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自复位装配式RC框架结构基于能量平衡的抗震塑性设计方法

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建筑结构学报 2024年第6期45卷 192-202页

作者：马立成史庆轩王秋维王朋王斌西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

为了解决装配式混凝土框架结构节点连接薄弱、损伤机制不可控、耗能能力不足、震后难以修复等问题,针对带有可控塑性铰(CPH)的自复位装配式混凝土框架结构(SC-PRCF),基于能量平衡的抗震设计理念,考虑自复位结构体系滞回行为与理想弹塑... 详细信息

为了解决装配式混凝土框架结构节点连接薄弱、损伤机制不可控、耗能能力不足、震后难以修复等问题,针对带有可控塑性铰(CPH)的自复位装配式混凝土框架结构(SC-PRCF),基于能量平衡的抗震设计理念,考虑自复位结构体系滞回行为与理想弹塑性结构体系的差异,以及结构上部楼层塑性发展不充分等因素,参照可恢复功能防震结构的四水准抗震设防目标,提出了SC-PRCF结构抗震塑性设计方法。并设计了一榀7层SC-PRCF结构,同时按照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计了一榀7层现浇混凝土框架(RCF)结构作为对比。通过动力弹塑性分析,验证了抗震塑性设计方法的有效性和SC-PRCF结构性能的优越性。研究结果表明:按照抗震塑性设计方法可使SC-PRCF结构满足“小震及中震不坏、大震可修复、可更换、巨震不倒塌”的抗震设防目标,同时可获得“强柱弱梁”的破坏模式,实现了渐进屈服耗能,使全楼层均能参与能量耗散,且能延长失效路径,避免出现薄弱层。

关键词：装配式混凝土框架结构自复位可控塑性铰塑性设计抗震性能残余变形

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考虑残余变形的SMA棒材数值模拟方法研究

振动与冲击 2023年第20期42卷 148-157,187页

作者：俞昊然李维滨南通四建集团有限公司江苏南通226300 东南大学土木工程学院南京211189

为了模拟实际情况中超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)棒材在循环拉伸荷载作用下的残余应变,解决SMA棒材在自复位体系中应用时结构的自复位性能数值模拟结果偏于理想的问题,提出了一种可以考虑残余变形的SMA棒材数值模拟方法... 详细信息

为了模拟实际情况中超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)棒材在循环拉伸荷载作用下的残余应变,解决SMA棒材在自复位体系中应用时结构的自复位性能数值模拟结果偏于理想的问题,提出了一种可以考虑残余变形的SMA棒材数值模拟方法。采用基于唯象理论的Auricchio本构模型,对4个超弹性SMA棒材算例进行有限元模拟,在此基础上,采用材料置换的思路,以等效弹塑性金属的塑性变形来反映SMA棒材受力后的残余变形,给出了具体的SMA棒材残余变形有限元模拟方法,并根据试验数据对模拟结果进行了验证。研究结果表明,基于Auricchio本构模型的SMA棒材有限元模拟结果无法表现材料的残余变形,而采用所提出的可以考虑残余变形的SMA棒材数值模拟方法能够较好地反映SMA棒材包括残余应变在内的各项力学性能。

关键词：形状记忆合金(SMA) 残余变形数值模拟超弹性效应自复位循环拉伸试验

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考虑残余变形的台阶式岩质边坡震裂累积效应

岩石力学与工程学报 2022年第8期41卷 1581-1594页

作者：冯文凯信春雷李文惠杨飞廖军成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 成都理工大学环境与土木工程学院四川成都610059

高烈度地震区的岩质边坡内部节理裂隙较为发育,且分布随机性大。多期强震作用造成岩体结构进一步的破坏,形成震裂岩体边坡并继续发生变形破坏。因此,研究台阶式岩质边坡在多次强震作用下的震裂累积效应对于分析边坡的地震稳定性具有重... 详细信息

