ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
建立了考虑材料和几何双重非线性的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分析的有限元模型，并通过对两种厚度高强冷弯薄壁型钢轴压构件畸变屈曲试验已有结果的分析比较验证了其有效性；采用该模型进一步分析了厚度、长度、初始缺陷模式及幅值等参数对畸变屈曲轴压构件承载力的影响，并对轴压构件畸变屈曲发生机理进行了探讨。结果表明：厚度、长度和初始缺陷模式是影响畸变屈曲轴压构件承载力的主要因素，且卷边面内屈曲是槽形截面轴压构件发生畸变屈曲的主要原因。通过理论计算与试验结果的对比分析，表明可以采用建议方法计算此类复杂截面轴压构件的畸变屈曲承载力。
针对屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢轴压构件提出了一种控制畸变屈曲的构造措施——在卷边间设缀板，并通过试验对其有效性进行了验证。试验结果表明：屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件易发生畸变屈曲，通过构造措施能有效地阻止翼缘的转动，试件的畸变屈曲荷载和极限承载力都有很大的提高；随着缀板布置间距的不同，构件承载力的提高幅度也不同；缀板间距越小，试件承载力提高越多，但当缀板间距大于畸变屈曲半波长时，缀板不能起到提高承载力的作用。最后，在此基础上提出了构件不考虑畸变屈曲影响的若干条件，供实际设计参考。
对63根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件进行试验研究，分析了构件的屈曲模式和极限承载力，并将参考AISI规范、澳洲规范和北美规范及我国现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）计算的构件承载力与试验结果进行分析比较。在此基础上，对高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明：高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件在宽厚比较大时会出现畸变屈曲模式；采用等效板件方法计算加劲板件有效宽度后，我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）适用于屈曲强度550MPa、厚度小于2.00mm的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力计算。
进行了48根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面偏心受压构件试验，考虑了不同截面形式、厚度、长细比和荷载偏心方式的影响，研究了这类偏心受压构件的破坏模式、承载力影响因素以及构件承载力计算方法。结果表明：高强冷弯薄壁型钢偏压构件由于材料强度高，截面宽厚比较大，局部屈曲和畸变屈曲的影响较大，我国规范仅考虑了局部屈曲的影响而没有全面考虑畸变屈曲的影响，这使得部分发生畸变屈曲的试件计算结果偏于不安全，但又对不发生畸变屈曲的长细比较大的构件偏于保守。最后，在试验和现有规范方法比较分析的基础上，提出了一种适用于高强冷弯薄壁型钢偏压构件极限承载力的建议计算方法。该建议方法计算所得结果与试验结果吻合较好，且安全可靠，可供设计参考。
基于已有的承载力试验研究结果，对屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢中常用的卷边槽形截面轴压构件和偏压构件的计算模式不定性进行了分析，并统计分析了高强冷弯薄壁型钢强度不定性、几何特性不定性。在此基础上，采用改进一次二阶矩方法，按现有规范的抗力分项系数要求，计算了高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件和偏压构件不同可能荷载组合下的可靠指标。结果表明：对于宽厚比符合规范要求的屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件和偏压构件，按现有规范的抗力分项系数计算得到的可靠指标均能满足目标可靠指标的要求，证明了所采用的承载力计算方法的适用性；但对于宽厚比超出规范要求的轴压和偏压构件，计算得到的可靠指标不能满足目标可靠指标的要求。
