砌体结构沉降角变形限值的试验研究

采用集中荷载作用下的悬臂深梁模拟受邻近基坑施工影响下的多层砌体结构的沉降变形,对7个墙段深梁试件进行了单调加载试验,研究砌体结构沉降的角变形限值。试验中测试了试件刚度、剪切变形占总变形的比例、裂缝宽度与主拉应变关系、角变形与主拉应变关系等变化规律。试验结果表明:砌体出现初始斜裂缝时的主拉应变约为0.3‰,砌体开裂后主拉应变的增大主要由斜裂缝宽度的增大造成,主拉应变是度量砌体损伤程度的合适参数;试验过程中试件刚度衰减幅度很大,剪切变形占总变形的比例逐步提高;角变形与主拉应变的比值,在试验初期的实测值高于弹性理论值,而在后期逐步接近或略低于弹性理论值。总体上,在主拉应变为0.3‰~3‰范围内,角变形限值的实测平均值与弹性理论值吻合良好。根据试验结果,提出了弯剪刚度比非线性发展规律的分析方法,分析了现浇圈梁和楼板在控制建筑沉降引起建筑物损坏中所起作用的机理。适当调整主拉应变限值后,角变形限值的弹性理论值可基本适用于各试件的受力变形全过程。     

基坑开挖引起临近砌体结构变形特性数值分析

基于三维有限元分析软件Plaxis 3D，采用土体小应变硬化刚度模型及砌体模型分析基坑开挖引起的邻近砌体结构变形特性。结果表明，相较于弹性模型，砌体模型能合理揭示砖墙类砌体结构不均匀及离散性的强度特性；基坑长度越大，墙体沉降越均匀，差异沉降值越小。当基坑边缘距墙体距离1m时，基坑开挖深度达到2m后，墙体最大沉降值接近10mm，需重点关注砌体结构的变形安全。     

考虑空隙压密特征的岩石弹塑性损伤增量本构模型

岩石的变形破坏全过程包括压密–弹性–塑性–损伤多个阶段,现有的基于经典弹塑性理论与损伤力学同时考虑岩石压密变形机制的本构模型研究较少。将岩石抽象为岩石骨架与岩石空隙2部分,依据空隙变形机制计算非线性压密变形,基于Drucker-Prager准则分析塑性变形特性,采用体积变形描述损伤演化规律,在经典弹塑性损伤理论框架下建立岩石压密–弹塑性损伤增量型本构模型及其积分算法。将岩石总变形视为压密、弹性与塑性3个部分,考虑空隙部分无法承受剪力且各方向变形无相互影响的特征,通过应力、应变张量谱分解在主应力方向上计算总应变。数值积分方法为基于Drucker-Prager准则的主应力方向回映算法,采用压密弹性预测方法计算预测应力,以分析迭代步中压密应变增量对总应变增量的影响。压密–弹塑性损伤本构模型与算法充分考虑空隙非线性变形机制与压密变形特性,共涉及压密、弹性、塑性、损伤4类10个参数,适用于长期服役过程中外部环境作用下空隙占比逐渐增加,骨架强度逐渐减小的工程岩体。应用模型研究干湿、冻融循环2种典型外部环境对岩石特性的影响,结果表明模型能够很好地模拟外部作用后工程岩体变形破坏的全过程,具有一定的理论...     

隧道纵向变形曲线与围岩特征曲线耦合分析

目前,多数关于开挖面空间效应的研究仅采用弹性与理想弹塑性模型进行分析。然而,具有不同地质强度指标（GSI）的岩体呈现不同的峰后破坏模式,应采用合适的力学模型计算表征空间效应的隧道纵向变形曲线。同时,可将相同模型下围岩特征曲线与之进行耦合,从而指导隧道支护设计。提出了一种简便的基于有限差分法的分析方法,该法可计算Hoek-Brown与Mohr-Column屈服准则下,采用理想弹塑性、弹脆塑性、应变软化模型的隧道纵向变形曲线与围岩特征曲线。利用已有研究成果,验证了方法的合理性,并比较了不同GSI范围与不同力学模型下开挖面后部某一位置处的虚拟支撑力。结果表明：GSI越大,3种模型下对应的虚拟支撑力差别越大,更应如实考虑岩体峰后力学行为;GSI中等或较高时,离开挖面距离小于约0.8倍洞径时,理想弹塑性模型设计偏于保守,但大于此距离时情况相反。     

