单向砌体填充墙激波管试验和动力行为分析

为研究远场爆炸荷载作用下单向砌体填充墙的动力行为及其失效破坏机理,首先,基于研发的压缩空气驱动大截面（3 m×3 m）激波管开展了两面不同厚度单向实心砌体填充墙的面外加载试验,获得了作用在墙体表面的反射超压荷载时程、墙体面外挠度时程及墙体的变形失效模式。其次,建立了激波管精细化有限元模型,提出了砌体墙简化微观有限元建模方法,以及扩展砖块的Riedel-Hiermaier-Thoma材料模型和接缝的内聚力接触模型参数取值计算方法,对激波管中的压力传播以及试验墙体面外动态响应和损伤破坏开展了数值模拟。最后,基于爆炸荷载作用下单向砌体填充墙面外抗力方程和等效单自由度模型对试验墙体中心点面外挠度时程进行预测。结果表明：减小墙体高厚比可以增大框架拱推力,从而显著提升墙体的抗爆性能,厚105 mm的墙体在经历1次激波管试验后发生倒塌,而厚235 mm的墙体在经历6次激波管试验后仅有轻微损伤;墙体表面反射超压荷载时程的试验和数值模拟结果均为均布脉冲型荷载,且两者吻合很好,验证了激波管设计和激波管精细化有限元模型的合理性;数值模拟和理论预测的墙体动力行为与试验结果吻合较好,可为砌体填充墙抗爆评估与分析...     

外挂再生混凝土墙钢框架结构等效单压杆模型有限元分析

为得到外挂再生混凝土墙钢框架结构的简化分析模型,通过分析柱顶水平荷载作用下外挂墙结构与填充墙结构的受力异同,在忽略混凝土抗拉强度的前提下,将外挂再生混凝土墙钢框架结构简化为等效单压杆模型,采用有限元方法对等效单压杆模型的适用性进行了分析。结果表明:等效单压杆模型适用于外挂再生混凝土墙钢框架结构,但需对等效单压杆有效宽度计算公式进行修正,修正后的等效单压杆模型与整体模型的单调荷载-位移曲线吻合较好;通过对不同跨高比、轴压比、再生混凝土强度及外挂墙厚度等参数下,外挂再生混凝土墙钢框架结构整体模型与等效单压杆修正模型的验证分析,确定了等效单压杆模型有效宽度修正公式对以上参数的适用性。     

高层轻板框架结构中的相互作用分析

本文对高层轻板框架中的相互作用进行了分析。讨论了复合板中填充块的等效斜压杆的有效宽度及其影响因素,以此所得桁架计算模型的计算结果与实测结果比较接近。在此基础上给出轻板框轲结构在弹性阶段按剪方法和弹塑性阶段框架－－桁架的计算模型。     

钢网壳模型的动力稳定性振动台试验研究

对两个钢扁网壳结构模型在地震荷载作用下的动力稳定性进行了振动台试验研究,观察了模型的局部动力失稳和整体动力失稳现象,通过对试验测量数据结果的处理,给出了模型中杆件的内力时程曲线和结点位移时程曲线,对这些时程曲线进行分析,总结了结构产生动力失稳时的特征和规律,同时也给出了部分理论分析的结果,并结合试验结果对理论研究中给出的动力失稳定义和判定准则以及其它结论分别进行了验证和说明．     

半刚接钢框架的动力分析

推导了半刚接钢框架动力有限元的质量矩阵和刚度矩阵．建立了具有不同节点初始刚度的半刚接多层钢框架及相应刚性框架的计算模型．采用ANSYS软件进行数值模拟分析，研究了节点刚度对结构自振频率的影响以及结构在谐振荷载作用下的响应，对地震波激励下的结构进行了时程分析．分析结果表明不半刚接框架节点的柔性对结构自振频率产生较大的影响，节点柔性越大，结构自振频率降低也越大，结构的抗震设计应考虑节点柔性的影响；半刚接钢框架顶点位移和柱底剪力时程曲线在地震波激励时间内表现出良好的稳定性，柔性连接可以代替刚性节点用于抗震区的钢框架设计中．     

