建筑结构学报

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瞿伟廉;滕军;项海帆;钟珞;刘晖;汪菁;李功标;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 1-8+15.

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本文以深圳市民中心屋顶网架结构为工程背景,详细探讨了仅需要有限数量传感器就可实现对风力作用下大跨度复杂体型屋盖网架结构整体工作状态的自动监测和未知损伤的自动诊断的智能方法。此方法的关键技术有:网架结构工作状态的智能监测技术,支承钢牛腿工作状态的智能监测技术,网架结构节点焊缝拉裂损伤的自动诊断技术,有损伤网架结构抗倒塌的实时安全评定技术。通过这些智能方法的应用,成功地实现了在最经济的条件下对整个网架结构的全面健康监测。

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大跨空间网格结构风振响应主要贡献模态的识别及选取

陈贤川;赵阳;董石麟;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 9-15.

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首先简单介绍静荷载参与比例的概念和基于虚拟激励法的风振响应分析原理。考虑脉动风荷载的空间相关性,推导出脉动风作用下系统背景响应总应变能的计算公式,以及模态对背景响应总应变能的贡献,从而定义了各阶模态的模态贡献系数及模态组合的累积模态贡献系数计算公式,其中模态贡献系数可以准确地识别出所有能被脉动风激振的模态,而累积模态贡献系数可以作为模态组合合理性判别的量化标准。然后介绍了一种简单的补偿模态构造方法,并提出了模态组合的选取方法和步骤。算例分析验证了模态贡献系数和累积模态贡献系数的有效性,以及低阶主要贡献模态和高阶主要贡献模态的重要性,进而指出目前通过比较前若干阶模态的相对误差或仅考虑补偿模态的模态组合选取方法并不合理。合理的模态组合应包含绝大部分主要贡献模态,以满足累积模态贡献系数大于0.9的要求。

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大跨度空间网格结构的损伤定位

丁阳;张玉峰;李忠献;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 16-23+36.

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本文建立了基于模态曲率法和人工神经网络技术相结合的、适用于大跨度空间网格结构的损伤定位新方法,即首先应用模态曲率法判断结构是否发生损伤并识别发生损伤的局部结构,然后对发生损伤的局部结构利用人工神经网络技术识别损伤的准确位置。通过分析和比较发现,以模态曲率为基础的损伤参数比较适合于大跨度空间网格结构的损伤定位,三种以模态曲率为基础的损伤定位参数按有效性进行排序,从低到高依次为模态曲率、模态曲率差、模态曲率变化率;针对天津奥林匹克中心体育场大跨度悬挑管桁结构进行了不同损伤状况的数值模拟,验证了所建立的损伤定位方法的适用性和有效性。研究结果表明:利用模态曲率变化率识别损伤发生的大致位置,当单榀桁架发生损伤时,识别的准确率达到100%,当多榀桁架同时发生损伤时,识别的准确率达93.7%;采用人工神经网络技术识别损伤桁架的准确损伤位置时,在无测量噪声影响下,损伤定位的准确率达到97.0%,且测量噪声对损伤定位准确率的影响很大。

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典型超高层建筑风荷载幅值特性研究

顾明;叶丰;张建国;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 24-29+36.

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本文对10个典型的超高层建筑刚性模型进行了测量表面风压的风洞试验,获得了各测量层的阻力、升力和扭矩系数的平均值和根方差。讨论了各测量层风荷载系数随风向角的变化规律,以及高宽比和断面长宽比对方形及矩形建筑风荷载的影响。结果表明,倒角方形、Y形和三角形建筑的风荷载均小于方形与矩形建筑;方形建筑高宽比的增大导致升力系数的根方差明显增大;矩形建筑断面长宽比的增大则使阻力系数的平均值、根方差减少,而升力系数的根方差增大;D类和B类风场中的平均气动力系数相近,而D类风场中脉动气动力系数的根方差大于B类风场。

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典型超高层建筑风荷载频域特性研究

顾明;叶丰;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 30-36.

