一种无条件稳定的显式数值积分算法

显式直接积分方法利用已知信息求解位移,不需要迭代过程,特别适合于拟动力试验。然而大多数显式积分方法条件稳定,难以应用于受高阶振型影响较大结构的拟动力试验。基于隐式无条件稳定的HHT-α法,提出了一种新的显式算法,利用谱半径分析证明了该算法具有无条件稳定的特点。最后通过数值模拟验证了该算法的数值特征。     

拟动力试验方法的发展与展望

结构抗震试验是模拟地震作用、分析掌握地震机制及结构抗震性能的有效方法。对拟动力试验技术的研究现状和进展进行了概括总结,分析探讨了拟动力试验特别是基于子结构技术试验的逐步积分方法、加载控制方式、误差分析、拟动力子结构试验、实时子结构试验、远程协同拟动力试验、混合子结构拟动力试验等关键技术,对比分析了拟动力试验技术与其他试验方法的差异,以及拟动力试验技术中基于子结构技术各试验方法间的区别和特点,并进一步阐述了各种拟动力试验的现存问题、应用前景,指出了需要进一步研究的方向。     

基于OpenSees的实时混合模拟试验技术的研究进展∗

实时混合模拟试验技术既可以控制实验成本与规模，又可保证试验数据的准确性，在地震工程中具有良好的发展前景。其中，OpenSees 软件具有灵活高效、材料全面等优势，被广泛作为实时混合模拟试验的数值子结构分析平台。首先，探讨了实时混合模拟试验技术发展历程，梳理了国内外发展重要时间节点；其次，对实时混合模拟理论基础，即实时演算的迭代积分算法的分类与作用进行阐述说明；然后，探究以 OpenSees 软件为数值子结构模拟分析平台，通过 OpenFresco 搭载 TCP/IP 协议实现数值子结构与物理子结构数据交互的混合模拟试验，并依次介绍了国内外重要研究进展；最后，归纳了当前实时混合模拟试验在数值计算与伺服作动器加载方法中存在的问题， 并总结现有的实验精度补偿方法。     

新型转动式铅剪切阻尼器的试验研究与有限元分析

提出了一种具有大变形能力的新型转动式铅剪切阻尼器,阐述了其基本构造和耗能原理。通过低周往复荷载试验,研究了不同位移行程工况下该阻尼器的滞回耗能性能;利用有限元软件ABAQUS建立了该阻尼器的实体模型,模拟了低周往复荷载作用下该阻尼器的滞回特性,分析了铅块长度、高度和厚度等参数对其耗能性能的影响。性能试验及有限元分析结果表明:新型转动式铅剪切阻尼器滞回曲线基本呈矩形,且阻尼力稳定;阻尼器的阻尼力随剪切铅块长度和宽度的增加而增大;铅块厚度对阻尼器屈服力的影响较小,但在铅块长厚比不大于5的范围内,厚度越大,阻尼器进入屈服阶段时的位移越小。     

粘滞阻尼减震结构抗震可靠度简化分析

通过设置粘滞阻尼器减小结构的地震反应是一种有效的被动控制方式,为与现行抗震设计水平相适应,减震结构和控制装置的设计也应该以可靠度为基础。本文结合粘滞阻尼减震结构的受力特性建立了此类耗能减震结构动力可靠度分析的实用简化计算方法。首先通过等价线性化方法,给出了层间三线型恢复力模型的等效平均刚度,粘滞阻尼器采用等效线性化的力学模型,建立了安装粘滞阻尼减震结构的等效线性随机分析模型。然后采用随机状态空间方法进行了粘滞阻尼减震结构的地震反应分析,基于层间变形失效准则和首次超越理论分析了粘滞阻尼减震结构的可靠度,并以粘滞流体阻尼器的变形超过其自身极限变形作为阻尼器的失效模式,讨论了粘滞阻尼器可靠度的计算。最后通过一个设置粘滞流体阻尼器的框架结构计算实例,说明了这种方法的运用。该方法可以作为一种实用的方法对振动控制结构在不同破坏状态下的抗震可靠度进行分析,为基于性能的抗震设计和优化提供参考。     

