2006年, 第27卷, 第02期　刊出日期：2006-04-05

  

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学术论文
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  钢-混凝土组合框架-核心筒结构设计研究

  侯光瑜;陈彬磊;苗启松;刘向阳;黄嘉;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 1-9.

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  本文介绍了8度抗震设防区的北京LG大厦塔楼钢-混凝土组合框架-核心筒结构的设计研究和相应的节点构造。核心筒是整个结构的主要抗侧力构件,为了改善核心筒剪力墙的延性,设计中在核心筒四大角及纵横墙交点处设置钢骨柱。同时,为了提高承托楼面桁架的剪力墙联系梁的非弹性变形能力,沿核心筒y向联系梁内设置了型钢,与钢骨柱组成暗框架,加强了核心筒的整体性。弹塑性动力时程分析结果表明了这种结构体系具有较好的抗震性能,计算结果与模型的振动台试验结果非常吻合。振动台试验结果表明,在8度罕遇地震作用下,核心筒边缘构件和底部框架柱均没有发现钢筋压屈、混凝土崩落现象;核心筒与外围框架两者间能很好地协同工作;核心筒内的暗钢柱提高了楼面钢梁端部锚固能力,钢梁与混凝土墙之间的连接没有发现破坏现象,但值得注意的是梁端测得的应变较大,这种现象反映了梁(桁架)的端部即便是接“铰接”处理,仍然存在地震作用产生的约束弯矩,设计中应给予足够的重视。计算分析和试
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  北京LG大厦单塔结构整体模型模拟地震振动台试验研究

  李检保;吕西林;卢文胜;赵斌;侯光瑜;陈彬磊;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 10-14+39.

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  本文通过对北京LG大厦单塔主体结构1/20整体模型模拟地震振动台试验,测试了模型结构的动力特性、阻尼比及其在8度多遇、8度基本、8度罕遇烈度地震作用下的加速度和位移反应等,研究了模型结构的破坏机理和破坏模式,并根据试验结果和相似理论,推导、分析了原型结构的地震反应。试验及分析结果表明:模型结构第1、2、3阶振型频率依次为:4.319Hz(x向平动)、4.883Hz(y向平动)和6.761Hz(整体扭转),对应阻尼比分别为0.043、0.046和0.026;原型结构对应前3阶振型周期为1.794s、1.587s和1.146s,其扭转、平动周期比为0.64,且在8度多遇和罕遇地震作用下结构最大层间位移角分别为1/1005和1/101,显示原型结构布置基本合理,整体抗震性能较好,能够抵抗所在地区设防烈度下各水准地震作用。论文最后对原型结构的抗震设计提出了一些改进建议。
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  钢桁架(钢梁)与混凝土墙间单剪板连接的约束弯矩研究

  黄嘉;苗启松;侯光瑜;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 15-19.

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  钢-混凝土组合结构设计中,通常钢梁或钢桁架与混凝土墙体之间的单剪板连接是按照铰接计算的,实际上,这种连接中存在不可忽略的约束弯矩。该约束弯矩可表示为钢桁架(钢梁)端部的剪力和折算偏心距的乘积。本文以北京LG大厦为背景,针对钢桁架和实腹钢梁与混凝土墙体之间的单剪板连接进行了大量有限元模拟分析,发现折算偏心距随连接板厚度和螺栓群惯性矩的增大而增大,但不呈线性关系,此外,当连接板进入弹塑性后,折算偏心距随荷载增大而减小。本文根据分析结果拟合得到了适用于钢桁架或实腹钢梁与混凝土墙体之间连接约束弯矩的计算公式。
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  圆形截面组合柱-钢梁框架节点反复加载性能试验研究

  赵均;田守瑞;邹景春;陈向东;侯光瑜;陈彬磊;刘向阳;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 20-27.

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  本文以北京LG大厦塔楼为工程背景,采用6个大尺寸试件,对钢梁和钢骨混凝土圆柱组成的框架节点进行了低周反复加载试验。试件包括按“弱梁强柱强节点”设计和“强梁强柱弱节点”设计两种情况。前者发生梁铰型破坏,节点核心区始终基本完好,试件承载力由梁端承载力控制,延性和耗能均满足要求。后者虽发生节点核心区破坏,但其性能明显好于钢筋混凝土框架节点,能满足抗震基本要求;当轴压比从0.16提高到0.32时,节点核心区强度有所提高;在节点附设柱面承压板(FBP板)可提高承载力、延性和耗能能力。在钢骨上焊接栓钉的构造措施可避免粘结破坏。
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  圆形截面组合柱-钢梁框架节点受剪承载能力分析

  侯光瑜;陈彬磊;刘向阳;赵均;陈向东;田守瑞;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 28-32+56.

