2006年, 第27卷, 第03期　刊出日期：2006-06-05

  

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学术论文
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  冷弯薄壁斜卷边槽钢受压构件的承载力试验研究

  王春刚;张耀春;张壮南;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 1-9.

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  为了研究冷弯薄壁斜卷边槽钢简支柱的受压性能,对三种截面形式(卷边相对翼缘的弯起角度分别为45°、90°、135°)、三种不同长度(500mm1、250mm2、000mm)共计30根冷弯薄壁卷边槽钢简支柱进行了破坏性试验研究。研究结果表明,卷边弯起角度及荷载作用位置对试件的受压极限承载力和破坏模式影响显著。三种截面形式的试件都具有一定的屈曲后强度,其中大部分试件的破坏模式中包含有畸变屈曲模式。在偏心距相等的情况下,卷边弯起角度为45°的试件受负向偏心荷载时的受压承载力比90°和135°的试件略高;相反,受正向偏心荷载时,前者的受压承载力明显低于后两者。此外,对试验进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合良好。
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  高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱畸变屈曲试验研究

  何保康;蒋路;姚行友;周天华;王彦敏;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 10-17.

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  本文对550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能进行了试验研究,17根试件的试验结果表明:由于试件局部屈曲一般发生在畸变屈曲之前,促使畸变屈曲提前出现,这种相关作用减弱了构件整体刚度,降低了构件承载力;澳洲规范AS/NZS 4600:1996及北美规范NAS 2004中关于发生畸变屈曲构件承载力的计算方法没有考虑局部屈曲和畸变屈曲相关作用的不利影响。依据试验结果本文提出了一种修正直接强度法的建议计算方法,该法计算结果与试验结果较为接近且偏安全。
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  屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢结构轴压构件承载力计算模式研究

  李元齐;沈祖炎;王磊;王彦敏;徐宏伟;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 18-25.

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  本文收集了目前国内外屈服强度550MPa高强钢材冷弯薄壁型钢结构轴心受压构件的试验数据,参考现行的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002),对其承载力的合理计算模式进行了系统研究。结果表明,现行规范考虑板组约束计算截面有效宽厚比的方法对屈服强度550MPa高强钢材冷弯薄壁型钢结构轴心受压构件极限承载力的计算是可靠的。
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  屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢结构轴心受压构件可靠度分析

  沈祖炎;李元齐;王磊;王彦敏;徐宏伟;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 26-33+41.

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  本文采用二阶矩概率法,考虑强度、截面几何参数、计算模式、外荷载等不定因素的影响,针对屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢轴心受压构件的可靠度进行了分析,并考虑材料特性,在已有试验的基础上对其承载力计算方法、目标可靠指标及强度设计指标的合理选取进行了研究。结果表明,在按厚度分类合理确定高强冷弯薄壁型钢的强度设计指标后,可依据现行的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)给定的考虑板组稳定计算截面有效宽厚比的方法对其轴心受压构件的极限承载力进行有效分析,并满足预定设计可靠指标的要求。
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  冷弯薄壁型钢墙柱骨架的轴压性能试验研究和设计建议

  秦雅菲;张其林;秦中慧;季俊;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 34-41.

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  由立柱和导轨通过自钻螺钉相连的冷弯薄壁型钢墙柱骨架是轻钢住宅系统中的竖向承重单元。本文对无支撑、钢带支撑、槽钢支撑和十字交叉钢带支撑的C型截面柱的墙柱骨架进行了在轴心压力作用下的足尺试验。试验结果表明:支撑试件比无支撑试件极限承载力最大提高20%,立柱的破坏模式为弯曲屈曲和弯扭屈曲。通过研究现行设计规范与试验结果的误差,提出了在导轨和支撑约束条件下C型截面立柱的计算长度系数可取为0.8。
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  冷弯薄壁型钢结构住宅组合墙体受剪性能研究

  周绪红;石宇;周天华;狄谨;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 42-47.

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  本文采用有限单元法对冷弯薄壁型钢住宅组合墙体的受剪性能进行了分析。在建立有限元模型时,采用了塑性壳单元,考虑了材料非线性和几何非线性影响,自攻螺钉连接采用耦合模型。通过对已有的单面石膏板、单面定向刨花板(OSB板)、一面石膏板另一面定向刨花板(OSB板)三类组合墙体受剪试验结果的分析,验证了本文有限元方法的正确性。采用有限元方法分析了不同墙面板材料、不同钢种、不同墙架柱间距、不同墙体高度、不同螺钉间距等参数对组合墙体承载力的影响,参数分析表明:组合墙体的墙面板材料特性对组合墙体的受剪承载力影响较大,钢材强度对组合墙体的受剪承载力影响较小;随着墙架柱间距缩小、墙体高度减小、边缘自攻螺钉间距加密,组合墙体的受剪承载力明显增加。
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  钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能的试验研究

  王文达;韩林海;陶忠;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 48-58.

