基于单自由度体系的钢筋混凝土抗爆墙设计

基于单自由度体系的钢筋混凝土抗爆墙设计,是将抗爆房屋的结构按爆炸荷载传递路径进行逐个分解,再对分解后的构件进行单自由度体系的设计。同时,以构件支座转角位移为限制,确定构件的截面及配筋是否满足对变形的要求。对单自由度体系抗爆计算可采用数值求解的方法,其基本假定是加速度呈线性,求解的关键是时间增量的确定。本文通过工程实例,介绍正面承受爆炸荷载的钢筋混凝土前墙的计算方法,可为类似工程的设计提供参考。     

单自由度结构体系基于位移的地震响应分析

基于位移的抗震设计方法是实现基于性能抗震的一个重要方法。通过研究大量实际震害,并对其进行理论理论分析,结果都表明,地震造成结构坍塌的主要原因是变形能力不足(能量耗散)     

基于单轴压缩试验的岩石单裂纹扩展及损伤演化规律研究

通过室内试验,利用数字图像相关方法(DICM)等研究手段,对含不同预置单裂纹的类岩石材料在单轴压缩下的裂纹扩展规律及岩体细观损伤演化机制进行系统研究。研究表明:预置单裂纹倾角?为15°和30°时,最大应变集中在预置裂纹的尖端靠内侧的位置,新裂纹为翼裂纹,起裂主要受张拉应力控制;当?增大到60°和75°时,最大应变集中区移动到裂纹尖端区域,新裂纹为次生裂纹,起裂主要受剪切应力控制;倾角?=45°时试样包含2条裂纹扩展路径,为2种裂纹类型转变的临界角度值;随着倾角?的增加,试样起裂应力逐渐增大;当?=30°时,试样的单轴抗压强度最低,裂纹的扩展速度最快;裂纹扩展主要受张拉应力控制时,试样的单轴抗压强度和起裂应力均显著低于主要受剪切应力控制时的情况。     

基于概率的单自由度体系震后残余变形计算

准确预测结构的震后残余变形,对于结构震后性能控制及建立考虑可修复性的抗震设计方法具有重要意义。通过对不同参数的双线性单自由度（SDOF）体系分别在100条标准地震动输入下弹塑性地震反应的统计分析,研究了模型参数和地震动不确定性对SDOF体系残余变形和最大弹塑性变形的影响;建立了双线性SDOF体系震后残余变形的概率计算模型。结果表明：不同地震动输入下SDOF体系的残余变形与最大弹塑性变形之比（dR/dm）存在明显的离散性,且离散程度与结构的刚度比、自振周期、相对屈服荷载系数及峰值地面加速度相关;dR/dm的统计分布规律服从对数正态分布,基于该分布函数建立的计算模型可对给定超越概率条件和地震水平下SDOF体系的震后残余变形进行预测。通过典型算例分析认为,可以采用所建议的模型进行SDOF体系震后残余变形分析及可修复性评估。     

基于单活动门试验的土拱效应演化规律研究

土拱效应是岩溶塌陷、桩承式路堤、隧道开挖以及挡土结构荷载传递的重要机制。针对土拱效应演化规律的研究,采用钢棒相似土作为填料开展二维单活动门试验,得到了土拱效应演化的地基反应曲线(GRC),探讨了曲线特征参数在不同填料高度下的变化规律,分析了填料在活动门不同下沉阶段的细观演化规律。试验结果表明：填料高度较小时,曲线没有明显进入临界阶段的特征。随填料高度增加,曲线起始段斜率、最小应力折减比、曲线恢复段斜率以及临界应力折减比逐渐降低,最小应力折减比对应的标准化位移逐渐增大。活动门下沉过程中,填料从初始三角形下沉区域逐渐向外侧扩展,并在中心处形成位移集中区域,其中填料高度较高时,内部位移集中区域形似塔形,最终下沉区域逐渐扩张为两段式的外张漏斗型,漏斗两侧与垂直方向夹角随填料高度的增大而减小;剪应变集中分布在活动门两侧,整体呈扇形向上发展,存在内外两条滑移面,呈“V”字型分布;活动门上方颗粒会逐渐形成一个向下发展的转角不变拱,拱内颗粒转角不变,拱外颗粒转动偏向拱。     