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  本文以北京LG大厦工程为背景,通过对按“弱梁强柱强节点”和“强梁强柱弱节点”设计的两组共6个圆形截面组合柱-钢梁框架节点试件的低周反复荷载试验,研究了此种节点的核心区初裂受剪承载力和屈服受剪承载力,并提出各自的受剪承载力计算公式。
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  钢桁架与混凝土墙间单剪板连接预埋件构造形式的抗震性能试验研究

  赵均;张宝泉;陈向东;赵红梅;侯光瑜;苗启松;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 33-39.

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  本文通过6个试件,对钢桁架与混凝土核心筒之间采用单剪板连接时节点预埋件的不同构造方案进行了低周反复加载试验研究。所研究的4种预埋件构造形式分别为栓钉锚固、钢筋栓钉锚固、夹板钢筋锚固和钢板型钢锚固,产生了两类不同的破坏形态。栓钉锚固预埋件的破坏主要由混凝土破坏所致,包括在反复荷载下栓钉的粘结滑移和混凝土的局部破坏脱落,影响了承载力,后期变形大。后3种预埋件构造形式破坏的共同点是上下端的锚固钢筋或钢板对破坏起控制作用。其中钢板型钢锚固预埋件可以通过加强锚固钢板达到很高的承载力,具有良好的综合抗震性能;钢筋栓钉锚固预埋件和夹板钢筋锚固预埋件的承载力和刚度,主要取决于锚固钢筋,在4种构造形式中抗震性能居中。
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  抗震设计中的平扭耦联问题

  扶长生;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 40-46.

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  偏心率、周期比(结构扭转为主的第1自振周期与平动为主的第1自振周期之比)和位移比(楼层最大水平位移(层间位移)与该楼层两端水平位移(层间位移)平均值之比)是平扭耦联问题中的三个关键参数。中美两国规范都把位移比大于1.2定义成平面不规则中的扭转不规则。但是,两国规范控制扭转效应的侧重点有所不同。美国规范不控制周期比,它对每层的动扭矩作了放大,以考虑扭转不规则对构件内力的影响,强调结构的地震反应和构件的内力;我国规范提出周期比不大于0.85~0.90的限值要求,强调结构的自振特性。本文详细地叙述了结构工程师关心的刚心和质心的定义和计算机求解方法,综合结构的自振特性和地震反应,以周期比、第1振型中的扭平分量比和位移比为控制指标,提出了结构动力规则性概念。明确指出结构的扭转不仅仅是几何规则性问题,本质上它更是一个动力规则性问题。结构可以是几何不规则的,但结构工程师要努力做到结构的动力特性是规则的。文中还列出了实现结构动力规则性的9
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  焊接及螺栓连接钢框架的循环加载试验研究

  郭兵;郭彦林;柳锋;李光明;迟云;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 47-56.

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  为了探讨、比较焊接和螺栓连接钢框架的极限承载能力、滞回性能及动力特性,本文进行了6榀1∶2比例的单跨双层钢框架循环加载试验和动力特性测试,其中焊接、端板螺栓连接、角钢螺栓连接钢框架各两榀。试验过程中每层框架都铺设了混凝土楼板和配重,水平循环荷载按三角形分布施加。循环加载试验表明:当焊接连接框架的焊缝质量较高时,钢框架具有良好的承载能力和滞回性能,其最终破坏模式是构件形成塑性铰而发生强度破坏,属于典型的延性破坏,框架侧向层间塑性变形可以达到层高的1/25,塑性变形主要来自梁柱连接节点域的剪切变形和柱、梁的弯曲变形;端板螺栓连接框架的承载能力和滞回性能也较好,耗能能力略低于焊接框架,框架侧向层间塑性变形可以达到层高的1/30,但端板焊缝容易发生断裂;角钢螺栓连接框架的承载能力和耗能能力相对较低,塑性变形主要发生在连接角钢和柱脚部位,且翼缘连接角钢容易发生低周疲劳破坏。动力特性测试结果表明:随着节点转动刚度的减小,框架自振
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  梁端楔形翼缘连接钢框架低周反复荷载试验研究

  黄炳生;舒赣平;吕志涛;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 57-63.

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  提出了梁端楔形翼缘连接节点,通过2跨2层梁端楔形翼缘连接钢框架试件的低周反复加载试验,研究了结构在地震作用下的滞回性能、耗能机制、耗能能力、刚度退化和破坏形态。结果显示,试件破坏模式为延性,破坏时的顶点位移角达到了1/29,整体延性系数在4.7以上,梁上塑性铰出现在翼缘变化处,表明梁端楔形翼缘连接钢框架具有良好的抗震性能。对试件进行了静力弹塑性分析,节点域用转动弹簧来考虑其剪切变形,采用双线性特性塑性铰的计算结果与试验结果较一致。
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  方中空夹层钢管混凝土柱滞回性能研究

  黄宏;韩林海;陶忠;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 64-74.

