底部两层框架-抗震墙砌体房屋的动力计算模型及侧向刚度控制

底部两层框架—抗震墙上部多层砌体房屋,属于混凝土—砌体混合结构的范畴。这种建筑适应城市建设发展的要求,且较纯框架结构经济,特别受到房屋开发商的青睐,在相对落后和不发达地区尤为适用。为了研究这类结构在地震区的适用性,作者在现有试验研究的基础上,分析了底部两层框架—抗震墙砌体房屋在水平地震作用下的力学性能,给出了这种结构的动力计算模型和特征点参数的取值方法,并编制了结构从受荷到破坏的全过程弹塑性分析程序。同时,结合工程实例,计算了六种不同侧向刚度比条件下结构的弹塑性动力反应。根据计算结果的分析,认为新颁布的《建筑抗震设计规范》(GB50011)对于砌体过渡层与第二层框剪层的侧向刚度比限值偏小,并提出了合宜的刚度比取值范围,可供设计人员在抗震设计时参考和借鉴。     

考虑剪切变形的半刚性连接钢框架P-Δ效应研究

在综合考虑剪切变形和梁柱节点连接半刚性影响的基础上,给出了框架柱的抗侧移刚度公式。当不考虑剪切变形时对本文给出的公式进行简化可得到相关文献中的公式,但本文给出公式的应用范围更广。数值算例表明:剪切变形对框架结构的P-Δ效应影响显著,与不考虑剪切变形相比,考虑剪切变形的影响所计算的层间侧移的差值已超出工程上可接受的5%的误差范围;剪切变形降低了结构的抗侧移刚度,增大了层间侧移值,应引起高度的重视。本文所编制的计算表格不仅可供工程设计人员用于前期方案阶段的估算,而且可作为对平、立面均规则的钢框架结构电算结果的校核程序使用。     

地震作用下钢框架最大弹塑性层间变形的概率统计特性

近年来基于功能的结构抗震设计思想逐渐被世界各国地震工程界所接受，与现行抗震规范相比，它在遵循“投资—效益”准则的基础上，更加注重结构在进入弹塑性状态后的表现，并且采用具体的量化指标(结构最大层间变形)来衡量。由于结构抗震设计中存在着大量不确定性，结构可靠度分析成为结构设计中的一个重要工具。本文以钢框架结构为例，考虑了结构抗震设计中的各种不确定性，包括地震作用、结构构件面积、材料弹性模量、恒荷载和活荷载的随机性，采用概率统计理论中的K—S检验法，对最大弹塑性层间变形的概率统计特性进行了分析。结果表明，在给定烈度的地震作用下钢框架结构的最大弹塑性层间变形，在其均值较小时服从极值I型分布，在均值较大时服从极值Ⅱ型分布。以上结论可为研究钢结构弹塑性变形可靠度的近似分析提供参考。     

新型PEC柱(强轴)-钢梁(RBS)组合框架层间倒塌机理试验研究

结构抗倒塌性能是维系结构震后整体性和实现"大震不倒"设计标准的关键所在。为研究新型PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架结构的层间子结构倒塌机理,按1∶2缩尺比例设计制作1榀组合框架层间子结构试件并进行拟静力抗震试验。基于试验现象记录和测试数据整理,分析了试件的破坏过程、滞回特性、水平抗侧刚度退化、耗能能力、水平侧移模式与塑性破坏机构等抗震性能。研究结果表明:对穿螺栓连接实现了节点区混凝土斜压带传力模式,且梁端截面削弱使梁端出现塑性铰远离节点区,较好满足了"强节点弱构件"的抗震要求;试件位移延性系数μ_u=4.36,最大等效黏滞阻尼比(ζ_(eq))_(max)=0.344,具有较好的抗震延性和耗能能力;试件水平抗侧刚度沿高度分布均匀,呈现理想倒三角形侧移模式;试件最终破坏模式为梁端削弱截面屈服形成塑性铰的理想塑性破坏机构,且其承载力下降到极限承载力85%时,对应层间相对侧移和节点转角均超过罕遇地震作用下层间侧移限值1/30,试件具有良好的抗倒塌能力。     

