具有隔震支座钢管拱桁架结构体系抗震性能研究

以60m跨三心圆立体钢管拱桁架结构体系为研究对象,建立普通固定铰支座和隔震支座两种模型,运用SAP2000软件与塑性铰理论对其进行在地震波作用下的动力弹塑性性能分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了结构节点位移响应、杆件塑性铰的分布、结构的整体变形、失效形态及结构延性系数,评定了该结构的极限承载力、失效类型和变形能力。结果表明:在用钢量相同的情况下,使用铅芯橡胶隔震支座的隔震模型的失效界限加速度峰值比原结构高出59.4%;普通固定铰支座结构和隔震橡胶支座结构的失效破坏类型均为弹塑性动力失稳破坏,地震波作用下两种模型在失效界限时出现塑性铰的杆件数量均较少,但分布较均匀;两种结构模型在受力的两个主要方向均具有一定的延性性能,但其失效前绝对变形较小,破坏前预兆性不显著。     

落地式钢拱桁架体系弹塑性地震响应研究

采用集中塑性铰理论和SAP2000结构分析软件,对某拟建大跨钢拱桁架结构整体进行在地震波作用下的弹塑性地震响应分析。分析中考虑了几何和材料双重非线性影响,获得了节点位移响应、杆件塑性铰的分布特征、结构的整体变形、失效形态及结构延性系数,评定了该结构的极限承载力、失效类型和变形能力。结果表明,该结构在地震波下的失效界限地震加速度峰值为1 000gal,失效时最大竖向变形为短向跨度的1/200,可满足"避难与救灾建筑结构"的抗震性能设防的要求;结构的失效类型为延性强度破坏,临界失效时出现塑性铰的杆件分布较均匀;结构各方向延性系数均大于4,具有较好的变形能力;由整体稳定控制承载力的落地式钢拱桁架结构体系具有较大的抗震潜能,跨度60m的空间拱桁架结构体系,用钢量46.1kg/m2就可达到8度设防区灾难地震设防810gal的要求。     

带接管高压球形容器塑性大应变的应力分析

本文在应力测试和爆破试验的基础上,采用轴对称问题塑性大应变有限元程序对带接管高压球形蓄力器进行弹塑性应力计算,分析带接管球壳承载后在连接部位的应力分布、最大应力点的位置及应力集中系数,按Mises屈服准则计算接管连接部位的局部屈服压力、连接部位以及球壳的全面屈服压力;进一步分析连接部位和球壳的塑性区域扩展过程,结构弹塑性和塑性阶段的应力分布和应力集中系数。本文又分析了容器的爆破试验和理论应力计算结果,探讨高压容器的破坏失效机理及爆破压力的计算方法。     

结构失效演化与极限承载力分析的无路径依赖性方法

为了合理分析结构的失效演化过程与极限承载力,结合齐次广义屈服准则、高效弹性模量调整策略以及失效元和失效模式的识别准则,提出了一种无路径依赖性的分析方法——弹性模量缩减法(EMRM).该方法利用齐次广义屈服准则来判断构件截面是否进入塑性状态,通过批量调整高承载单元的弹性模量来模拟结构的损伤演化,根据塑性极限状态时的弹性模量缩减幅度识别失效元和失效模式.结果表明,该方法只需建立杆系单元尺度的模型,可以考虑组合内力的影响,具有较高的计算效率和精度,克服了传统弹塑性分析方法在失效判别准则、损伤演化模拟、失效模式识别以及极限承载力分析等方面存在的缺陷.     

基于能力谱法导管架平台抗震性能评估

针对现行海洋平台抗震规范无法考虑平台结构弹塑性抗震性能及地震失效机制问题,提出基于能力谱法海洋平台抗震性能评估方法,获得平台结构抗震性能及失效模式,解决强震作用下海洋平台结构弹/塑性抗震评估技术难题。基于规范推荐地震弹性设计谱,采用折减系数建立弹/塑性反应谱,结合渤海某导管架平台,采用能力谱法进行弹/塑性抗震性能评估。结果表明:能力谱法计算简便,对于以第1阶振型为主导地震响应的平台结构具有较好的精度;采用能力谱法评估地震惯性载荷时须考虑其高度效应,可采用倒三角或高度等效加载方式;桩基失效是平台结构地震作用下主要失效模式,平台抗震设计时应保证桩腿具有足够强度和入泥深度,避免强震作用下桩基失效而导致平台结构整体倾覆。     

