采用多种有限元子结构的混合试验系统

采用子结构混合实验方法进行复杂结构的地震响应模拟。在混合实验中,根据结构的特征划分为多个子结构,每个子结构被封装起来,只有边界上的力和位移作为子结构间相互作用的变量,利用拟牛顿法保持整体结构的平衡和协调。目标结构为SRC框架剪力墙结构体系,结构顶部设置11层高的钢塔。在混合实验中,该结构被分为3个子结构,SRC部分为第一个子结构,采用OpenSees进行模拟;钢塔的第1层比较薄弱,是变形集中区域,采用实验进行模拟;钢塔其余部分采用ABAQUS有限元程序进行模拟。实验得到准确的地震响应,表明本文提出的混合实验方法可有效地结合多个有限元程序,充分利用各个有限元程序的优点进行复杂结构的地震响应模拟。     

底商多层砌体结构抗倒塌机理研究

结构倒塌是地震造成人员伤亡最主要的原因,汶川地震中,底商多层砌体结构房屋倒塌普遍,在北川县城,该类型结构倒塌率达80%。底商多层砌体结构房屋在我国长江以南地区的中小城市非常普遍,据不完全统计,我国现存该类型的房屋约2 000万栋,涉及居住人口     

大空间地下结构地震响应混合试验研究

基于OpenSees-OpenFresco-MTS混合试验系统,选取关键构件底层中柱,进行大空间地下结构地震响应混合试验研究。在混合试验过程中,取结构底层中柱为试验子结构,取结构剩余部分与土体为数值子结构。为了满足试验要求,开发了一种专用于混合试验的可变刚度钢构件。通过更换柱脚螺杆改变试验装置侧向刚度。在混合试验前,根据数值模型中对应单元侧向刚度确定钢构件侧向刚度;根据幅值比和相位差等频域指标评价混合试验结果。试验结果显示:在上海人工波工况、El Centro波工况和Kobe波工况中,理论结果与试验结果匹配良好。在以大空间地下结构地震响应为研究对象时,基于OpenSees-OpenFresco-MTS的混合试验系统具有良好的稳定性与精确性。     

位移控制的子结构地震模拟振动台混合试验方法

为了解决地震模拟振动台承载能力及台面尺寸对大型结构试验的限制,扩展振动台的功能,提出了位移控制子结构地震模拟振动台混合试验方法,包括试验原理、试验过程及数值积分方法,并给出了2种子结构边界条件的模拟形式.通过1个简单框架结构的地震模拟振动台试验和子结构混合加载试验验证了该方法的可行性,并指出了该试验方法的主要技术问题.混合试验方法通过子结构技术和振动台试验相结合,解决了目前的地震模拟振动台试验和拟动力试验在设备规模和加载速度上的局限性.     

装配式剪力墙结构抗震试验研究

近年来我国各区域地震频发,房屋在地震中受损较为严重,如何提升房屋的抗震性是目前亟待解决的问题。以某市的装配式剪力墙高层住宅结构试点工程为试验对象,对其剪力墙结构进行设计改进,通过反复多次的荷载试验,分析其破坏受损过程,验证改进结构的抗震性能。试验结果表明:改进型的装配式剪力墙结构具有较好的抗震性能,应用推广前景良好。     

子结构地震模拟振动台混合试验原理与实现

为了解决地震模拟振动台承载能力及台面尺寸对大型结构试验的限制,扩展振动台的功能,本文提出了子结构地震模拟振动台混合试验方法、试验过程及实时数值积分方法,并给出了试验子结构边界条件的两种模拟形式.通过一个简单框架结构的地震模拟振动台试验和子结构混合加载试验验证了该方法的可行性,并指出了该试验方法的主要技术问题.混合试验方法通过子结构技术和振动台试验相结合,解决了目前的地震模拟振动台试验和拟动力试验在设备规模和加载速度上的局限性.     

