不同剪切变形下橡胶隔震支座竖向压缩刚度试验研究

针对橡胶隔震支座,研究了其在不同水平剪切变形状态下的竖向压缩刚度理论计算方法,基于双弹簧模型,提出了改进的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度理论计算公式.采用建筑结构中常用的第二形状系数S2=5系列(G4)天然橡胶支座及铅芯橡胶支座,进行了不同压应力及不同剪切变形下的压缩性能试验,通过试验研究不同水平剪切变形状...     

橡胶隔震支座拉伸刚度理论模型与分析

为定量分析橡胶隔震支座的受拉性能, 该文建立了橡胶隔震支座双弹簧拉伸刚度简化分析模型, 根据支座的剪切和拉伸几何变形条件, 以及受力平衡条件, 推导了不同剪切变形下橡胶隔震支座拉伸刚度理论计算公式。根据推导结果对支座拉伸刚度变化规律进行了分析, 并与ABAQUS有限元数值模型及支座拉伸试验结果进行了对比, 结果表明, 该文计算公式可以较好地分析不同直径叠层橡胶隔震支座在剪切变形小于100%时拉伸刚度定量变化。     

基于刚度矩阵分析法的变刚度橡胶支座力学性能研究

在橡胶支座力学行为基础上提出了一种适合隔离三维地震或竖向振动的新型变刚度橡胶支座,并阐述了能解决变刚度支座非均质体力学问题的刚度矩阵分析法。首先,基于常用橡胶支座解析解和压剪试验的非线性响应分析,采用刚度矩阵分析法对该支座进行计算,其结果和试验值高度一致验证了该方法计算精度较高。接着,对比三种支座结果：在相同外部荷载和材料参数下,厚层支座力和变形最大,变刚度支座和普通支座力和变形显著低于厚层支座;不同轴压下,P-Δ效应表现为厚层支座力和变形及水平刚度受轴压影响最为显著,而变刚度支座与普通支座受轴压影响较小。通过算例表明,可通过调整变刚度支座实现竖向刚度的优化。综合而言,变刚度支座对力和变形的承载能力较好,为三维隔震(振)提供了一种简单实用的解决方案。     

小型叠层橡胶支座水平刚度的实验研究

本文对小型叠层橡胶支座(D<100mm)进行了压剪试验研究,并总结了这类支座的一些基本性能。试验表明:当用现有的大型叠层橡胶支座水平刚度计算公式对小型叠层橡胶支座的水平刚度进行计算时,其计算结果偏小,必须经过适当修正后,才能计算小型叠层橡胶支座的水平刚度。同时,从开发新产品的角度出发,本文还对一组锡芯叠层橡胶支座进行了初步的试验研究。实验成果在一定程度上弥补了这一研究领域内的不足。     

橡胶支座与R／C柱串联隔震系统水平刚度系数

将叠层橡胶支座和Ｒ／Ｃ柱的串联机构作为隔震系统的做法在实际工程中已有应用,但至今尚无规范化的设计计算方法。该文将橡胶支座简化为考虑Ｐ－Δ效应的剪弯型竖杆、Ｒ／Ｃ柱简化为弯曲型竖杆,建立了橡胶支座和Ｒ／Ｃ柱串联隔震系统的分析模型,推导了水平刚度系数的实用计算公式,并对典型参数的影响进行了分析。     

新型金属弹簧隔震支座的试验研究及理论分析

为解决刚性滑板支座滑动过程水平刚度为零的问题,研发了一种新型金属弹簧隔震支座。通过金属弹簧组件的纯剪切试验和隔震支座的压剪试验,研究构件部分和支座整体的恢复力特性及关系。研究结果表明：隔震支座的竖向承载力与水平恢复力相互独立,金属弹簧组件具有非线性的弹性恢复力,恢复力随位移增大而增加,隔震支座的摩擦力大小与竖向压力有关,耗能效果随竖向压力增大而增加。提出了边界约束条件下的曲线形状的欧拉伯努利梁大变形的计算方法,用于分析弹簧组件中变曲率弹簧片的力-位移关系,进而能根据弹簧材料和尺寸准确计算隔震支座的水平恢复力。所采用的理论分析方法与拟静力试验以及有限元算法的结果相比,吻合较好,具有可靠的计算精度和较高的计算效率。     

