配筋混凝土受弯构件的协调相似准则研究

为了准确地在结构模型试验中获得原型结构的全部力学特性,应在模型设计和制作中考虑结构非线性行为的发展.对于部分预应力混凝土受弯构件,本文提出了部分预应力混凝土受弯构件综合考虑承载力、挠度和预应力相似的协调相似准则,并分别按承载力相似和协调相似准则设计模型构件,进行了部分预应力混凝土简支梁四点弯曲有限元模拟分析.结果表明,两种相似模型对承载力均有较好的模拟效果,平均误差为1.23%;但对模拟变形方面,协调相似模型比承载力相似模型更准确,平均误差减小6.38%.进一步将部分预应力混凝土受弯构件协调相似准则拓展应用于配筋混凝土受弯构件,提出了适用于配筋混凝土受弯构件模型设计的协调相似准则并给出取值依据.以钢筋混凝土简支梁为例,根据配筋率相似、承载力相似以及基于挠度相似准则分别设计模型构件,进行简支梁四点弯曲试验及有限元分析.结果表明,基于挠度相似的模型设计方法相对于其他两种方法,获得的挠度测试结果与原型的相似程度最高;基于挠度相似的模型设计方法和基于承载力相似的模型设计方法在承载力方面相似程度接近,平均误差约6.67%,均好于基于配筋率相似的模型设计结果.由此说明提出的配筋混凝土受弯构件模型协调相似准则的准确性.     

钢筋混凝土框架结构地震失效模式优化

地震作用下钢筋混凝土框架结构薄弱部位易发生损伤破坏,从而引起结构失效,针对结构的失效模式进行优化有利于提高结构的抗震性能.为此,以结构构件、结构层以及结构整体的损伤准则为约束方程,采用以结构构件损伤值相等为目标的优化设计方法,通过二次开发的钢材和混凝土的弹塑性损伤本构模型,应用纤维单元模型对强震作用下钢筋混凝土框架结构的失效模式进行了优化.以12层钢筋混凝土框架结构Benchmark模型为例,对双向El-Centro地震动作用下结构各构件的抗震性能进行优化,并对优化前后结构的动力响应和损伤发展进行分析,结果表明最优结构损伤集中得到有效的控制,结构各层损伤分布更加均匀,结构整体损伤减小,结构的抗震性能得到明显提高.     

强震作用下钢-混凝土结构弹塑性损伤分析

通过LS-DYNA程序二次开发了钢材的弹塑性损伤本构模型,并分别建立了钢框架和混凝土核心筒的损伤准则.对强震作用下某20层的钢-混凝土混合结构的层间位移、框架与核心筒之间剪力分配等进行了数值分析,结果表明混凝土核心筒变形能力较钢框架差,强震作用下容易在薄弱层处产生变形集中破坏;对两种结构体系损伤发展过程分析表明,损伤指数能很好地跟踪两种结构体系的抗震能力退化过程,该模型和损伤准则可以用于强震作用下钢-混凝土混合结构的弹塑性损伤分析.     

国家自然科学基金重大研究计划“重大工程的动力灾变”研究进展

重大研究计划重大工程的动力灾变瞄准强地震动场和强/台风场及其动力作用下重大工程的损伤演化破坏过程的国际研究前沿,重点解决两大关键科学问题,即:(1)强地震动场和强/台风场的特性与规律;(2)重大工程动力灾变的过程与机理.为此重点开展4个方面的研究工作,包括:(1)强地震动场和强/台风场的建模与预测;(2)重大工程动力灾变的关键效应;(3)重大工程动力灾变的全过程分析;(4)重大工程动力灾变模拟系统的集成与验证.     

