剪力墙结构基于性能抗震设计的目标层间位移确定方法

结构层间变形的计算和性能水平的划分,是基于性能的抗震设计中确定目标位移的关键问题之一。该文根据剪力墙结构的受力特点,将楼层位移分为有害位移和刚体位移,将层间位移分为名义层间位移和有害层间位移;分析了剪力墙结构的名义层间位移、有害层间位移及楼层转角之间的关系,给出有害层间位移的近似计算公式并进行误差分析;对结构层间变形的计算方法进行改进,提出采用有害层间位移角作为剪力墙结构的性能指标,进行结构性能水平的划分,并采用有害层间位移角和顶点位移角两个参数来控制剪力墙结构的变形。最后,给出剪力墙结构目标层间位移的确定方法,以此确定其目标侧移曲线,可进行直接基于位移的抗震设计。     

高位转换防屈曲支撑减震结构支撑简化设计方法研究

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对高位转换结构体系的框支层的层间位移和结构等效侧向刚度的限制要求,采用等效侧向刚度计算方法,将高位转换防屈曲支撑减震结构分解成框撑剪力墙结构和纯剪力墙结构,结合框支结构位移计算方法,推导出了高位转换防屈曲支撑减震结构支撑合理弹性刚度的计算公式及设计方法。通过算例分析得出,采用本文推导出的计算高位转换防屈曲支撑减震结构的支撑弹性刚度计算公式和设计方法是可行的,并且该计算公式简单实用,可用于高位转换防屈曲支撑减震结构中支撑的初步设计。     

一个限制高层建筑层间变形的新参数—广义剪切变形

国内外规范无以限制层间位移角的方式来控制高层建筑铁结构与非结构件出现影响正常使用的裂缝与损坏,而最常见的弯剪开明结构中层位移与结构及非结构构件受力状态的相关性较差。本文提出一个限制高层建筑层间的新参数－广义剪切变形,证明了其与剪力墙、柱、梁及填充墙等结构构件受力状态有限好的相关性,导出了认识论剪切变形的计算方法及其与层间位移角和关系,并对竖向构件、框架区格与连梁的广义剪切变形限值分别进行与讨论。算     

高位转换粘滞阻尼减震结构阻尼器合理阻尼系数研究

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对高位转换结构体系的框支层的层间位移和结构等效侧向刚度的限制要求,采用等效侧向刚度计算方法,将高位耗能减震结构分解成框撑剪结构和纯剪力结构,结合振型分解反应谱理论和线性粘滞阻尼减震结构等效阻尼比计算方法,推导出了高位转换粘滞阻尼减震结构合理阻尼系数的计算公式。最后,通过算例分析得出,采用上述方法计算高位转换粘滞阻尼减震结构粘滞阻尼系数是可行的,该方法计算公式简单实用,可用于高位转换粘滞阻尼减震结构的初步设计。     

某高位转换框支剪力墙超限高层结构模拟地震振动台试验研究

某高位转换框支剪力墙超限高层结构,在5层设箱式转换层,其下为框支剪力墙结构,其上为剪力墙结构,因部分剪力墙结构不落地而形成竖向刚度不连续的结构体系。对该结构体系的特点、模拟地震振动台试验方案的设定、材料的选取、动力相似关系的确定以及模型结构的简化设计进行了介绍。测试了1/20整体模型模型结构的动力特性及其在8度多遇、基本和罕遇水准地震作用下的加速度、位移和应变反应等,研究了模型结构的破坏机理和破坏模式,并根据试验结果,用相似关系原理得到了原型结构的动力特性、层间位移、楼层剪力等动力反应。试验结果表明模型结构前3阶振型频率分别为5.101Hz（X向平动）、5.466Hz（Y向平动）和7.652Hz（整体扭转）,原型结构对应的前3阶振型周期分别为1.456s、1.362s和0.970s,扭转为主第一周期与平动为主第一周期之比为0.66。在8度罕遇水准地震作用下,原型结构框支层、转换层和转换层以上结构的最大层间位移角分别1/805、1/317和1/145,框支柱及转换梁等构件完好,可见该结构布置合理,整体结构抗震性能较好,能满足“小震不坏,中震可修、大震不倒”之抗震设防要求。     