张拉成形技术属于索穹顶结构的关键技术。为分析比较各种张拉成形方案的施工可行性和方便性，同时深入理解预应力生成机理，对一凯威特型索穹顶结构模型进行了逐步张拉外圈斜索成形、一次性张拉外圈斜索成形及由外及里逐步调节压杆到原长成形等三种成形方案的张拉成形试验，跟踪了张拉成形全过程。试验研究表明：三种张拉成形方案都是可行有效的，其中一次性张拉外圈斜索成形方案施工较为方便；逐步调节压杆长度到原长成形方案精度相对较高；控制构件原长的张拉成形控制技术不仅适用于单整体自应力模态体系，也适用于多整体自应力模态体系；体系预应力伴随着构件的逐步张拉到位而逐步生成。
张弦桁架结构具有自重轻、跨度大及整洁美观等优点。目前有关张弦桁架结构的试验研究大多以单榀为主，为了了解此种结构的空间受力性能，以北京北站张弦桁架结构为原型，制作了一几何缩尺比例为1∶10的5榀空间张弦桁架结构试验模型。首先介绍了北京北站张弦桁架结构雨棚的工程概况，其次描述了该试验模型的制作及组装过程，最后对其在多种荷载工况作用下的多级静力加载等内容进行了理论分析和试验研究。研究结果表明：虽然试验模型在垂直张弦桁架跨度的方向上布置了刚度较大的立体联系桁架和平面联系桁架，但是荷载传递的路径仍然是以沿着张弦桁架跨度方向的单向传递为主；空间张弦桁架结构承受非对称荷载能力强。
借鉴张弦梁结构(BSS)的构成原理，提出一种改进悬臂型张弦梁结构(CSS)，并进行了理论分析和试验研究。通过向上、向下荷载作用下的结构静力和几何非线性分析，得知这种结构以承受轴力为主，并具有良好的稳定性和抵抗不对称荷载的能力。为验证这种新型结构的力学性能，设计了一个直径为54m的试验模型，并设计了支承部件、可调索杆、连接节点的制作方案，进而全面考察了索的初始预应力分布以及模型在满跨、半跨加载两种荷载工况下的静力响应。理论与试验研究结果表明，在这两种荷载工况下，模型的静力响应与理论分析结果基本吻合，改进悬臂型张弦梁结构(CSS)受力合理，是一种适于大跨悬臂屋盖的新型结构形式。
为研究网架与网壳等空间结构中常用的半刚性Socket节点在纯弯和压弯荷载作用下的受力性能， 完成了3个Socket节点试件在纯弯荷载作用下的试验和6个Socket节点试件在不同比例的压弯荷载作用下的试验，并将节点在纯弯荷载和压弯荷载作用下节点的受弯承载能力进行了比较。在此基础上，提出了节点弯矩转角曲线的简化模型。研究表明：Socket节点在纯弯荷载和压弯荷载作用下都表现出了较好的弯曲承载力和延性；节点在压弯荷载作用下的初始弯曲刚度和屈服弯矩要高于其在纯弯荷载作用下的初始弯曲刚度和屈服弯矩；节点的初始抗弯刚度随着压弯荷载比例的增大而增大；对于以Socket节点连接的空间结构，采用纯弯荷载作用下得到的节点抗弯刚度计算结构的承载力偏于保守。
模拟索段的折线模型，假定索线重以集中力形式作用于内节点上，用多折线模拟初始平衡态下的索段，其建模的直接参数为折线数和初始几何（内节点坐标）。以索的基本平衡微分方程和平衡条件为基础，建立了满足既定计算精度的折线数估计公式，提出折线数与拉索线重以及水平跨度和索端直线距离的开方成正比，与初始水平分力以及允许误差的开方成反比；根据索力或无应力索长的已知条件，提出了确定初始平衡态下初始几何的数值迭代方法。算例验证了索段在低应力和大垂度条件下折线数估计公式的合理性，在经过较少次数迭代计算后，所得到的初始几何满足索力和索线重的平衡条件。
天津永乐桥摩天轮建于子牙河上，轮桥一体，建筑造型新颖。摩天轮轮盘采用预应力拉索支承结构，直径达110m。介绍了永乐桥预应力拉索支撑摩天轮设计中主要问题，重点介绍了游艺类结构的设计要求。摩天轮设计分析时重点考虑了地震作用的影响，并采用了时程分析的方法进行了计算对比，结果表明振型分解反应谱法分析结果应适当调整后再用于结构设计。摩天轮轮盘是受压结构，设计时针对结构整体稳定问题进行了专题研究，分析结果表明永乐桥摩天轮结构稳定性满足要求。节点设计是摩天轮结构设计的重要部分，设计中对各节点进行了实体受力分析，得到了满意的结果。受施工条件的限制，摩天轮结构施工方法也成为结构可行性的控制因素，设计中针对摩天轮结构施工方法进行了分析，提出了适合施工现场情况的施工方法与施工过程。
