修正的Park-Ang性能增强再生混凝土框架中节点地震损伤模型

通过对3个足尺性能增强再生混凝土(EC-RAC)框架中节点进行低周反复加载试验,分析其结构模型地震损伤演化过程,确定其震后实际损伤状态与损伤指标。同时,针对传统钢筋混凝土Park-Ang双参数损伤模型无法准确描述加载位移大于100mm后EC-RAC框架节点模型的损伤演化与累积行为的缺点,本文提出了一种修正的Park-Ang双参数损伤模型,并基于前述试验结果,拟合了纤维项系数、位移项系数、能量项系数。最后,利用所提出的损伤模型,以HF-RAC2为例进行损伤指标误差分析,结果表明:平均误差在6%以内,即所提出的双参数损伤模型能够适用于EC-RAC框架节点地震损伤与评估分析。     

模糊桁架结构有限元分析的随机因子法

研究模糊桁架结构在模糊力作用下的有限元分析方法。考虑桁架结构材料物理参数、几何尺寸和外荷载同时为模糊变量，利用信息熵将模糊变量转变为随机变量。基于随机因子法，利用代数综合法推导出结构位移和应力响应的均值、方差的计算表达式。通过算例，分析了结构物理参数、几何尺寸和外荷载的模糊性对结构位移和应力响应的影响，并验证了本文模型和方法的合理性与可行性。本方法的优点是能够反映结构某一参数的模糊型对结构响应的影响。     

海洋平台损伤诊断研究

结合动力学和有限元方面的知识,以杭州湾跨海大桥海洋平台为背景,分别从固有频率和应变能损伤因子两个方面对损伤进行评估和定位.然后基于平台的工作环境,考虑了波浪力、水流力和阻尼等作用因素,进行了非线性动力响应分析,根据位移和截面应变变化率的变化情况进行损伤诊断.同时从概率论的角度上考虑了随机波浪力荷载,通过对所测波浪力荷载的统计,算出功率谱密度函数,然后计算了此荷载下结构的动力响应,并用应变均方根的变化值来检测结构的损伤和损伤程度,最后为今后大型海洋平台的损伤诊断提出建议和方法.     

基于遗传算法的水轮机振动参数识别

通过对水轮机现场测试数据的频域分析，建立了测点位移响应的参数正模型。并基于遗传算法，建立了在时域内识别结构振动参数的数值方法，采用该方法对水轮机位移响应正模型的待定参数识别进行了研究。计算结果表明，所建立的基于遗传算法的参数识别方法具有良好的稳定性、抗观测噪声能力和较高的识别精度，能够反演出比较符合实际情况的位移响应振动模型。这就为荷载识别、结构优化和预报减震效果等后续工作提供了可靠的实施前提。     

四肢钢管混凝土格构柱地震损伤模型及试验研究

为了评价巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱的地震损伤情况,对4根四肢钢管混凝土格构柱进行了拟静力试验,得出了四肢钢管混凝土格构柱在水平低周反复荷载作用下的水平荷载-位移滞回曲线、破坏特征和构件损伤情况。在试验所获得滞回曲线的基础上,通过对能量系数和耗能因子的修正,在传统双参数地震损伤模型基础上建立了适用于巨型组合结构体系中钢管混凝土格构柱的考虑无效耗能的双参数地震损伤模型,与试验结果相吻合。结果表明,修正后的模型能够较为准确地反映四肢钢管混凝土格构柱各位移阶段的损伤系数,为巨型组合结构体系中钢管混凝土四肢格构柱及其结构的地震损伤分析提供参考依据。     

泡沫铝防护钢筋混凝土板的抗爆性能

为研究多孔吸能材料泡沫铝板对工程结构的抗爆防护作用，开展室外爆炸破坏实验，分别对设置不同泡沫铝防护层的钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）板在爆炸荷载下的动态响应及破坏模式进行了研究，并运用LS-DYNA软件建立了有限元模型。通过与实验对照，验证了模型的可行性，对比分析了有、无泡沫铝防护层钢筋混凝土板的损伤破坏规律，并讨论了泡沫铝密度梯度分布和纵筋配筋率的影响。结果表明:有限元模型能够有效分析含泡沫铝防护层RC板的动态响应及其破坏形态；泡沫铝防护层能够有效减小钢筋混凝土板的挠度变形，降低试件的破坏程度；泡沫铝密度由下到上递增情况对RC板的减爆效果最好；增大配筋率可以提升泡沫铝防护RC板整体抗爆性能。     

