反复荷载下圆钢管型钢再生混凝土组合柱恢复力模型研究

为建立圆钢管型钢再生混凝土组合柱的恢复力模型,对11根圆钢管型钢再生混凝土组合柱试件进行了低周反复荷载试验研究,考虑了再生骨料取代率、配钢率及钢管径厚比等不同设计参数的影响,分析了组合柱的地震破坏形态及滞回性能。基于组合柱的力学特征及曲线形状,提出了圆钢管型钢再生混凝土组合柱骨架曲线的三折线参数模型,采用理论推导与数据拟合的方法确定了组合柱骨架曲线的模型参数。在此基础上,给出了组合柱的滞回规则和卸载规律,构建了组合柱的恢复力模型,计算滞回曲线与试验滞回曲线吻合良好,表明该恢复力模型较好地反映了反复荷载下组合柱的受力特征点及滞回性能,可为此类组合柱的推广提供技术参考。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点恢复力模型试验研究

为了建立型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架中节点的恢复力模型,进行了5个组合框架节点试件的低周反复荷载试验,观察试件破坏过程及形态特征,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线,重点分析其滞回性能和抗震性能。试验结果表明,各节点试件均发生典型的剪切破坏形态,受力过程大致经历了弹性段、带裂缝工作段、屈服强化段及破坏4个阶段,节点滞回曲线呈较为饱满的梭形,位移延性系数均值为3.29,表现出较好的抗震性能。在此基础上,考虑节点试件受力特征,建立了适合型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点的四折线恢复力模型,该模型包括骨架曲线模型、刚度退化规律及滞回规则,计算曲线与试验曲线吻合较好,能够很好反映型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点在低周反复荷载作用下的滞回特性。本文研究结果可为节点抗震设计提供一定参考。     

基于改进无迹卡尔曼滤波器算法的滞回模型参数识别研究

地震产生的周期荷载作用下,钢混桥墩结构表现出滞回行为。为描述滞回行为,研究者提出各类滞回模型,其中BWBN(Bouc-Wen-Baber-Noori)模型可以描述结构滞回行为的强度退化、刚度退化和捏拢效应等典型特征。此外,无迹卡尔曼滤波器UKF(unscented Kalman filter)算法是识别BWBN模型参数的高效方法,但当参数初始值与真实值的偏差过大及缺乏对系统的整体估计时,UKF算法识别过程受到局限。本文改进生成样本点规则,提出改进UKF算法。数值模拟结果表明,在无噪声条件下,改进UKF算法识别得到的参数估计值与准确值的误差平均为1.51%,最大误差为4%;在2%均方根RMS(root mean square)高斯白噪声条件下,误差平均为5.43%,最大误差为18%;在5%RMS高斯白噪声条件下,误差平均为8.9%,最大误差为26%和22%。改进UKF算法识别非线性滞回系统状态估计和BWBN模型参数更加准确和稳定。     

CGMM加固损伤钢筋混凝土圆柱恢复力模型的研究

在试验的基础上,运用ABAQUS有限元软件建立各试件的计算模型,对比、分析、试验并模拟计算结果,确保模型建立的准确性;以轴压比、水泥基灌浆料强度、加固层厚度、加固高度、钢丝网孔径大小、钢丝网层数为影响参数,研究了各参数下试件抗震性能的变化规律;借鉴恢复力模型特征参数的取值方法及滞回模型的建立规律,求得特征值回归系数和CGMM加固方式的恢复力模型,并与试件的试验结果进行比较,确保恢复力模型的合理性。研究结果表明:以轴压比、水泥基灌浆料强度、加固高度、钢丝网层数为参数建立的恢复力模型精度较高,能够较好地模拟和反映试件的实际抗震性能。     

内管设PBL肋型圆套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点滞回性能分析

针对内管设PBL肋型圆套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能研究,本文设计了5根节点试件,进行了低周往复荷载试验。以肋长、空心率、轴压比为主要变化参数,研究此类节点的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、骨架曲线以及刚度退化、强度退化、延性、耗能能力等性能。试验结果表明:内管设置PBL肋的节点表现出良好抗震性能,但随着肋长的增加,承载力提高不明显,延性和耗能能力有一定提高,强度退化影响不大;随着空心率增大,承载力与延性略有降低,对强度退化、刚度退化、耗能能力影响不大;使用有限元软件ABAQUS建模计算得到的荷载-位移曲线与本文试验结果总体基本符合。为进一步参数分析和机理研究提供了可靠的基础。     