层间隔震结构的能量平衡

从能量观点出发,引入设计用能量谱的概念,分析了地震输入能量在层间隔震结构中的分配和耗散。推导出了基于能量平衡的层间隔震结构的隔震层总剪力、最大变形以及基底剪力的地震响应预测式,分析了隔震层刚度、阻尼以及隔震层的设置位置等参数对层间隔震结构减震性能的影响,并阐明了其自身的减震控制机理。研究表明,基于能量平衡的分析方法是一种预测层间隔震结构地震响应和评价其减震性能的有效手段。     

强电场作用下简支压电层合梁的非线性动力分析

研究可移简支压电弯曲层合梁在交变强电场作用下的非线性动力学行为．考虑材料的电致伸缩和电致弹性压电效应以及几何非线性导出压电层合梁的数学模型．导出简支压电执行器的弯曲振动控制方程，并得到它的刚度是关于时间的慢变函数关系．利用非定常振动的渐近理论和Galerkin方法对具有慢变系数的非线性动力方程进行求解，得到了可移简支压电层合梁的动力特征．最后得到了可移压电简支梁的共振频率、固有频率和电场频率三者之间的变化关系以及谐振幅度与作用电场强度的关系．     

基于铺层参数的铺层方式与纤维分布协同优化的层合板最大刚度设计

纤维增强复合材料层合板的弹性性质依赖于单层板的纤维含量(体分比)以及铺层方式(总层数、各单层的厚度与铺设方向)。本文研究在给定材料用量条件下层合板的最大刚度设计问题,采用铺层参数作为铺层方式的描述参数、以铺层参数和单层板纤维含量体分比在层合板面内的分布的描述参数为设计变量,以层合板的柔顺性最小为目标,建立了铺层方式和纤维分布协同优化的层合板最大刚度设计问题的提法和求解方法,给出了具有最大刚度的层合板最优铺层方式和纤维含量的分布规律的设计实例。     

沥青路面弹塑性动力响应分析

采用弹塑性理论,建立了沥青路面弹塑性动力响应分析的三维有限元模型,利用有限元法分析了沥青路面的弹性和弹塑性动力响应、以及弹塑性状态下层间接触对沥青路面力学性能的影响.结果表明:在相同条件下,沥青路面为弹塑性状态时得到的弯沉和最大主应变均比弹性状态时大;卸载后,弹塑性状态时存在残余变形,说明沥青路面的弹塑性动力学响应分析得到的结果和路面实际情况较符合;沥青路面在弹塑性状态下,层间完全光滑时其弯沉是完全连续时的6倍,上面层最大竖向应变是层间连续时的3.7倍,下面层处最大竖向应变是层间连续时的2.3倍;卸载后,层间完全光滑时,面层A点与B点均存在残余应变;随着层间摩擦系数的增大,路面弯沉值减少,说明在弹塑性状态下,层间接触状态对沥青路面的动力响应有较大影响.     

一种分析对称铺设层合板的新方法

本文对多层纤维对称铺设层合板的分析提出了一种新方法。此方法以假设板厚方向横向剪应力分布为前提,来建立层合板的微分方程组。其特点是反映了层合板间剪应变跳跃式变化这一实际情况,满足层间剪应力平衡条件。文章通过算例说明此法对分析层间剪切刚度较低的层合板简便、有效。     

基于网络的结构协同弹塑性分析方法的研究

研究了基于网络的结构协同分析方法,包括总刚度矩阵形成、迭代计算方案、程序调控及通讯方案的研究。通过面向对象语言编制基于Internet的结构协同分析软件CSAS。该软件由主机结构计算程序、主机通讯程序、子机控制程序和子机通讯程序四个部分程序组成,通过联网通讯实现程序间实时信息传递。本文以4层框架剪力墙结构与60层框架剪力墙结构进行静力弹塑性分析为例,划分多个子结构,采用CSAS控制多部计算机联网协同计算,并与结构整体分析的结果进行对比,分析结果对比验证了基于网络的结构协同弹塑性分析方法的有效性。     