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。     

纤维增强工程塑料板夹层橡胶隔震支座有限元分析

利用轻质、低价纤维增强工程塑料板作为加劲层开发出一种新型隔震支座—纤维增强工程塑料板夹层橡胶隔震支座(FRPB)。利用通用有限元程序ABAQUS建立了无约束型支座、可靠约束型支座三维实体模型。对比探讨了无约束型支座、可靠约束型支座压剪状态下内部橡胶层中水平向应力、竖向应力、剪切应力的大小及分布状态。分别提出无约束型支座、可靠约束型支座水平承载机理。揭示了翘曲因素对于无约束型支座内部橡胶层应力状态影响的规律,为无约束型支座水平承载力及水平刚度的设计和研究提供参考。     

叠层厚橡胶支座竖向压缩与拉伸力学性能研究

为有效地缓解城市轨道交通上盖结构抗侧刚度不连续、竖向振动舒适度的突出问题,叠层厚橡胶支座逐渐应用于该类结构隔震/振设计。而面向上盖多层或高层结构,支座需具有较高的竖向承载力,并应准确验算其拉应力。因此,该文设计了第一、第二形状系数分别为10.3和4.0的叠层厚橡胶支座,开展了支座竖向压缩和拉伸力学性能研究。通过足尺支座试验,获得其竖向力学性能参数,结果表明：竖向设计承载力下,各橡胶层均匀凸出,没有发生整体侧向屈曲;拉伸荷载下,各橡胶层均匀拉伸变形,拉伸应力满足规范限值。随后,建立支座ABAQUS有限元模型,橡胶竖向压缩采用Yeoh本构关系,可较准确地模拟支座竖向压缩刚度;为考虑橡胶空穴拉伸损伤的本构关系,编写UHYPER用户子程序,可精确地模拟支座拉伸刚度和拉伸承载力。最后,根据试验和数值模拟结果,建立叠层厚橡胶支座竖向压缩刚度、拉伸刚度和拉伸承载力计算方法。该研究成果可为叠层厚橡胶支座在多层或高层结构的振震双控设计提供试验和理论支撑。     

小型铅芯橡胶支座剪切性能试验研究

通过对小型铅芯橡胶支座(LRB)进行剪切试验,研究了支座剪应变、压应力和加载频率对支座等效水平刚度、屈服后刚度、屈服力和等效阻尼比的影响.结果表明:随着剪应变的增大,支座的等效水平刚度和屈服后刚度减小,屈服力增大,等效阻尼比呈线性减小;随着竖向压应力的增大,支座的等效水平刚度减小,屈服后刚度呈线性减小,屈服力和等效阻尼比呈线性增大;加载频率对支座的剪切性能基本没有影响,可以忽略;100%剪应变以内,施加的剪应变和压应力没有对隔震支座造成损伤;剪应变超过100%的大变形和大压应力会使支座进入塑性,造成支座部分永久性损伤.建议根据振动台试验的工况顺序及支座在振动台试验的最大实际变形设计拟静力试验的工况.提出日本规范等效水平刚度计算公式的修正系数,并与振动台试验实测值进行对照,证明了修正后的计算公式计算精度有所提高.     

一种空间剪力墙非线性计算模型

我国地震区的高层建筑结构一般都要布置复杂的钢筋混凝土剪力墙,如何有效模拟这些复杂墙体的力学性能就成为高层结构弹塑性分析的关键。该文在两元件墙单元模型的基础上提出了一种空间墙非线性分析模型,该模型考虑了墙体的轴向、弯曲和剪切弹塑性变形,并能合理考虑墙-墙、梁-墙交界处结点的位移协调。与试验结果对比分析表明,该文建立的墙单元模型具有自由度少和计算稳定等特点,可用于钢筋混凝土剪力墙结构的初步设计或整体性能评价,为复杂墙体弹塑性分析提供了可行的方法。     

