ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
通过近海岸测风塔获取了台风达维(0518)、珍珠(0601)、派比安(0606)登陆过程中10m高度三维脉动风速数据，对近地10m高度平均风特性和湍流特性进行了分析和研究。基于台风观测结果，分析了不同来流方向和地貌状况下，风剖面指数值、摩擦速度、湍流度和阵风因子等湍流参数及其相关性。分析结果表明: 摩擦速度与平均风速呈正相关，摩擦速度随平均风速增大而增大；风剖面指数值随平均风速增大而减小；各方向湍流度随平均风速增大而减小；阵风因子与湍流度呈线性关系。通过拟合实测湍流参数相关性，提出了10m标准高度台风湍流度、阵风因子的计算式,可为台风多发区域低矮房屋的抗风设计提供参考.
采用模型的风洞试验详细研究了矩形和圆形罩棚屋面结构的平均风压和峰值风压分布特征，分析了屋面风致破坏的主要原因，在此基础上实施了7种不同的屋面局部修改方案的对比试验，从中筛选出可以有效消减屋面风荷载的抗风措施。两种平顶矩形和圆形罩棚屋面结构均以负压为主，试验测得两结构屋面的最高平均负压系数分别为-1.83和-0.97，相应最高极值负压系数为-5.41和-3.11，结果远高于GB 50009—2001《建筑荷载规范》推荐的平均风压乘以阵风系数的方法，这显示规范中的阵风系数方法并不适合于计算该类屋面结构的风压值。根据分析结果给出了平顶矩形和圆形罩棚屋面结构风压体型系数取值的建议值，采用斜切角形式的屋檐或在屋面板和侧面围板交界处开贯通透风槽方式可以使屋面风敏感区域的极值负压削减25%~35%。
针对大跨屋盖结构多振型参与风振的特点，提出一种多目标等效静风荷载确定方法。其基本思想是，分别建立多目标等效方程组和约束方程组，前者可获得与各等效目标吻合程度最好的解，后者是根据风荷载作用方向为垂直于建筑物表面的钝体空气动力学原理得到的风荷载各方向分量的关系，限制某些奇异荷载作用模式的出现，从而解决了大跨屋盖结构等效静风荷载研究中突出存在的多目标等效问题。结合两个典型大跨屋盖结构的风洞试验，对不同类型的结构响应进行了等效静风荷载分析，并将分析结果与采用单目标方法所得的结果进行对比，结果表明该方法得到的等效静风荷载作用下各类响应均与动力极值响应吻合良好，达到了以少量的等效静风荷载模式实现所有目标等效的目的，并且所得等效静风荷载分布较符合实际风荷载作用规律。
工业厂房通常处于工业厂区内，受周边建筑的干扰，其表面风压分布与单个独立厂房不同，相邻建筑会对风荷载产生影响。基于单个厂房与两个串列厂房刚性模型风洞试验，给出了不同工况下屋面的平均风压，分析了屋盖横向、纵向端部与中部测点的平均风压分布规律，对比了不同串列距离条件下受扰厂房与独立厂房屋盖表面平均风压分布，探讨了平均风压系数干扰因子随风向角及干扰距离的变化规律。试验结果表明：不同风向角时，干扰效应截然不同；干扰效应存在临界风向角。临界风向角一般保持在 30°~50°范围内，小于临界风向角时，干扰起放大效应；大于临界风向角时，干扰为遮挡效应。此外，运用最小二乘法拟合了干扰因子设计值实用计算式，为受扰厂房建筑屋盖表面风压的修正提供依据。
对一系列低矮建筑双坡屋盖的刚性模型测压风洞试验数据进行了处理，研究了屋盖升力系数极值的特征，讨论了最不利屋盖升力系数随建筑外形几何参数的变化规律。研究结果表明，屋盖坡角的变化对最不利屋盖升力系数有重要影响：对高宽比相同的低矮建筑，屋面最大升力系数随屋盖坡角增大而减小，且建筑的厚宽比越大，这种趋势越剧烈；最不利屋盖升力系数随着建筑高宽比的增大而增大，但这种增大的趋势随着屋盖坡角的增大而减小。基于这些数据，用多参数最小二乘法将最不利屋盖升力系数拟合成了屋盖坡角、建筑高宽比和厚宽比的函数形式，并对拟合函数进行了误差分析。所得结论及拟合公式可为低矮建筑的结构设计及相关荷载规范的制订和修改提供参考。
