基于不同本构模型的新型软钢阻尼器的滞回性能研究北大核心CSCD

阐述了循环加载下软钢材料应力—应变的理想弹塑性模型、双线性随动强化模型和混合模型,采用有限元软件ANSYS对菱形开洞软钢阻尼器进行数值模拟,得出与所列本构模型相对应的阻尼力滞回曲线,并比较各模型的优缺点及误差存在原因;建立了基于混合模型的90°、60°和45°菱形开洞软钢阻尼器的阻尼力滞回曲线,将其力学参数值与理论分析结果进行比较。分析结果表明:混合模型下,菱形开洞软钢阻尼器的力学参数值和理论计算值一致,且阻尼力滞回曲线能很好地和试验曲线相吻合,验证了混合模型是菱形开洞软钢阻尼器相对比较精确的本构模型。     

新型自复位SMA耗能梁段的滞回性能

为有效控制强震后Y型偏心支撑钢框架结构的塑性残余变形,通过将Y型偏心支撑中耗能梁段的腹板更换为形状记忆金属(SMA)材料,提出了一种新型自复位SMA耗能梁段。使用ANSYS软件建立有限元模型分析得出,与传统耗能梁段相比,SMA耗能梁段具有旗帜型滞回曲线,承载力及延性无明显下降,可实现震后自复位功能。此外,还设计6组16个SMA耗能梁段试件,并进行了滞回性能分析。研究发现设计参数变化对SMA耗能梁段的自复位功能影响较小;腹板厚度及耗能梁段长度对SMA耗能梁段的承载力及初始刚度影响显著;翼缘厚度及宽度、翼缘材料及加劲肋间距对其承载力及初始刚度影响较小,但其后期承载力会出现一定程度的劣化。     

一种新型软钢阻尼器的设计及数值模拟∗

为避免既有金属剪切型阻尼器存在的应力集中问题,进一步提高耗能能力,提出一种新型波形软钢阻尼器。利用通用有限元软件建立实体模型,对其进行数值模拟研究。通过对不同波角和厚度、腹板及翼缘材料的强度比对阻尼器力学性能的影响分析可以发现:波角和腹板与翼缘的材料强度比不变时,厚度为5 mm,阻尼器的力学性能最佳;当厚度和腹板与翼缘的材料强度比不变,波角为60°时,阻尼器的力学性能最佳;为充分发挥腹板的耗能作用,腹板与翼缘的材料强度比为1～1.47;理论计算与数值模拟吻合度高,可以通过计算改变相关参数,得到实际工程所需阻尼器。     

基于不同本构模型黄河厚冲积层基坑开挖结构变形分析

采用理论分析结合现场实测数据,以黄河厚冲积层地质条件下某深大基坑开挖为实例,利用修正剑桥、西原正夫及改进的西原正夫等5种本构模型,通过FLAC仿真软件构建3D数值模型,分析基坑开挖引起的围护桩变形规律、墙后土体沉降变化特征、坑底土体上移趋势及抗浮桩侧摩阻力分布特点。结果表明:西原正夫本构模型可描述粘土体的蠕变变形,能准确追踪围护桩侧向位移;修正剑桥模型通过自动调整自身抗剪强度和弹性模量等参数,可给出墙后土体沉降的正确规律;摩尔库伦模型拟合得到的坑底土体上移曲线与现场实测数据较吻合;在改进的西原正夫及修正剑桥模型下,计算得到的抗浮桩侧摩阻力最为保守。上述规律可供预测基坑后续运营期间的结构变形、延长结构的服役年限参考。     

钢框架侧板加强型梁柱节点滞回性能研究

提出一种改进型侧板加强型梁柱节点,加强板由矩形柱侧板和直角梯形梁侧板组成,以现有的梁端翼缘侧板加强型节点试验为基础,运用有限元软件ABAQUS对11个不同细部尺寸的改进型侧板加强型节点进行循环加载作用下的模拟分析。研究结果表明,采用上下两块小矩形柱侧板加强的节点模型在循环加载作用下并未出现加强板末端梁截面的屈曲变形,但该截面的应力集中有所减小,塑性变形仍集中在节点域柱腹板上;将上下两块小矩形柱侧板更换为一整块柱侧板后,其承载能力大幅提高,且塑性变形集中在梁侧板加强末端的梁翼缘和腹板上,而节点域处于弹性工作状态,说明该种节点形式可以更好地满足"强节点弱构件"的抗震设计思想;建议柱侧板两端各伸出柱翼缘表面50mm,柱侧板的高度与钢梁截面高度相同,柱侧板厚度取6mm,梁侧板宽度边缘与柱翼缘边缘平齐,端部三角形部分长宽比可取为1∶2~1∶3,梁侧板矩形部分长度可与三角形部分长度相同,或稍大于三角形部分长度。     

