Bouc-Wen模型参数识别的非线性自适应遗传算法和试验验证

Bouc-Wen模型是一种可表征结构及构件在往复荷载作用下的刚度退化、强度退化等的一种多功能非线性光滑滞回模型,可广泛应用于各类结构滞回行为的描述。Bouc-Wen模型参数是决定结构构件滞回模型力学特征的关键,由于该模型参数众多且物理意义不明确,往往只能从滞回数据得到近似解。为适应该类模型参数高效识别的需求,该研究提出了一种非线性自适应遗传算法,并通过4片不同配筋和加载条件的RC剪力墙的低周反复加载试验对Bouc-Wen模型参数识别的效果进行了验证。模型参数识别得到的滞回曲线和算法效率与标准遗传算法识别的结果以及实验数据进行了对比,结果表明：所提出的方法显著提升了Bouc-Wen模型的识别精度与效率。该文所提出的方法可用来进行结构滞回模型的识别并用所识别的模型进行结构的非线性行为模拟。     

密肋复合墙体在拟动力试验下的抗震性能研究

密肋复合墙体是密肋壁板结构体系的主要受力构件，其抗震性能及动力特性是密肋壁板结构体系计算理论的核心内容。通过对密肋复合墙体进行拟动力试验研究，介绍墙体的主要破坏形态和破坏过程；分析墙体的动力反应、滞回曲线和骨架曲线；提出墙体的恢复力模型；最后对墙体在不同加速度峰值地震波作用下的破坏程度进行损伤评定。理论研究与试验结果表明：墙体中的砌块、肋格、外框能够在试验的弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段依次发挥作用，具有多道抗震防线；墙体在遭受小震或中震后，具有稳定的水平承载能力及良好的耗能性能，在遭受大震后，仍具有良好的抗倒塌能力；墙体的恢复力模型可以采用退化四线型；墙体的损伤指数可以用来评定墙体在遭受地震后的破坏程度。     

预应力钢带加固钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

预应力钢带加固技术是一种新型加固技术,采用预应力钢带加固技术对钢筋混凝土框架梁端、柱端和节点核心区进行约束加固,可以有效提高钢筋混凝土框架结构抗震性能。对一榀采用预应力钢带加固的1/2比例的单跨三层钢筋混凝土框架试件进行低周反复加载拟静力试验,结合试验研究结果,对预应力钢带加固钢筋混凝土框架试件的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、层间位移角、位移延性系数、耗能性能和刚度退化等抗震性能进行了深入分析。研究结果表明,试件最大层间弹塑性位移角可以达到1/28.8,预应力钢带加固钢筋混凝土结构具有良好的延性和耗能性能,是一种切实可行、效果良好的抗震加固技术。     

深肋组合扁梁楼盖动力特性和拟动力试验研究

为了研究钢-混凝土深肋组合扁梁楼盖的动力特性以及在动力荷载作用下的承载特性,构造了1×2跨双层深肋组合扁梁楼盖试件,并通过试验方法对试验楼盖的自振频率、空间性能以及不同加速度峰值的地震波作用下的拟动力承载性能进行了量测和研究.试验得到了试件的横、竖向前两阶自振频率以及水平拟动力加载位移时程曲线及滞回曲线,相关结果表明试件具有较好的空间性能,当加速度峰值为0.05g和0.1g时试件基本处于弹性阶段,当加速度峰值为0.2g时结构处于微开裂阶段.另外,试验结果能为进一步深入研究深肋组合扁梁楼盖的承载性能起到一定的借鉴作用.     

Analyzing degradation data with a random effects spline regression model

ABSTRACT

This article proposes using a random effects spline regression model to analyze degradation data. Spline regression avoids having to specify a parametric function for the true degradation of an item. A distribution for the spline regression coefficients captures the variation of the true degradation curves from item to item. We illustrate the proposed methodology with a real example using a Bayesian approach. The Bayesian approach allows prediction of degradation of a population over time and estimation of reliability is easy to perform.     

锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型研究

为建立锈蚀钢筋混凝土构件恢复力模型,本文通过对6个锈蚀钢筋混凝土受弯构件低周反复荷载试验,得到不同锈蚀程度的各试件的滞回曲线及骨架曲线,分析了钢筋锈蚀对试件抗震性能的影响。根据试验成果,结合钢筋锈蚀引起结构破坏形态的改变,综合考虑钢筋锈蚀后引起结构截面几何损伤、钢筋和混凝土力学性能降低、粘结滑移性能劣化以及结构刚度退化等各种耐久性损伤因素,并考虑箍筋锈蚀引起结构延性的影响,提出了锈蚀钢筋混凝土构件基于地震损伤的恢复力模型的确定方法。通过与试验进行对比分析表明模型描绘的骨架曲线和滞回曲线与试验结果总体吻合较好,所描述的现象与试验一致,该恢复力模型可在损伤钢筋混凝土结构地震反应分析中采用。     