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  以轴压比和空心率为主要参数,进行了12个方中空夹层钢管混凝土试件和4个方实心钢管混凝土试件滞回性能的试验研究。试验表明:方中空夹层钢管混凝土和方实心钢管混凝土荷载-位移滞回曲线饱满,其延性明显优于空钢管试件;轴压比越大的试件,初始刚度越大,但刚度后期退化越快。比较了国内外较典型的几种设计规范(程)对试件抗弯刚度的计算,结果表明,AISC-LRFD(1999)、EC4(1994)、BS5400(1979)、DBJ 13-51(2003)的计算结果与实测的初始抗弯刚度较吻合,DBJ 13-51(2003)的计算结果与实测的使用阶段抗弯刚度最接近。在确定了钢材和混凝土的本构关系的基础上,采用数值方法对荷载-位移滞回曲线进行了计算,理论计算结果与试验结果较吻合。最后分析了轴压比、空心率、长细比、名义含钢率、材料强度等参数对荷载-位移骨架曲线的影响。
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  反复荷载作用下方钢管混凝土柱与钢梁连接节点非线性有限元分析

  宗周红;葛继平;杨强跃;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 75-81.

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  本文首先选择合适的本构模型作为约束混凝土循环本构模型的骨架曲线,提出了考虑局部屈曲和开裂的钢材循环本构关系;进而建立两类方钢管混凝土柱与钢梁连接节点———缀板焊接连接节点和穿芯螺栓-端板连接节点的空间非线性分析模型,对其在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了非线性分析计算。结果表明:由有限元模型所得的单调荷载-位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,但在峰值荷载后差异较大;由有限元模型所得的在低周反复荷载作用下滞回曲线也与在反复荷载作用下试验所得的相一致。有限元模型能准确地预测上述两类节点的弹塑性行为和整体抗震性能,可用于节点滞回性能的非线性参数分析研究。
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  吊索与钢管混凝土拱桥新型连接节点承载性能试验研究

  王元清;张勇;祝磊;石永久;徐悦;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 82-87+99.

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  吊索与钢管拱连接节点的设计是系杆拱桥建设中的关键技术难题。在江西吉安赣江大桥中采用的外置索座骑跨式连接节点,可很好地解决传统节点做法在施工及使用过程中存在的问题。为研究这种节点的承载性能,课题组在理论分析的基础上,在施工现场进行了足尺模型试验。本文具体介绍了这次试验的情况,包括试件制作、加载方案设计、量测技术和试验结果分析等。试验结果表明,节点的索座附近应力分布较均匀,局部变形很小,完全可满足结构承载力和变形要求。另外,这种节点构造形式简单,便于施工,是一种值得推广的节点形式。
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  33m跨度组合空腹楼盖设计及测试

  黄勇;宋佳;段俞忠;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 88-93.

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  本文详细介绍了一跨度33m的钢-混凝土组合空腹楼盖的结构形式。采用基于壳单元和空间梁单元的混合有限元模型对其进行了理论分析,得到了结构的位移、内力、自由振动的振型及频率。介绍了结构各构件及支座节点的设计、结构的施工方法和流程。为验证理论分析的可靠性,对该组合空腹楼盖结构进行了原位试验,测试了结构自由振动的基本频率,并与理论计算值进行了比较和分析。研究表明,组合空腹楼盖的下层钢肋处于拉-弯、上层混凝土板处于压-弯的受力状态,从支座到跨中,其轴力逐渐增大而弯矩逐渐减小,因此,组合空腹楼盖的应力分布比较均匀,可以充分发挥材料的强度,有效地节省材料;剪力键主要承受弯矩和剪力,从支座到跨中,其弯矩和剪力逐渐减小。设计荷载下,结构最大挠度110mm;结构的前10阶振型均为竖向振型,振动规律类似于实体平板;基本频率的理论计算值与实测值分别为3.15Hz和5.0Hz,分析了误差存在的原因,进而说明了理论分析的可靠性。
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  疲劳荷载下预应力混凝土梁中钢筋应力重分布的试验研究

  冯秀峰;宋玉普;章坚洋;曲秀华;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 94-99.