通过7个冷弯薄壁型钢混凝土(CTSRC)剪力墙的拟静力水平往复试验，研究了其破坏过程和破坏模式，分析了混凝土强度、剪跨比、轴压比、水平分布筋和竖向型钢量等参数对其受剪性能的影响。试验结果表明：随着水平配筋率、轴压比和混凝土强度的增加受剪承载力提高；随着剪跨比提高，墙体受剪承载力降低；轴压比增加可提高墙体刚度，推迟墙体裂缝的出现，但不利于墙体延性；增加水平配筋可使墙体峰值后的承载力保持稳定。研究表明：CTSRC剪力墙与传统钢筋混凝土剪力墙的破坏特征和受力性能不同，在水平力作用下将出现沿冷弯薄壁型钢的竖向裂缝，经历整体墙到分缝墙的演变，避免了脆性剪切破坏。通过合理设计，CTSRC剪力墙可实现正常使用阶段有较高的刚度、峰值后有较好的延性、破坏时仍具有较高的竖向承载能力的目标。
对5块钢板-轻骨料混凝土组合空心组合板试件进行两点对称集中加载静力试验研究，考虑到空心组合板在顺管方向和垂直管向的两个正交方向弯曲刚度比较接近，因此在试验中同时对空心组合板这两个方向的受力性能进行研究，分析了组合板中钢管布置方向、名义剪跨比对其破坏形态和承载能力等受力性能的影响，研究了5块空心组合板的破坏形态、钢板与混凝土应变发展情况、裂缝发展情况、组合板刚度及组合板承载能力。根据试验研究结果，提出了空心组合板承载能力和弯曲刚度计算方法，计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明：空心组合板中钢管可以有效提高组合板承载能力和弯曲刚度；与普通钢板混凝土组合板相比，钢板-混凝土空心组合板具有自重轻、强度高、刚度大、施工方便和双向受力的性能优势。
以型钢延伸高度、配钢率、轴压比以及不同构造措施等为设计参数，对21个SRC-RC转换柱试件和1个钢筋混凝土柱对比试件采用“建研式”加载设备进行了低周反复荷载试验。研究SRC-RC转换柱的滞回曲线、骨架曲线、承载力、变形能力、位移延性系数及耗能能力等抗震性能。试验结果表明：SRC-RC转换柱的破坏形式有剪切破坏、弯曲破坏和粘结破坏，其中剪切破坏多发生于柱的顶部；21个转换柱试件的位移延性系数介于1.97与5.99之间，试件的延性受到型钢延伸高度、配钢率、轴压比及配箍率等诸多因素影响，抗震性能相差较大。采用箍筋加密措施并适当增加型钢延伸高度的SRC-RC转换柱试件的承载能力和变形能力均好于同条件下的钢筋混凝土柱，可以推广应用于高层建筑中。
结合某超高层钢结构工程，针对该项目中拟采用的中厚壁、大直径钢管混凝土节点可能存在的层状撕裂问题进行试验研究。依据CECS 28:90规范设计了两种不同构造的内置加劲环节点，对其进行的加载试验表明：该节点具有较高的承载力和变形能力，塑性铰出现在梁柱交接处，若焊接稍有缺陷则很有可能发生层状撕裂现象。在此基础上，提出了对梁端翼缘进行变截面扩展处理的改进型节点，并重新进行试验及相应的有限元分析。研究表明：改进型节点塑性铰位置明显偏离了节点区域，有效改善了节点的受力状况。按弹塑性非线性有限元分析得到的节点破坏形态、应力分布状况和极限承载力与试验实测结果基本吻合，证明工程设计所采用的分析理论符合节点的实际工作状况，所提出的变截面坡度为1∶1的小扩展形式构造措施可以避免层状撕裂的发生。
某超高层建筑一层的一根柱无法直接落到地下室，上下柱形成1.4m小偏移。该柱竖向荷载巨大，为此设置了转换梁，形成小偏移错位柱SRC梁式转换层，将荷载传至下柱。鉴于小偏移错位柱SRC梁式转换层节点区构造复杂，受力及传力途径不十分明确，进行了转换层节点承载性能研究。通过转换层有限元分析和1/5模型承载力试验，明确了转换层节点在设计荷载和极限荷载作用下型钢、钢筋、混凝土的应变、应力、混凝土开裂情况及转换梁的挠度变化情况。得出该转换层节点区在设计荷载作用下，结构设计满足承载能力和正常使用的要求；在大震组合值作用下，转换层节点出现较大裂缝，但能够继续承载。研究表明：小偏移错位柱SRC梁式转换层破坏区域为上柱、偏置下柱以及二者之间的转换梁组成的转换层节点区，该转换层极限荷载由节点区混凝土开裂状态确定。此类转换层的设计原则为满足转换层节点的延性和超强设计要求。
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