耦合质量对饱和黏弹性土中桩纵向振动的影响分析

基于Biot理论,在频率域内研究了考虑质量耦合效应的饱和黏弹性土中桩的纵向耦合振动特性.采用Novak薄层法得到了饱和黏弹性土的位移、应力等的解析表达式.将桩视为Euler-Bernoulli杆,给出了饱和黏弹性土中端承桩纵向振动的动力方程.根据桩土连续性条件,得到了桩顶的复刚度表达式.与Novak解进行了对比,并考察了饱和土和桩各参数对桩顶动态刚度因子和等效阻尼的影响.结果表明:耦合质量项对桩顶复刚度有较大影响;桩土模量比对桩纵向振动特性的影响与桩长径比的取值有关.     

具有杆间弹性支撑的端部固定压杆稳定性研究

为了研究具有杆间弹性支撑的端部固定压杆稳定性问题,首先简化工程模型为理论模型,求解两端固定压杆稳定承载力与杆间弹性支撑刚度的理论关系,并提出简化计算公式;其次根据理论模型,使用杆间弹簧支撑轴心压杆进行失稳试验,调整弹簧数量以改变弹性支撑刚度,进行5组不同弹性支撑刚度下的杆件稳定承载力试验,通过试验结果验证理论解的正确性;最后使用ABAQUS进行有限元分析,计算杆间不同弹性支撑刚度下压杆的稳定承载力,对理论解进行验证.通过试验以及有限元分析验证了理论解的正确性,为工程设计人员提供了简单可靠的计算公式.     

新型限制力装置滞回性能试验研究

为满足结构理想延性构件的7项性能目标,提出一种新型限制力装置的完整构造和设计方法。设计4个新型限制力装置试件,完成大位移滞回加载试验和低周反复荷载试验,研究新型限制力装置的屈服荷载、屈服位移、弹性刚度、极限荷载、极限位移、屈服后刚度、延性系数、滞回曲线、等效黏滞阻尼系数和骨架曲线。研究结果表明:新型限制力装置具有抗压抗拉承载力、稳定的屈服平台和饱满的梭形滞回曲线;限制力由最大轴向位移确定;等效黏滞阻尼系数随着变形增大而增大;骨架曲线为双线性;特殊构造具有拉压先后失效特征;新提出的限制受拉位移构造提供了二道防线;新型限制力装置可应用于空间结构以满足双向承受轴力、抗连续倒塌和消能减震功能要求,也可作为一种新型屈曲约束支撑和消能减震装置。     

直螺栓连接预制综合管廊刚度计算方法

为研究直螺栓连接预制管廊的纵向受力性能,引用隧道纵向刚度计算的纵向等效连续化模型,对其进行改进,使其适用于直螺栓连接的预制管廊,从而得到考虑螺栓预应力影响的纵向等效拉压刚度和弹性弯曲刚度。求得了预制管廊在弹性极限弯矩作用下,截面最大拉应力、截面最大压应力、接头最大变形、接头螺栓最大拉应力和接头螺栓最大变形的表达式。运用所得表达式,结合工程实例参数,分析了管廊截面尺寸、管壁厚度、节段长度和螺栓个数对其受弯矩作用时中性轴的位置和纵向等效刚度的影响程度和趋势。结果表明,管廊抗弯刚度受截面宽高比影响较大;通过增加管壁厚度来提高管廊等效刚度的方法不经济;在满足设计要求条件下,适当增大预制节段的长度和增多连接螺栓数量可以有效提高管廊的纵向刚度,并能够很好的改善管廊截面受力状态,同时不失经济性,为直螺栓连接预制拼装管廊结构的设计合理性和工程适用性提供理论支持。     

考虑弯曲位移影响的解析型压杆单元构造

利用解析形函数构造了压杆单元,可用于求解压杆稳定问题.基于考虑二阶效应影响的压杆微分平衡方程,得到以节点位移表示的压杆位移形函数,利用能量法和解析形函数得到压杆单元势能泛函表达式.对压杆单元势能泛函变分,确定了考虑弯曲位移影响的压杆单元弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵.为检验解析型压杆单元的精度,将提出的方法与插值形函数法和直接刚度法进行对比,结果表明:提出的解析型压杆单元具有较高的计算精度和效率.     