约束屈曲纵筋摇摆柱滞回性能研究∗

提出了一种新型约束屈曲纵筋摇摆柱构造,即在传统钢筋混凝土柱中采用约束屈曲纵筋代替普通钢筋并放松柱与基础的约束而形成的一种新型摇摆柱,并提出了相应的恢复力模型。对约束屈曲纵筋进行了单调受压试验和数值模拟,验证了约束屈曲装置对纵筋的约束功能并研究了钢筋直径、约束屈曲装置与钢筋间空隙对其约束功能的影响;对约束屈曲纵筋摇摆柱进行了数值模拟,研究纵筋直径以及轴压比对其滞回性能的影响。结果表明:约束屈曲纵筋摇摆柱的滞回曲线为典型旗帜型,其强度为混凝土部分强度和纵筋部分强度叠加,柱的摇摆发生在受拉侧纵筋屈服之后。通过设计可使结构在小震阶段不摇摆,中震阶段柱纵筋屈服结构发生摇摆。轴压比以及纵筋直径的增加都可以在不同程度增加约束屈曲纵筋摇摆柱的侧向承载能力。     

基于不同本构模型黄河厚冲积层基坑开挖结构变形分析北大核心CSCD

采用理论分析结合现场实测数据,以黄河厚冲积层地质条件下某深大基坑开挖为实例,利用修正剑桥、西原正夫及改进的西原正夫等5种本构模型,通过FLAC仿真软件构建3D数值模型,分析基坑开挖引起的围护桩变形规律、墙后土体沉降变化特征、坑底土体上移趋势及抗浮桩侧摩阻力分布特点。结果表明:西原正夫本构模型可描述粘土体的蠕变变形,能准确追踪围护桩侧向位移;修正剑桥模型通过自动调整自身抗剪强度和弹性模量等参数,可给出墙后土体沉降的正确规律;摩尔库伦模型拟合得到的坑底土体上移曲线与现场实测数据较吻合;在改进的西原正夫及修正剑桥模型下,计算得到的抗浮桩侧摩阻力最为保守。上述规律可供预测基坑后续运营期间的结构变形、延长结构的服役年限参考。     

板件弯剪屈服耗能支撑滞回性能研究∗

设防地震和罕遇地震作用下,中心支撑结构的支撑斜杆容易受压失稳,为了避免支撑斜杆失稳,提出了板件弯剪屈服耗能支撑。采用有限元软件 ABAQUS分析了板件弯剪屈服耗能支撑的滞回性能,并与板件弯曲屈服耗能支撑的滞回性能进行了比较,考察了不同设计参数下板件弯剪屈服耗能支撑的耗能能力。分析结果表明：板件弯剪屈服耗能支撑可利用剪切板件率先屈服耗能,其滞回曲线饱满,耗能能力优越,初始刚度和屈服承载力较板件弯曲屈服耗能支撑有较大提高。剪切板件的高宽比、高厚比是影响支撑初始刚度、屈服承载力及耗能能力的重要因素。推导了板件弯剪屈服耗能支撑初始刚度及屈服承载力的计算公式,公式计算结果与有限元分析结果吻合较好,可为工程应用提供参考。     

钢铅组合防屈曲支撑的滞回性能与参数研究

为简化防屈曲支撑的加工工艺,提高防屈曲支撑的初始刚度和在小变形下的耗能能力,基于现有防屈曲支撑在截面形式与构造方式上的特点,提出了一种新型钢铅组合防屈曲支撑并进行了构造设计。通过有限元数值模拟,分析了钢铅组合防屈曲支撑的耗能特性与效果,建立了恢复力简化模型,并根据理想弹塑性材料本构关系推导出滞回规则。通过对不同设计参数的理论分析和数值模拟,分析了钢铅屈服力比、铅剪切面长宽比、核心段宽厚比和耗能段长度等参数对防屈曲支撑滞回性能的影响。研究结果表明,钢铅组合防屈曲支撑能够提供较大的抗侧刚度,耗能效果良好,加工工艺简单,适合工程应用。     

