ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
为分析震后火灾环境下混凝土结构的反应，试验设计了3榀足尺单层单跨框架结构，以低周反复水平荷载试验模拟地震动，以框架梁、柱裂缝宽度ω为损伤指标，试件KJ1历经损伤ω=0.5 mm后进行火灾试验，KJ2历经损伤ω=0.1 mm后进行火灾试验，试件KJ3作为对比试验无损伤，直接进行火灾试验。从3榀框架结构的裂缝变化规律、框架柱轴向变形、截面温度场分布、承载力退化等方面进行了对比分析。试验结果表明：损伤后混凝土材料的热传导性能提高，相应截面所经历的最高温度也增高；框架结构的高温变形恢复能力变差，梁截面承载力下降幅度比柱截面大。最后提出了损伤指标与结构抗火性能退化之间的量化关系。
为了分析压型钢板-陶粒混凝土组合楼板的火灾响应，首先对受荷条件下的2块简支陶粒混凝土组合楼板进行了火灾行为试验，得到了其火灾温度响应及位移响应。在此基础上，进一步对2块受火后的压型钢板-陶粒混凝土组合楼板进行了火灾后受力性能试验研究，并对1块具有相同参数的组合楼板开展了常温下静载试验。结果表明：在楼板内部设置焊接栓钉将减弱组合楼板的抗火性能、降低组合楼板火灾后的承载力；与未受火作用的同样规格的组合楼板相比，火灾后压型钢板-陶粒混凝土组合楼板的破坏形式发生较大变化，但仍具有较高的承载力和良好的受力性能；压型钢板-陶粒混凝土组合楼板受火后为弯曲破坏，而未受火楼板则为剪切滑移破坏。
通过对端部约束H型钢柱火灾响应及火灾后力学性能的对比试验研究，分析了不同约束条件对H型钢柱火灾行为及受火后力学性能的影响。试验测定了钢柱的温度响应及位移响应，在此基础上进一步开展了火灾后的力学性能试验。结果表明：钢柱在升温和降温过程中存在一定的滞后性，火灾升温时柱顶位移按自由膨胀、对称约束及不对称约束依次减小；约束性质对火灾后H型钢柱的力学性能有明显的影响，对称约束的H型钢柱在火灾后的应变明显不同于非对称约束的情况，而且非对称约束钢柱压曲破坏前的整体刚度明显高于对称约束；无约束H型钢柱受火后的整体屈曲主要沿弱轴方向弯曲，而约束H型钢柱受火后的整体受压屈曲则沿两个方向均有明显的侧向弯曲，且沿弱轴方向的受压曲线基本呈三角形，绕强轴方向则为S形。
通过对3根轴压混凝土柱进行受火试验研究，分析了混凝土柱的受火反应和破坏状态，测试了截面温度场的分布和柱的轴向变形。试验结果表明：高温作用下，混凝土柱承载能力迅速降低，主要体现在混凝土截面承载力衰减、变形增大和工作性能的衰减和破坏等。应用ANSYS有限元程序，对柱截面内部温度场的分布进行了模拟计算，数值模拟计算结果与试验结果吻合较好。提出了适用于工程实际应用的混凝土柱受火承载力简化计算模型，通过试验和理论分析比较表明，建议的受火承载力计算式正确可靠。
高强度螺栓连接是钢结构最常用的连接方式之一，其火灾后受力性能对整个结构灾后承载安全至关重要。通过对常用的8.8S和10.9S高强度螺栓进行高温过火冷却后力学性能试验研究，得到了过火温度对应力-应变关系曲线、屈服强度、抗拉强度和弹性模量的影响规律。试验包括自然冷却、泼水冷却两种冷却方式。研究结果表明：当过火温度超过400 ℃时，过火与冷却作用对高强度螺栓的力学性能将产生较大的影响；当过火温度超过700 ℃时，冷却方式对高强度螺栓的力学性能影响有较大的差别，在自然冷却条件下，延性不断加大，强度有略微回升，但幅度不明显；在泼水冷却的情况下，应力-应变曲线呈现明显脆性，塑性平台消失，强度大幅度回升，在过火温度超过800 ℃后10.9S高强度螺栓的强度甚至比未受火时提高约20%。
冷成型钢高温材料特征指标是进行冷成型钢结构抗火设计及数值模拟的重要参数。现有的钢材高温材性数据大多基于稳态试验方法得到，而瞬态试验方法较前者更接近实际火灾情况。利用MTS810试验系统对1.5mm厚Q345冷成型钢进行了高温力学性能试验研究，将瞬态、稳态试验结果进行对比分析。试验结果表明： Q345冷成型钢瞬态试验抗拉强度折减系数在430～700 ℃时普遍高于稳态试验结果，二者相对误差27%～57%；超过100 ℃，Q345冷成型钢瞬态试验高温弹性模量明显低于稳态试验结果，相对误差17%～156%；450～550 ℃时，相同温度、应变水平下，Q345冷成型钢瞬态试验应力-应变曲线弹塑性阶段应力值明显高于稳态试验应力值，导致瞬态试验高温屈服强度高于稳态试验结果，相对误差28%～40%。通过数值拟合给出Q345冷成型钢高温材性折减系数及本构关系表达式，表达式与试验结果基本吻合。
