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.     

空间含铰可展桁架结构的非线性动力学建模与分析

综合考虑间隙、非线性刚度、摩擦及碰撞阻尼,建立了铰链等效模型,并基于该等效模型建立了含铰可展桁架结构动力学模型。根据铰链的变拓扑结构特点,提出了适用于解决时变非线性动力学问题的附加力方法,对多自由度平面和空间可展桁架进行了动力学仿真,得到了可展桁架的动力学响应。通过设置不同铰链参数和外部激振条件,分析了不同间隙、激振力、摩擦力对含铰可展桁架频率和幅值的影响,结果表明:间隙和激振力增大可导致桁架固有频率降低,响应幅值增大;摩擦力增大可提高桁架的固有频率。多单元桁架伸展臂的动力学试验结果验证了文中建立的含铰可展桁架动力学模型的正确性。     

考虑震损的混凝土框架结构改进建模方法

为准确描述震后结构损伤的影响,提出了损伤构件的定量分析方法及震损结构的改进建模方法.首先,从骨架曲线退化及滞回规则退化两方面定义了损伤构件的性能退化指数;然后,基于Park-Ang模型与Kunnath模型,采用统计回归分析方法提出了损伤构件恢复力模型,并对其准确性进行了验证;最后,应用该恢复力模型对震损框架结构进行弹塑性分析.结果 表明:采用Park-Ang模型和Kunnath模型得到的损伤构件恢复力模型均具有较高的准确性;对于所研究的2种构件,滞回曲线力峰值的理论值和试验值误差均小于10％;向完好结构输入组合地震波,向震损结构输入单一地震波,各层位移时程曲线吻合良好,说明采用该恢复力模型进行震损结构建模能够准确分析震损程度及分布对结构抗震性能的影响.     

高层组合框架-混凝土筒体结构推覆分析

针对高层混合结构中适用于推覆分析的剪力墙单元与型钢混凝土构件塑性铰等问题进行研究,利用三垂直杆元模拟剪力墙,各杆元分别考虑剪力墙轴向、剪切与弯曲变形;根据型钢混凝土构件截面承载力与变形能力,给出了反映截面弯矩与转角关系的型钢混凝土构件塑性铰特性值计算方法;应用MIDAS/GEN软件作为弹塑性分析工具,采用改进的剪力墙单元模型,自定义型钢混凝土构件塑性铰特性值,对30层高混合结构进行推覆分析,并与模型试验结果对比,结果表明：推覆分析所得基底剪力-顶点位移曲线与试验结果较符合,各构件塑性铰分布及状态与模型试验的裂缝分布及破坏模式符合较好,能够反映出混合结构各构件变形和结构整体承载力变化过程.     

混凝土剪力墙结构静力非线性分析的弯剪模型及实现

为发展剪力墙结构的精细化非线性分析方法,对剪力墙静力非线性分析方法及实现技术进行了系统研究.首先基于钢筋混凝土薄膜元软化桁架理论,考虑弯曲和剪切的耦合,在对约束边缘构件混凝土数值模型比较的基础上,提出了混凝土实体墙的数值模型.然后对比数值分析与已有试验数据的荷载位移关系,发现二者符合较好,表明该方法能反映结构整体受力性能.最后通过对连梁数值模型和整体建模方法的研究,提出了开洞混凝土墙体静力非线性分析的模型和方法,数值仿真结果与已有的联肢墙试验结果的荷载-位移曲线对比表明,二者的初始刚度以及初始转折点位置符合良好,极限承载力接近,分析曲线能够较好地反映实际双肢墙荷载位移发展的总体趋势.     

钢筋混凝土弯扭构件的全过程分析

为了解决以扭为主和以弯为主的钢筋混凝土弯扭构件的分析模型不统一问题,建立了改进的空间桁架模型.该改进的空间桁架模型是由4个平面桁架或由3个平面桁架和1个顶部斜压板组成的空心方管形截面构件.以此模型比拟钢筋混凝土弯扭构件,建立了分析模型的平衡方程和变形协调方程,通过引入顶面混凝土的开裂强度条件和破坏强度条件,提出了钢筋混凝土弯扭构件受力的全过程分析方法.与试验结果的对比表明,该方法既适用于以扭为主,也适用于以弯为主的弯扭构件,解决了扭型破坏与弯型破坏的不连续问题,该方法可用于任何扭弯比情况下的弯扭构件的全过程分析.     

基于复杂网络理论的桁架结构可靠性分析

提出了一种基于复杂网络理论的桁架结构的可靠性分析方法.建立了桁架结构无权无向网络模型,运用复杂网络对其可靠性进行分析,在无权无向网络的基础上,建立更符合桁架结构工作状态的加权有向网络模型,基于结构能量网络并以构件的可靠指标的倒数为权值建立加权有向网络模型,进而计算该加权有向网络模型中各个节点的特征参数,通过量化不同构件可靠指标变化对桁架结构可靠性的影响,结合各个节点参数确定桁架结构中的关键构件.基于此方法可以对桁架结构进行优化设计.     