基于纤维单元的钢筋混凝土桥墩地震损伤评价

基于纤维模型的粱柱单元特别是柔度法单元有着较高的计算精度,已被较多地用于评价钢筋混凝土桥墩的位移（廷性）能力。随着基于性能／位移抗震设计理论的发展,相继提出了残余位移、极限曲率及曲率延性系数、纵筋和混凝土的最大应变、纵筋低周疲劳损伤等桥墩地震损伤量化指标。选用刚度法和柔度法纤维单元,考虑材料非线性、几何非线性和结点锚固...     

中柱失效时组合框架压拱效应力学模型分析

钢-混凝土组合梁在正弯矩下的转动中心通常要高于其在负弯矩作用下的转动中心,因此在中柱失效工况下,组合框架中存在压拱效应．针对两榀分别采用了焊接连接和平齐式端板连接的钢-混凝土组合框架进行了拆除中柱的试验研究,记录并详细分析了压拱效应．分析结果表明,无论采取何种梁柱节点形式,组合框架中均存在压拱效应;常规压杆模型无法准确描述压拱效应的效果．提出了一种考虑钢梁下翼缘及部分腹板受拉的桁架弹簧模型,并对该模型的竖向荷载-位移公式和水平位移-竖向位移公式进行了推导,公式结果与试验结果吻合良好．本文提出的桁架弹簧模型及相应变形公式可以很好地预测压拱效应对于整体结构承载力和变形的贡献,为抗连续倒塌工况下组合框架的设计提供了参考．     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型中损伤因子的率相关性及实现方法

ABAQUS程序中最常用的混凝土损伤塑性（concrete damage plasticity, CDP）模型无法实现损伤因子与应变率相关。为了准确描述混凝土材料在高应变率下的损伤特性,基于CDP模型定义了新的应变率场变量,编制了VUSDFLD用户子程序,开发了能够考虑损伤因子率相关性的改进的CDP（modified CDP,MCDP）模型。MCDP模型采用能量法求解混凝土拉压损伤因子,主求解程序能够随着应变率场变量的变化而自动更新不同应变率对应的损伤参数,计算得到的混凝土单轴静态加载结果与CDP模型吻合较好。MCDP模型对高应变率下动态压缩性能的模拟结果表明:混凝土材料在不同应变率下的拉压损伤对其动态力学性能有显著影响,编制的VUSDFLD子程序和MCDP模型能够有效地解决损伤应变率相关的模拟难题,可以准确地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动态响应,为预测爆炸冲击等强动载作用下混凝土结构的响应和破坏提供了更可靠的技术途径。     

基于组合荷载响应特征融合的桥梁结构智能损伤识别方法

桥梁在运营过程中面临着组合荷载的复杂环境，因此发展组合荷载下的损伤识别方法具有重要意义。本文提出了一种基于组合荷载响应特征融合的桥梁结构智能损伤识别方法，基于移动主成分分析对自重静载、温度准静态荷载、动态荷载下的结构响应数据分别进行特征挖掘，并将不同荷载下第一特征向量的组合作为机器学习模型的输入，建立结构的损伤识别方法。最后，以双跨连续梁的仿真模型进行了验证，研究结果表明，即使在大噪声水平下，以组合荷载特征向量进行损伤定位和定量的准确率分别可达91.65%和97.22%,比传统的单荷载下的准确率最高分别提升了32.40%和18.00%,表现出优异的损伤检测性能和抗噪性。     

非完全相关荷载下钢筋混凝土框架结构体系可靠度分析

目前框架结构体系可靠度分析大多是在荷载完全相关的假定下完成的,对于非完全相关荷载作用下的体系可靠度研究则鲜有涉及,对于非理想弹塑性或弹脆性的结构尤其如此.本文在随机系统分析的概率密度演化理论的基础上,结合结构非线性全过程分析的位移控制算法,推导了基于归一化位移参数的结构非线性发展概率密度演化方程和承载力裕度的概率密度演化方程.采用纤维梁柱单元进行非线性分析,研究了钢筋混凝土框架结构在非完全相关荷载下的体系可靠度,并与Monte Carlo法进行了对比分析,证明了文中建议方法的可行性.基于文中方法,分析了荷载相关性对可靠度的影响,计算结果表明,荷载相关性对体系可靠度有比较明显的影响.     

