铅芯橡胶隔震支座大变形硬化模型及隔震结构弹塑性分析研究

对直径为600 mm和1100 mm的铅芯橡胶支座进行了剪切变形400%的水平大变形剪切试验,试验结果表明支座在240%剪切变形后发生屈服后刚度增大现象,且硬化刚度随剪切变形的增大而增大,400%剪切变形时刚度硬化增加到1.5倍。根据试验结果进一步提出了一种考虑硬化效应的铅芯橡胶支座多线性大变形硬化恢复力模型,并将此模型用于Perform-3D软件中。对8层隔震结构进行不同地震烈度下的弹塑性分析,支座分别采用传统双线性模型与多线性大变形硬化模型,对比分析结构的地震动响应、弹塑性反应谱以及塑性耗能情况。结果表明在大震下隔震支座硬化隔震效果减弱,上部结构加速度增加30%~50%,结构塑形耗能增加,上部结构进入塑性变形状态。研究结果表明隔震设计中大震验算不考虑支座硬化效应会低估结构地震反应。     

铅芯橡胶支座微分型恢复力模型屈服前刚度的研究

该文简介了微分型恢复力模型(Bouc-Wen模型)的发展过程及其在铅芯橡胶支座中的应用,基于两个不同规格支座的压剪试验比较了不同屈服前刚度K1(K1=5Kd―40Kd)的微分型恢复力模型与实测结果的差异,发现了一些有益的规律。之后,计算分析了一个上部结构为8层的隔震模型,铅芯橡胶支座屈服前刚度K1分别取10Kd―40Kd,对于不同的屈服前刚度K1,上部结构底层的水平刚度分别设为100Kd、300Kd、500Kd,用以比较屈服前刚度K1对不同周期结构的地震响应的影响。通过以上对比和计算,对隔震设计中铅芯橡胶支座屈服前刚度的取值给出了合理建议。     

高强混凝土框架柱的恢复力模型研究

根据108根高强混凝土框架柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果,分析和回归出试验柱的骨架曲线强化段水平投影长度、最大荷载与屈服荷载的比值和各刚度与剪跨比、轴压比、配箍特征值及总横截面面积与核心混凝土面积比值之间的关系。根据高强混凝土框架柱屈服时截面平衡条件推导出的屈服柱顶水平荷载和水平位移、按《混凝土结构设计规范》计算出的柱顶峰值水平荷载及有关试验回归公式确定出高强混凝土框架柱恢复力模型的骨架曲线及滞回曲线。研究表明:试验骨架曲线强化段在水平投影长度和屈服位移的比值与配箍特征值成正比,与轴压比、剪跨比和总横截面面积与核心混凝土面积比值成反比;试件的弹性刚度、强化刚度及退化刚度与轴压比和总横截面面积与核心混凝土面积比值成正比,与配箍特征值和剪跨比成反比;建议的恢复力模型考虑了多种影响因素,与试验结果相接近,且便于工程应用。     

传统风格建筑钢框架结构恢复力模型试验研究

为研究传统风格建筑钢框架结构的恢复力特性,以位于抗震设防烈度8度区的一榀单层两跨传统风格建筑钢框架结构为原型,按照1/2缩尺比例制作了试验模型,对其进行了低周反复加载试验。记录并分析了其受力过程和破坏形态,得到了骨架曲线各特征点的试验数据。基于试验结果,提出了无量纲化的三折线骨架曲线模型,回归分析得到在各加载阶段的刚度退化曲线方程,最终建立适用于传统风格建筑钢框架结构的恢复力模型。研究结果表明,结构受力过程可以分为次要构件屈服、主要构件破坏及整体结构失效三个阶段;所建议的骨架曲线模型及恢复力模型与试验结果吻合程度较高,很好地反映了结构在低周反复荷载下的受力特征与滞回特性,可用于传统风格建筑钢框架结构的弹塑性地震反应分析。     

外露式钢柱脚恢复力特性分析

该文在外露式柱脚拟静力试验的基础上总结了柱脚在压弯和拉弯状态下的受力机理,提出了两种受力状态下柱脚的屈服承载力、极限承载力及转动刚度的计算公式。该文提出的承载力及转动刚度计算结果与试验结果的误差在10%左右,具有较高的计算精度。在试验研究的基础上还提出了两种状态下柱脚的恢复力模型:在压弯状态下,柱脚的滞回曲线呈"旗帜型",骨架曲线由不考虑强度退化的双折线模拟;在拉弯状态下,柱脚的承载力大幅度下降,滞回曲线为饱满曲线,骨架曲线为不考虑锚栓屈服后强度增加的理想弹塑性模型。恢复力模型与试验曲线吻合较好,可有效地反映出不同受力状态及不同锚栓布置下的外露式柱脚的弯矩转角行为,可有效用于分析整体框架的抗震性能。     