空间钢构件考虑损伤累积效应的恢复力模型及试验验证

本文从损伤对钢材性能的影响出发,根据弹塑性损伤铰概念,提出了一种考虑损伤累积效应的空间钢构件非线性恢复力模型,并在这一模型的基础上建立了空间钢构件考虑损伤累积效应的弹塑性刚度矩阵。最后,把试验测得的试件位移曲线和利用模型计算的试件位移曲线进行对比。对比结果表明,试验位移曲线和计算和位移曲线吻合得较好,这说明本文瓣考虑损伤累积效应的空间钢构件非线性恢复力模型的正解性。     

砌体单片墙结构的平面内静力与动力性能分析

利用LS-DYNA建立了砌体单片墙的离散化有限元模型,对砌体单片墙在面内荷载作用下的静、动力学性能进行了数值仿真分析;在数值分析过程中使用接触算法代替砂浆模拟砌块之间的粘结作用,获得了面内荷载作用下墙体的荷载-位移曲线。由结果可知,在单调荷载作用下,其载荷-位移曲线可分为四个阶段,分别为弹性阶段、塑性阶段、"强化"阶段、承载力下降阶段。并对竖向压力对单片墙抗剪承载力的影响作了讨论,得出在循环往复荷载作用下,载荷-位移曲线呈现梭形或捏拢形骨架曲线,解释了滞回曲线在每个循环过程的变化规律以及开洞对墙体滞回性能的影响,得出砌体单墙在面内方向有良好的变形和耗能能力。     

SVD-Unscented卡尔曼滤波的非线性结构系统识别

提出一种基于奇异值分解的unscented卡尔曼滤波(SVD-UKF)非线性滞回结构系统识别方法.SVD-UKF可被看成改进的unscented卡尔曼滤波(UKF)方法,相对UKF而言,SVD-UKF具有更好的鲁棒性和灵活性.此方法不仅避免象扩展卡尔曼滤波(EKF)为了计算Jacobians矩阵的所需的导数运算,并且可以克服常规UKF方法在计算协方差时经常遇到的病态条件的缺点.对非线性系统参数的识别和突然变化的识别的数值模拟结果显示了所提出方法的鲁棒性和灵活性.     

一种复合磁流变阻尼器的设计及性能试验

设计制作了一种新型的复合阻尼器,并在电液伺服动静万能试验机上对其进行了性能试验,重点研究了阻尼器在低频(1Hz)下的工作性能,并采用修正的非线性滞回双粘性模型,结合试验结果,确定了其中的模型参数.研究得到将永久磁场和电流磁场结合起来从而实现阻尼器的逆向控制的设计思路是可行的,铜质隔磁环的设置保证了磁力线沿理论设计的路径穿行,又使线圈避免与磁流变液的长期接触腐蚀从而提高其耐久性.所采用的修正的非线性滞回双粘性模型较好地模拟了阻尼器的低频性能,为此类阻尼器在低频下的应用提供了理论依据.阻尼器的阻尼力-位移滞回曲线比较饱满,阻尼力-速度曲线基本符合理论假定.在0.1~1Hz频段内,修正的非线性滞回双粘性模型中的各参数取值较为稳定.     

双向密肋楼盖ANSYS数值模拟及力学性能研究

钢筋混凝土双向密肋楼盖是适用于工业民用建筑较大跨度楼盖的理想结构形式之一.至今为止针对密肋楼盖的研究较少.为了了解整个变形过程,预测其破坏形式,采用ANSYS对其力学性能进行非线性有限元数值分析.楼盖采用整体式建模,为了减少计算量,取结构模型的四分之一部分参数化,对四块双向密肋楼盖和一块平面尺寸相关的实心双向平板进行数值模拟,五块楼盖均为简支、中点受集中荷载作用.得出两种板的荷载-挠度曲线、裂缝分布,其模拟结果与试验结果吻合比较好;同时发现双向密肋楼盖与实心板的破坏机理十分相似,实心板的挠度比密肋楼盖发展快,实心板在开裂以后挠度迅速发展直至破坏,密肋楼盖在开裂后,随荷载增加,挠度发展较慢,荷载-挠度曲线接近直线,表明密肋楼盖的整体性很好,刚度大,变形小,受力性能明显优于实心板.同时在四块密肋楼盖的全边长尺寸相同的情况下,改变板区格数从5×5到11×11,板的承载能力提高了约1.38倍.在加载前期,ANSYS计算所得的中点挠度略大于实验值,后期稍小于实验值,表明模拟结果与实际承载情况中的整体刚度相当.     