方钢管混凝土柱钢桁架结构破坏模式分析

基于叠加原理,假定钢桁架与钢管混凝土柱的变形互不耦合,提出针对这种框架的节点子结构受力机理简化分析模型并采用试验验证.其中,钢桁架的荷载-位移曲线由铰接机制、刚接机制叠加得到;钢管混凝土柱的荷载-位移曲线则基于弯矩-曲率方程与等效剪切刚度计算得到.通过对钢桁架、方钢管混凝土柱承载力的分析,可判断结构的破坏模式与承载力.简化模型预测的破坏模式、荷载-位移曲线均与试验结果吻合较好,承载力与试验值接近.针对方钢管混凝土柱-钢桁架结构的不同破坏模式,还对其与抗震性能的相关性做了进一步的探讨.     

配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件全过程分析

在配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件试验研究的基础上,应用空间软化桁架理论,结合钢纤维高强混凝土本构关系及其软化系数方程,编制了软化桁架模型分析程序,并对试验构件进行了全过程分析.在考虑钢纤维高强混凝土抗拉强度作用时,能较好地模拟试验构件的荷载-变形全过程,不仅能较准确地得到极限扭矩,而且可以获得开裂扭矩,其结论也得到相关钢纤维高强混凝土纯扭构件试验结果的证实.     

曲线与直线连续型钢桁架桥结构性能对比

借助有限元分析程序,对曲线和直线连续型钢桁架桥在设计荷载作用下的结构性能进行对比,并通过荷载试验对曲线型钢桁架桥受力性能进行研究.从分析结果来看,在承受相同荷载情况下,直线型钢桁架桥弯矩效应和挠曲变形皆小于曲线型,直线型桁架桥比曲线型钢桁架桥拥有更好的结构性能,安全储备比曲线型钢桁架桥要高,受力性能更突出.     

某18m非标准跨钢托架承载性能试验及有限元分析

非标准跨度钢托架在现行规范、图集中无直接设计,当前设计是基于标准跨钢托架把桁架节点均简化为铰节点计算,其各阶段安全性有待验证。对某18m非标准跨平行弦钢托架,通过室内试验和有限元软件对施工和使用阶段两种不同受力状态下的结构承载性能进行了分析。结果表明：施工和使用阶段桁架部分杆件受力状态不同,须验算结构施工安全性;桁架上下弦杆及斜腹杆为非轴心受力构件,节点约束对斜腹杆的影响范围为1～2倍约束长度。铰接理论适合非标准跨钢托架结构设计。     

巨型框架结构的静力弹塑性分析研究

针对以钢骨混凝土桁架为主框架梁的角筒式巨型框架结构的具体特点,通过静力弹塑性分析及与振动台试验结果的对比,主要对巨型框架结构的静力弹塑性分析中模型的建立、不同水平加载方式的影响、巨型框架结构的出铰次序和位置、结构侧移、主要杆件内力及谱分析进行了探讨和研究．结论表明,巨型框架结构的整体抗震性能较普通框剪结构有较大提高;杆系模型静力弹塑性分析可较好地模拟出巨型框架结构中塑性铰出现的次序和位置、结构主要杆件内力以及基底剪力与控制点位移的相互关系;应注意加强桁架层上下层的抗剪延性措施．     

形截面钢构件铰区模型及铰区长度

将局部失稳的集中区域定义为铰区.提出了由局部失稳控制破坏模式的H形截面铰区平均曲率的计算公式.发现铰区长度主要依赖于截面构型及轴力大小,用归纳方法得到了考虑不同截面构型及加载条件影响的铰区长度计算方法.实现了从H形截面悬臂钢构件模型中提取扣除计算长度影响的截面层次的弯矩-曲率关系.该弯矩-曲率关系作为不同受力形式、不同构件长度及边界条件的构件非线性分析的基础,可提高结构体系非线性分析的分析效率,并满足工程研究的精度要求.     

框支密肋复合板结构力学性能数值模拟

基于不同构造形式的框支密肋复合板结构低周反复加载试验,依据Park退化参数滞回规则,采用非线性程序IDARC建立结构计算模型,并进行加载过程滞回曲线和骨架曲线计算值与试验值对比分析,以验证模型的正确性.同时,依据方差分析法,对框支斜交肋格复合墙板构件关键部位内力和整体结构最大转角值影响因素进行显著性分析.运用Abaqus程序建立合理的墙板模型,给出不同受力状态下随墙板高度变化的位移曲线,得到框支正交、斜交肋格墙板分别偏于弯剪型和剪切型变形的结论.不同位置斜交肋杆的轴向应变及杆间作用产生的内力比较结果表明,结构具有明显的桁架特征,杆间作用对肋杆端部弯矩和轴力影响较小,杆件以轴向变形为主.     

