高强钢组合Y形偏心支撑框架抗震性能混合试验研究

高强钢组合Y形偏心支撑框架作为一种新型结构体系,结合了高强钢承载力高和偏心支撑耗能能力强的优势.为进一步研究高强钢组合Y形偏心支撑框架结构的抗震性能,以一个3层3跨的高强钢组合Y形偏心支撑框架结构为原型,采用子结构混合试验方法进行了一系列试验研究.选取原型结构中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...     

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。     

地铁车站钢筋混凝土中柱试件抗震混合试验研究

地下结构抗震性能试验中同样存在缩尺比问题。以地铁车站结构钢筋混凝土中柱为足尺试验对象,进行地铁车站结构抗震混合试验研究。试验中的试验子结构取为车站中柱,该试件采用MTS作动器加载通过OpenFresco从数值子结构获得地震作用;取车站结构剩余部分与车站周围土体为数值子结构,数值子结构采用OpenSees模拟,地震激励由数值子结构底部输入。试验结果显示:随着地震动加速度峰值(PBA)增加,试验构件进入损伤状态,侧向刚度降低;在输入基岩波为上海人工波时,在弹性工作状态下纯数值模型的层间位移和水平剪力与试验结果匹配较好,表明采用的OpenSees,OpenFresco,MTS混合试验系统在测试地下结构地震响应时具有良好的稳定性与准确性。     

交替协调子结构混合试验方法研究

该文提出一种静态与动态分离的在线混合试验框架,其中动力方程由时间积分算法得出,回复力由对子结构的静力加载得出。混合试验中,数值子结构和试验子结构之间的边界协调问题是试验成功与否的关键。该文提出一种交替协调的边界近似协调方法,数值子结构边界上的位移由上一步的试验子结构提供,而获得的边界上的力用于这一步的试验子结构的加载。将该方法应用于六层菱形BRB加固的混凝土框架中,通过数值验证,这种近似的边界协调方式引入的误差可以忽略。尽管这不是一种精确的边界处理方式,但它使子结构混合试验的实施变得更加简单且灵活。     

高强钢框架-屈曲约束支撑体系抗震性能研究

针对高强钢结构在抗震设计中存在的结构延性差、刚度小的问题,提出了高强钢框架-屈曲约束支撑结构.为研究此类结构的抗震性能,对2个足尺单榀单跨单层试件进行了拟静力加载试验,观测了结构在水平往复荷载下变形特征与破坏模式,分析了结构及构件滞回曲线特征,探讨了试件强度退化、刚度退化、塑性变形、耗能能力以及钢框架和屈曲约束支撑的承...     

基于性能的偏心支撑钢框架抗震设计方法研究

偏心支撑钢框架的理想失效模式为每层耗能连梁均屈服,底层柱脚形成塑性铰,传统设计方法基于强度设计理论,很难保证结构的弹塑性受力状态。该文提出了偏心支撑钢框架基于性能的抗震设计方法(PBSD),该方法以结构的目标侧移和失效模式来预测和控制结构的非弹性变形状态,保证偏心支撑钢框架在大震作用下各层连梁均参与耗能,而其他构件仍保持弹性,即偏心支撑钢框架的层间侧移趋于均匀,避免结构薄弱层的出现,便于偏心支撑钢框架的震后修复。依据PBSD方法分别设计了10层K形和Y形偏心支撑钢框架算例,采用静力推覆分析和非线性时程分析验证该设计方法的合理性,分析结果表明:依据PBSD方法设计的偏心支撑钢框架的极限状态接近于理想整体失效模式,即结构非弹性变形主要集中在耗能连梁中发生,且各层连梁均参与耗能,没有薄弱层出现。该方法为偏心支撑钢框架的工程优化设计提供了参考依据。     

中空夹层钢管混凝土组合框架的拟动力试验EI北大核心CSCD

以高强单边螺栓连接的中空夹层钢管混凝土柱与型钢-混凝土组合梁是一种装配式框架组合结构。为了研究该组合结构在罕遇地震时的动力响应和局部构件的变形损伤,使用OpenSees软件和MTS液压伺服加载设备进行了多层框架拟动力试验,其中易于损伤的底部两层框架设置为试验子结构。具有水平随动能力的轴力加载是试验的技术难点之一,将省略轴力的简化边界和具备水平随动轴力的近似边界进行对比试验,结果表明:罕遇地震作用下,装配式框架的梁柱节点率先屈服,节点转动耗散了地震能量,从而避免梁端出现塑性铰;使用高强单边螺栓连接的梁柱节点属于半刚性连接,导致框架的层间位移角略大于抗震规范2%的限制;轴力略微有利于增加中空夹层钢管混凝土柱抗侧移刚度,省略轴力的试验加载方案是一种可接受的边界简化。     