基于贝叶斯方法的模态参数识别的不确定度分析

振动模态分析和模态参数识别是动态测试的一个重要研究方向。模态参数在模型的修正、响应的预测、系统的健康检测及控制等方面有着重要的作用。但动态测试的不确定度分析,尤其是模态参数的不确定度的研究还十分缺乏。本文主要基于贝叶斯方法,通过傅立叶变换(FFT)建立时域数据和频域数据之间的对应关系。根据共振频带内的多个模态的响应数据得到相对应的模态参数,优化得到模态参数的最佳估计值,评定模态参数识别的不确定度。在固支梁的模态实验中,加速度传感器采集环境激励中的振动数据,运用贝叶斯法进行处理得到模态参数的最佳估计值。在此基础上,通过模态参数的最佳估计值,以及仪器的检定报告数据,结合合成不确度分析方法,系统分析了模态参数识别的不确定度。     

斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型研究

为简化实际工程结构中斜向梁柱外伸端板连接节点的分析与设计，利用欧洲规范EC3的组件法提出了斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型。首先，采用组件法计算了斜向梁柱外伸端板连接节点的初始转动刚度和屈服承载力，提出了外伸端板连接节点考虑钢梁倾角影响的初始转动刚度计算公式。通过对试验试件骨架曲线的无量纲化拟合了此类节点的三折线骨架曲线模型。通过回归分析确定了斜向梁柱外伸端板连接节点的卸载刚度计算公式。在此基础上，建立了斜向梁柱外伸端板连接节点的三线型恢复力模型。通过与试验及参数有限元分析结果的对比，验证了斜向梁柱外伸端板连接节点恢复力模型的准确性，研究成果可为斜向外伸端板连接节点的工程分析提供参考。     

外框密肋复合墙抗剪机理及承载力计算

在外框密肋复合墙低周反复荷载试验的基础上,对墙体的抗剪机理进行了分析;依据极限平衡理论引入砌体抗剪承载力影响系数和框格承载力影响系数,同时考虑RC框格与填充砌块之间的相互作用;提出了外框密肋复合墙抗剪承载力计算公式;本文公式计算结果与试验结果、有限元数值模拟结果进行了比较。研究表明:本文基于水平薄弱层破坏建立的外框密肋复合墙抗剪公式较传统基于斜截面破坏建立的抗剪公式具有更明确的物理意义;本文公式计算精度较高,与试验结果、有限元数值模拟结果相差不到10%。     

An intelligent parameter varying (IPV) approach for non-linear system identification of base excited structures

Health monitoring and damage detection strategies for base-excited structures typically rely on accurate models of the system dynamics. Restoring forces in these structures can exhibit highly non-linear characteristics, thus accurate non-linear system identification is critical. Parametric system identification approaches are commonly used, but require a priori knowledge of restoring force characteristics. Non-parametric approaches do not require this a priori information, but they typically lack direct associations between the model and the system dynamics, providing limited utility for health monitoring and damage detection. In this paper a novel system identification approach, the intelligent parameter varying (IPV) method, is used to identify constitutive non-linearities in structures subject to seismic excitations. IPV overcomes the limitations of traditional parametric and non-parametric approaches, while preserving the unique benefits of each. It uses embedded radial basis function networks to estimate the constitutive characteristics of inelastic and hysteretic restoring forces in a multi-degree-of-freedom structure. Simulation results are compared to those of a traditional parametric approach, the prediction error method. These results demonstrate the effectiveness of IPV in identifying highly non-linear restoring forces, without a priori information, while preserving a direct association with the structural dynamics.     