考虑抗滑移刚度的钢管混凝土柱的荷载传递

提出了钢管混凝土抗滑移刚度的概念,给出了均布荷载和集中荷载作用下钢管混凝土柱的轴力、界面剪应力、界面相对滑移等的解析解,发现在考虑滑移的情况下,钢管混凝土柱的轴压刚度保持不变。对国内进行的39个方钢管混凝土、29个圆钢管混凝土试件的粘结滑移试验进行分析,根据试验数据汇总得出钢管混凝土界面抗滑移刚度的数值。利用ANSYS软件建立钢管混凝土柱模型,分析了顶板厚度对混凝土应力分布和柱轴压刚度的影响,分析结果表明,顶板在增强钢管和核心混凝土共同工作上有着重要作用。     

基于RSAPS平台的隔震单元模型

为实现对隔震支座力学特性的精细化模拟,基于前期建立的结构精细化模拟分析平台RSAPS,结合可以考虑水平双向耦合作用的Bouc-Wen模型和考虑竖向刚度变化的双弹簧模型,开发了隔震单元分析模块。该模块采用重叠面积法确定给定侧向位移下的临界荷载;根据支座是否具有各项同性特性,选取相应的加卸载判断条件。应用该模块分别模拟分析了铅芯橡胶支座双向位移控制试验、双向激励振动台试验和缩尺隔震桥梁振动台试验,结果表明,基于RSAPS平台所开发的隔震单元模块,可以有效模拟隔震支座的静、动力特性,且具有较高的计算效率,可进一步应用于隔震桥梁的地震响应分析。     

薄壁箱梁剪力滞剪切变形双重效应分析的矩阵方法

本文在得到薄壁箱梁同时考虑剪力滞及剪切变形影响微分方程初参数解的基础上,进一步推导出单元刚度矩阵和等效结点荷载,从而使薄壁箱梁势力滞、剪切变形效应分析方法方便地纳入广泛应用的矩阵位移法程序系统,为连续梁等复杂结构的剪力滞及剪切变形效应分析提供了强有力的计算手段。     

加强型预应力混凝土管桩抗弯剪性能试验研究

采用ABAQUS软件,选取适合模型的本构关系,在验证模型正确性的基础上,建立21个预应力高强混凝土管桩有限元模型,考察剪跨比、轴压比、混凝土强度、增配普通钢筋以及预应力筋配筋率等参数对管桩极限抗剪承载力和P−Δ关系曲线的影响。分析结果表明：剪跨比、轴压比、预应力筋配筋率、增配普通钢筋对管桩的抗剪性能有影响,随着构件剪跨比的减小和预应力筋配筋率的增加,管桩的极限抗剪承载力有较大提高;增配普通钢筋后的管桩,与仅配预应力筋的管桩相比,其极限承载力更高,不同剪跨比下的曲线变化规律也与后者基本一致;增加混凝土强度可以提高管桩的抗剪承载力,但P−Δ关系曲线的弹性阶段几乎没有变化;管桩的极限抗剪承载力随着轴压比的提高而增大。     

Fatigue damage mechanics of composite materials Part IV: Prediction of post-fatigue stiffness

A model has been developed for predicting the stiffness of cross-ply carbon fibre composite laminates containing a notch from which damage, in the form of matrix cracks, splits and delaminations, has grown. A combination of experimental and theoretical results have been used to deduce appropriate degraded stiffness properties for the damaged regions of the laminate. These degraded stiffnesses have then been incorporated into a finite element representation of the notched laminate to predict the overall stiffness. Agreement with experimental data is satisfactory.     

板桁梁抗扭惯性矩的计算方法

抗扭惯性矩是考察大跨度板桁梁受力性能的重要参数,但板桁梁精细化的有限元建模分析较复杂,结构模型试验成本较高,简洁可靠的计算分析方法是更好的选择。首先,针对桁架结构,基于剪切刚度相等原则,提出了考虑弦杆框架效应的桁架等效板厚度的解析表达式。其次,考虑桥面板与U肋在水平方向剪切变形的一致性,改进了正交异性板的等效板厚度的计算公式,给出了板桁梁扭转惯性矩的解析公式。最后,以实际板桁梁为例,采用精细化的有限元模型验证了该文计算方法的正确性。结果表明,提出的板桁梁抗扭惯性矩的计算方法具有较高的精度。