周期性隔震基础的优化设计与试验验证

周期性隔震基础是利用周期性结构的衰减域特性,将地震动与上部结构自振频率接近的频率范围内的能量衰减,从而控制上部结构响应的新型隔震装置。周期性基础的隔震性能受到多方面因素的影响,包括局域共振子的调谐频率比、质量比、阻尼比、基体的刚度、上部结构与基础的相互作用以及地震动的频谱特性等。目前尚未有研究综合考虑上述因素的影响并提出周期性基础的设计方法。提出以一组地震动作用下上部结构峰值响应衰减率的平均值为目标函数,对周期性基础进行优化的设计方法。计算结果表明,按照该优化方法得到的周期性基础对上部结构在选取的44条地震动作用下,峰值响应的平均衰减率达30%。参数敏感性分析表明,优化设计得到的周期性基础对于自身参数的变化具有良好的鲁棒性。最后利用缩尺振动台试验验证了优化设计得到的周期性基础的隔震性能,证明了优化方法的有效性和优化结果的正确性。     

无屈曲波纹钢板墙抗震性能与设计理论

提出了一种承载-消能双功能构件,即无屈曲波纹钢板墙。该构件通过利用波纹钢板自身较大的面外刚度,避免过早发生面外屈曲,以保证其在屈曲前可充分屈服消能。首先,通过波型参数分析,包括板厚、波高、波折角度等,得到了保证波纹墙在1/50层间位移角下不发生屈曲的最优波型,并针对波纹钢板的高厚比、宽厚比以及高宽比等进行了参数分析,分析结果表明,波纹钢板高厚比和宽厚比是影响波纹墙抗震性能的主要因素,对于波型7和波型10,当波纹钢板高厚比、宽厚比分别不大于临界值177、226时,在1/50层间位移角下不会发生面外屈曲。然后基于最优波型,提出了无屈曲波纹钢板墙的设计理论,得到了屈服承载力、极限承载力和初始抗侧刚度等理论计算公式,并利用2种最优波型共4个试件对设计理论和最优波型进行了试验验证。结果表明,高厚比(宽厚比)大于临界值的试件,在层间位移角1/50下发生了面外屈曲,而小于临界值的试件未屈曲,且滞回曲线饱满,承载力、刚度与理论值吻合较好。最后,提出了混合强化法则参数确定的简化计算方法,并利用得到的参数进行了试验数值模拟,以及参数分析了不同钢材对波纹钢板墙抗震性能的影响,分析表明,应优先采用伸长率大、屈服强度低的钢材。     

芯筒刚臂结构地震倒塌试验研究

对一个56层芯筒刚臂纯钢结构进行缩尺模型的振动台倒塌试验。试件缩尺比例为1∶40,主要构件材料根据相似关系选为紫铜。为了揭示地震波共振效应对结构的不利影响,选取天然波Chi-Chi TCU117以及基于该波根据频谱缩放方法得到的试验模型的一阶共振波作为振动台输入。试验中输入的地震波为7度小震水平。结构在天然波作用下保持完好,在一阶共振波作用下发生倾覆倒塌。根据试验数据得到了结构两种地震波作用下的惯性力,层间剪力以及倾覆弯矩包络。数据分析发现,具有共振特性的地震波作用下结构响应达规范反应谱值的10倍以上,峰值加速度仅在规范小震/中震等级时就能够导致结构倒塌。结构的倒塌模式为边柱破坏引起倾覆,与墨西哥地震中pino Suarez建筑类似。结构的伸臂使得楼层质量产生整体转动加速度,使得结构破坏位置转移到下层伸臂以上外柱受压承载力更薄弱的位置。     

贝301区块套损原因分析与预防

注水开发油田,油水井套管损坏是一种极为普遍的现象,但又各具特点。本文通过从平面、剖面、时间上总结呼和诺仁油田贝301区块套管损坏井的规律,并结合贝301区块实际,提出贝301区块地质构造特点,加密井调整时期的钻孔关井影响以及措施施工等套管损害机理。依据套管损坏原因,本着治理与预防相结合的方针,以预防断层复活,加强压力监测和油水井方案及时跟踪调整,控制注水压力等方面减少和控制套管损坏。最后,简单叙述对油田套管损坏的认识。     

无屈曲波纹钢板剪力墙简化分析模型研究

无屈曲波纹钢板剪力墙是一种兼具承载和消能双功能的新型钢板剪力墙,它通过钢板波折的方法来提高自身的面外刚度,避免了普通钢板墙面外刚度小、易屈曲,屈曲约束钢板墙需额外设置面外约束部件的缺点,因此在工程中得到了越来越广泛的应用。根据无屈曲波纹钢板剪力墙的力学性能,在弹性设计阶段提出了等向交叉支撑模型和正交异性平面壳单元模型,在弹塑性验算阶段提出了基于Bouc-Wen模型的水平轴向弹簧模型和基于三线性本构关系的水平剪切板模型。然后,将上述模型与有限元ABAQUS模型进行了对比,验证了上述弹性和弹塑性简化分析模型的准确性。最后,通过设计算例给出了无屈曲波纹钢板剪力墙的设计流程,包括其在弹性设计和弹塑性验算阶段的模拟,以供设计人员参考。     

