偏心支撑框架空间子结构混合试验边界条件模拟方法

数值子结构的建模精度和子结构的边界条件模拟是子结构混合试验中的两个关键问题。为进一步研究这种新型结构试验方法对于空间框架结构的适用性,基于高强钢组合Y形偏心支撑框架模型展开研究。首先建立了一套由OpenSees, OpenFresco试验平台以及MTS加载系统组成的混合试验系统。然后分别针对2层、3层和4层3跨高强钢组合Y形偏心支撑框架,取底层带有偏心支撑的框架部分作为试验子结构,其余部分作为数值子结构在OpenSees中进行模拟。在混合试验之前,利用已有单榀试件拟静力试验结果对数值子结构的建模方法进行了数值模拟验证。最后选取El Centro波作为原始输入地震波,针对试验子结构的平动模拟和竖向荷载作用进行了一系列空间子结构混合试验。结果表明:通过数值模拟验证拟静力试验结果的方式,可以为混合试验中数值子结构的建模提供参考依据;采用双作动器水平加载来实现试验子结构的平动,可以有效考虑数值子结构对试验子结构的边界约束;竖向荷载的考虑,可以更真实的模拟试验子结构的重力二阶效应。     

地震作用下钢筋混凝土柱受力性能研究

采用多弹簧模型对钢筋混凝土柱在水平反复荷载作用下的受力过程进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果对比表明,所建多弹簧计算模型较好地反映了钢筋混凝土柱的受力性能。针对目前钢筋混凝土柱试验研究的不足,选取轴压比、加载路径、加载幅值、荷载循环次数、变轴力等进行参数研究。研究发现:地震作用下大轴压比柱延性较小,对抗震不利;双向加载时,随两方向幅值比减小,矩形和菱形加载路径下柱的延性显著减小;加载幅值增量及荷载循环次数的变化对柱骨架曲线形状影响不明显;变轴力加载下柱的滞回性能表现出明显的不对称性,但柱滞回耗能和极限位移与定轴力加载情况基本一致。     

基于纤维模型叠合板式剪力墙非线性分析

考虑叠合板式剪力墙(SSSW)墙体截面弯曲变形、轴向变形及剪切变形对单元动力特性的影响,应用纤维模型模拟墙体弯曲与轴向变形相互作用的非线性滞回特性,通过剪切弹簧模型对剪切变形进行模拟。采用此模型对不同变幅加载路径下的4片不同配筋形式和轴压比的墙体进行数值模拟,并与拟静力试验结果进行对比。结果表明,考虑剪切变形的纤维模型可以较好地模拟SSSW的非线性特性,可以采用此模型进行SSSW结构弹塑性分析。     

地铁引起装配式结构振动的组合碟形弹簧隔振研究

为了研究组合碟形弹簧对地铁引起装配式结构产生振动的隔振效果,建立地铁轨道-路基-土体-组合碟形弹簧-半刚性节点装配式结构的三维有限元计算模型,计算装配式结构建筑物隔振前后的自振周期和结构竖向加速度频谱,对比分析结构节点转动刚度、地铁车速、结构与轨道中心距离,探讨这些因素对组合碟形弹簧隔振效果的影响。结果表明：隔振后,结构的自振周期相比于隔振前增大2 倍左右;组合碟形弹簧具有明显的隔振作用,隔振效率超过50 %;相比于铰接节点和刚接节点装配式结构,组合碟形弹簧的隔振效果在半刚性节点装配式结构中更为明显;地铁列车以80 km/h～100 km/h运行时,组合碟形弹簧的隔振效果表现最好;组合碟形弹簧的隔振效果随对合数的增大而越明显,与对合数呈非线性关系;结构振动频率在0～10 Hz时,隔振效果更好。     

高速铁路路基模型列车振动荷载模拟

针对高速铁路轨道-路基实尺试验模型提出了列车振动荷载模拟装置,该装置由反力架、作动器及分配梁等组成。参照实尺模型,建立了轨道-路基三维有限元数值模型,以运行速度为350km/h的CRH380型动车组、CRTSⅡ型无砟轨道为研究对象,计算并分析了列车移动荷载加载和作动器加载时路基的竖向动应力和竖向动位移,结果表明采用作动器联动加载可较好地模拟列车动力荷载。为获得动力加载时程曲线,采用数值模型建立相邻车厢的两个相邻转向架经过轨道时扣件点反力时程曲线,结合分配梁体系的传力特性和MTS伺服加载试验机对输入时程曲线的要求,通过对扣件点反力时程曲线进行叠加和傅里叶变换得到了作动器的输入时程曲线。     

