ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
钢板剪力墙已被证明是高烈度区优秀的抗侧力构件，但设计方法不够成熟，阻碍了钢板剪力墙的推广应用。为服务设计，基于非加劲和防屈曲钢板剪力墙的研究历史和现状，总结出二者在性能和设计理论方面的主要研究成果，特别是对其力学性能、使用性能、工作机理、等代模型及边缘框架设计作了重点阐述。其中，最近新提出的等代模型(非加劲和防屈曲钢板剪力墙)，可适用于钢框架内嵌任意厚度钢板(厚板、中厚板及薄板)的结构分析。同时，指出当前设计方法的不足之处在于不能体现钢板剪力墙延性和耗能的优势，定量反映钢板剪力墙性能优势是今后研究工作中要解决的关键理论问题。此外，对于非加劲钢板剪力墙与框架施工顺序进行了初步分析，对同步施工时非加劲钢板剪力墙受剪承载力应予以折减。图33参39
防屈曲钢板剪力墙已被试验证明是优秀的抗侧耗能构件，但墙板嵌入受弯框架时，二者之间的相互作用尚需进一步研究。为此进行了两层单跨钢框架内嵌防屈曲钢板剪力墙的试验研究，作为比较同时进行了两层单跨钢框架内嵌非加劲钢板剪力墙与两层单跨钢框架内嵌组合钢板剪力墙结构的试验研究。在试验的基础上，对试件进行有限元分析，比较了三类钢板剪力墙之间的性能差异。研究表明，防屈曲钢板剪力墙能够消除无加劲钢板剪力墙在水平荷载下产生的巨大屈曲噪声，具有较大的初始刚度与承载力，拥有良好的延性与滞回耗能性能，而且由于其屈服先于屈曲发生，对周边框架产生的附加弯矩很小；组合钢板剪力墙的性能与防屈曲钢板剪力墙相似，但由于后期外包的混凝土发生脱离，内嵌钢板剪力墙会产生拉力带，不仅对框架产生不利影响，而且自身承载力、刚度与耗能能力均有不同程度的退化。图32表1参12
某火力发电厂采用钢桁架-钢筋混凝土管柱结构。为了有效评价该结构的安全状况和弥补抗震设计依据不足，采用模型试验和有限元数值分析相结合的方法研究了实际结构的动力特性和抗震性能。结果表明，试验数据与计算结果吻合较好，结构能满足抗震设防要求，但应考虑结构抗扭问题和管柱的重力二阶效应，管柱节点和屋面支撑空冷设备的三角形钢架（A形架）下部是薄弱部位，管柱裂缝比实心柱大，裂缝主要在柱下部，应提高柱端箍筋加密高度，桁架悬挑部位挠度超过限值，地震作用下桁架悬挑部分杆件内力变化剧烈，应增大设计截面。图8表2参12
通过对4片足尺混凝土框架约束横孔连锁砌块干砌墙体，在恒定竖向荷载和水平低周反复荷载作用下进行的抗震性能试验，研究了混凝土框架约束横孔连锁砌块干砌墙体的破坏机理、承载能力、变形能力、延性、滞回特性和刚度退化等，分析了不同构造措施以及窗洞、高宽比对墙体抗震性能的影响。试验结果表明：水平钢筋混凝土带能有效地提高墙体的承载能力和抗震能力，增强变形能力和延性；窗洞对墙体的开裂荷载、极限荷载以及刚度都有较大削弱，建议采用设置混凝土构造柱与水平带来提高开洞墙体的抗震性能；墙体高宽比过大不利于墙体的抗震；混凝土框架约束横孔连锁砌块干砌墙体具有良好的承载能力、变形能力和抗震性能。图9表4参9
为了研究500MPa钢筋受弯构件在长期荷载作用下的裂缝宽度发展规律，对8根配置500MPa钢筋的T形截面简支梁进行了在长期荷载下的裂缝宽度试验，观测了裂缝的长期发展过程，分析了各变化参数对裂缝宽度的影响，并与同条件下配置335MPa钢筋试件的长期裂缝宽度进行了对比。试验结果表明：配置500MPa钢筋试件的裂缝形态以及裂缝分布特点与配置335MPa级钢筋试件基本相同，但长期裂缝宽度明显加宽，而在正常使用状态下，配置500MPa钢筋试件的裂缝间距实测值以及具有95%保证率下梁的长期裂缝宽度均小于GB 50010—2002《混凝土结构设计规范》的计算值；对比试验表明：在受压区配置纵向受力钢筋能够有效抑制受压区混凝土的徐变，在一定程度上抑制裂缝宽度发展。此外，尽管具有不同工作应力的钢筋试件中的裂缝宽度不同，但随时间发展裂缝宽度的变化趋势没有明显区别；根据试验结果，给出了长期裂缝宽度扩大系数τl建议值。图9表6参15
