2006年, 第27卷, 第05期　刊出日期：2006-10-05

  

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学术论文
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  铝合金梁弯扭稳定系数的试验研究及数值分析

  吴亚舸;张其林;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 1-8.

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  本文依托国家标准《铝合金结构设计规范》编制研究项目,采用数值分析与试验相结合的手段研究了铝合金梁弯扭稳定系数的计算问题。首先根据铝合金材料的Ramberg-Osgood本构关系,近似地将梁屈曲时截面边缘纤维的切线模量应用于全截面,由此得出无缺陷铝合金梁弯扭稳定系数的计算式;接着采用有限元数值模拟技术,应用壳板单元结合材料的随动强化模型,并同时考虑构件的初始缺陷,对强硬化和弱硬化合金分别拟合出Perry-Robertson形式的铝合金梁弹塑性弯扭屈曲稳定系数计算公式;最后,针对梁弯扭屈曲时侧向扭转的特点,合理设计了一套试验装置,并进行了铝合金拉伸力学性能的测定和10根跨中受集中力作用的简支工字梁弯扭屈曲承载力的测定,通过与试验结果的比较,验证了拟合公式的正确性。
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  第12届亚洲建筑师大会在北京隆重召开

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 2-2.

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  H形截面铝合金压弯构件平面内稳定承载力的试验及理论研究

  张铮;张其林;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 9-15.

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  以长细比和荷载偏心率为主要参数,测试了13个H形截面铝合金挤压型材偏心受压试件的稳定承载力,所有试件均在受弯平面内发生了整体弯曲屈曲。采用数值方法对上述试件进行了非线性稳定性计算,计算结果得到了试验结果的验证。对铝合金压弯构件的稳定性进行了理论分析,结果表明合金类型对稳定承载力的影响最大,修正系数η1需要对弱硬化合金和强硬化合金分别取值。推导的计算H形截面铝合金压弯构件平面内稳定承载力的线性相关公式与数值计算结果吻合较好,并在形式上与我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)保持一致以便于实际应用。
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  设直肋方形薄壁钢管混凝土短柱的试验研究与有限元分析

  张耀春;陈勇;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 16-22.

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  为改善薄壁钢管混凝土柱的力学性能,提出了设冷弯直肋方形薄壁钢管混凝土柱的新型结构形式。进行了无肋、单向设直肋和双向设直肋的3种截面形式、200mm×200mm和300mm×300mm两种截面尺寸的18个薄壁钢管混凝土轴压短柱的试验。结果表明:设肋的薄壁钢管混凝土短柱以剪切破坏模式为主;肋与混凝土在试件破坏之前,均能保持良好粘结。截面为200mm×200mm设直肋的短柱能达到较高的极限承载力,与无肋的试件相比,单向设直肋短柱的极限承载力提高了15%,双向设直肋的提高了26%。采用有限元程序ABAQUS 6.4进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合良好;通过数值计算,研究了截面尺寸相同的素混凝土短柱及无肋、单向、双向设直肋薄壁钢管混凝土轴压短柱的柱中截面混凝土纵向应力的分布规律,为深入开展设肋薄壁钢管混凝土短柱的研究提供了依据。
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  设对拉片方形薄壁钢管混凝土短柱的试验研究与有限元分析

  陈勇;张耀春;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 23-29.

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  为改善薄壁钢管混凝土柱的力学性能,提出了内部设置横向对拉片的薄壁钢管混凝土柱的新型结构形式。通过对无对拉片、单向和双向设置对拉片3种截面形式、2种对拉片纵向设置间距为100mm和200mm的15个薄壁钢管混凝土轴压短柱的试验研究,比较和分析了构件的试验现象、破坏形式、荷载-位移曲线等。结果显示:设对拉片的薄壁钢管混凝土短柱以剪切破坏模式为主,对拉片与混凝土的粘结在短柱压溃之前均能保持共同工作;设置间距为100mm时,对拉片能有效改善薄壁钢管混凝土短柱的工作性能,与无对拉片试件相比,设置单向对拉片短柱的极限承载力提高了22.5%,设置双向对拉片的提高了27.4%;设置间距为200mm时,对拉片对短柱的极限承载力提高的作用不大。因此对拉片的间距是影响试件承载力的主要因素,间距越密承载力越高。采用有限元程序ABAQUS 6.4对试件进行了分析,计算与试验结果吻合较好;通过研究各试件柱中截面混凝土的纵向应力分布情况,阐述了设对拉片短柱的受力机理。
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  钢梁-混凝土墙铰结连接节点嵌固弯矩的分析与计算

  叶列平;郑从立;蔡益燕;郁银泉;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 30-38.