钢筋混凝土柱的非弹性恢复力模型与参数识别

结合Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN)模型和微分进化(DE)算法,提出了一种能够有效考虑强度退化、刚度退化和捏拢效应等典型滞回特性的钢筋混凝土(RC)柱的非弹性恢复力模型及其参数识别方法,并讨论了破坏模式对RC柱非弹性恢复力模型参数的影响规律。分析结果表明,该模型能够较好地描述弯曲、弯剪和剪切破坏模式下RC柱的典型滞回特性;基于DE算法能够较好地识别RC柱的非弹性恢复力模型参数,具有收敛速度快、识别精度高和全局优化性强等优点;RC柱的非弹性恢复力模型参数与破坏模式密切相关,随着RC柱的破坏模式从弯曲破坏到弯剪破坏和剪切破坏的变化,强度退化、刚度退化、捏拢总滑移量、捏拢斜率等参数均逐渐增大,说明剪切破坏型RC柱的退化效应和捏拢效应更加明显。     

变截面软钢剪切阻尼器试验研究

普通软钢剪切屈服阻尼器的低周疲劳破坏常发生在加劲肋焊缝热影响区。为了提高软钢剪切阻尼器的低周疲劳性能,相关研究提出了耗能区域无焊缝的变截面软钢剪切阻尼器,并对其进行了形状优化。该文根据该优化结果,设计了5个变截面软钢剪切阻尼器试件并进行了拟静力试验研究。试验中考察了不同宽度和高度的阻尼器在往复荷载下的力学性能。试验结果显示,试件出现了不同程度的面外屈曲,屈曲程度与耗能板高度和宽度相关。在ABAQUS中建立了该阻尼器的有限元模型,并利用该有限元模型对试验结果进行了补充。根据试验与有限元计算结果,提出了该软钢剪切阻尼器屈服位移,屈服承载力以及面外变形的计算公式。     

近海大气环境下锈蚀RC框架梁恢复力模型研究

为了研究近海大气环境下锈蚀RC框架梁的抗震性能,对8榀经受不同盐雾腐蚀循环作用的RC框架梁进行了低周反复加载试验,分析RC框架梁的滞回特性。基于试验结果,得到了带有负刚度段的三折线骨架曲线,并根据完好构件恢复力模型特征参数,得到了考虑钢筋锈蚀率和配箍率的锈蚀RC框架梁骨架曲线特征点计算公式。采用回归分析法,得到基于滞回耗能的循环退化指数,通过循环退化指数建立可综合考虑构件的捏拢效应、强度退化、卸载刚度退化、硬化刚度退化和再加载刚度加速退化的锈蚀RC框架梁恢复力模型。研究表明:随着钢筋锈蚀程度的增加,锈蚀RC框架梁的抗震性能劣化较明显,滞回耗能逐渐降低;配箍率对锈蚀RC框架梁恢复力特性的影响与未锈蚀RC框架梁相似;所建立的恢复力模型能够较好的描述锈蚀RC框架梁的滞回特性,可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。     

剪切连接件的受力机理理论分析与试验验证

基于剪切连接件（SLD）的典型构造建立力学模型,应用弹性力学半逆解法对其腹板的应力分布进行求解,并对剪切连接件的初始刚度K、屈服后刚度K'、屈服荷载F_y、屈服位移u_y等关键性能指标进行了理论分析。针对以往屈服点确定方法存在的不足,提出了一种基于Bouc-Wen模型和模拟退火算法的等效屈服点确定方法。最后采用单调拟静力加载试验进行验证。研究结果表明:剪切连接件腹板应力分布和各项力学性能指标的理论解与有限元分析结果及试验实测结果吻合较好;该文提出的屈服点确定方法能够有效识别剪切连接件的相关力学性能指标,且拟合曲线与单调加载试验曲线良好吻合。理论分析成果将为剪切连接件的工程设计、性能评估及后续研究提供理论参考。     

开槽U型金属屈服阻尼器横向性能试验研究

在隔震层安装金属屈服阻尼器可以有效控制隔震层在地震下的位移。由于隔震层在地震下产生多向变形,因此要求安装在隔震层中的金属屈服阻尼器需具有多向的变形能力。既往研究表明U型金属屈服阻尼器在面内具有良好的耗能能力,对于提高结构阻尼比,控制隔震结构的位移具有非常显著的作用。然而关于其面外性能的深入研究尚未见报道。提出了开槽U型阻尼器以提高其面外性能,并通过拟静力试验考察了阻尼器宽度,高度,以及长度对其面外性能的影响,实验表明合理设计的开槽U型阻尼器具有良好的耗能能力和低周疲劳性能。同时采用有限元方法补充了试件的数量,进行了参数分析。根据参数分析的结果提出了开槽型U型金属屈服阻尼器的屈服位移,屈服恢复力设计公式。另一方面,根据虚功原理提出了开槽U型阻尼器的极限恢复力计算公式,并通过试验结果与有限元模型的计算结果校对了该公式的精度和适用范围。     