正多边形幕结构计算理论研究

在已有的四边形幕结构设计计算理论的基础上，以承受正则荷栽的正六边形幕结构屋盖为例．分析了正多边形幕结构的受力机理，提出了在均布荷栽作用下的正多边形幕结构内力的实用计算方法，与有限元分析结果对比，吻合较好。     

大跨度空间网格结构多维多点随机地震反应分析

对大跨度空间网格结构进行三向正交地震动的多点激励下的随机地震反应分析．建立了多维多点随 机地震动激励下的地震反应分析方法,并依据建筑抗震设计规范确定了平稳随机地震动功率谱密度的模型 参数．数值仿真分析了某柱距80 m的大跨度平板网架分别在一维地震动或三维地震动的一致激励、行波激 励和考虑部分相干效应的随机激励下的地震反应．结果表明:考虑地震动的空间效应后,关键杆件的内力 增幅可达30％;多维地震作用比单维地震作用下结构杆件的内力大．由此得出结论,对于大跨度空间网格 结构的地震反应分析,必须考虑多维地震动的多点激励．     

桥梁移动荷载的识别与参数分析

采用样条函数逼近法对简支梁桥与多跨连续梁桥上移动荷载进行识别和参数分析．由欧拉梁理论与模 态叠加法,建立了移动荷载作用下的梁桥运动方程;利用样条最小二乘法逼近应变响应;由Tikhonov正则化方 法与奇异值分解得到了荷载识别的正则解．数值分析中,对简支梁和三跨连续梁上的移动时变力和车桥接触 力进行了识别,并对影响因素进行了参数分析．研究结果表明,采用样条函数逼近法能有效地识别简支梁与 连续梁桥上的移动荷载,具有很强的实用性和抗噪性能,且对简支梁桥移动荷载的识别精度和抗噪性能均高 于连续梁桥;采用Tikhonov正则化方法能够得到荷载识别的稳定解,并可提高识别精度和降低噪声敏感性．     

大跨度斜拉桥地震反应MR阻尼器半主动控制

应用新研制的MRF-04K型磁流变阻尼器对大跨度斜拉桥的地震反应实施半主动控制．建立了多点不同步地震激励下大跨度斜拉桥MR阻尼器控制的运动方程，采用子空间模态分析法建立了适合大跨度斜拉桥地震反应控制分析的瞬时最优控制算法，数值仿真结果表明，不同地震波激励下斜拉桥的反应幅值相差很大，且在天津波激励下的反应幅值最大，说明大跨度斜拉桥的地震反应对地震波的频谱特性十分敏感；当受El—Centro波激励时，主跨跨中顺桥向位移幅值降低57．0％，塔顶顺桥向位移幅值降低67．5％，主跨跨中竖向位移增大28．3％；行波效应对斜拉桥地震反应的控制效果影响明显，其中主跨跨中和塔顶顺桥向位移响应更加减小，而主跨跨中竖向位移会有所增加．     

基于SMA阻尼器的大跨桥梁地震位移控制分析

通过超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)拉伸试验研究,建立了SMA四折线本构模型.利用SMA超弹滞回耗能特性,提出一种拉压型SMA阻尼器,并给出其最大输出控制力的计算公式.针对某七跨连续刚构桥,分析了桥梁伸缩缝在无限位器、安装钢棒限位器和安装超弹性SMA阻尼器3种情况下的地震位移.结果表明:安装SMA阻尼器后,伸缩缝处相对位移降低80.3%,中跨跨中水平位移和竖向位移分别降低78.8%和65.9%.因此,SMA阻尼器可以有效控制桥梁结构地震位移,对桥段相对位移的控制效果优于钢棒限位器.     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂角剪滞方法

建立了混凝土等准脆性材料的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝在单向拉伸荷载作用下断裂角的修正剪滞模型,得到了与试验相吻合且优于传统S判据的断裂角.合理简化了复合型裂缝试样的力学边界条件,得到了裂缝体各剪滞子层位移分布函数的解析表达式.引用一种所谓的最大应力集中因子的概念,对Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝前缘应力场进行了简化描述,得到了复合裂缝断裂角的解析解.根据斜裂缝体的应力分布概况,设置不同的子层分区,得到了更为细化的子层位移分布模式.通过对计算数据的分析,提出了合理的按应力场分区设置子层的剪滞分析模型,从而得到了更为精确的斜裂缝断裂角.新方法的计算结果与试验结果除个别外的相对误差小于4%,均小于S判据,显示算法的卓越性.