钢筋混凝土建筑结构的抗地震破坏倒塌能力评估研究

在地震作用下钢筋混凝土建筑结构出现破坏倒塌为地震灾害中的关键,有效评估建筑结构抗地震破坏倒塌能力是建筑结构设计的前提,也是当前建筑结构提高抗震性能与加固的依据。提出变形指标极值、失效判断标准以及钢筋混凝土建筑结构倒塌极限状态判断标准,据此获取倒塌储备系数、倒塌易损性、结构整体超强系数、结构整体延性系数等评估标准。采用Pushover分析法选择相应地震波。依据梁柱线刚比对建筑结构抗倒塌能力的影响,以及柱端弯矩增加系数对建筑结构抗地震破坏倒塌能力的影响,对建筑结构易损性进行分析。结果表明:等跨建筑结构抗地震破坏倒塌能力更强;建筑结构底层是薄弱层,COF值越高,结构越容易倒塌。     

基于单地震动记录IDA方法的结构倒塌分析

增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis, IDA)作为静力Pushover分析的动力拓展,可以全面、准确地分析结构的性能变化,尤其可以很好地分析结构倒塌这一动力失稳问题.本文基于单地震动记录的IDA方法,提出了"折半取中"原则,以确定结构倒塌极限状态点.以一榀五层三跨钢筋混凝土框架结构为例,分别考虑钢筋强化模型、理想弹塑性模型和软化模型,对其进行倒塌分析.结果表明:钢筋的屈服后强化特性对结构抗倒塌能力具有显著的影响.     

基于卡尔曼滤波的振动台子结构试验方法研究

振动台子结构试验是一种有效的实时结构混合试验方法,持续受到国内外学者的关注。利用振动台和其它加载装置进行联合加载,从而提升和扩展振动台的加载能力,实现大比例甚至足尺结构试验的目的。基于主动质量驱动器(AMD)加载方法的振动台子结构试验中,在试验子结构和数值子结构完全拆分的情况下,无论采用位移PID还是三参量控制,在界面加速度输入情况下AMD系统在3～5 min后会产生失稳现象,通过调整控制增益、对加速度反馈信号进行滤波无法消除这种现象。在加速度传感器噪声的影响下,子结构试验系统无法保持长期稳定,通过数值仿真表明现有的时滞补偿算法也无法消除这种失稳现象。考虑这种情况,将卡尔曼滤波引入界面加速度的量测环节,通过整体结构模型求得的界面加速度对实测界面加速度进行修正,从而提升了振动台子结构试验的系统稳定性和试验精度。数值仿真结果表明,通过设置合理的卡尔曼滤波参数,可以抑制加速度传感器随机噪声对子结构试验精度的影响,系统时滞稳定性也得到显著改善。文中的研究结果为振动台子结构试验的成功实施提供了一种可行的解决方案。     

多维地震作用下钢筋混凝土建筑结构的抗连续倒塌仿真分析

为了提高钢筋混凝土建筑结构的抗震性能,分析多维地震作用下钢筋混凝土建筑结构的抗连续倒塌能力,结合钢筋混凝土建筑结构特性、节点构造特点以及其在多维地震作用下的破坏机理,采用离散单元法建立结构连续倒塌的理论模型,对建筑结构连续倒塌过程进行数值模拟。基于数值模拟化结果,通过备用荷载路径法,实现建筑结构的抗连续倒塌分析。仿真实验结果得出,所提方法能实现对建筑结构抗连续倒塌的准确分析,且在多维地震作用下建筑结构扭转的幅度明显变大,结构顶层位移发散状态显著,不同楼层会产生不同的层间位移以及薄弱部位,建筑结构的抗连续倒塌性能随着失效构件位置的提升而增强。     

连梁可更换构件及连接的试验和模拟分析

结构可更换构件通过可更换连接与主体结构相连,共同工作并集中塑性损伤,震后更换损伤构件即可恢复结构功能。为了研究一种连梁可更换构件及连接的性能,对可更换构件及连接试件进行反复加载试验,并对低屈服点耗能钢材进行单向拉伸试验。采用ABAQUS软件对该可更换构件及连接进行有限元模拟分析,比较了壳单元和实体单元模拟的计算效率和精度,并提出合理可行的材料参数取值方法,采用非线性接触对模拟可更换螺栓端板连接,模拟结果与试验结果吻合良好。试验分析可用于研究该类可更换构件及连接的实际性能,模拟分析可为该类可更换构件及连接提供性能预测方法,并验证了可更换构件实际屈服力与设计屈服力的吻合度和超强系数,验证连接螺栓不产生滑移。在此基础上,给出了该可更换构件及连接在工程中的应用方法。     

磁流变阻尼器的半主动控制及实时混合模拟试验研究

磁流变阻尼器作为一种比较典型的半主动控制元件,具有构造简单、响应速度快、耐久性好、阻尼力大且连续可调等优点。即使地震中能源中断,磁流变阻尼器仍可以作为被动耗能装置继续工作发挥作用,可靠性高。设计合理有效的磁流变阻尼器半主动控制方法,对于整体结构的减震效果尤其重要。提出一种改进的磁流变阻尼器的半主动控制策略-改进的Bang-Bang控制策略,对装有磁流变阻尼器的减震控制3层框架结构进行了一系列的实时混合模拟试验,对多种半主动控制方法下的振动控制效果进行试验分析。试验结果表明:磁流变阻尼器对框架结构的减震效果显著,并验证了提出的磁流变阻尼器半主动控制策略的有效性。     

