2005年, 第26卷, 第03期　刊出日期：2005-06-05

  

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学术论文
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  采用压电智能材料的土木工程结构控制研究进展

  李宏男,李军,宋钢兵

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 1-8+29.

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  本文首先简要介绍了压电材料和压电陶瓷驱动器的基本特性;其次,回顾了运用压电材料进行土木结构振动控制的发展历程,详细介绍了应用压电材料的智能驱动器和耗能器;最后,对压电材料在土木结构振动控制中研究与应用前景进行了展望。
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  双向压弯方钢管高强混凝土构件滞回性能试验与分析

  张素梅,刘界鹏,王玉银,郭兰慧

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 9-18.

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  进行了4个双向压弯方钢管高强混凝土构件在低周反复荷载作用下的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.433～0.624)、宽厚比(30和50)和长细比(18.5和25.4)。试验结果表明,随轴压比的提高,构件的承载力和延性降低,随钢管宽厚比的增加,构件的承载力提高;试件的位移延性系数μ=3.63～5.18,抗震性能良好。利用纤维模型法计算了构件的荷载位移滞回曲线,计算结果与试验结果吻合较好。进行了压弯构件的截面参数分析,研究了轴压比、套箍系数、加载角度和荷载类型对构件滞回性能的影响。建立了方钢管混凝土压弯构件的弯矩曲率和荷载位移恢复力模型,基于恢复力模型的计算结果与试验结果吻合较好,可为结构的弹塑性动力分析提供参考。
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  火灾作用后圆钢管混凝土柱荷载-位移滞回性能研究

  林晓康,韩林海

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 19-29.

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  火灾作用后,钢管混凝土柱的强度和刚度均会遭受损失,需进一步考察其抗震能力。本文介绍了7个火灾后圆钢管混凝土试件滞回性能试验研究,采用数值方法对荷载位移滞回关系曲线进行全过程分析,计算分析了轴压比、长细比、含钢率、钢材屈服极限、混凝土抗压强度、受火时间等参数对荷载位移关系骨架线的影响。研究结果表明,火灾作用后圆钢管混凝土柱滞回关系曲线形状饱满,无明显的捏缩现象,但试件的极限承载力和弹性刚度会有所降低。本文的研究成果可为火灾后该类结构的抗震修复加固提供参考。
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  带交叉钢筋异形截面短柱抗震性能试验研究及非线性分析

  曹万林,黄选明,宋文勇,田宝发,崔玉国

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 30-37.

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  提出带暗柱异形截面短柱和带交叉钢筋异形截面短柱。通过3根Z形短柱抗震性能的试验研究,分析比较了Z形柱在两个工程轴受力方向的承载力、延性、滞回曲线和破坏特征,分析了暗柱对提高Z形短柱抗震能力的作用。进行了3根T形、3根十字形和3根L形截面短柱抗震性能的试验研究。试验表明,带暗柱异形截面短柱和带交叉钢筋异形截面短柱与普通异形截面短柱相比,承载力和延性明显提高,滞回曲线相对饱满,耗能能力增强。采用ANSYS程序对12根异形截面短柱进行了非线性有限元计算分析,计算结果与实测结果符合较好。
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  形状记忆合金被动阻尼器及结构地震反应控制试验研究和分析

  毛晨曦,李惠,欧进萍

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 38-44.

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  利用形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,简称SMA)的超弹性特性,本文提出了一种新型SMA阻尼器,将其安装在结构层间,抵抗结构地震作用。通过对阻尼器的构造设计,使其中的NiTi丝在结构振动过程中始终处于受拉状态,避免了合金丝的受压屈曲。文中首先针对一种直径为1.2mm的NiTi丝的超弹性特性进行了性能试验。试验结果表明,NiTi丝的超弹性滞回特性受其加载频率及循环圈数的影响,但当加载频率大于2Hz,加载循环圈数大于15圈后,该丝的超弹性滞回曲线趋于稳定。然后,将本文提出的SMA阻尼器安装在一个5层钢框架结构模型上进行了地震模拟振动台试验,验证了该SMA阻尼器可以有效减小结构的地震反应。最后,采用自回归(ARX)模型对无控和有控结构建模,分别采用最小二乘法和Kalman滤波法识别得到了无控结构和有控结构的ARX模型的参数,并由此进一步分析得到了无控和有控结构的各阶模态参数。
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  一种新型形状记忆合金阻尼器

  薛素铎,董军辉,卞晓芳,李彬双

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 45-50.

