ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
为研究Q460高强度钢材箱形柱的抗震性能，对5个足尺试件进行了水平往复加载试验研究，分析了板件宽厚比、轴压比等因素对试件的承载力、破坏模式、耗能能力、变形能力和延性的影响。试验结果表明，Q460高强度钢材箱形柱具有很好的耗能能力和抗震性能，适用于抗震钢框架；除试件HB-1外其他试件本身及其柱脚节点均未发生焊缝开裂，证明设计合理、质量合格的Q460高强度钢材焊缝连接具有足够的承载力和良好的抗震性能；板件宽厚比越大，试件局部屈曲出现得越早，最大荷载对应的位移级越小，达到破坏时的位移级也越小；试件发生局部屈曲的范围及屈曲中心位置相对于试件截面高度的比值依次减小，所有试件最大屈曲位置距固定端0.25B~0.50B（B为等边箱型截面外边长），塑性区范围距离固定端0.72B~1.06B。根据试验结果，建议在轴压比不大于0.2时，Q460钢材箱形截面压弯构件板件宽厚比限值不应大于30；同时，钢框架柱在进行抗震设计时，其板件宽厚比限值应与轴压比相联系，轴压比越大，板件宽厚比限值应越小。
为了研究高强钢中厚板焊接箱形柱的极限承载力，以11mm厚国产Q460高强钢中厚板制作了7个焊接箱形柱进行轴心受压试验。试件共包含宽厚比8、12、18三种截面，长细比分别为35、50、70。根据试件的实测尺寸、钢材的力学性能建立有限元模型，以初始缺陷的形式考虑了试件的初始挠度、初始偏心及焊接残余应力，分析预测了试件的极限承载力。试验结果表明，高强钢焊接箱形柱稳定系数采用GB 50017—2003《钢结构设计规范》中的c类截面柱子曲线偏保守，试验结果平均曲线更接近b类截面曲线，但仍需进一步验证。分析结果表明，考虑了初始缺陷的有限元模型可准确预测柱的极限承载力，可以作为试验数据的补充。
为研究高强度钢材Q460C焊缝连接在地震作用下的反应，对11个Q460C焊缝连接试件进行了8种不同加载制度的单调和循环加载试验，分析比较了不同加载制度下的应力-应变关系，研究其本构模型、力学性能、破坏模式、变形和延性特征以及损伤退化特性，并和母材的性能进行了对比。利用Ramberg-Osgood公式对其循环骨架曲线进行了拟合，确定了拟合计算式中的待定参数；通过试验标定了循环荷载作用下本构模型的参数，采用有限元程序ABAQUS利用混合模型对上述循环加载试验进行了较为准确的有限元模拟。研究结果表明：所有加载制度下试件最终均在焊缝和热影响区交界面拉断，这和焊缝连接处的应力集中有关；与母材单调拉伸性质相比，焊缝连接试件延性下降显著，说明焊接过程对钢材有严重影响，应采取措施避免破坏发生在焊缝区域。
对18根冷弯薄壁型钢开口三肢拼合立柱的轴压性能进行了试验研究，试件分为A、B两种截面类型：A类由3根冷弯薄壁C型钢拼合而成；B类由2根冷弯薄壁C型钢和1根U型钢拼合而成。得到了各试件的荷载-位移曲线和破坏特征，并将试验结果与中、美两国相关规范“有效宽度法”和“直接强度法”计算结果进行了初步对比分析。研究结果表明：两类截面长柱（LC）系列立柱的破坏特征分别为弯扭屈曲、弯曲屈曲，而中柱（MC）系列立柱A类截面为畸变屈曲、B类截面为畸变屈曲和弯曲屈曲，短柱（SC）系列立柱均为局部屈曲和畸变屈曲。AISI有效宽度法计算结果对于A、B两类截面LC系列立柱偏于安全；对于SC系列立柱则偏不安全；对于MC系列立柱吻合较好。AISI直接强度法计算结果对于A类截面LC和MC系列立柱偏于安全；对于SC系列立柱则偏不安全；对于B类截面立柱直接强度法计算结果与试验结果相差-16-5%~11-2%。《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算结果与试验结果相比，LC系列立柱偏于安全，而MC和SC系列立柱计算结果与试验结果吻合较好，相差分别为 -8.7%~4.7%和 -7.3%~13.7%。
