带可更换抗侧耗能装置的装配式钢框架结构静力性能研究

为实现钢框架结构震后损伤可快速修复的功能,基于损伤控制思想,提出一种带可更换抗侧耗能装置的装配式钢框架结构.利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析,首先对该钢框架结构的受力机理开展研究,分析钢框架体系内力流传递路径,提出结构的合理失效顺序,建立相应失效准则;而后对该装配式钢框架结构与对应刚接框架及铰接框架进行对比分析;最后进行变参数分析,着重讨论该柱脚节点抗侧剪切件截面宽度、厚度及高度、节点板连系螺栓数量、柱脚横梁刚度及柱轴压比等参数对该装配式钢框架结构力学性能的影响.研究表明,合理设计的该装配式钢框架结构在屈服荷载及抗侧刚度两方面可以与对应刚接柱脚框架完全等效,且该新型钢框结构主体构件的应力分布优于对应刚接框架,可以将结构内的塑性损伤集中在翼缘连接盖板、抗侧耗能装置等易于更换的耗能元件上,使梁柱等主体构件基本处于弹性状态,具备震后可恢复功能.     

基于刚度损伤的钢框架结构IDA抗震倒塌方法研究

结合刚度倒塌判定准则和增量动力分析(IDA)方法,提出了一种以刚度损伤作为结构损伤指标DM的IDA抗震倒塌判定方法.在刚度损伤中,分别从层间构件刚度损伤和结构整体刚度损伤两个方面出发,得到相应的IDA曲线簇及结构各层和整体的IDA曲线.再通过层间位移角、残余位移角、结构滞回耗能作为损伤指标得出IDA曲线,对不同指标的I...     

地震激励下SRC框架-RC核心筒混合结构损伤模型

基于前期对往复荷载作用下SRC框架-RC核心筒混合结构中各构件关于主要设计参数敏感度分析和损伤模型的研究成果,提出了以基本自振周期作为自变量的损伤表征函数,并借助结构设计分析软件SAP2000对30层混合结构进行弹塑性动力分析,采用"预定损伤法"揭示了损伤楼层(数量、位置及程度)、高宽比、刚度特征值等因素与整体结构地震损伤之间的关系,最终建立了SRC框架-RC核心筒混合结构的多因素地震损伤模型.研究将增强对SRC框架-RC核心筒混合结构抗震性能研究的系统性.     

RC框架结构损伤指标研究

为了对地震力下框架结构损伤程度进行定量描述,从框架结构刚度退化入手,提出了构件层次上的损伤指标.借助于构件层次上的损伤指标和线性加权的方法进而建立了整个框架结构的损伤模型.采用建立的框架结构损伤模型对一框架结构在地震力下损伤情况进行了分析,获得了地震力下框架结构损伤发展趋势.本文所提出的损伤模型可以对地震力下框架结构损伤情况进行定量描述,为框架结构损伤评估提供一种新的方法.     

RC核心筒地震损伤模型研究及损伤评价

RC核心筒是高层混合结构中应用广泛的结构单元体系,为体现构件损伤向结构损伤迁移转化的多尺度效应,基于数值模拟方法,在分析构件耗能权重的基础上,建立了结构单层地震损伤模型;通过对结构单层损伤与整体结构破坏之间的关系进行分析,采用位置权重系数与结构单层损伤指数权重系数二者组合的形式作为结构层损伤权重系数,建立了能够反映构件损伤、楼层损伤以及整体结构损伤三者之间迁移演化规律的RC核心筒地震损伤模型,并给出了RC核心筒的损伤状态及相应的损伤指数范围.计算结果与试验结果的对比表明,建立的地震损伤模型能够较好地描述核心筒结构的地震损伤演化过程与损伤程度,并反映构件损伤、局部结构损伤以及整体结构损伤三者之间迁移演化规律,研究结果可为混合结构抗震性能评估提供参考.     