碟簧螺栓连接系统冲击响应分析

通过理论计算与有限元模拟,对设置碟形弹簧螺栓连接结构受阶跃冲击载荷响应进行分析。对比设置与不设置碟形弹簧时螺栓峰值应力,揭示碟形弹簧刚度及系统阻尼对螺栓响应影响。结果表明：峰值应力与蝶形弹簧刚度及系统阻尼有关,设置碟形弹簧、减小蝶形弹簧刚度、增大系统阻尼均能降低螺栓峰值应力,且能迅速衰减冲击产生的振动。     

一种新型自复位SMA-剪切型铅阻尼器的试验及其数值分析

利用形状记忆合金（shape memory alloys,SMA）的超弹性以及金属铅的屈服耗能特性,开发出一种新型复合耗能自复位阻尼器,由形状记忆合金丝、剪切型铅块以及复位弹簧组成,其特点是结构简单、制作方便,同时具有高耗能及自复位功能。制作了阻尼器模型,并进行了力学试验,研究了在循环荷载作用下不同加载速率、不同位移幅值对其力学性能的影响。建立阻尼器的力学模型对其进行了数值模拟,结果表明：新型阻尼器在循环荷载作用下滞回性能稳定,利用形状记忆合金与铅同时工作耗能,阻尼器具有良好的耗能能力;复位弹簧的设置能使阻尼器具有良好的自复位能力;数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了力学模型的正确性。     

冻融环境下砖砌体组合墙的抗震性能试验

为研究冻融大气环境下构造柱-圈梁约束砖砌体墙的抗震性能,利用气候模拟实验室对4片组合单墙片和4片组合双墙片试件进行了加速冻融试验,进而对其进行了拟静力加载试验。试验结果表明:试件在低周反复荷载作用下均表现为剪切破坏,冻融环境对砖砌体组合墙的破坏形态有一定影响;随着冻融循环次数的增加,试件的开裂荷载和极限荷载不断降低,刚度及耗能能力逐渐退化,而开裂位移和极限位移逐渐增加;冻融循环次数相同时,组合双墙片的承载能力、变形能力和耗能能力均高于组合单墙片,其滞回曲线更加饱满,延性系数约为组合单墙片的1.2倍,刚度退化速率明显降低,表明在冻融环境下设置多道构造柱可有效提高砖砌体组合墙的抗震性能。建立了考虑冻融循环作用次数的砖砌体组合墙受剪承载力公式,且计算结果与试验结果吻合较好。     

冻融环境下砖砌体组合墙的抗震性能试验EI北大核心CSCD

为研究冻融大气环境下构造柱-圈梁约束砖砌体墙的抗震性能,利用气候模拟实验室对4片组合单墙片和4片组合双墙片试件进行了加速冻融试验,进而对其进行了拟静力加载试验。试验结果表明:试件在低周反复荷载作用下均表现为剪切破坏,冻融环境对砖砌体组合墙的破坏形态有一定影响;随着冻融循环次数的增加,试件的开裂荷载和极限荷载不断降低,刚度及耗能能力逐渐退化,而开裂位移和极限位移逐渐增加;冻融循环次数相同时,组合双墙片的承载能力、变形能力和耗能能力均高于组合单墙片,其滞回曲线更加饱满,延性系数约为组合单墙片的1.2倍,刚度退化速率明显降低,表明在冻融环境下设置多道构造柱可有效提高砖砌体组合墙的抗震性能。建立了考虑冻融循环作用次数的砖砌体组合墙受剪承载力公式,且计算结果与试验结果吻合较好。     

