2007年, 第28卷, 第05期　刊出日期：2007-10-05

  

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学术论文
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  两跨无粘结预应力混凝土连续板抗火性能试验与分析

  郑文忠;侯晓萌;许名鑫;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 1-13.

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  完成了9块两跨无粘结预应力混凝土连续单向板抗火试验。通过布置于试验板内的热电偶,获得了试验板截面的温度场分布。通过布置于无粘结筋锚固端的力传感器和试验板上的位移传感器,获得了试验板中无粘结筋应力和试验板新增变形在火灾下的变化过程。通过布置于各试验板边支座上的压力传感器,获得了两跨连续板支座反力在火灾下的变化过程。受火过程中试验板背火面经历了水分溢出、水蒸气形成和发展、溢出水干涸及水蒸气消失的过程。基于不同试件不同时刻的无粘结钢丝应力实测值、边支座反力实测值、跨中新增变形实测值,拟合出了考虑各关键参数影响的火灾下两跨连续板中无粘结钢丝应力计算公式、边支座反力计算公式和跨中新增变形计算公式。针对在抗火试验中有4块试验板板顶负弯矩的钢筋截断处出现了贯穿裂缝的现象,提出了火灾下两跨连续板中支座两侧负弯矩钢筋的截断建议。
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  同跨受火时两层两跨组合钢框架抗火性能的试验研究

  董毓利;李晓东;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 14-23.

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  利用自行研制的火灾试验炉,对两榀两层两跨组合钢框架在同跨火灾作用下的性能进行了试验研究,火灾工况包括:梁、板、柱同时受火、节点不受火,梁、板受火而柱、节点不受火两种。试验中量测了各种工况的炉温,框架梁、柱及混凝土楼板中的温度分布及框架水平和竖向位移。结果表明:钢柱四面受火时,钢柱翼缘、腹板的温度相差很小;对于钢梁,除了与混凝土接触的上翼缘外,其余H型钢梁的裸露部分温度分布基本均匀;混凝土内部的温升一般滞后于钢梁,钢筋混凝土板对钢梁有约束作用,升温时混凝土限制钢梁的膨胀、降温时则限制钢梁的收缩,致使钢筋混凝土板中出现很多裂缝;组合梁的抗火性能明显优于钢柱,工程中应对钢柱和节点实施保护;钢框架未受火部分对受火部分约束很大,导致受火跨边柱与中柱的变形不对称,同样也产生了内力重分布。
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  高温下钢筋混凝土异形柱的试验研究

  吴波;徐玉野;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 24-31.

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  进行了11根钢筋混凝土异形柱和1根钢筋混凝土方形柱在ISO834标准升温过程下的明火试验,分析了轴压比和受火方式对高温下不同截面形状的钢筋混凝土柱的破坏形态、轴向变形,以及耐火极限等的影响。试验结果表明:(1)钢筋混凝土异形柱的耐火性能明显低于方形柱。(2)轴压比对异形柱的耐火极限影响较大。(3)一般而言,十字形柱的耐火性能比T形柱好,T形柱比L形柱好;但当轴压比较大(例如0.55)时,T形柱的耐火性能有可能好于十字形柱。最后,利用三种高温下钢筋混凝土异形柱的数值分析模型对12根试验柱的耐火极限进行了计算,比较了不同模型的模拟效果。
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  火灾高温下GFRP筋和混凝土粘结性能试验研究

  吕西林;周长东;金叶;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 32-39+88.

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  为了研究火灾环境中不同温度下纤维增强塑料(FRP)筋和混凝土之间粘结性能的变化以及火灾后FRP筋和混凝土之间的残余粘结性能,以玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋为例,对34组共120个混凝土棱柱体粘结试件进行了火灾高温时GFRP筋和混凝土之间粘结性能的试验研究,试验主要考虑了温度、混凝土强度和粗骨料粒径的影响,得到了高温中和降温后GFRP筋和混凝土之间的粘结强度以及GFRP筋的锚固长度。试验结果表明,随温度的升高,粘结性能会随之下降,当温度下降至室温后,其粘结性能会得到恢复。这些试验结果可以应用于GFRP筋增强混凝土结构抗火设计中。
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  火灾下钢结构建筑楼板的薄膜效应机理及理论模型

  李国强;周昊圣;郭士雄;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 40-47.