Q460高强钢焊接H形柱轴心受压力学性能数值分析

为了考察国产Q460高强钢焊接H形柱的轴心受压力学性能,对6个已有焊接H形柱的轴心受压试验进行了数值分析。数值分析采用作者编制的数值积分法电算程序和通用有限元软件ANSYS。以考虑了实测初始挠度、初始偏心及简化残余应力分布的数值模型,计算Q460高强钢焊接H形柱轴心受压的极限承载力与荷载-挠度曲线。发现数值积分法与有限单元法所计算试件的荷载-挠度曲线基本重合。为了验证数值模型的准确性,将数值分析结果与已有试验结果进行对比;并通过对比简化残余应力分布模型与实测残余应力分布对试件极限承载力、荷载-挠度曲线的影响,检验简化残余应力分布模型的准确性。结果表明:考虑了初始几何缺陷及简化残余应力模型的数值积分法与有限单元法均可较为准确地预测Q460钢焊接H形柱的受压力学行为。采用简化残余应力模型预测Q460钢焊接H形柱极限承载力较实测残余应力分布偏保守。     

Q460高强钢单调与反复加载性能试验研究

通过对Q460高强钢进行单向拉伸与反复加载下材料性能试验，得到了各试件单调拉伸和反复加载下的应力-应变关系曲线，以及反复加载下的骨架曲线，并将试验结果与文献研究结果进行了对比。试验结果表明：单向拉伸材性试验中，11 mm厚Q460C高强钢板的平均断后伸长率为23.7%，屈强比为0.847； 21 mm厚钢板的平均断后伸长率为30.4%，屈强比为0.792；Q460钢的循环硬化程度比Q345钢明显减弱，主要原因是随着钢材强度的提高，钢材的屈强比增大，钢材的应变强化效应减小。根据钢材反复加载的滞回曲线，提出了Q460高强钢材的应力 应变滞回模型，用该模型计算得到的关系曲线与试验曲线对比，两者吻合较好。     

双阶屈服屈曲约束支撑框架小震参数分析

为了弥补常规屈曲约束支撑在多遇地震作用下处于弹性状态,不能发挥消能减震作用的不足,提出了一种将金属套管阻尼器与屈曲约束支撑组合形成的双阶屈服屈曲约束支撑,经试验验证其具有良好、稳定的小震及中大震下的滞回特性。在小震作用下,金属套管阻尼器屈服消能,屈曲约束芯板保持弹性承载。借助有限元软件ETABS建立了一系列双阶屈服屈曲约束支撑框架模型,通过改变支撑与框架刚度比、阻尼器与芯板的轴向刚度关系以及套管阻尼器的屈服比例,对各模型进行小震作用下的动力弹塑性分析,将各模型基底剪力和最大层间位移角与相应的常规屈曲约束支撑框架的分析结果进行对比。结果表明:双阶屈服屈曲约束支撑与支撑芯板的轴向弹性刚度比取2左右,阻尼器屈服比例取0.3左右时,可取得较好的减震效果; 双阶屈服屈曲约束支撑的参数取值改变,对降低结构地震响应的影响趋势不因支撑与框架刚度比不同而改变; 当支撑刚度贡献较大时,相较常规屈曲约束支撑,双阶屈服屈曲约束支撑的设置能降低结构的层间位移角,若要同时降低基底剪力,阻尼器屈服比例不宜高于0.3。     

屈曲约束钢板剪力墙约束板研究(I)——理论模型与刚度需求

首先基于薄板小挠度理论,给出了两边连接钢板剪力墙(两对边固支两对边自由)几何边界条件和内力边界条件的挠曲面函数近似表达式,然后利用瑞 利—里兹法得到钢板剪力墙的弹性屈曲承载力,并借助于有限元分析方法,得到其屈曲系数的简化计算公式。同时,通过考虑弹塑性屈曲的影响,以及芯板 的削弱、约束板与芯板非连续接触等因素,对屈曲系数的计算公式作进一步修正,最终确定了约束板的刚度需求设计公式。     

多道负刚度阻尼伸臂结构减震性能的随机响应分析

针对传统黏滞阻尼伸臂(conventional damped outrigger, CDO)结构中由于外柱刚度有限造成最大附加阻尼比受限的不足,引入负刚度机制,将负刚度装置与阻尼器并联,形成负刚度阻尼伸臂(negative stiffness damped outrigger, NSDO)结构,在降低阻尼需求、控制结构的风振及地震作用响应方面具有显著的优势。基于连续化的Timoshenko梁建立多道负刚度阻尼伸臂结构的简化分析模型,并通过虚拟小质量法建立核心筒-伸臂结构的状态空间方程,最终通过求解Lyapunov方程得到结构的随机地震响应。并以两道伸臂为例,对两道NSDO(简称“2NSDO”)结构、两种布置方案的混合伸臂结构进行了随机地震响应参数化分析。结果表明：与传统阻尼伸臂结构相比,合理设置的NSDO结构的减震效果明显提高,层间位移角与无控结构(仅核心筒)层间位移角之比(即层间位移角减震效果)从0.68降至0.25以下,有害层间位移角的减震效果从0.71降至0.4以下,加速度、基底剪力和倾覆弯矩的减震效果均从0.7左右降至0.5以下;对比不同的NSDO布置形式,对于有害层间位移角、...