪与量化评估方法

基于延性的工程抗震设计允许结构在强地震作用下进入非线性,即允许结构产生地震损伤。从物理和力学的角度,抗震行为模拟与性态评估一般考虑地震损伤的峰值效应和累积效应。但是,由于先验性知识(如滞回耗能、承载力与变形能力)的限制,抗震研究中广泛应用的Park-Ang损伤模型较难直接用于大型在役结构的地震损伤评价。受到控制领域模型参考思想的启发,该文提出一类基于数据驱动的损伤评估模型,能自适应于不同的受力状态与破坏模式,实现综合评估震损结构峰值和累积损伤效应。利用美国NEES计划公开的足尺钢筋混凝土(RC)柱动力试验数据,研究了所提出数据驱动损伤指标与RC柱地震损伤发展的相关性与时域追踪效果,验证了评估指标能有效区分RC柱水平侧移与弯曲变形相应损伤的发展与累积差异。此类基于模型参考思想的新型损伤评估指标,不需要提前获知结构非线性特征和计算滞回耗能,可应用于基于强震观测的工程结构抗震性态评估。     

基于深度学习的RC梁集中塑性铰模型参数研究

集中塑性铰模型常被用于基于构件的结构弹塑性分析,计算精度依赖于模型参数的选取,但经验公式难以表征构件受力特性与模型参数的复杂非线性关系。该研究收集低周往复加载RC梁试验数据。建立构件试验数据库,采用捏拢型(pinch Ibarra-Medina-Krawinkler,Pinch-IMK)本构建立基于深度学习的RC梁构件集中塑性铰模型参数预测模型。基于试验数据对三折线骨架特征点参数、本构滞回参数进行参数辨识,得到182组骨架特征点参数数据和91组滞回参数数据;以构件特征参数为输入,以骨架特征点参数、滞回参数为输出,建立Pinch-IMK集中塑性铰RC梁构件参数深度学习预测模型HDLM。将HDLM预测骨架特征点参数与截面分析及现有经验公式等方法的计算结果作对比,可见HDLM预测结果有更高的精度;将基于HDLM预测参数计算的滞回曲线与基于经验公式的IMK模型计算结果进行对比,可见HDLM预测滞回曲线更为准确,能够较好地表现RC梁的强度退化、刚度退化和捏拢效应。     

外露式钢柱脚恢复力特性分析

该文在外露式柱脚拟静力试验的基础上总结了柱脚在压弯和拉弯状态下的受力机理,提出了两种受力状态下柱脚的屈服承载力、极限承载力及转动刚度的计算公式。该文提出的承载力及转动刚度计算结果与试验结果的误差在10%左右,具有较高的计算精度。在试验研究的基础上还提出了两种状态下柱脚的恢复力模型:在压弯状态下,柱脚的滞回曲线呈"旗帜型",骨架曲线由不考虑强度退化的双折线模拟;在拉弯状态下,柱脚的承载力大幅度下降,滞回曲线为饱满曲线,骨架曲线为不考虑锚栓屈服后强度增加的理想弹塑性模型。恢复力模型与试验曲线吻合较好,可有效地反映出不同受力状态及不同锚栓布置下的外露式柱脚的弯矩转角行为,可有效用于分析整体框架的抗震性能。     

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。     

考虑橡胶垫弹塑性性能及结构阻尼比变化的隔震结构动力分析

本文的主要工作:(1) 在一个通用的高层建筑空间动力分析程序HBTA[1]的基础上增加了铅芯叠层钢板橡胶垫的弹塑性本构关系,改进后的程序能够考虑橡胶垫在双向水平力作用下两个方向恢复力和位移相互耦合的弹塑性性能。(2) 为了反应橡胶垫隔震层与上部混凝土结构阻尼比不同的特点,本文还运用线性加速度逐步积分法和Wilson抭法的基本原理,推导出了适用于隔震结构动力方程的逐步积分公式,该公式能够同时进行隔震建筑上部和下部两个子结构动力方程的时程反应计算。笔者对上述工作进行了程序实现和实例计算,结果表明考虑上部结构及橡胶垫隔震层不同阻尼比是完全必要的。     

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。     

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。     

节点性能对分层装配支撑钢框架抗震性能的影响研究

该文以分层装配梁贯通式支撑钢框架为对象,通过引入节点弯矩-转角本构模型的数值模拟方法,研究节点刚度和承载力设置对结构体系抗震性能的影响。分析结果表明,节点刚度对结构自振频率影响不大,但影响结构在静力推覆下的失效演进模式和地震作用下的滞回特性,节点刚度小于4倍相邻柱线刚度时,结构不能满足罕遇地震下的层间位移角限值要求;节点承载力对静力推覆下结构的极限承载力影响很小,对罕遇地震作用下的结构滞回特性和层间位移分布几乎没有影响。     

特高压支架-设备体系动力响应简化分析及参数研究

提出特高压支架-设备耦合体系动力分析的简化模型并据此针对体系动力特性及地震响应开展研究。首先分析支架-设备耦合体系的结构特点,提出考虑分布参数的体系2E-4D简化模型,推导了基于该模型的体系自振频率和地震响应计算公式。然后,针对2种典型电气设备,对比分析了6组不同支架-设备耦合体系数值仿真和简化模型分析所得计算结果,验证了简化模型的准确性。最后,利用简化模型考察了不同特征参数(如刚度比、高度比等)对体系动力特性及响应的影响,并得到支架对设备加速度动力放大系数的取值规律。研究结果对《电力设施抗震设计规范》中有关支架对电气设备动力响应影响相关规定的修订具有参考价值。     

