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蜂窝式可替换塑性铰框架试件抗震性能

工程科学与技术 2022年第5期54卷 111-118页

作者：李晓东闫胤积弓耀云吴长兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050

为避免在地震作用下梁柱翼缘相交处的焊缝发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和加载试验,分析各框架试件有限元模型和... 详细信息

为避免在地震作用下梁柱翼缘相交处的焊缝发生脆性破坏,本文设计了一种蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点,并对基于此节点的4个不同蜂窝式耗能环尺寸的框架试件模型进行低周往复加载的ABAQUS有限元模拟和加载试验,分析各框架试件有限元模型和试验试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能等,研究蜂窝式耗能环的法向厚度和径向厚度对节点框架滞回性能的影响。结果表明:蜂窝式可替换塑性铰节点框架的滞回曲线较为饱满,具有良好的耗能能力;等间距地增加蜂窝式耗能环阵列的径向厚度,可以提高蜂窝式梁柱节点框架的耗能能力和屈服后的变形能力;蜂窝式耗能环阵列法向厚度从H型钢梁腹板厚度增加到3倍H型钢梁腹板厚度时,蜂窝式梁柱框架试件的耗能能力显著提高。蜂窝式梁柱框架试件试验中蜂窝式耗能单元的破坏位置与蜂窝式梁柱框架试件有限元模型中应力分布较大的位置几乎完全吻合,符合实际情况。相较于传统钢结构梁柱抗震节点,蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点将梁柱焊缝处的脆性破坏转化为梁上特定位置的破坏,充分转移梁柱节点焊缝处的应力,蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。蜂窝式可替换塑性铰节点有效减少梁柱节点焊缝开裂现象,降低钢结构在大震下发生焊缝开裂而倒塌的几率,易于模块化工厂加工,显著提高施工效率,便于消防管道、电缆等设施的转向和穿线。

关键词：梁柱节点框架塑性铰蜂窝式耗能环耗能能力

ECC壳-RC组合墩柱抗震性能及塑性铰形成机制

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复合材料学报 2024年

作者：王瑾许维炳杜修力丁梦佳陈彦江方荣闫晓宇华北电力大学水利与水电工程学院国家开放大学理工教学部北京工业大学城市建设学部

为提升钢筋混凝土（RC）墩柱的抗震性能并充分利用工程水泥基复合材料（ECC）的力学性能，提出了ECC壳-RC组合墩柱的构造；基于ABAQUS有限元软件建立了现浇ECC壳-RC组合墩柱数值分析模型，并基于既有试验结果验证；进而探究了ECC节段高... 详细信息

为提升钢筋混凝土（RC）墩柱的抗震性能并充分利用工程水泥基复合材料（ECC）的力学性能，提出了ECC壳-RC组合墩柱的构造；基于ABAQUS有限元软件建立了现浇ECC壳-RC组合墩柱数值分析模型，并基于既有试验结果验证；进而探究了ECC节段高度、ECC壳厚度、纵筋配筋率、体积配箍率、轴压比等参数对组合墩柱抗震性能的影响规律。在此基础上，探讨了该型组合墩柱塑性铰形成机制。结果表明：相较于RC墩柱，ECC壳-RC组合墩柱的承载能力、延性和耗能能力均有所提高。增加ECC节段高度，组合墩柱的峰值荷载有所增加，ECC节段高度达到1.4h(截面高度)后组合墩柱的抗震性能接近全高度ECC墩柱的抗震性能；增加ECC壳厚度及纵筋配筋率可同时提高组合墩柱的峰值荷载及延性，ECC壳厚度达到1/5h后继续增加ECC壳厚度对提升组合墩柱抗震性能效果不明显；增加轴压比可使试件初始刚度和峰值荷载增加，但对延性产生不利影响；减小塑性铰区域的体积配箍率试件延性明显降低，而承载力变化不明显；组合墩柱的塑性铰形成机制受ECC壳-RC组合节段高度影响显著，存在一个组合节段临界高度使该组合柱的塑性铰区不发生转移。

关键词：抗震性能数值模拟 ECC壳 ECC壳-RC组合墩柱塑性铰

南崇铁路（60+100+60）m连续梁桥地震响应分析

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南崇铁路（60+100+60）m连续梁桥地震响应分析

作者：陈泽宇石家庄铁道大学

学位级别：硕士

桥梁工程是国家生命线工程,我国幅员辽阔,地形复杂,交通多依赖于桥梁。铁路桥梁对经济发展和抢险救灾起到重要作用,尤其是预应力混凝土连续梁桥,其具备安全性、经济性、跨度大且施工便捷的特点。然而此类桥梁自重大,地震作用时桥墩易发... 详细信息