后加混凝土-砌体组合墙体抗震性能试验研究

根据某实际工程,设计1∶2缩尺的纵向和横向两种组合墙体试件进行低周反复荷载试验。针对后加混凝土构件-砌体组合墙体的承载力、延性、滞回特性、耗能能力及破坏模式、混凝土构件的应变和钢筋的应变发展过程等进行研究。结果表明:"拉结(剪切)钢筋+植筋"的连接节点具有可靠的连接性能,可以保证既有砌体结构与后加混凝土构件的协同工作;后加混凝土-砌体组合墙体具有更高的承载力及变形能力;通过等效黏滞阻尼系数对比分析可知,后加混凝土墙体提高了砌体墙的耗能能力;提出了后加混凝土-砌体组合墙体受剪承载力计算式,且与试验结果吻合较好。     

日照海韵广场1#塔楼结构动力弹塑性分析

日照海韵广场1#塔楼采用圆钢管混凝土框架柱-钢梁+钢筋混凝土核心筒+带伸臂桁架加强层的结构体系.首先将塔楼的ETABS模型转为SAP2000模型,再将SAP2000模型导出的数据库转换为ABAQUS整体结构模型.模态分析结果表明SAP2000与ABAQUS结果基本一致.考虑2组天然波和1组人工波在7度罕遇地震作用下6个工况,分析结构的弹性和弹塑性时程反应.分析结果表明:考虑材料的弹塑性,结构最大层间位移角满足1/100的限值要求,连梁出现了不同程度的损伤,大部分剪力墙未出现损伤,仅顶部几层出现了受压损伤,损伤因子未超过0.3;圆钢管混凝土框架柱内的型钢未出现塑性应变,环带桁架钢材也未出现塑性应变,仅伸臂桁架伸入剪力墙部分出现了较小的塑性应变.同时,采用SAUSAGE进行了动力弹塑性分析,并将其结果与ABAQUS的结果进行比较.结果 表明两者在变形、内力和损伤情况均较为接近,说明弹塑性模型能够准确真实地反映出结构的动力响应.     

考虑Cowper-Symonds黏塑性材料本构的向量式有限元三角形薄壳单元研究

薄壳结构的力学行为分析往往涉及显著的材料非线性效应,对爆炸、冲击等高速动力问题还需进一步考虑高应变率效应的影响。基于此,将可同时考虑应变硬化和应变率效应的Cowper-Symonds黏塑性材料本构模型（简称C-S模型）引入向量式有限元三角形薄壳单元,以实现金属薄壳结构的动力非线性分析。推导C-S模型的弹塑性增量分析步骤,并将其作为单独的计算分析模块引入薄壳结构的向量式有限元分析程序,适用于线弹性、理想弹塑性、双线性弹塑性和率相关C-S模型等4种材料模型条件下的薄壳结构分析。算例分析表明,所编制的向量式有限元程序可以有效实现非线性材料情况下薄壳结构的静、动力分析以及爆炸冲击作用下的非线性动力响应分析,验证了文中C-S模型理论推导和程序的正确、可靠。     