随着高层建筑高度的增加和自振频率的降低，二阶振型对高层建筑风振响应的贡献增大。通过大量算例分析了二阶振型对高层建筑横风向风振响应的贡献,计算结果表明，二阶振型对超高层建筑横风向动力位移响应的贡献较小，但是对高层建筑横风向加速度响应的贡献不容忽视，在对超高层建筑抗风舒适度评估时，应该考虑二阶振型的贡献。在此基础上，基于风洞试验数据和随机振动理论，建立了考虑二阶振型贡献的矩形高层建筑横风向风振响应简化计算式。将提出的简化式计算结果与积分计算结果比较，其误差在5％以内，证明了该计算式具有较高的精度。
某超限高层建筑采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，存在高位转换层，其楼板平面开洞尺寸过大，造成楼板平面刚度不连续。弹性分析时，楼层竖向构件最大水平位移与楼层水平位移平均值之比为1.31，属结构扭转不规则，为此结构设计采用了软钢阻尼器来提供附加刚度及阻尼。为研究该高层建筑结构抗震性能，进行了1∶20缩尺模型的振动台试验，获得了模型结构的动力特性及在地震作用下的动力反应，分析了原型结构的地震反应。试验及分析结果表明，该结构满足现行建筑抗震设计规范的抗震设防要求；阻尼器减小了结构的扭转反应，对加速度反应起到了一定的减小作用；转换层上刚度变化较大，应逐步减缓刚度变化，改善相邻楼层的延性；出屋面层的鞭梢效应严重，应重视出屋面层的抗震设计。
采用1∶2缩尺模型，设计了6个T形短肢剪力墙试件和6个L形短肢剪力墙试件，以及2个T形普通剪力墙试件。通过低周反复加载试验，研究钢筋混凝土短肢剪力墙构件的抗震性能，并与普通剪力墙进行对比。观测了短肢剪力墙受力-变形-损伤-裂缝-屈服-破坏的全过程；分析了短肢剪力墙的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、位移延性及截面变形规律等。研究表明：T形和L形短肢剪力墙试件在水平荷载作用下，强度和刚度退化曲线呈明显的非对称特点；在开裂之后刚度退化较快；在退化过程中刚度退化速度减缓不明显，后期的刚度退化也不趋于稳定; 大偏心破坏范围内，增大轴压比可以提高试件的承载力；延性并不随轴压比一致变化，控制轴压比试件延性才能发挥到最好，减小剪跨比可增大试件延性；翼缘侧受压时的顶点位移比腹板侧受压时的要小；剪力滞后现象比较显著；破坏的主要形式为弯剪破坏；截面积相同时，T形截面比L形截面短肢剪力墙试件的承载力大，抗震性能优良；高厚比为6.5的T形短肢剪力墙试件相比其它高厚比的短肢剪力墙试件综合性能更佳。
通过外挑钢-混凝土组合梁的单调加载试验和有限元分析，研究负弯矩区腹板开洞对其受力性能的影响，并基于弯剪承载力相互作用的准则，提出承载力理论计算方法。结果表明：截面开洞显著降低了组合梁的承载能力和刚度；最终破坏形式为洞口上方混凝土板的剪切破坏；组合梁承载能力随着截面削弱的加大而降低；洞口补强板可减轻洞口区域应力集中，进而提高组合梁的承载力；承载力随着洞口中心线与支座距离减小（即弯剪比的增大）而减小。应用建议的负弯矩区腹板开洞组合梁承载力计算方法得到的承载力计算结果与试验及有限元分析结果吻合较好。
采用自主研发的工作性能良好的柱二次受力加固试验装置，对4根近似足尺偏压柱进行了用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层（HPFL）作二次受力加固的试验测试，将其试验结果与同参数的未加固柱和一次受力加固柱试验结果进行了比较和分析，研究了二次受力加固前应力水平指标β（定义为加固前柱所受轴向荷载与理论轴向极限荷载之比）对加固柱承载力、延性、刚度以及开裂模式的影响规律，并进行了徐变影响分析。结果表明,β越小，其承载力提高幅度越大，当β≤0.7时，二次受力加固柱比一次受力加固柱的延性改善效果更好，但对刚度的改善效果不明显。在试验研究和理论分析的基础上，建立的加固柱承载力计算式明确反应了HPFL加固层的工作机制，对二次受力加固柱中加固层比原柱应变滞后问题有具体反应，计算值与实测值符合程度较高。提出的加固构造措施能保证加固层充分有效工作。