冲击荷载下钢筋混凝土梁的性能及损伤评估

基于落锤冲击试验，通过数值模拟研究钢筋混凝土梁在冲击荷载下的抗冲击性能和损伤机理。针对冲击荷载局部效应明显和持时短暂等特点，提出基于截面损伤因子的损伤评估方法；采用参数分析方法研究了箍筋间距、边界条件、冲头形状和面积以及冲击位置对钢筋混凝土梁的动态响应和损伤程度的影响。结果表明:基于截面的损伤评估方法能够比较直观地描述梁体损伤沿长度方向的分布；端部的固支约束可以有效地改变钢筋混凝土梁的耗能机制，并能提高梁的抗冲击承载潜力；冲击位置会直接影响梁体的裂缝分布和破坏模式；碰撞接触面积和冲头形状也对梁的损伤分布具有一定的影响。     

NDE of metal damage: ultrasonics with a damage mechanics model

This research describes a nondestructive method for the quantitative estimation of property variations due to damage in metal materials. The method employs a damage mechanics model, which accounts for stiffness degradation and damage evolution of a metal medium with a measurement of ultrasonic velocity. In order to describe the progressive deterioration of materials prior to the initiation of macrocracks, we have developed a new damage mechanics model. Thereafter, a finite element model valid for numerically describing such damage process has been developed by ABAQUS/Standard code, and correlations between damage state, elastic stiffness and plastic strain could be found by the results of the finite element simulation. The property variations due to damage evolution are calculated based on the Mori–Tanaka theory, and then the ultrasonic velocity can be predicted by Christoffel’s equation. When the measured velocity is coupled with the theoretically predicted velocity, the unknown damage variable is solved, from which other residual properties are determined by the predictions of damage model. The proposed technique is performed on type 304 stainless steel bars. The numerical results obtained by the simulation were compared with experimental ones in order to verify the validity of the proposed finite element model and good agreement was found. It is shown that the damaged properties of metals can be estimated accurately by the proposed method.     

接触爆炸荷载对钢筋混凝土梁的局部毁伤效应

为得到接触爆炸下钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）梁的局部破坏模式和毁伤效应，对同一尺寸的RC梁进行了不同装药量的接触爆炸试验研究。试验中采用框架结构中典型工程尺度RC原型梁为研究对象，通过4次爆炸试验，观测了RC梁在不同装药量下的局部破坏模式和破坏特征，分析了装药量对局部毁伤效应的影响。研究结果表明:接触爆炸荷载作用下，RC梁将发生正面成坑、侧面崩落、背面震塌和截面冲切等局部破坏模式，爆坑深度、震塌厚度、表面毁伤面积以及受压区纵筋变形均与装药量立方根近似呈线性增加关系。在试验数据基础上，将RC梁局部毁伤程度划分为轻度毁伤、中度毁伤、重度毁伤和严重毁伤4个等级，采用比例装药量判据进行评估。研究成果可为抗爆结构设计和结构毁伤评估提供理论依据。     

基于不完备频响函数的结构损伤统计识别研究

基于不完备频响函数数据,结合概率统计方法,提出了一种能同时考虑模型参数不确定性和测试噪声影响的结构损伤统计识别方法。首先,基于频响函数某一行向量在不同频率下的幅值数据,利用矩阵拉直运算建立了关于损伤系数的确定性识别方程。其次,假设模型参数误差和测试噪声为零均值的高斯随机变量,根据摄动理论,推导了损伤后结构刚度参数的前二阶矩。随后,利用结构损伤前后的概率分布得到了结构损伤存在概率。最后,通过一个平面桁架结构模型验证了本文方法的有效性。数值算例的研究结果表明,损伤单元的损伤存在概率远大于非损伤单元;测试噪声对识别结果的影响比模型参数不确定性的影响更为显著。     

Nonlinear damage model for seismic damage assessment of reinforced concrete frame members and structures

A nonlinear damage model based on the combination of deformation and hysteretic energy and its validation with experiments are presented. Also, a combination parameter is defined to consider the mutual effect of deformation and hysteretic energy for different types of components in different loading stages. Four reinforced concrete (RC) columns are simulated and analyzed using the nonlinear damage model. The results indicate that the damage evolution evaluated by the model agrees well with the experimental phenomenon. Furthermore, the seismic damage evolution of a six-story RC frame was analyzed, revealing four typical failure modes according to the interstory drift distribution of the structure; the damage values calculated using the nonlinear damage model agree well with the four typical failure modes.     

