玻璃球动弹性模量特性试验和数值模拟研究

堆石料颗粒形状较为复杂,且存在明显的颗粒破碎特征。为剔除颗粒形状对堆石料动力特性的影响,在不考虑颗粒破碎的情况下,采用玻璃球模拟堆石料进行动三轴试验,分析了试验围压对玻璃球动弹性模量的影响。基于动三轴试验成果,开展了细观数值模拟研究。研究表明：玻璃球的动弹性模量变化规律与堆石料的基本一致;三维颗粒流方程能较好地模拟该材料的动弹性模量特性;随着粗细颗粒直径跨度增大,试样级配关系增强,最大动弹性模量随之增大;细颗粒直径变小和粗颗粒直径变大都将引起最大动弹性模量的增大。试样的动弹性模量随着细观剪切模量的增大而增大,近似为幂函数关系,动应变降低。     

基于多弹簧模型的钢框架结构三维弹塑性地震反应分析

文章提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型的空间梁柱单元,用于反复加载下钢构件的数值模拟。应用多轴应力状态下的塑性应力-应变关系理论,在单元模型中考虑了弹塑性区域剪切变形对单元的弹塑性刚度的影响,针对单元模型的塑性区长度和弹簧布置两个参数,文中给出了合理建议取值。数值模拟分析表明,所提出的单元模型能够很好地模拟钢构件的弹塑性性能。在此基础上,以多高层钢结构商业设计软件MTS为平台,进行三维钢框架结构弹塑性动力时程分析模块的开发。最后,文章对一纯钢框架结构足尺振动台试验进行数值模拟,模拟分析结果表明,本文所提出的多弹簧单元模型及开发的动力分析模块能够较好地模拟钢结构在地震作用下的弹塑性性能。     

砂土液化大变形本构模型的三维化及其数值实现

基于砂土液化大变形机理和适用于二维条件的边界面弹塑性本构模型,发展了符合三维应力空间中边界面和剪胀面上的应力映射规则,建立了三维应力空间中砂土液化大变形本构模型.针对模型特点采用半显式的Cutting Plane算法进行应力积分,并采用Pegasus求根算法根据映射规则计算边界面上的应力映射点,在OpenSees开源有限元平台上实现了三维模型的数值化.结合完全耦合的u-p格式有限元单元,对饱和砂土不排水循环扭剪试验进行了模拟,并进行了一个真三维倾斜地基的动力反应分析.计算结果表明模型和所采用的数值算法具有很好的模拟和分析三维条件下砂土液化后大变形的能力.     

基于等效框架模型的砌体结构抗震模拟及验证

等效框架模型采用宏观模型来模拟砌体墙在平面内的抗震性能。砌体墙的墙柱和墙梁采用同时考虑轴向弯曲和剪切变形的基于力法的纤维截面进行模拟,且两者的连接视为刚性区域。轴向压缩及弯曲效应在截面纤维模型中考虑,而剪切效应由V-γ剪切恢复力模型表达,弯曲和剪切在单元层面进行耦合。通过统计和分析,确定骨架曲线的计算方法,并基于Ibarra-Krawinkler模型提出剪切恢复力模型。通过算例得出:该模型在单调加载和循环加载下的数值计算结果与试验结果均吻合较好。     

循环荷载下不锈钢力学性能建模方法

为研究不锈钢在循环荷载下的力学性能建模方法,基于OpenSees数值分析平台模拟国内外学者完成的奥氏体不锈钢和双相型不锈钢试件循环加载试验结果,以及配置奥氏体不锈钢的节段拼装桥墩拟静力试验结果。模拟结果与试验结果的对比表明：模拟得到的不锈钢循环加载下的应力-应变滞回曲线与试验结果吻合良好,数值模型可预测奥氏体不锈钢和双相型不锈钢在不同循环加载方式下的响应。不锈钢在单调加载与循环加载下的力学性能有较大区别,应分别建模和取值。配置奥氏体不锈钢的摇摆-自复位节段拼装桥墩滞回性能模拟结果与试验结果吻合较好,进一步验证了不锈钢力学性能建模方法的准确性。     

