循环荷载作用下偏心受压构件的滞回性能研究

利用双重非线性壳体有限元方法 ,对偏心受压钢构件在循环荷载作用下的滞回性能进行了计算机模拟 ,分析了H形截面偏心受压构件的滞回特性 ;得出了强烈地震作用下 ,构件翼缘宽厚比、腹板高厚比、轴压比和长细比等参数对H形截面偏心受压构件滞回性能的影响规律     

地铁列车荷载下冻融土刚度软化试验研究

冻结法在地铁联络通道和进出洞施工中被广泛应用,但冻融作用会对土体刚度产生影响,列车运营期循环荷载作用下,会对地铁运营安全造成隐患。基于动三轴试验,模拟地铁循环荷载作用下冻融土的动应力,得到地铁列车荷载作用下土体刚度软化曲线,并建立刚度软化数学模型。研究结果表明:冻融土体在循环荷载作用下的刚度软化可以用分段函数描述,在循环加载初期,刚度G与循环次数N之间存在半对数关系,当lnN达到8.25~9.5时软化曲线出现拐点,此后继续加载循环应力土体刚度不再有明显的下降;随着冻结温度的降低,循环加载前的初始刚度G_1以及循环后的残余刚度G_w均有所减小,刚度损失比w逐渐增加;同时,冻融还对刚度软化具有明显的加速作用;土体固结对整体刚度有加强效应,提高冻融土体固结度能够使土体刚度显著增大,刚度损失比w有所减小,并降低了土体软化速度。研究结果可为控制地铁冻结法施工区域的工后沉降、保证地铁安全运行提供有益指导。     

循环荷载作用下钢管拱桁架结构滞回性能试验研究

通过3个跨度为6 m、矢跨比分别为0.2、0.3、0.4的钢管拱桁架结构试件在竖向循环荷载作用下的拟静力试验,分析结构的失效过程和破坏机理,研究结构的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、延性性能和刚度退化等抗震性能。结果表明:钢管拱桁架试件的失效始于受力最大节间最大受拉腹杆与下弦杆相贯焊缝处的微裂纹,而后逐步形成该区域的局部开裂,最后在该区域发生断裂并形成机构而破坏;结构失效时只有少部分杆件进入塑性工作状态,试件的整体变形不大,耗能能力一般;进入塑性工作状态的杆件和节点产生的累积损伤导致结构发生低周疲劳断裂破坏。     

地铁循环荷载下冻融软土孔压发展及微观结构研究

近年人工冻结法在地铁联络通道施工中得到广泛应用,土体经过冻融后工程性质将发生改变。通过室内不排水动三轴试验模拟冻结法施工后冻融土在地铁列车荷载作用下的动力特性,针对重塑黏土开展冻结温度和冻融周期影响下的动孔压测试试验,并首次提出了考虑冻结温度和冻融周期的孔压发展模型。结合扫描电子显微镜(SEM)试验,对软土冻融后及循环加载后微观结构的变化进行分析,从微观角度揭示冻融软土宏观特性的变化机制。试验结果表明:冻结温度越低,在循环荷载作用下孔压发展速率越快,稳定孔压也越大;随着冻融循环次数的增加,软土结构弱化效应越明显,将会加剧孔压发展;对比软土冻融前后的微观结构可以看出,冻融循环过程将破坏土颗粒之间的联结作用,导致颗粒骨架重新排布,微小孔隙联结成为较大孔隙,结构性发生弱化效应,处于非稳定状态;在循环加载过程中,外部传递的能量使内部结构向稳定状态发展,大孔隙体积逐渐减少,发生较为显著的挤密作用,微观结构的变化在宏观表现为超孔压的累积和变形的发展。并基于试验数据,采用复合指数函数对孔压发展曲线进行非线性多元拟合,建立循环孔压累积经验模型,结果表明,拟合效果较好。     

循环荷载下组合剪力墙的滞回性能评价

组合型钢剪力墙刚度大、延性好,在土木工程中应用广泛。组合型钢剪力墙一般通过铺设与钢板连接的混凝土层或纤维增强复合板形成。本试验和数值研究主要分析剪力钉间距、中间梁刚度、梁柱连接方法对组合型钢剪力墙性能的影响。结果表明:增大剪力钉间距可减小荷载-位移曲线的斜率,并提高结构韧性。中间梁刚度和梁柱连接对组合型钢剪力墙性能的影响是非常微小的,可以忽略。     

循环荷载作用下锈蚀钢材滞回性能与本构模型

为研究循环荷载作用下锈蚀钢材的滞回性能,采用人工加速腐蚀及自然暴露腐蚀的方法获取了17组锈蚀试件,并对其开展单调拉伸及循环加载试验,分析了单调拉伸曲线、滞回曲线和骨架曲线等的差异性,得到了锈蚀钢材单调拉伸与滞回性能退化规律,基于混合强化模型提出了材料参数随腐蚀程度、等效塑性应变的退化表达式,进而建立了锈蚀钢材塑性本构模型。研究结果表明：单调拉伸作用下,锈蚀导致钢材屈服平台缩短、抗拉强度和断裂伸长率降低;锈蚀钢材单调曲线和滞回曲线存在显著差别,锈蚀加剧钢材循环强化,循环损伤累积则进一步加剧锈蚀钢材延性退化,造成峰值点应变、断裂应变和滞回耗能大幅降低,但对抗拉强度的影响较小。通过锈蚀钢材塑性本构模型应力 应变模拟曲线与试验曲线的对比,验证了所提模型的可靠性。     