不同肢厚比框支短肢剪力墙斜柱式转换层结构抗震试验研究

为了研究不同肢厚比对框支短肢剪力墙斜柱式转换层结构抗震性能的影响,对3榀框支短肢剪力墙斜柱式转换试件进行了竖向荷载和水平低周反复荷载共同作用下的拟静力试验,分析了试件的破坏过程及特征、承载力、滞回及耗能特征、刚度退化和位移延性。试验结果表明,斜柱式转换层结构的受力特点近似于一个简单的桁架,转换层上部短肢剪力墙肢厚比对转换梁的性能有重要影响,设计合理的框支短肢剪力墙斜柱式转换层结构具有较好的延性,可形成多道抗震防线,从而获得较好的抗震性能。     

铰支桁架-框架结构抗震设计与性能研究

合理设计的框架会因为地震力分布不均匀致使框架的部分楼层梁率先屈服,导致结构层间位移角不均匀系数（DCF）增加,很难出现所有楼层梁端和柱底出铰的完全梁铰机制。为改善普通钢框架层间集中损伤和侧向刚度偏小问题,提出在框架中设置拉链柱和斜撑,形成铰支桁架-框架,控制框架侧向位移大小和分布。推导了框架弹性DCF值,并以此作为铰支桁架-框架的DCF目标值,进而提出了铰支桁架与框架的合理刚度比;给出了基于DCF抗震设计流程,设计算例达到了预期的位移和DCF性能目标。对比了框架、摇摆墙框架和铰支桁架-框架的抗震性能,结果表明:铰支桁架可以提高框架的抗侧刚度,使框架的塑性铰分布模式由不完全梁铰机制转变为完全梁铰机制,使框架层间位移角及剪力分布均匀;相比于摇摆墙框架,铰支桁架-框架具有较大的侧向刚度和相近的侧向变形模式。     

高位层间隔震结构电梯井核心筒剪力墙处理方法研究

为了解决高位层间隔震结构中电梯井核心筒剪力墙在隔震层位置需断开的问题,提出一种高位层间隔震结构电梯井核心筒剪力墙处理方法（PMIT）,介绍了其原理、构造、特点。采用ETABS软件对电梯井核心筒结构与外围结构之间布置粘滞阻尼器、弹簧、无阻尼器和弹簧的PMIT结构、悬挂法结构和框支剪力墙结构进行了分析,分析结果表明：（1）PMIT结构隔震层下部结构层间位移角和隔震位置电梯井剪力墙弯矩相比于框支剪力墙结构都有减小,而悬挂法隔震层下部层间位移相比于框支剪力墙结构放大了约150%,PMIT对隔震层下部结构刚度不会产生影响,避免隔震层下部结构出现薄弱层;（2）相比于悬挂法结构,布置粘滞阻尼器PMIT结构隔震层最外侧隔震支座拉力减小了约50%（仅水平地震作用）,提高结构的抗倾覆性能。     

基础刚度对高层建筑抗震性能影响研究

该文建立了可以同时考虑基础刚度与地下室周边土体约束影响的结构分析模型,给出了确定单桩竖向刚度的原则与计算周边土体弹簧刚度的方法。通过对21层、32层和43层剪力墙结构在7条地震波作用下的时程分析,考察基础刚度和地下室周边土体弹簧刚度对结构抗震性能的影响。计算结果表明,考虑基础刚度后,结构自振周期加长,层间位移角增大,楼层水平剪力与倾覆力矩略有减小,地下室外墙土体反力显著增大,桩顶反力变化幅度减小。对于矩形平面的建筑,考虑基础刚度对短边方向的影响远大于对长边方向的影响。随着建筑高度与高宽比增加,考虑基础刚度引起的各种结构效应随之增大。由于高层建筑的高宽比大,侧向刚度起控制作用,基础刚度对结构抗震性能的影响值得高度关注。     

基于层间位移利用率法修正消能减震结构的附加阻尼EI北大核心CSCD

详细分析了悬臂墙式黏滞阻尼器层间位移利用率(阻尼器位移与楼层位移之比)中阻尼器位移的三个组成部分,即楼层位移、梁柱节点转动、悬臂墙自身变形所引起的阻尼器位移。推导了层间位移利用率与阻尼器布置位置和消能子结构梁柱刚度比两个参数之间的关系,并采用与这两个参数相关的修正函数来考虑仿真模拟中较为繁琐的阻尼器动刚度问题,得到实用的层间位移利用率计算公式。研究结果表明:层间位移利用率在阻尼器靠边布置时小于1,居中布置时大于1,且布置越接近梁跨中层间位移利用率越大;随着消能子结构梁柱刚度比的增大,层间位移利用率在阻尼器靠边布置时增加,居中布置时减小,即都更接近于1;层间位移利用率越大,达到同样期望附加阻尼比所需的附加阻尼越小,体现出更好的经济性。最后,通过工程实例充分地验证了该减震设计方法的正确性与实用性。     

