振动台多功能叠层剪切箱研制

 振动台模型试验是研究地震作用下土–结构动力相互作用的重要方法,而土箱的性质将直接影响到试验结果的可靠性。在总结国内外研制土箱经验的基础上,研制出刚度可调的多功能叠层剪切箱。该剪切模型箱可完成单向和多向振动台土–结构动力相互作用试验;针对不同试验中所选择的模型土种类的不同,本剪切模型箱可调整水平向剪切箱刚度,以更好地模拟水平场地边界效应问题。通过全黏土层中三层三跨地下结构试验验证剪切模型箱模拟水平场地边界效应问题;并通过砂土夹层中三层三跨地下结构试验,验证本剪切箱能够较好地完成三维土–结构相互作用振动台试验。     

悬挂式层状多向剪切模型箱的设计分析及试验验证

根据试验目的,运用悬挂隔振和滚珠隔振的理论,设计了悬挂式层状多向剪切模型箱装置。该装置是由钢索吊起的多层圆形框架、悬挂支架和底板组成的空间结构体系。通过对这种新的模型箱结构形式的理论分析,论证了所采用的模型箱结构形式和隔振措施能有效的减少模型箱对模型土振动特性的影响,大大削弱了模型箱自身质量引起的惯性作用对模型土动力响应的影响。通过数值模拟和对试验中模型土加速度时程的对比分析以及模型土的振型分析,论证了在水平地震激励作用下,模型土产生层状剪切变形,且各部分模型土的地震响应一致,能有效模拟土体的侧向变形边界条件。该模型箱既消除了现有柔性模型箱在水平地震激励作用下产生的土体拱效应现象,也克服了现有层状剪切模型箱仅能单向输入水平地震激励的不足。     

双向叠层剪切箱的研制及模型土体振动台试验研究

在结构–土体动力相互作用试验中,最常用的盛土容器是叠层剪切箱。在总结国内外剪切箱经验的基础上,研制出了刚度可调的二维叠层剪切箱,改进了箱体层间滑动装置。通过地震激励下模型土体试验,验证了该剪切箱很好的解决了单向水平地震输入时的边界效应,研究了土体在地震作用下的位移变化形态和非线性特征,得到了土体剪应力随地震动峰值的变化规律。结果表明:不同高度处土体的位移分布接近第一振型,土体剪应力和剪应力–剪应变滞回曲线的包络面积都随着地震动峰值的增大而增加,但是上下部土体的剪应力增加速率存在明显不同。     

大型叠层剪切变形模型箱的研制

振动台模型试验是研究工程结构抗震的重要手段之一。在碎石桩复合地基抗液化特性振动台试验研究中，基于半无限自由场原型土层的地震反应分析，在比较了目前国内外研究岩土结构地震问题振动台试验常用的3种模型箱（刚性模型箱、圆筒型柔性模型箱和叠层剪切变形模型箱）各自优缺点的基础上，设计一个可以用于振动台试验的大型叠层剪切变形模型箱。该模型箱由方钢管焊接的矩形框架和层问滚珠轴承构成，可以很好地模拟原型土层在天然地震剪切波作用下的变形特性。试验结果表明，所设计的叠层剪切变形模型箱不仅为本次试验获得成功打下了坚实的基础，还可以应用于其他岩土地震问题的试验研究。     

振动台试验叠层剪切型土箱的研制

在总结国内外振动台试验用土箱的基础上,研制了一个15层叠层方钢管框架并辅之以双侧面钢板约束的叠层剪切型模型土箱,钢管框架层间相对运动和垂直振动方向两边界的自由运动大大削弱了土箱边界效应。平行振动方向土箱两侧安装4根立柱,立柱上安装与土箱侧壁接触的若干轴承以限制箱内土体的转动。采用正弦波激振的扫频法测量了模型土箱的自振频率,与ABAQUS软件模拟的计算结果基本一致;采用脉冲信号激振的自由振动法,测量了土箱的阻尼比;进行了正弦波和地震波激励的自由场地振动台试验研究,测试了模型地基地表和1m深处的加速度时程,提出边界效应指数作为衡量土箱边界效应的指标并对几种土箱进行了比较。结果表明:设计的叠层剪切型土箱能较好地模拟自由场地的边界条件,比较理想地削弱了边界上地震波的反射或散射效应。     

振动台土–箱结构模型动力特性及反应的解析分析

在振动台模型试验中,模型箱的设计直接影响到结果的准确性和可靠性。指出了叠层剪切型模型箱存在的主要问题有模型箱的附加质量、层间的摩阻力以及最大位移的限制。基于剪切梁法建立了土柱与模型箱相互作用的简化模型,在土体剪切模量均匀分布和沿高度指数分布的情况下,分别推导了其动力特性与反应的解析解,进而讨论了模型箱尺寸、材料对土体动力特性的影响。结果表明：与纯土柱相比,模型箱附加质量使土–箱系统自振频率减小;模型箱尺寸越大,土–箱结构自振频率误差越小;在相同尺寸下,铝合金模型箱的自振频率误差明显小于钢质模型箱。在此基础上建立了模型箱尺寸和材料应满足的公式。该方法可为设计合理的模型箱提供一定的参考。     