岩石单轴压缩下损伤表征及演化规律对比研究

采用声波、声发射一体化装置同步测试单轴压缩下花岗岩应力应变、超声波及声发射(AE)特征演化规律,分析岩石特征应力对应的宏–细观表征,通过裂纹体积应变、声发射及声波特征等共同量化岩石损伤演化过程。结果表明:裂纹体积应变和波速对应的损伤起始应力吻合较好,AE事件、幅值分布、b值对应的应力特征值基本一致,但AE事件表征的损伤累积开始早于宏观变形和声波;初始加载阶段波速及各项异性系数K均逐渐增加,之后变化趋缓,起裂应力后侧向波速开始减小,而K逐渐增大;峰值应力前裂纹的快速聚结引起AE信号幅值大幅增加,伴随的是b值的快速下降和AE累积能量的陡增;基于起裂应力后损伤才开始累积的假定,量化并对比了裂纹体应变、AE事件等多参量表征的损伤演化规律,发现花岗岩损伤累积绝大部分发生在损伤应力之后。裂纹体应变表征的损伤具有明确物理意义,但裂纹体应变计算中泊松比选取存在一定主观性,裂纹体应变、AE能量、模量等参数表征的损伤在接近峰值应力前均出现大幅增加,与b值的快速下降对应。综合对比分析,AE能量表征的损伤具有更好的可靠性,反映了岩石损伤破裂的本质特征。     

单自由度结构系统损伤诊断的EMD法

研究了有阻尼和无阻尼的单自由度结构体系的损伤诊断问题 ,损伤假定是因为在某一特定时间刚度的突然损失而产生的 .从理论上推导了单自由度结构系统发生损伤的响应公式 ,证明了经验模式分解 (EMD,empirical mode decomposition)法的有效性 .研究结果表明在很多情况下应用 EMD法探测结构损伤 ,可以检测损伤的发生时间和程度 ;在位移、速度和加速度响应信号中 ,加速度信号最敏感     

基于能量方法的结构性土体损伤演化规律研究

结构性土体的力学特性具有明显的损伤破损效应。根据岩土材料复合体损伤理论,结构性土体可看作是由结构相和损伤相各占一定比例的复合材料。结构性土体的损伤过程本质上是土体中结构相的变形能向相变损伤耗散能转化,相变损伤耗散能促使结构相退变为损伤相的损伤发展过程。从任意方向截面上看,结构相表面损伤后即变为损伤相的表面。基于此认识,把结构性土体的损伤变量与结构相、损伤相所占的截面面积联系起来,从而与经典连续介质损伤力学中关于损伤变量的定义一致。将土体结构的损伤引起的外力多做的那部分功定义为相变损伤耗散能,并将此引入到土体的能量平衡方程中。通过对结构性土代表体元的能量分析,推导了基于结构损伤耗能条件下的损伤演化方程,给出了模型参数的确定方法。最后将试验结果和本文方法的结果进行对比,表明本文方法能较好反映土体损伤演化规律。     

基于单自由度体系的钢筋混凝土框架倒塌易损性预测方法研究

结构抗倒塌能力谱的建立和应用是基于一致倒塌风险抗震设计方法的关键。结合静力推覆分析和基于增量动力分析的倒塌易损性分析,提出基于单自由度体系的多层钢筋混凝土框架倒塌易损性预测方法。首先,介绍基于增量动力分析的倒塌易损性分析。然后,阐述将原结构通过静力推覆分析等效为单自由度体系的方法和步骤,进而利用等效单自由度体系的倒塌易损性分析结果估计原结构的抗地震倒塌能力;最后,通过40个不同结构参数的多层规则钢筋混凝土框架算例,验证建议方法的适用性和准确性。研究表明:基于单自由度体系的多层钢筋混凝土框架倒塌易损性预测方法的计算量小,且能够对多层钢筋混凝土框架的抗倒塌能力做出保守估计;同时建议方法将原钢筋混凝土结构的抗倒塌能力与等效单自由度体系的抗倒塌能力建立定量关系,为抗倒塌能力谱的应用奠定了理论基础。     