桥梁工程是国家生命线工程,我国幅员辽阔,地形复杂,交通多依赖于桥梁。铁路桥梁对经济发展和抢险救灾起到重要作用,尤其是预应力混凝土连续梁桥,其具备安全性、经济性、跨度大且施工便捷的特点。然而此类桥梁自重大,地震作用时桥墩易发生弯曲、剪切破坏。因此,有必要研究预应力混凝土连续梁桥的地震响应及减隔震措施。本文以南宁至崇左铁路朝阳双线特大桥(60+100+60)m预应力混凝土连续梁桥为研究对象,使用有限元软件Midas Civil建立全桥模型,对模型进行动力特性分析、反应谱分析、时程分析以及摩擦摆减隔震支座参数敏感性分析,主要工作内容如下:(1)通过Midas Civil 2021建立两种模型(是否考虑桩-土作用),研究其周期和频率,对两模型的动力特性做比较。(2)运用反应谱分析法,将顺桥向和横桥向多遇地震分别作用在两种模型上,分别分析有无列车荷载工况,并对位移、内力等响应进行了对比分析。得出了多遇地震下桥梁处于弹性工作状态以及考虑桩土作用的必要性。(3)运用时程分析法,在多遇地震作用下,按规范对地震波进行选取和调幅,将所选的三条地震波在顺桥向和横桥向分别作用于考虑桩土作用的模型,进行时程分析并研究位移和内力响应,与反应谱分析法的响应结果进行对比。(4)运用时程分析法,在罕遇地震作用下,在各墩底建立塑性铰单元,对所选三条地震波进行调幅并输入到模型,对桥墩进行时程分析,分析了各墩塑性铰的发展,研究了竖向主筋配筋率和配箍率对桥墩延性的影响。发现增加桥墩竖向主筋配筋率可以提高桥墩延性。(5)在顺桥向罕遇地震作用下,研究了双曲面摩擦摆减隔震支座的曲率半径、摩擦系数对减隔震的影响。将使用摩擦摆减隔震支座与球型支座的地震响应进行对比分析,得出摩擦摆支座充分消耗了地震给桥梁结构的能量。

关键词：地震响应分析时程分析塑性铰摩擦摆减隔震支座

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聚乙烯醇纤维增强水泥复合材料板的冲切性能

复合材料学报 2021年第3期38卷 902-910页

作者：李安令张朝辉郭帅成朱德举湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082 上海城建市政工程(集团)有限公司上海200331

利用MTS试验机对聚乙烯醇纤维(PVA)/水泥复合材料板进行准静态冲切试验,研究了不同PVA纤维掺量对其破坏形态和承载力的影响。结果表明:掺入PVA纤维能够将水泥基板的破坏形态由脆性破坏转为延性破坏。PVA/水泥复合材料板的冲切极限荷载... 详细信息

利用MTS试验机对聚乙烯醇纤维(PVA)/水泥复合材料板进行准静态冲切试验,研究了不同PVA纤维掺量对其破坏形态和承载力的影响。结果表明:掺入PVA纤维能够将水泥基板的破坏形态由脆性破坏转为延性破坏。PVA/水泥复合材料板的冲切极限荷载和耗能能力均随PVA纤维掺量增加而增大,其中耗能能力的增大更显著。进一步采用Instron落锤冲击系统对PVA纤维体积分数为2vol%的PVA/水泥复合材料板进行动力冲切试验,研究冲切速度(2.0~4.2 m/s)对PVA/水泥复合材料板的破坏形态、初裂荷载、极限荷载、初始刚度及耗能性能的影响。结果表明:与准静态试验相比,冲切荷载作用下PVA/水泥复合材料板的极限荷载增大,而耗能减少;此外相对初裂荷载和耗能,极限荷载的冲切速度相关性最显著。基于上述结果,构建了纤维增强水泥复合材料四线型拉伸本构模型,并通过反算模型和塑性铰线方法对纤维增强水泥复合材料板的冲切力学性能进行模拟,并得到材料的本构参数。本研究可以为PVA/水泥复合材料的抗冲切设计提供技术支撑。