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  近年来,外钢框架-混凝土核心筒混合结构在我国高层建筑中逐渐增多。钢梁-混凝土墙铰结连接节点是这种混合结构中常用的一种节点形式,在其预埋件的设计计算中,需要考虑节点连接处嵌固弯矩的影响。本文针对现有嵌固弯矩近似计算方法需求解超越方程的问题,首先基于螺栓连接的剪力-变形本构关系,给出了嵌固弯矩的理论计算方法,随后基于螺栓群连接的近似受力分布,提出了近似弹塑性计算方法,并根据塑性极限分析理论提出了近似极限计算方法。两种方法可直接计算嵌固弯矩,无需求解超越方程,其中近似极限计算方法更为简单。通过与收集到的20个试验结果的对比分析,讨论了理论方法和本文提出的近似方法准确性。结果表明,本文提出的近似弹塑性计算方法比试验值偏大约2%,近似极限计算方法比试验值偏大约20%,偏于保守较多。
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  钢框架内嵌带竖缝钢筋混凝土剪力墙的内力计算模型

  童根树;米旭峰;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 39-46.

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  对《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99—98)中钢框架内嵌带竖缝钢筋混凝土剪力墙的等效交叉支撑和等效剪切板模型进行考察,指出了在确定等效构件时考虑钢框架梁剪切变形的必要性,同时指出两种模型均不能正确地给出钢框架梁的剪力,也不能反映钢框架梁弯曲变形对整体刚度的影响。因此提出壁式框架的计算模型,对各部分的刚度给出了计算建议,对模拟钢框架内嵌带竖缝钢筋混凝土剪力墙肢的壁柱,通过对轴压刚度取小值以实现带竖缝钢筋混凝土剪力墙不承担竖向荷载的设计要求。对壁式框架模型和两种等效模型进行比较表明,在层数少、剪切变形占主导地位时,壁式框架模型的刚度略小;层数增加,三种模型结果相似。但壁式框架模型能够给出钢框架梁的剪力,并反映钢框架梁变形对抗侧刚度的影响。
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  钢框架内嵌带竖缝钢筋混凝土剪力墙的补充计算和构造要求

  童根树;米旭峰;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 47-55.

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  对钢框架内嵌带竖缝钢筋混凝土剪力墙的设计方法进行了考察,提出了若干补充计算和构造措施以实现带竖缝钢筋混凝土剪力墙的设计思想。这些补充包括:(1)梁柱连接和梁腹板,应补充进行受剪强度计算;(2)当受剪强度不满足要求时建议增加带竖缝钢筋混凝土剪力墙和钢框架柱的抗剪件连接,这种构造同时方便了安装;(3)建议竖缝剪力墙和钢框架梁采用开竖向槽孔的高强度螺栓摩擦型连接,以实现带竖缝钢筋混凝土剪力墙不承受竖向荷载,只承受水平力的设计思路;(4)增加对钢框架梁腹板受到带竖缝钢筋混凝土剪力墙膨胀力挤压发生屈曲的设计验算;(5)对连接钢框架梁和带竖缝钢筋混凝土剪力墙的预埋件给出了设计公式;(6)建议参考《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)对带竖缝钢筋混凝土剪力墙受剪承载力进行设计。
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  首都机场3号航站楼多维多点输入时程地震反应分析

  刘枫;肖从真;徐自国;钱基宏;赵基达;柯长华;王春华;王国庆;朱忠义;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 56-63.

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  首都机场T3A航站楼南北方向最大尺寸约950m,东西方向最大尺寸约770m,结构在双方向尺度均很大,且结构体型不规则,有必要进行多维多点输入地震反应分析。本文首先介绍了多维多点输入地震反应分析的基本原理。对T3A航站楼采用时程分析法,进行了考虑行波效应的,水平双向多点输入地震反应分析。将多维多点输入结果与多维单点输入结果进行比较,得出结论为多点输入条件下扭转作用显著提高。对本工程而言,在行波速度从250m/s到800m/s的范围内,随波速减小地震反应增大。结构下部框架结构扭转振动呈剪切型分布,且多点输入影响随楼层升高而减小。多点输入影响较大构件一般为边柱、角柱。根据分析结果,对设计提出建议,针对工程不同结构类型和部位给出了考虑多点输入影响的地震作用效应调整系数,本工程地震作用效应调整系数在1.00~2.20之间。本文为大型建筑结构在设计中考虑多点输入影响提出了一种思路。
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  考虑P-δ效应的钢筋混凝土框架柱设计方法

  魏巍;朱爱萍;刘毅;白绍良;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 64-71.