大理岩损伤强度的识别及基于损伤控制的参数演化规律

为获取脆性岩石特征强度及破坏过程中损伤演化规律,设计能同步测试应力–应变曲线、AE声发射及岩样径向纵波波速的试验方案,并对3种不同方法确定的损伤强度值进行对比。结果表明,除AE及波速测试方法外,采用体应变(含裂纹体应变)方法可以较为准确地获取试件的特征强度值。通过定义岩石循环加卸载试验获取的不可逆裂纹应变累计值作为岩石损伤的度量,基于损伤控制试验得到锦屏大理岩破坏过程中强度和变形特性随损伤的演化规律。研究表明,随损伤变量的增加,岩石弹性模量、损伤强度和峰值强度均会下降,但随着损伤变量达到至某值后,损伤强度会发生迅速降低,而峰值强度随着损伤累积仍会保持增加然后缓慢降低;进一步分析得到内摩擦角和黏聚力随损伤变量变化规律：随着损伤的发展,黏聚力从峰值迅速下降,并很快到达残余门限值;而内摩擦角随着损伤的发展经历了先上升再降低2个过程,其中上升段是在大部分黏聚力损失后逐渐升高至峰值。研究成果对于揭示脆性岩石强度破坏机制具有重要的理论意义。     

多质点单自由度体系振动频率计算

通过对多刚体多质点单自由度振动体系的频率进行了分析,将各种情况的单自由度体系频率计算公式得到统一,使得广义单自由度体系的频率计算思路清晰,运算方便。     

弹性单自由度体系能量反应谱研究

根据反应谱计算理论得到了线性单自由度体系在地震作用下的输入能量谱、阻尼耗能谱、滞回耗能谱以及动能谱计算公式,通过数值计算得到了4种不同类别场地土条件下160条强震记录的输入能量谱,研究了输入能量谱的特点。研究结果表明,能量谱曲线可以分为3段,即短周期的上升段、中等周期的平台段和长周期的下降段。场地类别对能量谱平台段有一定的影响。最后,提出了描述输入能量谱的谱形状的3段式曲线方程,回归得到了输入能量谱的简化计算公式,验证了简化计算公式的合理性。     

单自由度体系非线性地震能量反应的计算

随着结构抗震理论的深入研究,目前对结构地震破坏比较一致的看法：基于最大位移反应首次超越和塑性累积损伤的双重破坏准则比较符合震害和试验实际.采用能量耗散来描述结构的塑性累积损伤,其形式简单、计算方便,又能够较好地反映地震动的强度、频谱特性,特别是强震持续时间对结构破坏的综合影响.建立了单自由度体系在地震作用下的能量反应公式,通过对结构地震反应能量的计算,综合考虑地震动三要素和结构自身动力特性,分析了地震总输入能受各种因素影响的变化规律及地震总输入能在滞回耗能和阻尼耗能之间分配受各因素影响的变化规律.     

基于黏弹特性的沥青疲劳损伤演化规律分析

以疲劳过程中沥青黏弹本构模型参数的变化分析沥青的疲劳机理.首先,结合常规疲劳损伤试验和频率扫描试验设计了循环频率扫描-疲劳试验,并采用该试验测试分析了2种基质沥青在应变控制模式下的疲劳损伤演化规律;其次,建立了沥青损伤过程中黏弹参数主曲线簇变化规律,结合广义Kelvin-Voigt模型分析了沥青黏弹模型特征参数的变化规律;最后,基于敏感性分析,提出沥青疲劳损伤变量指标,并以此阐述了沥青疲劳损伤演化规律.研究发现:沥青疲劳损伤过程中,随着归一化模量值的降低,沥青黏弹参数主曲线簇均向纵坐标轴反方向移动,且其移动间距不断变化,相位角主曲线簇在高频范围内逐渐偏离低频范围时的线性趋势,复数模量-相位角主曲线簇曲线长度呈现两端先缩短后增长的趋势,沥青损耗模量-储存模量主曲线簇长度不断缩短;广义Kelvin-Voigt模型特征参数中仅E_2,E_3,E_4和η_0这4个参数存在2个明显的变化阶段.基于参数敏感性分析,提出以参数(E_2+E_3)/2作为沥青疲劳损伤变量,并验证了疲劳损伤变量变化规律与沥青疲劳裂纹扩展机制的相关性.     