基于残余力向量的框架损伤直接识别法

为直接识别出基于残余力向量法的框架结构损伤,提出先由灵敏度分析求得结构刚度联系矩阵,再由结构刚度联系矩阵将损伤结构的刚度摄动矩阵展开,得到新的结构残余力向量方程,通过求解此方程即可识别出框架结构的损伤位置和程度,最后运用所提出方法对三层框架结构进行损伤识别,结果表明识别精确度较高,从而验证了该方法的有效性.     

基于集中损伤力学的钢筋混凝土框架结构非线性分析

连续体模型适用于一些相对简单的结构,对于许多工程结构分析来说,连续介质力学并没有提供适宜的理论框架.介绍了采用集中损伤力学方法进行钢筋混凝土框架结构非线性分析的基本框架.该方法可用于描述混凝土开裂导致构件刚度退化等不可逆过程.对于构件端部的非弹性铰,使用了半耦合的损伤函数与屈服函数.通过编制的非线性有限元程序分别对反复荷载作用下梁柱节点及两构件框架结构的受力性能进行数值模拟,计算结果与试验数据吻合较好.     

基于曲率模态振型的损伤识别方法研究

研究了适用于桥梁和连续梁结构的基于曲率模态振型的损伤识别方法。以一2D框架结构有限元模型为数值算例，比较了使用不同振型、不同损伤程度以及采用不同测点数对损伤识别效果的影响。考虑了实际工程中损伤位置的多样性及测量噪声引起的随机误差，为该方法的工程应用提供了相关依据。数值实验分析表明，该方法能较好地进行损伤定位，并能对损伤程度给出定性的描述。     

框架结构损伤识别的试验研究

结构损伤识别是开发结构安全监测系统中的一个重要课题。由于结构频率测试容易测试并且有较高的测量精度,因此成为损伤识别中广泛应用的模态参数。根据模态频率的灵敏度分析,本文提出了一种基于结构损伤前后频率变化测量的损伤参数识别方法,用于确定结构的损伤位置和损伤程度。多种工况的框架结构模型的损伤试验结果表明:对于层间剪切结构,通过结构频率变化率法可以确定结构的损伤位置和损伤程度。     

基于刚度矩阵的桥梁损伤识别研究

结构损伤本质上是结构局部刚度和质量的改变,反映在结构动力特性上是模态参数的变化.针对桥梁损伤往往只是局部刚度改变的情况,提出一种基于结构及其子结构的刚度矩阵,利用固有频率和振型确定子结构刚度矩阵的改变程度,以及改变了刚度矩阵的子结构的位置,来判断桥梁损伤的位置及其程度的结构损伤识别方法.从识别结果看,该方法能对桥梁结构的损伤位置及其程度做出准确的识别.,     

Fundamental modeling issues on benchmark structure for structural health monitoring

The IASC-ASCE Structural Health Monitoring Task Group developed a series of benchmark problems, and participants of the benchmark study were charged with using a 12-degree-of-freedom (DOF) shear building as their identification model. The present article addresses improperness, including the parameter and modeling errors, of using this particular model for the intended purpose of damage detection, while the measurements of damaged structures are synthesized from a full-order finite-element model. In addressing parameter errors, a model calibration procedure is utilized to tune the mass and stiffness matrices of the baseline identification model, and a 12-DOF shear building model that preserves the first three modes of the full-order model is obtained. Sequentially, this calibrated model is employed as the baseline model while performing the damage detection under various damage scenarios. Numerical results indicate that the 12-DOF shear building model is an over-simplified identification model, through which only idealized damage situations for the benchmark structure can be detected. It is suggested that a more sophisticated 3-dimensional frame structure model should be adopted as the identification model, if one intends to detect local member damages correctly. Supported by the National Hi-Tech Research and Development Program of China (“863” Project) (Grant No. 2006AA09Z331) and the National Science Fund for Distinguished Young Scholars (Grant No. 50325927)     