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  本文利用奥氏体状态记忆合金丝超弹性性能,设计了一种新型形状记忆合金阻尼器,分别从记忆合金材料一维本构模型和合金丝超弹性分段线性恢复力模型两个角度建立了阻尼器的理论模型,并通过性能试验研究,得出如下结论:SMA阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的近似于双线性的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力;验证了理论模型的正确性;SMA阻尼器具有良好的抗腐蚀和抗疲劳特性,工作性能稳定。
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  对称双肢短肢剪力墙的低周反复荷载试验研究

  黄东升,程文瀼,彭飞

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 51-56.

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  介绍了两榀对称双肢短肢剪力墙的拟静力试验,研究了短肢剪力墙的破坏形态、滞回特性和整体性系数对其弹塑性性能的影响。试验结果表明,短肢剪力墙是一种强肢弱梁型的联肢墙,连梁的屈服先于墙肢的屈服,且连梁屈服后,由于内力重分布的作用,使材料的性能得到充分的发挥。短肢剪力墙结构具有较好的延性和耗能能力。对于层数、层高、墙肢尺寸、材料及配筋都相同的短肢剪力墙,其承载能力随整体性系数的增加而增加,而延性却随之减小。
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  短肢墙无粘结预应力楼盖结构顶层端节点抗震性能试验研究

  傅剑平,王飞,游渊,余向前,白绍良

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 57-64.

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  本文通过两个由短肢墙、无粘结预应力现浇板和梁组成的空间组合体结构模型的低周反复加载试验,对采取两种不同构造方案共计4个顶层端节点的受力性能、传力机理以及进入节点区梁、墙肢钢筋的实测应变分布进行了分析研究。研究结果表明,短肢墙顶层端节点上部钢筋的粘结环境很差,梁端受弯屈服后,随着反复荷载作用,充分受力的负弯矩梁筋极易在节点顶部发生粘结退化甚至粘结失效,这种梁筋粘结明显退化和失效将对组合体的整体抗震性能带来较大的不利影响;短肢墙顶层端节点的传力机理不同于普遍框架柱节点,桁架机构是这类节点的主导传力机构;在试验研究的基础上,对短肢墙顶层端节点的构造措施提出了设计建议。
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  与有粘结相协调的无粘结预应力混凝土梁刚度及裂缝宽度计算方法

  郑文忠,解恒燕

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 65-69.

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  由于无粘结筋相对于其周围混凝土可发生纵向相对滑动,因此受弯构件中的无粘结筋对构件抗弯刚度的贡献及其对裂缝开展的抑制作用小于有粘结预应力筋。为了实现无粘结与有粘结预应力混凝土受弯构件刚度及裂缝宽度计算方法的协调和统一,提出了受弯构件中无粘结筋等效折减系数的概念,通过对无粘结预应力混凝土受弯构件的变形试验数据和按已有公式对设计试件的变形试算数据进行分析,得出了无粘结筋等效折减系数的建议取值(α=0.23)。用等效纵向受拉钢筋配筋率代替有粘结预应力混凝土受弯构件刚度计算公式中纵向受拉钢筋配筋率,用等效纵向受拉钢筋面积代替用于计算有粘结预应力混凝土受弯构件裂缝宽度的纵向受拉钢筋等效应力计算公式中的纵向受拉钢筋面积,就可分别得到与有粘结相协调的无粘结预应力混凝土受弯构件刚度及裂缝宽度计算公式,两公式计算结果与试验结果均吻合良好,可用于工程设计。
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  H形梁翼缘与端板非全熔透焊接的节点性能试验研究

  陈以一,王素芳,王赛宁,刘承宗,陈友泉

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 70-77.