RC 隔震框架缩减自由度子结构耦合混合试验研究

本文提出基于 GPU 并行计算、缩减自由度及考虑隔震支座非线性耦合力学特性的隔震结构混合试验模拟方法,准确地评估地震作用下隔震层橡胶隔震支座与上部结构耦合的真实响应特点。通过数值模拟的方法对上部结构各楼层的恢复力性能进行分析,将上部结构简化为非线性 MDOF 剪切模型;结合隔震支座的拟静力试验建立考虑非线性耦合的隔震支座模型,得到该结构的缩减自由度子结构耦合混合试验数值模型,通过橡胶隔震支座的动力试验和子结构交互计算进行不同地震作用下 RC 隔震框架的混合模拟试验研究。试验结果表明：10 层 RC 隔震结构的混合试验中,隔震层变形与数值模拟计算结果吻合较好,利用混合试验方法对结构自由度进行缩减,既能较好地还原上部结构的动力特性,也能得到橡胶隔震支座在地震作用下的真实响应,且保证了较好的分析速度和精度。     

自密实高强混凝土框架结构的抗震性能试验研究

为了保证自密实高强混凝土框架结构在抗震地区应用的安全性,采用 MTS 伺服加载系统进行了二榀单层单跨框架在拟静力荷载作用下的抗震性能试验研究。在混凝土强度相近、配筋与构件尺寸一样的情况下,对比分析自密实高强混凝土框架与普通高强混凝土框架的抗震性能。在试验中观测了自密实混凝土和普通混凝土框架的裂缝开展情况、破坏过程、结构的荷载—位移滞回曲线、钢筋与混凝土应变等,对自密实混凝土框架结构抗震性能的分析研究可为自密实混凝土框架结构的工程应用提供设计参考。     

斜向旋转型三维隔震装置的力学模型和试验研究

针对斜向旋转型三维隔震装置的变形及力学性能特点,介绍了该三维隔震装置的组成部件、变形机理和力学性能设计方法,建立其水平平动刚度模型、竖向力-位移滞回模型,确定了三维隔震装置的水平平动刚度、竖向压缩刚度和水平扭转刚度理论公式.采用300型三维隔震支座进行了竖向加载力学性能试验,拟静力试验结果表明,该三维隔震装置竖向变形形...     

基于UKF模型更新的混合试验方法

在混合试验中,将结构划分为物理子结构和数值子结构两部分。对遭遇强震下大型结构的混合试验,很难保证数值子结构仍处于弹性阶段。为确保数值子结构模型的准确性,提出基于Unscented Kalman filter (UKF) 模型更新混合试验方法。该方法假定数值子结构与物理子结构恢复力模型相同,在混合试验进行中利用物理子结构试验观测数据,采用UKF方法在线识别物理子结构模型参数,实时更新数值子结构模型参数。通过数值模拟,应用UKF方法对单自由度结构非线性模型进行在线参数识别,验证UKF方法性能;通过对弹簧试件实际试验,验证该混合试验方法的有效性。结果表明,基于UKF模型更新混合试验方法较传统混合试验方法精度更高。     

一种非迭代式的分布式子结构混合试验方法

该文针对混合试验中的子结构试验积分算法进行研究,提出了一种基于模型的预测-修正算法(M-PC)。M-PC在预测时采用初始刚度求解动力方程以得到预测边界位移,与差分得到的预测位移相比,具有较高的精度和稳定性。M-PC是一种非迭代式的算法,对于子结构边界自由度较多的混合试验,该算法具有效率高的特点。该文首先介绍了M-PC积分算法的基本公式和进行子结构混合试验的具体步骤,然后通过编程实现了与OpenSEES和ABAQUS两种有限元软件的通用接口、电液伺服式加载装置的控制程序以及网络通讯功能,最后通过门式框架的子结构数值试验和物理试验对M-PC算法进行验证。结果表明:M-PC算法有效地预测静力边界位移,结构整体响应合理,正确地模拟了各子结构的非线性行为。     

子结构混合试验方法研究与应用

子结构混合试验是再现大型结构复杂地震响应的最有效方法之一。该文总结了子结构混合试验在过去30年发展过程中所面临的主要问题。子结构混合试验需要一个稳定而精确的时间积分算法用于求解结构的动力方程,而这些时间积分方法需要对试验子结构提供显式的位移加载命令,并且最好具有抑制试验引入误差的能力。第二个挑战是隐式数值域和显式物理域的高效协同,主要采用了刚度预测方法和预测修正技术。最后,子结构的边界条件需要精确的施加到相应的边界上。这对于试验子结构是主要难点,因为现有加载仪器精度和数量的不足。为此发展了基于重叠领域的柔性加载制度和力-位移混合控制方法。为了使子结构混合试验的能力和精度最大化,近年来采用互联网技术将多个试验室资源连接起来,并引入大型商业有限元软件进行精细化模拟,这促成了三代可扩展的子结构混合试验平台。这些平台的柔性、可扩展性和精确性均通过一系列试验得到了验证。     

