一种可滑移式铅芯橡胶支座的显式数值模拟与试验验证(英文)

目的:随着隔震技术在工程结构中的逐步推广应用,橡胶隔震支座的试验与数值模拟都得到国内外工程研究人员的重视。其中后者因支座大变形时计算较难收敛、铅芯与周边橡胶以及钢板的复杂接触关系较难模拟、采用隐式积分算法时计算规模较难控制等问题,目前仍是这一方向的研究热点。本文旨在探讨基于显式积分算法对一种新型可滑移式铅芯橡胶支座进行准确可行的数值模拟的方法。创新点:1.探究基于显式积分算法的隔震支座数值模拟方法;2.采取多种方法有效地控制了数值模拟计算规模,同时实现了较高的数值模拟精度;3.采用程序中提供的3种接触方式较好地模拟了支座中存在的复杂接触关系。方法:本文主要采用4种方法减小数值模拟计算规模:1.激活程序内置的质量缩放功能;2.合理增大支座中对支座竖向刚度与水平剪切性能影响较小的非关键部件——叠层钢板的厚度;3.合理减小叠层钢板的弹性模量;4.考虑到支座中所有材料均未考虑材料的率变效应,即加载速率对支座的力学性能没有影响,本文数值模拟中所用加载频率为实际加载频率的10倍。此外,本文采用了一般接触、绑定接触与单边接触模拟支座中不同的接触关系。结论:1.显式积分的计算时间步长由2.4×10-7 s增大到3.5×10-6 s;2.与试验结果对比验证了本文提出的基于显式积分算法对该新型可滑移式铅芯橡胶支座进行数值模拟的方法的准确实用性;3.该支座在纯压作用下,部分铅芯发生塑性变形,而在最大剪切位移时,铅芯发生了很大的塑性流动变形;4.与采用隐式算法对该支座进行数值模拟研究所用时间相比,显式算法所用时间少很多。     

探索橡胶支座在预制楼梯中的应用

本文阐述了如何将橡胶支座应用到预制楼梯中,解决了楼梯和主体柔性连接节点问题,消除地震作用下楼梯对主体结构的刚度影响。通过建立橡胶支座力学模型,计算橡胶支座的竖向刚度、剪切变形,为推广和普及橡胶支座在预制楼梯中的应用做铺垫。     

影响连续配筋混凝土路面性能的几个因素分析

采用有限元软件ABAQUS 2017分别建立了连续配筋混凝土路面和普通水泥混凝土路面三维有限元数值模型,分析了不同轴载作用下两种路面结构的应力和变形,并研究了钢筋埋置深度、钢筋直径和钢筋间距对连续配筋混凝土路面的应力和变形的影响.结果表明:在不同轴载作用下,连续配筋混凝土路面应力水平较普通水泥混凝土路面小,而两者的最大竖向位移基本一致;随着钢筋埋置深度和钢筋间距的增大,连续配筋混凝土路面最大压应力和最大竖向位移整体上略有增大,而随着钢筋直径的增大,连续配筋混凝土路面最大压应力和最大竖向位移略有下降.     

既有铁路桥梁板式支座快速更换施工技术研究

针对山东大莱龙货运铁路扩能改造工程,在桥梁支座状况及病害检查的基础上,进行了桥梁板式橡胶支座病害类型的界定及原因分析.为满足更换时间,降低线路影响等施工限定条件,针对支座更换工程,在保证支撑力与桥梁竖向位移综合控制的基础上,提出了一种同步微量顶升快速更换支座的综合施工技术,即将桥梁顶升值控制在微小界限内;同时结合实际工...     

荷载倾角对光伏支架微型桩承载特性影响的试验与数值模拟研究

依据卵石土地区华能海南州光伏项目现场试桩竖向抗拔和水平静载试验数据,采用三维连续介质拉格朗日法有限差分软件(FLAC^3D)建立计算模型,通过模型分析光伏微型短桩及支架体系在不同荷载倾角下的承载特性。结果表明：光伏微型单桩竖向位移的增长率随着荷载倾角的增大逐渐变缓,水平位移增长率逐渐变快;荷载倾角位于15°～75°范围内,光伏支架体系竖向位移在加载前期增长趋势相同;光伏支架体系的倾斜荷载-桩顶水平位移曲线均呈缓变型,极限水平荷载随荷载倾角的增大而减小;由于光伏支架体系的整体性,荷载倾角位于15°～30°范围内时合位移由竖向位移和水平位移共同决定,建议在工程设计时采用倾角在此范围内的光伏支架,以保证其良好的抗拔性能。     

某直升机橡胶减震器动刚度特性试验

以某橡胶减震器为研究对象,ASTM_5992_R2006为依据,采用Bose ElectroForce 3330振动台分别将橡胶减震器的振动频率、振幅、预载荷3个水平因素作为可变参数,进行循环振动试验,并用DMA模块记录力-位移信号获得约3万个数据。利用傅里叶变换对试验数据进行处理,获得了振动频率、激励振幅、预载荷与橡胶减震器动刚度的主要关系。结果表明,不同的预载荷情况下的动刚度曲线成近似的平行关系。预载荷越大,橡胶减震器承载能力越强,动刚度越大。动刚度随频率增大先增大后减小,0~30 Hz,动刚度随频率的增大而增大,增大幅度达到30%;35~50 Hz,动刚度变化相对较小。动刚度值的整体幅度随激励振幅增大而减小。通过对减振器的试验,更加具体地了解了动刚度的影响因素,为橡胶减震器的国产化提供了设计及检验的参考依据。     

