往复荷载作用下钢管混凝土格构式柱地震损伤模型及试验研究EI北大核心CSCD

为了解巨型组合结构体系中钢管混凝土格构式柱的地震损伤情况,通过对4根四肢钢管混凝土格构柱低周往复荷载试验,得出了四肢钢管混凝土格构柱在低周往复荷载下的破坏形态和构件损伤特征。在试验分析基础上,对经典的Park-Ang损伤模型进行了修正,提出了适用于四肢钢管混凝土格构柱的损伤指数和耗能因子计算公式;并根据试验现象和各阶段特征,选取了经典的Park-Ang损伤模型、基于能量的损伤模型和改进的Park-Ang模型进行对比研究。结果表明:改进的Park-Ang模型能较好的判断四肢钢管混凝土格构柱的损伤程度,且通过损伤值可将构件损伤划分为是否可修、不可修但未破坏和不可修且将破坏三个阶段,并以损伤值0.4作为划分试件是否可修的界限。     

单层球面网壳的多重地震效应研究EI北大核心CSCD

为研究网壳结构包含主余震序列的多重地震效应,该文首先筛查中国地震台网中心和太平洋地震工程研究中心数据库中的主震、余震序列数据,获得14次地震中共计342对包含主余震序列的多重地震动时程数据;应用这些多重地震数据对单层球面网壳进行了全荷载域动力时程分析,根据得到的各特征响应随加速度幅值变化曲线,讨论网壳结构的多重地震效应。首先通过对不同加速度幅值下结构响应算例的描述,定义了余震引起的五种不同影响程度。在此基础上进行了大量的参数分析,统计归纳了主震结束时单层球面网壳最大节点位移、塑性发展程度和损伤程度等对结构抵抗余震能力的规律,并将主震结束时的1P杆件比例和损伤因子定义为衡量结构抵抗余震能力的指标,所得出的结论可为实际工程的抗震设计提供参考。     

强震下网壳结构性能的多模态整体损伤演化EI北大核心CSCD

在已有宏观地震整体损伤模型基础上,借助线性模态置信准则(英文简称LMAC)来考虑强震作用下网壳结构体系中普遍存在的模态跃迁现象,并结合网壳结构振动特性,给出了模态损伤贡献因子取值为1.0的简化模态损伤计算模型,结构整体损伤则由各阶模态损伤依据模态损伤独立性假设来进行组合得到。在将该模型应用于强震作用下某一算例施威德勒单层网壳结构的损伤演化规律分析与数值验证中发现,当认真处理好模态匹配和高阶模态对损伤的贡献度时,得到的损伤指数更符合通用正S型损伤发展规律,且与三条地震波作用下网壳结构增量动力分析(IDA)得到的特征响应,尤其是最大节点位移曲线吻合较好。此外,简化H2损伤模型不仅能够量化初始缺陷对结构整体初始损伤的影响,而且能够揭示初始缺陷对结构损伤影响的多模态特性。尽管计算结果与地震波的选择存在较大的关联,但是对应于各个特征点损伤数值却显示出较好的一致性。     

单层柱面网壳结构的抗震性能研究

本文以单层柱面网壳为研究对象,针对结构参数（矢跨比、荷载、长跨比和支承刚度等）,系统研究了各参数对结构自振特性及地震响应的影响,得出了四边支承的单层柱面网壳应同时考虑竖向地震和水平地震作用的结论,并建议用时程法进行抗震分析。文中结构对实际工程有指导意义。     

基于有效耗能的改进Park-Ang双参数损伤模型及其计算研究

Park-Ang双参数地震损伤模型考虑了地震作用的首次超越破坏与累积损伤破坏两方面因素,较好的定义了结构的破坏,被后续研究广泛应用,但无法区分不同幅值作用下结构破坏的差异。分析了不同位移幅值下钢筋混凝土柱的破坏特点,研究了结构损伤与结构耗能之间的关系。试验表明弹性阶段(位移幅值小于一倍屈服位移)的试件几乎不发生破坏,造成钢筋混凝土柱破坏的能量集中在相持阶段和破坏阶段,定义非弹性阶段引起结构破坏的滞回耗能为导致结构破坏的有效耗能。基于有效耗能假设引入有效耗能因子e,提出了改进的Park-Ang双参数地震损伤模型。对建议模型进行了21组钢筋混凝土柱的试验数据验证,计算结果表明：有效耗能因子可以反映相同耗能下不同位移幅值引起的结构破坏差异,有效耗能因子e物理意义明确,改进后的双参数地震损伤模型计算精度高,离散性小,能够区分不同位移幅值下钢筋混凝土柱的破坏差异,较好地评估了RC结构的损伤性能。     

