ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
为了探讨L形钢管混凝土柱钢梁框架的抗震性能，进行了4个1/2.5缩尺比例两层单跨L形钢管混凝土柱钢梁空间框架的拟静力试验研究，主要考察了柱轴压比（n=0.4，0.6）、加载方向（β=0°，45°）对试件抗震性能的影响，对结构的破坏形态、破坏机制、滞回曲线、结构塑性铰出现的位置及次序、位移延性和耗能能力等性能进行了研究。试验结果表明：结构的破坏形态基本相同，梁端先屈曲，形成塑性铰，然后柱脚核心混凝土开裂压碎，钢管屈曲，形成塑性铰，节点核心区没有出现破坏现象，满足“强柱弱梁、强节点”的抗震设计要求；结构的滞回曲线呈饱满的梭形，强度和刚度退化不明显，变形能力和耗能能力较强；结构的延性较好，正向和反向的位移延性系数均大于4.0；轴压比对结构的抗震性能影响较大，随着轴压比的增大，框架的位移延性和耗能能力降低。
进行了3榀方钢管混凝土柱-钢梁平面框架的低周反复加载试验，分析了轴压比和梁柱线刚度比对框架抗震性能的影响。得到了框架的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及各阶段的荷载和位移值，分析了框架的破坏特征、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化。试验结果表明：框架滞回曲线饱满，具有良好的变形性能和耗能能力；增大轴压比将降低框架的延性和水平极限承载力，提高框架的耗能能力；增大梁柱线刚度比将降低框架的延性和耗能能力，提高框架的水平极限承载力。试验结果可为方钢管混凝土柱-钢梁框架的工程应用提供参考。
进行了两榀预应力型钢混凝土框架和非预应力型钢混凝土框架在竖向荷载及水平低周反复荷载作用下受力与抗震性能试验研究，研究结果表明：在型钢混凝土梁中采用预应力，可以有效地控制结构裂缝宽度，改善结构的正常使用性能；梁中施加预应力没有明显改变型钢混凝土结构优良的抗震性能，预应力型钢混凝土框架低周反复加载滞回曲线饱满，抗震性能优良；在型钢混凝土梁中施加预应力，可以充分发挥型钢与混凝土等材料各自的优势。在试验研究的基础上，提出了预应力型钢混凝土框架和型钢混凝土框架的三线型恢复力模型，并利用该恢复力模型进行了预应力型钢混凝土框架和型钢混凝土框架在低周反复荷载作用下的滞回性能分析，分析结果与试验结果吻合良好。
通过20个薄壁钢管再生混合短柱的轴压试验，分析了废弃混凝土类型、废弃混凝土混合比、新旧混凝土强度差等因素对试件荷载-变形曲线的影响。对比分析了国内外相关公式预测试件轴压承载力的有效性；在横截面积和用钢量相同的情况下，对比了钢筋混凝土短柱与试件的轴压承载力。研究表明：混合比相近时，节段型钢管再生混合短柱的轴压承载力大于块体型钢管再生混合短柱；块体型钢管再生混合短柱的混合比在25%～35%之间变化时，其轴压承载力变化不大；节段型钢管再生混合短柱的混合比在35%～50%之间变化时，其轴压承载力变化不大；强度差小于15MPa时，块体型和节段型钢管再生混合短柱在上述各自混合比范围内，具有与全现浇钢管混凝土短柱相近的轴压承载力。
为检验型钢-钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式的可靠性，根据GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》，采用Monte-Carlo模拟法对组合柱轴压承载力计算公式进行可靠度分析，研究了可变荷载类型、荷载效应比、混凝土强度等级、套箍系数及配骨指标对组合柱轴压承载力可靠度指标的影响。分析结果表明：在所研究的参数范围内，型钢-钢管混凝土短柱轴压承载力可靠度指标随可变荷载组合类型的变化而变化，随混凝土强度等级的提高和钢管壁厚的减小而增大，配骨指标对组合柱轴压承载力可靠度指标的影响不明显，随荷载效应比的增大可靠度指标呈先增加后降低的趋势；除个别公式外，各计算公式基本满足统一标准对延性构件可靠度指标的要求。