基于SAP模型的预制装配式钢筋混凝土框架结构的推覆分析

为了研究预制装配式钢筋混凝土框架结构的地震响应,本文根据欧洲研究课题组在最新的实验研究中所采用的往复加载试验模型,利用SAP2000结构分析软件建立数值模型对结构进行推覆分析.结构中的柱子构件在地震力的作用下将产生非线性变形,这种非线性变形的特性是由塑性铰和非线性连接来实现的.本文对于塑性铰与非线性连接的材料属性的评估过程也进行了详细的论述.推覆分析结果与往复试验数据的比较表明,本文提出的推覆分析模型可以较好地模拟预制框架结构的受力和变形过程,对结构的抗震性能有较准确的预测,为数值模型进行结构抗震性能分析提供了依据.     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的动力性能分析

地震作用在混凝土结构上会在其材料中产生较高的应变率,混凝土材料具有一定的率敏感性,准确模拟混凝土结构在地震作用下的反应需采用混凝土动态本构模型。为评估ABAQUS有限元软件中的混凝土损伤塑性模型模拟混凝土动力性能的能力,采用该模型对混凝土材料和构件在不同加载速度下的动态反应进行了有限元数值分析。结果表明,随着加载速度的提高,混凝土的抗压强度提高,下降段坡度增大,混凝土梁的承载能力提高,模拟结果与相关试验结果吻合较好;该混凝土损伤塑性模型可以模拟混凝土材料和构件的主要动力特性,但也存在不足之处。     

一种新型变形可恢复SMA阻尼器力学性能的研究

利用形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称"SMA"）丝材的超弹性与复位弹簧特性,开发出一种新型变形可恢复SMA阻尼器,以增强其变形可恢复的能力。同时,为了解决SMA丝材在实际工程中锚固难的问题,提出了一种新型可调节夹具,不仅解决了SMA丝材的不易锚固问题,而且增强了调节预应变的能力。对所提出的新型SMA阻尼器进行了循环加载试验研究和数值仿真分析,探讨不同加载频率及位移幅值对其力学性能的影响,建立了恢复力模型。结果表明:新型SMA阻尼器在循环荷载作用下滞回性能稳定,具有良好的耗能性能;内置弹簧对新型SMA阻尼器变形可恢复能力有较大帮助。基于所建立恢复力模型的数值模拟结果与试验结果符合情况很好,验证了阻尼器恢复力力模型的正确性。     

钢筋混凝土构件率相关恢复力模型研究

通过钢筋混凝土构件的动态试验,研究不同加载速率下的钢筋混凝土梁柱力学特性。考虑屈服强度、极限强度和刚度的动力效应,引入损伤因子,并考虑混凝土损伤对卸载刚度的影响,建立了钢筋混凝土构件率相关的三折线恢复力模型。利用有限元分析软件模拟钢筋混凝土构件的动态试验,对比模拟结果与试验结果得出：考虑应变率效应和混凝土损伤对卸载刚度的影响,能够更好地反映构件的动力特性。对一平面框架结构模型进行不同加载速率下的动态分析,研究加载速率对结构动力反应的影响,结果表明,随着加载速率的增大,结构模型各构件的强度和刚度增大,结构模型整体抗侧移刚度增强,水平位移减小。     

开挖过程中遮帘式板桩码头结构变形二维数值模拟

借助大型通用有限元软件ABAQUS,以京唐港区32#通用散货泊位为工程实例,根据现场原型观测试验,对代表性断面进行选取、简化,建立相应的二维模型进行数值模拟计算,给出了遮帘式板桩码头开挖过程中变形形式的模拟方法,并将数值模拟结果与现场原型观测实验数据进行了对比。研究结果表明：1在不考虑剩余水头和堆载影响的情况下,数值模拟计算的变形结果与现场原型观测的变形结果比较接近,基本可以反映这种新型结构构件在水平向与竖向的变性特性;2两者对比的结果验证了本文所提出的开挖模拟方法的合理性。     