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  对H形梁翼缘与端板分别采用全熔透焊接和非全熔透焊接的节点进行了对比试验。选择板件宽厚比、端板厚度、翼缘板与端板平面的夹角等设计参数,对24个试件进行了单调加载试验,6个试件进行了反复加载试验。试验结果表明:节点无一例发生焊缝破坏,焊缝形式对连接的最大荷载、翼缘近焊缝端应变以及滞回性能等无明显影响;在以局部屈曲为主要控制模式进行设计的轻型门式刚架中,无论对单调静力荷载还是反复荷载,H形梁翼缘与端板的连接都可采用非全熔透焊接。
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  带填充墙钢框架结构抗侧力性能试验及理论研究

  刘玉姝,李国强

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 78-84.

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  介绍了7榀钢框架及带填充墙钢框架结构的水平静力及低周反复加载试验。通过测试有墙和无墙钢框架试验模型在侧向力作用下的变形全过程,得到了墙体对钢框架结构强度和刚度的影响,了解了节点的破坏特征及墙体本身的工作性能,得到了有墙及无墙钢框架结构的滞回性能。试验中发现,填充墙体和钢框架之间的连接性能很好,墙体和框架可以共同工作。通过参数分析,给出了结构抗震弹性层间角位移的建议取值为1/350。在理论分析的基础上,提出了填充墙框架体系抗侧刚度简化公式,得到了试验结果的验证。
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  嵌套连接冷弯斜卷边Z形连续檩条的受弯性能试验研究

  张磊,陈友泉,童根树,魏潮文

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 85-91+106.

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  本文对嵌套连接的冷弯斜卷边Z形连续檩条的受弯性能进行了试验研究。试验分两部分,一是搭接段极限承载力试验,以确定常用范围内搭接负弯矩段的极限承载力;二是两跨连续檩条试验,目的是确定搭接段截面的抗弯刚度。试验分上下翼缘均有自攻钉和仅上翼缘有自攻钉两种情况。对于承载力试验,搭接长度的范围为截面高度的3～5.625倍。通过对5种不同搭接长度和方式共30个试件的破坏性试验发现,破坏都是由受压下翼缘的屈曲引起,且破坏主要发生在搭接开始处。当中间支座处弯矩是搭接开始处弯矩的两倍时破坏出现在中间支座处,此时单个截面的承载力仍然与破坏发生在搭接开始处的情况接近。在试验所用试件的搭接长度范围内,搭接长度对承载能力的影响不大;但搭接段檩条下翼缘是否有自攻钉对搭接段承载能力有约5%的影响。对两跨连续梁,分搭接长度为跨度的10%和20%的两种情况,上下翼缘均有自攻螺钉和仅上翼缘有自攻螺钉两种构造,共进行了11个试验,试验结果表明,搭接长度较长时搭接
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  修正的循环迭代法与控制索原长法结合进行杂交空间结构施工控制

  吕方宏,沈祖炎

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 92-97.

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  杂交空间结构(如张弦梁、弦支穹顶)是指由梁、压杆、张力索组成的预应力空间结构体系,预应力施工控制分析是其关键。本文提出了修正的循环迭代法求杂交空间结构零状态结构几何;在求得零状态几何基础上采用控制索应力方法求出每级张拉控制力对应索原长;通过控制索原长方法可方便求得各级张拉控制力下分批张拉时索的张力施工控制值以及节点位移、杆件内力。通过文中两个算例详细演绎了这一方法,验证了以上方法的正确性和有效性。
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  节点加强后钢筋混凝土梁柱节点剪切性能的二维有限元分析

  张大长,韩丽婷,孙伟民,野口博

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 98-106.

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  本文以研究节点加强后钢筋混凝土(RC)梁柱节点的力学特性为目的,将加强情况、主筋与混凝土的粘结特性、节点的破坏模式以及裂缝模型作为参数,对RC梁柱节点进行二维有限元(2DFEM)分析,分别考察了节点的荷载变形特性、节点变形模式、混凝土的损伤和梁主筋的应变分布。试验和2DFEM分析表明,节点加强后能防止梁主筋的粘结滑移、减少并延缓节点混凝土的损伤,使RC节点由加强前的节点剪切破坏模式转变成梁端的弯曲破坏模式,从而提高RC梁柱节点的抗剪性能和延性。
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  配筋砌块砌体结构的模型试验和理论研究

  黄靓,施楚贤

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 107-113.