震后土体抗剪强度参数试验研究

为了精确模拟不同峰值加速度作用下埋置于一定深度的土体的动力响应,在多层剪切箱基础上研发顶部加载剪切模型箱装置,以弥补多层剪切土箱顶部自由不能加载的缺陷,并结合振动台试验,在室内研究不同加速度峰值的地震波作用下埋置于一定的深度的土地的抗剪强度参数变化及对土体抗剪强度的影响。结果表明:随着加速度峰值的增大,黏聚力不断减小,内摩擦角变化不大;随着峰值加速度的增大,土体的抗剪强度明显降低;随着加速度峰值的增大,土体进入应变硬化阶段所对应的剪应力水平相对降低。     

地下室模型对超高层建筑地下室核心筒剪力墙受力影响研究

通过理论分析和实际工程数值计算研究了高层建筑地下室楼板模型及地下室外回填土约束作用对核心筒剪力墙计算结果的影响。研究表明,地下室楼板采用刚性假定不能真实地反映结构的受力状况,无论地下室外回填土的约束作用是否考虑,都会得出地下1层墙肢剪力突增的计算结果;而地下室楼板采用弹性壳元模拟,即便地下室外回填土的约束设定为无约束和水平刚性约束两种极端情况,地下1层核心筒剪力墙依然不会出现显著的剪力突变。     

ZJU400 离心机研制及其振动台性能评价

土工离心机可以产生与原型相同的自重应力,保证模型破坏机制与原型一致,是解决岩土工程、水利工程和环境工程等领域复杂问题的理想试验模拟手段。搭配机载振动台系统,离心机还可以在原型应力条件下探讨地震引起的建构筑物变形和稳定特性。鉴于离心机振动台的科研价值,浙江大学建造了有效旋转半径为 4.5 m 、负载能力 400gt 的双吊篮臂式离心机,可开展 150g 重力加速度下的静态试验和 100g 重力加速度下的动态试验,吊篮尺寸达 1500 mm×1200 mm×1500 mm 。同时,离心机配置了最大振动幅值为 0.6 cm 、最大振动加速度为 40g 的振动台系统,可进行有效负重小于 500 kg 水平单向地震动响应模拟。静动力试验使用的刚性模型箱和层状剪切模型箱的最大尺寸分别为 1.2 m×1.0 m×1.0 m 和 600 mm × 350 mm × 449 mm 。通过饱和砂土地基建筑物震陷试验,初步检验了离心机振动台系统的整体性能。     

钢筋混凝土中间层边节点模型化方法研究

钢筋混凝土梁柱节点区非弹性变形包括梁纵筋黏结滑移和节点核心区剪切变形,对钢筋混凝土梁柱组合体的受力性能影响较大,在有限元模型中合理地考虑节点区的这两种非弹性变形是数值计算的难点和关键。利用OpenSees结构分析平台中的梁柱节点单元,根据中间层边节点的受力特点和试验结果,通过对钢筋滑移分量和剪切块分量的计算模型、参数计算方法进行改进,提出了修正梁柱节点单元模型,并以多组试验结果为依据,校核了修正梁柱节点单元模型计算的准确性和适用性。分析结果表明：修正梁柱节点单元模型能有效模拟中间层边节点的整体受力性能和局部非弹性变形特性;改进的梁纵筋滑移模型能更合理地模拟贯穿节点梁纵筋的受力特性;改进的剪切块计算模型能准确模拟节点核心区的剪应力大小,以及两个不同加载方向的节点剪应力差异。     

钢箱-混凝土组合梁试验研究与承载能力计算

对钢箱-混凝土组合梁这一新的结构形式进行了试验研究,通过4个钢箱-混凝土组合梁和2个钢箱梁试件的试验,考察了试验梁破坏过程、弯矩-位移曲线、弯矩-应变曲线、截面应变分布等。试验结果表明,钢箱-混凝土组合梁具有较高的承载能力、刚度和良好的延性。考虑混凝土受钢箱约束的强度提高和钢箱顶板局部屈曲影响,提出了钢箱-混凝土组合梁抗弯承载能力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

桥跨比对波纹钢腹板组合箱梁桥动力特性的影响

采用Midas建立某波纹钢腹板三跨连续梁桥有限元模型,分析不同桥跨比对该新型结构的动力特性的影响,从分析结果中提取振型模态及振动频率并进行数据对比,提出了合理的桥跨比范围,为实际设计波纹钢腹板箱梁桥提供参考。     

冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙抗震性能试验研究

为研究冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构的抗震性能,对冷弯薄壁型钢边柱内置薄钢板剪力墙进行低周往复加载试验,对比不同边柱截面厚度及截面形式对其抗震性能的影响。试验中得到了冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、荷载及位移特征值,并对结构的破坏特征、延性、耗能能力、承载力及刚度退化进行分析。结果表明:冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙具有良好的抗震性能;增加边柱截面厚度及选用帽形边柱均可提高剪力墙的承载力、刚度及耗能性能。计算3个试件受剪承载力设计值和弹性抗侧刚度,其值均高于常用冷弯薄壁组合墙体的;结合破坏特征提出冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙3个受力阶段;边柱对剪力墙破坏起控制因素,工程设计中应保证边柱承载能力,宜采用"强边柱、弱钢板"的设计理念。     

高强钢焊接箱形柱受力性能研究(Ⅰ)：残余应力统一分布模型

现有高强钢焊接箱形截面残余应力分布模型仅适用于特定强度等级的高强钢,尚缺乏适用于不同强度等级高强钢的残余应力分布模型。为此,基于不同强度等级高强钢焊接箱形截面残余应力的已有试验,研究钢材的强度等级、板件厚度及宽厚比对残余应力分布和峰值的影响,提出不同强度等级高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型。该模型采用多重阶梯函数形状,适用于屈服强度460~960MPa的焊接箱形截面,且满足每个板件自平衡条件和对称性。将残余应力统一分布模型的形状、数值和已有试验结果进行对比,证明该模型的准确性。在基于纤维模型的极限承载力数值分析中,分别采用残余应力统一分布模型和已有分布模型计算高强钢焊接箱形柱的受压承载力,并将各自得到的极限承载力与已有试验结果进行对比。研究结果表明,采用残余应力统一分布模型后,不同等级高强钢焊接箱形柱的纤维模型计算能更准确地预测其极限承载力。残余应力统一分布模型可为不同等级高强钢焊接箱形柱的二阶非弹性分析提供参考。     

双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究综述

双钢板混凝土组合剪力墙由于具有延性好、承载力高、高强度及刚度大等优点,组合剪力墙是目前比较理想的抗侧力构件,近些年来得到了广泛的应用和发展。文中在总结国内外研究的基础上,介绍了对不同截面形式双钢板混凝土组合剪力墙的承载力计算、受力性能影响因素及试验研究,指出目前有关双钢板组合剪力墙研究领域存在的问题和尚未研究的方面,为双钢板混凝土组合剪力墙的进一步试验研究及设计提供建议和参考。     

城市钢箱梁高架桥球形支座安装施工工艺

城市钢箱梁高架桥球形支座安装主要控制安装方向、高程、位移等;球形支座安装前进行基础复测及支座顶板与钢箱梁底板焊接,焊接采用焊条电弧焊方法,并进行焊前温度不低于200℃预热处理。球形支座安装用钢楔形垫块将下支座板四角调平。球形支座灌浆先灌地脚螺栓孔,灌完24h达到强度后再灌支座底面预留的灌浆层,最后拆除四角钢楔形垫块用环氧砂浆填满垫块位置。钢箱梁卸载后进行焊接垫板与钢箱梁底板焊接,焊接完毕后拆除临时连接件,并安装防尘罩。支座高程允许偏差控制在±3mm以内,支座偏位允许偏差控制在2mm以内。     

复合约束方钢管混凝土短柱轴压性能有限元分析

为延缓轴压作用下方钢管的局部屈曲,提高方钢管对核心混凝土的约束能力,提出了一种内置方形箍筋的复合约束方钢管混凝土柱。采用有限元软件ABAQUS对该柱进行模拟,研究其在轴向压力作用下的破坏模式、承载能力、延性、箍筋应力分布和复合约束特性,并分析了混凝土强度、方钢管壁厚对其轴压力学性能的影响。研究结果表明：提高混凝土强度、增加方钢管厚度和增设方形钢筋笼均能显著提高短柱的承载能力;方形箍筋在弹性阶段约束作用较小,其主要在弹塑性阶段和流塑性阶段发挥约束作用,设置方形箍筋可以有效提高短柱承载能力和延性,且其对延性的提高更为显著;方钢管对混凝土的约束作用整体表现为“角部大”的特点,方形箍筋可以有效增强对方钢管边长中部区域混凝土的约束作用,进而使混凝土在各方向受到的约束作用趋于均匀。     

带PEC柱的钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

为了解决薄钢板剪力墙结构中框架柱易发生破坏而失效的问题,将强度高、刚度大的PEC柱引入薄钢板剪力墙结构,作为竖向边缘构件形成PEC-SPSW结构,分别对1榀带H形钢柱、2榀带PEC柱的钢板剪力墙结构,进行了低周往复荷载作用下的抗震性能试验研究。通过分析该结构的承载力、初始刚度、耗能能力、应力分布及破坏模式,得到了带PEC柱的钢板剪力墙结构具有更好的抗侧刚度、承载力和耗能性能。PEC柱构件对薄钢板有更好的锚固约束作用,从而使得薄钢板充分发挥屈曲后强度作用,带PEC柱的钢板剪力墙结构有更好的发展前景。