建筑幕墙振动台试验框架设计方法研究*

建筑幕墙振动台试验中通常采用试验框架模拟承载幕墙的主体结构,幕墙试件的动力反应和变形依赖于试验框架。为满足幕墙试件的试验要求,基于有限元分析提出了一种试验框架设计方法。该方法首先根据幕墙试件的尺寸和试验预期的台面加速度及层间位移角,设计初始的试验框架模型;然后,建立初始试验框架和幕墙试件的整体有限元模型,由整体模型两个平面方向的基频构建系统瑞利阻尼矩阵,形成试验模型的等效计算模型;最后,通过有限元分析模拟振动台试验的加载,根据计算结果与试验预期指标调整确定试验框架的设计参数,直至满足试验要求。在此基础上,以一个玻璃-石材复合幕墙为例设计了相应的试验框架,进行了振动台试验。结果表明,幕墙试件的层间位移角和台面加速度指标均能满足试验要求,验证了试验框架设计方法的合理性。随着地震动输入幅值的增大,幕墙试件层间位移角呈现非线性增大现象。与此同时,试验过程中幕墙面板、连接件和支承构件均未发生损坏,满足工程抗震设计要求。     

高速公路跨线桥地震反应的智能磁流变控制

探讨了高速公路跨线桥智能磁流变控制的效果，并与主动控制、磁流变（MR）阻尼器的passive-off控制及passive-on控制时的减震控制效果进行了系统的比较分析。研究中MR阻尼器的半主动控制算法选用限幅最优控制算法，其主控制器采用H2／LQG方法来设计，并基于原系统的降阶模型来设计MR阻尼器的最优控制力。仿真分析结果表明，采用MR阻尼器对高速公路跨线桥进行控制，可以有效地减小结构的动力反应，明显改善其抗震安全性。MR阻尼器在passive-off控制及passive-on控制时等效为被动摩擦阻尼器，其控制效果与适用范围均有限；MR阻尼器的半主动控制力可以出色地追踪主动控制力时程，其控制效果与主动控制时非常接近，因此可以作为主动控制的替代方案。     

结构抗火混合试验方法的研究进展∗

基于构件标准试验的抗火试验方法很难考虑非受火构件对受火构件的约束效应,也难以反映受火构件对整体结构抗火性能的影响,而正在兴起的抗火混合试验方法是解决上述问题的一条重要途径。本文首先简述传统结构抗火试验方法及其面临的问题,进一步阐述了抗震混合试验与抗火混合试验的关系,然后从试验流程原理、典型试验装置及对应力学边界条件、试验子结构选取与数据交换、不同试验方法的结果对比等方面较为系统地介绍了第一代抗火混合试验,并简要介绍了正在进行中的第二代抗火混合试验系统及其特点,最后总结了抗火混合试验中有待进一步深入研究的几个关键科学问题。     

某渡槽拟动力试验的数值模拟分析

对某渡槽结构的拟动力试验模型进行了有限元分析,对比了数值计算和实验结果。首先简要介绍了某渡槽结构的拟动力试验,然后给出了数值模拟的计算模型,对不同类型的地震波在不同峰值条件下的墩身、桩体位移进行了比较,结果表明,有限元计算结果与拟动力试验结果的峰值和变化趋势比较接近,在一定程度上证明了该实验的合理性。     

粘弹性阻尼减震结构研究与应用的新进展

系统总结了国内外粘弹性阻尼器及粘弹性阻尼减震结构研究与应用的进展情况。阐述了粘弹性阻尼材料和粘弹性阻尼器的耗能原理;对目前开发和研究的一些新型粘弹性阻尼器及其性能进行了介绍,同时概述了对保证结构安全性具有重大意义的粘弹性阻尼器的耐久性和耐火性问题,介绍了不同的粘弹性阻尼器计算模型;从结构试验的角度说明了粘弹性阻尼减震结构的特性,着重说明了粘弹性阻尼减震结构的分析方法和设计方法,列举了粘弹性阻尼器的工程应用实例。进而提出了今后粘弹性阻尼器应用于土木工程领域里应加强研究的一些问题。     