既有线板式橡胶支座横向限位器的研制

分析既有线提速引起桥梁横向振幅增大的原因,在此基础上研制既有线板式橡胶支座横向限位器,详细介绍其材料参数和施工工艺,为列车提速创造安全条件,供既有线改造设计提供参考。     

变空间Π型剪切试验装置研制与应用

以砌体墙片抗震性能试验研究为背景,针对抗震试验中剪切试验装置存在的问题,研制了一种适用于教学与科研试验的变空间Π型剪切试验装置。试验装置主要由转换梁、平剪梁、可调水平传力支架和可变平衡配重组成,具有试验空间可调、配重大小与位置可调、水平加载中心位置可调等突出设计特点,可满足长度达3.0 m,水平载能力达500 k N墙体类构件的平剪加载试验要求。应用实践表明,该装置安装拆卸方便,性能稳定,通过调整水平加载中心高度可一定程度降低或消除附加弯矩对试验结果的影响。     

既有线板式橡胶支座横向限位器的研制

分析既有线提速引起桥梁横向振幅增大的原因，在此基础上研制既有线板式橡胶支座横向限位器，详细介绍其材料参数和施工工艺，为列车提速创造安全条件，供既有线改造设计提供参考．     

双塔单索面人行钢斜拉桥的设计与受力分析

以某双塔单索面人行钢斜拉桥为对象,采用Midas Civil建立全桥空间杆系有限元模型,进行恒载、活载和承载能力极限状态作用下结构受力性能分析,同时开展该桥的动力特性分析。研究表明:对于该异形斜拉桥,活载引起的主梁和主塔弯矩效应较恒载作用下的结果更加显著;承载能力极限状态作用下,该桥主梁、主塔、斜拉索等主要承重构件的最大应力均小于材料容许应力,满足规范要求;动力特性分析结果表明主梁面内刚度和主塔面外刚度较小,此外遮阳棚的局部振动在高阶振型中所占比例较大,在地震作用下可能发生破坏;该桥的一阶竖向自振频率为1.92 Hz,不满足现行规范要求,建议采取有效的减振措施来控制人致振动响应。     

根式基础透明土模型与数值模拟受力特性

为研究根式基础在电塔基础上的受力特性,采用透明土与粒子图像测速(particle image velocimetry, PIV)技术,分析3种根式基础受上拔、水平荷载时的荷载-位移(Q-s)关系曲线,以及极限荷载条件下透明土的位移矢量变化,通过数值模拟探究不同根键长度对基础承载力的影响。结果表明：相同工况下,单层根式基础竖向抗拔承载性高于双层根式基础,但单层根式基础抗水平承载性低于双层根式基础。根键竖向间距为0.02 m双层根式基础位移矢量图显示,位移较大区域符合经典摩尔-库仑理论中的剪切破坏理论。数值模拟结果显示,双层根键竖向布置间距范围为0.83～1.25倍基础直径、根键长度为0.6 m时,抗拔承载性能较优。     

新型摩擦摆支座理论与有限元分析

针对现有摩擦摆支座抗拔能力不足的问题,提出一种适用于大跨空间结构的抗拔型摩擦摆支座,并研究其力学性能.首先建立新型支座的理论模型,并推导等效摩擦系数计算公式;然后通过ABAQUS进行支座参数分析,研究支座摩擦系数、曲率半径等关键参数对其等效阻尼比和耗能量的影响;最后分析支座在轴拉和偏心受拉极限状态下的稳定性.结果表明:...     

基于二次杠杆作用的受弯构件持续加载装置

设计开发了一种适合不同环境下受弯构件的持续加载装置,克服了传统螺杆加载装置荷载不稳定的缺点。通过二次杠杆作用实现加载端荷载放大,采用自平衡体系对试件施加持续荷载,不需特殊的反力装置,杠杆放大倍数可达72～90倍,通过调整吊载大小和放大倍数控制加载端力。逐级增大吊载,采用压力传感器测试加载端力的实际值,获取吊载-力标定曲线。标定曲线呈线性,其实测杠杆放大倍数与理论值一致。采用四套加载装置对18根锈蚀钢筋混凝土梁施加17%、33%和50%的极限荷载,长期试验运行良好。该装置组装方便、适用性强、加载性能稳定,可方便地应用于受弯构件长期性能试验和荷载与环境共同作用下受弯构件耐久性试验。     

