博士论文答辩ppt课件

减水剂
PE
0.389
0.277
0.967
0.208
0.02
0.02
表2.2 聚乙烯纤维(PE)力学性能
直径(um)
弹性模量(GPa)
25
85
表2.3 高阻尼ECC材料配合比
试件编号
水灰比/%
PT PT-SD5 PT-SD10 PT-SD15 PT-SD20 PT-BC-SD5
0.208 0.208 0.208 0.208 0.208 0.208
22.03
2.23% 3.12% 4.02% 4.27% 5.02% 3.37% 3.66% 4.01%
4.47%
PT-1 PT-2 PT-3
0
1
2
3
4
5
应变/%
a) ECC
b) BC-SD-5%
c) BC-SD-10%
d) SD-10%
19
➢ 振动信号测试及阻尼识别
振动信号测试
ECC悬臂梁分三组进行，第一组由普通ECC材料浇筑而成，采用的试件为 PT；第二组主要考虑不同掺量下的单一乳液(SD623)对ECC材料阻尼性能的影响 ，采用的试件为PT-SD5、PT-SD10、PT-SD15和PT-SD20；第三组主要考虑不同 掺量下的乳液共混(BC992、SD623)对ECC材料阻尼性能的影响，采用的试件为 PT-BC-SD5、PT-BC-SD10、PT-BC-SD15和PT-BC-SD20。
➢ 阻尼是衡量结构振动响应的重要参数，与结构体系中质量、刚度不同， 不能通过相应的计算和直接的测量方式得到。常用的方法是通过自然或 人工激励的使结构产生振动，同时利用信号采集设备采集结构体系的响 应信号，进而利用信号识别方法来确定结构体系的阻尼及其他模特参数。
信号识别方法主要包括频域法和时域法两类。 时域法优点：能直接识别结构振动响应信号，改方法避免了由傅里叶变换
我国学者： 陈振富 刘铁军
6
➢ 高阻尼混凝土在结构中的应用
Walter 对圆钢管聚合物混凝土与普通圆钢管混凝土梁的受弯性能对比试验。
刘铁军进行了3组单层两榀高阻尼聚合物混凝土框架模型的振动台试验，并 测定普通混凝土框架结构与高阻尼聚合物混凝土框架结构的动力特性。
改善剪力墙抗震性能的研究
➢ 影响剪力墙抗震能力强弱的因素主要有延性和承载力两个方面，一般 来说，提高剪力墙抗震能力主要从上述两个方面着手。
图2.2 聚合物掺量对阻尼比的影响
➢ 试验分析结果及讨论
随着聚灰比的提高，ECC材料的阻尼比逐渐增大，但其强度和弹性模量 有所降低。从试验结果来看，当聚灰比相同时，采用乳液共混时的强度和 弹性模量比采用单一乳液时要高，且采用乳液共混与采用单一乳液相比， 其阻尼比相差不大。
21
1.0 1.0
0.8
0.8
断裂强度(MPa) 3000
密度(g·m-3) 0.97
聚灰比/%
BC992
SD623
—
—
—
5
—
10
—
15
—
20
2.5
2.5
PT-BC-SD10
0.208
5
5
PT-BC-SD15
0.208
7.5
7.5
17
PT-BC-SD20
0.208
10
10
➢ 试件设计及测试方法
轴心抗压强度( fc)和弹性模量( E)测试按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》 (GB/T 50081-2001)进行。轴心受拉采哑铃型试件。
博士学位论文答辩
新型高阻尼混凝土暗支撑剪力墙抗震 性能与设计方法研究
学位申请人：
1
目录
1.绪论 2.阻尼识别理论及ECC材料阻尼性能研究 3.部分高阻尼剪力墙抗震性能试验研究 4.高阻尼混凝土钢板暗支撑双肢剪力墙试验研究 5.剪力墙恢复力模型及有限元分析 6.钢筋混凝土剪力墙基于性能的设计方法 7.结论与展望
第二组
PT-BC-SD10 PT-BC-SD15
PT-BC-
SD20
受拉力学性能测试
应力/MPa
79.74 43.93 41.41 31.62 31.48 61.97 55.62 52.56
43.44
6 5 4 3 2 1
36.42 22.78 21.35 19.76 19.52 33.92 25.63 23.90
2
1. 绪 论
➢研究背景及意义 ➢混凝土阻尼性能研究概述 ➢概善剪力墙抗震性能的研究 ➢本文研究的主要内容
3
研究背景及意义
➢ 钢筋混凝土剪力墙是高层建筑中最为主要的抵抗水平荷载及水平地震 作用的抗侧力构件。在进行抗震设计时，一般作为结构抗震的第一道 设防防线。