深基坑拉锚式双排桩支护结构变形与土压力研究

拉锚式双排桩作为一种新型的深基坑支护结构,具有施工方便、侧向刚度大、稳定性较好等优点。针对南京某基坑工程的拉锚式双排桩支护结构,建立考虑尺寸效应的三维有限元模型,土体材料采用Mohr-Coulomb弹塑性模型,通过数值模拟研究这类基坑的变形和土压力分布特征,并对拉锚式双排桩支护结构的后排桩长度、后排桩间距、连梁刚度、内坑土体加固等因素的影响进行分析。研究表明:前排桩的侧向位移与常见多道支撑支护结构的变形规律相同,但后排桩的侧向变形类似于悬臂梁变形,最大侧移位于桩顶。二者性状不同,后排桩水平位移明显小于前排桩说明后排桩对前排桩具有一定的拉锚作用,且后排桩长度和土体加固的强度对桩的变形影响较为显著。     

7度区底部局部框架-砌体房屋抗震性能分析

我国7度抗震设防区中小城镇存在大量底部局部框架-砌体房屋,其底部局部RC框架+砌体抗震墙的布置形式不符合《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)对7度区底部框架-抗震墙房屋的要求,考察其震害、刚度比及抗震性能有助于指导工程设计。分析了底部局部框架-砌体房屋的震害;设计了5个算例,包括2个底部局部框架-砌体房屋、1个砌体房屋及2个底部框架-RC抗震墙砌体房屋,对比分析了各算例在7度多遇地震下的弹性及罕遇地震下的弹塑性地震反应,考察了层间位移角、应变、耗能等指标。对比分析表明底部局部单排柱框架-砌体房屋,其刚度比、弹性及弹塑性地震反应与砌体房屋接近;底部局部双排柱框架-砌体房屋刚度比、弹性、弹塑性地震反应均大于砌体结构,但小于底部框架-RC抗震墙砌体房屋,其弹性、弹塑性地震反应均满足抗震规范中底部框架-抗震墙砌体房屋的相关设计要求。     

砌体结构在地震下的非线性计算模型

针对目前砌体结构计算模型在弹塑性动力时程分析中的不足,本文采用一种三弹簧单元宏观模型进行整体结构的非线性计算.首先,将其计算结果与单片砌体构件试验结果对比,验证了模型的准确性;随后,采用该模型对一简单空间砌体结构进行静力和动力分析,并计算了不同地震烈度下的结构响应,得到令人较为满意的结果.以层间位移角定义了各墙体构件的弹性、破坏和极限3个阶段,对整体结构的损伤情况给予了评价,并提出以竖向承载构件完全失效作为结构倒塌的判别准则,使三弹簧单元模型在砌体结构抗震研究方面具备一定的适用性.     

深圳平安金融中心塔楼动力弹塑性分析

深圳平安金融中心主塔楼地上118层,塔尖高度660m,结构高度597m。将主塔楼ETABS模型转为SAP2000模型后,采用自行研制的SAPTRANS软件,将SAP2000模型导出的数据库转换为ABAQUS整体结构分析模型,经过模态分析表明结果与ETABS模型分析结果相近。考虑5组天然波、2组人工波、7度罕遇地震作用下14个工况,分析结构的弹性和弹塑性时程反应,得到结构在地震作用下的变形、内力和损伤情况。分析结果表明：罕遇地震作用下弹性分析和弹塑性分析结果相比,后者反映了结构在地震作用过程中构件塑性发展导致的结构刚度的变化;考虑了材料的弹塑性,结构最大层间位移角满足1/100的限值要求,连梁出现不同程度的损伤,大部分剪力墙混凝土受压损伤因子较小,外伸臂桁架及空间桁架钢构件未出现屈服,钢板剪力墙中钢板未出现塑性铰,结构满足大震不倒的设防要求。图15表10参5     

外伸端板高强螺栓受拉连接的计算分析

针对国内外关于外伸端板高强螺栓受拉连接的受力分析方法,研究端板刚性、弹塑性、塑性和T形件4种力学计算模型。端板刚性分析中将端板按无弯曲变形的刚性体考虑;弹塑性分析中假定受拉翼缘两侧的两排螺栓承担相同拉力,并考虑端板的部分塑性变形;塑性分析中每个螺栓的受力依赖于其本身的承载力,各排螺栓随拉力的增大依次达到屈服;T形件模型考虑端板的弹塑性变形,将受拉翼缘和螺栓简化为T形连接件。通过例题研究4种计算模型下高强螺栓受拉连接的计算方法,可为工程设计提供参考。     