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。     

预制钢筋混凝土叠合剪力墙抗震性能试验研究

为研究预制钢筋混凝土叠合剪力墙的抗震性能,对3片预制钢筋混凝土叠合剪力墙、1片现浇钢筋混凝土剪力墙进行低周反复荷载试验,对比研究了各试件的荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度退化规律、延性性能、耗能能力和破坏形态等,探讨了叠合墙体预制部分与现浇部分的协同工作性能,以及不同施工工艺对整体工作性能的影响。研究结果表明:1)墙体破坏以剪切破坏为主;2)预制叠合墙和现浇墙体的承载能力、破坏模式、抗震性能指标均相近;3)预制试件的预制面与现浇面交接处未出现竖向劈裂裂缝,受力变形基本同步,协同工作性能良好;4)不同施工工艺对叠合墙的承载和变形性能无明显影响。     

铝蜂窝在压-剪组合荷载作用下的力学特性研究

对铝蜂窝在压-剪组合荷载作用下的变形特征进行试验研究,并基于试验建立铝蜂窝数值计算模型,分析各参数对铝蜂窝在压-剪组合荷载作用下力学行为的影响。结果表明:在TL面内加载时,蜂窝变形逐渐由只在一端(加载端)变形过渡到同时在两端(加载端和非加载端)变形。在TW面加载时,蜂窝主要在一端(加载端)产生变形,并且更容易出现脱胶破坏;蜂窝峰值荷载、平均荷载以及比能与l/t值呈负相关关系。l/t值相同时,单元边长l、单元壁厚t越小,则蜂窝平均荷载和比能越大。单元边长l对蜂窝平均荷载的影响要大于单元壁厚t对平均荷载的影响;增大蜂窝高度会降低结构吸能效率。     

列车荷载作用下X形桩-网复合地基动力响应研究EI北大核心CSCD

基于大比例X形桩‑网复合地基模型,开展了高速铁路列车荷载下桩‑网复合地基的动力特性试验研究,分析了不同车速情况下地基土的振动速度、动应力和动位移的分布特性,探讨了循环荷载下轨道路堤地基系统的振动响应和路堤内部动应力的分布特征和衰减规律。采用PLAXIS 3D建立数值分析模型,研究了不同列车轴重及振动频率对路堤振动速度响应的影响,对比了无筋路堤与双层土工格栅加筋路堤在动荷载作用下桩顶与桩间土竖向应力的分布规律。结果表明:轨道板表面处竖向位移随时间呈“M”形周期性变化;竖向速度响应在路堤表层处最大,沿地基横向及深度方向逐渐衰减,在路堤中衰减了近90%。随着加载频率及加载幅值的增大,土体振动速度逐渐增大。动荷载对无筋路堤影响显著,土拱效应明显减弱,桩土应力比值随加载频率的提高逐渐减小。土工格栅加筋路堤张力膜效应能够减小动荷载对复合地基的影响。     

钢筋混凝土梁受弯破坏及尺寸效应的细观模拟分析

钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应取决于混凝土材料的非均质性以及钢筋/混凝土相互作用。该文借助混凝土细观结构特征,基于非线性弹簧单元来描述钢筋与混凝土之间的相互作用,建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,拓展模拟了更大尺寸梁的弯曲大变形破坏行为,并分析了单调及循环加载模式对不同尺寸悬臂梁受弯破坏及名义抗弯强度影响规律。模拟结果分析表明：1)该文工况下钢筋混凝土悬臂梁的弯曲破坏存在尺寸效应,弯曲强度随梁深增大而减小; 2)循环加载下,混凝土、钢筋以及两者间的粘结性能由于低周疲劳而使得梁的弯曲破坏呈现出脆性特征; 3)相比于单调加载,循环加载条件下,悬臂梁的破坏具有更强的脆性,名义抗弯强度尺寸效应更明显。     

横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱双向偏压力学性能研究及承载力计算

为研究横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱的双向偏压力学性能,对两根横肋波纹钢板-方钢管混凝土组合柱试件展开了双向偏压加载试验,探究了不同偏心距对试件在双向偏压荷载下的荷载-变形曲线、破坏模态和截面应变发展状况的影响,分析了波纹板与钢管、混凝土之间的相互作用机理.在试验基础上运用有限元模拟,分析了偏心距、加载角度、钢管厚度...     