开洞深梁的拉压杆模型设计方法研究

引入拉压杆理论建立开洞深梁实用设计方法,提出利用承载能力和有效系数进行拉压杆模型方案的比选,并根据最优的拉压杆模型进行配筋设计．为验证其有效性,对一简支开洞深梁实例建立了多种拉压杆模型,详细对比了计算结果和试验结果．研究表明拉压杆模型预测的承载力比实验结果偏安全,能满足工程可靠度的要求;拉压杆模型计算承载力与配筋试件实验值大小变化趋势一致．根据拉压杆模型的计算分析结果,可以看出洞口附近沿主拉应力方向配置斜向钢筋对提高承载力最有效,如不明确构件内主应力分布,在洞口上下部同时配置水平纵筋和竖向钢筋也能达到提高承载能力的目的．     

钢结构X型中心支撑的抗震设计探讨

支撑承载力验算时应考虑钢支撑杆在遭受强烈地震的循环荷载作用下发生屈曲使承载力降低而引起的卸荷效应;还应根据现行抗震规范的要求,计入楼层水平位移和竖向荷载(重力)共同作用下产生的附加剪力和柱的弹性压缩变形引起的附加压应力。为了确保支撑与框架柱在地震作用下的协同工作,设计过程中务必要调整支撑与框架柱的相对刚度,使"框架部分按刚度分配计算达到的地震层剪力达到不小于结构底部总地震剪力的25%和框架部分计算最大层剪力1.8倍二者的较小值"。     

复合消能支撑的抗震性能试验研究

为克服传统防屈曲支撑在结构处于小震及微振情况下不耗能的问题,提出一种基于防屈曲支撑及黏弹性阻尼器并联工作原理的复合消能支撑,并通过加载频率为0.3 Hz的高速往复加载试验,对该种新型复合消能支撑及传统防屈曲支撑进行抗震性能研究。研究结果表明:复合消能支撑加载过程均未出现失稳现象,滞回曲线稳定饱满,拉压特性对称,并且其所具有的全阶段耗能、多重耗能、安全保障体系的优点得到了验证。     

组合压杆大挠度屈曲分析

以大挠度理论为基础,考虑剪切变形的影响,对压杆的稳定性进行了分析,推导得出了组合压杆屈曲后的挠度与荷载关系的函数表达式.通过算例,说明利用该公式不仅能描述压杆屈曲后挠度曲线的形状,而且还能给出压杆屈曲后挠度值的大小,从而为精确分析压杆的极限承载力,提供了一种理论分析的方法.     

相邻腹杆刚度对桁架受压腹杆计算长度的影响

以经典的刚架弹性稳定理论以及相关研究成果为基础,推导了考虑节点刚度和相邻腹杆刚度对受压腹杆影响的杆件群稳定方程以及腹杆计算长度系数计算方程,给出了可供工程使用的桁架腹杆计算长度用表。和现有的腹杆计算长度系数计算方法相比较,本文建议的计算方法更具有一般性。计算分析结果表明,考虑计算节点处相邻腹杆刚度的约束作用后,桁架中间受压腹杆的计算长度有所减小;在大多数刚度比范围内,按本文方法计算的中间和端部受压腹杆的计算长度系数比现行规范的取值小。     

大悬挑屋盖结构的风振控制设计方法

分析了风振条件下大跨度屋盖结构中悬挑竖向位移的控制方法,指出传统的模态应变能法因忽略阻尼器的耗能刚度部分可能产生较大误差,并对此给出了修正方法。推导了附加消能支撑的竖向控制力、等效刚度和等效耗能因子公式。根据上述方法和公式,对一大悬挑屋盖结构进行了风振控制设计。经实例应用说明,笔者提出的风振控制设计方法方便实用。     