收集和整理近年来国内完成的114根配置400MPa或500MPa级热轧带肋钢筋混凝土梁受弯试验短期裂缝结果，对GB 50010—2002《混凝土结构设计规范》的裂缝计算公式进行评估分析。分析结果表明：规范的短期裂缝计算方法仍可适用于配置高强带肋钢筋的混凝土受弯试件，但平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度试验值与按规范公式计算的结果相比总体上偏低，二者之比的均值分别为0.930、0.711和0.739，因此建议对部分参数进行修正。利用试验数据进行参数回归分析，得到裂缝间距和裂缝宽度计算模式的修正公式，修正后的计算值和试验值符合较好，但对配置多层钢筋的情况有待进一步研究。图6表7参14
通过电化学加速锈蚀方法，获得了7组不同钢筋锈蚀率（0~7.62%）的C30再生混凝土拔出试件。采用RILEM TC9-RC标准，得到了不同钢筋锈蚀率下再生混凝土与钢筋之间的荷载-滑移曲线。分析了钢筋锈蚀率对再生混凝土与钢筋粘结滑移性能的影响。结果表明：在钢筋锈蚀率较小时，再生混凝土粘结试件发生拔出破坏；当钢筋锈蚀率超过1.4%时，粘结破坏形式转变为再生混凝土劈裂破坏；再生混凝土与钢筋之间的粘结强度退化与普通混凝土的粘结性能退化规律有相似之处，均有一个先上升后快速下降的过程；根据试验结果，建立了再生混凝土与锈蚀钢筋间粘结-滑移本构方程。图10表5参5
通过18个中心拉拔试件试验，研究在基体中加入不同纤维(聚丙烯长纤维(PPA)、聚丙烯短纤维(PPB)、钢纤维(SF)以及混杂纤维)对玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋与混凝土基体粘结性能的影响，旨在寻找改善GFRP筋与混凝土基体粘结性能的有效途径。参照德国纤维混凝土标准DBV和国际材料与结构研究试验联合会标准RILEM弯曲韧性评价方法，采用等效抗弯强度和变形能来评价粘结韧性。试验结果表明：与素混凝土（NC）基体相比，GFRP筋与掺入混杂钢纤维与聚丙烯长纤维以及各自单掺基体的粘结强度可提高13%～35%，还可改善粘结韧性；同时，GFRP筋与基体的粘结强度随钢纤维掺量增大而提高。根据试验结果拟合得出粘结滑移曲线上升段的模型参数，计算结果与试验结果吻合良好。图11表6参13
光圆钢筋与混凝土的粘结作用主要通过胶着力和界面摩擦粘结作用实现，冻融循环作用将削弱或破坏钢筋与混凝土之间的粘结性能。通过光圆钢筋与混凝土在遭受冻融循环作用后的粘结性能试验研究，分析光圆钢筋与混凝土粘结性能随着冻融循环作用次数增加的退化规律；基于静水压力理论和粘着摩擦理论，分析冻融循环对光圆钢筋与混凝土粘结性能破坏的作用机理。研究结果表明：钢筋混凝土在其受冻界面上产生的最大静水压力超过了钢筋与混凝土的正向胶结作用，致使冻融后钢筋与混凝土的粘结强度迅速下降。图10表2参9
新老混凝土良好结合是混凝土修补成功的关键，提出设置界面构造锚筋来增强新老混凝土粘结性能，通过采用劈拉试验和剪切试验综合分析有无构造锚筋的新老混凝土试件以及新、老混凝土整体试件的劈拉强度与抗剪强度特性。试验结果表明：无界面构造锚筋时新老混凝土水平粘结面试件的劈拉强度高于具有竖直粘结面的试件；采用构造锚筋的新老混凝土试件比不加锚筋试件的劈拉强度增长了24.1%；采用锚筋的新老混凝土试件的剪切破坏面均发生在结合面处，且试件两个结合面的剪切破坏不是同时产生；采用锚筋试件的剪切强度为无锚筋试件剪切强度的3.49倍，为新混凝土整体剪切试件强度的115.5%；构造锚筋能明显增强新老混凝土粘结性能。图10表4参10