L形柱在反复荷载作用下的非线性分析

在平截面假定的前提下,将钢筋混凝土L形柱划分为两端弹塑性区、中间为弹性区的三分段杆单元模型。将应用于平面剪力墙的多垂直杆单元模型拓展为空间的多垂直杆单元模型,推导了拓展的多垂直杆单元模型单元刚度矩阵,经静力凝聚为三分段杆单元模型刚度矩阵,该单元模型可用于各种截面形式的钢筋混凝土异形柱、剪力墙墙肢和梁的非线性分析,计算工作量较小。讨论了目前垂直杆的轴向拉压滞回模型,提出了轴向拉压滞回曲线考虑骨架曲线下降段的简化处理方法。最后提供了算例,结果表明本文方法计算的滞回轴线与在反复加载下L形柱的试验结果吻合较好。     

纤维墙元模型在剪力墙结构非线性分析中的应用

钢筋混凝土剪力墙是目前高层与超高层建筑中最主要的抗侧力构件，本文在对已有的微观及宏观计算模型进行比较的基础上，基于纤维模型概念，建立了便于高层剪力墙结构非线性分析应用的纤维墙元模型，即由承受轴力及弯矩的纤维子单元与承受剪切变形的剪切子单元相合成的墙元计算模型；同时，对该模型中剪切子单元高度的取值进行了分析，明确了其物理含义；推导了单元的刚度矩阵，并分别建立了纤维子单元及剪切子单元的骨架曲线及滞回规则。另外，应用该计算单元模型，对一栋40层框架剪力墙结构进行了非线性时程分析，计算结果与相应模型的振动台试验结果进行了对比，比较结果表明两者在结构动力特性，位移响应方面等均吻合较好，验证了该计算单元模型的准确性与有效性，可为推广使用提供参考。     

剪力墙的面外刚度对建筑结构计算结果的影响

剪力在钢筋混凝土建筑结构中有着广泛的应用,在计算时一般都忽略剪力面外刚度的贡献。本文利用一种同时具有面内刚度和面外刚度的剪力墙模型,研究了剪力墙的面外刚度对整体结构的控制位移和固有频率的影响。结果表明,剪力面外刚度的贡献与剪力墙之间的耦合程度以及是要用刚性楼板假定有关,在大型复杂的纵横剪力墙结构中,剪力墙面外刚度的贡献不可忽略。     

板壳结构弹塑性稳定性的有限元分析

构造了20参数圆柱壳拟协调单元,同时采用分层模型的弹塑性稳定性分析.根据塑性屈曲的Stowell形变理论,用基于切线刚度矩阵的增量法和修正的Newton-Raphson方法,计算屈曲前的弹塑性内力分布,并用逆幂迭代法求解弹塑性屈曲荷载.     

钢筋混凝土双肢剪力墙静力弹塑性分析

建立了由墙肢单元模型、连粱单元模型和连接单元模型组成的钢筋混凝土双肢剪力墙的静力弹塑性分析计算模型。墙肢单元采用以有限元为基础的宏模型；按是否出现对角线剪切破坏，分别建立短连粱计算模型和长连粱计算模型；为计及连粱与墙肢连接界面的相对位移，建立用复合弹簧模拟的连接单元计算模型；给出了确定模型参数的方法。对有关文献的短连粱和长连粱双肢剪力墙试件进行了静力弹塑性分析，分析结果与试验结果符合较好。     

一种新的墙单元

本文提出了一种新的空间墙单元模型，这种墙单元把土建中常用的剪力墙作为它的一种特殊情形．本文基于四边形单元所提出的墙单元在平面内是一块膜，它除面内的两个平动自由度外还具有绕平面转动的自由度；平面外是一块弯曲板．因而它是膜和板的一个组合，它的每个节点具有空间的全部六个自由度．由于考虑了空间墙平面内和平面外的刚度，因此这种新的墙单元能够直接与三维框架的梁、柱单元连接．它也能很容易地处理墙的空间变形。     