装配式减震节点转动型阻尼器抗震性能及恢复力模型研究

提出一种可用于预制装配式结构中梁柱连接和耗能的转动型阻尼器——扭转钢管阻尼器。设计了5个不同参数的扭转钢管阻尼器试件并对其进行了拟静力低周往复加载试验,结果表明：试件整体绕销轴发生转动变形,具有良好的转动变形能力,极限转角均在0.06 rad以上,延性系数均大于规范要求的4.0;试件的滞回曲线饱满,具有明显的等向强化特征,等效黏滞阻尼系数达到0.5左右,具有良好的耗能能力;试件的壁厚和外径越大、有效管长越小,其转动强度越大;试件在等幅循环加载下各项疲劳性能指标基本在±15%的规范要求内,具有良好的抗疲劳性能。在此基础上,对Bouc-Wen模型进行改进以模拟阻尼器的滞回行为,采用量子粒子群算法对试验滞回曲线进行了参数识别,识别结果表明改进Bouc-Wen模型能更好地适应试件的等向强化特性,具有比Bouc-Wen模型更高的模拟精度,可用于整体结构的抗震分析计算。     

配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架力学性能非线性分析

基于两榀配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验结果,分别采用三维实体单元和纤维梁柱单元建立了试验框架数值模型,并开展力学性能和滞回全过程分析。考察了试验框架的破坏形态和内置钢骨架、钢筋骨架及预应力筋的应力状态。对组合框架开展滞回性能参数分析,考察了柱长细比、轴压比、梁柱内型钢截面抵抗矩和配筋率、柱内钢管的含钢率、钢管约束系数和径厚比、混凝土强度和预应力度的影响,并在大量参数分析的基础上建立了单层单跨组合框架的恢复力模型。结果表明:基于三维实体单元的数值模型可较为直观的反应试件的破坏形态;计算所得组合框架滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力,当轴压比超过0.6以后,组合框架的位移延性才有所变小,变形能力变差;建立的滞回模型可对组合框架在水平荷载下的滞回性能进行可靠的预测。     

考虑非线性剪切效应的RC桥墩抗震分析模型

剪跨比较小或配箍不足的钢筋混凝土桥墩易发生剪切破坏,而现有的纤维单元模型忽略了剪切变形,不能合理评估弯剪或剪切破坏桥墩的抗震能力。为有效模拟剪切作用影响下钢筋混凝土桥墩的抗震性能,以36个剪切及弯剪破坏圆形截面钢筋混凝土桥墩抗震拟静力试验结果为依据,建立了墩柱剪切破坏时墩底转角的计算公式。利用OpenSees分析平台,建立了基于非线性纤维梁柱单元和零长度剪切弹簧单元的数值分析模型,以此来考虑弯曲和剪切效应的耦合作用。以数值模型中墩底转角来监测试件剪切破坏的发生,剪切破坏发生前模型以纤维梁柱单元模拟的弯曲变形为主;此后,桥墩地震反应以剪切弹簧单元控制,以模拟试件由于剪切破坏导致的强度和刚度退化等行为。通过对12个剪切及弯剪破坏圆形截面桥墩抗震拟静力试验的模拟结果表明,模拟的滞回曲线与试验结果吻合较好,并且能很好地模拟钢筋混凝土结构由于剪切作用引起的刚度与强度的退化现象,验证了模型的合理性。     

轻钢龙骨框格密肋复合墙体抗震性能试验研究

轻钢龙骨框格密肋复合墙是在普通RC 密肋复合墙的基础上,以轻钢龙骨代替肋梁肋柱中钢筋龙骨而形成的一种改进型密肋复合墙,为使密肋结构在大开间、中高层建筑结构中的应用成为可能,对轻钢龙骨框格密肋复合墙体抗震性能开展试验与理论研究十分必要。设计进行了1/2 比例轻钢龙骨密肋复合墙体与标准RC 复合墙体的低周反复荷载试验,对比研究改进前后密肋复合墙在破坏形态、承载力、刚度、延性等主要抗震性能方面的差异。试验结果表明,轻钢龙骨复合墙与普通RC复合墙均呈整体剪切型破坏,遵循砌块-框格-外框的破坏顺序;在用钢量增加17%的条件下,前者屈服荷载较后者提高了54.3%,极限荷载提高了53.1%,刚度及耗能性能亦明显优于后者;延性方面两者表现基本一致。该文研究工作为轻钢龙骨框格密肋复合墙在密肋结构中的应用提供了试验数据与基础。     

