考虑动力损伤退化的钢筋混凝土柱恢复力模型

基于16根钢筋混凝土柱的静力和动力循环往复加载试验,研究了动力效应对柱抗震性能的影响。依据修正Park-Ang损伤指标建立的静力和动力损伤指标,能够兼顾考虑最大位移与循环加载次数对柱损伤退化指标的影响。分别建立静力和动力加载下性能退化参数与相应位移比、损伤指标之间的关系,并结合建构的动力退化函数,提出能够反映滞回曲线的负刚度段、循环退化效应以及捏缩效应的钢筋混凝土柱动力恢复力模型。与试验数据对比的结果表明,提出的宏观力学模型可以有效模拟静力和动力加载情况下钢筋混凝土柱的滞回特性,且动力恢复力模型相比于静力恢复力模型能够更好地刻画钢筋混凝土柱在地震应变率作用下的力学性能。文中建立的恢复力模型及方法可为钢筋混凝土结构的抗震分析提供理论参考。     

BFRP模壳加固混凝土墩柱抗震性能试验研究

针对围堰、沉箱等方法加固水下桥梁墩柱需排水施工、成本高、施工困难以及施工周期长等问题,提出BFRP模壳不排水快速加固水下混凝土墩柱技术。为研究该种方法加固混凝土墩柱的抗震性能,设计并制作了5个BFRP模壳加固墩柱和3个未加固普通混凝土墩柱进行低周反复荷载试验,研究了各柱的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及延性,并分析了BFRP模壳加固、混凝土膨胀剂、长细比等因素对墩柱抗震性能的影响。结果表明：BFRP模壳加固后的试件破坏类型为压弯破坏;BFRP模壳加固后,试件的滞回曲线较为饱满,峰值荷载提高了100%~138%,位移延性系数提高了0.4%~38%,耗能能力得到显著提高,总体上,抗震加固效果良好。     

薄璧空心高墩拟静力实验研究分析

本文通过三个空心薄璧桥墩模型的拟静力加载实验,研究了空心高墩在低周反复荷载作用下的破坏机理,滞回特性,能量耗散。通过分析模型的滞回曲线,骨架曲线,粘滞阻尼系数,得出了空心薄璧桥墩在地震作用下一般呈弯曲破坏的破坏机理,耗能能力较好。     

不同加载方式下实腹式型钢混凝土T形截面柱损伤试验研究

为研究不同加载方式下实腹式型钢混凝土T形截面柱沿腹板方向的损伤演化规律,设计并制作了10根缩尺比为1/2、剪跨比为2.5的型钢混凝土T形截面柱,变化参数为轴压比、配钢率及加载制度。基于试验成果,对单调荷载及低周反复荷载作用下T形截面柱的荷载 位移曲线及能量耗散能力进行了分析。结果表明：从初始加载到失效,型钢混凝土T形截面柱的损伤过程可分为5个阶段,分别为无损阶段、轻微损伤阶段、损伤稳步发展阶段、严重损伤阶段和破坏阶段;与单调加载相比,随着位移幅值的增大与荷载循环次数的增加,T形截面柱的承载力、极限变形能力和极限耗能能力均有不同程度的降低。在试验研究的基础上,考虑荷载循环次数、位移幅值与极限承载能力的动态关系以及加载路径对T形截面柱损伤的影响,建立了由最大变形与滞回耗能双参数组合的非线性损伤模型,并验证了该模型的合理性。     

钢筋混凝土梁的变幅滞回性能及其损伤评价

基于22根具有不同配筋率和配箍率的钢筋混凝土梁试件的变幅加载试验,研究钢筋混凝土梁的变幅滞回性能、承载力和加载刚度的衰变规律及其损伤评估方法,提出变幅滞回荷载作用下钢筋混凝土梁的损伤量化指标,分析了峰值位移、累积滞回耗能和加载历程对RC梁损伤的影响。研究表明：对于变幅滞回荷载作用下钢筋混凝土梁,耗能能力衰减指数、承载力衰减指数和加载刚度衰减指数的发展不完全同步,但三者都与历史峰值位移、累积滞回耗能有关;耗能能力衰减指数与承载力衰减指数呈波动型非单调增长,而加载刚度衰减指数呈单调增长趋势,因此加载刚度衰减指数更适合用来作为变幅滞回钢筋混凝土梁的损伤评价指标;当RC梁的延性系数较小时（k_,max< 3）,其损伤与延性系数保持正相关关系,累积滞回耗能数量和峰值位移出现时点对这一关系影响甚微,而配箍率的增加能够明显降低RC梁的损伤。因此,控制延性系数并提高配箍率是控制RC梁地震损伤的一个稳定而有效的途径。     

