焊接空心球节点极限承载力的试验与有限元分析

对4组共12个足尺带加劲肋空心焊接球节点进行单向加载试验,运用ABAQUS有限元软件,采用弹塑性线性强化材料本构模型建立有限元模型,考虑材料和几何非线性对其受力过程进行分析,并将试验和模拟所得极限承载力值与规范推荐值进行比较。结合试验和有限元模拟,提出两条在试验中定量地判断球节点极限荷载的建议。计算多种影响因素（球壁厚...     

基于SMA/ECC的新型自复位框架节#br# 点抗震性能试验研究

为了提高框架节点塑性铰区损伤自修复自复位能力,减小结构的残余变形,实现框架结构震后结构功能的快速恢复,文章采用超弹性SMA筋和超高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)增强RC框架节点的抗震性能。设计制作了5个1/2缩尺比例框架节点,其中2个为考虑了梁端塑性铰区不同长度的SMA增强ECC节点模型,3个为对比节点模型,即普通混凝土节点、ECC增强混凝土节点和SMA增强混凝土节点。在新型SMA/ECC节点梁端塑性铰区,采用超弹性NiTi-SMA筋代替普通纵筋、ECC代替普通混凝土以增强其复位能力和耗能能力。通过低周往复加载试验,研究了新型节点的破坏过程、耗能能力、位移延性、残余变形和自复位性能。试验结果研究表明：往复荷载作用下,SMA节点均呈现“旗帜形”滞回性能,具有良好的自复位能力;ECC材料够优化框架节点梁端塑性铰的发展,提高结构的延性及耗能能力,延缓结构的屈服;SMA/ECC复合材料系统虽然会降低结构的初始刚度,但能够显著提高节点的延性及自复位能力,延缓刚度退化速度,提高结构抗侧移能力,可以实现结构损伤自修复和功能的快速恢复;覆盖梁端塑性铰区,SMA的长度的改变对自复位性能影响不大。     

江苏太仓广播电视发射塔关键节点的有限元分析

在江苏太仓塔工程的设计中,考虑到节点的美观和施工质量的控制,提出了一种新型的节点形式。本文对这种节点的力学性能进行了研究,建立了三维有限元分析模型,通过等向强化模型考虑了材料非线性,并利用罚函数法通过试算确定合理的接触刚度和界面摩擦模型,以考虑节点内部连接板件以及螺栓的粘结滑移作用。通过本文的计算分析发现,在设计荷载工况下,节点于相贯线位置出现应力集中现象。当荷载达到2倍设计荷载时,塔柱上出现塑性区,表明节点已经破坏。     

平板网架结构用高强度螺栓疲劳问题研究进展

在往复载荷作用(悬挂吊车和风荷载等)下,螺栓球节点网架结构可能发生疲劳失效.螺栓球节点平板网架的疲劳问题的关键是节点的疲劳,而节点的疲劳主要是高强螺栓的疲劳.本文以螺栓球节点网架结构高强度螺栓为研究对象,重点总结了近30年来国内外学者在上述两种往复载荷作用下螺栓的疲劳试验、数值模拟和理论分析等3个方面的相关成果.在总结现有成果的基础上,指出高强度螺栓在平板网架结构中的研究方向和亟待解决的热点问题.     

网架结构的螺栓球焊接球混合节点

网架结构的螺栓球焊接球混合节点韦灼彬张士彬霍利民（海军后勤学院３００４５０）（天津开发区天达网架公司３００４５７）焊接空心球节点和螺栓球节点是目前我国应用最为普遍的两种网架节点形式。这两种节点形式以其各自的优越性受到了广大工程技术人员的青睐，尤其是螺...     

带加劲肋焊接空心球承载力研究

在12个足尺带加劲肋空心焊接球节点单向加载试验的基础上,运用ABAQUS有限元软件,采用弹塑性线性强化材料本构模型建立有限元模型,考虑材料和几何非线性,利用弧长法对其受力过程进行分析,并将试验和模拟所得极限承载力值与规范推荐值进行比较.结合试验和有限元模拟,提出两条定量地判断试验中球节点极限荷载的标准.     

通过模型升级确定球节点的非线性性能

脱离整体结构单独研究球节点,并不能真正反映节点在结构中的性能。以某足尺双层网格结构试验为基础,研究典型球节点的实际性能。采用反问题法和有限元模型升级技术,建立了优化问题。使目标函数为双层网格结构的试验结果与相应有限元结果的差异最小。为模拟双层网格结构有限元模型中节点的非线性性能,并将其设为升级参数(优化变量),通过遗传算法求解优化问题。因此,通过升级双层网格结构中的有限元模型,可确定实际工况下球节点的性能。结果表明:升级模型能准确预测双层网格结构的真实反应。节点的荷载-位移曲线在初始阶段呈低刚度的非线性关系,随后刚度逐渐增大,并呈现为线性关系,与实际工况一致。     