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  为了探讨钢管混凝土柱-钢梁平面框架的抗震性能,本文进行了12个框架试件在恒定轴力和水平反复荷载作用下的试验研究,主要考察了柱截面形状(圆形、方形)、含钢率(圆形:α=0.06,0.103;方形:α=0.125,0.126)、柱轴压比(圆形:n=0.06~0.60;方形:n=0.04~0.60)、梁柱线刚度比(圆形:i=0.36~0.58;方形:i=0.34~0.62)等参数对其力学性能的影响。试验结果表明:钢管混凝土柱-钢梁框架滞回曲线较为饱满,强度和刚度退化不明显;柱轴压比和含钢率对框架的承载力和抗震性能影响较大,随着轴压比的增大,框架的水平极限承载力下降,位移延性和耗能能力降低,而含钢率影响规律则相反;圆形截面柱框架抗震性能整体上优于方形截面柱框架。按照《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ13—51—2003)设计的钢管混凝土框架能够满足结构抗震设计要求。
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  短肢剪力墙轻板结构抗震性能的试验研究

  杨建民;郑刚;王维汉;金治国;霍劭薇;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 59-66+77.

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  选取某短肢剪力墙结构住宅建筑中典型一跨进行单层1∶2模型的抗震性能试验,比较分析了各种荷载下不同组件的力学性能,研究短肢剪力墙轻板结构中轻质隔墙板对整体力学性能的影响。试验研究表明,与未加轻质隔墙板和普通钢筋混凝土板的短肢剪力墙结构相比,短肢剪力墙轻板结构具有良好的抗震性能,如层间侧移初始弹性刚度和水平极限承载力有所提高,而且裂缝开展缓慢均匀;轻质隔墙板可提高结构延性和房屋抗倒塌能力,同时使结构具有较大的塑性内力重分布潜力。
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  钢筋混凝土抗震框架节点受力机理及轴压比影响的试验研究

  傅剑平;张川;陈滔;白绍良;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 67-77.

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  通过19个剪压比水平和轴压比水平不同的接近足尺的钢筋混凝土框架中间层中间节点梁柱组合体的低周反复加载试验,对节点的传力机理以及轴压比对节点抗震性能的影响规律进行了分析研究,取得了以下结果:(1)随着轴压比的增加,梁筋在节点内的粘结滑移量明显减小。节点的作用剪力较大时,梁筋的粘结退化加剧;(2)通过对节点内不同受力阶段箍筋应变的量测,明确了平行受力方向箍肢除承受桁架机构的拉力外,还与垂直受力方向的箍肢一起对节点核心区双向交替斜向受压混凝土发挥重要约束作用;(3)节点作用剪力在中等以上作用水平时,轴压比的增大对节点抗震抗剪的延性起不利作用。
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  大空间砖-混凝土组合结构弹塑性地震反应与计算倒塌研究

  刘晶波;谷音;牛惠敏;裘建东;张红印;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 78-83.

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  建立了大空间砖-混凝土组合结构弹塑性分析模型,分别采用纤维单元、多弹簧单元和斜撑单元模型模拟大空间结构的墙体完成结构弹塑性地震反应计算,研究了大空间结构计算模型和计算方法的适用性,提出了结构计算倒塌概念,认为纤维单元与多弹簧单元模型不适合用于模拟强震下大空间结构的连续墙体。进行了大空间砖-混凝土组合结构的弹塑性地震反应计算,研究了结构在小震、中震和大震作用下的受力特性和破坏形态,结果表明,这一大空间结构可以满足小震不坏和大震不倒的基本设计要求,分析发现了结构的薄弱部位,为结构抗震设计提供了依据。
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  混凝土多孔砖砌体模型房屋抗震性能试验研究

  杨春侠;施楚贤;杨伟军;许兵;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 84-92.

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  混凝土多孔砖是近年来兴起的新型承重墙体材料。为了掌握混凝土多孔砖砌体房屋的抗震性能,拓宽其应用范围,本文采用基于位移控制的多点地震波输入的拟动力试验方法,开展了一个8层24m高混凝土多孔砖砌体1/2比例模型房屋子结构拟动力试验。研究表明,模型房屋主要呈剪切破坏形态,墙体的裂缝形式及模型房屋地震破坏形态与普通粘土砖砌体房屋基本相似;模型房屋的滞回曲线呈反S型,具有明显的捏拢和滑移效应;模型房屋的延性系数为2.43,模型房屋具有良好的水平承载能力。因此,模型房屋能够满足7度抗震设防的“小震不坏”和“大震不倒”的要求,而采用《混凝土多孔砖砌体结构暂行技术规程》(DB 43/172—2003)及《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)规定的相应构造措施的混凝土多孔砖砌体房屋在6度抗震设防区可建到8层24m高。
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  预应力网壳-拉杆拱组合结构的预应力全过程分析方法

  周臻;孟少平;陈亚春;吴京;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 93-98.

