钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点抗震性能研究

为研究钢连梁-部分外包组合剪力墙弱节点的抗震性能，设计出钢连梁-部分外包组合剪力墙模型试件。通过有限元软件ABAQUS,对其进行低周往复加载数值模拟，研究混凝土强度、水平加劲肋和竖向加劲肋构造形式、连梁跨高比等因素对节点抗震性能的影响。分析表明：钢连梁-部分外包组合剪力墙节点抗震性能优良，滞回曲线饱满且稳定，位移延性系数大于3,跨高比不大于3.8的试件梁端极限转角均达到0.05 rad,节点试件延性较好；混凝土强度的提高能够提高节点试件初始刚度，水平加劲肋和竖向加劲肋的设置提高了对墙肢混凝土的约束作用，能够有效阻止裂缝扩展速度。加劲肋是节点区域应力传递的有效途径，加劲肋的设置使节点区的应力能够平稳传递到相邻区域，降低了加载后期荷载下降速度，提升了节点抗震性能；随着连梁跨高比的增加，节点的承载力和刚度降低。当连梁跨高比大于3.8时，梁端极限转角由0.05 rad降至0.03 rad。     

予应力钢桁架刚度反演分析的摄动迭代法

基于文（１）所建立的拉索式予应力钢桁架基本计算,根据矩阵摄动原理进一步给出了以竖向为位移为约束反演确定任意布索张拉予应力钢桁架单元刚度和的索刚度的摄动迭代公式。算例表明,该方法具有较高的精度,可满足工程设计需要。     

弹性支承多次张拉预应力钢桁架刚度反演摄动分析

本文基于文献「１」所建立的拉索式预应力钢桁架基本理论,通过引入组合单元和刚度变化因子,利用矩阵摄动原理建立了以结点竖向位移为约束,以确定弹性支承多次张拉预应力钢桁架各类单元刚度为目标的反演摄动迭代方程。算例表明,该方法具有较高的逼近精度,可满足工程设计需要。     

哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力研究

为了研究哑铃型钢管混凝土拱肋的力学性能,基于统一强度理论和等效梁柱法,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了其极限承载力的新公式。采用梁单元建立哑铃型钢管混凝土拱肋的有限元模型,对其受力全过程进行双重非线性分析。将理论分析结果和数值计算结果与相关文献的试验结果进行比较,吻合良好,验证了本文理论分析方法和有限元计算方法的正确性。采用有限元方法,对荷载工况、长细比、矢跨比、截面形式和腹腔混凝土等参数的影响特性进行分析,研究结果表明,荷载工况对哑铃型钢管混凝土拱肋的极限承载力影响显著,荷载越对称、均匀,拱肋的极限承载力越高,竖向变形越小;拱肋的极限承载力随长细比的增大而显著降低,随矢跨比的增大先提高后略有降低;截面形式对拱肋的强度和刚度均有较大影响,而腹腔混凝土对其强度和刚度几乎没有影响。     

设置反拱加固的拱结构力学性能研究

提出了一种设置反拱结构的拱桥加固方法,该方法是通过在主拱圈拱肋下方设置反拱,在反拱和拱肋之间用竖杆相连,并通过抗弯预埋件和抗剪锚栓把反拱的拱脚和拱肋连接,使反拱结构和原主拱圈共同形成结构受力体系。本文基于有限元参数分析方法,通过设置6个不同参数:拱的矢高f1、拱的拱轴系数m1、反拱的矢高f2、反拱的拱轴系数m2、反拱与待加固拱的等效半径比i、反拱纵向长度与待加固拱的总跨径的比值Kr,以考虑不同拱桥、反拱结构参数对原拱桥关键截面内力、跨中挠度及整体屈曲系数的影响。基于大量计算数据的参数拟合,分别获得跨中弯矩、跨中挠度、拱脚弯矩、拱脚推力、整体屈曲系数的拟合表达式。通过对拟合数据的分析,获得了反拱加固的拱桥结构力学特性的相关变化规律。最后对一个100m跨径拱桥进行加固计算分析,结果表明:本文提出的加固方法不但可以显著提高待加固桥梁的整体刚度与稳定性,而且可有效地降低主拱关键截面的内力。     

自稳式深大基坑开挖卸载扰动位移一般规律

采用一般化基坑开挖数值模型,系统研究了基坑开挖扰动位移峰值分布的区域性及其随宽深比、土体变形参数、土体强度参数等的变化规律和力学成因。建立了水平位移峰值、竖向位移峰值随基坑宽深比的统一计算公式。在参数敏感性分析系统基础上,建立了考虑土体强度特性、刚度特性等综合条件下基坑开挖扰动位移预测统一计算公式。该研究对基坑围护结构参数设计以及开挖稳定性的预测具有参考意义。     