大尺寸超弹性镍钛形状记忆合金螺旋弹簧滞回性能

利用2种镍钛形状记忆合金(SMA)研制了大尺寸超弹性螺旋弹簧,对其进行了单轴反复荷载作用下的滞回性能试验,研究了超弹性SMA螺旋弹簧的恢复力特性与耗能能力,分析了加载频率、位移幅值对2种SMA螺旋弹簧滞回曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和残余位移等力学性能参数的影响;采用刚弹性模型和Bouc-Wen模型,建立了适用于整体结构分析的SMA螺旋弹簧简化恢复力模型,并利用该模型进行了数值模拟。结果表明:超弹性SMA螺旋弹簧具有稳定的滞回曲线,且具有良好的复位性能和大变形能力,可用于结构自复位控制装置的研发;数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了简化恢复力模型的正确性。     

空间网壳结构的节点-构件阻尼模型研究

目前尽管对已有的阻尼模型进行了大量研究,然而,经典黏性阻尼模型会过高估计阻尼力,无法真实地描述结构内未知的非线性的能量耗散,而非黏性阻尼模型应用于工程实践还存在诸多问题。针对网壳结构中的阻尼源,提出一种节点-构件阻尼模型,在节点处考虑节点与构件之间的摩擦阻尼效应,而构件的材料阻尼则认为与应力水平有关。以单层大跨空间网壳为例,对地震荷载作用下网壳结构的材料阻尼比进行评价,研究了不同阻尼模型对结构动力需求的影响。研究表明:1当材料能量耗散公式中的指数n取2.4时,该结构的平均材料阻尼比大约为0.45%~0.5%;2不同阻尼模型对网壳结构的动力需求、稳定性等参数影响显著,合适的阻尼模型的选择是对结构进行合理的抗震性能评估的前提条件,然而,在工程结构的动力分析中,这一事实往往被忽视;3提出的节点-构件阻尼模型的能量耗散主要依赖于材料的塑形变形能,从而在一定程度上消除了Rayleigh阻尼模型会过高估计结构内黏性阻尼力的缺陷。提出的这种阻尼模型,也可应用于其他形式的建筑结构体系(如平面网架)和建筑结构具有非比例黏性阻尼的情况。     

高温下螺栓球节点受拉性能试验研究

为了研究空间网架结构螺栓球节点高温下的受力性能,通过18个螺栓球节点试件高温下的受拉试验,得到了不同温度下螺栓球节点试件受拉承载力。试验结果表明:高温下试件破坏截面均位于高强度螺栓螺纹处,温度低于400℃时,试件发生脆性断裂;温度不小于400℃后,试件破坏时的截面颈缩明显,发生延性破坏。随着温度升高,螺栓球节点试件的刚度、极限荷载逐渐降低;温度超过300℃后,节点试件刚度、极限荷载下降很快。根据试验数据拟合得到了螺栓球节点受拉极限荷载折减系数表达式。与已有的高温下高强度螺栓材料的受拉屈服强度和极限强度折减系数相比,螺栓球节点的相应折减系数更低。     

NiTi形状记忆合金电阻特性研究

建立了NiTi形状记忆合金的电阻特性模型,分析了不同温度条件下, NiTi形状记忆合金不同相的电阻相对变化与应变之间的关系.对NiTi形状记忆合金丝的电阻特性进行了试验研究,验证了该模型的有效性.当利用NiTi形状记忆合金制作传感元件时,应根据使用条件来确定NiTi形状记忆合金的相变温度.     

形状记忆合金被动阻尼器及结构地震反应控制试验研究和分析

利用形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,简称SMA)的超弹性特性,本文提出了一种新型SMA阻尼器,将其安装在结构层间,抵抗结构地震作用。通过对阻尼器的构造设计,使其中的NiTi丝在结构振动过程中始终处于受拉状态,避免了合金丝的受压屈曲。文中首先针对一种直径为1.2mm的NiTi丝的超弹性特性进行了性能试验。试验结果表明,NiTi丝的超弹性滞回特性受其加载频率及循环圈数的影响,但当加载频率大于2Hz,加载循环圈数大于15圈后,该丝的超弹性滞回曲线趋于稳定。然后,将本文提出的SMA阻尼器安装在一个5层钢框架结构模型上进行了地震模拟振动台试验,验证了该SMA阻尼器可以有效减小结构的地震反应。最后,采用自回归(ARX)模型对无控和有控结构建模,分别采用最小二乘法和Kalman滤波法识别得到了无控结构和有控结构的ARX模型的参数,并由此进一步分析得到了无控和有控结构的各阶模态参数。     