防屈曲支撑的有限元模拟及滞回性能分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,本文采用有限元软件ABAQU S对其进行了数值模拟分析。在模拟过程中,应用金属Com b ine本构模型设置内芯钢板材料属性。该模型是对传统双线性本构模型的改进,模拟结果很好地符合了实验结果,同时验证了防屈曲支撑具有良好的减震耗能性能,其在轴向加载达到7倍屈服位移时,依然能保持良好的滞回特性。通过对模型中橡胶无粘结层的合理设置,研究了内芯钢板在失稳变形中无摩擦滑移与能量缓冲转化的形变特点。分析表明,当外包约束强度和刚度足够时,内芯钢板在受轴向压力时只发生多波微幅弯曲失稳;随着内芯钢材与外包有效约束间隙的增大,支撑的失稳波幅也随之增大,支撑承载力与耗能能力显著降低。     

基于灰色理论的冻融混凝土本构方程研究

我国北方处于寒冷地带,低温和冻融循环作用是造成混凝土性能劣化的重要原因。由于混凝土单轴受压应力—应变全曲线反映了混凝土最基本的力学性能,因此研究冻融循环作用下混凝土的应力—应变全曲线十分重要。本文通过已有的冻融混凝土单轴压缩试验所得的应力—应变关系参数,基于灰色理论建立预测方程,以小样本数据为基础,预测其他冻融次数下的混凝土本构方程参数。再根据过镇海建议的混凝土本构曲线进行拟合,得到一系列不同冻融次数下的混凝土应力—应变全曲线。结果表明,本文所拟合出的冻融混凝土应力—应变全曲线跟实验曲线吻合较好,可以用于试验范围内任意冻融次数的混凝土应力—应变全曲线的研究。     

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。     

黄土-基岩滑坡滑带土蠕变本构模型研究

低速蠕动型黄土—基岩滑坡的形成演化过程受滑带土力学性质影响较大,所以研究滑带土的蠕变性质及建立相应的蠕变本构模型对研究滑坡整体运动机制有着重要意义。该文选择延安某一典型黄土—基岩滑坡为研究对象,通过对该滑坡滑带土的饱和原状土样进行直剪蠕变试验,分析它的蠕变特性,并在其蠕变试验的基础上,建立了Burger’s模型、Singh-Mitchell模型、广义Kelvin模型及自建经验模型四种蠕变模型,对比分析四种模型,结果表明:广义Kelvin模型和自建经验模型较为适合描述此类滑坡滑带土的蠕变特性;Burger’s模型适用于描述较高剪应力下的滑带土蠕变特征;Singh-Mitchell模型对于D_r∈(0.2,0.8)较为适用。     

一种基于滞回耗能的改进pushover分析方法

将结构静力弹塑性分析与地震反应谱结合起来的Pushover方法作为一种简单而有效的结构抗震能力评价工具，目前已在我国逐渐得到推广。在已有的研究基础上，通过一种基于滞回耗能的自适应Pushover分析，将滞回耗能引入到Pushover分析中，且采用自适应的加载方式来考虑高阶振型的影响。对一中等高度的结构进行推覆分析，结果表明，所提方法对结构响应的估计与时程分析更为接近，尤其是在受高阶振型影响比较明显的层间位移方面，具有较高的计算精度。     

岩石单轴压缩蠕变损伤本构模型

准确预测岩石蠕变行为对岩石力学与工程的研究具有非常重要的意义。首先对岩石蠕变机理及典型蠕变曲线进行了分析,其次通过在经典岩石蠕变模型如J体模型的基础上引入损伤理论及Kachanov损伤演化定律,进而建立了一个新的岩石蠕变损伤本构模型。第三,对模型参数的确定方法进行了详细的研究。最后,引用其他学者所开展的不同轴压下岩石单轴压缩蠕变试验对该模型的合理性进行了验证。可以发现本文所提出的模型不仅能够很好地预测岩石的稳定蠕变阶段,而且还能预测经典模型所不能反映的岩石加速蠕变变形。结果表明损伤理论能够很好地反映岩石的蠕变破坏机理,为了能够准确模拟岩石蠕变变形全过程,在经典的J体模型中引入损伤因子是很有必要的。     