Un indice d'endommagement local pour l'évaluation de murs en maçonnerie confinée sous chargement latéral cyclique

The use of a damage index based on stiffness degradation is proposed for the characterization of confined masonry walls submitted to lateral cyclical loads. The damage index, based on the degradation of the lateral stiffness, varies according to the deformation level of the wall. A simplified methodology is presented to estimate the wall behavior using the finite element method. The use of an m parameter is proposed, adjusted through available experimental data of nine natural-scale walls made of hollow bricks, in order to approximate lateral stiffness in each load cycle. With the suggested m value of 0.93, the stiffness of tested walls was predicted, with an average error of 17%. The damage index was estimated with an average error of 15%. Although the results are satisfactory, it is nevertheless necessary to calibrate the value m for other types of masonry.     

船用长方体形空气弹簧隔振器刚度特性

长方体形空气弹簧因其结构特点可以通过改变特性参数和工况获得理想的垂向和横向刚度比,从而可以更好地满足工程应用的要求。综合考虑橡胶-帘布复合材料的材料非线性、大变形过程中的几何非线性以及基座刚性板与胶囊柔性体之间的接触非线性,建立长方体形空气弹簧的有限元模型,分别计算并绘制在不同的初始工作气压、气体容积、帘线层数以及帘线角度下空气弹簧的垂向与横向刚度特性曲线,并研究这些因素对其刚度特性的影响。最后,通过试验证明有限元分析结果的可靠性。     

钢筋混凝土框架-纤维增强混凝土耗能墙结构抗震性能试验研究

高性能纤维增强混凝土（HPFRC）具有受拉应变硬化和多裂缝开展性能,是一种理想的耗能材料。将HPFRC耗能墙装配于钢筋混凝土（RC）框架,形成RC框架-HPFRC耗能墙新型抗震结构。设计制作了2个1/2比例RC框架-HPFRC耗能墙结构模型,对其进行了拟静力试验,研究其破坏机理、变形和耗能性能等;分析了RC框架和HPFRC耗能墙在峰值荷载点的有效刚度。结果表明:RC框架-HPFRC耗能墙结构可实现“大震可修”的抗震设防目标;1个框架单元内装配2片与1片耗能墙相比,其水平承载力提高了38.3%,初始侧向刚度提高了1.78倍,但后期侧向刚度仅提高20%~30%,不同损伤状态的耗能能力提高了10%~175%,侧向变形能力基本相同;RC框架和HPFRC耗能墙在峰值荷载点的有效刚度系数分别为0.11和0.13。     

Influence of uncertainties on the response and reliability of self-adaptive composite rotors

Advanced composite structures are becoming increasingly popular because of their high specific strength and stiffness, as well as ability to provide improved performance through passive morphing via intrinsic bend–twist deformation coupling. Self-adaptive composite structures tend to be more susceptible to geometric, material, and loading uncertainties because of their complex configuration, manufacturing process, and dependence on fluid–structure interaction (FSI) response. The objective of this work is to quantify the effects of material, geometric, and loading uncertainties on the response of self-adaptive composite propellers and overall system reliability. A fully-coupled, 3-D boundary element method–finite element method is used to compute the dynamic FSI response. Variability in propeller performance is estimated by considering variations in operating conditions, as well as blade geometry and stiffness. Modeling uncertainties are considered by employing various mechanistic-based failure initiation models. Random variations in material strengths are implemented and an estimate of the structural reliability is determined. The results indicate that adaptive composite structures that depend on FSI are more sensitive to natural, random variations than equivalent rigid, isotropic structures. Therefore, it is necessary to quantify the effects of material, geometric, and loading uncertainties on the responses, safe operating envelopes, and reliability of self-adaptive composite structures.     

空间钢框架精细塑性铰法高等分析

几何非线性单元的精度主要决定于单元恢复力的计算方法,刚度矩阵对单元精度的影响很小。建立了考虑剪切变形影响的精细塑性铰法空间梁柱单元。单元二阶效应由稳定函数考虑,采用精细塑性铰模型考虑材料非线性,可考虑截面的逐渐屈服以及由残余应力引起的分布塑性对单元刚度的削弱。单元刚度矩阵包含了轴向、弯曲和扭转位移之间的耦合效应。利用ANSYS软件的用户可编程特性(UPFs)编写了单元程序,通过连接将用户单元添加到ANSYS软件单元库中。算例分析结果表明,采用作者提出的单元时,每根杆件用一个单元模拟分析可达到很高精度,而采用ANSYS中BEAM189单元时,每根柱需3~4单元模拟才能达到合适的精度。分析结果还表明,多高层框架结构中构件剪切变形的影响不可忽略。     