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  疲劳荷载下钢筋应力幅的准确计算对于构件疲劳寿命验算具有重要意义。通过6片同时配有钢绞线和HRB400级普通钢筋的后张有粘结部分预应力混凝土T型梁的试验,研究了疲劳荷载下预应力混凝土构件中预应力钢筋和普通钢筋之间应力分配的发展规律。试验结果表明:截面开裂后,疲劳荷载下两种钢筋应力幅值比(Δσp/Δσs)随荷载重复作用次数的增加基本符合“三阶段”的发展规律,其中第二阶段占绝大部分,且在第二阶段中Δσp/Δσs变化幅度较小,基本处于0.6~0.7之间。最后给出一种考虑了粘结性能差异的钢筋疲劳应力增量的计算方法,计算结果和试验结果吻合较好。本文的研究结果对进一步修编、完善我国的混凝土结构设计规范具有一定的参考价值。
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  钢筋钢纤维混凝土牛腿受剪承载力试验研究

  高丹盈;赵军;朱海堂;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 100-106.

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  根据12根钢筋钢纤维混凝土牛腿受剪试件的试验结果,讨论了钢纤维体积率、剪跨比、钢纤维混凝土强度对钢筋钢纤维混凝土牛腿斜截面破坏形态和受剪承载力等的影响,建立了钢筋钢纤维混凝土牛腿受剪承载力的计算模型,给出了与钢筋混凝土牛腿计算公式相衔接的钢筋钢纤维混凝土牛腿受剪承载力的计算公式,并进行了数值计算。结果表明,钢纤维对钢筋混凝土牛腿斜截面破坏形态影响较小,但能够提高牛腿的延性。随钢纤维体积率和钢纤维混凝土强度的增加,钢筋钢纤维混凝土牛腿的斜截面受剪承载力逐渐提高,随剪跨比的增大,受剪承载力随之降低。数值计算时,以达到钢纤维混凝土抗剪强度为破坏标准来控制迭代收敛,计算结果与试验结果吻合较好。
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  图像融合在探测混凝土内部损伤中的应用研究

  王婷;李杰;赵鸣;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 107-114.

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  图像融合算法与融合规则是图像融合技术的关键课题。本文简单介绍了几类常用的图像融合算法,如加权平均、HIS变换、塔式变换,并对基于多分辨率小波变换的图像融合算法作了较详尽地论述。在系统阐述现有融合规则的基础上,修正了现有的基于边缘梯度与基于局部方差的融合规则,并相应地提出了修正后的融合规则。通过对一混凝土梁内部缺陷进行红外探测与图像融合的试验研究,采用图像融合定性与定量评价,证明了本文修正后的基于边缘梯度与局部方差的融合规则的有效性和普遍适用性。
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  基于小生境遗传算法的单层网壳结构优化设计研究

  牟在根;梁杰;隋军;宁平华;颜谋;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 115-119.

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  本文提出了一种改进的遗传算法,将小生境技术与模糊控制思想引入其中,从而达到保护种群的多样性的目的,同时使每代最优解得以保存。简单遗传算法本身存在着过早成熟收敛,后期收敛速度放慢等缺陷,其在加入小生境技术后虽可保持种群群体的多样性,使其优化过程不致过早收敛,但是由于小生境技术本身的特点,又不可避免地会产生部分个体的早熟以及陷入局部最优,本文于是在小生境遗传算法基础上加入模糊控制思想,对种群的杂交概率Pc和变异概率Pm进行模糊控制,从而形成了一种新型的模糊控制小生境遗传算法。最后通过单层网壳结构的数值实例证明了该方法的有效性和可行性,进一步为空间网格结构的优化设计奠定了基础。
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  高温下及高温后1770级ф~P5低松弛预应力钢丝力学性能试验研究

  郑文忠;胡琼;张昊宇;

  建筑结构学报. 2006, 27(02): 120-128.

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  鉴于预应力钢丝高温下及高温后的力学性能是开展预应力结构抗火设计及进行火灾后预应力结构损伤评估与修复的重要依据,对16个1770级P5低松弛预应力钢丝试件进行了高温下拉伸试验,14个钢丝试件进行了高温后拉伸试验。试验表明,随着温度升高,高温下钢丝应力-应变关系曲线形状趋于平缓,钢丝的强度、弹性模量等力学指标不断退化;对于高温后钢丝,温度历程低于300℃时,钢丝力学性能变化不明显;高于300℃时,随温度历程的升高,钢丝应力-应变关系曲线逐渐软化,钢丝各项力学指标逐渐退化。应用粘弹性力学理论,得到了去除加载速率影响的高温下钢丝应力-应变关系曲线,得到了钢丝各项力学指标在高温下及高温后的退化规律,建立了高温下及高温后的钢丝应力-应变曲线方程。为开展预应力结构抗火性能分析及火灾后损伤评估提供了基础性素材。