古建筑榫卯节点抗震性能试验

为保护古建筑,采用低周反复加载试验方法,基于故宫太和殿某开间梁柱尺寸,制作了1∶8的缩尺比例的4梁4柱模型,考虑榫卯节点形式为燕尾榫,进行了低周反复加载试验,研究了古建筑榫卯节点的抗震性能.通过试验,获得了榫卯节点的M-θ滞回曲线,分析了节点的骨架曲线、耗能能力、刚度退化及延性性能,归纳了节点恢复力拟合曲线计算公式.结果表明,古建筑榫卯节点的M-θ滞回曲线以Z形为主,具有明显的捏拢特性;随着节点转角增大,其骨架曲线趋于平缓,体现了良好延性;节点承载力较小,耗能能力及刚度随着转角增大而降低.     

考虑翼缘横向弯曲的波纹腹板梁弯曲特性研究

波纹腹板工字钢梁是一种新型的梁结构形式,在面内载荷作用下,这种结构的翼缘会产生横向弯曲作用,导致翼缘弯曲应力复杂化。根据Abbas的横向弯曲理论,求解了面内集中载荷作用下、正弦波纹腹板工字钢简支梁的翼缘横向弯曲应力的解析式,给出了相同条件下其它波形的波纹腹板梁结构的弯曲应力的求解策略,采用有限元技术验证了提出的公式和方法,之后讨论了载荷移动时翼缘总弯曲应力的特性,提出"弯曲强度计算时必须考虑翼缘横向弯曲的作用,但在结构疲劳性能分析时可以忽略其新增的循环载荷的影响"的结论。     

某型无人机复合材料机翼大梁准等强度设计与有限元分析

以某型无人机复合材料机翼工字型大梁准等强度设计与优化为目标,研究了复合材料工字梁基于载荷分段的设计方法与铺层优化方法。计算了机翼大梁弯矩方程,采用等步长载荷包络方法给出了准等强度大梁的载荷分布,计算了缘条和腹板的内力方程。基于复合材料层合结构设计的基本原则,采用经典层合板理论对大梁进行了初步铺层设计。以结构强度、刚度、稳定性作为约束条件,综合考虑最小重量要求,在分段包络安全载荷作用下对工字梁铺层进行了分段优化设计。建立了工字梁的有限元模型,基于有限元分析结果校核了工字梁的强度、刚度和稳定性。研究结果表明:采用等步长载荷包络方法能够方便地计算非均布弯矩作用下机翼大梁的准等强度设计载荷;基于经典层合板理论进行工字梁铺层初步设计,建立工字梁有限元模型能够有效、快速地对工字型机翼大梁在分段包络安全载荷作用下的铺层进行分段优化设计,同时完成大梁的强度、刚度与稳定性校核;大梁结构减重可达29%;铺层设计时必须考虑受压缘条和受剪切腹板的稳定性问题,否则大梁根部高应力区会出现局部屈曲。     

循环荷载下钢筋混凝土柱滞回性能数值模拟

基于OpenSees平台,分别采用梁柱纤维单元和带塑性铰梁柱纤维单元建立了钢筋混凝土单柱的纤维模型和纤维铰模型,对循环荷载下的钢筋混凝土单柱非线性滞回反应进行了数值模拟.通过与试验结果的对比,验证了两种模型的模拟效果,并对模拟结果进行了分析讨论.研究表明,采用纤维模型可以较真实地模拟循环荷载下钢筋混凝土柱的非线性滞回性能,模拟结果能够较好地反映钢筋混凝土柱在反复加载过程中刚度和强度退化及捏拢现象,材料本构参数、积分点数目及纤维铰模型中的塑性铰长度对模拟效果有着重要的影响.     

