结构抗震混合试验技术初探

基于子结构模态综合法对结构抗震混合试验技术进行了初步研究,提出了将整体结构划分为试验子结构和计算子结构,采用对接加载主模态修正方法对试验子结构进行质量矩阵和刚度矩阵局部修正,并给出了连接边界的加载模式。     

非迭代式分布式混合试验方法研究

提出了一种基于模型的预测-修正算法(M-PC)用于子结构混合试验。M-PC在预测时采用静力凝聚得到的边界刚度矩阵求解动力方程以得到预测位移,解决了传统差分方程无法预测静力边界位移的困难。M-PC是一种非迭代式的算法,效率较高。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。     

建筑结构混合试验平台HyTest开发研究

拟动力试验是一种重要的结构抗震联机试验方法,近年来出现了网络化、有限元化和实时化的趋势,形成了混合试验方法。鉴于混合试验分支多样,涉及数值分析、加载设备与控制等多个学科,为了方便试验的实施与技术的发展,迫切需要使用混合试验平台。为此开发了建筑结构混合试验平台HyTest,能够实现全结构拟动力试验、传统子结构拟动力试验、本地及分布式的基于静力子结构的混合试验和基于动力子结构的P2P混合试验。试验平台采用MTS二次开发编程库VB-COM连接试验控制系统,还可以调用有限元软件OpenSEES和ABAQUS进行数值子结构的分析。为了开展分布式的混合试验,该平台采用Socket通讯机制实现子结构间的数据传输,并采用带中转服务器的通讯模式,解决不同局域网之间的数据传输问题。利用该平台完成了6自由度单层单跨钢框架混合试验,验证了该试验平台的有效性。     

基于预测-几何修正方法的多子结构协同混合试验方法

文章针对抗震混合试验中的数值积分方法进行了研究,提出了基于Newmark-法的预测-几何修正算法(P-GC)。算法采用过程刚度进行子结构边界位移预测,通过几何修正方法找回所丢失的预测位移增量值。为了实现该方法,对基于P-GC算法所开发的多子结构协同混合试验系统进行说明。最后通过一个单层双跨结构进行数值模拟试验验证,结果表明基于P-GC算法的多子结构协同混合试验方法能够有效的模拟整体结构地震响应,且较好的模拟了子结构的非线性行为。     

共旋梁单元几何非线性分析的子结构方法

采用有限元方法分析结构的非线性行为必须进行多次迭代求解,因此在保证非线性计算精度的同时提高其计算效率是关键。该文以内含2个平面梁单元的子结构为例,建立一种平面梁结构基于共旋法与子结构的几何非线性分析方法。共旋法具有将刚体位移从结构的大位移中扣除而得到准确的小变形的特点,子结构法则能将内部节点的自由度凝聚到边界节点从而大大减少结构非线性平衡方程组的阶数,该文将两者结合并利用有较好的通过荷载和位移极限点功能的修正弧长法编制了计算程序,对荷载-位移曲线具有“位移跳跃”或“荷载跌落”显著特征的数个算例进行分析,与已有文献的结果对比验证了方法及程序的正确性。     

柱间连接型消能子结构设计方法与抗震性能试验

消能减震技术能显著提高建筑结构的抗震能力,但目前对消能子结构的性能目标和设计方法尚未达成共识。针对工程中较常见的柱间连接型消能子结构,提出基于多遇地震作用下弹性分析的设计方法,给出设计流程和设计要点。对1个钢筋混凝土纯框架子结构试件和2个消能子结构试件进行低周反复加载试验,考察消能子结构的抗震性能,检验所提设计方法的合理性。研究结果表明：消能子结构承载力约为纯框架与阻尼器承载力之和,单周耗能能力约等于纯框架与阻尼器各自耗能之和;阻尼器损伤累积直至完全剪断过程中,消能子结构承载力和刚度逐渐下降;阻尼器破坏后,周围框架抗震性能与加载同阶段的纯框架性能基本一致。按所提设计方法设计的消能子结构在罕遇地震作用下破坏模式合理,能保证阻尼器充分发挥消能效果;增大消能子结构纵向钢筋配筋量对改善其塑性铰状态和结构破坏模式无显著效果。     

