考虑加载路径影响的改进Park-Ang损伤模型

合理准确地评价结构和构件在地震作用下的损伤程度是地震工程研究领域中的重要课题。Park-Ang损伤模型具有良好的试验基础,近似考虑了首次超越和塑性累积损伤综合作用的破坏机理,在地震工程研究领域应用广泛。该文针对Park-Ang损伤模型不能考虑加载路径的影响、单调加载时损伤指标大于1等问题,根据低周疲劳理论和Miner准则,结合国内外相关试验结果,提出了能考虑加载路径影响的改进模型。利用Kunnath完成的尺寸和配筋构造完全相同仅加载路径不同的系列试验的结果对改进模型进行了验证。结果表明,改进模型能比较准确地评价加载位移幅值较小时试件产生的低周疲劳损伤破坏,且对于不同的加载路径,改进模型减小了构件破坏时损伤指标的离散性,提高了损伤评估的准确性。     

基于改进Park-Ang模型的RC桥墩地震动损伤及滞回耗能特性研究

桥梁结构尤其是桥墩在强震作用下的地震动损伤、滞回耗能及其分布,是基于性能抗震设计的重要基础。引入改进的Park-Ang双参数损伤评估模型,以某靠近活动断层的高速公路RC梁式桥等效单墩模型为对象,深入分析了加速度峰值(PGA)、频谱、持时等三个地震动要素对损伤、滞回耗能及其分布的影响规律。研究表明,损伤及累积滞回耗能沿桥墩竖向自下而上显著减小,随着PGA的增大,墩底及附近截面的损伤指标明显增大,损伤高度不断扩大,损伤参与系数分布基本稳定,墩底损伤一般占桥墩总损伤的30%～40%。累积滞回耗能所致损伤可达总损伤的20%至80%,不容忽略。地震动频谱特性影响显著,当地震波卓越周期与结构自振周期接近时,会导致各项指标的显著增加。持时对损伤分布比例没有明显影响,但强震持时对于截面损伤值存在累加效应。     

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。     

钢筋混凝土剪力墙基于变形和滞回耗能非线性组合的损伤演化分析

为研究钢筋混凝土结构的损伤演化规律,提出一种基于变形和滞回耗能非线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型。通过引入组合参数考虑不同损伤状态下构件变形与滞回耗能的权重,该损伤模型能很好的反映变形和滞回耗能的相互影响,有效评估构件在不同破坏状态下的损伤程度。对4片钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验进行数值模拟分析,结果表明：该损伤模型计算的损伤值与试验破坏形态吻合较好,能很好的描述钢筋混凝土剪力墙的损伤演化过程,且能够定量确定构件不同破坏程度的损伤界限;对钢筋混凝土剪力墙进行地震作用下动力时程分析,结果表明,该损伤模型能很好的描述不同峰值加速度作用下剪力墙构件的损伤演化规律,剪力墙损伤在峰值加速度出现时段内发展迅速,并且随着地震强度的增大而增大,损伤值超过限值时构件失效。     

结构的滞回耗能特性及其影响因素分析

本文分析了单自由度体系及多自由度均匀剪切型层模型结构在地震地面运动作用下的弹塑性滞回耗能特性及其在地震动输入能中所占比例的影响因素,以期为抗震结构的能量分析方法提供研究基础。     

基于有效累积滞回耗能的钢筋混凝土构件承载力退化模型

在模拟地震作用下建筑结构的非线性响应时,应正确考虑构件的累积损伤对结构性能的影响。钢筋混凝土构件在反复受力下的承载力退化是其累积损伤的重要体现。该文根据不同加载路径下钢筋混凝土柱的试验资料,通过考察不同加载路径对构件承载力退化的影响,指出累积滞回耗能引起的构件损伤程度,与产生该累积滞回耗能的位移幅值有关。基于这一结果,该文提出了有效累积滞回耗能的概念,以综合考虑累积滞回耗能和相应的位移幅值对承载力退化的影响。与试验结果的比较表明,有效累积滞回耗能与构件承载力退化程度之间有良好的相关性。分析结果表明,所建议的基于有效累积滞回耗能的承载力退化模型可较好地模拟不同往复加载路径下钢筋混凝土构件的滞回曲线。     