基于分布参数模型的多高层建筑楼面加速度研究EI北大核心CSCD

建筑非结构构件的抗震分析方法及其性能评估愈发受到关注和研究。其中,对楼面加速度需求进行研究可合理确定加速度敏感型非结构构件的地震作用。该研究通过分布参数模型对多高层建筑结构进行简化,建立楼面加速度与地震输入和结构特征的联系,研究了弯剪刚度比对结构动力特性、模态振型的影响;基于模型各阶频率比与弯剪刚度比的关系,提出识别结构弯剪刚度比的方法;选用ATC-63的远近场强震动记录数据集,预测了楼面加速度放大(floor acceleration amplification, FAA)系数,回归拟合了楼面加速度与结构阻尼比、周期、刚度比之间的关系,可用于对楼面加速度的预测。     

基于改进Park-Ang双参数模型的RCS混合框架结构地震损伤评估

为了评估钢筋混凝土柱-钢梁混合框架结构在地震中的损伤程度,基于Park-Ang双参数地震损伤模型,通过修正相关参数,建立了适用于RCS混合框架结构的地震损伤模型。通过分析楼板对模型关键参数的影响,给出了考虑楼板影响的组合梁构件极限变形计算公式,并对其有效性进行了验证;基于试验结果,通过使构件破坏点损伤指数等于1的方法进行反演,得到组合梁构件循环荷载影响参数β。给出了结构不同破坏程度对应的损伤指数范围,并提出了该种结构的地震损伤评估方法。对一栋4层RCS混合框架结构在El-Centro波作用下的损伤程度进行评估,结果表明:该文提出的地震损伤模型能够比较好地反映RCS混合框架结构的损伤演化过程与程度,研究结果为RCS混合框架结构的地震损伤评估与基于性能的抗震设计方法提供了理论依据。     

基于模态试验的对接圆柱壳结构有限元模型修正EI北大核心CSCD

壳体组合结构广泛应用于船舶、土木和航空航天等工程领域。为获得精确的对接圆柱壳结构动力学模型,采用基于数学模型的响应面法对有限元模型多个参数进行优化,实现有限元模型修正。通过模态试验获得对接圆柱壳结构的试验模态参数,采用模态置信度检验模态试验结果。利用ANSYS有限元软件对结构进行有限元模态分析,提取整体模态。通过中心复合设计方法获取样本点构造多项式响应面模型,采用决定系数和均方根误差检验响应面的拟合精度。响应面模型计算结果与试验结果的误差构造目标函数,多目标遗传算法用于优化响应面参数,最终将修正后的参数代入有限元模型得到修正模型。对比修正前后的模态频率,结果表明修正后得到的有限元模态频率与实测模态频率间相对误差明显减小,进而验证了基于响应面方法在对接圆柱壳有限元模型修正中的有效性。     

考虑多次余震作用的地下结构抗震性能研究EI北大核心CSCD

一次强地震过后通常伴有多次余震发生,结构在历次地震中的损伤累计会降低其面临再一次强震作用时的安全储备。针对地下结构抗震设计与性能提升不考虑多次余震影响的现实情况,以1995年日本阪神地震中的大开地铁站为原型,选取含有多次余震的真实主余震记录,对比研究了多次余震作用、地震单独作用以及仅考虑最大峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)余震与主震构成主余震序列等3种不同工况下的结构地震响应特征。结果表明:余震作用对地下结构造成的地震损伤通常要比仅考虑单次地震激励时严重,余震强度较小时该现象不明显;在多次余震作用下,结构的峰值位移大于或等于相应单独地震的激励结果,但小于各单独地震的累计值;中柱的残余变形随余震次数的增多呈现出一定增大趋势,这将不利于结构的震后修复工作。     