循环荷载作用下不锈钢T形件螺栓连接滞回性能试验研究

为研究不锈钢T形件螺栓连接的滞回性能,分别参照JGJ/T 101—2015《建筑抗震试验规程》和FEMA 461设计了两种不同的循环加载制度,开展16个不锈钢(奥氏体型S30408、双相型S22253)T形件和4个普通钢(Q345B)T形件螺栓连接试件的低周循环加载试验,获得了T形件的滞回曲线和破坏形态,得到了T形件在循环荷载作用下的循环硬化、强度退化特性和耗能能力。研究结果表明：不锈钢T形件的滞回性能明显优于普通钢T形件的,前者耗能平均为后者的2.07倍;循环荷载作用下T形件的破坏形态主要包括螺栓断裂和翼缘板靠近焊趾处断裂两类,与T形件的单调加载破坏模式和加载制度有关;两种牌号不锈钢T形件在循环荷载作用下均表现出较为明显的循环硬化特性,试验后期则由于裂纹的萌生和发展呈现出强度退化;相对于FEMA 461的加载制度,采用JGJ/T 101—2015的循环加载制度得到的T形件的加载圈数和总耗能能力均较大。     

钢板剪力墙水平荷载作用下简化滞回理论模型研究

为实现利用简化杆系模型准确模拟钢板剪力墙结构复杂的滞回行为,提出一种适用于桁架单元的钢板剪力墙滞回理论模型。给出了该模型骨架曲线和滞回准则的数学表达,建立了关键点参数与结构特性之间的解析关系,综合考虑了材料本构关系影响以及钢板受压区域的贡献,该模型适用于不同内嵌钢板宽厚比情况。利用ABAQUS有限元软件用户子程序接口UMAT进行二次开发,编制了相应的计算程序,实现了钢板剪力墙简化滞回模型与杆系单元的集成,兼顾计算精度和计算效率。结合典型钢板剪力墙试验结果,验证了模型的准确性和适用性。     

循环荷载作用下岩石阻尼特性的试验研究

对2组红层泥质粉砂岩在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行单轴4级循环加卸载试验.试验加载波形采用正弦波,频率3 Hz,循环应力幅值小于其平均抗压强度,单级应力幅值为30个振动循环,得到动弹性模量和阻尼比随动应变的变化规律.通过试验发现,泥质粉砂岩在循环荷载作用下的加卸载应力-应变曲线并不重合,而是形成一个封闭的滞回环,动应变相位始终滞后于动应力相位;滞回环在荷载反转处并非椭圆形,而是尖叶状,在该处岩石的塑性变形小,弹性变形响应迅速.随动应力幅值增加,泥质粉砂岩的动应变增加,动弹性模量随动应变增加线性递减,而阻尼比则线性递增.得到2组泥质粉砂岩的平均动弹性模量和阻尼比与动应变的相关表达式,其相关系数的平方R2均超过98%.岩石的不可逆塑性变形随动应变增加而增大,同时由循环荷载引起的损伤变形也逐渐增加.     

Y型偏心支撑框架循环荷载下滞回性能研究及设计建议

文章结合EBF的工作原理,建立单层Y型耗能支撑模型,并对该模型进行反复荷载作用下的受力性能研究。在研究中,文章以耗能段的长度、腹板高度、腹板厚度为参数,研究这些参数的变化对耗能段耗能性能的影响;然后建立三层Y型偏心支撑框架模型进行分析。最后对Y型偏心支撑钢框架提出抗震设计建议。     

循环荷载作用下结构性土性状研究进展

土结构性是土最为内在的根本特性之一，土结构性对土的动、静特性有显著影响。本文主要论述国内外循环荷载作用下土结构性对土的动力特性的影响研究现状，展望土结构性动力特性研究方向。     

常幅循环荷载作用下岩石的滞后及阻尼效应研究

通过花岗岩常幅循环加载试验,分析岩石的非线弹性滞后特性。卸载阶段,应变相位滞后于应力相位,加载阶段,应变相位可能滞后、相等或超前于应力相位。研究结果表明,加卸载中阻尼效应的差异引起变形曲线的畸形,变形-时间曲线变成一条上宽下窄的非正弦曲线,而塑性变形的累积使平均应变水平线逐渐上移,因此出现应变相位超前于应力相位的现象。基于应变相位与应力相位的关系,探讨滞回圈可能存在的形态,若应变相位始终滞后于应力相位,滞回圈呈椭圆形;若加载段中应变相位超前于应力相位,则呈新月形;若既有滞后又有相等和超前的情形,则呈长茄形。将岩石视为黏弹塑性材料,讨论动弹性模量和阻尼比的计算方法,给出两者的修正计算式。利用试验数据分析动弹性模量和阻尼比的演化规律,结果表明,动弹性模量的演化与应力水平密切相关,成线性或倒S型发展规律;而阻尼比则取决于动弹性模量以及滞回圈面积的大小,演化曲线呈U形或L形。     

