ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
深圳京基金融中心高439m，风荷载是该超高层建筑的控制荷载。采用高频底座力天平方法对该建筑模型进行了风洞试验，考察了利用其顶部设备和避难层进行开敞形成不同的风走廊(气动措施)对结构风荷载和风致响应的影响。试验结果表明：在重现期100a敏感风向作用下结构漩涡脱落频率明显低于结构基阶固有频率；气动措施可显著抑制和削弱脱落漩涡的强度，当没有受到明显干扰影响时，气动措施显示出良好的抗风效果。不同气动措施可使重现期100a结构基底弯矩减少8.2%~21.2%，使重现期10a峰值加速度减少5.3%~16.0%；受到来自于地王大厦的干扰效应的影响，在所关注重现期风速范围内的结构风振响应为上游地王大厦的尾流所控制，影响了气动措施的控制效果，但在发生涡激共振的临界风速时气动控制措施效果显著。
采用同步测压技术，进行了具有不同锥率的超高层建筑刚性模型风洞试验，对该类建筑物的脉动风荷载特性进行了研究。结果表明：超高层建筑采用锥形轮廓后，延长了来流在建筑物侧风面漩涡脱落的卓越频率，横风向升力系数功率谱谱峰小幅下降，有利于缓解风荷载作用下建筑物横风向风荷载及其风致效应，这对横向风风致效应起控制性作用的超高层建筑十分重要。对比分析表明：随着建筑物锥率的增加，横风向升力系数归一化功率谱谱峰下降，功率谱带宽增大，升力系数根方差减小。但是，超高层建筑锥率的变化对顺风向阻力及扭转向扭矩影响较小。锥形超高层建筑的相关系数、相干函数的变化规律与普通棱柱形超高层建筑基本一致，但其升力以及升力与扭矩之间的相关性有所减弱，相干系数小幅增加。
建筑立墙迎风面开孔时内部风压随开口处外压变化显著，使得屋盖所受净压显著增大，其测量值往往大于规范取值。而对于屋盖顶部开孔的建筑，其内部风荷载我国规范没有相应取值。为了进行开合屋盖结构设计和探讨屋盖顶部开孔对屋盖风荷载变化的影响，以1∶300的几何缩尺比制作了一个开合屋顶体育场的刚性模型，在B类地貌中对该体育场固定、活动屋盖的上、下表面进行了风洞测压试验，得到了屋盖上、下表面的体型系数、平均风压系数、脉动风压系数和极值风压系数。试验结果表明：活动屋盖的开启，可有效减小固定屋盖和活动屋盖的平均风荷载，引发整个结构承受向下的风荷载；活动屋盖开启将增大固定屋盖和活动屋盖的净脉动风荷载；活动屋盖开启将减小固定屋盖和活动屋盖的极小值风荷载，且固定屋盖上的最大极小值风压系数的位置往屋顶开口方向移动。
基于风洞试验对体育场悬挑屋盖的脉动风压谱进行系统研究，旨在得到适用于此类结构的脉动风压谱模型，为风振响应分析提供必要的信息。通过对屋盖表面脉动风压进行谱分析，可知在屋盖前缘处的风压谱与来流风速谱较接近，但屋盖后缘处则差异很大，表现出明显的漩涡脱落特征。因此脉动风压自谱采用来流谱与漩涡脱落谱相结合的形式来描述，并通过权数因子体现屋盖表面不同位置处流场作用的特点。对于脉动风压互谱则用指数衰减函数来表示，并确定了适用于悬挑屋盖的衰减系数。为验证所提出风压谱模型的有效性及特征湍流对风致效应的影响，对系列悬挑屋盖结构进行风振响应分析，风荷载时程分别采用风洞试验测得的风压时程、基于建议风压谱模型模拟生成的风压时程、按拟定常假设生成的风压时程。基于建议模型得到的响应结果与试验结果基本一致，基于拟定常假设的风振响应极值偏小10%～15%，均方根值偏小30%～40%，脉动风压谱建模中不可忽略特征湍流的影响。
为研究我国沿海地区的近地强风特性，基于设置在温州大学的风场观测点(离地约30m高)，对台风“海鸥”影响温州时的风场状况进行了监测，获取了台风期间近地风场的实测数据。通过对台风影响过程的风速和风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风速功率谱密度函数和空间相干性等参数的分析，研究了台风“海鸥”影响温州时的近地风场特性。结果表明：台风“海鸥”的湍流度和阵风因子较大，顺风向和横风向湍流度接近；顺风向与横风向湍流积分尺度的均值分别为70.4m和66.6m；实测风速谱与von Karman谱基本符合；实测两点的脉动风速空间相干系数在零频率处与Shiotami经验公式计算结果一致。