考虑冻融损伤的钢筋混凝土框架节点恢复力模型研究

为了研究冻融环境下钢筋混凝土框架节点的抗震性能,对6个经受不同冻融循环次数作用后的钢筋混凝土框架节点进行低周反复加载试验,分析框架节点的滞回曲线特性。基于试验结果,得到了简化三折线型骨架曲线模型,并给出了相应的确定方法。采用回归分析方法,得到考虑冻融损伤的钢筋混凝土框架节点的极限功比系数I数学表达式,进而确定基于循环耗能的循环退化指数,通过对构件在反复荷载作用下的屈服荷载、硬化刚度、卸载刚度以及承载力等各项力学性能的退化机理进行了描述,进一步建立适应于冻融损伤的钢筋混凝土框架节点的恢复力模型,并给出了具体的滞回曲线规则。研究表明:冻融作用使得节点梁纵筋粘结性能劣化明显,累积耗能随着冻融循环次数的增加而降低;通过考虑刚度、强度的循环退化规律能更好的反应冻融节点“捏缩”效应,更与实际吻合;建议的恢复力模型与试验结果想接近,可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。     

顶底角钢连接半刚性钢结构抗震性能数值分析

为了研究顶底角钢连接半刚性钢结构的抗震性能,介绍相关文献中角钢的屈服荷载及初始刚度的计算,基于角钢的拉压试验结果,验证角钢的屈服荷载及初始刚度计算方法的准确性并对角钢的屈服荷载计算公式进行修正,进而提出角钢在反复拉压荷载下的恢复力模型;编制角钢连接单元,提出基于有限元软件OpenSEES的顶底角钢连接半刚性钢结构的建模方法,对顶底角钢连接半刚性钢结构低周往复试验、振动台试验进行数值模拟,所得结果与试验结果进行比较,结果表明:该文提出的建模方法具有单元少、自由度少、建模方便、计算效率高、耗时少等优点,采用该文方法进行的数值模拟与试验结果吻合较好,精度能满足工程需求。     

附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁-柱节点恢复力模型试验研究

为了研究附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁柱节点的恢复力模型,设计制作了4个试件,进行了快速动力加载试验,对试件的受力过程和破坏形态进行观察和记录。基于对试件在受力过程中表现出的典型特征的研究,并考虑加载动力效应,提出了试验试件的四折线骨架曲线模型及恢复力模型,并将其与试验结果进行了对比分析。研究结果表明:试件的从开始加载到最终发生破坏可分成开裂、屈服、极限、破坏4个阶段。试件从屈服阶段开始,随着加载的进行产生了明显的加载和卸载刚度退化及卸载残余变形;提出了四折线骨架曲线模型,其结果与试验结果的骨架曲线吻合度较高;并采用所提出的四折线恢复力模型计算得到了滞回曲线,将其变化趋势与试验滞回曲线的进行对比可以发现二者具有较高相似度,该模型可以较好地描述附设粘滞阻尼器的混凝土仿古建筑梁柱节点的滞回性能。     

外包型钢加固箍筋锈蚀混凝土柱恢复力模型研究

为研究外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的恢复力模型，对9根不同箍筋锈蚀率、体积配箍率的各混凝土柱进行通电锈蚀，锈蚀完成后加固，进而进行低周往复荷载试验。对各试验试件的骨架曲线及滞回曲线进行分析。在完好试件恢复力模型特征参数计算的基础上，对数据进行拟合回归，给出了外包型钢加固后箍筋锈蚀混凝土柱的退化三线型恢复力模型，并提出了不同因素作用下特征参数的计算公式。结果表明：箍筋锈蚀柱经外包型钢加固后各抗震性能指标有显著提升，破坏特征点明显滞后于完好试件，且以剪切破坏为主。通过对比分析，所得模型与试验结果吻合较好，能很好地反映外包型钢加固柱的滞回特性，为此类柱恢复力模型的计算提供参考。     

碟簧装置恢复力模型及其在自复位RC剪力墙中的应用

为了准确模拟碟簧装置和自复位RC剪力墙的力学性能,对碟簧装置的工作原理和力学特性进行了分析,提出并开发了碟簧装置恢复力模型,通过试验验证了恢复力模型的准确性。在低周往复荷载作用下,对内置碟簧装置的自复位RC剪力墙的滞回性能进行数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:应用碟簧装置恢复力模型的数值模型可有效模拟自复位RC剪力墙的滞回特性、自复位性能及耗能能力。自复位RC剪力墙的承载力随碟簧预压力、附加摩擦力及碟簧装置刚度的增大而增大;耗能能力随附加摩擦力的增大而增大;残余位移随附加摩擦力的增大而增大,随碟簧预压力和碟簧装置刚度的增大而减小。     