考虑土⁃结构相互作用的软钢阻尼器作用效果分析∗

为了研究土-结构相互作用(SSI)对设置金属阻尼器框架结构的影响规律,本文设计实现了考虑SSI 的设置开孔式加劲阻尼器体系的框架结构振动台模型试验。试验采用层状剪切盒模拟土体的边界,锯末和砂土的混合物作为地基土,以12 层钢筋混凝土框架结构模拟上部结构。基础采用3×3 群桩基础。本文完成了1：6 比例的高层结构—桩—土动力相互作用体系(PSSI)、设置金属阻尼器的PSSI 体系以及刚性地基上框架结构和刚性地基上设置金属阻尼器的框架结构共4 个模型振动台试验。从动力特性、地震响应等方面对比分析了纯框架与消能减震结构的差别。并通过计算减震率,分析了SSI 效应对消能减震结构减震效果的影响规律。结果表明：消能减震结构在同样的地震作用加载下,频率衰减幅度降低为纯框架的1/3~1/2,阻尼比增加幅度为纯框架的1/2 左右,结构的损伤程度明显减弱,阻尼器起到了显著的减震效果。SSI 体系消能减震结构的阻尼器减震效率下降,但SSI 的减震效果加强,综合来看,其减震率依然高于刚性地基结构。     

基于高阶动力格式的基底隔震结构地震响应分析∗

隔震支座在强烈地震作用下将产生复杂的动力响应,精确掌握地震响应行为及其规律是研发高质量隔震支座和进行隔震结构设计的基础。在进行结构地震响应分析,特别是非线性分析时,采用传统逐步积分方法以及低阶格式建立起的动力时程分析方法都难以达到高精度,而采用传统高阶时间积分算法则会出现计算过程繁琐,工作量大等情况。本文采用一种基于高阶动力格式的显式时间积分新式算法,应用于基底隔震结构的地震响应分析中。首先通过自由度凝聚缩减原理,建立设置隔震支座钢筋混凝土框架结构简化计算模型;同时采用隔震支座恢复力双切线本构模型构建基底隔震体系运动方程,并转化为状态方程;进而基于微分求积（DQ）原理编制高阶动力格式算法求解状态方程;最后分析一高层基底隔震结构,在高、中、低不同频率地震波下地震响应,验证该方法适用性。结果表明,①利用静态凝聚技术建立隔震结构模型,从而构建地震响应状态方程,是高阶动力分析方法实施的基础。②结构高阶动力分析方法仅通过矩阵乘法运算即可获得结构动力响应,可较好且高效地用于解决非线性地震响应分析问题。③将结构高阶动力分析方法应用于基底隔震结构,能获得隔震结构较为精确的分析结果。     

兼具抗冲击与多向耗能功能的阻尼器力学性能研究

研发了一种兼具抗冲击与多向耗能功能的新型阻尼器。该阻尼器可与抗风支座联合设置,应用于大跨桥梁以满足抗风、抗震的性能需求;应用于高铁桥梁可同时保证桥梁和行驶中列车的安全。介绍了其基本构造及工作机理。通过冲击试验验证了其稳定的抗冲击性能。通过控制加载频率、位移幅值、环境温度等参数对阻尼器的主要性能进行了试验研究,试验结果表明该阻尼器的滞回曲线饱满,耗能能力较好,属于速度相关型阻尼器;该阻尼器的力学模型可采用Maxwell模型进行描述,给出了相关参数的计算公式,计算结果与试验结果较吻合。阻尼液的粘度是影响耗能性能的重要因素,需选用温度稳定性好的粘滞材料。     

圆钢管再生混合混凝土框架性能的控制分析

为了从结构层面分析柱截面含钢率和废弃混凝土取代率对再生混合混凝土组合结构抗震性能的控制作用,通过对四榀圆钢管再生混合混凝土框架进行定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究各柱截面含钢率和柱内废弃混凝土取代率对试件的滞回特性、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能指标的控制效果。结果表明,四榀框架破坏现象均为梁铰破坏机制;随着柱截面含钢率的提高,试件的水平承载力、塑性变形能力和位移延性显著提高,刚度退化速率降低;而废弃混凝土取代率对试件各项指标的影响规律与含钢率恰好相反,且影响程度有限;柱截面含钢率与废弃混凝土取代率共同作用,使二者对结构水平承载力和结构耗能能力有所不同。     

结构抗震控制的动态仿真分析方法研究

介绍了结构抗震控制的仿真分析方法:将设置阻尼器的结构看作一受控系统,运用状态空间方法描述受控结构的运动微分方程,采用MATLAB中的SIMULINK工具箱进行动态仿真,得到整个受控结构在地震作用下的动态反应。文末给出了仿真分析算例,其分析结果表明采用SIMULINK能够有效、准确地分析设置非线性阻尼器的结构在地震作用下的动力响应。     