关键词：纤维增强水泥复合材料聚乙烯醇(PVA)纤维冲击载荷应力-应变响应塑性铰

新型预制节段拼装桥墩抗震性能及塑性铰区变形分析

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土木工程学报 2023年

作者：熊二刚巩忠文于顺尧时奇长安大学建筑工程学院

为探究采用两种不同连接方式（Fiber reinforced concrete (FRC)+锥套锁紧纵筋和Ultra-high performance concrete (UHPC)+纵筋错位搭接）预制节段拼装桥墩塑性铰性能，设计并制作了四组大比例缩尺（1:2.5）桥墩。通过拟静力试验，采用... 详细信息

为探究采用两种不同连接方式（Fiber reinforced concrete (FRC)+锥套锁紧纵筋和Ultra-high performance concrete (UHPC)+纵筋错位搭接）预制节段拼装桥墩塑性铰性能，设计并制作了四组大比例缩尺（1:2.5）桥墩。通过拟静力试验，采用数字图像相关（Digital Image Correlation，DIC）技术得到应变场和位移场，利用应变场和位移场捕捉并计算了四个桥墩试件塑性铰区的裂缝发展趋势和宽度。结果表明：在大比例尺试件上，采用DIC技术测量位移具有较高的可靠性。四个桥墩试件加载至中高水平荷载时塑性铰区位移呈现非线性变化，具有明显的塑性位移发展趋势；两种连接方式接缝处裂缝宽度约为其他部位的2-8倍，表明接缝处为预制节段拼装桥墩变形的主要集中区域。

关键词：节段拼装桥墩新型连接 DIC技术塑性铰

巷道支护管索组合结构剪切力学响应精细有限元分析

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岩石力学与工程学报 2024年

作者：单仁亮宋威张书鹏刘帅梁俊奇北方爆破科技有限公司中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院

为防止支护工程中锚索在剪切荷载下过早发生破断，一种将C型钢管与锚索进行组合的管索组合结构被提出，该结构抗剪增强机制尚未完全揭示。利用ABAQUS软件建立了管索组合结构的非线性有限元精细化模型，锚索钢绞线采用七股实际结构模型... 详细信息

为防止支护工程中锚索在剪切荷载下过早发生破断，一种将C型钢管与锚索进行组合的管索组合结构被提出，该结构抗剪增强机制尚未完全揭示。利用ABAQUS软件建立了管索组合结构的非线性有限元精细化模型，锚索钢绞线采用七股实际结构模型，并考虑各个组成部分的接触、失效等相互作用，对管索组合结构抗剪机制进行研究。结果表明：剪切初期，管索组合结构在剪切面位置剪力和对称分布弯矩作用下形成“S”形态弯曲及对称塑性铰，其后变形以塑性铰向远离剪切面方向扩展与中间段锚索的拉伸为主，最终管索组合结构失效原因为锚索以拉伸破断为主的拉剪复合破坏；随剪切荷载的增加，C型管在锚索弯曲变形范围内逐渐闭合，与锚索共同受力，增强整体结构抗弯刚度，C型管两端部发生开缝张开与整体扭转，与C型管中间段闭合变形相协调，C型管能够使结构与试块接触压力分布更为均匀，改善受力条件；试块界面局部混凝土处于三轴受压状态，随剪切荷载增加，试块内部形成逐渐扩大的承压区域，局部混凝土破碎失效，混凝土逐步破碎失效过程与管索组合结构塑性铰的扩展同步发生。

关键词：岩石力学双剪试验预应力锚索数值模拟塑性铰破断机制

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锁定方式对锚固节理剪切特性影响的试验研究

岩土力学 2021年第4期42卷 1056-1064,1087页

作者：郑罗斌王亮清朱林锋姜耀飞王斌中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 中南勘察基础工程有限公司湖北武汉430081

锚杆广泛运用于节理岩体的加固,为了探究锚固节理的剪切力学行为,在开展室内直剪试验的基础上研究了两端锁定和无锁定两种锁定方式对锚固节理剪切特性的影响,分析了法向应力、预应力对锚固节理抗剪强度的增强作用。试验过程中通过应变... 详细信息