以HRBF500级钢筋混凝土梁为研究对象进行了常温下和受火后细晶粒钢筋混凝土梁的力学性能试验。在不同的受火时间作用下进行了5根细晶粒钢筋混凝土梁的明火试验，自然冷却至室温，然后进行静载试验。通过试验，观察其受火破坏现象、静载破坏形态和在不同工况下混凝土梁受火后剩余承载力的变化; 进行了2根细晶粒钢筋混凝土梁常温下的静载试验，得到荷载挠度曲线关系，并与受火后的细晶粒钢筋混凝土梁剩余承载力进行比较。试验结果表明：高温对细晶粒钢筋混凝土梁的损伤很大，受火时间、配筋率、预加荷载对混凝土梁耐火性能有影响；受火时间越长，其剩余承载力越小；配筋率越小，其火灾后的剩余承载力越小；预加荷载降低梁的剩余承载力。
通过6个火灾后型钢混凝土柱的静力加载试验以及2个常温下型钢混凝土柱的对比试验，研究了火灾后型钢混凝土柱的破坏形态、变形特性、剩余承载力、刚度等。试验结果表明：火灾后型钢混凝土柱的破坏形态与常温下基本相同，但柱的轴压刚度、抗弯刚度、承载力均有不同程度降低；从加载到荷载达到80%极限荷载的不同阶段，火灾后型钢混凝土柱轴压刚度影响系数kz约为0.33~0.44，抗弯刚度影响系数kw约为0.30~0.59。利用规程JGJ 138—2001的计算方法，对所有试件常温下的承载力进行了计算，并将试验结果与计算结果进行了对比，经历火灾作用后轴压柱的剩余承载力约为常温下承载力的51%~81%，偏压柱的剩余承载力约为常温下承载力的69%~81%，火灾后型钢混凝土柱承载能力退化显著。
基于等效单自由度体系和分布参数体系研究了爆炸荷载作用下梁板结构在弹性阶段的反弹机理，给出了5种常用荷载作用下的单自由度弹性反弹曲线，进一步建立了典型加劲肋钢板有限元模型，对其在塑性阶段的反弹机理进行了数值模拟。研究结果表明：荷载作用时间越短，反弹越严重，相反，荷载作用时间越长，反弹越小；当荷载作用时间无穷大时，反弹抗力约为正向抗力的50%；荷载形式的改变对反弹影响较大；阻尼对结构的反弹影响显著，设计时建议按30%折减；当结构进入塑性阶段后，反弹效应减弱，反弹规律与弹性阶段类似。
基于能量方法评价隔震系统的隔震效率，建立了人体与隔震结构的二自由度隔震系统力学模型，通过分析隔震系统在爆炸冲击震动输入下的能量响应，参考传统的加速度传递率评价方法，提出了从人体承受冲击能量大小的角度评价爆炸冲击隔震系统隔震效率的方法，即能量传递率法。通过输入不同峰值和脉冲宽度的半正弦加速度脉冲信号，数值模拟了二自由度隔震系统在不同爆炸冲击震动输入工况下的能量响应，以及隔震系统的加速度传递率和能量传递率。通过对计算结果的分析，研究了隔震系统的输入与输出之间的关系，以及输入能量对隔震效率的影响规律。研究结果表明：与传统的加速度传递率相比，能量分析方法能够较好地反映爆炸冲击隔震系统的隔离效果。
传统数值方法模拟建筑结构在爆炸荷载作用下的结构响应和连续倒塌时，具有计算模型复杂、计算量大的特点，实际应用价值不大。基于将爆炸荷载作用下结构响应分析分两步进行的数值模拟方法，利用非线性显式动力分析软件AUTODYN的Remap技术模拟爆炸波在空气中的传播过程，利用压强测点记录结构构件表面的爆炸压强时程曲线；建立结构精细化有限元模型，并将上一步记录的爆炸压强时程曲线施加于结构构件，利用LS-DYNA显式求解器分析结构在爆炸荷载作用下的动态响应和倒塌过程。将该方法应用于某钢框架结构在爆炸荷载作用下的动态响应和连续倒塌分析。结果表明：钢框架结构具有较好的抗爆性能，在发生1000kg TNT当量及以下规模的室外爆炸时，主体结构能够保证安全；在发生1500kgTNT当量及以上大规模爆炸时，发生次梁塌落等局部破坏，亦可能发生结构连续倒塌。
对近年来国内外进行的部分钢管混凝土柱与钢梁连接节点试验数据进行了统计，将试验结果与AIJ规范公式、Fukumoto方法和Nishiyama方法的计算结果进行了对比分析。计算结果表明：Fukumoto方法和Nishiyama方法的核心区受剪承载力计算方法较AIJ规范更加准确可靠。通过参数分析，证实了3种受剪承载力计算方法对不同轴压比、不同节点形式、不同柱截面的钢管混凝土节点具有较广泛的适用性。建议AIJ规范的适用钢材强度和混凝土强度分别不超过450MPa和70MPa，3种方法的适用钢材屈服强度与混凝土抗压强度标准值之比不小于8。对特殊类型节点的核心区受剪设计，也给出了修正计算式。