基于8节点平面单元的RC梁柱节点单元

为了分析RC框架结构的非线性滞回性能,基于平面8节点单元,本文提出了一个新的针对受循环荷载作用钢筋混凝土的梁柱节点单元．单元中梁与节点交界面和柱与节点交界面被划分成“节点截面”和“梁柱截面”,节点核心区的力学性能由8节点单元描述,而梁柱受力钢筋与节点核心区的粘结滑移由存在于“节点截面”和“梁柱截面”之间的8根弹簧控制,梁柱与节点之间的剪切由4根剪切弹簧表示．单元具有4个外节点和8个内节点,每个内节点具有2个自由度,每个外节点具有3个自由度,该3个自由度与普通梁单元一致,从而确保本单元能够同普通一维梁柱单元一起进行钢筋混凝土结构平面非线性分析．通过将内节点上的自由度依附到外节点上,单元在数值表现上具有4个节点和28个自由度．通过对比试验和模拟分析结果,验证了本模型适合于循环荷载作用下平面框架结构的非线性响应分析．     

基于柔度的桁架结构损伤定位方法

建立了一种基于模态柔度的桁架结构损伤定位方法。从结构柔度矩阵与刚度矩阵的正交关系出发,将损伤结构在观测模态下的节点误差作为损伤定位的动力指纹,通过采用模态参数的一阶矩阵摄动技术,以近似解析的方式推导了本文方法的损伤定位原理。并且通过对一个典型桁架结构的数值模拟研究,验证了本文损伤定位方法的有效性和鲁棒性。研究结果表明,本文基于柔度的损伤定位方法能够在实际观测条件下,准确地识别桁架结构的损伤单元位置。     

Test analysis of detection of damage to a complicated spatial model structure

A two-stage damage detection approach is proposed and experimentally demonstrated on a complicated spatial model structure with a limited number of measurements. In the experiment,five known damage patterns,including 3 brace damage cases and 2 joint damage cases,were simulated by removing braces and weakening beam-column connections in the structure. The limited acceleration response data generated by hammer impact were used for system identification,and modal parameters were extracted by using the eigensystem realization algorithm. In the first stage,the possible damaged locations are determined by using the damage index and the characteristics of the analytical model itself,and the extent of damage for those substructures identified at stage I is estimated in the second stage by using a second-order eigen-sensitivity approximation method. The main contribution of this paper is to test the two-stage method by using the real dynamic data of a complicated spatial model structure with limited sensors. The analysis results indicate that the two-stage approach is ableto detect the location of both damage cases,only the severity of brace damage cases can be assessed,and the reasonable analytical model is critical for successful damage detection.     

A stochastic-structurally based three dimensional finite-strain damage model for fibrous soft tissue

A fully three dimensional finite-strain damage model for fibrous soft tissue is developed. The model assumes uncoupled contributions for the matrix and collagen fibers, and uncoupled bulk and deviatoric response over any range of deformations. A simple isotropic damage mechanism within the framework of continuum damage mechanics has been used to describe the softening behavior under deformation for the matrix. On the other hand, statistical aspects related to the length distribution of the reinforcing fibers lead to a damage model for the reinforcing material. As a result, a general theoretical framework for constitutive modeling of biological soft tissue with continuum damage is obtained. A theoretical example consisting of a biaxial test of a soft tissue reinforced with two families of collagen fibers has been considered to demonstrate the capabilities of the proposed model and to study the sensitivity to changes in the statistical parameters associated with the reinforcing material. Also, a preliminary numerical example is included to demonstrate the model on a inhomogeneous boundary value problem. Results show that the model is able to capture the typical stress-strain behavior observed in fibrous soft tissue and seems to confirm the soundness of the proposed formulation.