高层框架静力弹塑性分析

本文对静力弹塑性分析（push--over）方法的基本原理进行了总结，利用PKPM软件对一高层结构进行了弹塑性分析，得出了塑性铰分布和能力曲线。     

煤矿机械零部件弹塑性设计分析

用弹塑性理论对煤矿机械的零部件作了力学分析 ,讨论了分析方法的应用范围、可行性及国内外弹塑性设计的发展趋势。分析了煤矿机械传统设计力学模型的缺陷及部分煤矿机械失效机理 ,及液压支架在部分节点达到塑性后的安定问题。用弹塑性有限元分析程序对郑州煤矿机械厂生产的UYZ35液压支架进行了验算 ,结果证明可节约钢材 5 %     

土-结构动力相互作用对结构弹塑性变形影响的探讨

罕遇地震作用下进行结构弹塑性变形验算是十分必要的,目前结构弹塑性变形验算的方法均是基于地基刚性假定提出的,而考虑土-结构动力相互作用的结构弹塑性变形验算有待研究．采用平面桩-土-结构弹塑性有限元分析,探讨了水平地震作用下土-结构相互作用对弹塑性变形特性的影响．分析发现,考虑相互作用后,多层框架结构弹塑性层间位移均有折减,薄弱层的塑性变形减小,发生塑性破坏的程度降低．对多层框架结构按现有规范进行弹塑性变形验算可能偏安全．     

大型复杂结构体系可靠度分析的QR法

介绍了笔者提出的大型复杂结构体系可靠度分析的QR法,它是以结构塑性极限分析理论及样条离散化结合起来创立的,其中包含塑性极限荷载-QR法、最易失效机构-QR法及主要失效机构-QR法.主要失效机构-QR法只寻找结构体系的主要失效模式,避开了寻找结构体系全部失效模式,主要失效模式远少于结构体系实际存在的全部失效模式.最易失效模式-QR法只寻找一个最易失效模式,避开了寻找结构的多个主要失效模式.塑性极限荷载-QR法,只寻找塑性极限荷载,避开了寻找结构体系失效模式.这些方法都可以考虑非线性的影响.计算结果表明,利用这种方法分析复杂框架结构体系可靠,计算简便,满足精度要求.     

空间钢网格盒式筒中筒结构地震弹塑性响应分析

为研究空间钢网格盒式筒中筒结构在地震作用下的弹塑性性能,利用有限元软件MIDAS建立结构数值模型,对其进行罕遇地震作用下弹性时程分析和弹塑性时程分析,并对结构顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线、楼层位移角等进行比较分析.通过结构弹塑性反应分析得到结构塑性铰损伤过程,得出该结构塑性铰发展及构件屈服顺序.结果表明:盒式筒中筒结构抗震防线明确,能够很好地实现基于性能的结构设计.     

煤矿机械零部件弹塑性设计分析

用弹塑性理论对煤矿机械的零部件作了力学分析，讨论了分析方法的应用范围、可行性及国内外弹塑性设计的发展趋势。分析了煤矿机械传统设计力学模型的缺陷及部分煤矿机械失效机理，及液压支架在部分节点达到塑性后的安定问题。用弹塑性有限元分析程度对郑州煤矿机械厂生产的UYZ35液压支架进行了验算，结果证明可节约钢材5％。     

高负荷滚珠丝杠副弹塑性变形与失效的理论与试验研究

为探索高负荷下滚珠丝杠副的失效机理,根据精密滚珠丝杠副在高负载工作条件下滚珠与滚道面接触变形的特点,建立了精密滚珠丝杠副的接触变形弹塑性线性强化分析模型。依据Hertz接触理论,提出了高负载情况下滚珠与滚道面接触弹塑性变形的计算方法,并据此分析了丝杠副滚道面接触处的弹塑性变形。通过对高负载条件下滚道面摩擦和金属材料塑性流动特点的分析,得出了高负载情况下滚珠丝杠副可能的失效形式和失效破坏机理。最后通过试验验证了理论计算和分析的合理性。为深入开展高承载条件下滚珠丝杠副的失效机理及设计理论研究提供了理论和试验基础。     

防屈曲支撑结构的Pushover分析

对结构进行弹塑性静力分析代替复杂的时程分析,采用了静力弹塑性方法对防屈曲支撑框架进行Pushover研究,揭示了防屈曲支撑结构从屈服到达到极限状态时,结构的整个破坏过程及塑性铰出现的顺序与规律。     