高烈度地震区的岩质边坡内部节理裂隙较为发育,且分布随机性大。多期强震作用造成岩体结构进一步的破坏,形成震裂岩体边坡并继续发生变形破坏。因此,研究台阶式岩质边坡在多次强震作用下的震裂累积效应对于分析边坡的地震稳定性具有重要意义。通过大型振动台模型试验分析台阶式岩质边坡的动力位移响应状态,重点研究台阶式岩质边坡的震裂累积效应。通过基线偏移量表征边坡的残余变形,坡表发生的最终破坏是残余变形与激振动力变形共同作用的结果。提出用残余变形率分析台阶式岩质边坡的震裂累积效应,并利用阿里亚斯强度放大率验证残余变形率在分析强震造成岩质边坡出现震裂累积效应的适用性。结果表明:残余变形率充分考虑了持续的残余变形和地震动力的共同影响,能够更清楚地辨识边坡不同的地震动力破坏阶段、分析边坡的震裂累积效应。台阶式岩质边坡在地震动力作用下的变形破坏从局部开始,特别是台阶平台的内部折线处以及坡顶,均是最易萌生初始裂缝的部位。基于残余变形率和阿里亚斯强度能量的分析,边坡的震裂累积过程包含缓慢变形、加速变形和失稳破坏3个阶段。2种分析方法可以交互使用,实现更精准的边坡动态变形预测,为边坡的抗震设防方案提供可靠的依据。

关键词：边坡工程台阶式岩质边坡振动台试验地震动位移响应残余变形震裂累积效应

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隔震结构震后复位能力研究

工程科学与技术 2023年第5期55卷 5-13页

作者：王斌张展宏陈鹏朱松晔戴靠山四川大学土木工程系四川成都610207 四川大学灾后重建与管理学院四川成都610041 香港理工大学土木及环境工程系中国香港999077

隔震结构由于隔震层的刚度较小,结构的变形绝大多数集中在隔震层。在强震作用下,隔震装置虽然能够很好地满足大变形的需求,但是变形结束后,在某些地震作用下隔震装置很难自动复位到初始状态。隔震层明显的残余变形可能会导致主体结构正... 详细信息

隔震结构由于隔震层的刚度较小,结构的变形绝大多数集中在隔震层。在强震作用下,隔震装置虽然能够很好地满足大变形的需求,但是变形结束后,在某些地震作用下隔震装置很难自动复位到初始状态。隔震层明显的残余变形可能会导致主体结构正常使用功能的中断,难以保证隔震装置在多次余震或未来地震中继续发挥作用,并且在震后难以修复到初始位置。基于此,本文对比分析当前设计规范中对隔震支座复位能力的规定;以超弹性形状记忆合金(SMA)良好的变形自恢复能力为基础,结合铅芯橡胶隔震支座(LRB),提出自复位隔震支座(SMA-LRB);通过压剪往复加载试验,对比传统LRB与SMA-LRB的力学行为;对基于不同规范限值的LRB及SMA-LRB的单自由度体系进行非线性时程分析。结果表明:SMA-LRB具有良好的自复位能力;在满足规范设计的情况下,LRB隔震体系在震后仍可能出现较大的残余变形;残余变形值与隔震层的最大变形值无直接关系,在中等地震作用下(如设防烈度地震)可能更容易出现残余变形;SMA-LRB隔震体系增强了隔震结构震后的复位能力,能有效减小震后残余变形。

关键词：隔震结构铅芯橡胶支座自复位形状记忆合金残余变形正常使用功能

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预压碟簧自复位黏滞阻尼器受力性能试验研究

建筑结构学报 2023年第8期44卷 65-75页

作者：严鑫舒赣平刘汶津郑宝锋东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室江苏南京211189 东南大学土木工程学院江苏南京211189 南京大德减震科技有限公司江苏南京211103

针对自复位支撑耗能能力不足的问题,提出了适用于自复位支撑框架结构的预压碟簧自复位黏滞阻尼器,介绍了该自复位黏滞阻尼器的构造方案、工作原理以及理论恢复力模型,分别对自复位黏滞阻尼器的碟簧自复位系统和黏滞耗能系统进行了性能测... 详细信息