建筑结构爆破地震反应弹塑性精细时程分析

针对爆破地震作用下建筑结构的安全评估问题,提出利用时程分析方法全面评估爆破地震波的安全度;建立了基于精细积分算法的结构弹塑性动力分析架构模式,编制了建筑结构爆破地震反应弹塑性精细时程分析程序;通过算例验证了该算法的准确性与高效性,弹性时程分析与不同恢复力模型弹塑性时程分析的结果曲线具有类似特征和数值差异;建议选择合理的恢复力模型,使用弹塑性时程分析方法模拟爆破地震作用下结构的动力响应,全面评估爆破地震波的安全性。     

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。     

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

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。     

DYNAMIC SUBSTRUCTURE METHOD FOR PROPAGATION OF ELASTIC-PLASTIC WAVE INDUCED BY IMPACT

通过建立弹塑性碰撞动态子结构模型,推导了模态坐标下的控制方程,提出了模拟柔性结构碰撞激发弹塑性波传播的动态子结构方法,并对其中的主模态的存在性和主模态截断的收敛性进行了证明.通过对柔性杆纵向碰撞和柔性梁横向碰撞两个算例的计算,并将计算结果与理论解和三维动力有限方法计算结果进行了对比,验证了该方法的数值收敛性和计算碰撞弹塑性波传播的有效性.     

基于弹塑性模型的群桩-土-结构动力非线性数值分析

提出一种群桩-土弹塑性模型,结合动力文克尔理论,推导出了与桩(筏)-土属性及SSI体系频率相关的各项弹簧-阻尼单元动力阻抗,建立了三维框架土-结构相互作用有限元简化分析模型。针对不同地震激励,在不同桩-土条件下对模型进行了动力非线性时程分析,结果表明,在某些地震动和土-基础条件下,上部结构非线性作用效应结果可能大于固基假定情形,且桩-土弹塑性模型对上部结构柔弱层位置产生影响。应用本文简化方法可以快速、较准确有效地进行复杂的上下部结构动力时程分析及抗震评估。     

基于损伤分布模型的震损RC框架力学性能分析与实证研究

震损结构的剩余荷载位移响应分析十分重要,是准确评估震后钢筋混凝土(RC)框架结构剩余性能的基础,然而震损结构损伤的不均匀分布为其荷载位移响应的定量分析带来了困难。本文基于纤维梁柱模型提出了一种能够考虑地震损伤不均匀分布的震损RC框架数值模型。基于震损RC框架的损伤现象对其损伤分布进行了量化,考虑了材料损伤沿柱高度与截面深度的分布;基于量化结果分别确定了RC框架中各纤维梁柱单元中不同位置处纤维的损伤本构关系,并对其剩余荷载位移响应进行了定量分析;以一个一榀三层四跨的RC框架试验为算例,对模型进行了验证。结果表明,本文模型能够较为准确地模拟震损RC框架的剩余荷载位移响应,其中最大剩余承载力、刚度和屈服强度等各项指标计算误差均值均在10%以下,因此本文模型能够为震后RC结构的评估工作提供一种新的思路。     

剪切型钢筋混凝土柱临界斜裂缝倾角的概率模型

对于剪切型钢筋混凝土(RC)柱,传统的确定性临界斜裂缝倾角模型难以有效考虑其材料参数、几何尺寸和边界约束条件等方面不确定性因素的影响,导致计算精度有限,且离散性较大。鉴于此,本文研究建立了剪切型RC柱临界斜裂缝倾角的概率模型。首先,基于变角桁架模型理论,建立了剪切型RC柱临界裂缝倾角的确定性模型;然后,考虑主观不确定性和客观不确定性因素的影响,结合贝叶斯理论和马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)法,建立了剪切型RC柱临界斜裂缝倾角的概率模型,并推导了均值和方差的解析表达式,从而能够合理描述临界斜裂缝倾角的概率分布特性;最后,利用试验数据对比验证了该模型的有效性,并校准了现有确定性模型的置信水平,进而确定了不同置信水平下剪切型RC柱临界斜裂缝倾角的概率特征值。     

