基于改进Bouc-Wen模型的RC柱数值模拟方法

为模拟钢筋混凝土(RC)柱进入非线性状态后的力学性能,首先,提出了一种改进Bouc-Wen模型,从刚度退化、捏拢效应与非对称特性等方面对Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN)模型进行修正,并结合参数规一化处理与混沌粒子群算法建立模型参数识别方法。然后,实现了改进Bouc-Wen材料在OpenSees平台中的二次开发,并应用该材料定义RC柱塑性铰的弯矩-转角关系,完成基于集中塑性铰模型的RC柱数值建模。最后,根据钢筋混凝土柱的低周往复加载试验数据,分别通过直接识别水平恢复力-侧移曲线与集中塑性铰数值建模的方法描述RC柱的滞回特性。与试验结果对比表明:改进Bouc-Wen模型模拟精度较BWBN模型有明显提高;纤维模型的计算精度依赖设计信息的准确性,未能较好地模拟经历性能变化后RC柱的非线性响应;基于改进Bouc-Wen模型的数值建模方法能够更为准确地模拟经历震损后RC柱的刚度退化、捏拢效应与非对称特性。     

古建木构枓栱侧向刚度的试验研究

通过对典型枓栱的模型的低周反复荷载试验,研究了枓栱侧向刚度的退化规律.试验得出枓栱的力-位移滞回曲线及骨架曲线,并拟合出了力-位移的关系方程和枓栱恢复力模型,由试验结果给出枓栱侧向刚度的线性变化.通过试验得出以下主要结论:枓栱以水平滑移变形为主,并通过摩擦滑移起到耗能、隔振的效果;枓栱的滞回曲线呈平行四边形,形状饱满外包络面积大,说明枓栱具有良好的滞回耗能特性;枓栱的力学模型属于线性强化弹塑性模型.恢复力模型反应了枓栱恢复力特性及刚度变化规律,适应于同类木结构的静力传递和结构动力分析计算研究.研究结果为古建筑的抗震性能研究和修缮加固提供了理论基础.     

型钢高强高性能混凝土框架节点P-Δ恢复力模型

为了解地震作用下型钢高强高性能混凝土框架梁柱节点的滞回性能和恢复力特性,进行了5榀1∶4比例不同混凝土强度等级、不同轴压比的框架中节点低周反复加载试验。在试验所获得的滞回曲线和骨架曲线的基础上建立了适合于型钢高强高性能混凝土框架节点的考虑刚度退化的三线型恢复力模型。该恢复力模型包括一条基于计算的三折线骨架曲线模型、刚度退化规律以及基于试验现象的滞回规则。所提出的恢复力模型能较好地反映试件的滞回性能,可供型钢高强高性能混凝土框架节点及其结构在进行弹塑性地震反应分析时参考。     

层内混杂FRP加固混凝土柱恢复力模型研究

为了给混杂FRP加固混凝土结构的弹塑性分析和加固设计提供计算模型,根据层内混杂FRP加固混凝土柱抗震性能的试验结果,以退化三线形模型为基础,通过回归分析,考虑了轴压比、体积配箍率和体积含纤率的影响,提出了混杂FRP加固混凝土柱的骨架曲线特征点参数确定公式和滞回曲线退化刚度确定公式.结果表明,所建立的恢复力模型骨架曲线和滞回曲线与试验值比较吻合.     

反复荷载作用下的异形柱框架滞回性能

基于一榀三层两跨的异形柱钢筋混凝土框架结构拟静力试验,研究了异形柱框架的抗震性能,分析了反复荷载作用下异形柱框架的滞回曲线,并根据顶层滞回曲线得到骨架曲线及相应的恢复力模型和异形柱框架结构的强度、刚度退化等性能。试验结果表明:异形柱框架结构刚度退化不明显,抗震性能良好;由试验计算得到的框架恢复力模型可为工程设计和非线性有限元分析提供参考。     

基于分层壳的装配式剪力墙抗震性能模拟分析

预制装配式混凝土结构在我国得到了大力发展,其中剪力墙结构体系应用最为广泛,如何准确和高效地模拟装配式剪力墙构件及体系的抗震性能是设计中亟须解决的关键问题之一。为了兼顾计算精度和成本,基于分层壳单元和考虑钢筋与混凝土滑移效应的Clough本构模型,建立了现浇和装配式剪力墙抗震性能分析的有限元模型。结合已有现浇和装配式剪力墙抗震性能试验,对所建立的有限元模型进行了试验对比验证,重点分析了不同模型参数取值对不同形式的剪力墙滞回性能模拟结果的影响规律。结果表明:基于分层壳的模型可以很好地模拟以弯曲破坏为主的剪力墙抗震性能,包括捏拢效应和刚度退化等性质;对于以剪切破坏为主的剪力墙,模型也能较好反映其损伤及破坏等定性规律,但是滞回曲线的刚度退化还存在一些差异,说明现有的弹塑性损伤本构还不能很好地反映往复加载下混凝土的剪切行为。该研究可为装配式剪力墙结构体系的抗震性能分析和评估提供参考。     