➢ 从能量的角度分析，剪力墙在强震作用下吸收的能量主要是通过自身 的弹塑性变形能力来进行耗散。
图2.3 哑铃形试件截面尺寸图
图2.4 试件配筋
图2.5 试验加载装置图
图2.6 现场试验加载照片
18
➢ 力学性能测试
受压力学性能测试
表2.4 试件力学性能测试结果
组别
试件编号 抗压强度/MPa 弹性模量/GPa
阻尼比
第一组
PT
PT-SD5
第二组
PT-SD10 PT-SD15
PT-SD20
PT-BC-SD5
而造成的信号能量损失，提高了识别精度。
时域法主要有ITD法、LSCE法、NExT法、ARMA法等。
14
➢ RDT法
随机减量法(Random Decrement Technique-RDT)由美国学者Cole提出。该方法利用
样本平均的方法，去除响应中的随机成分，从而获得初始激励下的自由响应。
u (t )
4
混凝土阻尼性能研究概述
➢ 对于混凝土阻尼性能的研究主要包括普通混凝土阻尼性能研究和聚合
物混凝土阻尼性能研究两个方面。
等效粘滞 阻尼理论
汤姆森 粘滞阻尼理论 Jacobsen 等效粘滞阻尼理论
普通混凝土阻 尼性能研究
Swamy 水灰比、养护条件骨料种类 Hop 钢筋混凝土梁不同龄期的阻尼
柯国军 不同配合比下混凝土T型悬臂梁微幅 振动下的阻尼
ECC 材料的基本力学性能和阻尼性能试验研究
部分高阻尼剪力墙试验研究
研究内容
11
高阻尼混凝土钢板暗支撑双肢剪力墙试验研究 剪力墙恢复力模型及有限元分析 剪力墙塑性铰长度计算模型分析 探讨了剪力墙基于变形的设计方法
研究内容
12
2. 阻尼识别基本理论及ECC 材料阻尼性能研究
13
阻尼识别基本理论
带钢筋暗支撑双肢剪力墙
研究现状
10
本文研究内容
➢ 结合现有的高阻尼混凝土剪力墙的研究成果，通过试验研究和理论分 析，进一步论证了将高阻尼混凝土应用于剪力墙结构的可行性。在强 烈地震作用下，剪力墙受力较大的部位会出现塑性铰，塑性郊区的大 小反映了剪力墙耗能能力的强弱，探讨了影响剪力墙塑性铰长度的因 素上，提出了剪力墙塑性铰长度的计算公式。具体内容包括：
➢ 模态参数识别步骤
图2.2 模态参数识别流程图
超高韧性水泥基复合材料(ECC)试验研究
➢ 试验用原材料及其配比
本文ECC材料配和比是在参考文献[57]基础上进行了 适当修正，见表2.1所示。
16
水泥 1
长度(mm) 12 组别 第一组 第二组
第二组
表2.1 ECC材料配合比
硅灰
石英粉
石英砂
水灰比
(3) 当 聚 合 物 采 用 单 一 乳 液 (SD623) 时 ， 高 阻 尼 ECC 材 料 的 最 优 聚 灰 比 在 4%~6%之间；当聚合物采用乳液共混(SD623、BC992)时，高阻尼ECC材料的 最优聚灰比在6%~8%之间
(4)探讨了阻尼产生的机理和影响阻尼比小的主要因素，提出了阻尼全过程 的两折线简化计算模型，并给出了简化计算模型的参数计算公式及建议的参 数选择范围。
0.6
0.6
0.4
0.4
相对阻尼比
0.2
相对阻尼比 相对抗压强度
0.2
相对抗压强度
0
5
10
15
20
(%)
a) 单一乳液(SD623)
0
5
10
15
20
%
b) 乳液共混(SD623、BC992)
图2.14 相对阻尼比及相对抗压强度随聚灰比变化曲线
两折线悬臂梁阻尼比模型
一般认为，构件的阻尼主要有材料阻尼和摩擦阻尼两部分组成。材料阻
➢ 为提高剪力墙的耗能能力，常见的做法是在剪力墙墙身中设置阻尼器 或在剪力墙底部设置橡胶隔震支座来达到减震的目的。 施工不便，且后期维护费用较高
➢ 在进行结构设计时，对钢筋混凝土结构的阻尼值一般取为0.05。现有
的研究表明，结构在静力和动力作用下的阻尼是不同，随着结构进入
损伤阶段，其阻尼呈现增加趋势。
a ( m / s2 )
60 PT-BC-SD5-1 自由振动衰减曲线
30
0
-30
-60 0.0
80 40
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
t (s)
a) 1mm
PT-BC-SD5-3 自由振动衰减曲线
0
-40
-80
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
t (s)