坝料流变对高面板堆石坝的应力变形影响研究

在高应力状态下坝料的流变较为明显。为研究坝料流变对混凝土面板坝应力变形的影响,采用长科院九参数幂级数流变模型及其试验参数,对某高混凝土面板堆石坝进行应力、变形分析。结果表明,坝料流变使坝体变形明显增加,坝体应力有所减小。考虑坝料的流变特性后的面板法向位移(挠度)明显增加,面板坝轴向和顺坡向应力极值增加。对于分期浇筑面板和分期蓄水的高混凝土面板堆石坝,选用合适的流变本构模型正确地模拟堆石体的流变特性,可以为大坝填筑进度及面板分期浇筑时间的确定提供参考,并有助于正确地预测大坝的应力变形。     

随机地震荷载作用下黄土动本构关系的试验研究

本文利用动三轴试验系统,试验研究了随机地震荷载作用下,非饱和原状黄土的动本构关系。结果表明,其本构关系依然服从双曲线模型,但模型参数随所施加的随机地震荷载时程的不同而不同。在试验中还对不同随机地震荷载和正弦波等效荷载作用下的模型参数、剪切模量和阻尼比进行了对比研究,初步建立了动本构模型参数与所施加的随机地震荷载的卓越周期之间的定量关系。通过试验和计算,证实了曼辛准则对黄土的适用性。     

考虑材料损伤累积的型钢高强混凝土框架节点数值建模及参数分析

为研究地震作用下损伤累积对型钢高强混凝土框架节点抗震性能的影响,基于5榀型钢高强混凝土框架节点低周反复加载试验结果,分析节点构件损伤累积过程及其对刚度和强度的影响。从材料自身损伤入手,通过引入刚度影响系数考虑循环荷载作用下混凝土的单边效应,对Faria-Oliver本构模型进行改进,进而建立适应于型钢混凝土结构的材料损伤累积本构模型。同时基于该模型采用ANSYS分析软件对地震作用下的型钢高强混凝土框架节点进行数值分析,并与试验结果进行对比分析。结果表明:采用本文建立的材料损伤累积本构模型能较好地反映地震作用下型钢高强混凝土框架节点的损伤特性。在此基础上,进一步分析构件轴压比、配箍率、配钢率等设计参数对型钢高强混凝土框架节点抗震性能的影响。研究成果可为该类结构构件的抗震设计提供理论和技术支撑。     

Cyclic shearing and liquefaction of soil under irregular loading: an incremental model for the dynamic earthquake-induced deformation

The paper presents a mathematical model for the deformation of soil under irregular cyclic loading in the simple-shear conditions. The model includes the possible change in the effective pressure in saturated soil due to the cyclic shearing, the reciprocal influence of the effective pressure on the response of the soil to the shear loading, and the pore pressure dissipation due to the seepage of the pore fluid. The hysteresis curves for the strain–stress relationship are constructed in such a way that they produce both the required backbone curve and the required damping ratio as functions of the strain amplitude. At the same time, the approach enables the constitutive functions involved in the model to be specified in various ways depending on the soil under study. The constitutive functions can be calibrated independently of each other from the conventional cyclic shear tests. The constitutive model is incorporated in the boundary value problem for the dynamic site response analysis of level ground. A numerical solution is presented for the dynamic deformation and liquefaction of soil at the Port Island site during the 1995 Hyogoken-Nambu earthquake.     

基于损伤扰动的土体本构关系研究

邓肯E-B模型无法描述软化土体的应力应变关系以及土体的剪胀效应；采用抛物线型体应变曲线的南水模型破坏时的剪胀率趋于定值，与实际土体不符。但南水模型适合描述应力应变峰值点前或最大剪胀率前土体的本构关系，邓肯模型适合描述的应变范围更小。因此，若要进行土工结构渐进破坏的分析计算，则需要建立一个适合于描述直至破坏的更大应变范围的土体本构关系。采用损伤扰动概念，将变形过程中的土体视为“相对完整”的未损伤土体和“完全调整”扰动土体的混合体，其应力应变关系可根据损伤扰动程度，由各自的应力应变关系组合确定。并根据试验提出了确定损伤扰动函数的计算公式。对体应变曲线，则采用抛物线加双曲线的形式加以描述。     