采用抑制屈曲支撑的钢框架结构性能分析

为了对比分析抑制屈曲支撑与普通钢支撑构件在反复荷载作用下的滞回性能,比较了2种支撑钢框架体系在单调、往复水平荷载和地震荷载作用下的抗侧力和抗震性能.基于ANSYS对结构构件和体系进行了分析,并与试验结果进行了对比.分析表明,抑制屈曲支撑可在拉压循环荷载作用下均达到屈服,拉压承载力基本一致,恢复力模型可简化为对称的双线型,其滞回曲线稳定饱满,滞回耗能能力大大优于普通钢支撑.同时数值分析结果与试验结果也得到了很好的吻合.抑制屈曲支撑相对于普通钢支撑可进一步提高钢框架结构的后期刚度、极限承载力和耗散能力,更大地降低了结构的地震响应,提高了结构的抗震性能.因此抑制屈曲支撑较普通钢支撑更适于在有更高抗侧力和抗震要求的钢结构中应用,其更为简单的恢复力模型也使结构体系的分析和设计十分简便.     

一种新型自复位防屈曲支撑的拟静力试验

为了控制安装有传统防屈曲支撑的结构在大地震作用下产生的最大变形及残余变形,提出一种新型防屈曲支撑——自复位防屈曲支撑(SCBRB).对其构造及工作和复位原理进行了详细说明.在此基础上,给出复位材料的预应力及变形需求等关键参数的设计方法,并实现了这种支撑.该支撑综合了防屈曲支撑及自复位体系的优点.拟静力试验研究结果表明预应力成功地接设计值施加并且完好保持是决定复位效果的关键因素,预应力不足则其复位效果变差,预应力与耗能内芯屈服力之比大干等于1.3时即可保证完全复位.传统防屈曲支撑与自复位防屈曲支撑拟静力试验的对比结果表明:此类支撑基本消除了纯防屈曲支撑的残余变形,具有良好的复位效果.     

HRB600E高强钢筋混凝土柱抗震性能及恢复力特性

为研究HRB600E高强钢筋混凝土柱抗震性能,对6根配置HRB600E高强钢筋与1根配置HRB400E普通钢筋的正方形截面混凝土柱进行低周往复荷载试验.研究轴压比、箍筋间距、纵筋强度和纵筋配筋率对高强钢筋混凝土柱抗震性能的影响,建立HRB600E高强钢筋混凝土柱恢复力模型.研究结果表明：配置HRB600E高强钢筋混凝土柱的滞回性能、变形能力与耗能能力良好;轴压比增大,试件延性降低,承载力与耗能能力提升;减小箍筋间距,试件变形能力与耗能能力增强;增大纵筋配筋率,试件承载力提升,耗能能力与延性降低;建立的HRB600E高强钢筋混凝土柱三线型恢复力模型与试验结果吻合较好,为工程结构弹塑性分析提供参考.     

带约束拉杆双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能数值模拟及参数分析

为了研究带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,进行了16个该形式组合剪力墙的反复加载试验,并采用OpenSees程序对带约束拉杆的双钢板-混凝土组合剪力墙试件进行数值模拟.在试验及数值模拟的基础上,对影响该形式组合剪力墙抗震性能的主要参数进行分析.结果表明,高宽比、轴压比以及约束拉杆间距对剪力墙的抗震性能影响显著.随着高宽比的增大,组合剪力墙的初始刚度以及屈服荷载和峰值荷载减小显著,其后期刚度退化和耗能能力降低;轴压比对组合剪力墙抗震性能的影响主要表现在后期刚度的退化程度;约束拉杆间距的减小可以提高组合剪力墙的承载力,减弱后期的刚度退化程度,增大其耗能能力.     

H型钢梁与矩形钢管柱端板单向螺栓连接节点

进行了6组平齐式、外伸式端板单向螺栓连接节点试验,并在现有研究成果的基础上,分别推导了单向螺栓抗拉刚度、受拉端板抗弯刚度、柱壁抗拉刚度、柱壁抗压刚度和受压外伸式端板抗压刚度的计算式.利用组件法推导了平齐式、外伸式连接节点在弯矩作用下初始转动刚度的理论计算公式.结果表明：给出的节点初始转动刚度的计算式与试验结果吻合较好,精度可满足工程设计的要求.最后,提出了H型钢梁与矩形钢管(RHS)柱端板单向螺栓连接节点的设计建议.     