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  针对工程界对《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2002)考虑二阶效应的设计方法中是否已充分考虑了单柱P-δ效应的疑虑,通过有限元分析算例,对框架结构在P-δ效应作用下一阶弯矩的影响规律进行了详细说明。在指出美国规范ACI Committee 318和欧洲规范Eurocode 2对考虑P-δ效应的柱等效长度取值不尽合理以及考虑框架柱端不等偏心距影响的折减系数Cm取值过于粗略后,利用框架的有限元分析结果提出了等效长度的定义和设计取值方案,并结合试验结果和分析给出了更为合理的Cm系数取值建议。本文的建议为进一步完善考虑二阶效应的框架柱设计方法提供了参考。
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  预应力混凝土梁在地震作用下的损伤-破坏模型

  袁建力;钱仲慧;王仪;徐宜和;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 72-78.

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  结构在地震作用下的损伤状况及其抵御破坏荷载的残余能力,是抗震优化设计和震后工程加固的重要依据。根据对预应力混凝土梁在不同荷载历程下的耗能、破坏特性的试验研究,本文提出了构件破坏的定义,给出了构件在循环荷载下的破坏弯矩与骨架曲线破坏弯矩的数学关系,建立了预应力混凝土梁在地震作用下的损伤-破坏模型。该模型综合了变形、能量累积以及荷载历程对预应力混凝土构件损伤-破坏的影响,对不同的地震模式有更好的适用性。
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  内撑式预应力撑杆柱的稳定承载能力试验研究

  舒赣平;侯善民;陈大好;包红燕;顾建;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 79-85+117.

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  采用预应力撑杆柱是提高细长型钢柱稳定承载能力的有效方法。本文在分析预应力撑杆柱受力特点的基础上,结合南京图书馆新馆的工程实际,对5根内撑式预应力撑杆柱进行了稳定承载能力模型试验研究,并进行了2根细长形方钢管柱和3根方钢管混凝土柱的模型试验作为对比。重点研究了不同长细比、不同柱截面形式、不同支座约束条件的预应力撑杆柱的稳定承载力。本文的试验与分析结果表明,只要设计合理,内撑式预应力撑杆柱与同尺寸的钢管柱相比具有更高的稳定承载能力,是一种安全、可靠、美观的结构构件。文章还对背景工程内撑式预应力撑杆柱的设计和施工提出了参考建议。
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  高层钢结构交错桁架结构的试验研究

  周绪红;莫涛;刘永健;尹志明;卢林枫;周期石;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 86-92.

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  进行了1个14层交错桁架结构1:8缩尺模型静力弹性试验。试验研究包括交错桁架结构在弹性阶段的受力机理,柱子内力状态,桁架腹杆内力分布规律,楼板应力分布情况,结构层间位移和结构扭转角。试验按竖向荷载+水平3点加载和竖向荷载+水平单点加载两种工况加载,分别考察相邻框架的协同工作性能和结构扭转性能。由于受实验室净高的限制,竖向荷载采用楼面堆载和柱中加套拉杆的方式加载。测试结果表明,柱子的内力以轴力为主,柱子可以按轴心受力构件设计;桁架各种腹杆也完全可以认为是轴心受力构件。应变测点显示出,上下两层相邻的楼板中水平剪力的传递方向是相反的,相邻两框架间水平剪力的传递是通过楼板中的带状拉力场得以实现。位移测试结果说明,交错桁架是一种侧移刚度较大,但抗扭转刚度较小的结构体系。利用开发的有限元程序对试验过程进行对比计算。有限元分析结果与试验值接近,表明本文有限元理论分析方法是正确、可靠的。最后,对楼板的极限剪力问题作了探讨。
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  钢筋网复合砂浆加固受弯足尺RC梁二次受力试验研究

  卜良桃;叶蓁;周子范;高伟;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 93-100.