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  通过试验及火灾实例发现,建筑结构中的钢筋混凝土楼板或压型钢板组合楼板在高温下能产生很大变形,进而产生薄膜效应,能大大提高楼板的抗火性能。因此,在结构防火设计中正确考虑薄膜效应的影响,对发挥楼板的抗火潜能,降低结构抗火成本,有重要意义。本文论述了火灾下楼板的薄膜效应产生的机理,建立了分析模型,将楼板划分为5部分,包括周边4个刚性板块和中间一呈椭球面的板块。分别对板块的内力和弯矩进行了分析,然后根据板块内力及弯矩的平衡方程及位移协调方程,推导出了火灾下考虑薄膜效应后楼板极限承载力的计算公式,为考虑薄膜效应时的楼板抗火设计提供了参考。
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  火灾下钢结构建筑楼板的薄膜效应模型验证及实用方法

  李国强;郭士雄;周昊圣;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 48-53.

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  通过已有试验结果对火灾下考虑薄膜效应的楼板极限承载力计算方法进行了验证,证明了提出的计算方法的可靠性。根据楼板的薄膜效应分析模型,分析了温度、楼板长短边比例、配筋分布和挠度等参数对楼板极限承载力的影响。分析表明,楼板挠度越大,楼板的长跨比越小,长跨与短跨配筋率的比值越小,楼板在火灾下产生的薄膜效应就越明显,对楼板火灾下的极限承载力提高就越大。根据考虑薄膜效应计算楼板极限承载力的理论方法,提出了对无防火保护的楼板(包括次梁)进行抗火设计验算的简化实用方法,在满足1.5h耐火时间楼板不坍塌的条件下,可减小楼板及次梁的防火成本。本方法可供工程设计人员在进行楼盖的抗火设计时参考。
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  厂房框架带牛腿柱的计算长度

  陈绍蕃;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 54-60.

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  设有20 t以下桥式吊车的厂房框架多用带牛腿的常截面柱来承受吊车荷载。这种带牛腿荷载的柱在框架平面内的计算长度,习惯上和荷载完全集中在柱顶者同样对待。实际上,由于大部分荷载施加在柱中间部位,柱的稳定承载能力要比荷载集中于柱顶的常截面柱高。设计计算应该基于这种实际情况。为此,本文提出带牛腿柱在框架平面内计算长度的理论公式和简化实用计算公式。同时提出反映两柱相互约束效应的计算公式,进一步发挥结构的潜力。柱在框架平面外的计算长度通常取为纵向支承点间的距离。然而,带牛腿荷载的柱在牛腿表面处总是有纵向支撑杆件把它分为两段。由于上段短而荷载小,对在设计中起控制作用的下柱有约束作用,从而减小其计算长度。本文也为此提出理论和实用计算公式。
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  管板连接轴心受拉构件极限承载力试验研究

  舒兴平;丁兆龙;陈方红;袁智深;丁芸孙;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 61-68.

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  对6个管板连接构件进行了受拉极限承载力试验研究和有限元分析。试验表明,试件的破坏均为长槽孔末端钢管横截面被拉断,其中,用板补强的试件GPT-3和GPT-6在破坏前钢管出现了明显的颈缩。分析表明,试验结果和有限元分析结果吻合良好,现行美国规范(ANSI/AISC 360-05)和加拿大规范(CAN/CSA-S16-01)中未补强的管板连接受拉承载力设计公式安全适用。研究表明,管板连接构件在受拉过程中,剪切滞后现象非常严重;长槽孔末端绕焊的焊缝质量对构件的受拉极限承载力有很大的影响。
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  四层两跨高性能混凝土框架的抗震性能

  薛伟辰;胡翔;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 69-79.

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  通过低周反复荷载试验对四层两跨高性能混凝土框架的破坏形态、破坏机制、恢复力模型、变形恢复能力、位移延性、刚度退化以及耗能能力等进行了研究,并对多层多跨框架结构的最优破坏机制进行了分析。研究表明,实现逐层梁铰机制的框架具有良好的整体延性和耗能能力,框架顶点和层间位移延性系数达到4.5~8.0。编制了基于恢复力模型的滞回全过程分析程序,应用该程序对四层两跨高性能混凝土框架进行了模拟计算,计算结果与试验值吻合良好。在此基础上,对高性能混凝土框架结构基于"中震可修"的性能指标及其限值进行了初步探讨。
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  高性能混凝土剪力墙性能设计理论的试验研究

  梁兴文;邓明科;张兴虎;田士峰;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 80-88.

