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屈曲约束支撑抗震性能试验研究

建筑结构 2014年第18期44卷 71-78页

作者：李国强孙飞飞邓仲良郭小康金华建同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院建筑工程系上海200092 中国建筑设计研究院北京100044

依据不同设计准则分别采用国产热轧Q235B,BLY225两种钢材设计了三种截面形式的TJ型屈曲约束支撑构件。通过低周往复加载试验,研究了该类构件的滞回曲线、骨架曲线、累计塑性应变、附加等效阻尼比以及支撑核心区相对长度对其抗震性能的... 详细信息

依据不同设计准则分别采用国产热轧Q235B,BLY225两种钢材设计了三种截面形式的TJ型屈曲约束支撑构件。通过低周往复加载试验,研究了该类构件的滞回曲线、骨架曲线、累计塑性应变、附加等效阻尼比以及支撑核心区相对长度对其抗震性能的影响。试验结果表明,该类型屈曲约束支撑滞回曲线饱满,具有稳定的受力特性和优良的延性及低周疲劳性能。根据试验构件的滞回曲线提出了基于Bouc-Wen模型的修正滞回模型,该模型的拟合滞回曲线与试验结果吻合较好。

关键词：屈曲约束支撑低周往复荷载屈服荷载累计塑性应变相对塑性区长度拉压不对称

循环荷载作用下兖石线膨胀土的动力特性试验研究

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循环荷载作用下兖石线膨胀土的动力特性试验研究

作者：陈强西南交通大学

学位级别：硕士

当今我国铁路事业发展迅速,以列车提速和新建高速铁路作为新的发展方向,其中众多线路需穿越膨胀土分布的地段。膨胀土作为铁路路基,在列车长期循环荷载和水的作用下其强度、变形、稳定问题难以保证,给铁路健康运营埋下了安全隐患。本文... 详细信息

当今我国铁路事业发展迅速,以列车提速和新建高速铁路作为新的发展方向,其中众多线路需穿越膨胀土分布的地段。膨胀土作为铁路路基,在列车长期循环荷载和水的作用下其强度、变形、稳定问题难以保证,给铁路健康运营埋下了安全隐患。本文以此为背景,选取兖石线膨胀土作为研究对象,研究了循环荷载作用下含水率、振动频率、围压、动应力对膨胀土动强度、临界动应力、累计塑性应变、累计孔压等动力特性的影响,主要研究成果如下:(1)膨胀土累计塑性应变与循环次数的关系曲线呈现典型的三种形态:稳定型、临界型及破坏型,本文建议临界动应力取稳定型曲线下的最大动应力。(2)含水率显著影响膨胀土的动强度、临界动应力,两者均随含水率的增加而减小;围压为50kPa时,含水率从15%到饱和状态下,临界动应力从520kPa减小到40kPa,衰减率高达92.3%,因此雨季应限速车行;临界动应力与饱和度之间存在一条临界状态线,可以判断土体处于稳定、临界、还是破坏状态。(3)非饱和土试验中,临界动应力、动强度随频率的增大而显著增大,其中临界动应力与频率呈线性关系;而在饱和膨胀土试验中,频率对动强度和临界动应力的作用效果却很微弱。(4)基于Monismith应变模型,建立了考虑动应力幅值、围压以及循环次数等因素的破坏型累计塑性应变经验拟合模型;建立的累计塑性应变-累计孔压经验模型可用于长期循环荷载作用后,根据土体累计塑性应变值预测孔压值。

关键词：膨胀土循环荷载动强度临界动应力累计塑性应变累计孔压

青岛地区含黏粒砂土动力特性及累计变形试验研究

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青岛地区含黏粒砂土动力特性及累计变形试验研究

作者：宋晓丽青岛理工大学

学位级别：硕士

青岛地区典型含黏粒砂土层地基在长期循环列车荷载作用下,会严重影响路基稳定性能和铁路运营的安全。国内外许多学者研究了循环荷载作用下软弱土层,砂土的动力特性和永久变形,积累了丰富的研究成果和经验,但鲜少有循环列车荷载作用下含... 详细信息