电动客车铝合金车身榫卯节点弯曲性能研究

针对铝合金型材难焊、怕焊的特点,设计了一种用于电动客车铝合金骨架的榫卯连接节点,对铝合金型材梁、榫卯节点及加强榫卯节点三种结构开展了三点弯曲性能试验,研究比较了三种结构的破坏模式、力学性能和应变分布。研究结果表明,型材梁破坏模式主要是腹板屈曲变形及下翼缘受拉断裂,榫卯节点及加强榫卯节点能够减少单根卯梁腹板受力过程中的屈曲变形,两者的失效主要表现为卯梁下翼缘处焊缝开裂。在三种样件中,加强榫卯节点峰值力最高,型材梁弯曲刚度、吸能效果均优于其它两种样件。相同弯曲力下,榫卯节点卯梁腹板处应变高于型材梁,节点加强后,卯梁腹板应变有所减小,翼缘处应变增大。     

木壳屈曲约束支撑低周反复加载试验研究

为了提高胶合木框架结构的抗震性能,对4根不同构造形式的木壳屈曲约束支撑（timber buckling-restrained braces,简称TBRB）进行低周反复荷载试验,分析了木壳屈曲约束支撑的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线及延性等抗震性能。试验结果表明：试件的破坏形态主要为钢内芯拉断、钢内芯局部屈曲和木材局压破坏、胶合木开裂和钢内芯多波屈曲;所有试件的滞回曲线基本上呈梭形,耗能良好,初始刚度较大,低周反复荷载下支撑刚度退化明显;经内衬钢板和端部加强的木壳屈曲约束支撑的耗能能力、延性、极限承载力均优于其余3种构造,但对初始刚度影响不大。研究结果表明,内衬钢板和端部加箍的木壳屈曲约束支撑可实现更好的抗震性能,具有良好的实践性,可为胶合木框架结构抗震设计提供参考。     

惯性载荷作用下的框架结构安全性研究

对飞行器、车辆的整体结构进行安全性分析时,考虑惯性载荷的计算模型显然更符合实际情况。笔者从结构可靠性分析的基本理论出发,提出了考虑动荷系数时,空间框架结构强度可靠性分析的方法,推导了梁板结构安全余量、惯性力和位移对随机变量灵敏度的计算公式。通过编制相应程序,用泰勒展开随机有限元设计验算点法研究了某客车车身结构的可靠性。算例表明:考虑惯性载荷的作用后,车身结构的失效概率有所增大,安全性降低,惯性力的影响不能忽略。     

波纹腹板工字钢梁翼缘横向弯曲应力研究

波纹腹板工字钢梁是一种经济高效的新型梁结构形式,由于腹板波形的存在,该结构除了承,整体弯曲作用之外,还承受翼缘横向弯曲作用.针对正弦波纹腹板工字钢梁结构,建立了承受面内集中载荷作用下正弦波纹腹板工字钢简支梁的横向弯曲应力求解方程,并给出了采用其他波形的相似结构横向弯曲应力的可行计算方法,最后对翼缘横向弯曲的影响因素以及翼缘横向弯曲与梁整体弯曲之间的关系进行研究.     

罕遇地震下自定心支撑张弦桁架振动响应分析

针对带自定心耗能支撑张弦桁架在罕遇地震作用下的振动响应,将自定心耗能支撑与大跨张弦桁架结构相结合,利用有限元软件建立单榀带自定心耗能支撑张弦桁架的分析模型,采用弹塑性时程分析研究结构在罕遇地震激励下主桁架结构屈服时的振动响应。分析结果表明,自定心耗能支撑能够改善结构的振动特性,可有效减小结构震后残余变形。研究了自定心耗能支撑的启动力、启动位移和强度比等关键滞回参数对结构振动响应的影响,结果表明:增大支撑启动力可以有效控制水平方向的残余变形;减小支撑强度比可以增强自复位能力,但会降低支撑自身耗能能力;启动位移对结构峰值位移有一定影响,对残余变形影响较小,但当启动位移过大时,支撑的自复位能力会有所降低。     