钢筋混凝土结构材料本构模型参数的在线识别

为保证子结构拟动力试验中数值子结构的可靠性,模型参数在线识别与更新方法逐渐受到关注。对于钢筋混凝土结构,当采用纤维模型建立数值子结构时,混凝土材料本构模型参数的选择具有较大不确定性。因此,该文提出了基于隐性卡尔曼滤波器在线识别混凝土材料本构模型参数的方法。首先,对材料本构模型参数进行分类,定义了本构参数与非本构参数,提出了约束混凝土与非约束混凝土的一致本构方程。然后,针对观测量为混凝土应力的情况进行数值仿真分析,验证了此方法的可行性。最后,通过修改OpenSees源代码,实现了此方法在观测量为构件恢复力情况下的应用。研究结果表明该文提出的方法具有较好的稳定性与较高的精度,从而在很大程度上提高了数值模型的可靠性。     

板式连接中心支撑钢框架结构推覆试验研究

为研究板式连接中心支撑钢框架结构在水平荷载作用下的承载力、延性、结构影响系数、节点受力模式、屈服机制以及节点处梁柱附加弯矩分布规律,对两榀按1:2.6缩尺的3层中心支撑钢框架进行了静力推覆试验。结果表明支撑失稳后楼层水平刚度明显降低,但由于人字形支撑受拉斜杆的存在,楼层能够维持足够的水平承载力。弹塑性层间侧移角远高于抗震规范要求,具有较大的延性系数和结构影响系数。支撑节点板附近的梁柱上存在附加弯矩,基于弹性极限状态,得到了附加弯矩指数的试验值。支撑端部深入节点板较多时,节点板在支撑失稳后以圆弧塑性铰线形式产生面外转动,仍具有高于支撑的极限承载力和塑性变形能力。结构屈服机制合理,体现为支撑屈曲或屈服在先,节点板屈服和梁柱屈服在后,符合抗震设计要求。     

钢筋混凝土异形柱空间框架抗倒塌试验研究

预知结构在偶然荷载作用下的失效机理和提供新荷载路径是异形柱框架结构抗倒塌设计的重要内容。进行1/3比例的两层3×2跨的底层边柱、角柱的突然失效试验及拟静力倒塌试验。分析钢筋混凝土异形柱空间框架的试验现象、裂缝分布、破坏过程及荷载-位移等,进行异形柱空间框架受力过程分析,研究异形柱空间框架结构的受力机制转换过程。研究结果表明:动力效应对异形柱空间框架的影响效果并不显著。试验中没有出现钢筋被拔出现象,裂缝主要集中在竖向构件支座处;异形柱空间框架的边柱、角柱倒塌破坏过程均经历了弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和悬链线阶段,边柱表现的悬链线效应远大于角柱的;楼板及梁的钢筋产生的悬链线效应在异形柱空间框架抗倒塌中发挥重要作用。     

HRB400钢筋单调拉伸及低周疲劳性能试验研究

该文以我国HRB400钢筋为研究对象,首先对其进行了单调拉伸试验和恒应变幅值循环加载试验,得出HRB400钢筋的基本力学性能参数、应变幅值-疲劳周期数和应变幅值-强度退化系数值关系式及疲劳参数的取值;然后,根据试验所得到的材料性能参数,在OpenSees软件中,选用ReinforcingSteel钢筋本构模型对本次试验进行了模拟,验证了试验数据处理结果的准确性和实用性;最后评价了HRB400钢筋的低周疲劳特性,为建立基于材料层次的精细化钢筋混凝土结构数值纤维模型提供了重要的试验参考依据。     

含外部输入的非线性自回归模型及其在实时混合模拟中的应用EI北大核心CSCD

传统实时混合模拟对数值子结构多采用有限元计算,对于较复杂或自由度较多的结构,容易导致计算机在指定积分步长内无法完成结构下一步响应的计算。为了提高计算效率,该文提出一种基于代理模型的实时混合模拟方法,采用含外部输入的非线性自回归模型代替有限元计算。以非线性数值子结构和自复位阻尼器试验子结构组成的单自由度体系为对象,使用数值模拟的数据来训练代理模型,并对该模型进行实时混合模拟试验验证。试验结果表明,基于代理模型的实时混合模拟与传统实时混合模拟结果十分接近,具有替代后者的潜力。