有腹筋混凝土梁的剪切刚度分析模型

钢筋混凝土梁的挠度计算通常不计入剪切变形的贡献,然而对于斜向开裂的有腹筋混凝土梁,斜裂缝会显著降低梁体的有效剪切刚度,导致剪切变形值显著增大,因此在验算评估时应予以考虑.为评价钢筋混凝土梁斜向开裂后的有效剪切刚度,首先,基于变角桁架模型推导了钢筋混凝土梁在箍筋屈服状态下的有效剪切刚度;与弹性剪切刚度比较发现,剪切刚度退化系数的主要影响因素为材料弹模比、配箍率和斜压杆倾角.其次,基于试验剪切变形曲线表现出的刚度退化规律,提出了可用于不同开裂程度下剪切刚度计算的恒定切线刚度退化模式,并采用开裂后的剪力增量作为反映开裂程度的定量指标.最后,根据最小能量原理得到了剪切刚度退化中两个关键参数:斜压杆倾角和剪切刚度退化系数的解析公式.通过2根薄腹混凝土梁剪切变形试验以及收集的15个受剪梁段的剪切变形数据对模型有效性进行了验证,验证结果表明:有腹筋混凝土梁剪切刚度分析模型能较为准确地预测箍筋屈服状态的剪切刚度,并能反映不同开裂程度下的剪切刚度退化规律.     

预应力混凝土水平加腋框架节点受力分析

本文对3个预应力混凝土框架节点进行了低周反复荷载作用下的抗震性能试验,研究了加腋节点的传力机理以及预应力对节点抗震性能的影响规律。研究表明,通过量测节点内的箍筋应变,穿过节点核心区的预应力筋对节点核心区双向交替斜向受压混凝土有重要约束作用,改善了节点的抗剪能力。梁端水平加腋节点中预应力筋不穿过节点核心区时,只要在节点核心区配置适量的箍筋,保持节点后期的强度和刚度,也能够满足抗震设防要求。     

利用无网格方法分析斜拉破坏钢筋混凝土梁

从传统的混凝土分离裂缝模型和弥散裂缝模型出发，使用不同的模型模拟不同发展阶段的混凝土裂缝，并利用无网格方法可以灵活布置节点和边界的优点，使分离裂缝模型的使用得到很大的简化。通过在宏观裂缝表面布置基于试验结果的混凝土与混凝土界面单元，正确地模拟了裂缝表面抗剪能力的变化。算例表明，使用本文方法可以准确模拟斜拉破坏混凝土梁的破坏过程，且精度和数值稳定性要高于传统的有限元弥散裂缝方法。     

火灾升降温模式对高温后钢筋混凝土轴压力学性能影响的试验研究

为研究实际火灾与标准火灾对高温全过程作用后钢筋混凝土力学性能的影响程度,进行了6根大尺寸钢筋混凝土短柱经历不同火灾模式的高温全过程作用后轴压力学性能试验。选择一典型住宅房间,根据欧洲规范得到了模拟火灾温度-时间曲线,利用等效曝火时间方法获得等效标准火灾,考察火灾模式、轴压比对高温全过程作用后钢筋混凝土承载力、刚度和延性的影响规律。试验结果表明:随着轴压比(n0.4)增大,高温后剩余承载力、刚度和延性损伤程度降低;火灾升降温模式影响显著。根据等能量法进行的火灾试验结果和模拟实际火灾试验结果吻合较好,而等面积法过于保守。建议相关规范采用基于能量的等效曝火时间方法进行抗火设计和火灾后剩余力学性能评估。     

混凝土框架结构内力测量传感器研制

研制了一种可用于混凝土结构试验中测量柱底截面轴向力、剪力和弯矩的内力测量传感器。该传感器主要由加载板、基座、4根竖向测力杆和2根水平测力杆组成。使用时,柱底截面的内力通过加载板传递给6根测力杆,根据6根测力杆的结果,通过力平衡方程可以计算实际加载的轴向力、剪力和弯矩的大小。对该传感器进行了4种工况下的标定试验。结果表明,传感器的测量误差满足框架结构内力测量精度要求。将该传感器应用到单层两跨的钢筋混凝土框架推覆试验中,获得了整个试验过程中构件的内力时程。     

用于多种夹层板等效的有限元分析法

针对夹层板力学性能解析法难于计算复杂结构的夹层板且通用性差的问题,本文采用有限元分析法研究了夹层板性能的等效方法。对夹层板的代表体单元模型施加位移约束,模拟弯曲变形时线性独立的应变分量和弯曲内力;根据夹层板内力与应变的本构关系,求出刚度矩阵;最后由刚度矩阵得出宏观等效弹性常数,从而把夹层板等效成连续材料的单层板单元。将该方法与解析法计算结果进行比较得到的夹层板单元四个主要弹性常数误差在0.2%以内,验证了该方法的有效性;另外采用该方法等效三种典型结构夹层板,比较实际模型和等效模型的弯曲响应,得到的误差均在1.4%以内,表明该方法在不考虑复杂多变的夹芯结构时具有通用性。