常用岩土本构模型的选择及对场地动力反应分析结果的影响

合理选择本构模型是土动力学问题数值模拟中的一项重要工作。利用PLAXIS 2D软件的土工实验模拟功能分别对4种常用的岩土本构模型——线弹性模型、摩尔库伦模型、土体硬化模型和小应变土体硬化模型在往复荷载下的理论滞回曲线进行了对比分析,并在此基础上研究了选择不同本构模型对自由场地震反应分析结果的影响以及不同本构模型中各参数的变化对场地动力计算结果的敏感性分析。研究结果为土动力学问题数值模拟中如何选择本构模型和合理判断数值分析结果提供了参考依据。     

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型（Ⅱ）——基于R-0本构关系

利用软钢的Ramberg-Osgood本构关系(R-O模型)，依据经典力学原理推导建立了X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力滞回模型。首先，给出了循环加载下软钢材料的应力-应变R-O本构关系；其次，推导建立了基于R-O本构关系的钢板阻尼器的阻尼力模型；最后，将该阻尼力模型及其参数与试验结果和双线性强化模型进行了比较，验证了R-O理论模型的有效性，并分析了误差存在的原因。     

A hypoplastic model for site response analysis

Site response analyses must take into account the nonlinear behavior of soils. This is typically achieved using an equivalent linear approach or using numerical analyses with an appropriate constitutive model. In this work a family of hypoplastic models is proposed for use in site response analyses. These nonlinear models use a rate-type tensorial equation and are capable of reproducing plastic deformation of soils for cyclic loading under both drained and undrained conditions. A methodology for the calibration of hypoplastic parameter for dynamic loading is proposed. The hypoplastic constitutive models are implemented in a finite element code and the site response of the Lotung downhole array site is used to validate the use of hypoplastic models for site response analysis. The hypoplastic models reproduce accurately site response at the Lotung site. The advantages and disadvantages of the hypoplastic models compared to other models are discussed.     

Modeling RC column flexural failure modes under intensive seismic loading

The aim of this work is to model beam‐column behavior in a computationally effective manner, revealing reliably the overall response of reinforced concrete members subjected to intensive seismic loading. In this respect, plasticity and damage are considered in the predominant longitudinal direction, allowing for fiber finite element modeling, while in addition the effect of inelastic buckling of longitudinal rebars, which becomes essential at later stages of intensive cyclic loading, is incorporated. Α smooth plasticity‐damage model is developed for concrete, accounting for unilateral compressive and tensile behavior, nonlinear unloading and crack closure phenomena. This is used to address concrete core crushing and spalling, which triggers the inelastic buckling of longitudinal rebars. For this reason, a uniaxial local stress‐strain constitutive relation for steel rebars is developed, which is based on a combined nonlinear kinematic and isotropic hardening law. The proposed constitutive model is validated on the basis of existing experimental data and the formulation of the buckling model for a single rebar is developed. The cross section of rebar is discretized into fibers, each one following the derived stress‐strain uniaxial law. The buckling curve is determined analytically, while equilibrium is imposed at the deformed configuration. The proposed models for concrete and rebars are embedded into a properly adjusted fiber beam‐column element of reinforced concrete members and the proposed formulation is verified with existing experimental data under intensive cyclic loading.     

测定堆石体密度的附加质量法理论分析研究

附加质量法是一种新兴的堆石体密度检测方法,它具有方便、无损等优点,近年来有较为广泛的应用,但该方法的应用效果会受到震源、雨水、双峰频谱等因素的影响.本文则考虑堆石体系统振动的阻尼因素,以及附加质量块与堆石体之间的非刚性连接,分别基于质弹阻模型以及双自由度-质弹阻模型对这些因素的影响进行了理论分析.结果表明,质弹阻模型可以解释主频随震源频率和雨水而变化的现象;而双自由度-质弹阻模型则可以解释主频随质量块偏移距和触地面积而变化的现象.在此基础上,本文对附加质量法的测试过程提出了几点改进建议.