自由度匹配技术在网壳结构损伤识别应用中的比较研究

测试自由度与有限元模型自由度不匹配是损伤识别技术应用于实际工程的最大障碍，动力模型缩聚和特征向量扩充技术是解决这一问题的主要手段。提出了基于剩余模态力和最小秩摄动理论的两阶段损伤识别算法，对几种模型缩聚技术和特征向量扩充技术在网壳结构损伤识别应用中的可行性、优缺点及适用范围进行了比较研究。通过单层短程线网壳结构模型的数值模拟，同时考虑测试噪声影响，实现了测试信息不完备情况下的网壳结构损伤识别。结果表明，本文所提出的损伤识别算法可以识别出网壳结构的单位置刚度损伤，而且利用Guyan静态缩聚法和Guyan扩充法进行自由度匹配后的损伤识别结果非常准确，它们是网壳结构损伤识别应用中模型自由度匹配的最佳选择。     

网壳结构损伤识别的数值模拟及试验研究

网壳结构工程事故频繁发生,对其进行损伤识别及健康监测已迫在眉睫。针对网壳结构特点,推导了剩余模态力理论和最小秩摄动理论的基本公式,研究二者在大型网壳结构损伤识别应用中的有效性。依据相似理论,设计制作单层短程线网壳结构模型,对其进行模态试验研究,获取了损伤识别所必需的实测结构模态参数。利用Guyan静态缩聚技术进行有限元模型缩聚,采用最小秩摄动理论进行有限元模型修正,对比研究了基于数值模拟数据和试验实测数据的损伤位置判定及程度评估的整个过程。结果表明,基于剩余模态力和最小秩摄动理论的两阶段损伤识别算法不仅可以识别结构单损伤位置和多损伤位置,还可以定量评估损伤程度,对网壳结构的健康诊断是可行的。     

基于Bouc-Wen模型的非线性结构多尺度损伤分析研究

研究基于小波变换的非线性结构多尺度损伤特征提取方法。基于Bouc-Wen模型描述结构非线性损伤的时域演化特征,在此基础上分析结构动力响应的奇异性分析与时能密度分析对非线性结构损伤的时域识别能力。分析结果表明,结构动力响应的奇异性分析在非平稳激励输入和噪声影响下不能表征结构的时域损伤特征,而时能密度分析方法则具有良好的抗噪声干扰能力,可以有效地反映非线性结构系统刚度的时域变化过程。     

基于构件冗余度均衡化的单层网壳结构优化研究

为实现单层网壳结构构件冗余度的均衡分布,减小构件间的重要性差异,提高结构抵抗荷载作用的能力。将基于灵敏度分析的构件冗余度评价方法应用到单层网壳结构中,以衡量构件在结构中的重要性;而后根据构件冗余度系数值的大小,将结构构件划分为重要构件、一般构件和次要构件三个不同层次的构件集合,实现结构构件的分类控制;在此基础上以构件的截面参数为优化变量,将结构构件的冗余度标准差与各层次构件的冗余度标准差之和最小化定义为目标函数,基于粒子群算法优化结构构件的截面参数。结果表明:构件的冗余度系数可以准确地反映构件在结构中的重要性及其破坏后对结构的影响程度,减小构件间的冗余度差异,可以实现结构构件截面尺寸的合理分布,有效提升结构的整体性能和极限承载力。     

基于有限元模型修正的土木结构损伤识别方法

基于有限元模型修正的结构损伤识别方法计算过程直观、物理意义明确,能同步识别结构损伤位置和损伤程度,是结构损伤评估最直接的依据。该文介绍了基于有限元模型修正的损伤识别方法基本原理与过程,总结近三十年来有限元模型修正技术的发展。土木工程结构模型复杂性(包含大量单元、节点、待修正参数等)导致有限元模型修正过程效率低,详细介绍了基于子结构有限元模型修正的土木工程损伤识别方法在提高计算效率方面的优势。将两种有限元模型修正方法应用于一栋超高层建筑数值模型的损伤识别,说明两类方法在土木结构损伤识别中的特点。土木工程尺度大而结构损伤通常发生在局部区域,子结构方法将整体结构的分析转换为对若干独立子结构的分析,通过少数局部子结构的模型修正实现损伤识别,避免重复分析大尺寸整体结构,为大型结构基于有限元模型修正的损伤识别开辟高精度和高效率的途径。     