青岛地区典型含黏粒砂土层地基在长期循环列车荷载作用下,会严重影响路基稳定性能和铁路运营的安全。国内外许多学者研究了循环荷载作用下软弱土层,砂土的动力特性和永久变形,积累了丰富的研究成果和经验,但鲜少有循环列车荷载作用下含黏粒砂土动力特性以及变形机理方面的研究。本论文主要基于GDS共振柱,研究有效围压、干密度、黏粒含量等对含黏粒动力特性G-γ、D-γ曲线、剪切波速的影响;基于GDS动三轴等试验仪器,研究循环列车荷载作用下,循环振次、振动频率、有效围压等对含黏粒砂土的永久变形的影响。主要研究内容及试验结果如下:（1）通过福建标准砂和马来西亚高岭土制作试验重塑土样,进行室内试验,测试其物理力学性质。试验结果显示:马来压西高岭土属于中等压缩性土,具有极低的渗透性。（2）含黏粒砂土层动剪切模量随应变的增加而减小,随干密度、有效围压的增加而增加,随黏粒含量的增加而减小;含黏粒砂土阻尼比随应变的增加而增加,随黏粒含量的增加而增加;含黏粒砂土随着动应变的增加,围压与阻尼比的关系并不明确,但有增加的趋势;在小应变情况下,含黏粒砂土的阻尼比随干密度的变化情况不明显,但随着应变的增加,有增长趋势;Hardin-Drnevich模型能较好的拟合G-γ曲线;剪切波速随有效围压、干密度的增加而增加,随黏粒含量的增加有先降低后增加的趋势。（3）对比含黏粒与无黏粒砂土:在不同围压下动应变随动剪切模量的变化趋势一致,无黏粒砂土的动剪切模量要高于含黏粒砂土的动剪切模量;青岛地区含黏粒砂土的阻尼比随围压、干密度和黏粒含量的增加而增加,含黏粒与无黏粒砂土阻尼比与动应变的变化趋势一致,含黏粒砂土的阻尼比高于无黏粒砂土的阻尼比。归一化后的试验点的走势与归一化之前变化趋势一致;无黏粒砂土较含黏粒砂土离散范围小;且随着动应变的增加,动剪切模量比由线性向非线性转换。（4）青岛地区不同含黏粒砂土层根据各土层的累计应变增长趋势,将第五层、第十二层归为稳定性含黏粒砂土层,将第九层含黏粒砂土层定义为临界型。含黏粒砂土层累计变形过程可以分为两个阶段:第一个阶段为振次0～2000次,轴向累计应变的发展最快,累计应变可以达到最终总变形量60%～80%,第二阶段,振次超过2000次后,累计应变增长速度变缓。累计应变和孔压比随随振次的增加而增加,随有效围压、振频的增加而减小;对比Barksdale模型、Monismith模型,发现Barksdale模型对实验数据的拟合效果更好。

关键词：循环荷载含黏粒砂土动剪切模量剪切波速阻尼比累计塑性应变

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动载作用下软黏土的变形特性及微观机理研究

动载作用下软黏土的变形特性及微观机理研究

作者：孙晓芳天津大学

学位级别：硕士

由于沿江沿海地区城市轨道交通建设的大量需求,和软黏土地基在运营期出现的过大沉降,软黏土地基沉降控制是工程中亟待解决的关键问题。明确软黏土在动载作用下的变形特性和微观机理是实现沉降控制目标的前提,因此,需要开展系统的基础理... 详细信息

由于沿江沿海地区城市轨道交通建设的大量需求,和软黏土地基在运营期出现的过大沉降,软黏土地基沉降控制是工程中亟待解决的关键问题。明确软黏土在动载作用下的变形特性和微观机理是实现沉降控制目标的前提,因此,需要开展系统的基础理论研究。本文以天津滨海地区饱和原状软黏土为对象,通过GDS动三轴试验,分析不同动载模式下软黏土的变形特征。基于宏观动三轴试验,进行扫描电镜试验(SEM)和压汞测试(MIP),研究软黏土在循环动载作用下的微观结构特征。采用灰色关联分析法量化求得宏、微观参数之间的关联度,引入应变发展指数模型,建立累计塑性应变计算公式。具体的研究成果如下:动三轴试验表明,累计塑性应变发展模式可分为发展型和稳定型。相同振次下,动应力比越大,累计塑性应变越大,初始残余应变越大,残余应变随振次的降低更明显。振动频率越低,初始残余应变越大,随振次的降低也越快,且发展模式对频率较为敏感,低频动载作用下,应变发展从稳定型变为发展型。动应力比较大时,土样呈现轻微应变硬化特征;动应力比较小时,为应变软化型。振动频率对动弹模变化指数的终值影响不大,低频振动时动弹模初期衰减明显。天津滨海地区软黏土整体呈絮凝状结构,黏土片堆叠团粒占比例较大。低振次下,块状颗粒发生磨损,部分团粒破碎,造成圆度上升,分维数下降,尺寸减小,排布随机。小孔隙和微孔隙的数量变多,孔隙形态复杂程度升高。高振次下,颗粒向镶嵌接触状态转变,定向性增强,形状扁平,圆度下降,形态分维数下降,尺寸增大。孔隙被压缩挤密,形态复杂程度降低,总体积下降且排布趋于一致。颗粒的平均粒径随动应力比增大而增大,随振动频率增大而减小。单纯地增大应力水平会降低孔隙比,随着振动频率增大,孔隙体积的下降程度有所减弱。通过灰色关联分析可知,微观单元的平均孔径、平均粒径和孔隙形态分维均对累计塑性应变产生影响。在应变计算指数模型的基础上,建立引入微观结构参数的实用累计塑性应变计算公式。