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在边界层风洞中对10个典型超高层建筑模型进行了测压试验,获得了测点层的顺风向、横风向和扭转风荷载,对风荷载的功率谱、相关系数和水平、竖向相干函数进行了细致分析。得出以下结论:方形建筑阻力系数谱的峰值频率基本上与来流纵向风谱保持一致,升力系数谱的频带随着地面粗糙度的增大而变宽,能量减小,扭矩系数功率谱的能量随紊流度的增加而增加;矩形建筑长边迎风时,升力和扭矩系数谱均表现出很强的旋涡脱落特征,斯特罗哈数约为0.11,短边迎风时,升力和扭矩系数谱的频带明显变宽,峰值频率降低;升力和扭矩系数的相关性比较强,而阻力系数和升力系数、扭矩系数之间的相关性则相对小些;在旋涡脱落频率附近,升力系数和扭矩系数的相干性都明显增强。

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基于单片机模糊控制器的AMD主动控制试验研究

张微敬;欧进萍;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 37-41+59.

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模糊控制是结构主动控制的一种很有前途的控制算法。本文针对顶层设置AMD控制装置的5层钢框架模型结构,首先由已有主动控制训练样本提取了模糊规则;其次,将模糊逻辑推理与单片机技术结合起来,开发了单片机模糊控制器。在此基础上,完成了1∶4缩尺的5层钢框架模型结构的AMD模糊控制模拟地震振动台试验研究。试验结果表明:模糊AMD控制可以有效地减小地震作用下模型结构的反应,对顶层位移反应峰值的控制效果达到50%。本文研究成果可为AMD模糊控制走向工程应用提供参考。

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近断层地震动作用下基础隔震结构的一体化动力优化设计

杨迪雄;李刚;程耿东;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 42-49.

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首先讨论了近断层地震动的脉冲运动特征和特性参数,并以台湾集集地震实际脉冲型近震记录作为地震动输入,以上部结构最大层间位移和构件体积最小化为目标,应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,对安装铅芯橡胶隔震支座的钢筋混凝土框架隔震结构进行一体化优化设计,同步确定隔震器参数和上部结构构件截面几何尺寸。然后输入ElCentro(1940)、Hachinohe(1968)非脉冲型近断层地震动记录进行隔震结构一体化优化设计。计算结果表明,本文隔震结构优化设计得到的结果是合理的,与其他作者通过参数分析确定的隔震器最优参数具有可比性;对考虑脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构能同时满足脉冲型和普通非脉冲型近震作用的结构设计需求。反之,对非脉冲型近断层地震动作用的隔震结构进行参数优化设计后,该隔震结构不能满足脉冲型近震作用的设计需求。

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具有过阻尼特性的非比例阻尼线性系统的复振型分解法

俞瑞芳;周锡元;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 50-59.

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对于具有过阻尼特性的非比例阻尼线性系统,如何应用振型分析方法计算地震反应的问题至今尚无很充分的研究。本文从基于复模态理论的振型分解法一般表达式出发,给出了具有过阻尼特性的非比例阻尼结构动力反应的时程叠加法公式,同时还对具有成对复特征值和实特征值的系统提出了基于反应谱的复完全平方组合(CCQC)法和复平方和开方(CSRSS)法的计算公式。通过对一个典型实例的分析,验证了公式的正确性和有效性。此外,本文阐明了过阻尼体系的基本特性、数值计算方法和基于地震反应谱的峰值反应计算方法,结果表明从具有复特征值的一般线性动力系统发展而来的复振型叠加计算方法对于具有过阻尼特性的系统原则上也是适用的。文中的算例还表明,当非经典阻尼线弹性结构的部分振型出现过阻尼情况时,目前广泛应用于抗震设计规范的强迫解耦法可能导致很大的计算误差。

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A_y-D_y格式地震需求谱及其在结构性能抗震设计中的应用

王东升;李宏男;赵颖华;王国新;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 60-65.

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在结构基于位移抗震设计的改进能力谱法基础上建议了屈服谱加速度和屈服位移(Ay-Dy)格式的地震需求谱,其特点是:过原点的射线与不同位移延性系数的需求谱曲线相交,各个交点对应的周期都相同,从而为在结构基于位移抗震设计方法中实现“小震不坏、中震可修和大震不倒”的多级性能目标提供了方便。借助于Pushover分析具体给出了一钢筋混凝土框架结构在不同风险水平地震作用下抗震性能评价实例。

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N型方圆钢管相贯节点足尺试验研究

舒兴平;朱正荣;王元清;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 66-70+89.