以天津泰达广场CBD工程A、B区超高层项目为背景，进行了不同连接方法的6个足尺矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点试件拟静力试验，分析了试件的破坏特征、承载力、延性、耗能能力、刚度退化、强度退化等性能。结果表明：在保证焊接及安装质量的前提下不同连接方法节点均具有较高的承载力及良好的抗震性能；在梁翼缘两侧焊接加强板有利于节点承载力的提高，矩形钢管中填充混凝土有利于减小节点核心区的剪切变形，提高节点的强度及刚度。利用ANSYS 10.0软件对试件在循环荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算，并将理论分析结果与试验结果进行对比。对比结果表明，非线性有限元分析得出荷载-位移曲线与试验结果吻合较好，矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点均具有良好的耗能能力。
为研究再生混凝土砌块墙体的抗震性能，对4榀构造柱-圈梁体系约束的再生混凝土小型空心砌块墙体试件进行了低周反复水平加载试验，研究了再生混凝土砌块墙体的破坏过程、破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力等，分析了构造柱-圈梁约束体系与砌块墙体之间的相互作用机理及破坏机制。研究表明：符合构造要求的再生混凝土砌块墙体具有良好的延性和耗能能力；提高构造柱纵筋配筋率，并不能有效改善再生混凝土砌块墙体的抗震性能；按现行规范公式计算再生混凝土砌块墙体的受剪承载力是可行的；按照普通混凝土砌块承重结构的抗震设计要求，可以实现再生混凝土砌块承重结构与普通混凝土砌块相同的抗震性能。
通过对4榀单层单跨填充墙RC框架试件在水平低周往复荷载作用下的抗震性能试验，研究了填充墙砌块类型及高宽比对框架结构抗震性能的影响，对试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、强度退化和耗能性能等进行了分析。试验结果表明：框架柱和填充墙的受剪承载力之比是影响结构破坏形态的重要因素，满足“强框架，弱填充墙”要求的4个试件均发生梁柱端塑性铰破坏，具有良好的抗倒塌性能；填充墙的存在影响了结构的滞回性能，提高了框架结构的抗侧刚度、水平承载力和滞回耗能能力；在相同位移幅值下，混凝土空心砌块填充墙的破坏程度比实心黏土砖填充墙的严重，存在一定的安全隐患。
为提高填充墙框架结构整体耗能能力，同时降低由填充墙引起的“刚度效应”，提出了新型的无浆填充墙框架结构并进行了材性及拟静力试验。在材性试验中得到了无浆和有浆砌块抗压及通缝抗剪强度和钢筋混凝土的材料特性；在拟静力试验中将无浆及有浆填充墙框架与相应的钢筋混凝土纯框架对比得到了不同填充墙形式下框架结构的破坏过程及形态、结构滞回曲线，分析了新型无浆填充墙框架的受力机理。研结果究表明：无浆填充墙在框架弹性工作状态下耗能良好，并且对框架结构附加刚度很小，该结构形式抗震性能良好。
通过对内嵌预应力碳纤维加固混凝土梁的静力加载试验，对其受力过程、破坏形态、承载力、延性和变形情况进行了分析。试验结果表明：内嵌预应力碳纤维筋加固混凝土梁能大幅度提高被加固梁的开裂荷载和极限荷载，延迟裂缝开展，改善梁的正常使用状态；有效减小加固构件的变形，延缓筋材屈服，充分利用碳纤维筋的高强性能；且随着加固量及初始预应力水平的提高，被加固试件的延性有所降低。内嵌预应力碳纤维筋加固法能有效解决现有加固方法在材料利用不充分，粘结剥离破坏等方面的缺点，是一种行之有效的加固方法。
上海10号线同济大学站至国权路站双线盾构长距离平行穿越下立交深基坑底部，穿越距离为630 m，隧道与下立交基坑地下连续墙净距约2.0 m，盾构施工导致地下连续墙围护结构产生沉降。通过比较现场监测结果和Plaxis 3D Tunnel三维有限元软件模拟结果表明：随着地下连续墙底与隧道底部的夹角Φ不断变大，地下连续墙沉降量逐渐增大，当Φ≤0°时，地下连续墙沉降量基本为零；0°＜Φ≤32°时，最大沉降量为5 mm； 32°＜Φ≤51°，最大沉降量为40 mm；Φ＞51°时，沉降量大于40 mm。以此三维模型为基础，分析在基坑底板浇筑后，盾构引起的地下连续墙的沉降。研究结果表明，底板对控制沉降效果显著，工程上应用良好。在实际施工中，通过在下立交底板施工上设置注浆孔能有效地控制盾构推进后基坑底板的沉降。
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