悬吊环式土-结构动态接触试验装置系统的研制及验证

为了更进一步研究土与结构相互作用中界面的动态接触特性,在DYS-200-1-05电动振动系统基础上研制了一种悬吊环式试验装置系统.该装置系统具有如下功能特点:(1)可以分析加载频率、加载速率对土与结构接触特性的影响界面;(2)法向为常应力控制,切向可实现不同频率加载;(3)考虑了剪切外力作用过程中土体的剪切变形特性,故可以研究试验过程中土-结构系统破坏与土体自身变形破坏的关系.试验结果表明,本试验装置系统的性能可靠,为后面系统研究土-结构界面动态接触性能奠定了基础.     

界面过渡区对混凝土动态力学行为影响分析

混凝土宏观力学行为由其细观结构形式决定。考虑细观非均质性的影响,将混凝土看作由骨料、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,其中骨料为弹性体,砂浆基质及界面过渡区的力学性能采用耦合材料应变率效应的塑性损伤本构模型来描述。为探讨界面过渡区对混凝土动态力学行为的影响,对不同加载速率下双边缺口混凝土试件的拉伸力学行为、混凝土梁弯拉破坏行为及混凝土试件单轴压缩力学行为进行了数值研究。数值结果表明:当加载速率较小时,界面过渡区的力学性能对混凝土动态破坏模式和宏观力学性能有显著的影响;而当加载速率(名义应变率50/s,如冲击载荷)很大时,混凝土动态破坏模式基本不受界面过渡区力学性能的影响。     

预应力活性粉末混凝土道面板的疲劳损伤试验研究及有限元分析

为了研究疲劳荷载对预应力活性粉末混凝土道面板损伤性能的影响,设计4块尺寸为5 m×2.5 m×0.12 m的试件进行试验。试验采用的应力比为0.3,试件经200万次加载后未疲劳破坏。并利用有限元软件Ansys Workbench与疲劳分析软件Ncode Designlife对试件进行了仿真模拟,研究应力水平与损伤之间的关系。结果表明:RPC道面板的损伤主要集中于前20万次的加载过程,且受拉区的损伤要大于受压区,受拉区的跨中位置为疲劳破坏的薄弱位置;预应力对于试件损伤的减少,主要是减少了20万次后加载过程产生的损伤,使得相同等级的RPC平均疲劳寿命提高1.3～1.8倍,破坏时的损伤值减少25%～40%;取0.5作为作为变形模量的极限值,经回归分析提出变形模量的计算表达式;应力水平0.7可作为损伤的拐点,小于0.7时损伤值增长缓慢,疲劳寿命超过200万次,0.7及以上时损伤值成数十倍甚至上百倍增长,疲劳寿命显著下降。     

空冷风机桥架疲劳寿命分析

基于现场实测风机桥架振动响应,采用风机调幅扰力模型进行结构动力响应分析.根据不同工况下疲劳危险点的名义应力时程,采用雨流计数法和各工况年运行频次调查结果编制疲劳载荷谱.通过Miner损伤累积准则和p-S-N关系对风机桥架进行疲劳损伤分析,给定疲劳破坏的损伤阈值,所得疲劳寿命满足设计使用年限的要求.采用Goodman、Gerber和Soderberg模型考虑平均应力影响时的疲劳寿命略有降低.     

基于监测数据的拱桥吊杆疲劳寿命评估方法及其应用

目前拱桥吊杆都是基于恒载及活载静力强度准则设计的,没有考虑车辆荷载的动力疲劳安全系数。本文引入概率和统计学的概念与方法,对吊杆疲劳强度进行了可靠性分析与设计,建立了拱桥吊杆基于极限应力模式的疲劳动态可靠度模型与分析方法。结合实际桥梁监测的数据和疲劳模型试验,给出了拱桥吊杆腐蚀疲劳动态可靠度的计算步骤,并对实际桥梁的某一根吊杆腐蚀疲劳可靠度进行了评估,评估结果与实际结果基本吻合,证明了此方法适用于拱桥吊杆腐蚀疲劳寿命预测。     

自然腐蚀环境下钢筋混凝土梁疲劳应用性能试验研究

在海岸与近海结构工程中被广泛应用的钢筋混凝土构件,由于长期处在有海水腐蚀、干湿交替和循环荷载的严酷环境中,导致钢筋因侵蚀结构严重损伤。本文对6根钢筋混凝土试验梁进行了腐蚀与循环荷载作用下的疲劳试验研究,循环荷载幅值设计为2%～40%P_u和2%～60%P_u两种,对试验梁在大气环境中、淡水环境中和海水腐蚀环境中疲劳破坏情况进行试验探索,研究在三种环境与循环荷载作用下钢筋混凝土构件的力学性能及刚度损伤演化规律,同时分析了破坏形态、裂缝宽度、挠度的发展规律和疲劳寿命。结果表明:腐蚀与循环荷载共同作用下,短期内腐蚀溶液不会对梁内部钢筋造成显著影响从而降低耐久性;在循环次数达到一定范围内,试验梁耐久性降低42%,其中两个试验梁在循环荷载上限为0.6P_u时的耐久性分别降低54%和37%。     