c) 3mm
a ( m / s2 )
80 PT-BC-SD10-2 自由振动衰减曲线
研究现状
5
高阻尼混凝土 阻尼性能研究
研究现状
Schulz和Tanner率先研究了聚合物 混凝土的阻尼性能（ICPIC’84）， 并首次将其应于机械的基础。
Wong采用自由振动法研究了聚灰比对阻尼性能的影响。
Fu Xuli研究了聚合物、聚乙烯纤维和硅粉等 不同掺合料对阻尼性能的影响。
Chung提出在砂浆中掺入甲基纤维素、碳纤维 和硅粉等掺合料时，对水泥砂浆阻尼的影响。
d) 型钢混凝土连梁
图1.6 连梁配筋方案
9
➢ 高阻尼混凝土剪力墙
上述大量的研究都是从改变剪力墙配筋型式这一个方面着手来提高剪 力墙的抗震性能，如采用斜向配筋、加设暗支撑以及设置开缝剪力墙 等，但是较少有研究者从改善混凝土阻尼性能这一方面着手进行研究 。结合现有研究成果，课题组在总结国内外专家和学者研究成果的基 础上，提出了高阻尼混凝土剪力墙。
a) PT-BC-SD10
图2.16 悬臂梁实测与计算模型阻尼比曲线对比图
23
小结
(1)随着聚合物的掺入量的增加，ECC材料的强度和弹性模量逐渐降低，阻 尼比逐渐增大。
(2) 在 聚 合 物 掺 入 量 相 同 情 况 下 ， 单 一 乳 液 (SD623) 比 乳 液 共 混 (SD623 、 BC992)对ECC材料的强度影响要大，但对阻尼比没有显著的影响。在ECC材 料中掺加乳液共混聚合物时，能够在强度降低不大的情况下，较高的提高材 料的阻尼比
阻尼随振动幅度呈线性关系。
c
u
ξ m f
(2.46)
图2.15 两折线阻尼比模型示意图
/% /%
10 8 6 4 2
0
PT-BC-SD5 时的两折线 =2.1时的两折线
2
4
6
8
/rad ×10-3
a) PT-BC-SD5
10
8
6
4
PT-BC-SD15
时的两折线
=2.1时的两折线
2
0
2
4
6
8
/rad ×10-3
PT
6
P10
PT-SD15
4
PT-BC-SD5 PT-BC-SD10
PT-SD20
PT-BC-SD15
PT-BC-SD20
2
2
/% /%
0
2
4
6
8
10
/rad ×10-3
a) 单一乳液(SD623)
0
2
4
6
8
10
/rad ×10-3
b) 乳液共混(SD623、BC992)
尼包括材料本身各相之间的界面摩擦以及高分子材料通过分子键和物理键耗 散能量产生的阻尼；摩擦阻尼主要包括ECC材料开裂处骨料摩擦和聚乙烯纤 维(PE)与骨料的相互作用而产生的阻尼。
22
假定：
(1)材料阻尼是材料本身固有的特性，不随T型梁构件
振幅的变化而变化，材料的阻尼认为是一定值。
u
(2)在弹塑性阶段，摩擦阻尼是阻尼比增大的主要原因 。随着裂缝的开展，摩擦阻尼的影响越来越大，且摩擦 c
研究现状
7
➢ 开缝剪力墙
图1.1 霞关大夏带竖缝抗震墙
图1.2 半通缝剪力墙
图1.3 缝内填充橡胶剪力墙
研究现状
图1.4 双功能带缝剪力墙 8
➢ 带暗支撑剪力墙
图1.5 暗支撑剪力墙
a) 斜向配筋混凝土连梁
b) 菱形配筋混凝土连梁
图1.7 带栓钉钢板混凝土连梁
研究现状
c) 交叉菱形配筋混凝土筋连梁
40
0
-40
-80
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
t (s)
b) 2mm
a ( m / s2 )
120 80 40 0 -40 -80
-120 0.0
PT-BC-SD5-4 自由振动衰减曲线
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
t (s)
d) 4mm
20
a ( m / s2 )
阻尼识别
10
10
8
8
6
u (t )
t1 t2
t3 t4
A
t
A
t
a) 随机振动曲线
➢ NExT法
图2.1 平稳随机激励
b) 拟合后曲线
NExT法(Natural Excitation Technique)，又称自然激励技术法，是由James在1993年 的一份研究报告提出的。
15
➢ ITD法
ITD法(The Ibrahim time domain technique)是由Ibrahim在上世纪70年代提出的一种 用于结构自由振动响应的时域信号参数识别方法。