塑性破坏模式下桁架杆件重要性评价与优化

为使结构易损性分析更符合实际破坏情况,考虑了材料的塑性性能,提出了桁架结构杆件塑性重要性系数的计算方法,进而实现桁架的优化设计.首先假设杆件为弹塑性材质,以刚度损失定义杆件的塑性状态及破坏模式,采用附加荷载来考虑塑性阶段的结构承载力;其次建立桁架结构刚度矩阵与变形刚度矩阵之间的关系,寻求杆件位移与变形的内在联系,由此推导杆件塑性重要性系数;最后,通过预先假设桁架受力最不利情况和破坏模式,基于前述塑性重要性系数计算,实现桁架杆件的优化.通过一榀平面桁架算例说明了考虑材料塑性性能时得到的重要性系数值与仅考虑弹性性能有所区别,桁架失效模式更合理.同时桁架结构优化后,可以充分利用各杆件的抗力.     

细片层珠光体团的塑性响应特性

细片层珠光体团是由铁素体片和渗碳体片交替叠合而成的复相材料。在小片层间距和各相材料均为弹塑性的假设下,采用有限元方法分析了垂直于片层方向上的材料响应特性及层厚的影响,并用非经典塑性理论推导了珠光体团的弹塑性本构方程。对不同加载方向上珠光体团的响应特性和循环蠕变特性进行了分析。可作为进一步研究珠光体材料的宏观响应特性、损伤和失效的基础     

连续刚构桥体系可靠度分析的塑性极限荷载-QR法

提出了连续刚构桥体系可靠度分析的塑性极限荷载QR法,它是以结构塑性极限分析理论及样条离散化为基础,只寻找塑性极限荷载,避开了寻找结构体系失效模式的困难及缺陷,简化了失效概率的计算工作。此方法可以考虑非线性的影响。     

弹塑性材料中裂纹的仿真研究

针对含裂纹的弹塑性材料结构,根据弹塑性断裂理论分析了裂纹增长的条件.建立了基于裂纹尖端存在塑性区的计算模型,得到了描述含裂纹弹塑性材料在外荷载作用下的塑性区尺寸及塑性区前端裂纹张开位移的解析解.按照所建立的计算模型对不同的裂纹长度、不同的外荷载对塑性区尺寸及张开位移的影响进行探讨.并给出了材料在外荷载作用下破坏的临界应力强度因子曲线.     

强震下弦支柱面网壳弹塑性性能研究

为研究单层弦支柱面网壳结构体系在强震下的弹塑性性能,利用SAP2000分析软件,对长81 m跨度60 m支承于周边柱顶的单层弦支柱面网壳结构体系建立刚塑性铰模型,进行其在三种地震波(LWD波、EMC波、SH人工波)作用下的时程分析,采用动力增量法评定该弦支结构弹塑性阶段的变形能力、延性性能、破坏形态、极限承载力,以及索在整个过程中的工作性能。研究表明:进入弹塑性阶段后该弦支网壳结构主要在中部出现塑性铰,在三种地震波的作用下破坏时的峰值加速度分别为为:757 gal(LWD波)、634 gal(EMC波)、848 gal(SH人工波),明显在高于罕遇地震设防要求的加速度(400 gal)峰值发生破坏;弦支索与稳定索在三种地震波作用的整个过程中最大轴力为1 397.051 k N与293.307 k N,均未屈服或松弛失效,始终为网壳提供预应力,工作性能良好;弦支网壳结构在三向组合输入地震波作用下竖向位移延性系数最小值为1.47,其延性性能一般,这与其失效时进入塑性的杆件比例很小相对应,其破坏类型属少量塑性发展的稳定破坏,具有较大的危险性。     

不锈钢管道溅射镀TiN薄膜实验研究

在不锈钢管道溅射镀膜装置上,通过对不锈钢管道真空室进行溅射镀TiN膜的反复多次实验及对镀膜实验结果的分析,得到了一整套适用于加速器管道真空室内壁溅射镀TiN膜的表面处理参数.实验结果表明,在压强为80～90 Pa、基体温度为160～180 ℃的镀膜参数下,不锈钢管道内壁能获得符合加速器物理要求的TiN薄膜.     

基于柔度法的一次超静定刚架加载全过程分析

为了研究超静定结构的弹塑性性能,用柔度法的基本原理,对一次超静定刚架在集中荷载作用下的加载全过程进行了弹塑性分析.分析结果表明,受力变形过程可分为3个阶段:弹性阶段;固定端处截面附近产生塑性变形到形成塑性铰阶段;固定端处截面附近弹塑性区卸载到刚结点处截面形成塑性流动阶段.给出了塑性铰处的相对转角及其引起的位移的计算方法,推导了加载各阶段的荷载、弯矩和位移计算公式.