A numerical investigation into the behavior of ground-supported concrete silos filled with saturated solids

This paper introduces a finite-element solution for simulating the filling process of ground-supported concrete silos filled with saturated granular material. An elasto-plastic axisymmetric finite-element model is used to represent both the granular material and the concrete silo. The interaction between the two materials is modeled using interface elements to allow for relative movement. The filling process is idealized via a multi-stage numerical technique capable of representing both undrained and drained conditions for the granular material. The effects of the relative stiffness between the foundation and wall are examined, as are the boundary conditions at the top of the structure (the roof details).Depending on the drainage properties of the stored material, the effect of the filling process may be time-dependent. The excess pore water pressure resulting from the filling process may cause a substantial increase in the hoop stresses in the wall. The predicted internal forces may be influenced by the foundation rigidity, but not by the boundary condition at the top of the wall.The results of these analyses may be used to design experiments to evaluate existing silos, or to develop filling strategies to minimize loads on existing structures.     

大跨空间结构的竖向静力弹塑性分析

对于大跨刚性空间结构,国内外关于静力弹塑性竖向抗震理论方面的研究成果还比较稀少;本文参照高层结构的静力弹塑性分析方法提出了一种新的大跨刚性空间结构竖向静力弹塑性计算方法即Push-down方法;对该方法的基本原理进行详细论述和推导,如竖向弹塑性能力谱和竖向需求谱的建立,并提出了几种竖向荷载式;通过一个计算实例,详细描述Push-down法的计算步骤.该方法可以对第一振型为竖向变形的大跨刚性空间结构进行有效的抗震性能评估,从而使设计人员全面了解在竖向地震作用下大跨刚性空间结构的动力特性和抗震性能.     

非加劲钢板剪力墙的高阶弹性剪切屈曲分析

非加劲钢板剪力墙(SPSW)结构在水平荷载作用下易屈曲,形成主拉压应力场,并以拉力带方式提供水平承载力及抗侧刚度。传统拉杆模型(SM模型)用于非加劲SPSW结构分析或设计时忽略压力场的贡献,一般会低估高厚比较小的非加劲SPSW结构的抗侧能力。非加劲SPSW结构在水平力作用下会形成多波面外变形,与剪力墙板的高阶屈曲相似,可通过在修正的SM模型中引入对应于高阶屈曲的主压应力来反映压力场贡献,提高模型分析精度。考虑剪力墙板高厚比、高宽比及边缘构件刚度的影响,共设计66个单层、单跨和梁柱铰接的非加劲SPSW算例,并进行弹性屈曲分析。分析结果表明,高厚比及边缘构件刚度对非加劲SPSW结构的剪切屈曲系数影响不大;随着剪力墙板高宽比的增加,非加劲SPSW结构的剪切屈曲系数呈增大趋势。采用Matlab程序对66个非加劲SPSW算例的2～5阶剪切屈曲系数结果进行统计分析,并提出了简化公式。     

非饱和多孔介质中混合元法的化学-热-渗流-力学耦合的本构模拟

在文献[1]中建立的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)本构模型基础上,针对文献[2]建立的非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法,发展了非饱和多孔介质中混合元的化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合本构模拟算法。采用非关联流动多重屈服准则模拟非饱和多孔介质的材料非线性行为。推导了u-pw-pa-T形式的包含了耦合率本构方程积分的向后欧拉映射算法和一致性弹塑性切线模量矩阵(单元刚度矩阵)的混合元一致性算法。本文给出了临界状态线(CSL)和状态边界面(SBS)两个屈服准则的一致性算法。数值结果显示了本文所发展的混合元耦合本构模拟算法在模拟由热、化学、力学荷载共同引起的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合行为的能力和有效性。