动冰力模型参数对墩柱结构非线性地震反应影响研究

结冰水域墩柱结构往往被大片的海冰包围,地震作用下,把冰与墩柱结构的相互作用以动冰力模型的形式考虑将大大简化结构地震反应的工作量,但合理的动冰力模型参数仍有待于进一步研究。本文对已有冰力模型进行分析,在适用于地震动力反应分析的Croteau冰力模型的基础上,建立冰水域墩柱结构地震反应计算模型,并以一桥墩为研究对象,研究该冰力模型参数对墩柱结构地震非线性反应的影响。结果表明:地震作用下海冰对桥墩的影响随着冰力模型中加载位移的增大而减小,且加载位移对墩底的剪力影响较小而对弯矩影响较大;动冰力模型中的位移比小于1.5时,结构的地震响应偏小,为了冰水域墩柱结构的抗震设计更安全,建议动冰力模型中位移比取2.0～2.5。     

FEA on hysteretic behavior of concrete-filled round-ended stainless steel tubular bridge piers

为研究圆端形不锈钢管混凝土桥墩的滞回性能,采用有限元分析软件ABAQUS,建立了圆端形不锈钢管混凝土桥墩的精细化模型,对比研究其与圆端形普通钢管混凝土桥墩受力性能的差异,并对影响其滞回性能的主要因素进行参数分析。研究发现：采用不锈钢与普通钢的圆端形钢管混凝土桥墩承载力相当,但由于不锈钢存在较为显著的应变强化现象,前者的荷载-位移曲线下降更为平缓,圆端形不锈钢管在加载后期仍能对核心混凝土提供较好的约束作用;随截面长宽比增加,圆端形不锈钢管混凝土桥墩的水平承载力明显增加,但位移延性明显下降;随含钢率增加,桥墩的抗侧刚度、水平承载力、位移延性均明显增加;随轴压比增加,桥墩水平承载力略有降低,而位移延性明显下降;而核心混凝土强度对桥墩的滞回性能影响有限。     

局部外包钢管钢筋混凝土桥墩力学性能分析

运用大型有限元软件ABAQUS对局部钢管约束钢筋混凝土桥墩的有限元计算模型进行低周反复荷载作用下全过程的非线性有限元分析,通过分析滞回曲线、骨架曲线及等效刚度退化曲线的特点发现,局部钢管约束钢筋混凝土高桥墩具有很好的延性性能,可以作为桥墩延性抗震设计的一种备选方案。     

单自由度体系地震残余变形分析及计算

地震残余变形是结构可修复能力的重要指标,准确分析结构的残余变形对于震后结构性能的评估与控制具有重要意义。基于对不同单自由度(SDOF)体系的弹塑性地震响应的统计分析,研究了不同参数对地震残余变形的影响,其中滞回特性、屈服后刚度、地面峰值加速度(PGA)以及最大弹塑性变形对残余变形的影响较大;同时结合理论分析提出了分别适用于弹塑性Kinematic滞回模型和Takeda滞回模型的残余变形简化计算方法。该方法是以先获得结构的最大弹塑性变形为基础的,能与传统的确定结构最大变形性能的抗震分析方法(Pushover方法)较好地结合。最后,以一钢筋混凝土单柱桥墩为例,详细阐述了所提出的方法进行单自由度体系结构的地震残余变形计算及震后结构性能评估的过程,分析表明基于Takeda模型的结构残余变形的计算结果偏于安全。     

碳纤维增强复合材料约束矩形空心墩抗震性能试验研究

为了研究纤维增强复合材料(FRP)约束钢筋混凝土(RC)空心截面桥墩的抗震性能,对水平单向和双向荷载作用下,剪跨比分别为4和8的CFRP约束RC矩形空心墩进行拟静力试验。分析不同试件的破坏形态、滞回曲线、水平力和位移延性。结果表明:通过CFRP布环包约束试验空心墩的塑性铰区,可降低墩柱的破坏位置、减轻损伤程度,并改变剪跨比较小墩柱的破坏形态;明显改善水平双向荷载作用下剪跨比较大矩形空心墩的滞回性能和延性,但是对水平力的提高小于20%。     