RC框架-钢管混凝土腋撑结构抗震性能分析

腋撑是设置于梁柱节点区域的短斜撑,用于提高结构抗水平力作用性能。与普通框架支撑相比,腋撑能提高建筑的有效使用空间,提高建筑的使用功能。腋撑可采用钢支撑、混凝土支撑以及耗能支撑等形式。钢管混凝土腋撑相比于钢腋撑,其轴向承载力较高;相比于混凝土腋撑和耗能腋撑,其施工更为方便。以新沂市某中学教学楼为背景工程,分别构建RC框架和RC框架-钢管混凝土腋撑结构模型,计算两种结构的振型、自振周期、能力曲线以及刚度退化速率等动力性能指标,通过对比分析,探讨增加钢管混凝土腋撑后对结构抗震性能的影响。研究表明,增设钢管混凝土腋撑后,结构的水平极限承载力和初始刚度大幅提高,层间位移明显减小,RC框架-钢管混凝土腋撑结构是一种抗震性能较好的新型结构。     

外置耗能钢板预制拼装桥墩抗震性能研究

为推广预制拼装桥墩在中高烈度地震区的应用,在墩底外侧设置耗能钢板,并与整体现浇桥墩、内置耗能钢筋的预制拼装桥墩进行拟静力对比分析,从滞回曲线、骨架曲线、累积耗能及可恢复性等方面,研究了建议结构的合理性. 基于三线型骨架曲线模型提出了外置耗能钢板预制拼装桥墩骨架曲线计算方法,并与数值模拟结果进行对比,两者吻合程度较高. 将预应力度、预应力钢绞线布置位置、耗能钢板用量以及开槽率作为变量,通过PUSHOVER方法对外置耗能钢板预制拼装桥墩的抗震性能进行了分析. 结果表明,增大预应力度可提高承载力和刚度,同时延性有所降低. 预应力钢绞线布置在周围时,桥墩的承载力、刚度与耗能能力得到提高. 钢绞线布置在中心时,桥墩延性有所提高,屈服后变形能力较强. 增加耗能钢板用量可提高桥墩的承载力和刚度. 增加耗能钢板用量能够在一定程度上弥补开槽率的增大对结构的不利影响.     

板件弯剪屈服型耗能支撑钢框架结构抗震性能

为了研究板件弯剪屈服型耗能部件对钢框架结构抗震性能的影响,通过ABAQUS有限元分析软件建立了一系列带有板件弯剪屈服型耗能部件的双层单跨单斜支撑钢框架结构数值模型,探究了结构的破坏模式以及不同参数对结构的承载能力、耗能能力、支撑与支撑框架结构之间的承载力分配、耗能分配等抗震性能的影响规律。分析结果表明：板件弯剪屈服型耗能支撑钢框架结构主要依靠耗能部件的剪切板和弯曲板先后屈服进入塑性耗散能量;结构滞回曲线饱满,耗能性能良好;加载前期,主要由耗能支撑承担结构的水平承载力和能量耗散,加载中后期,梁与节点板相接的翼缘和柱脚外翼缘出现应力集中现象而进入塑性,耗能支撑的水平承载力和能量耗散占比逐渐降低,但仍大于50%。可见板件弯剪屈服耗能支撑能够较好地分担钢框架结构的承载力和能量耗散,可考虑应用于实际工程。     

混凝土柱中箍筋锈蚀影响纵筋压屈行为分析

为了估算箍筋锈蚀对混凝土柱剩余承载力的影响,利用能量原理推导了锈蚀箍筋抗拉刚度和锈蚀纵筋抗弯刚度退化情况下纵筋压屈模态的计算模型;列出了锈蚀纵筋压屈的1阶、2阶和3阶模态所对应的临界刚度系数Kcr,n;提出了根据箍筋锈蚀率推断纵筋压屈模态的判别式,其理论计算结果与计算机仿真试验结果能很好吻合.基于197根锈蚀钢筋的压屈试验,建立了锈蚀纵筋压屈模态与承载力之间的函数关系.所提出的计算模型可为既有混凝土柱剩余承载力评估中考虑箍筋锈蚀因素提供依据.