一种新型的结构抗震试验方法

在分析原有几种抗震试验方法的基础上,提出了一种新的“混合试验方法”的设想。这种方法将振动台试验与拟动力试验结合起来,以期解决原有试验方法在大型、异型结构抗震研究中遇到的困难。对于这种方法存在的主要问题,本文进行了初步讨论,希望借鉴动态子结构法中的综合模态技术,进行深入的研究并达到实际应用。     

螺栓连接混凝土柱钢梁的混合结构框架的拟动力试验

对一个包含钢管混凝土柱和螺栓端板连接钢梁的组合结构框架系统的抗震性能进行试验研究。根据现行的抗震规范和之前的研究设计出一个10层的建筑模型。提出的分析模型可以预测出在一系列地表运动记录下的模型框架的弹塑性性能。比例为4∶7的子结构模型由两层组成,且为1个半跨度,采用拟动力混合试验法对其进行模拟地震作用。试验结果表明,模拟地震作用下的模型性能与不同地震灾害等级的分析结果相吻合。最后,进行拟静力试验和推覆试验来确定试验模型的最终失效模式。研究显示,所提出的结构系统可以提供抗震设计所需要的适当的强度和足够的延性。     

考虑倾覆力矩的子结构混合模拟试验方法

采用力-位移混合控制方法,提出了考虑倾覆力矩的子结构混合模拟试验方法。采用ANSYS有限元软件,进行了不同的加载分布方式、试验子结构刚度发生变化、不同梁柱线刚度比以及不同结构层数等情况下的数值模拟,初步验证所提方法的可行性。以6层钢框架模型为例,实现了考虑倾覆力矩情况下的子结构混合模拟试验。试验结果表明：不考虑界面倾覆力矩,将改变结构在地震作用下的内力分布和破坏模式,不能真实地反映结构在地震作用下的力学性能。     

预制混凝土结构的拟动力试验研究进展

预制混凝土结构的抗震性能是影响其在抗震设防地区推广应用的关键因素。拟动力试验就是将计算机系统与电液伺服加载系统联机进行的加载试验,该试验方法能够比较合理地再现地震动输入下建筑结构的地震响应,并可进行大尺度或足尺结构模型的试验,是目前进行预制混凝土结构抗震性能试验研究的有效方法之一。为此,简要介绍了拟动力试验方法及子结构拟动力试验技术,重点阐述了预制混凝土框架结构和剪力墙结构的拟动力试验研究现状及进展,并对今后预制混凝土结构的拟动力试验研究提出了建议。     

钢管混凝土复合短柱轴压性能试验研究

钢管混凝土复合柱由钢管混凝土柱肢和钢筋混凝土联接板组成。以柱肢钢管壁厚和联接板厚度为试验参数,对7个复合短柱试件进行轴压性能试验研究,同时进行了与复合柱试件组成相对应的4个钢管混凝土柱构件和3个钢筋混凝土板构件的轴压试验。研究复合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和荷载 位移曲线,对比分析试件与对应构件的荷载 应变曲线,研究柱肢钢管壁厚和联接板厚度对复合短柱轴压承载力的影响。试验结果表明：轴压复合短柱受力全过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性发展阶段;轴压复合短柱的破坏特征为钢筋混凝土联接板混凝土压碎,此时钢管混凝土柱肢的受力状态与对应的钢管混凝土构件的受力状态不同,钢管混凝土柱肢并没有充分发挥其自身的承载能力;在复合短柱的轴压承载力计算中应引入柱肢承载力折减系数,该系数与柱肢套箍系数相关;通过对现有的钢管混凝土轴压短柱的试验数据进行回归分析,拟合得到柱肢承载力折减系数的经验计算公式;按照建议方法计算得到的复合短柱的轴压承载力与试验结果吻合良好。     