基于弹塑性限位装置的基础隔震建筑地震碰撞行为

在近场速度脉冲型地震作用下,基础隔震建筑可能产生过大的支座变形,为了防止结构和隔震沟边缘产生刚性碰撞并对上部结构造成损伤,建议在隔震层高度用弹塑性限位装置来防止结构产生过大位移并实现一定程度的消能减震。提出了一组动力学方程,将建筑结构模型和Bouc-Wen单元串联,可以考虑隔震间隙的非线性动力响应。考虑了速度脉冲周期对结构响应的放大作用,根据弹塑性动力碰撞分析方程,以3组不同高度的钢框架结构基准模型为算例,计算了限位装置的弹性刚度和屈服力等因素对不同结构的弹塑性响应。结果表明：恰当选取用于碰撞限位的弹塑性限位装置的碰撞刚度与屈服力,既能有效限制隔震层的水平位移,上部结构也不会产生过大的反向动力响应,能够充分保护结构;在较易激发类共振效应的速度脉冲型地震动作用下,上部结构最大响应同弹塑性限位装置的弹性刚度与屈服力呈正相关性。     

植筋连接的后加混凝土-砌体组合墙体抗震性能试验研究

为满足砌体结构综合改造和提高结构抗震性能两个方面的实际工程需求,将原有砌体结构适当外扩,对外扩部分采用钢筋混凝土构件,从而形成后加钢筋混凝土-既有砌体的组合结构,而植筋连接能否保证新增混凝土构件与既有砌体构件的有效协同工作,是提高既有砌体结构抗震性能的关键。在已完成的小比例模型墙体水平低周反复荷载试验的基础上,设计了4片近足尺比例的纵向组合墙体模型,按照实际施工情况采用完全植筋的连接方式,进行水平低周反复荷载试验,对组合墙体的承载力、延性、滞回特性、耗能能力及破坏模式、混凝土构件的应变和钢筋的应变等进行分析。结果表明：纵向组合墙体具有良好的承载力、变形能力与协同工作能力,达到了原有墙体抗震加固的目标,说明完全植筋连接效果良好。     

钢板-砖砌体组合墙梁的试验研究与分析

钢板-砖砌体组合结构在既有砖混房屋中进行大空间改造时,组合托梁上部的墙体存在拱效应,使得托梁与上部墙体之间共同工作.为了研究此类组合墙梁的工作机理、破坏形态、承载力、控制截面的应变分布以及变形,对5根钢板-砖砌体组合墙梁进行了集中荷载作用下的试验研究与分析,并考虑了上部墙体高跨比、组合托梁高跨比和钢板厚度的参数影响.主要的研究结果表明钢板-砖砌体组合墙梁的破坏始于加载点与支座连线部分的砌体;钢板沿截面高度的应变分布符合平截面假定;上部墙体的高跨比直接影响墙体的破坏形态、钢板发生空鼓时的荷载和构件的极限荷载;合理的墙体高度有利于组合作用的形成,并且过高的墙体反而会降低极限荷载.最后给出了上部墙体高跨比的合理取值范围,同时建议钢板-砖砌体组合托梁的抗弯刚度相对上部墙体平面内刚度的系数应至少大于79.     