针对自复位支撑耗能能力不足的问题,提出了适用于自复位支撑框架结构的预压碟簧自复位黏滞阻尼器,介绍了该自复位黏滞阻尼器的构造方案、工作原理以及理论恢复力模型,分别对自复位黏滞阻尼器的碟簧自复位系统和黏滞耗能系统进行了性能测试,并将两个系统集成为一个整体阻尼器,对其开展力学性能试验研究。研究结果表明:设计的自复位黏滞阻尼器集成了碟簧自复位系统和黏滞耗能系统的优势,具有典型的旗帜形滞回特征,其耗能能力随着加载速率的增大而增大;加载过程中由于黏滞阻尼力的存在而产生的残余变形随着碟簧自复位系统初始预压力的增大而减小,加载结束时该残余变形基本消除。该阻尼器实现了在高加载速率下增强耗能、在低加载速率下提升自复位性能的性能目标。所提出的自复位黏滞阻尼器恢复力模型与试验结果吻合较好。

关键词：自复位黏滞阻尼器碟簧受力性能残余变形恢复力模型

翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架抗震性能试验研究

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建筑结构学报 2023年第6期44卷 138-147,159页

作者：姜子钦牛子尧张爱林康轶涛杨晓峰北京工业大学城市建设学部北京100124 北京工业大学北京市高层和大跨度预应力钢结构工程技术研究中心北京100124 北京建筑大学北京未来城市设计高精尖创新中心北京100044

为实现震后快速修复,提出一种翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架,由带悬臂梁段圆钢管柱、中间梁段及两者之间的梁柱节点连接装置组成。该框架拟通过节点域翼缘盖板的塑性变形或滑移进行耗能,从而确保梁柱等主要构件保持弹性,实现框... 详细信息

为实现震后快速修复,提出一种翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架,由带悬臂梁段圆钢管柱、中间梁段及两者之间的梁柱节点连接装置组成。该框架拟通过节点域翼缘盖板的塑性变形或滑移进行耗能,从而确保梁柱等主要构件保持弹性,实现框架的震后快速修复。通过对4榀框架的低周循环荷载试验,分析框架的承载能力和破坏模式、研究翼缘盖板厚度、单侧螺栓列数、初始残余变形以及加载制度等因素对框架抗震性能的影响规律。结果表明:提出的装配式钢框架具有良好的承载能力和耗能能力,加载过程中框架的塑性损伤主要集中在翼缘盖板,具备震后快速修复的必要条件;经过多次修复且带有残余变形的钢框架极限荷载较原框架降低约0.1%,总耗能量降低约1.08%,仍然具有良好的承载与耗能能力;钢框架平均单次加载循环耗能量降低约0.8%,低周疲劳性能稳定,具有良好的抵御余震能力。

关键词：装配式钢框架可恢复功能翼缘盖板外置低周循环加载残余变形抗震性能

地震-风耦合作用下钢框架-自复位支撑筒结构性能研究

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工程力学 2022年第11期39卷 186-195页

作者：徐龙河刘媛媛谢行思北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

基于自回归模型分别模拟重现期为1年、10年和50年下不同高度处的风荷载时程,并与不同峰值加速度的地震动记录进行组合,对一布置预压碟簧自复位耗能(PS-SCED)支撑的50层钢框架-自复位支撑筒结构在地震-风耦合作用下的性能进行研究。结果... 详细信息

基于自回归模型分别模拟重现期为1年、10年和50年下不同高度处的风荷载时程,并与不同峰值加速度的地震动记录进行组合,对一布置预压碟簧自复位耗能(PS-SCED)支撑的50层钢框架-自复位支撑筒结构在地震-风耦合作用下的性能进行研究。结果表明:在地震-风耦合作用下,风荷载强度的增大对结构层间位移角的增大效果并不显著,结构层间位移角主要由地震动强度控制;风荷载强度越大,结构层间变形集中程度越小;地震动强度越小,风荷载对结构基底剪力影响越显著;地震动强度越大,地震-风耦合作用下结构各层加速度放大系数与地震单独作用下的结果差异越显著;PS-SCED支撑在地震-风耦合作用下能充分发挥耗能能力,有效保护主体结构,其良好的自复位特性能有效减小结构的残余变形。