采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点滞回性能试验研究

为研究采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点力学性能和耗能能力,对马氏体镍钛形状记忆合金材料进行了单调拉伸和形状记忆效应试验,对采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的梁柱节点进行了拟静力试验和加热修复后的再次试验。研究结果表明：镍钛合金具有较大的可回复应变,从而能够适应节点不同程度损伤状态的性能修复要求;采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点具有稳定的滞回性能和耗能能力;节点具有后期强化效应,能够一定程度上弥补或消除节点部位受损元件引起的节点性能退化;镍钛合金独特的形状记忆效应和优越的疲劳性能确保了镍钛形状记忆合金螺杆的可重复使用和复原节点性能的能力;螺杆应变过大将导致形状记忆效应衰退,加热修复后将产生残余变形。最后,通过与角钢连接和钢螺杆连接的钢框架梁柱节点的性能对比分析,发现采用马氏体镍钛形状记忆合金螺杆的钢框架梁柱节点具有更好的延性和能量耗散能力。     

NiTi 形状记忆合金环向预应力混凝土结构强化现象的研究

采用 NYL-80 型压力试验机进行抗压试验,用YJ-26型静态电阻应变仪测量各级荷载下对应的横竖向应变,同时观察和记录试件的破坏现象,研究了NiTi形状记忆合金环向预应力混凝土结构的强化现象.结果表明SMA环向预应力混凝土柱与同等条件的普通混凝土柱相比,其极限荷载和抗裂性能都有较大的提高.     

Computational studies on the seismic response of the State Route 99 bridge in Seattle with SMA/ECC plastic hinges

This paper reports a computational study on the seismic response of a three-span highway bridge system incorporating conventional and novel substructure details for improved seismic performance. The bridge has three continuous spans supported by two single-column piers and integral abutments founded on drilled shafts. It will be the first full-scale highway bridge to use superelastic shape memory alloy bars (SMA) and engineered cementitious composite (ECC) to mitigate column plastic hinge damage and minimize residual displacements after a strong earthquake. A three-dimensional computational model capturing the nonlinear constitutive response of the novel materials and the effects of dynamic soil-structure interaction was developed to assess the seismic response of the bridge in finite-element software OpenSees. Two versions of the same bridge were analyzed and compared, one with conventional cast-in-place reinforced concrete columns, and the other with top plastic hinges incorporating Nickel-Titanium (NiTi) SMA reinforcing bars and ECC. The novel SMA/ECC plastic hinges were found to substantially reduce damage and post-earthquake residual displacements in the bridge substructure, but led to larger maximum drifts relative to the bridge with conventional reinforced concrete plastic hinges. The analysis results suggested that the novel plastic hinges could lead to improved post-earthquake serviceability of bridges after intense earthquakes.     

新型形状记忆合金阻尼器参数对古塔结构减震效果影响分析

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性滞回耗能特性,根据古塔的受力和主要灾变特点设计提出一种适合古塔的新型SMA阻尼器,通过试验得出该阻尼器的双线性恢复力模型。探讨了基于该新型SMA阻尼器对古塔进行抗震加固的被动控制系统的设计方法,编制了该阻尼器在地震下的弹塑性分析程序,采用该程序,分析了该阻尼器的设计参数对古塔结构非线性地震反应减震效果的影响,为SMA阻尼器被动控制系统在古塔等类似古建筑结构中的实际应用和设计提供借鉴。     

Topology optimization and seismic collapse assessment of shape memory alloy (SMA)-braced frames: Effectiveness of Fe-based SMAs

This paper presents a seismic topology optimization study of steel braced frames with shape memory alloy (SMA) braces. Optimal SMA-braced frames (SMA-BFs) with either Fe-based SMA or NiTi braces are determined in a performance-based seismic design context. The topology optimization is performed on 5- and 10-story SMA-BFs considering the placement, length, and cross-sectional area of SMA bracing members. Geometric, strength, and performance-based design constraints are considered in the optimization. The seismic response and collapse safety of topologically optimal SMA-BFs are assessed according to the FEMA P695 methodology. A comparative study on the optimal SMA-BFs is also presented in terms of total relative cost, collapse capacity, and peak and residual story drift. The results demonstrate that Fe-based SMA-BFs exhibit higher collapse capacity and more uniform distribution of lateral displacement over the frame height while being more cost-effective than NiTi braced frames. In addition to a lower unit price compared to NiTi, Fe-based SMAs reduce SMA material usage. In frames with Fe-based SMA braces, the SMA usage is reduced by up to 80%. The results highlight the need for using SMAs with larger recoverable strains.     

基于ABAQUS的形状记忆合金本构研究

利用ABAQUS的用户材料子程序VUMAT编制了的形状记忆合金(Shape m emory alloys,SMA)超弹性本构模型,并将其本构模型嵌入到ABAQUS材料库中。基于ABAQUS程序以及上述形状记忆合金本构模型,本文计算分析了某含有SMA材料构件的12层剪力墙结构在地震荷载作用下的响应,验证了该子程序的正确性及准确性。     

设置超弹性SMA阻尼器的框架结构地震反应分析

将超弹性形状记忆合金 (SMA)阻尼器应用于框架结构的被动控制中。给出了超弹性形状记忆合金简化的本构模型 ,建立了结构 -阻尼器体系的力学分析模型及其一般方程 ,通过模型结构在地震作用下的控制仿真分析和对比 ,验证了SMA阻尼器用于结构被动控制所具有良好的控制效果