通过对平板湍流边界层进行大涡模拟，采用拟周期边界条件维持湍流边界层厚度稳定，提取速度和压力时程作为低矮建筑绕流模拟之脉动入流边界条件，研究脉动入流下的低矮建筑绕流特性。研究结果表明：入流边界特性对网格变化适应性良好，其平均速度剖面、湍流强度、流速频谱特性基本符合空旷地貌风场特性；脉动入流下，建筑表面的平均风压系数、脉动风压系数的计算结果与风洞试验结果基本吻合。受雷诺数及湍流强度的影响，流动分离区负压与试验值存在一定差别；屋盖上分离区风压时程具有非高斯概率特性，尤以气流分离较剧烈的屋盖迎风边缘及屋盖两侧风压的非高斯特性明显，该特征与风洞试验基本一致；受非高斯特性的影响，建议峰值因子g取4.5~5.5。
按照基本缩尺律，设计、制作了输电塔完全气弹模型，并通过大气边界层风洞试验，测试了多种风速、风向条件下输电塔的位移与加速度响应。通过加速度响应功率谱识别出结构的固有频率，并采用Hilbert-Huang变换结合随机减量法识别出包含结构阻尼和气动阻尼的结构总阻尼。利用虚拟激励法建立了由测点位移响应来识别结构顺风向、横风向风荷载的方法。由识别出的风荷载谱曲线，利用非线性最小二乘法拟合得到输电塔顺风向、横风向风荷载经验公式。研究结果表明：风洞试验设计、制作的输电塔气弹模型，测试得到的模型第1阶自振频率与有限元计算结果吻合较好；横风向荷载谱形态与顺风向的相比有较大的区别，其能量分布在一个更宽的频带上，其峰值频率是顺风向的3～4倍。
风洞试验气弹模型缩尺比常选为1/300~1/800以满足紊流积分尺度相似要求，但一些复杂结构气弹模型实际缩尺比为1/40~1/100以减少模型加工难度及提高模型精度。这类大几何缩尺比造成紊流积分尺度的相似性严重偏离，必须对紊流积分尺度不相似时的风洞试验结果偏差进行修正。基于随机振动理论，推导了考虑1阶基本振型的顺风向风振响应及风振系数计算表达式。通过对一格构式输电塔风振响应分析，研究了顺风向紊流积分尺度Lxu对该结构风振响应的影响。研究结果表明：紊流积分尺度对结构抖振响应有显著影响，对峰值响应及风振系数影响也较大。对于该塔1/40大缩尺气弹模型风洞试验，由紊流积分尺度不相似带来的风振系数试验值的最大偏差可达27%，风振系数平均偏差也接近14%，试验结果偏保守。为便于应用，建议了较为通用的、由紊流积分尺度不相似引起的修正系数，这一修正系数随着结构阻尼比、结构频率与风谱卓越频率的比值（频率比）的增加而减小。
大悬挑变截面梁折线形斜柱钢刚架，结构型式不规则、受力复杂。为考察其受力性能,评价其安全性，对该结构进行了设计验证和极限承载力的缩尺模型试验研究和有限元分析。试验研究表明：变截面梁折线形斜柱钢刚架在设计荷载作用下均处于弹性状态，在极限承载力试验中，变截面梁与折线形斜柱连接部位最先屈服，2.56倍设计荷载时结构达到极限状态。结合试验结果与有限元计算结果，分析了结构的受力变形特征和内力分布规律，分析表明，有限元计算结果与试验结果吻合良好，试验结果验证了理论分析与原型结构设计的正确性；研究表明，折线形斜柱大悬挑钢刚架结构在保证顶部水平约束的情况下，具有较高的承载能力和足够的安全性。
为研究大悬挑钢箱梁与折线形钢箱柱连接节点在不同工况组合下的受力性能，对其进行了1∶3的缩尺试验研究和有限元数值分析。试验借助改进型几何可变框式试验架，实现了设计要求的2种荷载工况，并分析了节点在各种工况组合下的受力性能和变形情况。运用有限元软件对节点进行了弹性分析，得到了节点的应力分布与变形情况。研究结果表明：试验结果与有限元分析结果吻合良好，验证了理论分析的正确性；节点在设计荷载作用下始终处于弹性工作状态，其受力最不利位置位于左梁与折线柱的翼缘相交部位。
进行了铰接柱脚变截面门式刚架的滞回加载试验，刚架构件腹板的最大高厚比为94.05，超过GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》的限值。试验中刚架变形集中于梁柱连接节点和梁梁连接节点附近的梁段，刚架最终破坏模式也为此处的屈曲破坏。试验得到了完整的荷载位移曲线，并通过其骨架曲线得到了刚架的延性系数，均值为3.09，表明刚架延性较好。进行了单调和滞回加载的有限元分析，通过与试验结果进行比较验证了有限元模型的可靠性。在试验和有限元结果的基础上，对此类刚架的抗震性能进行了分析，结果表明刚架因形成多个屈曲段而成为“机构”，形成机构前有一定耗能能力，地震作用下承受较小重力荷载的刚架水平位移限值可适当放宽。提出了单位能效比的概念，定义为刚架耗能与刚架构件总用钢量的比值，用于综合评价门式刚架钢结构的抗震性能和设计合理性。