单自由度体系地震残余变形分析及计算

地震残余变形是结构可修复能力的重要指标,准确分析结构的残余变形对于震后结构性能的评估与控制具有重要意义。基于对不同单自由度(SDOF)体系的弹塑性地震响应的统计分析,研究了不同参数对地震残余变形的影响,其中滞回特性、屈服后刚度、地面峰值加速度(PGA)以及最大弹塑性变形对残余变形的影响较大;同时结合理论分析提出了分别适用于弹塑性Kinematic滞回模型和Takeda滞回模型的残余变形简化计算方法。该方法是以先获得结构的最大弹塑性变形为基础的,能与传统的确定结构最大变形性能的抗震分析方法(Pushover方法)较好地结合。最后,以一钢筋混凝土单柱桥墩为例,详细阐述了所提出的方法进行单自由度体系结构的地震残余变形计算及震后结构性能评估的过程,分析表明基于Takeda模型的结构残余变形的计算结果偏于安全。     

地基的一个半自由度体系动力模型

1前言1996年5月，中国振动工程学会主动力学学会与中国工程建设标准化协会建筑振动委员会共同邀请俄罗斯地基与地下建筑科学研究院院长，俄罗斯建筑科学院院士、俄罗斯工程院院土、B.A.伊里乔夫教授来华作学术报告[1]。报告内容有：①一个半自由度体系的地基动力模型；②土的振动蠕变；③上部结构（包括动力机器基础）与地基的动力相互作用；④锻锤基础砧座下的隔振技术；⑤深层振源波（地下铁道）的问题；⑤他表振源波（工业振动）的问题。在报告会期间，伊里乔夫教授作为俄罗斯动力机器基础设计规范[2]的主编，还解答了有关动力机器基础设计中的许多问题。鉴于我国目前正在修订新的动力机器基础设计规范匕，而且我国现行的规范是     

单自由度结构体系抗地震倒塌能力研究

首先介绍了结构倒塌分析的单自由度模型。然后,基于结构抗倒塌能力谱,研究了结构周期、结构延性、屈服后刚度和软化段刚度、滞回捏拢、承载力和刚度退化以及P-Δ效应对单自由度结构体系抗地震倒塌能力的影响。最后通过远场、近场有速度脉冲和近场无速度脉冲3组地震动输入下抗地震倒塌能力谱的比较,研究了地震动特性对结构抗倒塌能力的影响。结果表明:结构的自振周期、延性和P-Δ效应是抗地震倒塌能力的主要影响因素;自振周期为0.4~1.8 s的单自由度结构在近场有速度脉冲的地震动作用下更易发生倒塌破坏,而自振周期为2.6~5.0 s的单自由度结构在远场地震动作用下更易发生倒塌破坏。     

岩石波速与损伤演化规律研究

岩石波速随应力的变化对研究损伤演化具有重要意义。采用颗粒流程序建立9种不同模型,在模型内设置激发源和接收器,通过对激发源施加速度脉冲并记录接收器信号模拟波的传播与衰减,可以得出:配位数与孔隙率呈线性变化关系,波幅衰减与枝矢量分布直接相关,波速主要受孔隙率、配位数张量和刚度张量影响。模拟岩石双轴压缩应力–应变过程中轴向和侧向波速,微裂纹主要沿轴向分布,相比剪切裂纹,张拉裂纹优势导向与轴向夹角较小,且随着裂纹的增多,波速及枝矢量分布各向异性逐渐增大。波速变化的内在原因是新接触点的形成、黏结断裂和接触点的分开,波速变化依赖于刚度张量相应分量的平方根,二者变化规律基本保持一致。通过刚度张量及枝矢量分布变化确定损伤特性及导向,是一种量化波速与损伤的新方法,可为损伤演化规律研究提供参考。     

对模态Pushover单自由度体系等效方法的改进

模态Pushover分析方法(MPA)可以有效考虑结构高阶振型,但其在确定各阶模态Pushover分析的目标位移时,采用了结构的弹性模态,并未考虑塑形状态下结构力学性能的改变。本文对MPA单自由度体系等效方法进行了改进,提出了MPA的"两阶段"等效方法,并以三个算例验证了该方法的精确性。     

单自由度体系在多次地震作用下的响应分析

基于opensees软件,通过数值模拟与国外学者的试验数据的比对,验证有限元模型的可靠性。对3个不同周期的模型进行多次地震分析和单一地震分析。结果显示,结构在多次地震作用下存在残余变形和振幅增大等现象。由于多次损伤的积累,多次地震分析下结构的抗震性能出现不同程度的变化,且与结构周期和地震波存在一定的关联性。