锥形非固结隔震结构理论与试验研究(II)-支座参数分析

为了研究锥形非固结隔震支座的水平力学性能及滞回特性,设计并加工了坡度角为30°、45°及60°的锥形非固结隔震支座,对9个不同参数的支座进行水平力学性能试验研究,对坡度角、阻尼材料类型、阻尼材料厚度、加载振幅、加载频率、竖向荷载及高应力等与支座的水平力学性能的相关性进行研究,得出若干对非固结隔震结构设计有价值的结论。     

剪切型金属阻尼器恢复力模型研究

剪切型金属阻尼器在新建工程及结构抗震加固工程中已得到了较广泛的应用,其恢复力模型是进行整体结构非线性地震反应分析的基础。为了更准确地描述剪切型金属阻尼器的剪力-变形滞回关系,提出了一种考虑性能退化的新型恢复力模型。通过独立参数控制恢复力模型,以考虑剪切型金属阻尼器在大变形下的强度退化、刚度退化、耗能能力退化等特征。根据所提模型,采用C++语言开发了能够用于剪切型金属阻尼器抗震分析的计算程序,并将其嵌入到结构通用分析软件OpenSees中。使用该模型对现有钢连梁和钢板剪力墙两类剪切型金属阻尼器进行了模拟。结果表明:该文建立的恢复力模型能较准确地模拟试验结果,能够反映剪切型金属阻尼器包括大变形阶段在内的整个变形阶段的滞回性能。该模型可用于安装了剪切型金属阻尼器的整体结构非线性地震反应分析。     

奥氏体不锈钢滞回本构模型研究

准确的材料滞回本构模型是保证弹塑性地震反应预测准确性的基本前提,如果本构模型选取不当,会对计算结果产生较大影响。为此该文提出了奥氏体不锈钢考虑循环强化作用的单轴滞回本构模型,包括骨架准则及滞回准则。建立数学模型描述奥氏体不锈钢在循环荷载作用下的受力性能。根据提出的理论模型并利用ABAQUS用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言二次开发了能够进行循环荷载下奥氏体不锈钢计算分析的程序。通过与试验结果进行对比,表明提出的模型能够准确描述奥氏体不锈钢材料的滞回行为,兼顾计算精度和效率,为奥氏体不锈钢结构体系强震分析提供有力工具。     

多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析

铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座（lead rubber bearing,LRB）隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。     

基于能量耗散碾压混凝土重力坝地震损伤分析

摘　要：采用塑性损伤力学对混凝土重力坝进行非线性动力分析,通过研究塑性损伤本构中滞回曲线的特点以及地震中重力坝裂缝发展特征和结构能量耗散机理,建立了包含能量特性的大坝整体损伤评价指标。通过分析发现强震作用下坝体上部的损伤是结构的主要损伤,地震中的能量以结构阻尼耗散能量为主,混凝土损伤和塑性耗散的能量所占比例不大,但与裂缝的发展有直接关系。提出的大坝整体损伤指标可以综合的反应结构的整体损伤程度,以此对结构进行抗震设计,可以提高结构的抗震性能。     

不同层隔震结构在近断层地震作用下动力响应分析

选用天然橡胶支座(LNR)与铅芯橡胶支座(LRB)作为两栋8层钢筋混凝土结构的隔震装置,对其分别输入172条近断层地震波,计算隔震层设置在基础或以上每一层时隔震结构的动力响应,分析近断层地震动对不同层隔震结构动力响应的影响。分析结果表明：隔震结构输入能量小于非隔震结构输入能量,LRB隔震结构的输入能量小于LNR隔震结构的输入能量;随着隔震层的上移,隔震支座位移减小,顶层最大加速度增大。近断层地震动特征参数与不同层隔震结构动力响应参数均存在相关性,但相关程度不同。隔震结构设计要根据建筑结构动力响应的需求,同时考虑隔震层位置与地震动特征参数的影响。     

基于振动响应的隔震支座的非线性建模及参数估计

为了研究隔震橡胶支座的力学特性,采用修正的Wen模型分析隔震支座的非线性动力行为,并用试验方法测试得到了该模型的相关参数.鉴于该模型具有高度的非线性,传统的参数识别方法不再适用,本文根据非线性系统状态参数估计理论,利用多项式一阶近似技术来代替EKF滤波技术中的求导线性化过程,估计迟滞模型的非线性参数.该方法具有运算简单、计算精度高、易于实现的优点.通过进行两种简谐激励下的仿真和试验,结果表明隔震支座的模型参数的递推结果相当可靠,从而证实了该方法在隔震支座检测和健康状态评估中的有效性.     

新型滑移挡块的设计、试验及防震效果研究

针对目前国内桥梁挡块抗震效果低下的现状,结合"限位"和"传力"两个性能指标提出了一种新型的防震挡块。对常规挡块和新型挡块的抗震性能进行了拟静力对比试验研究,根据实测力-变形曲线建立了两种挡块的简化滞回分析模型,并用于实桥防震效果的对比分析。结果表明:新型挡块在破坏时相对盖梁/台帽发生了大位移的滑移剪切现象,盖梁与台帽基本完好无损,有利于震后修复或替换;与常规挡块发生斜截面脆性剪断破坏相比,新型挡块的极限变形能力和变形延性系数大幅提高;在防震效果上,新型挡块对主梁侧移及橡胶支座的剪切变形限制能力更好,在中小地震下,新型挡块对墩柱地震响应的影响更小;在大震下,新型挡块依靠良好的变形延性能力可在主梁产生更大侧移的情况下保护支座,防止落梁。