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  高性能混凝土剪力墙的水平承载力高,但其变形能力较差。为了提高这种构件的变形能力,本文按性能设计理论,并在构件潜在的塑性铰区采用分段约束高强箍筋代替普通箍筋,设计了4个高性能混凝土剪力墙试件,进行了拟静力试验。根据试验结果,给出了高性能混凝土剪力墙在使用良好、生命安全和防止倒塌三个性能水平对应的层间位移角的分布范围和平均值;分析了轴压比、约束箍筋数量及范围等因素对剪力墙的延性、耗能能力和破坏形态的影响。研究结果表明,三个性能水平对应的层间位移角与构件的损伤程度有较好的相关性,可以用作这种构件的性能指标;根据轴压比和位移延性需求确定的分段约束箍筋数量和范围,可以明显改善高性能混凝土的脆性,使高性能混凝土剪力墙的延性指标达到设计要求。
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  混凝土十字形中柱的板柱连接抗震性能试验研究

  刘文珽;黄承逵;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 89-95.

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  通过两个大比例十字形中柱的板柱连接试件(其中一个试件配置抗冲切锚栓),在竖向荷载和低周反复水平荷载作用下的试验,探讨了十字形中柱的板柱连接在模拟地震作用下的裂缝形态、破坏特征、混凝土以及钢筋的应变、滞回特性、位移延性等一系列受力特性。试验研究表明,十字形中柱的板柱连接与传统方形中柱的板柱连接受力性能类似,两个试件的极限侧移比都远超过了1.5%的侧移比限值要求,因此在板柱结构中引入十字形柱是可行的;配置抗冲切锚栓可以显著地提高板柱连接的承载能力和延性。此外,根据试验给出了十字形中柱的冲切临界面形式,并提出了其类似极惯性矩的计算公式,从而使十字形中柱的板柱连接可以应用现行规范的方法进行承载力分析计算,采用该方法的分析结果与试验结果符合较好。
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  混凝土小型空心砌块复合墙体受弯和受剪性能试验研究

  闫维明;郭米娜;周宏宇;李万举;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 96-103.

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  对两种连接方式(钢筋连接和钢丝网片连接)的混凝土小型空心砌块足尺复合墙体交替进行了平面内低周反复加载试验和先外后内低周反复加载试验(即平面外加载试验完成后再进行平面内加载试验),旨在了解复合墙体的开裂和裂缝发展过程以及墙体连接筋的应变变化,研究墙体的抗震性能和变形能力。平面外低周反复加载试验结果表明,两种连接方式复合墙体的延性性能几乎相同,钢丝网片连接能更好地增加墙体的整体性和平面外抗震性能。文中比较了复合墙体在平面外加载试验的基础上进行平面内加载与直接进行平面内加载试验结果的差异,对试验结果的分析表明,平面外加载试验后墙体裂缝的存在降低了墙体的刚度,故而再进行平面内加载试验时墙体的开裂荷载有所降低,但对极限荷载、墙体延性及耗能均无明显影响。
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  钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的试验研究

  易伟建;何庆锋;肖岩;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 104-109+117.

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  偶然荷载作用下预知结构的失效机理以及为之提供新的荷载路径是结构抗倒塌设计中很重要的方面。本文提出了一种模拟框架结构倒塌破坏的拟静力试验方法并完成了一榀4跨3层的钢筋混凝土平面框架的倒塌试验。试验中,用机械千斤顶替换底层的中柱以模拟其失效,用电液伺服作动器采用力控制的方式作用在顶层中柱模拟上部结构重力荷载。作动器施加的力通过中柱传递给底层千斤顶,随着千斤顶的逐渐卸载,中柱顶部的作用力通过框架梁传递到两边的柱。在中柱位移456mm时框架梁中钢筋被拉断而倒塌。本文基于试验结果与现象对试验模型框架受力过程进行了分析,并对结构受力机制的转换过程进行了探讨,通过计算得出结论,塑性机构破坏荷载大约为悬索机构破坏荷载的70%,且可用其来预估框架考虑悬索作用的极限承载能力。
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  钢纤维高强轻骨料混凝土力学性能的试验研究

  刘汉勇;王立成;宋玉普;王海涛;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 110-117.