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对两个承受支管轴力和主管轴力的搭接N型方圆钢管相贯节点进行了足尺试验研究。试验表明,试件N1的破坏模式为受压支管在节点处的局部屈曲破坏,试件N2的破坏模式为主管侧壁鼓曲破坏和支主管交接面主管壁压溃破坏的联合破坏模式。计算表明,试件N1的试验值与《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)公式承载力计算结果的比值为0.73,与有限元计算结果的比值为1.11;试件N2的试验值与规范公式承载力计算结果的比值为0.99,与有限元计算结果的比值为1.02。研究表明,主管轴力对节点极限承载力影响较大,规范公式因未考虑主管轴力的影响,其计算结果偏不安全,还有待进一步的研究。

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钢箱-混凝土组合梁弯曲性能试验研究

钟新谷;舒小娟;沈明燕;莫时旭;谢文;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 71-76+98.

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基于当前钢-混凝土组合结构和钢管(方)混凝土结构在用于梁类结构方面存在纵向滑移和受拉区混凝土增加了结构自重等问题,提出了钢箱-混凝土组合截面梁。并通过5根钢箱-混凝土组合梁及2根空钢箱对比梁的模型试验,研究其弯曲性能。试验研究表明:钢箱-混凝土组合梁具有良好的抗弯性能和延性,符合平截面假定,极限承载力提高显著,试验中测试还表明钢箱中的混凝土与钢箱在受弯过程中纵向有明显的相互剪切作用,有利于充分发挥钢与混凝土各自力学性能。

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带型钢加劲肋的钢板-混凝土组合板的力学性能

韦灼彬;张小鹏;王铁成;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 77-82.

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基于临时应急和长期使用相结合的特殊需要,提出了带型钢加劲肋的钢板-混凝土组合板这一新型组合板,型钢加劲肋分别采用工字钢、矩形钢管和由工字钢剖分而成的T字钢三种形式。以加劲肋形式、组合板厚度和栓钉布置为参数,进行了9块组合板的力学性能试验。试验结果表明,通过适当地选择型钢加劲肋形式,合理地布置栓钉和确定混凝土厚度,可以保证带肋钢板和混凝土组合作用的发挥。组合板的正截面承载力可按基于修正平截面假定的极限状态计算;组合板的跨中挠度,可在按现行规范计算的基础上,加上考虑界面滑移影响的附加变形值予以修正。计算值与试验值吻合较好。

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钢-混凝土连续组合梁的恢复力模型

辛学忠;蒋丽忠;曹华;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 83-89.

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通过8根钢-混凝土连续组合梁在低周反复荷载作用下的试验,研究其恢复力特性。结果表明,荷载-跨中挠度滞回曲线随着位移的增大由梭形逐步过渡到近似的四边形;增大剪力连接度η和纵向综合力比Rp(中支座负弯矩区)连续组合梁仍然有很好的延性;组合梁的加、卸载刚度退化规律呈指数函数变化。根据研究结果提出能考虑剪力连接度和纵向综合力比影响的钢-混凝土连续组合梁的骨架曲线公式及恢复力滞回规则,建立荷载-跨中挠度(P-Δ)恢复力模型。

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轴压比超限时框架柱的恢复力模型研究

张国军;吕西林;刘伯权;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 90-98.

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根据收集到的28根轴压比超限时框架柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果,分析回归出试验柱的各位移角和刚度与剪跨比、轴压比、配箍特征值等之间的关系。根据轴压比超限时框架柱屈服的截面平衡条件推出的屈服柱顶水平位移和荷载、按《混凝土结构设计规范》(50010—2002)计算的柱顶水平峰值荷载及有关试验回归公式确定出框架柱的恢复力模型。研究表明:轴压比超限时试验骨架曲线强化段在水平轴上的投影长度和屈服位移的比值与配箍特征值成正比,与轴压比和剪跨比成反比;框架柱的强化刚度与弹性刚度的比值随着轴压比增大而逐渐减小,而随着配箍特征值增大和剪跨比增大而逐渐增大。框架柱最大荷载时的刚度及退化刚度与弹性刚度比值的绝对值随着配箍特征值增大而逐渐减小,而随着轴压比增大和剪跨比增大而逐渐增大;框架柱的卸载刚度和再加载刚度随位移幅值增加而退化,且在不同位移幅值下卸载刚度和再加载刚度的退化率与轴压比有关。本文建议的恢复力模型既可

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外贴纤维与混凝土结合面的粘结滑移关系

曹双寅;潘建伍;陈建飞;孙宁;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 99-105.