钢管混凝土复合柱静力试验与偏心率折减系数计算方法

以偏心率为参数,对4根钢管混凝土复合柱和4根钢管混凝土格构柱进行了受压试验和有限元分析,对比分析了试件的破坏过程与特征、受压承载力和荷载-位移曲线以及荷载-应变曲线。试验结果表明：轴压复合短柱的破坏以钢筋混凝土板的压碎和纵筋屈服为特征,此时钢管混凝土柱肢没有充分发挥其自身的轴压承载能力;偏压复合短柱的破坏形态为近载侧钢筋混凝土板压碎同时柱肢钢管出现鼓曲,对应柱肢的受力状态与钢管混凝土格构柱的相似。当偏心率相同时,钢管混凝土复合柱的初始受压刚度和承载力均大于钢管混凝土格构柱,两者的初始抗弯刚度接近,但由于钢筋混凝土板在受力后期仍可有效传递截面剪力,钢管混凝土复合柱的侧向位移明显小于钢管混凝土格构柱。钢管混凝土复合柱的偏心率折减系数随偏心率的变化情况与钢管混凝土格构柱的基本相似。以钢管混凝土格构柱的基本计算式为基础,利用试验和有限元参数分析结果对其进行修正,得到钢管混凝土复合柱的偏心率折减系数计算方法,折减系数的计算结果与试验结果吻合良好。     

钢-混凝土预制混合梁框架抗侧刚度等效计算及精度分析

随着装配式建筑发展中新型建造体系和建造技术不断创新,预制构件连接节点的半刚性特性逐渐引起国内外学者的关注。通过单层单跨的预制混合梁框架抗侧刚度给出了削减系数与半刚性折减系数的计算式,提出了在水平荷载作用下多层多跨预制混合梁框架侧移量的等效计算方法。采用有限元分析软件ABAQUS建立了模型进行分析,对比分析了预制混合梁框架有限元模型与等效均质梁框架模型计算结果。结果表明：在水平荷载作用下,利用削减系数与半刚性折减系数建立的等效均质梁框架与预制混合梁框架结果吻合较好,等效计算方法具有较高的准确性。当框架节点转动刚度偏小时,预制混合梁框架与均质混凝土梁框架水平位移相差相对较小;随着框架节点转动刚度增大,水平位移差异逐渐增大。     

基于多尺度模型的抗震混合试验方法研究

为了从不同视角下分析结构的抗震性能,将多尺度的思想应用到结构的抗震分析中,形成集宏观计算单元、微观计算单元和试验单元为一体的多尺度抗震混合试验方法。以三层四跨Benchmark模型为研究对象,AOM(ABAQUS、OpenFresco、MTS)混合试验系统为平台,建立多尺度混合试验模型进行抗震试验分析。试验结果表明AOM混合试验系统具有较强的稳定性和较高的试验控制精度。并从试验结果中对结构进行宏观、微观层面进行分析,对结构的抗震性能分析提供了一种方法。     

Experimental evaluation of joints consisting of parallel perfobond ribs in steel-PSC hybrid beams

The objective of this paper is to estimate the structural capacity and application feasibility of joints with parallel perfobond ribs in steel-PSC (prestressed concrete) hybrid beams. In order to investigate the joints, two steel-PSC hybrid beams of 8 m length are fabricated, and experimental tests are performed. The hybrid beams consist of a steel beam in the center, PSC beams at both ends, and joints connecting the steel beam and the PSC beams. In the joints, perfobond ribs are used as shear connectors in place of studs which are generally used. The parallel perfobond ribs are attached to the steel plates horizontally and vertically to assess joint performance under both flexural moments and shear forces. The test results reveal that the failure of hybrid beams occurs at the PSC region near the interface between the PSC component and the joint. No joint failure is observed in the test beams up to the fracture load stage. In addition, the test beams show sufficient ductility by virtue of the arrangement of adequate reinforcements, even though perfobond ribs are considered to be stiff shear connectors. Therefore, it is concluded that the joint with parallel perfobond ribs is an applicable system to utilize in steel-PSC hybrid beams. In addition, the perfobond ribs can be an alternative to stud shear connectors in joints of hybrid beams.     