基于Park-Ang损伤模型的网壳结构地震作用下双参数准则研究EI北大核心CSCD

基于性能的抗震设计方法要求将结构划分为多个性能状态,并合理定义结构的性能指标。该文基于Park-Ang损伤模型,根据网壳结构的位移与耗能在地震作用下的响应特点,提出由最大变形与塑性耗能两项无量纲参数非线性组合的双参数模型。结合我国抗震规范、网壳结构自身特性与以往学者的研究成果,通过四个性能点LS-1、LS-2、LS-3与LS-4将网壳结构划分为五种性能状态:基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏与倒塌。通过216组考虑不同跨度、矢跨比、屋面质量、杆件尺寸与地震作用的覆盖性算例,拟合得到模型的待定参数取值,进而提出适用于网壳结构的双参数准则,在四个性能点LS-1、LS-2、LS-3与LS-4处相应的指标(D)值分别为0.3、0.6、1.0与∞。以两个大型网壳振动台试验验证准则的有效性和普适性。结果表明,该文提出的双参数准则与各性能点的指标值能够体现网壳结构的性能状态,具有良好的有效性和普适性。该准则可服务于网壳结构基于性能的抗震设计方法与地震风险评估。     

地震作用下RC构件耗能能力的计算方法研究

为了优化地震作用下研究钢筋混凝土构件损伤量化的理论流程,建立合理的耗能能力计算方法,基于初始滞回阶段RC构件耗能能力衰变规律,在研究了同类型试件相等加载位移在不同滞回阶段D-n曲线形态特征的基础上,提出了后续滞回阶段耗能能力衰变模型。通过对不同滞回阶段的衰减指数进行拟合分析,提出了耗能能力计算方法中特征参数A、B、x₀、y₀的修正公式,且优化后的计算方法较优化前,其准确性和稳定性均有所提高。对于从PEER数据库选取的80个受弯破坏试件耗能估算而言,该方法同样表现出较好的准确性和适用性。     

氯离子侵蚀后桥墩的抗震性能及损伤指标研究

为研究氯离子(Cl^-)侵蚀对钢筋、混凝土材料性能和桥墩抗震性能的影响,设计了3组6根大比例尺钢筋混凝土墩柱模型,并对各组中的待侵蚀模型试件进行了Cl^-电化学加速侵蚀。对各试件进行拟静力加载试验,分析Cl^-侵蚀前后不同墩高和不同配筋率的墩柱模型抗震性能指标的变化规律,并采用Park-Ang和M-Park两种双参数模型评价墩柱的地震损伤。研究结果表明：Cl^-侵蚀对混凝土和钢筋材料性能产生削弱影响;受Cl^-侵蚀试件的位移延性能力、承载能力、耗能能力均明显小于未受侵蚀试件;侵蚀试件的等效黏滞阻尼系数在极限位移前大于相应未受侵蚀的试件;Cl^-侵蚀会明显增加墩柱的地震损伤,在极限位移处增大至未侵蚀墩柱的两倍;墩柱配筋率越大时,Cl^-侵蚀对墩柱地震损伤的影响越大。     

基于能量的弹塑性损伤实用本构模型

建立一个实用的弹塑性损伤本构模型。在有效应力空间采用经验公式计算塑性变形,能将模型塑性部分与损伤部分解耦,降低模型的数值处理复杂性,同时大大简化模型塑性应变的计算。结合不可逆热力学理论,基于损伤能量释放率建立损伤准则,损伤能量释放率由修正后的弹性Helmholtz自由能导出,模型中将弹性Helmholtz自由能分解为应力球量部分和应力偏量部分,将其应力球量部分产生的损伤取为零,同时根据应力状态引入折减系数对其应力偏量部分进行修正,使得模型能较为准确的模拟混凝土材料在双轴加载下的本构行为。将应力张量谱分解为正、负两部分以分别定义材料受拉、受压损伤演化,并采用受拉损伤变量、受压损伤变量分别模拟混凝土材料在拉、压加载下的本构特性。引入一个加权损伤变量使得模型能较准确的反映混凝土材料的“拉-压软化效应”。最后该文给出初步试验验证,证明了该文模型的有效性。     