对反对称Pratt桁架中的斜腹杆受压大偏心N形圆钢管节点的静力性能进行了单调加载试验研究。实施了4个负向大偏心、4个正向大偏心和1个无偏心斜腹杆受压N形圆钢管节点静力试验。介绍了节点试验方案，考察了斜腹杆受压大偏心圆钢管节点破坏现象，给出了加载点荷载-端位移曲线、腹杆轴力-管壁变形曲线以及折算应变分布曲线，并分析了偏心率对节点承载力、刚度和延性的影响。研究结果表明：该节点可以作为理想铰接节点考虑；随着节点偏心率从 -1.30增大到0，节点承载力逐渐提高，当偏心率为0时达到最大；节点转变成正偏心，偏心率增大到0.50时，随着偏心率增大，试件承载力逐渐减小；之后随着偏心率继续增大，承载力又有略微增大；虽然两种规范（GB 50017—2003《钢结构设计规范》、欧洲Eurocode 3）计算均值与试验值比较接近，且GB 50017—2003计算均值更接近试验值，但两种规范计算承载力的变化趋势均与试验结果不符。
为了解平面X形圆钢管混凝土节点的平面外受弯性能，分别对4个主管填混凝土和4个支管填混凝土的平面X形圆钢管节点进行支管平面外弯矩作用下的试验研究。考察了支管、主管分别填混凝土2种情况下节点的破坏模式和应力分布，并分析了钢管内混凝土对节点平面外抗弯刚度及承载力的影响。试验中支管填混凝土节点出现了主管塑性、支管局部屈曲和支管受拉侧焊缝或热影响区管壁开裂的破坏模式，主管填混凝土节点则发生了支管局部屈曲及支管受拉侧焊缝开裂破坏。主管填混凝土节点与支管填混凝土节点相比，由于主管内填混凝土对于主管管壁的局部变形起到明显的约束作用，明显提高了主管的径向刚度，增大了节点的平面外抗弯刚度。实测节点承载力与欧洲规范计算的空钢管节点理论承载力比较表明，主管内填混凝土能极大提高节点平面外受弯承载力，最大可提高132%；支管内填混凝土可使节点平面外受弯承载力最大提高60%。
选取20个钢框架全焊接梁柱节点局部试件进行单向拉伸和拉压循环试验，记录了试件的破坏模态和应力应变曲线，分析了材料强度、加载方式、板件厚度、宽度等参数对节点局部焊缝性能的影响，研究了焊缝开裂对节点损伤的影响。试验表明，循环加载会显著削弱焊接试件承载能力和变形能力，导致焊缝的开裂和破坏；焊缝在循环荷载作用下，受压的塑性发展会削弱焊缝延性；焊缝开裂和板件屈曲是节点损伤的两大主要因素，焊缝中裂纹发展导致节点承载力下降和刚度损伤；板件屈服后的局部屈曲对节点的损伤有待进一步研究。
采用断裂力学理论，依据9个钢框架全焊接梁柱节点局部试件的单向拉伸试验结果，对节点试件的焊缝损伤进行了理论分析和有限元模拟。理论计算表明，简化计算式能够简洁地反映节点开裂情况，但对约束条件、裂纹尺寸的简化会影响计算精度。有限元分析结果表明，焊接孔附近的应力集中和热影响区材料的退化导致节点焊缝断裂易发生在梁腹板焊缝位置和梁翼缘焊缝热影响区，两处开裂概率接近，与试验结果吻合；试件开裂位置由初始缺陷的尺寸、位置和材料断裂韧性共同决定；弹塑性有限元分析能够较准确分析试件开裂位置和启裂荷载，精度较高，为研究梁柱节点焊缝损伤性能提供了一种损伤判断方法和准则。
建立弹塑性有限元模型，对大直径螺栓球节点试验中容易破坏的锥头进行数值计算，试验结果验证了有限元模型的适用性。考虑了影响锥头承载力的各种主要因素，进行了相应的参数分析。揭示了大直径锥头具有底板壁厚塑性贯通、锥壳壁厚塑性贯通和局部承压破坏等三种破坏模式，掌握了螺栓直径d、钢管直径D5以及有关锥头的径向厚度t、底板厚度H、锥头斜率k、底板受荷面积比S等各种几何参数对锥头承载力的影响效应。基于多元回归分析，提出了大直径锥头前两种破坏模式的承载力计算式。与试验结果相比，计算式较为准确可靠，可应用于工程设计。
为研究某植物园铝合金网壳结构中新型铸铝节点的受力性能，进行了3个足尺节点试件的加载试验，考察了3种典型受力情况下铸铝节点的受力性能和破坏机理。试验结果表明，该铸铝节点平面外的抗弯刚度较大，但平面内的刚度较小，且属于半刚性连接节点；螺栓孔处截面是节点的薄弱部位；铸铝节点本身的破坏形式为脆性断裂破坏，延性较差，节点破坏前无明显征兆。同时，还对该铸铝节点在上述3种荷载作用下的受力性能进行有限元分析，并与试验结果进行对比。结果表明，有限元与实测结果吻合较好，验证了有限元模型的准确性和可靠性；同时，有限元结果给出了节点在荷载作用下的应力整体分布状况及随加载过程的变化趋势。基于试验和有限元分析结果，建议在铸铝节点设计中考虑采用合适的安全系数，避免突然破坏。