自复位单自由度体系随机地震响应分析

给出了自复位体系恢复力的数学描述,建立了正态白噪声地面激励下采用等价线性化法求解自复位单自由度体系随机响应的流程,并采用Monte-Carlo法验证了其正确性,最后通过参数分析对随机响应的影响因素进行了研究。结果表明:结构周期越小,屈服位移系数或耗能参数越大,体系位移方差系数和速度方差系数越小;结构屈服后刚度系数越大,位移方差系数越小,速度方差系数越大;结构周期越大,屈服位移系数、屈服后刚度系数和耗能参数对位移方差系数和速度方差系数的影响越大。     

自保护隔震支座力学性能试验研究

为解决传统隔震支座不具备自保护能力的问题,研发了一种自保护隔震支座,并对其工作机理进行了阐述。据该隔震支座在不同侧向荷载作用下的工作特点可将其分为两个工作阶段。根据隔震支座的自保护能力要求对支座滑移材料进行了摩擦性能测试及择优分析,并对本次设计的自保护隔震支座及传统隔震支座进行了力学性能试验,结果表明:自保护隔震支座比传统隔震支座的竖向刚度最大降低幅值为21.91%,但仍具有足够的竖向刚度承受上部荷载,且这种差异随着竖向面压的增大而逐渐减小;支座在第一工作阶段的水平剪切变形加载下未滑动,发挥与传统隔震支座相同的功效,其滞回特性表现为典型的双线性特点;在第二工作阶段的水平剪切变形加载下支座开始滑动并摩擦耗能,其滞回曲线呈现为三线型特征,虽然有一定的捏拢,但滞回曲线的包络面积仍比传统隔震支座增加约86%;自保护隔震支座在第一工作阶段随加载速率的增加,屈服力和屈服后刚度均有增加,对应包络曲线的面积也呈增大趋势,整体的滞回曲线仍和传统铅芯橡胶支座相似,呈现出典型的双线性特性;在"第二工作阶段"启动后随着加载速率的变大,自保护隔震支座在复位段的捏拢现象逐渐减轻且支座在滑移状态下的性能逐渐趋于稳定。通过对试验曲线进行参数识别发现自保护隔震支座的恢复力模型可以采用呈捏拢效应的Bonc-Wen模型进行模拟,且拟合曲线与试验曲线吻合较好。     

非线性弹性地基上悬臂输流管的受迫振动

本文综合考虑地基的剪切效应、非线性刚度和粘滞阻尼的影响,建立了非线性Pasternak地基上输流管的运动控制方程。基于Galerkin法研究了基础激励作用下非线性弹性地基上悬臂输流管的非线性动力学行为,着重讨论了基础激励和地基剪切刚度对系统动力学特性的影响。结果表明：系统在基础激励作用下具有非常复杂的动态响应,包括多种形式的周期、概周期和混沌运动;地基的剪切刚度对系统的动态特性有重要影响,随着地基剪切刚度的增大,在基础激励参数区域内系统的概周期和混沌运动窗口逐渐减小,当地基剪切刚度足够大时,系统将始终处于周期运动状态。     

古建木结构榫卯连接特性的试验研究

通过对典型榫卯连接的力学分析和模型低周反复荷载试验,研究了榫卯的半刚性连接特性和刚度退化的规律。试验得到榫卯连接的弯矩-转角滞回曲线和骨架曲线,并拟合出了榫卯节点恢复力模型。将榫卯连接比拟为变刚度杆单元,理论推导了变刚度和相对柔度之间的关系。结果表明,木结构的榫卯连接刚度随荷载变化而呈非线性变化,刚度在0.3062~23.6054之间变化。研究结果可为木结构古建筑的抗震性能研究和修缮加固提供理论基础。     

古建木构铺作层侧向刚度的试验研究

通过对单铺作、两铺作、四铺作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。试验得出了单铺作、两铺作、四铺作的力-位移滞回曲线及骨架曲线。通过试验可以看出铺作层的变形是以水平滑移为主。摩擦滑移具有耗能、隔振作用,这也是古建筑木结构有着良好的抗震性能的重要因素。试验模型的滞回曲线呈平行四边形,滞回面积饱满。这说明铺作层具有良好的滞回耗能特性。铺作层的力学模型属于线性强化弹塑性模型。根据试验得出的恢复力模型反应了铺作层的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。