锚杆广泛运用于节理岩体的加固,为了探究锚固节理的剪切力学行为,在开展室内直剪试验的基础上研究了两端锁定和无锁定两种锁定方式对锚固节理剪切特性的影响,分析了法向应力、预应力对锚固节理抗剪强度的增强作用。试验过程中通过应变片记录了锚杆各个监测点轴力的变化规律,研究了不同锁定方式下锚杆轴向受力机制。观测剪切试验完成后锚杆的变形特征,分析了法向应力对锚杆弯曲变形的影响。试验结果表明,两端锁定方式的应力-位移曲线呈现弹性阶段、弹塑性阶段、塑性硬化阶段3个阶段,无锁定方式的应力-位移曲线呈现弹性阶段、弹塑性阶段、塑性软化阶段3个阶段;锁定方式对锚固节理的抗剪强度及锚杆轴向变形有重大影响,两端锁定相较于无锁定更有利于发挥锚杆的抗剪作用。分析锚杆剪切试验后塑性铰位置可知,法向应力对锚杆塑性铰位置有重要影响,塑性铰点间的距离随法向应力的增加而减小。根据试验结果,提出了一种预测锚杆塑性铰位置的分析模型,新模型考虑了法向应力的影响,与试验结果吻合较好。

关键词：锚杆锚固节理剪切特性锁定方式塑性铰剪切试验

装配式可更换梁段腹板开孔削弱型节点滞回性能

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建筑科学与工程学报 2022年第1期39卷 25-35页

作者：郑宏苏耀烜尚永芳刘智超江力强长安大学建筑工程学院陕西西安710061 莆田学院东南沿海工程结构防灾减灾福建省高校工程研究中心福建莆田351100

为了使塑性铰出现在可更换梁段上的削弱处,提高节点的受力性能,提出了装配式可更换梁段腹板开孔削弱型节点,运用有限元软件ABAQUS对该新型节点展开循环荷载作用下的受力性能分析,探讨了腹板开孔半径、腹板开孔位置、梁端端板板厚和连接... 详细信息

为了使塑性铰出现在可更换梁段上的削弱处,提高节点的受力性能,提出了装配式可更换梁段腹板开孔削弱型节点,运用有限元软件ABAQUS对该新型节点展开循环荷载作用下的受力性能分析,探讨了腹板开孔半径、腹板开孔位置、梁端端板板厚和连接端板板厚对该新型节点滞回性能的影响。结果表明:梁腹板开孔半径对节点滞回性能的影响较为显著,开孔过大或者过小都会对节点的滞回性能造成不利影响,建议梁腹板开孔半径r=(0.225~0.25)h(h为梁截面高度);腹板开孔圆心至梁端端板距离l过小时,不利于保护端板焊缝,距离过大时节点破坏形式接近传统端板节点,无法实现塑性铰外移的目的,建议腹板开孔时l=(0.7~0.8)h;连接端板板厚与梁端端板板厚取值一致或适当减小,但不宜小于连接螺栓直径。

关键词：可更换梁段梁柱端板连接腹板开孔塑性铰滞回性能

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近场地震下简支梁桥搭接长度需求分析

世界地震工程 2023年第2期39卷 125-137页

作者：岳伟勤师新虎张来福苏小波贾宏宇中铁长江交通设计集团有限公司重庆401121 四川公路工程咨询监理有限公司成都610041 西南交通大学土木工程学院成都610031

随着交通网络向偏远地区辐射,桥梁结构会不可避免的出现靠近断层的情况,受到近断层地震动的影响显著。为了研究近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求,基于ANSYS平台建立了简支梁桥的弹塑性分析模型。通过动力响应分析、弹塑性分析和抗... 详细信息

随着交通网络向偏远地区辐射,桥梁结构会不可避免的出现靠近断层的情况,受到近断层地震动的影响显著。为了研究近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求,基于ANSYS平台建立了简支梁桥的弹塑性分析模型。通过动力响应分析、弹塑性分析和抗剪能力分析,探讨了近场地震动的脉冲效应对简支梁桥搭接长度的影响。研究表明:近场地震动的脉冲效应放大了结构的地震响应,脉冲型地震和非脉冲地震作用时的最大墩梁相对位移分别为115.1 cm和41.5 cm;两类地震作用时的最大剪力分别为1892.5 kN和1737.8 kN,最大剪力剪切强度比为0.82;当PGA≥0.4 g时,脉冲型地震作用下桥墩底部塑性铰区的最大转角超过极限转角,桥墩发生破坏,而非脉冲型地震PGA=1.0 g时的塑性铰转角小于极限转角;当PGA=1.0 g时,塑性铰破坏前墩梁相对位移为37 cm,占规范搭接长度的41.8%,近场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求满足规范要求。

关键词：近场地震动塑性铰搭接长度脉冲特性弹塑性分析