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  本文建立了完整的配筋砌块砌体结构在弹性阶段的完全相似模型和简单相似模型的相似性关系。指出了这种结构采取简单相似模型时各个组成材料的模型材料选取的注意事项。在理论分析的基础上首先进行了1/4比例的模型未灌孔砌块砌体、灌孔砌块砌体的受压和受剪性能试验,并对试验结果与现有规范公式进行了分析对比。试验结果表明,采用简单相似关系的模型试验,在合理选择模型材料的情况下,能够较真实地模拟原型砌体的各项基本力学性能。随后进行了两榀两层配筋砌块砌体剪力墙在不同竖向荷载下的单调加载受剪性能试验。试验研究表明,在无竖向力情况下,墙片的抗剪承载力比原型低6%;在竖向压应力约为1.5MPa的情况下,墙片的抗剪承载力比原型高8%,与原型墙试验总结的公式计算值基本吻合。本文研究对以后直接采用简单相似模型试验技术来进行高层配筋砌块砌体结构的研究奠定了试验和理论基础。
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  弹性地基梁杆系有限元法在深大基坑工程支护设计中的应用

  张强勇

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 114-117+121.

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  由于弹性地基梁法能够反映支挡结构与土的相互作用,并可有效考虑基坑开挖、回填过程中各种基本因素和复杂情况对支护结构内力和变形的影响,本文根据Winkler弹性地基梁的计算原理和方法,编制了弹性杆系有限元计算程序,对深圳市民广场深大基坑桩锚支护结构进行了设计计算,获得了支护桩桩身位移和弯矩随开挖过程的分布变化规律,计算结果有效指导和优化了基坑支护设计,保证了基坑和邻近基坑的地铁区间隧道结构的安全,支护设计取得了显著的经济效益。
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  结构方案设计模糊多属性决策的模糊贴近度方法

  王力,吕大刚,王光远

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 118-121.

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  结构方案设计具有典型的“软科学”决策特点,需要运用“软设计”理论和“软计算”方法进行此类问题的求解。结构方案设计的问题求解过程包括方案生成、方案评价和方案决策三个子过程。其中,结构方案的决策属于典型的多属性决策问题,决策过程中需要运用决策者的偏好信息和方案属性的不确定性信息,因此,采用传统的多准则决策理论不能对此问题进行有效的求解。为此,本文建立了结构方案设计的模糊多属性决策模型,给出了属性模糊满意度矩阵的确定方法,以有效地处理模糊信息。为了克服直接采用欧式距离确定偏好最优方案的缺点,提出了一个基于模糊贴近度的模糊多属性决策方法,并给出了具体的求解程序。以某大跨空间结构方案设计为例,说明了结构设计方案优选的决策过程。实例应用的结果表明,本文提出的方法可以有效地处理不确定性环境下结构方案的优选决策问题。
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  结构拟动力远程协同试验网络平台的开发研究

  肖岩,胡庆,郭玉荣,易伟建,朱平生

  建筑结构学报. 2005, 26(03): 122-129.

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  介绍一个用于结构和构件拟动力远程协同试验的网络平台,并对测试结果进行了讨论。该网络平台名为NetSLab(NetworkedStructuralLaboratories),是基于客户机/服务器概念,并提出了供结构拟动力远程试验用的数据模型和应用协议而开发的。它能够在远程结构实验室或计算机之间通过互联网传送控制和反馈数据。在平台的开发中引入了多个新概念并采用接口引擎,从而使得应用程序界面友好、使用方便,并且用户还可以在该网络平台上作进一步自主开发。目前,在中国湖南大学和美国南加利福尼亚大学之间,采用该网络平台,通过互联网远程控制的桥柱或桩模型在地震作用下的模拟试验已经成功展开。