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。     

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。     

转动型摩擦阻尼器试验研究与理论分析∗

为研究不同摩擦材料和螺栓预紧力下转动型摩擦阻尼器的力学性能和稳定性,采用 3 种不同摩擦材料,设计 9 个转动型摩擦阻尼器试件,进行低周往复试验研究,对比分析了 3 种不同摩擦材料的转动摩擦机理、滞回性能、摩擦力、螺栓预紧力。对转动型摩擦阻尼器受力机理进行了理论分析,得到转动型摩擦阻尼器的摩擦力理论计算公式,使用刚塑性模型对阻尼器的恢复力模型进行了拟合。研究结果表明：①铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的摩擦效应由犁沟效应和粘着效应共同作用,无石棉有机物摩擦材料以粘着效应为主;②阻尼器滞回曲线饱满,接近矩形,表现出良好的耗能能力;③铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的摩擦力呈现逐渐增加的趋势,无石棉有机物摩擦材料摩擦力表现下降的趋势;④铝镁合金摩擦材料的螺栓预紧力比较稳定;⑤摩擦力理论计算公式与试验结果取得较好的一致性,可以用于阻尼器设计与分析;⑥刚塑性模型对铜锌合金和铝镁合金摩擦材料的阻尼器恢复力模型适用性较高。     

扇形铅粘弹性阻尼器性能的有限元分析研究

设计了18组不同构造和参数的扇形铅粘弹性阻尼器(SLVD),采用ABAQUS软件对其进行有限元数值模拟分析,研究了铅芯个数、铅芯直径、铅芯布置形式、橡胶剪切模量、薄钢板与橡胶层厚度比及加载应变幅值对其耗能性能和阻尼特性的影响。分析结果表明:SLVD的耗能系数和等效阻尼比随着铅芯个数的增多、直径的增大而增大,随着橡胶剪切模量、应变幅值的增大而减小;铅芯布置形式应以双铅芯形式为宜,薄钢板和橡胶层的厚度之比应控制在0.4~0.5。     

冷成型薄壁C型钢构件压弯滞回性能的数值分析

应用大型有限元软件ABAQU S,采用考虑几何和材料非线性的S4R 5壳单元和线性随动强化模型,考虑角部冷成型强化效应的影响,建立了常轴力、循环弯矩荷载作用下的C型钢构件有限元模型,分析了构件宽厚比和轴压比对冷成型薄壁C型钢构件滞回性能的影响。分析结果表明:宽厚比和轴压比对构件滞回性能影响显著,随着宽厚比的增加,构件承载、转动以及塑性变形能力降低;随着轴压比增加,构件的最大承载力降低,承载力退化。     

异形柱组合框架结构力学性能有限元对比分析

对钢筋混凝土异形柱承载力低、轴压比限值低、节点薄弱和抗震性能不理想等特点,将异形柱分别与型钢混凝土结构和钢管混凝土结构相结合,基于OpenSees建立三层两跨平面实腹式异形柱中框架模型,进行静力推覆分析和滞回性能分析,通过改变轴压比参数,获得结构滞回曲线和骨架曲线,进一步分析其承载力、延性和耗能等相关力学特性。研究结果表明:同钢筋混凝土异形柱框架相比,型钢混凝土异形柱框架和钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均有提高;随着轴压比增大,两种异形柱框架的弹性刚度基本不变,但荷载一顶点位移曲线下降段越陡而导致延性降低;同样配筋率下,钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均高于型钢混凝土异形柱框架,并且可以提高施工速度;相关研究成果可为科研和工程设计提供研究参考。     

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。     

基于H∞理论的磁流变阻尼器半主动容错控制

建筑结构的半主动控制系统中的传感器,在强震作用下可能因出现故障而影响控制效果。以磁流变阻尼器为例,研究半主动容错控制系统的设计方法。首先,研究了基于状态观测器的半主动H∞控制器设计方法,并将之应用到建筑结构采用磁流变阻尼器的减振控制中;运用改进Bouc-Wen模型,计算磁流变阻尼器的阻尼力,通过求解一个代数Riccati方程和一个状态观测方程,得出了基于状态观测器的H∞主动控制律;再对其采用Clipped-optimal方法实施半主动控制策略。然后,针对传感器故障,利用观测器组的输出残差对故障进行在线诊断,并通过几个观测器状态值的比较得到故障的大小,并据此对传感器的测量值进行修正,从而消除故障对闭环系统的影响,最终实现半主动H∞容错控制。仿真结果表明,该方法具有很好的容错控制效果。     

不同构造参数对圆环耗能器性能的影响分析

设计了13组不同构造参数的圆环耗能器,采用ABAQUS软件对安装在支撑框架结构中的圆环耗能器进行参数分析,研究圆环钢板厚度、圆环外直径、支撑角度、圆环钢板局部削弱形式和削弱深度对圆环耗能器性能的影响。研究结果表明:圆环耗能器滞回曲线稳定、饱满,塑性耗能能力强;随着圆环钢板厚度的增加或者圆环外直径的减小,圆环耗能器初始刚度和屈服力增大;支撑与横梁之间的角度对圆环耗能器性能有一定影响,交叉支撑角度宜取45°左右;圆环钢板局部削弱圆环耗能器比不削弱圆环耗能器具有更好的耗能效果;圆环钢板局部削弱形式宜采用圆弧式,且钢板削弱深度宜控制在圆环钢板宽度的20%~30%。     

