基于生物启发的新型隔震系统设计与可应用性研究

目的对典型框架结构进行隔震设计,验证基于生物启发的新型被动基础(BIO)隔震系统在工程中的应用.方法基于ETABS数值模型,利用ETABS软件中自带的Multi-Linear Elastic单元和Plastic(Wen)单元组合形成新型BIO模拟单元.并与传统线性隔震进行对比.结果组合BIO单元能够较好地模拟BIO元件的力学行为和耗能特征.隔震结构的周期延长为未隔震结构的3.7倍左右,水平减震系数可达到0.29.BIO隔震系统在罕遇地震下支座最大位移为219 mm,小于支座位移限值350mm.对于基底剪力的改善比例在10%~25%,对于隔震层位移的改善比例在10%~25%.BIO隔震系统能够较好地满足《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)的要求.结论 BIO隔震系统与传统线性隔震系统相比,具有更好的耗能能力,能够有效地降低基底剪力,同时减小隔震层位移.     

高温后钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究高温后混凝土框架的抗震性能,设计了2个强梁弱柱框架和2个强柱弱梁框架,预先对其中2个框架进行明火升温试验,然后对所有试件进行低周往复加载试验.考察了各榀框架的破坏模式、荷载-位移关系、承载力、变形能力、刚度和耗能能力与高温和梁柱尺寸等因素的关系.试验结果表明:受火后混凝土框架的承载力和耗能能力有所降低,强梁弱柱型框架的承载力下降更为明显,且屈服位移增大,极限位移减小;受火后混凝土框架的塑性铰出现顺序改变为柱底—梁端—柱顶,柱端更容易出现塑性铰.常温下强柱弱梁型(破坏形态为梁端先出现塑性铰)框架在火灾后可能转化为"强梁弱柱"型破坏.     

梁侧锚固钢板法中钢板受压屈曲特性试验研究

通过对8个钢板局部屈曲受压试件进行轴压及偏压试验,观测了梁侧锚固钢板加固钢筋混凝土梁(BSP梁)中梁侧锚固钢板在不均匀压应力场下的局部屈曲模态,研究了钢板屈曲应力场分布、屈曲承载力、竖向变形能力及屈曲起拱高度随不同螺栓间距、钢板厚度及纵横向加劲肋配置方式的改变规律.试验结果表明:梁侧锚固钢板的屈曲承载力随螺栓间距的减小及钢板厚度的增加而增大,采用减小螺栓间距为更经济有效的方法;配置纵向加劲肋能更有效地改善钢板的屈曲承载力,改善效果随加劲肋截面尺寸的增大而提高;在纵向加劲肋的基础上再配置横向加劲肋对改善抗屈曲性能无明显效果.     

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.     

时域内三维上下部相互作用结构的非线性分析

通过对动力问题中粘弹性边界和桩土界面的非线性接触的合理描述，提出了一种能有效地开展层状地基中桩(群)-上部结构非线性动力相互作用分析的三维有限元模型.对地震作用下的（桩）基础结构共同作用进行了较全面的场动模拟，认为即使在非强震下，其桩-土间的滑移和开脱非线性共同作用对结构反应影响较大，按其间的一致粘合位移假设并不能有效地对桩承-结构体系的动力上、下部相互作用作出合理的评价.     

节能砌块隐形密框墙板的弹性常数及刚度计算

为了解决节能砌块隐形密框墙板材性复杂、弹性常数不易确定的问题,在6片比例为1/2的隐形密框墙板拟静力水平加载试验以及数值模拟的基础上,通过对墙板特殊构造的分析,利用复合材料力学的知识,按照截面上混凝土含量不变的原则,介绍单向纤维加强方法,在此基础上,将节能砌块隐形密框墙板等效为正交各向异性的双向纤维加强复合材料,建立墙板的复合材料力学模型;提出墙板等效弹性常数的理论计算公式;进而将墙板简化为各向同性的计算模型,给出墙板弹性常数的实用计算公式,为节能砌块隐形密框墙板的实用弹性刚度计算公式提供必要的参数.将理论计算与试验结果进行对比分析,对墙体的弹性抗侧刚度的计算公式进行修正,提出适合于节能砌块隐形密框墙板的弹性抗侧刚度的计算公式.研究结果表明:由等效复合材料力学简化模型推导的弹性常数及刚度计算公式具有一定的理论依据和实用价值,能够满足实际工程计算需要.     

受火(高温)后混凝土的随机损伤本构关系

结合受火(高温)后混凝土的损伤形态和破坏特征,研究了基于损伤随机演化下受火(高温)后混凝土受拉和受压损伤发展的随机演化规律.引入弹簧损伤单元模型,考虑混凝土初始损伤、受火损伤及裂缝闭合下损伤愈合等因子,利用Weibull分布函数进行推演,建立了受火后混凝土单轴抗拉、单轴抗压的随机损伤本构关系模型.通过计算结果与试验数据的对比验证,从理论结果而非试验数据的拟合上解释了受火(影响)后混凝土应力-应变的四大特点,证实了运用随机损伤本构关系反映受火后混凝土破坏机理的可行性.     

BFRP与CFRP约束混凝土短柱抗震性能计算分析

为分析玄武岩纤维布和碳纤维布约束混凝土短柱的抗震性能,对5根采用了2种纤维布横向包裹约束的混凝土短柱和1根对比混凝土短柱进行了低周反复荷载试验,分析了各试件的延性、刚度和承载力退化规律、等效粘滞阻尼系数,对各试件耗能能力进行了比较.BFRP布和CFRP布约束短柱极限荷载最大提高幅度分别为12.3％和9.7％,极限位移最大提高幅度分别为58.3％和83.3％.同等工况下,2种纤维布约束混凝土短柱的抗震性能相近.试验中,玄武岩纤维布和碳纤维布的抗拉强度均未充分发挥.     

框架-核心筒结构消能减震优化布置方法

框架-核心筒结构多为弯剪型或剪弯型结构,常用的反映层间变形的参数层间位移角或有害位移角不能很准确地反映结构局部变形特征.本文将常见的框架-核心筒结构形式划分为不同的平面区格,引入广义剪切变形,探讨不同区格广义剪切变形的变化规律及相互关系.本文提出了一种区格广义剪切变形简便计算方法,据此讨论了框架-核心筒结构优化布置金属消能器的问题.最后以实际工程为例,应用反应谱法和非线性时程分析法,分析了金属消能器布置在不同区格的减震方案对结构的减震效果,得到了金属消能器布置在核心筒与框架柱之间区格的方案的效果优于将其布置在外围框架柱之间区格的方案.因此,可为高层框架-核心筒结构消能减震设计提供一定的借鉴.     

隔减震结构中黏弹性阻尼装置的遗传算法优化分析

研究了基于遗传算法的粘弹性阻尼装置在结构隔减震控制中的多参数并行优化问题.同时考虑了粘弹性阻尼装置的材料性能和形状尺寸参数的组合优化,从性价比的角度提出了目标优化函数,建立了粘弹性阻尼装置参数的优化模型.以单自由度隔震结构体系为例,采用遗传算法对其进行优化分析.结果表明：在结构和造价的双重预期目标下,通过遗传算法优化分析得到,加入粘弹性阻尼装置后,结构的位移和加速度都达到了预期的效果,同时也表明遗传算法在用于多个组合参数的优化设计时是可行且有效的.