钢筋混凝土剪力墙拉弯受力性能试验和模拟

完成了4个剪跨比为2.0的钢筋混凝土(RC)墙在恒定轴拉力和往复水平力作用下的拟静力试验,研究了RC剪力墙在拉弯受力下的破坏模式、滞回性能、承载力、刚度、变形能力和耗能等。试验结果表明:RC墙试件出现了两种破坏模式,包括弯曲-滑移破坏(竖向钢筋平均拉应力比n_s=0.23~0.63)和弯曲破坏(n_s=0.91);轴拉力显著降低了RC墙的抗侧承载力、刚度和耗能能力,试件HSW4(n_s=0.91)的承载力比试件HSW1(n_s=0.23)的低41%;RC墙试件的极限位移角为1.3%~1.6%,大于GB 50010?2010规定的弹塑性位移角限值1/100。采用实测裂缝宽度和Vecchio-Collins公式计算了沿贯通裂面的抗滑移承载力退化曲线,揭示了试件弯曲-滑移破坏机理。采用有限元软件VecTor2建立了RC剪力墙拉弯受力分析的数值模型,分析结果与试验结果吻合良好,能准确预测试件的破坏模式、刚度和承载力。     

水平双向反复荷载作用下RC矩形空心桥墩的滞回模型研究

为了评价复杂地震荷载作用下钢筋混凝土(RC)空心桥墩的抗震性能,对3根RC矩形空心桥墩进行了"回型"水平双向反复荷载作用下的拟静力试验,并基于有限元数值分析方法,研究了该类加载制度下RC矩形空心桥墩的水平力-位移滞回曲线,及双向弯曲作用下RC矩形空心截面的弯矩-曲率。分析探讨了轴压比、壁厚、双轴弯曲强度比参数影响下RC矩形空心桥墩的滞回特性、破坏特征和截面受力性能模拟结果,提出了"回型"水平双向加载下RC矩形空心桥墩的滞回曲线模型,该模型考虑了水平双向加载对构件强度、刚度和位移的耦合效应。应用该模型得到的RC矩形空心桥墩的水平力-位移骨架曲线和滞回曲线的计算值与试验结果吻合较好。     

Using neural networks in the identification of Preisach-typehysteresis models

The identification process of the classical Preisach-type hysteresis model reduces to the determination of the weight function of elementary hysteresis operators upon which the model is built. It is well known that the classical Preisach model can exactly represent hysteretic nonlinearities which exhibit wiping-out and congruency properties. In that case, the model identification can be analytically and systematically accomplished by using first-order reversal curves. If the congruency property is not exactly valid, the Preisach model can only be used as an approximation. It is possible to improve the model accuracy in this situation by incorporating more appropriate experimental data during the identification stage. However, performing this process using the traditional systematic techniques becomes almost impossible. In this paper, the machinery of neural networks is proposed as a tool to accomplish this identification task. The suggested identification approach has been numerically implemented and carried out for a magnetic tape sample that does not possess the congruency property. A comparison between measured data and model predictions suggests that the proposed identification approach yields more accurate results     

Optimum classification of correlation-plane data by Bayesian decision theory

A multimodal model for correlation-plane distributions generated by composite filters is presented. From this model a statistical classifier referred to as a composite Bayesian classifier is developed. By exploiting the Gaussian behavior of correlation-plane data, this classifier concisely represents multimodal distributions as composite algebraic functions. These multimodal distributions, each of which is constructed by superposition of many normal distributions, are used to partition a vector signal space into optimum classification regions derived from Bayes's likelihood ratio test. For the purpose of validating the multimodal model, expected performance for the training images is derived from calibration data and compared with observed performance.     

钢-混凝土组合简支梁滞回性能非线性有限元分析

为实现钢-混凝土组合简支梁滞回性能三维非线性有限元分析,该文提出混凝土在单轴拉、压应力下的损伤变量计算方法,给定了混凝土的卸载规则,完善并提出混凝土应力-应变滞回本构关系和钢材循环本构关系,应用ABAQUS有限元软件建立混凝土棱柱体试件、钢材试件和钢-混凝土组合简支梁有限元三维非线性有限元模型,对混凝土棱柱体试件在单轴受压和受拉反复荷载下的试验结果进行分析,对钢材试件在单轴拉压循环荷载下的试验结果进行分析,对钢-混凝土组合简支梁在循环荷载下的荷载-挠度滞回关系、梁端荷载-滑移滞回关系以及栓钉的荷载-侧向变形滞回关系曲线等试验结果进行分析,计算结果与试验结果符合较好。     