日本东北大地震之隔减震建筑考察与思考

作者于2011年6月14日-18日参加了中日建筑结构技术交流会组织的中日专家联合考察团,实地考察了仙台地区在3月11日日本东北地区太平洋近海地震中的地震灾害情况,重点对隔、减震建筑在此次里氏8.8级大地震中的表现进行了调研。该文概述了隔、减震技术及其在日本应用的基本情况,重点介绍了隔减震结构在此次地震中的表现,并给出了隔减震结构应用的若干结论和体会。     

基于应变能耗散率的结构损伤识别方法研究

将损伤变量的概念从材料领域拓展到结构中,并用其作为损伤因子来表征结构的损伤程度。通过表示结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率引起的单元模态应变能的变化,导出结构每一单元的损伤因子的表达式。考虑到所测的结构模态是不完备的,应用完备模态空间理论将未测的结构高阶模态用等效高阶模态来代替从而消除模态截断误差的影响。最后,通过对一悬臂六跨平面桁架结构的数值算例分析的结果说明,该方法简便、有效,可同时定位结构的损伤和识别损伤的程度。     

Iwan模型非线性恢复力及能量耗散计算研究

广泛应用于装配结构中的螺栓连接会对整个结构的动力响应产生显著的影响,可见,研究这类连接部位的动力学行为具有重要的意义。该文对描述此类连接形式的动力学行为的Iwan模型进行了深入的研究。首先推导了当构成模型的Jenkins单元的屈服力满足均匀分布的情况下,Iwan模型分别处于局部滑移和整体滑移运动时的描述模型恢复力的分段非线性函数,并对其进行了归一化处理;接着在其基础上,推导了在这两类滑移运动中,模型周期能量耗散的归一化计算公式;最后还进一步对修正Iwan模型进行了研究。研究成果为研究装配结构的结构阻尼和非线性动力学行为奠定了基础。     

耗能伸臂桁架抗震性能的试验研究

该文以某8度区超高层框架-核心筒-伸臂桁架结构为工程背景,采用1：3比例缩尺,对三个不同构造形式的伸臂桁架抗震性能进行了拟静力试验研究。试验表明普通伸臂桁架由于腹杆整体屈曲,以及弦杆受弯屈服后翼缘局部失稳等原因,存在承载力退化速度快、延性差和耗能能力不足等缺点。将腹杆改为防屈曲支撑（BRB）可有效提高腹杆的耗能能力。采用截面削弱（RBS）构造形式可以有效提高弦杆的变形能力,防止受弯屈服截面翼缘发生局部失稳。而腹板焊接构造形式则在焊接处易发生低周疲劳破坏,不能充分发挥BRB的耗能作用。试验结果表明该研究提出的RBS与BRB相结合的伸臂桁架变形性能良好,滞回曲线饱满且承载力保持稳定,取得了良好的抗震设计效果。研究结果可以为伸臂桁架结构抗震设计提供参考。     

基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型

基于地震作用下钢筋混凝土结构的损伤机理, 以钢材和混凝土材料损伤模型为基础, 推导出损伤状态下钢筋混凝土构件刚度和材料自由能退化表达式, 提出一种以刚度退化和自由能退化线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型. 对钢筋混凝土柱的拟静力试验进行模拟分析, 结果表明该模型可以较好的描述钢筋混凝土柱的损伤演化过程, 且能够定量确定其在单向荷载作用下与之正交方向的损伤程度;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验数据和钢筋混凝土刚构桥的数值算例进行了模拟分析, 结果表明基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型可以描述钢筋混凝土桥墩抗震能力的退化过程以及预测结构的失效模式, 可用于地震作用下桥梁结构的损伤分析.     

预压弹簧自恢复耗能支撑恢复力模型与滞回特性研究

为研究新型预压弹簧自恢复耗能支撑结构的自恢复性能和耗能性能,对预压弹簧自恢复耗能支撑在低周往复荷载作用下的滞回特性进行了模拟研究,分析了自恢复耗能支撑旗形滞回曲线的特点,给出了支撑恢复力的计算方法,建立了基于Bouc-Wen模型的预压弹簧自恢复耗能支撑恢复力模型,并与ANSYS数值模拟结果进行了对比,结果表明建立的恢复力模型可准确模拟支撑在动力荷载作用下的力学性能。恢复力-位移曲线整体吻合程度较高,该恢复力模型对自恢复耗能支撑结构的设计及抗震性能研究具有较好的参考价值。