为研究钢管混凝土短柱在压、弯作用下的受剪承载力，设计了26个钢管混凝土短柱试件进行试验研究。通过对试件的破坏形态、剪力-应变曲线、剪力-跨中挠度曲线等试验结果的分析以及与已有钢管混凝土短柱在轴压力作用下的受剪承载力的对比，分析了影响钢管混凝土短柱受剪承载力的各种因素，为研究钢管混凝土短柱在轴压力以及弯矩作用下的受剪性能提供了直接的试验依据。试验结果表明，试件（剪跨比λ<0.5）的破坏均为剪切型破坏，但延性较好，有较大的变形能力。钢管混凝土短柱的受剪承载力与轴压比、剪跨比、初始弯矩有关，初始弯矩的存在对试件的受剪承载力有一定程度的削弱。基于受剪承载力机理的分析及试验的实测数据，建立了钢管混凝土短柱在压、弯作用下的受剪承载力计算公式，公式计算值与试验值符合较好，且计算结果偏于安全。
目前针对钢管桁架拱平面内稳定性能及承载力的研究较少，缺少相应的设计方法。提出了钢管桁架拱截面剪切刚度表达式，考虑剪切变形的影响推导了纯压两铰圆弧桁架拱屈曲荷载的简化计算公式以及换算长细比表达式。基于有限元方法，全面分析了截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角及腹杆截面尺寸等不同参数对平面桁架拱和空间桁架拱弹性屈曲性能的影响，结果表明采用简化公式与有限元分析结果吻合良好。借鉴实腹拱和格构柱的稳定设计方法，采用大挠度弹塑性有限元法系统研究了平面及空间纯压桁架拱的相关稳定承载力，发现节间弦杆长细比与桁架拱整体长细比的比值是衡量局部稳定对整体稳定影响的关键参数，在此基础上提炼出纯压桁架拱的相关作用影响系数，并拟合得到了纯压桁架拱的稳定设计曲线，从而为一般荷载作用下压弯桁架拱的稳定承载力的设计奠定了基础。
通过大挠度弹塑性有限元分析研究桁架拱在集中荷载、水平均布荷载、轴线均布荷载等不同荷载形式下的失稳与破坏机理，考察截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角、腹杆尺寸等几何参数对桁架拱稳定承载力的影响，结果表明在不同参数条件下，桁架拱可能发生弦杆局部失稳、腹杆局部失稳、整体失稳以及局部与整体相关失稳等破坏形式；与拱的整体失稳和弦杆局部失稳相比，腹杆失稳会导致承载力的大幅下降，设计中应保证腹杆不先发生破坏。在理论分析的基础上，设计4榀矩形及梯形截面空间桁架拱模型进行了平面内稳定性能试验研究，分析表明两种截面形式的桁架拱在平面内具有基本相同的刚度和承载能力，其承载力设计可以采用相同公式。最后，基于静水压力作用下桁架拱的面内稳定设计曲线，通过大量的算例分析，提出轴力和弯矩共同作用下四边形截面圆弧形空间钢管桁架拱的整体面内稳定承载力设计方法。
对钢管结构中常用的Y形矩形钢管节点进行了试验研究。通过对支管施加轴向往复荷载，共对10个直接焊接Y形矩形管节点进行拟静力试验。为研究钢管加工及节点焊接过程中产生的残余应力对节点性能的影响，对其中2个节点进行了去应力退火处理。通过分析节点的承载力、延性比和能量耗散系数，对此种节点的滞回性能进行了深入研究。试验表明：在支管承受轴向往复荷载作用时，总是在支弦管连接焊缝外边缘沿支管侧壁方向切断弦管上壁面，从而导致节点性能的劣化。在弦管上壁面拉裂之前节点耗能性能良好，且退火节点在弦管上壁面拉裂之后仍然有较大的耗能潜力。节点的滞回性能较好，这为在抗震区推广使用管结构提供了有力支持。
框架顶层角节点在低周反复荷载作用下梁柱交角将增大或减小。通过6个钢筋混凝土框架顶层角节点在低周反复荷载作用下的受力性能试验，分析了梁上层筋在节点内弯曲锚固长度、节点配箍量、柱筋端部锚固形式及节点内角斜拉筋量等试验参数对角节点的破坏类型、变形特征及强度等抗震性能的影响。试验结果表明：与框架中间层中节点及中间层边节点不同，框架最上层角节点的受力变形不但有剪切变形而且包含弯曲变形成分；梁柱交角增大或减小时，角节点受弯破坏特性表现迥异且节点强度有很大差异；在梁筋锚固充分的前提下，梁柱交角减小时的节点破坏为弯剪破坏，节点强度由柱筋锚固形式、节点配箍量等参数决定；梁柱交角增大时，节点破坏表现为弯曲破坏特征，节点强度受节点箍筋量、节点内角斜拉筋量的影响很大。文中还对中日两国规范节点强度设计值与试验值进行了比较。
为解释无腹筋钢筋混凝土受弯构件的受剪破坏机理，并反映尺寸效应对无腹筋受弯构件受剪强度的影响，在修正压力场理论基础上，对钢筋混凝土构件受剪破坏做了进一步研究，提出沿受弯构件斜裂缝表面平均剪应力的计算公式，并考虑混凝土构件的尺寸效应提出抗剪强度简化计算公式。与国内外无腹筋梁的512个试验结果比较表明，采用提出的斜裂缝表面平均剪应力公式按修正压力场理论计算的受剪承载力及按文中简化公式计算的受剪承载力与试验结果比值的变异性很小，可用于无腹筋钢筋混凝土梁的受剪分析和设计。