基于VIC-3D技术的自复位梁柱节点抗震性能试验

为降低强震对传统钢筋混凝土框架结构梁柱节点的破坏水平,提升梁柱节点在震后的可修复性,设计了一种内置超弹性形状记忆合金（shape memory alloy, 简称SMA）筋的新型自复位梁柱节点。基于对不同配筋构造形式和SMA筋不同配筋率等因素的考虑,设计制作了4个1/5缩尺比例梁柱节点并进行了拟静力试验。通过非接触全场应变测量系统（video image correlate-3d, 简称VIC-3D）对低周往复加载作用下各节点塑性铰区的整体位移和应变进行了实时测摄,获得了相应的竖向位移和主应变全过程云图。对起裂阶段、裂缝发展阶段和自复位阶段3个阶段进行研究,对比分析了各节点的破坏过程以及耗能能力、位移延性、刚度退化和自复位等性能。试验结果表明：内置超弹性SMA筋可有效提升节点的滞回耗能和自复位性能,延缓塑性核心区混凝土的开裂,改善开裂后的损坏程度,提升节点的经济可修复性;一定范围内,增大SMA筋配筋率可有效延缓节点的刚度退化速度,但对节点的极限承载力和自复位性能的提升影响不大。     

钢-BFRP复合筋混凝土柱试验与骨架曲线模型研究

为了研究钢-玄武岩纤维(basalt fiber reinforced polymer,简称BFRP)复合筋混凝土柱的抗震性能,以复合筋的纤维含量(等效配筋率)为主要参数,开展了4个钢筋与复合筋混凝土柱的抗震性能试验。试验结果表明,随着复合筋二次刚度比的提高,构件承载力也有明显提高,构件具有较为显著的屈服后刚度。在试验基础上提出了钢-BFRP复合筋混凝土柱骨架曲线理论模型,建立了骨架曲线特征点参数与结构特性之间的解析关系,该表达式能够综合考虑矩形构件截面尺寸、轴压比和复合筋本构关系及配筋情况等参数影响。该模型与试验结果吻合较好,对普通钢筋混凝土柱也具有较好的预测性,说明该理论模型具有一定的实用性和精确性,可实现利用杆系模型开展结构层次的建模,供混凝土框架结构非线性分析参考。     

螺旋压力机闭式框架结构的纵向变形研究

研究了平面闭式框架结构的力学模型。以分布载荷特征来模拟上、下横梁实际的载荷分布更为接近真实情况。依据能量法及卡氏定理,推导出了平面闭式框架系统的纵向变形计算公式。应用这些方程可分别计算弹性变形量、上横梁及下横梁的挠度、剪切变形量及立柱伸长变形量。而更准确的计算框架系统的纵向弹性变形量和变形比,对确定框架系统的刚度是非常重要的。笔者给出了框架系统纵向弹性变形量及变形能的计算公式。使用自制的位移传感器和压力传感器测量了J53-300螺旋压力机框架结构的变形并与理论计算值进行比较,发现最大误差不大于6.4%。     

薄壁钛合金舱体制造技术

探讨了薄壁钛合金舱体的制造工艺技术,舱体采用典型的焊接结构,主要零件是蒙皮、法兰端框、环状加强框、口框等。采用热成型、数控机加工和多种焊接方式的组合制造方法,为设计提供了一种完全不同于铸造的钛合金零组件制造工艺。这种工艺方法完全能够制造出满足设计要求的高强度钛合金舱体,为型号研制提供了一种成熟、可靠、高效的制造工艺方法。通过产品焊接工艺试验,完成了舱体的研制,产品质量稳定可靠,满足了产品设计需求。     

大型六轴数控移动回转压头框式液压机上横梁可靠性分析

针对大型六轴数控移动回转压头框式液压机的特点,分析了液压机可靠性设计过程,建立了可移动载荷的上横梁强度和刚度计算模型及可靠性分析模型.采用验算点法( FORM)及蒙特卡罗法(MCM),利用MATLAB进行编程,计算其应力、变形及强度与刚度的可靠度,分析了强度与刚度及其可靠性随压头移动时油缸加载偏心距的变化规律,即随着偏心距的增大强度及刚度的可靠性呈增大趋势.     