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  武汉长江防洪模型试验大厅采用的预应力网壳-拉杆拱组合结构是由网壳、拱、拉索和吊杆组成的大跨空间结构体系,预应力全过程分析是结构设计关键和难点。本文从索初始变形的角度出发,针对该类结构的特点,提出了“双重交叉迭代法”确定拉索和吊杆初始变形,索初始变形“顺序分析法”模拟分批张拉施工过程以及索张拉力“顺序分析逆迭代法”解决张拉力已知时的预应力施工过程模拟问题,并将这三种方法进行不同组合,解决各种情况下的多次、分批张拉施工过程分析的问题,由此确立了一套完整的适合该类结构的预应力全过程分析方法。最后通过对武汉长江防洪模型试验大厅结构的两种张拉施工方案的分析,验证了以上方法的正确性和有效性。
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  东方艺术中心混凝土结构设计

  汪大绥;朱莹;花更生;张伟育;姚利民;李忠湧;宁风;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 99-104.

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  东方艺术中心是一个包括多个音乐厅和剧场的大型复杂建筑,通过抗震缝分为五个结构单体,每个单体都是平面和竖向极不规则的框架剪力墙结构体系。本文从基础设计、上部结构布置、结构整体计算分析等三方面介绍了该工程的混凝土结构设计,总结了剧场建筑的结构设计要点。本结构设计的主要特点是:①基础抗压抗拔均采用预应力高强度混凝土管桩,通过节点构造措施保证了桩顶的受力合理,同时达到了经济高效的目的。②升降机械舞台的基坑侧壁利用地下连续墙按两墙合一设计;③由于使用功能的要求,剪力墙布置分散,在每个单体的顶部设置环形大板,能有效地提高结构整体刚度并协调各片剪力墙的顶点位移,起到控制结构变形的作用,更为钢结构屋盖的支座布置带来方便。
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  东方艺术中心钢结构屋架的抗震设计研究

  汪大绥;姚利民;花更生;张伟育;朱莹;李承铭;李忠湧;宁风;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 105-112.

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  东方艺术中心钢结构屋架具有大跨、长悬臂及异形等特点,提出采用空间钢结构桁架的屋架形式,并且设置200mm的抗震缝将整个屋盖分割成五个区域。通过设置水平支撑及采用多种类型的抗震支座来解决抗震设计中出现的问题。常规设计仅对钢屋架单独模型进行抗震分析。本文通过对三种模型(钢屋架单独模型,考虑混凝土筒体、顶部环板及钢屋架在内五个区域各自的单独整体模型及将五个区域一并考虑的整体模型)的抗震分析发现:(1)在7度抗震设计区,当荷载作用较大、采用固定及滑动支座的大跨或长悬臂桁架结构应进行竖向、水平地震的抗震验算。(2)空间钢结构桁架周期相当密集。在做动力分析时需要考虑更多的振型数以满足精度的要求。(3)由于钢屋架支承于高处,混凝土筒体的存在对屋架内力的影响不能忽略,因此,设计中采用单独整体模型更为合理。(4)单独整体模型的计算结果与整体模型相比偏安全。
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  东方艺术中心点支式玻璃幕墙钢架-支撑-索网结构支承体系研究

  汪大绥;姚利民;花更生;张伟育;李承铭;李忠湧;宁风;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 113-119.

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  东方艺术中心幕墙具有大跨、超长及弧形等特点,为了克服传统支承结构构件多杂的缺点,本文提出钢架-支撑-索网结构支承体系。其中椭圆杆立柱与圆杆横梁铰接(边部刚接)形成钢架,钢架背后通过一系列有规律布置的支撑系统来减少立柱的断面及增加支承体系的刚度,钢架与玻璃之间设置预应力索网以增加支承体系的整体稳定性。刚架下部通过铰节点支承于底部混凝土支座,上部通过水平链杆与长悬臂屋架上弦杆相连以消除屋架位移对结构的影响,并通过设置于支座及水平链杆上的碟形弹簧来减小温度应力的影响。本文首先对该设计理念的形成作了阐述,其次运用ANSYS程序对结构在恒、风、温度及地震等荷载作用下进行了静力、动力分析及线性和非线性的整体稳定分析,最后对该结构中主要节点的处理等方面作了介绍。
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  抗拔桩的变形与极限承载力计算

  朱碧堂;杨敏;

  建筑结构学报. 2006, 27(03): 120-129.

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  抗拔桩常用于地下构筑物的抗浮和受较大弯矩作用高耸构筑物的基础。本文推导了基于轴向Winkler地基模型的抗拔桩弹性解答和基于统一极限摩阻分布(由Nc,αs和n三参数描述)的弹塑性有限差分求解方法,编制了相应的程序。应用上述解答和程序,对抗拔桩的变形性状和极限承载力进行了详细地研究,重点讨论了Winkler模型弹簧刚度ks、统一极限摩阻参数Nc、αs和n,以及上覆土层对抗拔桩的变形和极限承载力的影响。结果表明,Nc和ks对抗拔桩的弹塑性变形影响显著,而极限承载力主要取决于Nc值和上覆土层厚度。