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  轻骨料混凝土强度的提高导致了其脆性性能的增加,掺入钢纤维能对轻骨料混凝土起到增强、增韧效果。通过试验系统研究了LC50高强轻骨料混凝土在钢纤维体积率为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%时的基本力学性能,包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折初裂强度、抗折强度、静力受压弹性模量、泊松比和弯曲韧性等,并与国内外一些相关试验的结果进行了比较。试验结果表明:掺入钢纤维提高了轻骨料混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度和静力受压弹性模量,显著提高了轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度和弯曲韧性。掺入钢纤维与否,以及采用轻骨料还是普通碎石骨料对混凝土的泊松比无明显影响。
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  钢管轻集料混凝土中长柱轴压性能的试验研究

  吉伯海;周文杰;王晓亮;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 118-123.

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  通过对20根具有不同长细比和混凝土强度等级的钢管轻集料混凝土中长柱进行轴压试验,研究了钢管轻集料混凝土中长柱在轴心压力下的宏观变形特征、轴力-应变关系、破坏模式和破坏机理,并与钢管普通混凝土的轴压性能进行了对比。研究结果表明:长细比是影响钢管轻集料混凝土中长柱承载力的主要因素,在相同条件下,长细比越大,试件的承载力越低;核心混凝土强度对钢管轻集料混凝土试件的稳定系数有一定影响,在截面参数相同的情况下,核心混凝土强度较高的试件稳定系数比混凝土强度较低的试件要高;在本研究的范围内,钢管轻集料混凝土的稳定系数要高于长细比相同的钢管普通混凝土。
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  CFRP板与钢梁粘结剥离破坏的试验研究

  邓军;黄培彦;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 124-129.

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  粘结层是碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢梁的最薄弱环节。通过对4根加固梁的静载试验及6根加固梁的疲劳试验研究了CFRP板加固钢梁的剥离破坏。在CFRP板底端部贴的应变片记录了试验过程中的应变变化,并结合理论分析,探讨了各项因素对板端应变的影响及CFRP板的剥离破坏过程。静载试验中记录的随外荷载变化的应变曲线以及疲劳试验中记录的随疲劳加载次数变化的应变曲线都能分为4个阶段。阶段Ⅰ为板端溢胶对板端作用的拉力的衰退阶段,板端溢胶逐渐失去作用;阶段Ⅱ为正应力衰退阶段,正应变开始减小,而剪应力继续增加,使得压应变的增加更快;阶段Ⅲ为剪应力衰退阶段,在达到压应变峰值后,剪应力和应变减小,直到应变为0;阶段Ⅳ为剥离破坏阶段。根据这一规律,利用板端的应变片可以很好地监控加固梁粘结层的性能变化及裂缝的萌生。
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  高强钢绞线网-聚合物砂浆加固带有直交梁和楼板的框架节点的试验研究

  曹忠民;李爱群;王亚勇;张蔚;姚秋来;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 130-136.

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  提出了采用高强钢绞线网-聚合物砂浆加固提高带有直交梁和楼板的框架节点抗震性能的方法,并通过3个带有直交梁和楼板的框架节点试件的低周反复加载试验对该方法进行了检验。试验结果表明:加固后能够有效地改善梁柱节点的抗震性能,提高节点的受剪承载力和延性,出现梁铰的延性破坏形态,改善节点的强度退化和刚度退化,提高节点的能量耗散能力。当框架节点存在直交梁时,可以在节点核心区钻斜洞穿过X形钢绞线束进行加固。最后,分析了节点加固的受力机理,提出了该技术加固梁柱节点的设计和施工建议。
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  混凝土框架节点碳纤维布抗震加固新方法研究

  冼巧玲;江传良;周福霖;

  建筑结构学报. 2007, 28(05): 137-144.

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  提出了用碳纤维布加固平面框架中间节点和空间框架中间节点的新方法,通过5个框架中间节点(其中2个为假三维节点)的足尺拟静力试验,验证了本文加固方法的有效性。试验结果表明,对平面框架梁柱节点,在核心区水平及竖向粘贴碳纤维布,以及竖向和斜向交叉粘贴碳纤维布两种加固方法均能显著改善构件的延性,承载力也有一定的提高;对空间框架梁柱节点,采用碳纤维布与小钢架联合加固,不但能够大大提高构件延性,而且能够提高节点的屈服强度、极限强度和屈服后刚度,加固效果十分明显。基于试验结果,提出了节点加固的设计方法建议。