自锚式悬索桥横向粘滞阻尼参数的理论确定方法

某自锚式钢桁架悬索桥结构主跨408m,采用双层桥面,两根主缆为空间线形布置。根据自锚式悬索桥独特的动力特性,提出了在该悬索桥主梁与过渡墩、辅助墩之间沿横向设置粘滞阻尼器的消能减震设计方案,以控制悬索桥的横向地震反应。在粘滞阻尼器参数确定时,提出了速度指数确定的基本原则,并且根据虚功原理列出了主梁的横向振动方程,进而得出最优阻尼系数的确定方法;另外,将粘滞阻尼器与弹簧并联进行减震设计,可增加结构的早期刚度,并能获得较好的减震效果,可供工程实践参考。     

钢-聚合物砂浆加固震损后砌体结构振动台试验研究

提出了一种适用于砌体结构的新型钢-聚合物砂浆组合加固方法,为研究该方法加固震损后砌体结构的抗震性能,设计了2层1/2缩尺振动台试验模型,对加固前(M1)试件和加固后(M2)试件进行振动台试验,对比分析了试件M1,M2的动力特性、加速度反应、位移反应和破坏形态。试验结果表明：采用钢-聚合物砂浆加固法可有效提高震损砌体结构的抗侧刚度,限制塑性损伤的发展,有效提高了震损后砌体结构的抗震性能。加固后试件(M2)一层变形较小,承载力主要由原结构墙体及砂浆面层提供,不同部位钢丝及洞口槽钢应变均处于较低水平,表明结构一层仍具有较高承载力安全储备。     

组合钢管混凝土式防屈曲支撑

由于河北省图书馆加固改造工程的实际需要,开发出了一种新型组合钢管混凝土式防屈曲支撑。该新型支撑解决了全钢型防屈曲支撑在大长度时难以满足稳定性的问题,而且比起传统钢管混凝土约束的防屈曲支撑,无需考虑内芯与混凝土之间的粘结力问题,加工过程简便、施工速度快,且质量容易控制。现已对此类新型支撑完成了短试件和足尺试件的拟静力滞回性能试验,试验结果表明,新型支撑的滞回曲线饱满稳定,整体稳定性和局部稳定性较好,满足工程要求。     

钢板组合PEC柱-削弱截面钢梁组合框架抗震试验研究

为深入研究PEC柱-钢梁组合框架结构体系的抗震性能,设计了1榀两层单跨钢板组合截面PEC柱-削弱截面钢梁组合框架1∶2缩尺试件,并对其进行了低周往复荷载抗震试验。根据实测数据整理,得到了试验滞回特征曲线,并结合试验过程现象记录,分析了试件滞回特性、抗侧刚度退化规律、节点连接性能、耗能与延性和试件破坏模式等力学性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和较大的抗侧刚度;采取梁端截面削弱方式可实现梁端塑性铰位置远离节点区,且端板对穿螺栓连接能有效将梁端受拉翼缘拉力转化为对应边对节点区的压力,使得节点区形成了混凝土斜压带传力模式,提高了节点区抗震性能;试件滞回曲线较为饱满,在梁翼缘与端板连接焊缝存在施工缺陷情况下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比分别达到3.50%(推)/4.50%(拉)、2.92(推)/3.21(拉)和0.306,且承载力仍未下降至其极限承载力的85%,即试件结构具有良好的变形、抗震延性与耗能能力;该试件在循环往复荷载下呈现的破坏模式为梁削弱截面部位和PEC柱脚相继形成塑性铰的塑性机构。     

地下结构抗震拟静力试验研究现状及展望∗

拟静力试验由于几何缩尺比较大、可采用真实材料及可实现破坏性试验等优点而被广泛应用于地下结构抗震问题研究中。由于试验对象的不同,地下结构抗震拟静力试验可分为构件层面、结构层面及土-结构体系层面。列举了一些近年来开展的各层面下典型地下结构抗震拟静力试验,分析了各类拟静力试验的优缺点,探讨了地下结构抗震拟静力试验的发展趋势,介绍了弹簧-地下结构体系拟静力推覆试验方案,基于此方案开展了试验,并采用数值模拟手段初步验证了试验方法的有效性,总结了弹簧-地下结构体系拟静力推覆试验设计中的重、难点,为地下结构抗震拟静力试验的发展提供参考与借鉴。