Modélisation de nœuds mixtes acier–béton soumis à des sollicitations sismiques

The paper deals with the three-dimensional finite element modelling of typical beam-to-column intersection zone of composite frames under earthquake horizontal loading. The modelling takes into account the non-linear material properties of the different components: column, longitudinal beam, transverse beam, reinforced concrete slab and shear connectors. The studied element is the longitudinal composite beam, which is chosen to dissipate the earthquake energy. The paper presents the basic modelling, its calibration on a subassembly tested experimentally and a part of the parametrical study performed with the model. The important results obtained for the behaviour of the beam subjected to sagging bending in an exterior node configuration and for the behaviour of the beam subjected to hogging bending at one side of the node and sagging bending at the other side in an interior node configuration are presented.     

岸桥门框连接斜撑布置研究与优化

针对某型号岸边集装箱桥式起重机门框斜撑进行优化设计。首先应用结构拓扑优化技术,建立斜撑拓扑优化设计的模型;通过拓扑优化设计,得到三种斜撑的布置方案。然后基于斜撑的抗风振要求对斜撑进行尺寸优化,得到满足设计条件的质量最轻的优化结果。通过对优化后的斜撑结构在岸桥整机上的刚度和强度校核,验证了提出方法的有效性。     

电动轮自卸车车架结构抗疲劳轻量化设计

针对传统经验式设计的电动轮自卸车车架结构存在刚度不足、焊缝开裂、重量冗余,以及自身固有频率与非簧载质量激励频率接近而可能发生共振等问题,开展车架结构性能多目标优化设计的研究。首先,基于变密度法和SIMP插值模型对原始车架结构进行了考虑疲劳寿命约束的多目标拓扑优化设计,得到了满足静态多工况下柔度最小和多阶低阶固有频率最大的拓扑优化结构。再次,基于Kriging近似模型的抗疲劳轻量化设计,利用非支配排序多目标遗传算法进行全局寻优,优化后的车架结构质量比原始车架结构质量减少4.24%,且车架结构在同样载荷作用下的应力分布更加均匀,车架强度、刚度、动态特性和疲劳寿命等性能均得到改善。     

小型电动汽车车架的设计与轻量化改进

车架作为电动汽车的主要承载结构,其强度和刚度在汽车总体设计中起着非常重要的作用,车架的轻量化研究也具有重要意义。以小型电动汽车为研究对象,设计一款车架,建立有限元模型,分析其在弯曲和扭转2种工况下的应力和变形,并对车架进行模态分析;根据分析结果,以轻量化为目标对车架进行优化,运用截面尺寸优化方法,通过改变梁的横截面面积和改变车架体积,最终实现车架的轻量化。结果表明,车架质量较初步设计减少了10.6%,强度和刚度均符合要求,车架的轻量化目标基本完成。     

The strength of beam-to-staggered column connections of rectangular hollow sections

Not infrequently, a column segment within the a storey of a structural frame must be laterally displaced to accommodate the requirements of the users of a building. The ensuing beam-to-staggered column connection is the subject of this paper.Results are reported of an experimental programme of such connections consisting of square hollow section columns sandwiched between rectangular hollow section (RHS) beams. Specimens tested had beam depth-to-width ratios varying from 0.40 to 2.50. The clear stagger distance-to-beam depth ratio was either 0.5 or 1.0.Two theoretical strength limits are developed employing a modified yield line method that incorporates both yield and ultimate stress values. It is found that the observed failure load lies generally in the range between the two strength limits predicted by theory. The variation of the beam outer web efficiency with beam aspect ratio and gap-to-depth ratio is also discussed.