竖向荷载作用下带纵向加强肋复合墙体受力性能研究

为研究带纵向加强肋复合墙体在竖向荷载作用下的力学性能,设计并制作一榀1/2缩尺比例模型墙体进行竖向均布荷载作用下的试验研究,探析复合墙体的破坏过程及墙体内钢筋应变在加载过程中的变化规律.采用ABAQUS软件建立不同工况下墙体的数值模型进行数值计算,分析影响墙体竖向承载力的主要因素.结果 表明:复合墙体在竖向均布荷载作用下经历了弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;墙体破坏由上层角部砌块压碎剥落开始,最终由于框柱柱脚混凝土压碎、钢筋外鼓而失效;试验墙体的屈服荷载为250kN,破坏时极限荷载为300kN;墙体受力过程中,底部肋梁受压,上部肋梁受拉,中部肋梁钢筋应变在0 ～ 50με之间;框柱混凝土强度对墙体竖向承载力影响最大,肋梁配筋率对墙体竖向承载力影响程度最小.     

结构用平压毛竹集成材单轴本构关系研究

为研究平压毛竹集成材单轴拉压状态下的应力-应变本构关系,以5年生毛竹的根部、中部和稍部为原料按照1∶1∶1的比例制备的毛竹集成材试件为研究对象。探讨了毛竹集成材受拉和受压状态下的破坏模式及应力-应变全过程曲线。研究结果表明:毛竹集成材的受拉破坏表现出典型的脆性拉断破坏;毛竹集成材的受压破坏属于延性破坏,具体表现3种典型破坏模式:纤维纵向撕裂、竹片层间开裂和褶皱破坏,经历了3个破坏阶段,即线弹性阶段、弹塑性阶段和加速破坏段。对于毛竹集成材单轴受拉应力-应变关系,提出了线弹性模型;对于毛竹集成材单轴受压应力-应变关系,提出了三折线模型和多项式模型,理论模型结果和试验结果吻合较好,为毛竹集成材结构有限元分析提供研究基础。     

多层建筑沉降变形限值的层合梁模型分析与试验研究

对于多层砌体结构和填充墙框架结构,假定混凝土梁提供弯曲刚度、砖砌体和混凝土柱提供剪切刚度,并对Finno的研究成果进行改进,提出用层合梁模型分析多层建筑沉降变形限值的方法。以层合梁模型分析为基础,综合考虑了混凝土梁对墙段弯曲刚度的影响、砖墙开洞和混凝土柱对墙段剪切刚度的影响,以及混凝土梁和砖墙开裂对墙段刚度的影响,提出多层建筑物弯曲刚度、剪切刚度以及弯剪刚度比的弹性和非弹性计算方法。为验证层合梁分析模型,对3个悬臂深梁试件进行了单调加载试验,模拟受邻近基坑施工影响下的多层砌体结构和填充墙框架结构的沉降变形,重点研究了弯剪刚度比的非线性发展规律及其在非弹性阶段的取值。层合梁模型分析与试验结果均表明:混凝土梁大幅度提高了多层结构的弹性弯曲刚度,但弯曲刚度衰减很快;墙体开洞降低了剪切刚度;一般截面的混凝土柱对提高弹性剪切刚度的作用不大,但随着砌体剪切刚度的降低,混凝土柱的作用越来越大,非弹性阶段带混凝土柱的多层建筑物的右端角变形限值大于不带混凝土柱的建筑。通过比较弯剪刚度比和右端角变形限值的发展规律及数值表明,层合梁模型分析结果与试验结果吻合良好。     

深厚表土底含失水变形时土与井壁相互作用弹塑性模型

针对在分析深厚表土底含失水变形过程中土与井壁相互作用时,未考虑底含范围内压缩变形量随深度的变化这一点,重新建立了土与井壁相互作用的底部为弹性、深部为塑性、浅部为弹性的理想弹塑性模型,得到了计算井壁附加竖向位移、应变和应力的公式。最后给出计算实例,说明了新模型比旧模型更加完善。     

大底盘多塔楼连体砌体结构房屋弹塑性地震反应分析

在楼板分区刚性假定的基础上,以弹性变形梁模拟空中连廊的变形,建立了时程分析的复合刚片系振动模型.引入砌体的滞回特性,该模型可用于复杂体型砌体结构房屋弹塑性地震反应时程分析.文末对大底盘双塔楼带连廊砌体结构房屋的地震反应作了计算和讨论.