地震作用下框架整体与局部损伤的相关性

根据框架结构耗散塑性变形能与存储弹性变形能能力的损失界定结构的整体损伤,根据塑性铰耗散塑性变形能能力的损失来界定局部损伤,并以拟力法为基础推导了局部损伤与整体损伤的解析表达式,进而讨论框架结构局部损伤与整体损伤的相关性。研究表明,控制框架结构整体损伤的手段有：减小局部损伤区域的强度衰减、提高局部损伤区域的极限转动能力和减小局部损伤区域的残余变形。其机理是通过提高局部损伤区域的耗能能力与约束能力来提高整个结构耗散与存储地震能量的能力;框架结构整体损伤与局部损伤的加权值较为接近,可以采用框架局部损伤的加权值来近似估计结构的整体损伤值。     

浅埋地下结构抗震设计的反应位移法关键问题

为了解决采用反应位移法进行地下结构抗震设计时工程师所面临的不同计算公式和模型的选取及土体是否需要分层等问题,通过具体算例分析,探讨了影响反应位移法计算精度的几个主要因素,具体包括不同规范中推荐的土体相对位移及剪应力的计算公式、土弹簧刚度的确定方法、分层土体与等效单层土体的差异、荷载-结构模型的选择等。研究结果表明：不同方法确定的土体相对位移、剪应力及土弹簧刚度值相差很大,由此造成的结构内力和变形差异显著,推荐公式应谨慎采用;对存在中柱体系的地下结构,荷载-结构模型应优先采用等代框架模型;采用反应位移法计算时,应严格按照实际分层土体完成土层地震响应分析,避免进行等效均一化处理。     

基于轴向振型差变化率的空间刚架结构损伤研究

通过结构动态特性参数对损伤位置和损伤程度的敏感性分析,提出以轴向振型差变化率为标示量的空间刚架损伤识别方法。应用ANSYS建立了空间刚架结构无损伤和有损伤的有限元模型,选取轴向振型差变化率作为损伤标示量进行结构损伤识别。结果表明：一阶轴向振型差变化率不但能很好地对单一或多个损伤的损伤位置进行识别,而且可以初步识别损伤程度。将此方法应用到实验刚架模型中,实现了对刚架损伤位置的识别。轴向振型差变化率具有敏感性高、回避空间振动方向性、减少工作量等优点,是一种较理想的空间刚架损伤标示量。     

混凝土框架缺损识别的动力学方法研究

对混凝土框架结构的局部刚度缺损反问题进行了动力学方法研究,在采用有限元最小二乘法的基础上,提出并利用了非线性最小化过程的交错迭代法。通过算例分析表明：本文方法应用方便,精度高．收敛迅速。     

基于轴向振型差变化率的空间刚架结构损伤识别实验

空间结构的损伤识别问题是一个相对复杂的过程,需要考虑结构的空间三维振动情况。针对空间刚架结构的损伤识别问题,提出了一种新的损伤标示量——轴向振型差变化率,研究了单一损伤和多位置损伤工况下,不同损伤位置对空间刚架一阶轴向振型差变化率的影响规律。实验室刚架模型实验结果表明：一阶轴向振型差变化率能够很好的对单一或多个损伤的损伤位置进行识别,为探索通过轴向振型差变化率识别空间刚架的结构损伤提供了一种可行的方法。     

基于压电陶瓷传感器的钢筋混凝土框架结构裂缝损伤全过程监测

基于压电陶瓷传感器开展了动力荷载作用下的钢筋混凝土框架模型结构裂缝损伤全过程监测试验。在1个2层2榀钢筋混凝土框架结构中埋入压电陶瓷传感器,对模型结构先后施加拟动力荷载和拟静力荷载的作用,监测结构在荷载作用下的损伤发展全过程,并采用移动平均法对监测数据进行平滑处理。结果表明：所采用的监测方法能够有效监测结构健康状态的发展趋势,但受环境等因素的影响,监测数据存在波动性,给损伤识别带来一定困难;采用移动平均法进行数据处理可使损伤识别结果更加准确;基于压电陶瓷传感器的混凝土裂缝损伤监测方法可用于结构的长期监测,有效的数据平滑滤噪措施对于损伤的正确识别具有重要意义。