基于波动理论的压电智能混凝土单轴破坏实验研究

通过在混凝土标准试块内埋置压电驱动器和传感器,以波动理论为基础,通过混凝土内发射和接收应力波,构筑压电智能混凝土的主动健康监测系统,并进行了压电智能混凝土标准试件单轴破坏实验,得到剪切波速、相对能量衰减和频域特性随破坏程度的变化。实验结果表明,在一定范围的频率下,剪切波速在临近极限荷载的区域,衰减速率有所增加;而相对能量衰减,在"局部裂纹萌生"阶段,衰减速率便增加。因此,相对能量衰减在混凝土破坏的初期阶段,更具有敏感性。     

基于敲击法的碳纤维板加固钢梁脱粘检测研究

碳纤维板与钢梁之间的界面连接情况影响着钢梁的加固效果以及承载性能的发挥,为更好地判别脱粘病害,探究出一种有效的界面脱粘位置定性识别方法。首先制作碳纤维板加固钢梁后的未脱粘试件和脱粘试件,然后通过采用局部敲击指定位置的方法来获取声音信号,并采用Welch功率谱密度(PSD)估计法和快速傅里叶变换(FFT)分析声音信号中的频谱特征。结果表明：从低阶振动频率范围0～500 Hz来看,PSD估计法的2条曲线峰值差别明显,存在脱粘损伤部位的PSD曲线峰值处频率较正常部位处峰值对应频率明显向0偏移,从工况1 PSD曲线中提取得到的平均一阶振动频率从定量的角度揭示出脱粘损伤部位与正常部位频率的变化,这与界面脱粘后局部刚度降低有关;与传统常用的FFT损伤定位方法相比,PSD曲线峰值相比FFT曲线峰值差异性更大,更容易判别出该位置是否发生了脱粘损伤。文章还探究不同属性锤头对试验结果的影响,为实际工程提供有效的参考。     

强余震的断裂力学机理

一、裂纹扩展的方向利用应变能密度理论,结合裂纹闭合的作用,研究混合型裂纹的扩展。在考虑裂纹闭合的影响时,我们仿照Mclintock和Walsh (1962)的思路,研究直的裂纹。薛昌明根据应变能密度理论研究混合型裂纹失稳扩展的问题。这个理论在裂纹扩展方向上给出比通常所用的最大拉应力理论更合理的结果,而且不必计算能量释放率就可以得     

非线性动力学模型与地震活动性研究

用于地震活动性研究的模型或模式较多,如基于断裂力学的裂纹扩展模型,反映应力不均匀分布的凹凸体和障碍体模型,模拟地震能积累和释放的弹簧滑块模型、模拟岩层和断层滑动的滑块模型、统一应力场下的断层系模型以及自组织理论下的细胞自组织模型、分形理论下的分形破裂模型等.这些模型多用于解释地震序列的统计规律和某些特征.如:T.Yamashita等(1990)用存在障碍体的二维共平面裂纹扩展模型(引入应力腐蚀)作理论分析,结果表明,主震临近时前震发生率增加。Cao和Aki     

基于子结构法的海洋平台疲劳可靠性研究

为了对大型结构如海洋平台的疲劳可靠性进行准确的评价并减小计算工作量,针对海洋平台在疲劳可靠度计算过程中存在的诸多不确定性,如环境的复杂性、载荷的高突发性、强随机性和强可变性及在力学分析中的复杂重复工作等问题,提出了基于子结构法的海洋平台疲劳可靠性评价方法。它先采用子结构法将复杂的海洋平台模型简化,对构件层次和失效模式进行划分,然后对不同构件层次和失效模式的可靠度进行了计算,最后对各个子结构的疲劳可靠度进行组合得到海洋平台的整体可靠度。为了验证所提方法的可行性和有效性,分别对一个平面桁架和导管架型海洋平台进行了疲劳可靠度计算。研究发现,本文所提方法不仅可以简化大型结构的复杂程度,减小疲劳计算的工作量,而且在一定程度上可提高计算精度。     