为研究经受疲劳荷载作用后活性粉末混凝土（RPC）的剩余抗压强度变化规律，对3组共24个RPC圆柱体试件，进行疲劳试验研究。通过静载试验建立RPC抗压强度和谐振频率之间的关系，推算出各疲劳试件的初始抗压强度；在此基础上，对RPC试件进行轴压单级和两级疲劳加载试验，并实测试件在疲劳荷载作用一定次数后的剩余抗压强度。实测结果表明：RPC在单级疲劳后剩余抗压强度的衰减率随循环寿命比的增大而减小，而衰减速率则随着循环寿命比的增大而增大。根据实测值得到RPC单级和两级疲劳加载后剩余抗压强度衰减率与循环寿命比之间关系的拟合公式，计算结果与实测结果吻合良好。图4表8参13
根据混凝土中氯离子浓度曲线评价暴露在海洋或道路除冰盐环境下的混凝土结构钢筋腐蚀风险，是一个可靠而有效的方法。对暴露26a的码头和暴露21a的挡浪坝钻取了一批直径100mm的混凝土芯样，同时在实验室制作了三组配合比的混凝土试件进行对比试验。对暴露混凝土的原始资料和环境条件进行了分析，在实验室测定了芯样和试件中的氯离子分布，根据氯离子分布曲线对氯离子扩散系数进行了评价，分析了材料因素和环境因素对氯离子分布的影响。结果表明：实际暴露混凝土中氯离子扩散系数随暴露时间衰减明显；混凝土所处的局部环境造成表层氯离子分布形态有差异；但受混凝土暴露整体环境的影响，混凝土内部氯离子分布则比较一致；混凝土质量差异对氯离子侵入的影响需经过长时间暴露后才能得以反映。图8表8参14
基于混凝土锈胀开裂过程的随机性，提出了一种预测钢筋锈蚀程度、锈胀裂缝开展状况及承载力退化程度时变特性的路径概率模型,并编制了计算程序,能有效评估和预测氯离子侵蚀、混凝土碳化及两者耦合作用环境下钢筋锈蚀状况、锈胀裂缝宽度开展及构件承载力退化程度在不同时段的概率分布，实现了混凝土构件从有害物质侵蚀、钢筋锈蚀、混凝土开裂、钢筋锈蚀加剧、混凝土裂缝宽度增大到构件承载力下降的性能劣化全过程的数值模拟。可预测的性能特征参数包括钢筋样本锈蚀百分比，锈蚀率，混凝土开裂面积百分比，裂缝宽度及构件承载力退化百分比。预测结果与现场检测获得的统计结果吻合良好，验证了该模型的可靠性和有效性。图18表5参18
结构耐久性的不足将引发其性能的劣化，并导致结构可靠度的降低。根据已建立的两种劣化度模型及极限状态法，以碳化深度和锈胀开裂两种不同的耐久性劣化度为指标，提出了混凝土结构使用寿命全过程可靠度的计算方法。结合工程实例，以荷载作用下的混凝土结构在碳化环境中的劣化问题为例，构建极限状态函数，基于两种劣化度模型,对其运用可靠度理论进行分析，得到了基于耐久性劣化度的结构可靠度求算方法。研究结果表明：可靠度与结构的混凝土保护层厚度及碳化速率的统计数值或钢筋锈蚀量密切相关。计算方法可为分析在役工程的耐久性提供参考。参14
为研究折线形钢箱柱的受力性能，对其进行了设计验证和受压极限承载力的缩尺模型试验研究和有限元分析。试验结果表明：折线形钢箱柱在设计荷载作用下，始终处于弹性状态；在受压极限承载力试验中，折线形钢箱柱的破坏形态为钢箱柱折线相交部分的内折点处发生局部屈曲，导致试件变形过大而丧失承载能力。结合试验结果与有限元计算结果，分析了折线形钢箱柱的受力变形特征和内力分布规律。通过对比分析折线形钢箱柱的破坏形态及位置、荷载-位移曲线、极限承载力等，试验结果与有限元计算结果吻合良好，验证了理论分析与原型结构设计的正确性。图15表1参12
对折线形钢箱柱节点进行了1:3缩尺模型力学性能的试验研究和非线性有限元分析。试验研究包括设计荷载作用下的验证试验和极限承载力试验。试验结果表明：在设计荷载作用下，折线形钢箱柱节点始终处于弹性阶段，极限承载力试验中，折线形钢箱柱节点的受力最不利部位为节点水平段与节点下段交接区域，该部位的内转折点处存在应力集中但未发生明显的局部屈曲现象；分析结果表明：有限元计算结果与试验结果吻合良好，从而验证了理论分析与原型结构设计的正确性；因此，在构造合理和焊缝质量优良的前提下，折线形钢箱柱节点可以应用于承重结构中。图16表1参12
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