基于简化模型的MR阻尼器动力特性

按照结构减振效果位移RMS等价的原则提出的简化模型,分析了MR阻尼器的动力性能。MR阻尼器的等效粘性阻尼系数随施加电压的升高、频率的降低、振幅的减小而提高。施加电压在0～5V时,等效粘性阻尼系数变化幅度较大;达到10V后逐渐趋向饱和。低频、小振幅区域在施加的电压不为零时等效粘性阻尼系数比较稳定,而施加的电压为零时等效粘性阻尼系数随着频率和振幅的升高迅速下降。MR阻尼器可调性主要集中在高频、大振幅区域。MR阻尼器的等效刚度系数约为等效阻尼系数的0.1倍。等效刚度系数随施加电压的降低、频率的增大、振幅的增大而提高。施加电压在0～5V时等效刚度系数变化幅度较大,达到10V后逐渐趋向稳定。     

寒区冻结冰碛土的变形特性与非线性本构模型研究

为了研究寒区冰碛土的变形特性和本构模型,应用MTS-Landmark 370.10型动静三轴测试系统对冰碛土在温度为-3、-5 ℃,围压为0.1、0.5、1、4、8 MPa时开展低温常规三轴试验。结果表明:冰碛土的应力应变关系曲线均为应变软化型,可分为线性、非线性和应变软化3个阶段;围压越大,软化现象越明显;随轴向应变的增加,试样先体缩再体胀。基于试验结果在沈珠江三参数模型和修正邓肯-张双曲线模型基础之上提出一种改进模型,将改进模型与沈珠江三参数模型、修正邓肯 张双曲线模型的拟合结果进行对比,发现改进模型能较好描述冻结冰碛土的应变软化现象和剪胀特性。     

方钢管再生混凝土柱滞回性能影响因素数值分析

为了研究方钢管再生混凝土柱的滞回性能,采用有限元软件ABAQUS开展了不同设计参数下37个足尺试件的有限元拓展分析,揭示了变化参数对滞回性能指标的影响规律。结果表明:基于滞回性能指标需求,再生混凝土可以应用于方钢管混凝土工程承重结构之中。随着含钢率的增加,滞回曲线饱满度、初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐增大。随着钢材牌号的增大,试件滞回曲线饱满度、峰值承载力逐渐增大,而初始弹性阶段刚度、延性受影响较小。峰值承载力、延性随轴压比的增大而减小,但在同一级加载位移下的耗能系数逐渐增大。随着长细比的增加,滞回曲线的饱满度越来越低,试件的峰值承载力、延性和同级加载位移下的耗能系数明显减小。随着高宽比的增加,初始弹性阶段刚度、峰值承载力和延性逐渐提高,但同级加载位移下试件的耗能系数逐渐减小。     

基于响嘡台阵的土层一维时域动力本构模型的检验

目前大量用于进行土层非线性地震反应分析的等效线性化方法在考虑大震作用时,会出现过大的"共振"效应,造成对地表地震反应的误估。故常采用时域积分方法弥补其缺陷,而土体动力本构模型是决定时域积分方法优劣的关键。在此前的工作中,已提出了一种针对阻尼比拟合的修正UE土体动力本构模型,为验证修正UE模型在进行土层地震反应分析时的有效性及优越性,同时采用等效线性化方法及嵌有不同本构模型的时域积分方法进行了响嘡台阵场地的一维土层非线性地震反应分析,并将不同方法下的计算结果与实际记录进行了对比分析。最后,通过计算分析证明了修正UE模型对响嘡台阵地表地震反应的估计结果是客观有效的。     

结构滞回阻尼比计算方法的改进研究∗

目前计算结构滞回阻尼比常用的方法是能量比法,该方法在给定滞回模型的基础上采用滞回耗能与结构总弹性应变能的比值求得结构滞回阻尼比,但该方法是建立在简谐激励下结构稳态响应的基础之上,对于真实地震下结构滞回阻尼比计算并不完全适用。考虑到这一不足,本文提出一种新的迭代计算结构滞回阻尼比的方法,在Carlos提出的结构滞回阻尼比计算方法的基础上,考虑地震激励频率对阻尼比的影响,通过改进Carlos迭代计算方法,得到了考虑地震激励频率影响的滞回阻尼比计算公式,通过该公式分析得出了不同延性系数和周期比对滞回阻尼比的影响规律,结果表明不同延性系数的结构滞回阻尼比会随着周期比的增大先增大再减小。本研究可为结构进入非线性状态后减震结构总体阻尼比的计算提供理论依据。