高强复合玻璃纤维加固RC梁疲劳性能研究

现有桥梁中有一部分需要进行加固,而采用高强复合玻璃纤维进行加固在国内尚属起步阶段,研究其加固性能,尤其是加固后的疲劳性能是一项有意义的工作。本文进行了高强复合玻璃纤维加固RC梁在重复荷载作用下的弯曲性能试验研究。试验表明:粘贴高强复合玻璃纤维后混凝土梁的疲劳寿命提高了2倍多,其疲劳变形减少了61%~65%,加固梁的疲劳抗裂性能得到了较大改善。因此,粘贴复合玻璃纤维是提高混凝土梁疲劳性能的有效方法,可用于延长混凝土梁的使用寿命。本文还通过加固梁的钢筋应力幅值与疲劳寿命的关系,拟合出S-N曲线。     

穿越管道的疲劳失稳风险评估方法的研究

本文提出了一种穿越管道的疲劳失稳风险评估方法，经过实例计算证实该方法的实用性和可靠性。     

基于轴向位移的钢支撑疲劳损伤评估方法

在罕遇地震下,框架-中心支撑结构中的钢支撑常因局部屈曲位置的低周疲劳开裂而过早退出工作。本文在焊接工字形钢支撑低周疲劳试验研究基础上,提出了一种可用于框架-中心支撑体系非线性动力时程分析中钢支撑疲劳损伤评估的经验方法,并给出了相关步骤的算法流程。研究结果表明:本文方法以钢支撑轴向位移为损伤参量,能实时估算在随机位移荷载下钢支撑的低周疲劳累积损伤发展,并与试验结果吻合较好。     

Simplified seismic fatigue evaluation for rigid steel connections

A simplified fatigue-life model is proposed for assessing the seismic inelastic rotational capacity of steel connections. First relations are developed for rigid steel connections under lateral loading. Next this is extended to account for the effects of the welded steel moment frame (WSMF) connections of the so-called pre-Northridge type. The seismic fatigue theory is validated against experimental results. The experiments were conducted under increasing ductility amplitudcs until the onset of fracture. Miner‘ rule was used to convert the test results to given an equivalent constant amplitude cyclic fatigue life. Satisfactory agreement is obtained when comparing the experimental observations with the theoretical predictions.     

Equivalent ductility factors,taking into account low-cycle fatigue

During strong earthquakes, the deformation capacity of structures is reduced due to the cumulative damage caused by cyclic load reversals. In the paper, equivalent (reduced) ductility factors have been proposed, which take into account this effect. They are based on different failure hypotheses. Ductility reduction due to low-cycle fatigue is controlled by a dimensionless parameter γ, which is a function of dissipated hysteretic energy, maximum displacement and the natural frequency of the structural system, and which has been proved to be a relatively stable quantity in the whole period range. If approximate values for γ are used, the determination of equivalent ductility is very simple, and thus appropriate for design purposes. The formulae for equivalent ductility factors include damage indices, and permit the designer to choose acceptable level of structural damage explicitly. As an example, equivalent ductility factors have been used to construct inelastic acceleration spectra, which are proportional to strength demand, for the El Centro 1940 SOOE record. The results have been compared with the ‘exact’ spectra obtained by non-linear dynamic analysis.     

顶底角钢连接节点的低周疲劳性能分析

本文对采用顶底角钢连接的半刚性钢梁柱连接节点进行了精细的三维非线性有限元分析,在与实验数据对比的基础上,对影响该连接性能的主要参数如角钢厚度、柱翼缘连接螺栓与梁翼缘间的距离等进行了分析,得到了其弯矩-转角曲线。     

Energy demands for seismic design against low‐cycle fatigue

A seismic design procedure that does not take into account the maximum and cumulative plastic deformation demands that a structure is likely to undergo during severe ground motion could lead to unsatisfactory performance. In spite of this, current design procedures do not take into account explicitly the effect of low‐cycle fatigue. Based on the high correlation that exists between the strength reduction factor and the energy demand in earthquake‐resistant structures, simple procedures can be formulated to estimate the cumulative plastic deformation demands for design purposes. Several issues should be addressed during the use of plastic energy within a practical performance‐based seismic design methodology. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seismic energy dissipation in deteriorating systems through low‐cycle fatigue

Energy dissipation characteristics of structural members which exhibit both strength and stiffness deterioration under imposed displacement reversals are investigated. In the experimental part, 17 reinforced concrete beam specimens were tested under constant and variable amplitude inelastic displacement cycles. The constant‐amplitude tests were employed to determine the low‐cycle fatigue behaviour of specimens where the imposed displacement amplitude was the major variable. A two‐parameter fatigue model was developed in order to express the variation of dissipated energy with the number of displacement cycles. This model was then used to predict the energy dissipation of test specimens subjected to variable‐amplitude displacement cycles simulating severe seismic excitations. It has been demonstrated that the remaining energy dissipation capacity in a forthcoming displacement cycle is dependent on the energy dissipated along the completed displacement path. Moreover, it is observed that total energy dissipation is dependent on the length of the displacement path. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.