基于概率密度演化的物理系统随机涨落分析

简要介绍了Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN)滞回模型,此模型能够较好地反映结构构件在低周反复荷载试验中表现出来的强度退化、刚度退化和捏拢效应等基本非线性特性。利用概率密度演化方法,研究自振圆频率为随机变量时,结构非线性响应的涨落特性。研究发现自振圆频率的微小变异会使得结构的响应发生较大的涨落。分析结构动力响应时考虑结构参数的随机性有着极为重要的意义。     

非弹性结构体系的概率地震损伤分析

综合考虑强度退化、刚度退化、捏拢效应等典型滞回特性的影响,提出了双向激励下非弹性体系地震损伤分析的新型数值模型。结合所筛选的69条地震记录,定量地分析了双向地震激励、强度退化、刚度退化、捏拢效应等因素对地震损伤指标的概率统计特征的影响。计算结果显示：非弹性双自由度体系的地震损伤指标可以描述为Frechet或Lognormal分布随机变量;双向激励下非弹性双自由度体系的地震损伤指标可以近似表达为单向激励下非弹性单自由度体系的地震损伤指标的平方和开方;减小结构的屈服后刚度或考虑强度退化、刚度退化和捏拢效应的影响可以明显加剧结构的地震损伤程度。     

GFRP加固RC桥梁短柱滞回性能试验与分析

对3个抗剪承载力不足桥柱在恒定轴力作用下进行拟静力试验，分析了反复水平荷载作用下GFRP约束短柱的滞回曲线，并根据滞回曲线进一步得出了约束混凝土构件的骨架曲线及相应的恢复力模型，研究了其延性、强度与刚度的退化等性能。并在此基础上，利用数值计算方法对瓣约束钢筋混凝土桥梁短柱的恢复力模型进行了理论分析。结果表明，理论分析结果与试验结果吻合良好，可为约束钢筋混凝土结构的弹塑性动力分析提供参考。     

层内混杂FRP加固混凝土剪力墙抗震性能试验

为了将延性好的混杂纤维布(HFRP)用于结构抗震加固,试验研究了4个HFRP加固钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,分析了HFRP加固剪力墙的破坏特征、滞回曲线、延性、骨架曲线以及耗能能力,探讨了剪跨比对HFRP加固效果的影响.试验表明:粘贴HFRP能使混凝土剪力墙刚度退化变缓,HFRP对减缓低矮剪力墙刚度退化的作用要优于中高剪力墙;HFRP能显著提高剪力墙的延性,对改善中高剪力墙延性的作用更加明显;HFRP加固剪力墙试件的延性、耗能性能良好,滞回曲线丰满,捏拢程度变轻。     

多晶SrRuO3磁性的Preisach研究

测量了多晶SrRuO3的零场冷却(ZFC)和加场冷却(FC)的磁化强度随温度的变化关系,以及不同温度下的磁滞回线。考虑热涨落和自由能壁垒随温度的变化,用Preisach模型对测量数据进行了拟合。数值模拟再现了测量结果的变化规律,其中包括各温度下的磁滞回线,不同外磁场下的ZFC、FC磁化强度曲线等。对拟合得到的巴克豪森跳跃谱的有关参数进行了讨论。     

多晶Sr0.6Ca0.4RuO3磁性的 Preisach 研究

测量了多晶Sr0.6Ca0.4RuO3的零场冷却(ZFC)的磁化强度随温度的变化关系,以及不同温度下的磁滞回线.考虑热涨落和自由能壁垒随温度的变化,用Preisach模型对测量数据进行了拟合.数值模拟再现了测量结果的变化规律,其中包括各温度下的磁滞回线,不同外磁场下的ZFC磁化强度曲线等.对拟合得到的巴克豪森跳跃谱的有关参数进行讨论,在多晶磁性材料理论上给出了一定的指导.     

Fe3O4纳米颗粒的磁性研究

测量了Fe3O4 纳米颗粒的零场冷却(ZFC)和加场冷却(FC)时的磁化强度随温度的变化关系,以及不同温度下的磁滞回线(Loop).用Preisach模型对测量数据进行了拟合,其中主要考虑热涨落和自由能壁垒随温度的变化,数值模拟结果再现了Fe3O4 纳米颗粒的各种磁化强度的变化规律.又对拟合得到的巴克豪森跳跃谱的有关参数进行讨论,讨论结果在纳米颗粒表现出的超顺磁性上给出了一定的理论指导.     

Mechanical hysteresis of hexagonal boron nitride

Hexagonal boron nitride (h-BN) is an important structural material with layered microstructure.Because of the plastic anisotropy,this material shows obvious mechanical hysteresis (nonlinear elastic deformation).There are hysteretic loops at the cyclical load-unload stress-strain curves of h-BN.Consequently,two hot-pressed h-BN cylinders with different textures were studied.The mechanical hysteresis is heavily texture-dependent.The area of hysteretic loop is linearly related with the square of loading stress-level.Two minor loops attached on the hysteretic loops with the same extreme stresses have congruent shapes.It can be concluded that the mechanical hysteresis of h-BN can be explained by a Kink Nonlinear Elastic model developed from the study of a ternary carbide Ti3SiC2.     