浅述梁缝间落砟对铁路混凝土桥梁承载能力的影响

本文以中小跨度铁路混凝土桥梁梁缝间落砟这一常见病害对混凝土桥梁承载能力的影响为研究对象,以专桥(88)1024定型图中8m跨度板梁为背景,建立简化的理论计算模型,分别计算了在中-活载及温度恒载作用下梁缝间落砟对梁体内力和位移的影响,并用工程实例8m板梁的荷载试验结果来验证。得出了梁缝间道砟可以大幅减小梁体跨中弯矩、挠度,提高梁体的竖向刚度,然而同时增加了梁端负弯矩和温度恒载作用下的轴压力,这些都对梁体产生极为不利的影响。     

栓钉连接下装配式剪力墙抗震性能模拟分析

针对装配式剪力墙水平接缝在地震作用下易产生剪切滑移破坏的问题,为了保证结构的承载力和稳定性,设计了一种基于栓钉抗剪的连接方式,建立了装配式剪力墙模型,通过数值模拟分析水平接缝的不同构造方式对装配式剪力墙在地震作用下的破坏情况、水平力-位移滞回曲线、承载力、刚度退化、耗能能力和水平接缝相对位移等方面的影响。结果表明：与套筒灌浆连接相比,采用栓钉连接的剪力墙耗能能力提高了16.7%,变形能力更好;水平接缝相对位移减小了72.0%,结构整体性更好。     

拉拔承载锚杆合理锚固长度的确定

以锚杆弹性极限承载力公式为基础,分析推导锚杆锚固长度临界值la和界面剪切刚度K1的计算表达式。通过极限承载力与锚固长度的关系曲线进一步探究锚杆合理锚固长度l'a,并结合一个具体实例对计算公式的合理性进行验证。结果表明:在一定锚固范围内,锚杆承载力与锚固长度为正相关关系,但当锚固长度达到临界值时,拉拔力达到最大值,其不再随锚固长度的增加而增大;界面剪切刚度、等效弹性模量、锚杆孔径与锚杆锚固长度临界值有直接关系,其中界面剪切刚度与锚固长度临界值为负相关,等效弹性模量和锚杆孔径与其为正相关;推导的理论计算公式可用于计算锚杆临界锚固长度和合理锚固长度,根据推导结果应取临界锚固长度的0.5倍作为合理锚固长度,此时锚杆能够承担较大荷载,接近极限拉拔力,可以在充分利用锚杆的条件下改善经济效益。     

混凝土框架结构消能减震设计研究与分析

通过对某混凝土框架结构进行消能隔震设计,利用有限元软件ETABS建立了三维计算模型,研究并分析了该结构在中遇地震作用下的层间位移角、层间剪力和附加阻尼比。分析结果表明:混凝土框架结构在中遇地震作用下,采用消能隔震设计后,其主体结构最大层间位移角能满足消能减震结构的设防目标;中震下防屈曲耗能支撑开始屈服,已经开始发挥一定的耗能作用。     

大跨径钢桥面铺装动响应分析

为了研究车辆随机荷载作用下的大跨径钢桥面铺装层动响应,首先根据目前钢桥面铺装的平整度现状,利用功率谱密度函数模拟桥面不平度;然后选取单轮车辆模型计算由桥面不平度引起的行驶车辆随机动荷载;最后采用瞬态动力分析方法计算了铺装层的竖向位移及最大横向拉应力等主要力学响应,并与以往的移动恒载作用下铺装层的动响应及静力计算结果做了比较、分析表明,针对铺装层而言,相邻的2块横隔板的跨中位置为最不利荷栽位置;考虑桥面不平度情况下铺装层的最大竖向位移和最大横向拉应力的峰值分别是只考虑冲击系数的移动恒载作用下的1.33倍和1.39倍、研究结果为铺装层的混合料和结构设计提供了理论依据,对桥面施工及维护提出了严格要求.     

用TiNi合金环作耗能元件的被动减振装置性能评价

设计了应用TiNi形状记忆合金环作耗能元件的被动减振装置,并对装置的力学和减振性能进行了初步评价.对加载和卸载过程中力-位移曲线进行了研究,当不对环水平方向的变形进行约束时,力-位移曲线为近似于直线且接近重合的2条曲线;若应用滑块对环水平方向的变形进行约束,在力-位移曲线上能形成滞回环,且随位移增加变得更饱满.滞回环的加载和卸载部分不与横坐标平行,而是2条斜线,装置受力时的这种变形特点,可提高装置的抗过载能力.增加环的数量,在相同位移时装置的耗能量明显增加.     

新型全装配式剪力墙结构水平接缝试验验证(英文)

为了研究新型全装配式剪力墙结构体系中水平接缝的可行性及抗震性能,制作了2个试件并分别进行单调加载试验与低周反复加载试验.在试验的基础上研究了该全装配式剪力墙的荷载-位移曲线、承载能力、延性性能、抗侧刚度、钢筋应变、连接钢框的应变分布以及连接钢框与内嵌边框之间的相对滑移等.试验结果表明:试件具有较好的承载能力及延性,位移延性系数达3.7以上;在整个试验过程中,除受压端外,连接钢框中的正应力及剪应力远小于其屈服强度;试件受压端内嵌边框与连接钢框之间发生了一定的相对滑移,达1.13 mm,而受拉端二者之间未发生明显的相对滑移.该全装配式剪力墙结构体系的水平接缝安全可靠,抗震性能良好,方案可行.