高层建筑钢-混凝土混合结构设计实例

钢-混凝土混合结构兼有钢结构及钢筋混凝土结构的一些优点,是一种符合中国国情、具有较好综合经济指标的高层建筑形式.沪东造船厂技术中心大楼就是一幢典型的高层钢-混凝土混合结构.本文简要介绍了这一工程的结构设计情况,包括结构布置,结构分析和计算,以及主要的计算结果,并主要介绍了典型的节点构造,包括柱脚构造,梁柱连接,梁墙连接和梁梁连接等.此外,本文还介绍了以沪东造船厂技术中心大楼为模型,进行的振动台试验的概况.     

Experimental study on joint of spliced steel-PSC hybrid girder, part II: Full-scale test of spliced hybrid I-girder

A full-scale test is conducted on a spliced steel-PSC (prestressed concrete) hybrid I-girder of 40 m length, in order to verify a new type of joint splicing steel and PSC segments. The spliced hybrid girder offers a competitive solution to medium-span bridges, with its various benefits such as a transportation constraint solution, high quality girders, span-length flexibility, the advantage of a hybrid system, and others. At the same time, it requires a proper joint connecting its PSC and steel segments at a site. A new type of joint consisting of parallel perfobond ribs, encased prestressed concrete, and steel plates, is adopted and tested to remove the vulnerabilities from joint areas where PSC I-section and steel I-section are connected. After the PSC segments with the joint and the steel segment are fabricated in a factory, they are transported to a test site and spliced into one girder. The experimental results show that the spliced steel-PSC hybrid I-girder is of sufficient strength, ductility, and stiffness without giving failure of joint. Indeed, the joint clearly transfers the load between the steel and PSC segments without incurring damage. It is concluded that the applied joint can be an effective system guaranteeing sound performance up to the ultimate capacities of the spliced steel-PSC hybrid I-girder.     

高强钢与普通钢混合连接抛丸表面抗滑移系数试验研究

高强度结构钢延性较普通钢差,不宜应用于抗震设计中会出现塑性铰的高延性需求构件。在抗震设防区建筑结构中,高强钢构件宜与普通钢混合使用以满足结构抗震要求。因此,需对高强钢与普通钢混合连接的摩擦面抗滑移性能进行研究。文中以国产Q550、Q690、Q890三种等级高强钢搭配Q235与Q345普通钢制作了30个试件进行混合连接抛丸表面的抗滑移系数测量试验,并将试验结果与同等级高强钢连接抛丸表面抗滑移系数试验结果进行对比。结果表明,混合连接抛丸表面抗滑移系数大于同等级高强钢连接表面抗滑移系数。设计中,建议其取值与同等级高强钢连接表面抗滑移系数保持一致：Q550钢的混合连接抗滑移系数取0.50,Q690与Q890钢混合连接系数可取0.45。为分析抗滑移系数的影响因素,文中测量了同批次试件的钢材硬度、粗糙度、变形能力。分析结果表明,抗滑移系数受到接触表面的粗糙度及摩擦面相对变形能力的影响,而摩擦面相对变形能力受到材料本身塑性及不同材料塑性变形能力匹配度的共同影响;随着钢材等级的增加,抛丸表面粗糙度及钢材变形能力的下降,导致更高等级高强钢混合连接抗滑移系数的降低。     

Geotechnical Hybrid Simulation System for One-Dimensional Consolidation Analysis

A system for a hybrid consolidation simulation was developed to predict more realistically the nonlinear behavior of the consolidation settlement of soft clay, including a large strain consolidation problem. The hybrid simulation method can introduce the mechanical behavior of the soils directly by combining numerical analysis and the soil element test in an online state. In this paper, a fundamental study to apply the hybrid simulation method to the consolidation settlement problem, a basic concept, and the corresponding algorithm and components are presented. Furthermore, using preconsolidated Kaolinite clays, verification studies were also conducted in the laboratory to verify the operational performance and data reliability of the system. On the basis of the test results, we concluded that the new consolidation analysis system using the hybrid simulation concept provided an adequate performance in the reproduction of the consolidation behavior of preconsolidated Kaolinite clays in the aspect of the dissipation of excess pore water pressure and corresponding consolidation settlement.