新型钢-连续纤维复合筋（SFCB）是一种以普通钢筋为内芯，外包纵向连续纤维的新型筋材。SFCB由于良好的力学性能、高耐久性和高性价比而在嵌入式加固中具有独特的优势。对SFCB嵌入式加固RC梁的承载力分析方法进行介绍，首先根据平截面假定及力的平衡，提出了SFCB嵌入式加固钢筋混凝土梁非粘结破坏时的受弯承载力计算方法；然后对嵌入式加固RC梁始于加载点附近开始的剥离破坏现象进行了理论分析，并给出了是否会发生粘结剥离破坏的判别方法和极限承载力的计算方法；最后，将计算结果与嵌入式加固RC梁试验结果进行了比较，认为该方法对破坏模式和极限承载力的预测均具有较好的精度。
为了解蒸压粉煤灰砖砌体的受压变形特征，建立蒸压粉煤灰砖砌体的本构关系，在标准试验方法基础上引入刚性元件，对6组共36个实心砖和多孔砖砌体短柱进行了轴心受压试验，得到试件在受压过程中的开裂及破坏形态、变形特征及特征值以及应力-应变全曲线。试验研究表明：蒸压粉煤灰砖砌体的受压破坏过程及特征与普通砖砌体类似，多孔砖砌体的破坏脆性较大；蒸压粉煤灰砖砌体的弹性模量值高于现行规范计算值；峰值压应变随抗压强度增高而增大；其受压本构关系可采用三段式来表达，上升段由直线段和曲线段组成，下降段为曲线段，与以往的砌体受压本构关系相比，其更接近实测数据。
在既有结构的可靠性评定中，对作用、抗力变异系数的推断将成为一项必要的工作。目前已有的变异系数推断方法主要适用于对永久作用、材料强度等正态随机变量变异系数的推断，但其中的精确方法需采用查表计算，应用不便，而近似推断方法中又设定了较为严格的适用条件。通过变换变异系数的概率表达式和引入相关的近似分布，提出了永久作用、材料强度变异系数的近似推断方法。对比分析结果表明：该方法不仅应用简便，而且较目前的近似方法，包括GB/T 11791—89中的近似推断方法具有更高的精度，适用范围更广。同时针对服从对数正态分布的抗力，提出了变异系数推断方法，包括直接和间接两种推断方式，能够满足工程实际的需要。
为研究土与结构动力相互作用对偏心结构地震反应的影响规律，改进现有抗震设计，采用振动台试验方法对某单层偏心结构模型在刚性地基与桩筏基础条件下进行对比试验，对模型制作材料力学性能进行了测试，分析和比较了偏心结构位移响应组成关系。结果表明：地基刚度对结构自振特性的影响主要表现为振型间耦联反应程度的降低和体系阻尼比的增大；地基对基础的约束能力影响了上部结构振动反应的大小与组成，考虑相互作用的偏心结构平扭变形幅度降低，总位移反应增大；结构应变反应振动频率降低，振动持时缩短，场地土的阻尼特性加快了结构振动能量的耗散；当偏心率较小时，结构主要表现为单自由度体系变形特征，扭转耦联效应随之减弱。试验结果为后续理论研究提供了依据。
南京长江四桥北锚碇沉井长69m，宽58m，高52.8m，是目前世界上平面尺寸最大的超大型沉井。因其施工难度大，故对该沉井排水下沉过程进行安全监控。超大型沉井结构受力的最不利工况是下沉初期即开挖形成仅刃脚支撑的大锅底，有限元分析表明，此时顺桥向和横桥向拉应力最大点均出现在首节钢壳沉井隔墙中跨底部。根据有限元分析结果选取典型截面来监控拉应力变化。沉井下沉曲线表现出慢-快-慢的特点，拉应力曲线则分为上升-峰值-下降-回弹4个阶段。沉井下沉初期，随着开挖面的扩大，隔墙底部所受拉应力也相应增加；下沉中期，通过调整开挖方案能有效降低拉应力，改善结构受力状况；当下沉超过一定深度后，井壁外逐渐增大的土压力会使墙底拉应力减小，结构本体趋于安全；排水下沉到位后的地下水回灌能引起墙底拉应力增大。现场监控表明首节钢壳沉井在下沉过程中有较多的安全储备，监控结果反馈于施工指导保证了下沉的安全高效。
建立一个考虑空间效应的深基坑双排桩支护结构计算模型。该模型具有如下特点：可计算基坑某一长度范围内每根桩顶处的冠梁刚度系数，给出冠梁的弯矩、位移分布；通过杆系有限元法计算任意开挖深度情况下桩身的内力和位移；可考虑任意排距（包括排距为零，即退化为一排桩）以及前排桩、后排桩长度不相同等情况下桩身的内力和位移。基于这一模型，编制了设计计算软件。计算结果表明：在基坑边壁中点处冠梁水平位移大于其它位置的位移，且随开挖深度的增大位移逐渐增大；在支护结构桩顶部，冠梁的作用限制了水平位移的发展，而支护结构桩的中部则有较大的位移；此外，随冠梁刚度系数的增大，桩体的水平位移明显减小，而弯矩则增大。计算结果与现场实测资料对比表明，两者变化规律具有较好的一致性。
京公网安备 11010802041942号 网络出版服务许可证（署）网出证（京）字第373号 技术支持：