钢管约束下轻集料混凝土本构模型

通过对比分析5种常用核心混凝土本构模型的特征和适用性,探讨了钢管混凝土本构模型在钢管高强、普通和轻集料混凝土中的适用性.采用不同本构模型计算钢管混凝土构件的轴压,得到构件承载力和应力-应变曲线,通过与试验数据的对比,对现有模型进行了修正,并提出针对钢管轻集料混凝土的本构模型.结果表明:采用塑性损伤模型计算的曲线更符合试验曲线的发展趋势,本文模型在钢管轻集料混凝土有限元分析中有较好的适用性.     

不同约束条件下压弯柱滞回性能比较分析

对结构构件滞回性能试验中不同约束条件的等效性进行研究.以5个型钢混凝土柱的拟静力试验为考察对象,其边界约束条件分别为两端固支与两端铰支,对比了试件骨架曲线形状、控制点以及滞回曲线特征,并结合力学模型进行数值分析.研究表明,不同约束条件对试件的承载力以及相对变形影响不大,但约束条件非理想化对试件的初始刚度、骨架曲线形状以及耗能能力有一定的影响.     

FRP-铝合金平面桁架结构极限承载性能试验研究

为了提升脆性FRP拉挤型材应用于桁架体系时的结构延性承载性能,提出了将金属材料构件和不同组合节点应用于FRP桁架体系的组合设计理念。设计和制备了一榀FRP-铝合金平面桁架模型,通过开展结构四点弯曲极限破坏试验,揭示了结构的全过程非线性位移响应、破坏模式及机理,进而对所提设计理念及结构延性提升措施的可行性进行了验证。试验结果表明：组合平面桁架结构在最终失去承载力之前呈现出组合节点滑移、铝合金上弦杆压屈变形、端部GFRP斜腹杆压溃破坏等多种渐进破坏模式,结构全过程荷载-位移曲线表现出明显的非线性变化趋势,特别是铝合金上弦杆的压屈效应使整体结构具备了明显的延性变形特征。建议可通过对FRP桁架在结构和构件层面进行组合设计,使其获得良好的延性承载性能和破坏预警信息,以提升结构的安全性和鲁棒性。     

基于无铰拱挠度影响线的上承式拱桥损伤识别研究

通过弹性中心法简化悬链线无铰拱体系力法方程,利用近似曲线拟合简化拱轴曲线积分,推导无铰拱结构拱顶冗力影响线解析表达式,研究了移动荷载与测点、损伤点相对位置之间的规律,得到结构损伤前后任意点的挠度影响线解析表达式,进而求解结构损伤前后挠度影响线差值曲率解析解.研究表明,当移动荷载作用于拱结构损伤区域内时,挠度影响线差值曲率曲线产生突变,从理论上证明了该指标可以用于无铰拱结构损伤识别,进而提出挠度影响线差值曲率损伤识别指标.以无铰拱桥主要受力构件拱肋为研究对象,通过构建不同损伤工况下挠度影响线差值曲率幅值曲线,拟合损伤程度—幅值关系公式,并反演损伤程度,实现损伤程度的精确定量,并结合某上承式箱型拱桥结构模型算例验证,表明所提损伤识别方法用于拱桥结构损伤识别效果良好,具有工程应用价值.     

基于Park-Ang的结构整体损伤模型研究

结构的整体损伤指数能够有效量化地震作用下结构的损伤程度,在地震工程领域中起着至关重要的作用。文中基于构件层次的Park-Ang损伤模型,提出了考虑结构最大层间位移角和滞回耗能共同作用的整体损伤模型。使用多次增量动力分析得到百分位曲线和能力曲线簇,并根据该曲线得到结构的最大层间位移角限值和极限应变能。采用Sausage软件建立了237.6 m的60层带伸臂桁架的框架—核心筒结构,并通过一组主震及主余震地震动序列的动力时程结果,分析比较了本文整体损伤指数与基于层间位移角、Dipasquale损伤指数进行比较验证。结果表明:主震及主余震下Dipasquale的结构损伤指数仅为0.275和0.278,严重低估了结构的实际损伤。而本文建议的整体损伤指数主震下为0.82,与基于层间位移角的损伤指数模型得到的结果 0.78接近,且主余震下结构整体损伤指数为0.83,能够体现余震作用下的损伤增量,与结构弹塑性结果保持一致。因此,本文提出的整体损伤模型是准确有效的,能够为结构的损伤评估研究提供参考。     

智能桁架结构机电耦合有限元分析与实验研究

从压电弹性体的本构关系和机电耦合变分原理出发,建立了智能桁架结构的机电耦合有限元动力方程。由此推导出智能桁架结构的动态响应与压电主动构件输入电压之间的机电耦合传递函数,并给出结构模态参数识别方法,提出了利用压电主动构件作为智能桁架结构内激励源的结构模态测试新理论。最后,用文中的分析方法建立了一个三维智能桁架结构的动力学模型,有限元计算与实验结果的一致性很好。