混凝土核心筒的有限元模拟及若干参数的影响分析

运用ABAQUS分析软件,建立水平荷载作用下的钢筋混凝土核心筒有限元模型,进行非线性分析,并将分析结果与大比例试件的试验结果对比,对所采用的有限元模型加以验证。在此基础上,进行改变钢筋混凝土核心筒轴压比、高宽比和筒壁厚度的受力过程模拟分析,研究这些参数对筒体性能的影响。结果表明:随着轴压比的增大,筒体的破坏由受拉向受压破坏转变,筒体最大水平承载力经历先增加后减小的变化,延性变差;随着高宽比的增大,筒体破坏形态由剪切向弯曲破坏转变,延性增加,整体弯曲作用更加明显,最大底部剪力减小;随着壁厚的增大,试件破坏由截面压屈失稳向墙肢底部受弯破坏转变,墙肢破坏区域沿高度方向发展,耗能能力更强,承载力明显增大,变形能力显著增加。     

火灾作用下单层球面网壳的非线性有限元分析

基于高大空间建筑火灾作用下的空气升温实用公式,按照欧洲规范规定的火灾高温作用下钢材的材料特性,考虑了温度对钢材特性的影响以及钢材屈服后的强化特征,对一凯维特单层网壳结构在火灾作用下的性能进行了非线性有限元分析,研究其在不同局部火灾作用下的温度场分布和位移特征,以及不同火源影响的最不利位置。结果表明:网壳结构在所有设计火源模型下的极限耐火时间都在20～30min左右;对于结构极限耐火时间,火源位置的影响大于火源面积的影响;结构中心向外延伸的第1环到第3环之间的区域,是结构抗火的薄弱部位。     

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。     

爆炸荷载作用下砌体结构响应的有限元分析

对墙体模型进行简化,用单个混凝土砖块宽度的墙来代替所要分析的整面墙,并采用有限元分析软件LS-DYNA对砌体墙的破坏模式进行数值模拟分析。LS-DYNA的数值模拟结果显示,混凝土砌体墙在不同爆炸荷载作用下会发生不同程度的破坏,破坏的产生首先从墙体中部开始;随着爆炸荷载峰值的提高,砌体墙的破坏逐渐由中间向两端发展,当爆炸荷载峰值压力达到0.36 MPa及以上时,墙体会发生破坏,有块体飞出,并在重力作用下发生倒塌。数值模拟的结果与文献提供的试验结果比较吻合。     

大柳树坝址岩体松动机制动力三维有限元分析

黄河黑山峡大柳树坝址区存在大范围的岩体松动现象。其主要特征是岩体应力释放。结构面张开。密度显著下降。为进一步研究岩体松动的成因机制，在详细调查区域地质背景条件及区域地震动力作用基础之上。提出了地震动力作用与岩体松动现象的内在联系，同时又通过动力三维有限元数值模拟计算。进一步证明大柳树坝址区存在的大范围岩体松动与历史上该地区发生的强烈地震具有密切关系。     

盾构隧道纵向地震响应简化动力有限元法分析(英文)

本文重点关注对盾构隧道的纵向地震响应分析方法的研究,提出了一种简化的动力有限元分析方法。这种方法采纳了响应位移法的一些基本思想,采用和响应位移法一样的环梁和土弹簧模型,但采用动力有限元法来评估地基地震动,而摒弃了响应位移法中采用的地基振动为谐波形式的假定。与响应位移法相比,简化动力有限元法能够提高地基震动的计算精度,从而提高结构响应的计算精度;而与三维连续模型相比,新方法的计算规模小得多,从而能够大幅提高计算效率。然后,本文分别采用相应位移法和新提出的简化动力有限元法,对武汉长江隧道盾构段隧道进行了纵向地震响应分析,并对这2种方法计算结果的差异进行了分析。     

高温下钢及组合钢节点有限元建模及基于构件的分析方法(英文)

欧洲规范EC3 Part 1-1第5章[1]允许工程师使用一些先进的有限元分析软件来分析和设计钢结构,如线弹性、刚塑性以及二阶弹塑性整体分析。这3种极不相同的分析方法,能够用于简支、半连续以及连续节点模型中[2]。节点模型根据刚度的不同,可分为铰接、半刚性和刚性模型;按照强度的不同,可分为铰接、部分强度和全强度模型。尽管大多数的工程问题仅仅要求进行线弹性分析,但仍有一些特殊结构可能要求采用高级分析以降低施工成本,例如底层无支撑钢框架结构。在这种结构中,采用半连续节点(具有半刚度和部分强度特性)进行框架分析,会显著增强结构抵抗名义水平荷载、风荷载、整体缺陷、地震作用时的抗侧刚度和强度,因此在控制的水平荷载下计算的横向侧移可能在EC3允许的范围内。在基于性能的抗火设计中,结构抗火工程师可能想利用钢节点潜在的刚度和强度,尤其是有端板节点的钢结构,这是一种最常见的钢结构施工形式。端板可以是部分深度的,或者是延伸端板,涵盖了名义铰接、半刚性和完全刚性节点模型。本文给出了端板节点高温性能研究的一系列数值分析结果;应用基于构件的方法,建立了这些节点在高温下的力学反应计算公式,以及梁腹板剪应力分量、连接处的拉应力和压应力区域的力学模型。基于构件的方法能够考虑钢节点的热约束效应。对已有钢端板节点试验进行了有限元模拟和基于构件的分析表明,2种方法的分析结果与试验结果的偏差都是可接受的,包括热约束效应。     

外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的滞回性能研究

为研究外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的抗震性能,基于外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点低周反复荷载作用下的试验结果和有限元的模拟,分析了两类试验节点的滞回特性,提出外包钢-混凝土组合梁与钢管混凝土柱连接节点的三折线恢复力模型及其特征参数的取值范围,并给出恢复力模型表达式。结果表明,试件具有良好的耗能能力,建立的恢复力模型骨架曲线与试验值接近;有限元与试验所得的滞回曲线及骨架曲线在弹性阶段吻合较好,随着荷载的反复,两者之间的差异逐渐增大。