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  本文对钢筋网复合砂浆加固的受弯足尺混凝土梁二次受力进行了试验研究。试验包括10根用钢筋网复合砂浆加固的加固试验梁和4根未加固的对比试验梁。试验梁采用三面U形加固形式,量测了试验梁的挠度,钢筋、混凝土及复合砂浆应变等。通过改变加固钢筋的直径、数量及强度等级,研究了本加固法对二次受力的RC梁的极限承载力,破坏形态,截面刚度及裂缝分布等的影响。试验结果表明,钢筋网复合砂浆薄层加固是一种有效的加固方法,能够显著地提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力、截面刚度以及抗裂性能;另外,当梁底加固纵筋的配筋率超过“界限配筋率时”,加固梁可能发生脆性的剥离破坏。
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  预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的受弯性能研究

  张建伟;杜修力;邓宗才;何唯平;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 101-109.

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  本文对预应力芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯性能做了初步的研究,并提出了带永久锚具的预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的施工工艺。通过10根试件的受弯试验,对比了预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁与非预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁的开裂弯矩、屈服弯矩、极限弯矩及抗弯刚度等工作性能,分析了芳纶纤维布的预应力水平和加固层数对试件受弯性能的影响。试验结果表明,非预应力芳纶纤维布加固的试验梁与未加固的基准梁相比,其开裂弯矩提高了12%~16%,屈服弯矩提高了13%~29%,极限弯矩提高了26%~65%;预应力芳纶纤维布加固的试验梁与未加固的基准梁相比,其开裂弯矩提高了114%~306%,屈服弯矩提高了38%~101%,极限弯矩提高了29%~101%。可见,预应力芳纶纤维布能显著地提高被加固钢筋混凝土梁的受弯性能。在试验研究基础上,本文给出了承载力计算方法,计算结果与实测值符合较好。
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  含形状记忆合金自复位阻尼器隔震结构的地震反应分析

  王社良;赵祥;朱军强;闵敏;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 110-117.

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  为了使隔震结构体系能够同时获得良好的隔震特性及震后自复位能力,本文利用形状记忆合金(SMA)材料在相变伪弹性阶段具有较好阻尼性能这一特点,采用SMA自复位阻尼器与常规叠层橡胶垫组合成自复位隔震装置。根据SMA材料相变伪弹性的本构模型,对SMA自复位阻尼器在反复循环荷载下的力学行为进行了数值模拟,得到了相应的滞回耗能曲线。提出了一种针对SMA自复位阻尼器的分段线性化恢复力模型,并依据剪切型层模型理论,编制了设有SMA自复位阻尼器隔震结构在地震作用下的弹塑性时程分析程序,对设有这种新型隔震装置工程结构进行地震反应分析。分析结果表明,这种隔震装置不仅可以大大减轻地震对上部结构的影响,而且还具有很好的震后复位能力,因此具有较好的工程应用前景。
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  上海新国际博览中心钢桁架结构的施工及临时支承拆除的卸载过程分析

  蒋金生;叶可明;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 118-122.

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  上海新国际博览中心8#馆的屋盖结构由16榀跨度为72m的鱼腹式空间钢桁架组成。鱼腹式钢桁架横断面为菱形,截面结构刚度较小。在桁架的安装过程中,首先在地面上搭设满堂脚手架平台,然后在该平台上安装桁架拼装用的二级临时支承结构,在支承结构上实现桁架的高空原位拼装。根据施工方法,建立施工过程分析模型,对施工过程进行数值模拟分析,并确定拆除临时支承结构的卸载方案———通过控制临时支承的千斤顶行程,实现支承位置的逐步下降。现场测试表明,数值模拟结果与测试结果吻合较好,最大误差为21.0%,说明了施工方法的合理性及数值模拟方法的可靠性。
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  带褥垫层刚-柔性桩复合地基性状试验研究

  朱奎;徐日庆;

  建筑结构学报. 2006, 27(05): 123-128.

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  为了研究带褥垫层刚-柔性桩复合地基这种新型复合地基桩土共同作用特征,在温州地区选择了一个采用刚-柔性复合地基的工程开展静荷载试验研究。在条形基础下抽取一根钻孔灌注桩(刚性桩)和四根水泥搅拌桩(柔性桩)进行刚-柔性复合地基静荷载试验,分析整个加荷过程中复合地基的承载变形规律。试验结果表明复合地基Q-s曲线呈缓变形,承压板底土反力分布呈现出中部大边部小的形态,土应力在桩端平面出现应力增大现象,复合地基中刚性桩、柔性桩桩顶均出现负摩阻力。另外,通过反分析方法确定本次试验中钻孔灌注桩、水泥搅拌桩和桩间土的承载力发挥度分别为0.97、0.73、0.99。