剪切型破坏模式的配筋砌块砌体剪力墙恢复力模型

利用25片足尺全灌芯配筋砌块砌体剪力墙的低周往复荷载试验,研究了此种墙体在发生剪切型破坏模式下的恢复力模型。选取截面宽度包含190mm、240mm和290mm三种块型的墙体试验,研究了不同砌块孔洞率、竖向压应力、竖向和水平配筋率、墙体高宽比等参数对墙体破坏模式的影响。利用试验记录提出骨架曲线,其归一化骨架曲线符合带下降段的三折线模型。对试验数据进行回归分析,得到满足指数衰减规律的刚度衰减方程。提出适用于发生剪切型破坏模式的配筋砌块砌体剪力墙的滞回规则,此规则在卸载阶段用两折线表示,两折线采用不同的刚度值,第一卸载段采用初始刚度,第二卸载段采用本文提出的刚度衰减方程。该文提出的滞回模型能够较好模拟配筋砌块砌体剪力墙捏拢现象,模拟出的滞回曲线与试验记录到的曲线吻合良好。     

多块混凝土板拼装组合钢板剪力墙试验与有限元参数影响研究

对竖向拼装组合钢板剪力墙、横向拼装组合钢板剪力墙及传统组合钢板剪力墙开展拟静力试验,对比分析各试件破坏特征、滞回性能、耗能能力、刚度退化及位移延性,采用ABAQUS软件建立数值模型并针对不同拼缝宽度、螺栓距厚比和混凝土板厚度的竖向拼装组合钢板剪力墙进行了参数影响研究。结果表明:混凝土板分块布置会一定程度地降低其耗能能力和抗侧刚度,但可以减少内藏钢板对边缘框架柱产生附加弯矩的不利影响;竖向拼装组合钢板剪力墙是一种抗震性能更为优越的抗侧力构件,竖向拼装组合钢板剪力墙的耗能能力是横向拼装组合钢板剪力墙的1.3倍,且竖向拼装组合钢板剪力墙刚度退化相对缓慢;为保证组合钢板剪力墙具有较好的抗侧能力,螺栓距厚比为100和125时,其拼缝宽度分别不宜大于48 mm和72 mm;混凝土板约束刚度足够情况下,螺栓距厚比不宜大于125。     

A novel test configuration design method for inverse identification of in‐plane moduli of a composite plate under the PFEUM framework

We propose a novel sensitivity based approach that predicts and explains the accuracy of material parameter identification for a composite plate using the Projected Finite Element Update Method. A typical experiment using the Projected Finite Element Update Method technique involves a plate specimen held at 3 or 4 supports and bent under the application of a point load. Two‐Dimensional Digital Image Correlation is used to measure the pseudo displacements resulting from the projection of out‐of‐plane deflection of the plate onto the image plane. A cost function relating the projected numerical and experimental displacement fields is then minimised to obtain the material parameters. It is shown that the contribution of a specific material parameter in the observed displacement field influences the accuracy of its identification. The contributions from material parameters are first quantified in terms of sensitivity criterion that may be tailored by changing the elements of test configuration such as location of supports, the load application point, and the specimen geometry. Several test configurations are designed by maximising the sensitivities corresponding to individual material parameters. The relevance of proposed sensitivity criterion in these configurations is then validated through material identification in simulated experiments with added Gaussian noise. Finally, a thin CFRP plate is tested under these configurations to demonstrate the practical use of this approach. The proposed approach helps in robust estimation of the in‐plane elastic moduli from a bent composite plate with a simple Two‐Dimensional Digital Image Correlation setup without requiring measurement of the actual plate deflection or curvatures.     

Characterization of fatigue damage in long fiber epoxy composite laminates

A study of damage characterization of a GFRC laminate is presented here. Forty fatigue tests were executed and S–N curves traced. Two parameters were chosen to monitor damage evolution during each test: stiffness and dissipated energy per cycle. Moreover, the presence of three zones in graphs of processed data can be observed and it is evident that the most important structural transformations take place only in the very final part of life. Adopting a continuum mechanics approach, the degradation through the whole life in composite is evaluated and it is shown that the two parameters are strictly related to damage state of composite material. A method for predicting the remaining life in a GFRC is here proposed.     

组合材料加固砖砌体的有限元模拟方法

基于ABAQUS有限元软件,提出了组合材料加固砌体数值建模方法。该方法是在未加固砌体整体式模型的基础上,结合分离式思想建立组合材料加固砌体模型。通过对8片采用粘钢-聚合物砂浆组合材料加固的砖砌体墙体(其中,4片采用粘贴正交钢片,4片采用粘贴斜撑钢片)的拟静力试验结果进行了数值模拟对比分析,结果显示:模拟所得墙体滞回、骨架及刚度退化曲线与试验曲线基本吻合;仿真破坏形态与试验现象一致;计算所得荷载、位移、延性和耗能等全部指标中有81%的误差在20%以内。