混凝土核心筒的水平双向循环加载试验研究

为了研究地震多维性对于混凝土核心筒抗震性能的影响,对大尺寸混凝土核心筒试件进行了水平双向加载下的拟静力试验.重点研究在双向加载下,核心筒的破坏形态与机理、承载能力、变形性能、刚度退化等方面的问题.结果表明,由于水平双向加载下简体一个方向的损伤影响到另一个方向的性能,因而对混凝土核心筒的抗震能力造成不利影响.因此,在实际工程中应合理地考虑这种影响,这对于确保混凝土核心筒的抗震安全具有重要意义.     

基于钢筋混凝土足尺柱拟静力试验的离线模型更新混合试验方法

离线模型更新混合试验对构件拟静力数据进行恢复力模型参数识别,并更新数值子结构中相应构件的模型参数来提高混合试验精度,但该方法尚缺少真实试验的验证。本文基于课题组开展的足尺RC柱拟静力试验,取恢复力模型为集中塑性铰Ibarra-Medina-Krawinkler（IMK）模型,进行框架结构离线模型更新混合试验研究。结果表明,当物理子结构取为RC足尺柱时,离线模型更新混合试验能获得接近于真实试验情况下结构的地震响应,从而对该方法的有效性进行了试验验证。利用IMK经验公式,将真实试验模型参数识别值按轴压比进行对照修正,应用于不同层数的框架结构地震响应模拟,实现了试验数据的重复利用。     

基于OpenSees的强震下混凝土结构梁-梁碰撞行为数值实现

绝大多数针对极端作用下的结构连续倒塌分析,在分析过程中不能实时地根据构件的损伤状态对分析模型进行修改,也不能考虑连续倒塌过程中的各种碰撞问题。连续倒塌过程中发生的碰撞对结构响应预测有重大影响。本文依据钢筋混凝土框架结构发生梁-梁碰撞的机理,基于OpenSees平台建模,结合Matlab的混合编程计算碰撞力,通过添加碰撞时程力并对结构进行模型更新,合理地实现钢筋混凝土框架结构在强震作用下的连续倒塌过程中发生梁-梁碰撞的具体过程。将得到的结果和传统时程分析法的结果进行的对比表明,结合Matlab和OpenSees命令可以实时地计算碰撞力序列和对结构进行更新,梁-梁碰撞和构件的逐步失效使结构的水平位移和转角有一定的增大,竖向位移有一定减小。     

用ANSYS模拟结构-地基动力相互作用振动台试验的建模方法

本文以结构－地基动力相互作用振动台模型试验为基础，结合通用有限元软件ANSYS，对结构－地基动力相互作用体系进行有限元计算建模的一些问题作了研究，主要包括柔性土容器的模拟、土体动力本构模型的选用、土体与结构交界面上的状态非线性模型、网格划分、重力的考虑、结构中钢筋的处理以及对称性的应用等。文中给出了利用上述建模方法对结构－地基动力相互作用体系进行计算的一些加速度时程结果，并与试验结果相对照，吻合较好。通过计算分析，验证了简化处理方法的合理性和计算模型的可行性。     

安装复合MR阻尼器的结构振动台试验研究

对不同控制策略下安装有复合MR(磁流变)阻尼器的模型结构进行了振动台试验研究.在El Centro地震动激励下,基于线性二次高斯(LQG)和广义预测(GP)两种控制算法,针对半主动控制系统、MR阻尼器以恒定电流(-0.5A(Passive-on 1)、0A(Passive-off)、2A(Passive-on 2)的控制系统,以及由半主动控制方式和基础隔震组合而成的混合控制系统,在WINCON/SIMULINK实时控制软件平台下对一个1:4的三层钢框架模型进行了地震模拟振动台试验.试验结果表明:基于复合MR阻尼器的控制系统是有效的,无论是被动控制、半主动控制还是混合控制,都显著降低了模型结构各层的加速度、位移响应;复合MR阻尼器在不通入电流时具有一定的被动控制效果;采用考虑时滞自补偿的广义预测控制效果要好于LQG控制,并且这两种控制策略的都能以较被动控制小的控制力达到较好的控制效果.