FRP筋是一种新型预应力筋材，具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳等优点，但是其横向剪切强度相对较低，这会影响预应力FRP筋混凝土梁的受剪承载力。通过27根混凝土梁的受剪试验，研究了预应力CFRP筋混凝土梁的剪切破坏形态，以及各种参数对其受剪承载力的影响，并与钢绞线预应力混凝土梁的受剪试验结果进行了比较。研究结果表明：预应力CFRP筋混凝土梁的剪切破坏形态有两种：斜压破坏和剪压破坏；剪跨比和配箍率是影响预应力CFRP筋混凝土梁受剪承载力的主要因素；有粘结预应力CFRP筋混凝土梁的受剪承载力比无粘结预应力CFRP筋混凝土梁要大15%左右；通过引入反映预应力筋种类和粘结条件的2个参数，提出了预应力FRP筋混凝土梁的简化受剪承载力计算式，计算结果与试验数据吻合较好。
FRP（fiber reinforced polymer）片材增强钢筋混凝土梁纵筋屈服前刚度是其正常使用阶段的刚度，而纵筋屈服后刚度（又称二次刚度）则能够控制超载情况下梁的变形，因此，两个阶段的刚度都很重要。本文对FRP增强钢筋混凝土梁在受拉纵筋屈服前和屈服后两个阶段的刚度进行了理论分析，将纵筋屈服前后截面弯矩表达为受拉纵筋和FRP应变的函数，推导了增强材料应变不均匀系数的计算式，通过全过程分析得到了受压区混凝土边缘平均应变综合系数随截面弯矩的变化规律，发现屈服后阶段的变化规律明显不同于普通钢筋混凝土梁；通过对80根试验梁数据和40根模拟梁的全过程分析数据进行回归，得到了FRP增强钢筋混凝土梁的刚度和挠度计算式；将计算值与本文试验的实测值以及全过程分析结果进行对比，最后用文献中的试验数据进行了验证。结果表明，本文提出的刚度和挠度计算式具有较高的精度。
为了获得侧面粘贴预应力碳纤维板加固混凝土梁正截面承载力的计算式，提出加固梁的破坏分为混凝土压碎和碳纤维板拉断两种模式以及相应的判别方法。分析两种破坏模式下的截面极限状态，并考虑侧面粘贴对碳纤维板加固面积的折减，提出了相应的受弯承载力计算方法。为了验证提出的计算式的正确性，在自主研发碳纤维板张拉及锚固设备的基础上完成4根预应力碳纤维板侧面加固混凝土梁试验，试验梁的破坏模式与试件设计目标相符。用所提出的计算式计算试件的受弯承载力，与试验结果相比，二者吻合较好。最后，提出侧贴预应力碳纤维板加固混凝土梁实用设计方法，可应用于实际工程的加固设计，尤其是当构件底面有管道等障碍物时。
为考察纵筋、箍筋、碳纤维（CFRP）包裹层数、尺寸效应及预设损伤对CFRP约束钢筋混凝土方柱单轴受压应力-应变关系的影响，对边长305mm、高915mm及边长204mm、高612mm共22个CFRP约束钢筋混凝土方柱模型试件进行了单轴受压试验。结果表明：纵筋对应力-应变曲线上的峰值点应力有一定影响，而箍筋对应力-应变曲线形状和应力-应变曲线上的极限点应变均有很大影响，其对应力-应变模型的影响不可忽略；CFRP约束后明显改善了方柱延性，但对峰值点应力提高幅度不大，试验曲线大多存在软化段，为中等约束情况；尺寸效应对CFRP的约束作用有明显影响，已有基于约束比的强弱约束划分对本文试验结果不再适用；预设损伤对应力-应变曲线影响不大，损伤水平较大时峰值点应力和极限点应变稍有降低。提出了可考虑箍筋、CFRP及尺寸效应影响的修正约束比，建议了CFRP约束钢筋混凝土方柱强、中等及弱约束的界定标准，在此基础上建立了CFRP中等约束钢筋混凝土方柱的单轴受压应力-应变模型，模型预测结果与试验结果吻合较好。
在核心混凝土为刚性基底假设基础上，利用薄壁圆管壳小挠度屈曲理论及满足边界条件的屈曲位移函数推导了在核心混凝土支承作用下圆钢管轴对称及非轴对称局部屈曲系数计算式；同时在考虑几何非线性及核心混凝土为刚性基底假设基础上，利用薄壁圆管壳大挠度变形理论推导了核心混凝土支承作用下圆钢管轴对称变形及非轴对称变形的荷载-挠度曲线关系，证明了在核心混凝土支承作用下圆钢管没有空钢管所具有的后屈曲荷载，说明由于核心混凝土的存在，圆钢管对初始缺陷不再敏感，指出了现有规程在验算圆钢管混凝土局部屈曲时沿用空钢管屈曲理论的计算方法的不合理性。