关键词：地震-风耦合作用自复位支撑高层钢结构残余变形耗能能力

先期振动对高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响

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中国公路学报 2022年第6期35卷 230-239页

作者：刘平刘汉龙孟敏强杨贵肖杨鲁东大学土木工程学院山东烟台264025 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 重庆大学土木工程学院重庆400045 西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 河海大学土木与交通学院江苏南京210098

先期振动对土石坝地震变形影响显著。通过开展不同先期动应力作用下的动三轴试验,研究了先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响。结果表明:先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的弹性轴应变无明显影响,但显... 详细信息

先期振动对土石坝地震变形影响显著。通过开展不同先期动应力作用下的动三轴试验,研究了先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料动变形特性的影响。结果表明:先期振动对未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的弹性轴应变无明显影响,但显著降低了其塑性轴应变;未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料的残余变形在先期振动影响下显著减小,与未经受先期振动的试样相比,先期动应力为40%围压的试样,最大残余剪应变降低幅度和最大残余体应变降低幅度的平均值分别为48.1%和42.0%;先期动应力为80%围压的试样,最大残余剪应变降低幅度和最大残余体应变降低幅度的平均值分别为80.9%和71.6%。先期动应力幅值越大,再次经历动应力时未加固堆石料和高聚物胶凝堆石料产生的残余变形越小,抵抗变形能力提高越明显。最大残余变形的降低幅度与固结比、围压及高聚物含量无关。随后修正了沈珠江动残余变形模型,修正后的残余变形模型可以反映高聚物对堆石料残余剪应变和残余体应变的影响。与未经受先期振动的试样相比,先期动应力为40%围压的高聚物胶凝堆石料(高聚物质量比R=2%)的改进残余变形模型参数c和c分别降低了27.7%和61.2%;先期动应力为80%围压的高聚物胶凝堆石料(R=2%)的改进残余变形模型参数c和c分别降低了68.8%和79.3%。

关键词：道路工程高聚物胶凝堆石料动三轴试验残余变形先期振动

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碟簧自复位防屈曲支撑滞回性能试验与模拟

哈尔滨工程大学学报 2022年第10期43卷 1424-1432页

作者：丁玉坤刘洋涛哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

为减小防屈曲支撑的残余变形,本文将防屈曲支撑和预压组合碟簧复位系统并联形成新型组装自复位防屈曲支撑。通过拟静力试验和数值模拟考察了构造和复位比率对支撑滞回性能的影响。试验和模拟均表明:与防屈曲支撑相比,自复位防屈曲支... 详细信息

为减小防屈曲支撑的残余变形,本文将防屈曲支撑和预压组合碟簧复位系统并联形成新型组装自复位防屈曲支撑。通过拟静力试验和数值模拟考察了构造和复位比率对支撑滞回性能的影响。试验和模拟均表明:与防屈曲支撑相比,自复位防屈曲支撑滞回曲线呈旗帜形且残余变形大幅减小;支撑断裂前滞回曲线稳定,试验与模拟结果较一致。复位系统不仅能提供复位力,且可补充耗能。随复位比率的增大,支撑残余位移减小。1/50 侧移角下,当复位比率 α大于 1.1 时,残余变形几乎消失。为改善支撑低周疲劳性能和复位效果,钢板支撑宜采用较长的屈服段。分析表明:总体上,当0.3≤α≤1.1 时,支撑残余侧移角与复位比率间呈线性关系。复位系统内的内外螺杆的初拉力可适度调整自复位支撑受拉侧的初始刚度。

关键词：防屈曲支撑自复位组装构造碟簧滞回性能残余变形试验数值模拟