基于节点构形度均衡化的单层网壳结构优化设计研究

为实现网壳结构节点连接能力的均衡分布,改善结构性能,提升其极限承载力.基于构形易损性理论建立了衡量结构节点构形度差异性的评价指标,用以评价结构节点连接性能的差异性.在此基础上,将构件截面尺寸作为优化变量,以节点构形度差异系数最小化为优化目标,并考虑结构位移、构件长细比、强度及稳定性等约束条件,采用粒子群算法优化结构构件...     

主余震序列作用下结构增量损伤比研究

该文以非线性单自由度体系为研究对象,挑选了662条真实主余震序列作为地震动输入,采用Park和Ang提出的损伤指数作为结构损伤指标,对主余震序列作用下的结构主震损伤、余震增量损伤和主余震累积损伤在结构全周期范围内进行了分析。提出了增量损伤比参数(余震增量损伤/主震损伤),开展了增量损伤比与主余震强度比(余震强度/主震强度)的相关性分析,建立了以结构周期与主余震强度比为参数的增量损伤比预测模型,并对模型的预测精度及其受滞回模型的影响进行了讨论。结果表明:增量损伤比与主余震强度比之间存在较高的对数线性相关性,该文提出的增量损伤比预测模型精度较高,滞回模型对增量损伤比预测模型的精度影响较大。     

循环荷载作用下粉砂岩疲劳流变损伤模型研究

针对现有流变模型难以有效描述循环荷载作用下岩石变形及疲劳损伤演化特征等问题,开展了粉砂岩循环加卸载试验,分析了不同上限荷载下岩石的流变规律与疲劳特性。基于Kachanov蠕变损伤理论建立损伤变量,引入一个带应变触发和应力阈值的黏塑性元件,与Burgers模型串联构建循环荷载作用下岩石疲劳流变损伤模型;将正弦波应力函数替换流变微分本构方程中的恒定应力,推导岩石在循环荷载下的一维、三维微分型损伤本构方程,再根据叠加原理得到模型的黏弹塑性流变损伤方程。适用性验证表明,新建模型不仅可以精确地反映循环加卸载过程中粉砂岩的衰减、稳态流变阶段,还可以有效地描述上限荷载高于疲劳强度时的加速流变阶段。通过粉砂岩疲劳损伤流变全过程定量化分析,提出加速流变阶段的临界损伤阈值和破坏失稳判据,并给出加速流变阶段的启始时间、持续时间及疲劳寿命预测方法,模型对岩体工程长期稳定性评价具有一定的理论指导意义。     

混凝土空间板柱结构震致落层倒塌的试验研究

开展了2个具有薄弱层的3层混凝土空间板柱结构模型的地震模拟振动台试验,采用加速度峰值逐级加大的El-Centro (NS) 波作为输入激励,直至薄弱层发生落层倒塌。量测了倒塌前、倒塌后模型各层的水平加速度响应,以及倒塌碰撞引发的薄弱层及其下层楼板的竖向加速度响应。模型M-2相比于模型M-1额外施加了附加配重。试验结果表明：1) 随着地震损伤程度的增加,模型的扭转效应有所增大;2) 倒塌前模型M-1和模型M-2的基本频率仅比初始值分别降低8.9%和4.7%,采用频率改变幅度进行结构倒塌预警可能是不现实的;3) 倒塌碰撞导致模型各层的水平加速度出现短时剧烈波动,波动期间模型M-1和模型M-2各层的绝对加速度最大值介于5g~10g之间,分别为倒塌前各层绝对加速度最大值的5倍~20倍和10倍~50倍;4) 倒塌碰撞引发的楼板竖向加速度高达30g~40g。