采用高温抗压试验炉对有初始荷载作用的钢筋混凝土短柱进行了升温、降温及冷却全过程作用后轴压力学性能试验。试验测试了截面温度场、轴向变形发展规律，考察了温度、轴压比和降温效应对高温后有初始荷载作用的钢筋混凝土短柱轴压承载力、刚度和延性等力学指标的影响规律。试验结果表明：初始荷载作用使试件产生明显的残余压缩变形，且残余变形主要是在降温阶段产生；与无初始荷载作用的试件相比，初始荷载作用对钢筋混凝土短柱的高温后轴压承载力、刚度和延性影响较大，承载力和刚度提高，但延性明显降低；初始荷载作用对试件高温后轴压短柱刚度和延性系数的影响明显大于对承载力的影响。建议进行火灾后钢筋混凝土结构性能评估时，需考虑初始荷载作用的影响。
对梁端轴向约束作用下平端板螺栓连接组合节点的抗火性能进行了试验研究。试验共设计制作四个试件，一个为梁端无轴向约束的组合节点抗火试验试件、两个为梁端受框架约束的组合节点抗火试验试件，另一个梁端无轴向约束的组合节点试件作为对比试件，进行常温下受力性能试验，以研究梁端轴向约束对组合节点耐火性能的影响。试验结果表明，常温下组合节点因柱腹板受压屈曲而破坏。火灾作用下组合节点温度场分布不均匀，组合节点均出现梁下翼缘屈曲，但二者在梁下翼缘屈曲后的受力行为不同。梁端无轴向约束组合节点在梁下翼缘屈曲后承载力迅速降低；而梁端有框架约束的组合节点在梁下翼缘屈曲后由于钢梁出现悬链线效应（在梁大挠度情况下，梁内轴力由压力转为拉力来承受竖向荷载），节点由压弯受力转为拉弯受力，表现出较好的承载能力和变形能力。试验反映了组合节点在结构中与梁的相互影响和共同作用，为理解火灾下组合节点在梁轴力影响下的结构反应、承载机理和破坏模式提供了依据。
以平面KT型圆钢管搭接节点的试验数据为基础，从节点破坏模式、变形过程和承载力等方面对节点的非线性有限元建模方法进行校验。研究揭示了贯通直腹杆受压搭接节点的破坏过程和塑性区扩展情况，重点考察了贯通直腹杆受压且内隐蔽部分焊接的搭接节点几何参数和内隐蔽部分焊接与否对节点承载力的影响。有限元参数分析结果表明：腹、弦杆直径比和弦杆径厚比的变化对搭接节点的承载力影响较大，而腹、弦杆壁厚比和搭接率影响较小；内隐蔽部分未焊接明显降低贯通直腹杆受压的搭接节点承载力；KT型圆钢管搭接节点承载力均大于相应的KT型和N型零间隙节点承载力。最后，在N型零间隙节点承载力计算公式的基础上，应用多元线性回归方法拟合出平面KT型圆钢管搭接节点的承载力计算式；该计算式与试验结果吻合良好，且具有较好的连续性和适用性。
为了研究主管壁局部加厚对方钢管T型节点滞回性能的影响，对一个主管壁局部加厚的方钢管T型节点试件和一个主管壁未加厚的方钢管T型节点试件进行试验测试和有限元模拟。试验中，通过控制支管的竖向位移对方钢管T型节点试件施加低周往复循环荷载，研究试件的变形和破坏模式，并进行相关抗震性能指标（延性系数和能量耗散）分析。试验结果表明：主管壁局部加厚能够明显改善节点的滞回性能，同时能够使节点由带有明显延性特征的断裂破坏转变为主管壁厚改变处的延性屈服破坏。利用有限元软件ANSYS对试验试件进行有限元模拟，结果与试验结果吻合较好。最后利用有限元软件分析了主管壁加厚方钢管T型节点加厚参数（主管的加厚长度l和加厚厚度Δt）对节点滞回性能的影响。分析结果表明：为了改善节点滞回性能，加厚长度不超过支管截面边长的3倍，加厚厚度不超过主管壁厚的0.8倍。
由于功率谱的模态阶次是频响函数模态阶次的2倍，直接使用响应信号的功率谱进行模态参数识别容易导致识别过程中需要过高的系统阶次、运算量加大、数值算法不稳定等问题。因此使用功率谱的模态识别方法多为窄频带算法，难以适用于宽频带识别。针对该问题，在使用相关图法估计功率谱的过程中，仅对正时延相关函数进行傅里叶变换(FFT)可以实现功率谱降阶，并且降阶后的模态参数不发生变化。根据频响函数与降阶功率谱具有相似数学表达式的特点，将试验模态分析中的多参考点最小二乘复频域(p-LSCF)宽频带算法与降阶功率谱相结合，实现了环境激励条件下的模态参数识别。通过一个二层单跨框架结构仿真算例与一个建筑结构的实测算例进行了验证，结果表明：该方法能够较准确识别模态参数，具有耦合模态的识别能力；在模态选择中，除了借助于模态指示函数，高阶模态应利用稳定图加以判断。
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