碳纤维布加固钢筋混凝土厂房柱的滞回性能研究

通过对碳纤维布加固后的柱子力学性能的分析,借助于纤维梁柱单元模型,分析了碳纤维布加固前后的柱子的滞回性能特点,分析表明碳纤维加固后的柱子滞回环呈现捏拢效应.纤维模型可以较为准确的计算出加固后柱子的弯矩,曲率等力学参数.     

筑坝料动力分析中的Bouc-Wen模型及其参数研究

Bouc-Wen光滑滞回模型因其能够描述动力荷载下的复杂非线性,广泛应用于材料的动力分析。为研究筑坝料在循环加载条件下动剪切模量和阻尼比以及累积变形等复杂动力特性,将Bouc-Wen模型应用于土体,绘制应力应变滞回圈并分析其模型参数;采用参数敏感性分析方法研究Bouc-Wen模型,并对动力试验数据进行数值模拟;讨论模型参数变化对土体应力应变滞回圈及动剪模量和阻尼比的影响。根据国内外筑坝料动力试验数据统计得到筑坝料模量衰减及阻尼比增长的均值曲线,应用MATLAB软件编制遗传算法程序确定模型参数;利用GDS动三轴仪探究糯扎渡土石坝的心墙掺砾土在循环荷载下的累积变形特性,并应用Bouc-Wen模型对循环三轴试验测得的应力应变滞回圈进行数值模拟。基于参数分析和数值拟合结果,本文提出适用于筑坝料的Bouc-Wen模型参数范围;筑坝料动剪模量衰减曲线和阻尼比增长曲线拟合结果均方误差小于0.4%;糯扎渡掺砾土循环三轴试验8个振动周期累积应变试验值与模型预测值分别为1.2%和1.18%。基于本文研究得到的模型参数范围,Bouc-Wen模型可以有效地模拟筑坝料动模量阻尼和累积变形特性,为筑坝料动力分析提供帮助。     

钢筋混凝土梁柱边节点滞回性能数值模拟

为准确模拟梁柱边节点在地震条件作用下的滞回响应,建立考虑黏结退化机制的梁柱边节点有限元模型。基于ANSYS有限元平台,采用Voce-Chaboche混合强化模型定义钢筋的循环本构关系,开发组合弹簧单元实现往复荷载作用下钢筋与混凝土间的黏结退化机制,根据损伤理论提出往复荷载作用下黏结滑移本构关系预测模型。有限元计算得到的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、应力云图与试验结果的对比表明：混合强化本构能更好地描述往复荷载作用下钢筋的滞回响应,组合弹簧单元成功地反演了往复荷载作用下钢筋与混凝土的黏结退化特征,往复荷载作用下节点梁中塑性铰的发育导致梁塑性伸长,将对边节点柱造成不利影响,梁柱边节点数值模拟结果与试验结果吻合良好,为准确模拟梁柱边节点的滞回性能提供了理论基础和技术平台。     

不同边缘构件约束的剪力墙抗震性能

采用空间纤维模型作为宏观分析工具,提出了一个考虑刚度退化、强度退化和捏拢效应等特征的剪切力-变形滞回模型,对采用3种不同端部约束的剪力墙模型进行了反复加载非线性模拟分析,取得了与试验结果吻合的计算结果,证明所采用的计算方法能有效地模拟剪力墙构件在不同端部约束条件下的抗震性能和破坏机理.然后利用该分析方法对一系列不同端部约束形式剪力墙进行分析比较,来进一步探求端部约束对剪力墙抗震性能的影响规律.     

A five-parameter constitutive model for hysteresis shearing and energy dissipation of rock joints

Rock joints exhibit hysteresis shearing behavior and produce energy dissipation under shear cyclic loads, which however cannot be accurately depicted by existing constitutive models. This paper establishes a constitutive model for hysteresis shearing and associated energy dissipation of rock joints. Analytical expressions of the model during cyclic shearing processes are derived. Derivation of the model indicates no energy dissipation in the elastic stage. When the shear load exceeds elastic boundary, nonlinear energy dissipation takes place. Validations with experiments show that the proposed model provides good conformities with direct shear curves and hysteresis loops, and can predict the energy dissipation characteristics of rock joints under different working conditions. Compared to the constitutive models using Weibull’s distribution, the proposed one is smooth at the elastic boundary and can accurately capture the maximum shear stress. Unlike the existing incremental-type models, the proposed one provides clear and direct analytical expressions for both shear stress and energy dissipation during the whole displacement domain, which is more convenient in application.     

磁滞回线的一种近似数学模型

本文试图采用一种近似的数学模型来描述磁滞回线。文章对模型中所含有的影响回线形状和性状的参数进行了分析和讨论。