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本文在外贴纤维复合材料(FRP)与混凝土结合面双剪试验中,采用电子散斑干涉技术(ESPI)对FRP-混凝土结合面的变形场进行了测试,重点研究了结合面的粘结滑移关系。试验结果表明,FRP-混凝土结合面的粘结滑移关系曲线的发展过程由非线性上升段和不稳定下降段两部分组成,峰值应力与混凝土强度有关,达到应力峰值时的滑移和极限滑移受混凝土强度和FRP的形式(板或布)等的影响不大。通过结合面滑移刚度衰减规律的分析,本文提出了FRP-混凝土结合面粘结滑移本构关系的基本模式,该模式基于FRP-混凝土结合面的初始(弹性)滑移刚度,力学概念明确。

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外包钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土偏压柱试验研究

卢亦焱;童光兵;张号军;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 106-111+123.

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通过14根被加固钢筋混凝土柱的偏心受压试验,研究了碳纤维布和角钢以及两者复合加固后混凝土柱的破坏特征、受力性能和破坏机理。分别对不同含碳纤维布率、含角钢率、长细比和偏心距下被加固混凝土柱的极限承载力、应力-应变关系以及刚度和延性等方面进行了研究和分析。研究结果表明:复合加固混凝土柱充分发挥了碳纤维布和角钢加固混凝土柱的各自优点,并使它们能协调工作、共同作用,获得优良的力学性能,同时复合加固柱的承载力和延性均优于碳纤维布和角钢单一加固柱。长细比越小、偏心距越小、含CFRP率和含角钢率越高,则柱承载力越高,延性提高效果越好。

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葵花型索穹顶结构的多种施工张拉方法及其试验研究

郑君华;董石麟;詹伟东;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 112-116.

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施工张拉控制是索穹顶结构的关键技术之一,但是现有文献描述的施工方法往往过于复杂。为了促进索穹顶结构在实际工程中的成功应用,简化其施工过程非常必要。基于机构分析原理,本文以一直径为5m的葵花型索穹顶结构模型为研究对象,考察了索穹顶结构的三种施工张拉方法:张拉最外圈斜索成形法、张拉最外圈脊索成形法及张拉最外圈环索成形法。文中对上述三种施工方法进行了详细的试验研究,并将其与理论计算结果进行了对比分析,发现试验结果和理论分析吻合较好,证明了上述三种施工张拉方法是可行的。本文的试验研究有助于对该类结构的进一步研究和工程应用。

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预应力局部单双层扁网壳的参数分析与近似优化

肖建春;曹新明;马星;聂建国;马克俭;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 117-123.

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预应力局部单、双层扁网壳具有较好的室内视觉效果和良好的经济性。其结构参数的确定属多级别优化问题,实施困难。为满足初步设计的需要,提出采用均匀设计法进行结构的参数分析与近似优化。它可利用现有软件来实现。作为算例,对一个柱支承预应力扁网壳进行了参数分析,得到了网壳用钢量、变形和极限荷载系数与三个主要设计参数(单层部分材料设计应力折减系数、单层部分范围和预应力值)之间的近似函数关系,并找出了满足规范要求的各参数之间的较理想的最优水平组合。设计检验说明了分析结果的可靠性。该方法可为解决类似优化问题提供参考。

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长短桩桩基础与其它类型基础的比较分析

王伟;杨敏;杨桦;

建筑结构学报. 2006, 27(01): 124-129.

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采用三维弹塑性有限元方法对全短桩、全长桩、长短桩复合地基和长短桩桩基础进行了比较分析。筏板分析采用弹性薄板理论,土体采用莫尔-库仑弹性-理想塑性模型,桩体采用线弹性模型,桩土之间接触面采用非线性弹簧模拟。针对不同基础类型,从沉降性状和桩顶荷载大小以及长短桩的桩身轴力分布规律方面进行了比较分析。得出长短桩桩基础的平均沉降小于全短桩基础和长短桩复合地基,但仍大于全长桩基础。长短桩桩基础中长桩的中性点位置比长短桩复合地基的要深一些,受到的负摩阻力稍大些。长短桩桩基础中短桩作用发挥要比长短桩复合地基的短桩充分,而且其长桩的最大桩身轴力相比也小。

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2006年, 第27卷, 第01期　刊出日期：2006-02-05

建筑结构学报

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