钢筋混凝土桥墩基于位移的抗震设计方法

通过改进能力谱法,给出了一个可以实现“小震不坏、中震可修和大震不倒”多级性能目标的钢筋混凝土桥墩直接基于位移的抗震设计方法。首先以钢筋和混凝土的应变幅值建立了钢筋混凝土桥墩不同破损极限状态的量化准则,并基于曲率延性系数和位移延性系数关系转化为墩顶位移的表述形式。再以屈服位移和位移延性系数作为设计参考变量,采用屈服谱加速度和屈服位移(Ay-Dy)格式的地震需求谱求解系统在不同风险水平地震作用下的反应。最后以能力设计原理保证桥墩截面的抗剪强度需求。通过一个具体设计算例说明了建议方法的可行性。     

短肢剪力墙累积损伤分析及试验研究

为研究短肢剪力墙构件累积损伤与结构宏观变形发展及破坏间的关系,提出短肢剪力墙考虑材料损伤累积效应的非线性墙元力学模型,对6个1/2比例的L形短肢剪力墙构件进行拟静力试验研究。根据模型编制非线性有限元程序,对试件进行损伤过程的模拟分析,得到试件在试验过程中相应的特征荷载、宏观变形状态下的整体损伤量,为结构在反复荷载作用下的安全评估提供参考。最后对其中一个试件进行滞回曲线计算分析,结果较为理想,说明方法可行。     

Cyclic axial response and energy dissipation of cold-formed steel framing members

This paper summarizes results from an experimental program that investigated the cyclic axial behavior and energy dissipation of cold-formed steel C—sections structural framing members. Fully characterized cyclic axial load–deformation response of individual members is necessary to facilitate performance-based design of cold-formed steel building systems. Specimen cross-section dimensions and lengths were selected to isolate specific buckling modes (i.e., local, distortional or global buckling). The cyclic loading protocol was adapted from FEMA 461 with target displacements based on elastic buckling properties. Cyclic response showed large post-buckling deformations, pinching, strength and stiffness degradation. Damage accumulated within one half-wave after buckling. The total hysteretic energy dissipated within the damaged half-wave decreased with increasing cross-section slenderness. More energy dissipation comes at the cost of less cumulative axial deformation before tensile rupture.     

桥墩自振频率的能量公式

采用瑞利法,导出了计算浅平基桥墩、桩基桥墩及沉井基础桥墩基频的近似公式。在形函数中,将桥墩的总变形分解为墩身的弹性变形与基础平、转动所产生的刚体位移之和。墩身的形函数采用简单的三次多项式。由地基变形所引起的刚体位移用线性函数表示。地基变形由平动、转动及平转动耦合弹簧表示。本文所导出的计算公式具有物理意义明确、计算简单、精度高等优点,除适用于各种基础类型桥墩外,也适用于烟囱及水塔等构筑物。     

Behavior of fully grouted reinforced concrete masonry shear walls failing in flexure: Analysis

This paper contains analysis details of an experimental study conducted to evaluate the ductility and energy dissipation characteristics of reinforced concrete masonry shear walls failing in flexure. The test program consisted of six reinforced concrete masonry shear walls tested under reversed cyclic lateral displacements simulating seismic loading effects. This paper focuses on documenting the levels of ductility attained by the walls and evaluating the contribution of flexure and shear deformations to the overall wall lateral displacement. Analysis of the measured displacements showed that the contribution of shear displacement to the overall wall displacement was significant (up to 28% of total displacement at maximum load) but was not the same for all the walls having height-to-length ratio of 2.0. Displacement ductility values up to 4.5 and 11.4 were measured corresponding to maximum load and 20% strength degradation, respectively. Values up to 3.5 were calculated for the ductility-related seismic response modification factor for the test walls corresponding to design drift levels of 1%. The relationship between the energy dissipation and the ratio of the post-yield to the yield displacement was found to be almost linear for the test walls. In addition, the wall stiffnesses degrade rapidly to about 50% of their initial stiffness at very low drift levels (0.1% drift); however, the test walls maintained at least 80% of their maximum strength up to large displacements (2.2% drift).     