关键词：软黏土动三轴试验累计塑性应变微观结构参数关联度

干湿循环作用下路基土体动力特性及细观损伤演化

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干湿循环作用下路基土体动力特性及细观损伤演化

作者：李志超湖北工业大学

学位级别：硕士

随着我国重载高速铁路的快速发展,铁路路基在长期使用过程中基础结构维护日益引起重视。铁路路基作为承载上部荷载的重要结构,在干湿循环和列车荷载的共同作用下,其性能会发生较大变化,因而备受关注。为此,本文首先研究了干湿循环作用... 详细信息

随着我国重载高速铁路的快速发展,铁路路基在长期使用过程中基础结构维护日益引起重视。铁路路基作为承载上部荷载的重要结构,在干湿循环和列车荷载的共同作用下,其性能会发生较大变化,因而备受关注。为此,本文首先研究了干湿循环作用对路基土体变形的影响。然后通过动三轴试验,对不同干湿循环次数、循环幅度作用下试样累计塑性应变、动弹性模量、动应力-动应变等动力特性发展规律进行了研究。基于试验数据建立了考虑干湿循环效应的土体累计塑性应变预估模型,并对10次循环荷载后土体累计塑性应变进行了探讨。在干湿循环-动荷载前后对试样分别进行了电阻率测试、CT扫描,分析了试样的电阻率变化规律,通过CT图像二值化、灰度统计和三维重建分析,研究了干湿循环-动荷载作用下试样的细观损伤演化规律。本文主要结论如下:(1)相同干湿循环幅度下,试样的尺寸变化随着干湿循环次数增长趋于稳定;相同干湿循环次数下,试样的尺寸变化随着干湿循环幅度增长而越明显。干湿循环对试样体积的影响非常小。试样在经历6次干湿循环后,在达到平衡含水率(EMC)时,体积最大增长1.06%。(2)干湿循环-动荷载过程中,试样变形主要发生在前10次循环荷载,其变化较大且不可恢复,而后缓慢增长。试样的累计塑性应变随着循环幅度上升而上升,随着干湿循环次数的上升而上升。动弹性模量在振动开始时呈现上升趋势,10次循环荷载过后,高动应力幅值(120kPa)、高干湿循环幅度(EMC±5%)条件下累计塑性应变增速变缓;在低干湿循环幅度(EMC±1%)条件下,干湿循环作用改善了土体性能,动弹模随循环荷载次数增加呈现缓慢上升趋势。对累计塑性应变拟合结果表明,衰减型曲线适用于本试验试样的动变形预估。(3)试样电阻率在干湿循环-动荷载过程中呈现下降趋势,干湿循环作用对土体电阻率降低作用明显,电阻率最大减小43.9%,动荷载过后电阻率进一步减小,但减小速率下降。较之干湿循环,动荷载后,电阻率最大减小33.12%。(4)CT图像分析结果表明,干湿循环阶段试样的裂隙大量萌发增长,且从土体表面向内部延伸发展;动荷载导致试样内部微裂隙闭合消失,贯通性裂隙体积下降,但高动应力幅值作用会加剧试样结构损伤发展。从灰度分析来看,干湿循环作用导致土体内部密度下降,灰度分布离散性增大,振动荷载一定程度压实了土体,提高了试样密度。

关键词：干湿循环动荷载累计塑性应变电阻率 CT 损伤演化