动支座对拱结构抗爆承载力的影响

建立了具有动支座拱的计算模型,该模型考虑了竖向的弹性支承和阻尼支承、水平向弹性支承和扭转约束等柔性支承形式。基于大变形动力微分方程并利用有限差分方法,研究了动支座拱在爆炸荷载作用下的动力响应,并分析动支座对结构承载力的影响。研究表明:动支座对拱的抗爆承载能力有较大影响,不同形式的柔性支承对拱承载力的影响截然不同,竖向弹性支承能够使爆炸荷载作用下拱的弯矩峰值减小,并且使到达峰值的时间增加,提高了拱的抗爆或承受瞬态荷载的能力。而水平弹性支承使拱的内力值和相对位移值增大,对结构的承载力不利。     

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。     

双向拟静力加载规则对钢筋混凝土高墩滞回性能的影响

通过四种不同双向加载规则的钢筋混凝土高墩拟静力试验,初步研究了双向拟静力加载规则对其滞回特性的影响规律。本文主要介绍钢筋混凝土高墩的试验构件设计,加载装置、测试方法和加载规则,着重比较了对角线加载、正方形加载、菱形加载和圆形加载等四种加载规则的钢筋混凝土高墩的滞回性能,包括荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、荷载退化、刚度退化以及累积滞回耗能的特点,并分析这些特点与双向加载规则之间的关系。结论认为:对角线加载模式加载效率高且能较好反映高墩双向抗震滞回性能,适合于高墩的双向拟静力试验研究。     

光滑节点插值法:计算固有频率下界值的新方法

将光滑节点插值法用于悬臂梁的静力学,并首次用于旋转柔性梁的频率分析. 采用梯度光滑技术,用线性插值形函数描述梁的位移场,求解4 阶微分方程. 在静力学分析中,将该方法所得梁中各点位移与假设模态法、有限元法及解析解的结果对比,可知该方法虽用简单的线性插值形函数描述梁的位移场,但精度却很高. 进一步研究表明,采用模态高于9 阶的假设模态法会使刚度阵条件数变差,导致结果发散. 在频率分析中,与有限元法、假设模态法和解析解对比,表明该方法一个重要特性:能提供固有频率的下界值,而有限元法和假设模态法只能提供固有频率的上界值,说明该方法结合有限元法在处理无解析解的问题时可以从上下界最大程度的逼近真实解,提高精度. 光滑节点插值法具有形函数结构简单、独立变量少且能提供固有频率下界值的特性,因此,具有较高的推广及应用价值.      

锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件实验及其承载力计算方法研究

大量锈蚀钢筋混凝土偏压构件的实验研究表明,随着纵向受力主筋锈蚀率的增大,偏心受压构件的承载力及其刚度均有不同程度的降低。并且由于钢筋锈蚀,钢筋混凝土偏心受压构件延性也随之降低,脆性性质明显,从而可能使得钢筋混凝土偏压构件的破坏形态发生变化。在对预制钢筋混凝土柱进行快速锈蚀实验85研究的基础上,对锈蚀偏心受压构件的结构性能退化机理和破坏特征进行了分析;在现行计算理论和实验85结果分析的基础上,通过拟合出的锈蚀钢筋与混凝土间的应变不协调系数,对未锈蚀构件的相对界限受压区高度进行修正,得到了锈蚀偏心受压构件相对界限受压区高度的修正公式;考虑锈蚀钢筋截面的削弱、钢筋屈服强度的降低以及钢筋和混凝土之间粘结性能退化的影响,提出锈蚀偏心受压构件正截面承载力计算方法,为今后混凝土结构耐久性评估和可靠性鉴定提供了科学依据。     

爆炸荷载下基于细观建模的素/钢筋混凝土板破坏模式

为了获得爆炸荷载下细观结构对素/钢筋混凝土板的影响，采用随机骨料投放建立了素/钢筋混凝土板细观模型。利用LS-DYNA对基于细观建模的钢筋混凝土板进行爆炸荷载作用下的数值模拟，通过与实验以及均质建模方法进行比较，验证了细观建模方法的准确性。进而研究了基于细观建模的素/钢筋混凝土板在不同爆炸荷载下的结构响应，获得了素/钢筋混凝土板的响应过程和破坏模式。结果表明:在低药量（1、2 kg）爆炸荷载下，细观结构对素/钢筋混凝土板的影响较小，其破坏模式以纵横塑性铰线破坏为主，药量越大，铰线越多；在高药量（5、10和15 kg）爆炸荷载下，细观结构对素/钢筋混凝土板的影响较大，与均质模型相比存在较大差异，细观素/钢筋混凝土板以爆坑为中心，产生环向与径向裂纹，药量越大，圆坑越大，裂纹越多，板局部破坏越严重。     

钢筋混凝土箱梁非线性及剪滞效应的试验研究

制作了钢筋混凝土简支箱梁模型,试验包括模型梁开裂范围内的加载及开裂后的加载。在开裂范围内,对该试验梁分别进行了顶板满布均布荷载、均布荷载作用于肋板上方、集中力作用于跨中以及对称集中力作用下的加载;对开裂后的试验梁,进行了对称集中力作用下的加载。用应变采集仪与电脑连接,并用半桥测量,温度自补偿方法测取应变值,采用百分表测试梁体挠度,采用读数显微镜观测裂缝。测量得到应力、应变的分布规律,验证了钢筋混凝土箱梁中存在剪滞效应。试验结果与考虑混凝土非线性的有限段法的计算结果吻合较好,验证了有限段法在混凝土箱梁剪滞效应分析中的适用性。     