风化砂改良膨胀土的滞回曲线特征对比研究

滞回曲线是构建土体动本构模型的核心,通过GDS动三轴试验,研究不同围压、加载频率、动应力幅值下风化砂改良土体滞回曲线变化规律。采用滞回圈形态特征:长轴斜率k,包围的面积S、滞回圈短轴与长轴之比α以及残余应变ε_p对土体滞回曲线进行定量描述,研究结果表明:膨胀土滞回曲线呈狭长斜椭圆形,k随动应变的增长而减小,随围压、频率的增大而增大,低频加载对k值影响较小;S及ε_p在动应变发展前期增长较小,后期呈指数增长,并随围压和频率的增加而减小。围压对S,ε_p影响主要位于ε_d≥0.1%,频率对S,ε_p的影响分别位于ε_d≥0.1%和ε_d≥0.2%;α变化趋势随动应变存在一明显的分界点,表现为先减小后增大,α值随围压、频率的增大而减小;与未改良土体相比,经风化砂改良后的土体k值减小,S,α和ε_p增大;在减小土体膨胀性的同时降低了刚度,可以发挥作为路基减震隔振优势。     

往复荷载作用下自复位墙滞回性能研究

将自复位墙简化成刚体,研究了往复荷载作用下自复位墙的滞回性能。通过理论推导,得出往复荷载作用下自复位墙的水平力 转角滞回曲线,给出了各特征点水平力和转角及等效黏滞阻尼系数的表达式,推导了自复位墙保证自复位性能应满足的条件,并提出了自复位墙简化滞回模型。在此基础上,通过参数分析进一步研究了预应力筋及阻尼器设计参数对自复位墙滞回性能的影响。结果表明：自复位墙的转动临界荷载与墙体自重及预应力筋的初始力有关;墙体完全卸载时是否有残余变形与墙体自重、预应力筋初始力及阻尼器屈服力有关;阻尼器屈服力对自复位墙滞回性能影响最大,预应力筋初始力及弹性刚度影响相对较小,阻尼器弹性刚度及布置位置影响最小。     

Y型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能分析

Y型偏心支撑钢框架是一种偏心抗震耗能的结构形式。采用曲壳单元和梁单元相结合的非线性有限元分析模型,自编计算程序,分析了Y型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能,提出了相应的抗震设计对策和建议。     

反复荷载作用下L形钢管混凝土柱滞回性能研究

本文介绍了7根L形钢管混凝土柱试件在承受常轴力和水平荷载作用下的试验研究.试验中考虑了不同的轴压比、内部有无加劲和加载方式对试件抗震性能的影响.试验结果表明.内部加劲能够明显地延缓柱子钢板的屈服,而且柱子的耗能能力和延性也有较好的改善.最后通过编写计算程序,对L形钢管混凝土柱的荷载-变形进行了全过程分析.考察了常用的方钢管混凝土柱的钢材和混凝土的本构关系对L形钢管混凝土柱纤维模型数值分析的适用性,计算得到的弯矩一轴力一曲率关系和荷载一位移关系与试验结果吻合较好.     

水平反复荷载作用下拱式转换层结构滞回性能研究

在试验分析的基础上,对拱式转换层结构建立了弹塑性有限元模型,由此对水平反复荷载作用下拱式转换层结构水平力—侧移滞回曲线进行了分析计算,结果和试验曲线基本相符,并且两者均表明该结构水平力—侧移滞回曲线呈梭形,结构延性耗能较好,因此只要合理设计,拱式转换层结构能够具有较好的延性与耗能.     

水平循环荷载下箱形截面钢柱滞回性能数值模拟分析

通过精细有限元模型模拟了箱形截面钢柱在不同轴压作用下承受水平循环荷载下的滞回性能。以加载角度0°,15°,30°,45°及轴压比0.2和0.4为参数共进行了8组试验模拟。模拟结果表明:加载角度虽然对最大承载力无较大影响,但会由于截面转角对局部破坏的限制作用而提高模型的耗能能力及延性;轴压比由0.2提高到0.4时,会降低模型的最大承载力、耗能能力和延性。     

循环荷载作用下气泡轻质土动强度及预测模型

气泡轻质土为新型回填材料,可能受交通荷载和机器振动等动荷载作用。目前关于动荷载对气泡轻质土强度的影响缺乏统一认识,易造成设计不合理。开展循环荷载作用下气泡轻质土无侧限抗压强度试验,探讨密度、振动频率和循环次数对气泡轻质土动强度的影响。研究结果表明,气泡轻质土在循环荷载作用下动强度明显低于静强度,这可能因为其内部结构在动荷载作用下更易发生破坏。采用基于人工神经网络的机器学习方法建立气泡轻质土动强度预测模型,经模型训练后,预测值与试验数据达到良好的一致性。