叠合板式混凝土墙不同接头形式抗爆性能分析

叠合板式钢筋混凝土墙应用已经比较广泛,但其接头方式对结构抗爆性能的影响还未不清楚。运用数值模拟的方法对3种不同接头方式下桁架式叠合板式钢筋混凝土墙的抗爆性能进行研究,计算了3种荷载条件下结构的动力响应,分析了结构中钢筋应变时程变化特征以及整体挠度和裂纹扩展演化规律,结果表明装配整体式连接接头形式抗爆性能最好。在接头局部,试件侧墙与底板接头设置在距根部300 mm处的抗爆性能优于接头设在根部附近的。但就整体变形而言,接头设在根部附近的试件抗爆性能要优于接头设在距根部300 mm处的。数值模拟结果与试验结果对叠合板式混凝土墙接头形式优选具有一定的参考价值。     

风驱雨荷载作用下鞍形膜结构动力响应及可靠度研究

通过有限元数值模拟和风洞试验对鞍形膜结构在风驱雨荷载作用下的动力响应及其结构可靠度进行研究。采用Workbench软件中的Mechanical APDL模块与Fluent模块建立鞍形膜结构在风驱雨荷载作用下的模型,将该模型导入ANSYS AUTODYN软件中求解得到动力响应曲线。基于气弹相似理论制作了试验模型,并对试验模型进行风驱雨动力加载试验,从而得到其膜面不同特征点在不同工况下的动力响应数据。通过蒙特卡洛法对数值模拟和试验的动力响应数据进行求解,得到鞍形膜结构的可靠指标。此外,讨论了风雨荷载组合、预张力和矢跨比对鞍形膜结构动力响应与可靠度的影响。将试验与数值模拟进行对比分析,数值模拟结果与试验结果较为吻合。研究发现：风驱雨荷载会使膜结构产生显著的非线性振动,通过增大鞍形膜结构的预张力和矢跨比可有效减小振动响应;在不同参数之间,矢跨比对膜结构可靠度的影响更为显著。论文的研究方法和结果可以为膜结构非线性动力响应研究和基于可靠度理论的膜结构设计提供参考。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能混合试验

为进一步研究混合试验方法的有效性以及高强钢组合K形偏心支撑钢框架的抗震性能,建立了一套基于OpenFresco试验平台的混合试验系统,进行了一个1：2缩尺的3层高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构模型的混合试验。首先通过小工况的预加载研究试验系统的有效性,分析了试验子结构的位移加载精度,作动器加载时差。然后对试件进行正式的混合试验加载,分析了高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构在不同工况下的自振频率、位移反应、水平地震作用、滞回性能以及关键部位应变。结果表明：作动器加载位移峰值与计算位移峰值比较接近,最大相对误差为13.60%,各工况下作动器平均每步的加载时差保持在20 ms左右;随着地震波加速度峰值的增大,模型的自振频率下降,刚度出现了一定的退化。各层的变形主要产生在消能梁段的腹板处,以剪切变形为主。模型结构在多遇地震和罕遇地震作用下的最大层间侧移角分别为1/1068和1/197,符合抗震设计规范对层间侧移角限值。综上,基于OpenFresco试验平台的混合试验系统能够较好的反应结构的地震响应,高强钢组合K形偏心支撑钢框架结构具有良好的抗震性能。     

少片钢板弹簧片间动摩擦系数计算方法研究

为研究钢板弹簧的片间动摩擦特性,提出一种少片钢板弹簧片间动摩擦系数计算方法。首先根据少片钢板弹簧的变形运动学特性,推导出少片钢板弹簧动摩擦系数与静摩擦系数的关系;然后分别基于力学法和能量法建立少片钢板弹簧静摩擦系数计算模型,根据摩擦功相等原理,得出板簧静摩擦系数计算方法;最后根据钢板弹簧动、静摩擦系数的关系,推导出少片钢板弹簧片间动摩擦系数计算方法。计算结果表明:摩擦系数的计算值和实际工况值基本吻合。以某企业实际板簧为例,对上述计算模型进行了实验验证。     

方形钢管混凝土叠合柱的力学性能研究

建立了方形钢管混凝土叠合柱的非线性有限元模型,对其在往复荷载作用下的滞回性能进行了数值模拟。有限元模型考虑了反复荷载作用下混凝土的损伤、构件的几何非线性以及钢筋和内钢管与混凝土之间的粘结滑移。算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好。采用有限元模型对方形钢管混凝土叠合柱在轴压力和侧向力共同作用下的工作机理进行了细致分析。