钢筋混凝土界面的近场动力学方法

近场动力学方法已被广泛用于钢筋混凝土的开裂破坏研究,传统近场动力学方法的控制方程与参数是基于同种均质材料的能量方程确定,在处理不同种材料之间的相互作用时,无法合理反映其界面的力学行为.针对这一问题,通过分析钢筋混凝土界面的黏结-滑移机理,提出了近场动力学界面区材料点的相互作用模型,发展了考虑钢筋混凝土界面黏结的键基近场动力学方法.基于键基近场动力学与连续介质力学的能量密度等效方法,提出了界面微弹性参数的确定方法;根据钢筋肋间混凝土的应力分布规律,获得界面材料点域半径与受限楔体半径的等效关系;利用界面黏结-滑移曲线峰值应力对应的滑移变形,给出了界面临界拉伸常数确定方法.通过与2组钢筋混凝土构件的拉拔试验对比,验证了发展的界面近场动力学方法,并开展了不同条件下钢筋混凝土构件的数值试验.结果表明,发展的近场动力方法能够合理反映钢筋直径、锚固长度、混凝土强度以及肋间距对钢筋混凝土界面黏结行为的影响,体现了所提方法的合理性与优越性.     

Axisymmetric Thermoelastoplastic Stress State of Isotropic Solids of Revolution Under Impulsive Loading

Consideration is given to the solution of a dynamic problem for a solid of revolution with an arbitrary meridional section under impulsive thermomechanical loading inducing elastoplastic strains. The theory of small elastoplastic deformations is used. The constitutive equations are linearized by the variable-parameter method. The unloading process is described by a linear law. The solution technique involves the finite-element approximation in spatial coordinates and the finite-difference representation of time derivatives. Based on the principle of linear summation, recurrent relations are derived for successive evaluation of nodal displacements by an explicit scheme in time. Solution for cylinders and disks are presented to illustrate the influence of elastoplastic deformations on wave processes     

Fracture Properties of Concrete–Concrete Interfaces Using Digital Image Correlation

The mode I and mode II fracture toughness and the critical strain energy release rate for different concrete–concrete jointed interfaces are experimentally determined using the Digital Image Correlation technique. Concrete beams having different compressive strength materials on either side of a centrally placed vertical interface are prepared and tested under three-point bending in a closed loop servo-controlled testing machine under crack mouth opening displacement control. Digital images are captured before loading (undeformed state) and at different instances of loading. These images are analyzed using correlation techniques to compute the surface displacements, strain components, crack opening and sliding displacements, load-point displacement, crack length and crack tip location. It is seen that the CMOD and vertical load-point displacement computed using DIC analysis matches well with those measured experimentally.     

矩形加肋板线性弯曲分析的移动最小二乘无网格法

提出了一种求解矩形加肋板线性弯曲问题的移动最小二乘无网格法。将矩形加肋板模拟成平板与肋条组成的复合结构。先基于一阶剪切变形理论,由移动最小二乘近似建立板和肋条的位移场,再利用板与肋条叠合处的位移协调条件,推导肋条与板的节点参数转换方程,最后利用此方程将板与肋条的应变能叠加,推导出整个加肋板的刚度方程。由于本文提出的加肋板无网格模型中不涉及到网格,肋条不必像有限元那样必须沿网格线布置,肋条位置的改变也不会导致板网格的重新划分。文末算例表明由本文方法得到的解与采用实体单元得到的ANSYS有限元解吻合良好,证明了本文方法的准确性。     

Dynamic fracture of concrete – compact tension specimen

The behavior of concrete structures is strongly influenced by the loading rate. Compared to quasi-static loading concrete loaded by impact loading acts in a different way. First, there is a strain-rate influence on strength, stiffness, and ductility, and, second, there are inertia forces activated. Both influences are clearly demonstrated in experiments. Moreover, for concrete structures, which exhibit damage and fracture phenomena, the failure mode and cracking pattern depend on loading rate. In general, there is a tendency that with the increase of loading rate the failure mode changes from mode-I to mixed mode. Furthermore, theoretical and experimental investigations indicate that after the crack reaches critical speed of propagation there is crack branching. The present paper focuses on 3D finite-element study of the crack propagation of the concrete compact tension specimen. The rate sensitive microplane model is used as a constitutive law for concrete. The strain-rate influence is captured by the activation energy theory. Inertia forces are implicitly accounted for through dynamic finite element analysis. The results of the study show that the fracture of the specimen strongly depends on the loading rate. For relatively low loading rates there is a single crack due to the mode-I fracture. However, with the increase of loading rate crack branching is observed. Up to certain threshold (critical) loading rate the maximal crack velocity increases with increase of loading rate, however, for higher loading rates maximal velocity of the crack propagation becomes independent of the loading rate. The critical crack velocity at the onset of crack branching is found to be approximately 500 m/s.