Parameter identification of systems with multiple disproportional local nonlinearities

Identification of nonlinear systems, especially with multiple local nonlinearities exhibiting disproportional ratios of the degree of nonlinearity and present at a single or multiple spatial locations, is a highly challenging inverse problem. Identification of such complex nonlinear systems cannot be handled easily by the existing conventional restoring force or describing function methods. Further, noise-corrupted measured time history responses make the parameter identification process much more difficult. Keeping this in view, we propose a new meta support vector machine (meta-SVM) model to precisely identify the type, spatial location(s) and also the nonlinear parameters present in disproportionate levels using the noisy measurements. Apart from the conventional SVM model, we also explore the effectiveness of the non-batch processing models like incremental learning for lesser computational cost and increased efficiency. Both incremental and conventional support vector regression models are explored to precisely identify the nonlinear parameters. A numerically simulated multi-degree of freedom spring-mass system with limited multiple local nonlinearities at a few selected spatial locations is considered to illustrate the proposed meta-SVM model for nonlinear parametric identification. However, the extension of the proposed meta-SVM model is rather straightforward to include all types of nonlinearities and cases with the simultaneous existence of multiple numbers of same or different nonlinearities (i.e. combined nonlinearities) at single or multiple locations. It is also clearly established from the numerical simulation studies that the proposed incremental meta-SVM model paves way for online real-time identification of nonlinear parameters which is not yet been addressed in the existing literature.

     

岩石三轴蠕变试验黏弹性解析及参数识别

基于岩石三轴蠕变试验,推导了相应的黏弹性解析解,并对三参量H-K流变模型给出 了黏弹性解析解的显式以及流变参数的识别方法. 在此基础上,针对花岗岩及片岩两种岩石 的室内蠕变分级加载试验曲线进行了流变参数的识别与反演. 分析表明,同一岩样在不同加 载级别下的弹性及黏弹性参数在量值上均有所不同,其中黏弹性模量和黏滞系数的量值随 载荷的增加出现损伤衰减,基于试验反演所获参数的解析蠕变曲线与试验蠕变曲线吻合较好.     

基于静力残余力向量的结构损伤评估方法

残余力向量法是一类常用的损伤识别方法,现有的残余力向量法都是基于动力测试的模态参数,和动力测试数据相比,静力测试数据往往精度更高,且无需模态分析等复杂操作.鉴于此,本文提出一种静力残余力向量法用于结构损伤评估.所提方法利用静力测试位移数据,并结合结构有限元模型的刚度矩阵,定义了静力残余力向量,根据该向量中不为零的元素来判断损伤自由度,再根据自由度和单元之间的对应关系来确定发生损伤的位置,并进一步提出一种求解损伤参数的代数解法.另外,针对实践中角位移难以测量的情况,进一步提出了一种静力缩聚残余力向量法,拓宽了所提方法的应用范围.以桁架结构和梁结构模型为例对所提方法进行了验证,数值算例结果说明所提方法合理有效.     

STUDY ON THE PARAMETER VALUE DOMAIN OF MACRO-MICRO CONSTITUTIVE MODEL

宏微观耦合本构模型的参数识别往往通过反分析方法进行,为了使参数识别结果具有高的置信度,需要确定合适的参数取值范围. 基于动态再结晶过程的微观机理以及相应本构方程的数学特征,提出一个确定参数取值范围的方法. 首先详细给出考虑动态再结晶的黏塑性本构模型,并根据模型构造物理机理,提出通过6 步确定该模型参数取值范围的方法;其次,对300M 低合金钢进行不同温度、应变速率下的热变形试验,测试宏观的流动应力-应变数据及微观的组织数据;然后应用提出的方法,依据试验数据,确定参数取值范围;最后,基于确定参数取值范围中获得的知识,对模型进行局部修改,使模型模拟结果更接近实验结果.     

半刚接钢框架内填暗竖缝混凝土剪力墙结构的简化滞回分析模型Composite inclined strut hysteretic model for partially-restrained steel frame with concealed vertical slit reinforced concrete infill walls

为解决半刚接钢框架内填暗竖缝混凝土剪力墙结构（简称PSRCW ）在工程应用中的数值分析问题,根据PSRCW结构试验所获得的破坏模式、钢筋混凝土（RC ）墙的裂缝分布规律和结构传力机理,提出了可用于分析PSRCW结构抗震性能的组合斜压带滞回模型。暗竖缝RC墙组合斜压带滞回模型主要由两部分构成。（1）主对角斜压带部分,用于模拟暗竖缝对PSRCW结构水平承载力的贡献。（2）壁柱部分,用于模拟缝间墙的力学行为。基于暗竖缝RC墙的受力机理推导了主对角斜压带的有效宽度计算方法,并结合混凝土的应力‐应变关系给出了主对角斜压带的滞回恢复力模型。采用组合斜压带模型模拟了已有的典型试验,并与试验结果进行了比较,两者吻合较好,进一步证实了本文所提出的组合斜压带滞回模型的合理性。