胶合木梁-柱摩擦型节点滞回性能研究

将摩擦型连接和形状记忆合金（SMA）板引入重型胶合木结构,提出了胶合木梁-柱摩擦型节点并研究了其滞回性能。分别以钢材和木材作为摩擦板材料,设计并制作了3个1∶2缩尺节点,开展了水平低周反复加载试验,获取了节点的典型破损模式和弯矩-转角滞回曲线,对比了节点的弹性转动刚度、峰值弯矩、耗能能力和残余变形。基于胶合木梁-柱摩擦型节点的工作机理建立了节点弯矩-转角滞回模型。结果表明：摩擦型节点主要发生SMA板受拉断裂,节点连接区域木材基本保持完好。相比普通螺栓钢填板节点,摩擦型节点的弹性转动刚度基本保持不变,峰值弯矩下降2%~17%,但各级位移加载幅值下节点耗能增加64%~278%,等效黏滞阻尼系数基本大于0.2,残余变形减小。采用钢制摩擦板的摩擦型节点残余变形更小,采用木质摩擦板的摩擦型节点的等效黏滞阻尼系数较大。胶合木梁-柱摩擦型节点的弯矩-转角滞回模型与试验滞回曲线吻合良好,表明其可用于工程结构分析。     

Hysteretic performance of frictional glulam beam-to-column connections

将摩擦型连接和形状记忆合金（SMA）板引入重型胶合木结构，提出了胶合木梁-柱摩擦型节点并研究了其滞回性能。分别以钢材和木材作为摩擦板材料，设计并制作了3个1∶2缩尺节点，开展了水平低周反复加载试验，获取了节点的典型破损模式和弯矩-转角滞回曲线，对比了节点的弹性转动刚度、峰值弯矩、耗能能力和残余变形。基于胶合木梁-柱摩擦型节点的工作机理建立了节点弯矩-转角滞回模型。结果表明：摩擦型节点主要发生SMA板受拉断裂，节点连接区域木材基本保持完好。相比普通螺栓钢填板节点，摩擦型节点的弹性转动刚度基本保持不变，峰值弯矩下降2%~17%，但各级位移加载幅值下节点耗能增加64%~278%，等效黏滞阻尼系数基本大于0.2，残余变形减小。采用钢制摩擦板的摩擦型节点残余变形更小，采用木质摩擦板的摩擦型节点的等效黏滞阻尼系数较大。胶合木梁-柱摩擦型节点的弯矩-转角滞回模型与试验滞回曲线吻合良好，表明其可用于工程结构分析。     

基于能量原理的钢筋混凝土桥墩抗震安全系数

从能量的角度提出了桥墩抗震耗能能力安全系数的概念,通过合理给定位移和损伤控制条件并结合钢筋混凝土构件的损伤指标方程和结构地震反应的能量方程推导出了这一安全系数。最后用通用有限元软件对一实例钢筋混凝土桥墩抗震耗能能力安全系数进行了计算,验证了方法的可行性。研究结果表明:通过给定合理位移和损伤控制条件可以简便地求出桥墩的有效总耗能能力并可由此得到不同地震动输入情况下的桥墩耗能能力安全系数。对今后基于能量原理的抗震设计和评估方法的应用,具有一定的参考作用。     

HRBF500 RC柱地震全过程损伤试验分析

根据6根配置HRBF500级细晶钢筋的混凝土柱的低周反复加载试验,计算不同轴压比、剪跨比和配箍率构件的屈服位移和滞回耗能。根据经典Park模型存在的若干问题,引入比例参数协调低周反复加载极限位移与单调加载极限位移的关系,并局部修正Park模型。最后,对6个构件进行了加载全过程的损伤分析,总结损伤趋势和规律,分析轴压比、剪跨比和配箍率对损伤发展趋势的影响,并给出相应损伤评价准则和设计建议。     

杭申线老桥顶升立柱接长设计及结构分析

为满足航道等级提升的需要,杭申线老桥采用顶升施工接长立柱的设计方案来提高桥梁高度。这里细长立柱的接长设计是关键内容之一。重点阐述了立柱接长设计所需要考虑的荷载工况、立柱长细比的正确计算、承载力以及裂缝宽度的验算;此外,为验证设计还进行了必要的地震反应谱分析以及钢筋混凝土的非线性分析。