为研究加强垫板对承受支管轴力和主管轴力的N形圆钢管相贯节点静力性能的影响，对未加强节点和垫板加强节点试件进行了试验研究，并运用有限元方法对试验节点进行了非线性分析。比较试验与有限元分析得到的极限承载力结果和破坏模式，发现二者吻合较好。改变垫板各几何参数，对加强节点进行有限元分析。结果表明，加强垫板可以降低节点应力集中系数、减小局部变形、提高节点极限承载力；增大垫板长度和弧度对节点极限承载力的影响很小，而增大垫板厚度可有效提高节点极限承载力，但当垫板厚度增大到一定值时，再增加垫板厚度对节点极限承载力提高无益而对结构整体受力不利。
针对粘贴CFRP布用有机胶软化点过低的问题，研制出600℃时强度不低于常温强度的无机胶。为探索用无机胶代替有机胶粘贴CFRP布提高加固结构抗火性能的可行性，进行了5块用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板的抗火试验。考虑到高温时CFRP布在绝氧条件下强度降低较为缓慢的特点，试验前分别选用厚型隧道防火涂料和厚型钢结构防火涂料对其进行防火保护。试验板先按ISO 834标准升温曲线升温1.5h，再自然降温1.0h。各板底纵向CFRP布经历最高温度为90~300℃，火灾下跨中最大新增位移介于计算跨度的1/438~1/95。经历火灾后，CFRP布完好，无机胶与混凝土板可靠粘贴。试验结果表明:采用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板，厚型隧道防火涂料和厚型钢结构防火涂料均能达到对CFRP布进行控温和绝氧的目的，前者防火效果明显优于后者；用无机胶粘贴CFRP布加固混凝土板采用防火涂料保护后，火灾下和火灾后CFRP布与混凝土板均可有效共同工作。
完成了10个1/3缩尺钢筋混凝土框架变梁中节点试件的低周反复荷载试验，分析了变梁中节点的破坏形态、刚度退化和滞回耗能等力学性能，研究了梁柱尺寸变化、轴压比、配箍率等参数对该类节点抗震性能的影响。研究结果表明：变梁中节点初裂出现在小梁与上柱组成的小核心区，最终破坏区域主要发生在大梁与下柱组成的大核心区；变梁中节点通裂荷载与极限荷载比较接近，变梁中节点大、小梁端滞回曲线差别显著，大梁滞回曲线呈反S形，小梁滞回曲线呈较为饱满的弓形，小梁截面尺寸变化对试件的抗震性能影响显著；变梁中节点的强度衰减、刚度退化明显，耗能能力较差，按常规节点设计构造的变梁中节点不能满足刚性节点的要求。
在大比例长悬臂梯形截面混凝土箱梁模型受弯性能试验研究的基础上，结合混凝土箱梁的特点，通过选用相应的单元类型和材料本构关系，运用ANSYS大型有限元分析程序模拟了试验全过程，模拟结果与试验结果吻合较好；大量参数分析表明：在弹性受力范围内，宽跨比是影响翼缘有效宽度计算系数的主要因素；在承载力极限状态下，影响翼缘有效宽度计算系数的主要因素有宽跨比、纵向受拉区钢筋配筋率、钢筋屈服强度以及混凝土抗压强度。分别给出了翼缘有效宽度计算系数在弹性工作状态下和承载力极限状态下的计算公式，为初等梁理论应用于解决混凝土箱梁正截面受弯承载力计算提供了试验和理论依据。
通过拉伸试验和剪切试验，得到了PVB胶片的材料性能参数，并通过受弯承载力试验，研究夹层玻璃的受力特点，进而分析PVB胶片的厚度、温度变化对其承载能力的影响。试验结果表明：胶片对夹层玻璃的受力性能有显著影响，且胶片的粘结作用不能忽略，随着温度的升高，其承载力降低。运用ANSYS有限元软件对试验模型的受力性能进行数值模拟，有限元计算结果与试验结果吻合较好。试验结果和有限元分析结果均表明：现行国家规范关于夹层玻璃位移的计算值大于试验值和有限元分析值，计算偏于保守。
被加固混凝土构件表面粗糙度是影响结构粘结加固效果的重要因素之一，粗糙度的定量描述对被加固结构界面粘结强度具有极其重要的意义。采用多齿头凿毛机对加固混凝土构件表面进行处理，提出新的粗糙度测量方法——抹砂法，对粗糙度进行评定和划分等级。试验表明：凿毛机可方便地凿出不同粗糙程度的粘结面，且均匀性好；抹砂法简单易行，快速高效，能较好地反映出构件表面的粗糙度；粗糙度的评定及其等级划分可为实际工程中混凝土表面的凿毛质量提供参考和控制标准。
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