Static and Dynamic Analysis of Laminated Thick and Thin Plates and Shells by a Very Simple Displacement-based 3-D Hexahedral Element with Over-Integration

A very simple displacement-based hexahedral 32-node element (denoted as DPH32), with over-integration in the thickness direction, is developed in this paper for static and dynamic analyses of laminated composite plates and shells. In contrast to higher-order or layer-wise higher-order plate and shell theories which are widely popularized in the current literature, the proposed method does not develop specific theories of plates and shells with postulated kinematic assumptions, but simply uses the theory of 3-D solid mechanics and the widely-available solid elements. Over-integration is used to evaluate the element stiffness matrices of laminated structures with an arbitrary number of laminae, while only one element is used in the thickness direction without increasing the number of degrees of freedom. A stress-recovery approach is used to compute the distribution of transverse stresses by considering the equations of 3D elasticity. Comprehensive numerical results are presented for static, free vibration, and transient analyses of different laminated plates and shells, which agree well with existing solutions in the published literature, or solutions of very-expensive 3D models by commercial FEM codes. It is clearly shown that the proposed methodology can accurately and efficiently predict the structural and dynamical behavior of laminated composite plates and shells in a very simple and cost-effective manner.     

弹性膜结构几何非线性分析的刚体准则法

提出了一种新型弹性空间膜结构几何非线性分析方法。根据刚体准则的思想，初始受力平衡的单元在经历刚体位移后，其单元结点力方向随单元发生转动而大小不变，单元仍保持平衡。建立了新型三角形空间膜单元，该膜单元由三根空间杆件组成铰接三角形，并在中间张拉薄膜而成，杆件的材料与薄膜相同。所建立的空间膜单元的整体位形由杆单元空间铰接三角形确定，而膜单元的有限弹性变形由内部张拉的薄膜变形确定。由满足刚体准则的杆单元几何刚度矩阵推导了空间膜单元的几何刚度矩阵。根据刚体准则思想，认为膜单元在变形过程中，其刚体位移对其整体变形的贡献较大，而单元的弹性变形贡献较小。采用更新的拉格朗日格式的增量迭代法，在分析的每个阶段充分考虑刚体转动效应，利用小变形线性化理论处理自然变形的剩余效应。该方法几何刚度矩阵推导简单，无需引入对单元大变形的人为假定，可容易地退化为平面膜单元，增量迭代计算过程充分考虑刚体准则，对若干典型空间膜结构算例的分析及与已有方法的比较，验证了所建单元与方法的准确性以及计算效率。     

新型框架阻尼填充墙性能分析

介绍了新型框架阻尼填充墙的构造方法,并剖析其原理;采用有限元方法分析空框架、普通填充墙框架与阻尼填充墙框架在单调静力荷载作用下的响应,揭示了阻尼填充墙的工作机制,对比研究了阻尼填充墙和普通填充墙的性能差异和优劣,结果表明：框架侧移时,阻尼填充墙的变形主要集中于剪切刚度较小、变形能力良好的粘弹性层,与普通填充墙相比,其变形能力明显提高,受力大为降低;阻尼填充墙能给主体框架提供一定的侧向刚度,有利于小震下结构的位移控制,但其刚度明显低于普通填充墙,能延长结构周期,减小结构在地震中所承受的地震作用。此外,阻尼填充墙对框架侧向变形造成的约束较普通填充墙大为削弱,能延缓主体框架形成塑性铰发生破坏。     

内嵌填充墙体框架结构抗震性能分析及抗侧刚度公式

结构初始刚度是工程抗震设计中的重要参数,在内嵌蒸压加气混凝土(ALC)板框架结构拟静力试验的基础上,基于试验现象,提出了一种填充墙体-框架结构相互作用模型并推导出结构初始刚度计算公式。建立5组28个有限元模型,研究梁柱线刚度比、墙体高宽比、嵌缝材料弹性模量、墙体弹性模量和厚度对填充墙体刚度贡献的影响。研究发现:填充墙体的刚度贡献主要受局部压缩的影响,其贡献程度与墙体-框架抗侧刚度之比呈负相关。基于此,通过拟合得到了墙体刚度折减系数a_w关系式,通过与试验结果的对比,结果表明:该文提出的内嵌填充墙体框架初始刚度计算公式结果准确,可以为工程实践提供参考。