对锚栓连接受剪性能进行试验研究，制作了5组共15个试件，考虑了锚栓的直径、柱底板厚度和底板锚栓孔径与锚栓直径之差的影响。锚栓连接受剪试验的荷载位移曲线呈现2个转折点，可近似分为3个阶段：弹性阶段、滑移阶段和强化阶段，以锚栓基本形成塑性铰与锚栓孔壁和锚栓顶紧两个状态作为分界点。试验结果表明，柱底板厚度越大，锚栓连接受剪承载力设计值和界面抗滑移刚度越小；锚栓孔径和锚栓直径之差对滑移阶段的长度有显著的影响，对承载力影响较小。以试验荷载位移曲线的第一转折点对应的荷载作为锚栓连接的受剪承载力设计值，提出了计算式，同时提出锚栓连接极限承载力的计算公式。
提出了一种用于混凝土框架结构中屈曲约束支撑连接锚固节点构造形式。通过8个对比试验，分别考察该节点在拉、剪、拉剪复合受力状态下的单调受力性能与滞回性能，分析了各种受力状态下节点的受力特点与破坏模式。试验结果表明，在各种受力状态下，节点屈服前位移均较小，对屈曲约束支撑耗能效率影响并不显著。通过试验结果与规范计算结果的对比发现，现行GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》对单一受力状态下锚固节点承载力的计算比较准确，但对拉剪复合受力状态偏于保守；而采用JGJ 145—2004《混凝土后锚固技术规程》中的锚栓破坏相关方程能较为准确地估算拉剪复合受力状态下锚固节点承载力。另外，由于该锚固节点具有下锚固板，锚筋不会被整体拔出破坏，可取消现行规范中锚筋屈服强度取值小于300 MPa的限制。同时，在构造上应限制锚固板的弯曲变形，确保锚固钢筋共同受力，以使节点承载力在较小的位移下得以充分发挥。
为研究梁翼缘、腹板开孔构造对方钢管混凝土柱-H型钢梁节点破坏模式的影响，对6个方钢管混凝土柱-H型钢梁节点（1个常规节点和5个开孔节点）进行了低周循环加载试验。试验结果表明：按现行规范设计的方钢管混凝土柱-H型钢梁常规节点在梁翼缘对接焊缝处脆性断裂，节点的塑性转角不能满足临时指南FEMA的要求；合理的梁翼缘和腹板开孔构造，显著减缓了方钢管混凝土柱-H型钢梁节点梁翼缘对接焊缝的应力集中，梁削弱截面形成塑性铰，节点塑性转角达到0.03 rad，满足了临时指南FEMA的要求；其滞回性能稳定，承载力和常规节点相当；内隔板与柱壁板间焊缝质量较差的节点在试验中发生柱壁外鼓、柱壁间焊缝撕裂，节点延性和承载力明显下降。
为研究龙卷风对建筑结构的作用特征，在综合分析龙卷风袭击建筑物时高速风冲击作用和突然气压降作用的基础上，提出了封闭结构龙卷风荷载的计算方法。从柱面坐标下的流体力学控制方程组出发，发展了考虑气压降的三维龙卷风风场模型。采用计算流体动力学(CFD)方法对某大跨穹顶结构周围风场进行数值模拟，得到了结构的压力系数，同时计算得到了该结构的龙卷风荷载时程，利用时程分析方法对结构进行龙卷风作用下的风致动力响应分析，得到了结构在龙卷风作用下的位移时程。研究结果表明：龙卷风的袭击过程持续时间短，120m跨穹顶结构在F3级龙卷风作用下，整个袭击过程仅持续约15s；龙卷风的作用剧烈，穹顶结构的位移最大值达到2.73m，远大于规范限值的1/250跨度（0.48m）。
针对传统三分量方法中采用SRSS组合背景分量和共振分量获得脉动风总响应的局限，在结构动力学和随机振动理论基础上，推导出结构脉动风总响应的实际理论组合计算式，提出用于补偿背景分量和共振分量之间耦合项的一致耦合法来求解结构的风致响应。该方法从理论上适用于任一复杂柔性结构的风致响应精细化分析。以某大型自然博物馆柔性钢结构为例，采用一致耦合法以及改进的三分量方法进行风致响应计算，并与全模态完全二次型（CQC）法计算结果进行对比分析，结果表明：背景、共振及其交叉项分量均需考虑，其中又以共振分量为主导，并且共振模态之间的耦合效应显著，背景和共振分量之间的交叉项也不能忽略。一致耦合法具有较高的精度和稳定性，是此类结构风振响应机理分析的有效方法。
对低层双坡屋面和四坡屋面建筑进行了风洞试验研究，考虑了屋面形式、屋面坡度、来流方向和挑檐长度等不同因素对屋面风压分布的影响，分析了屋面平均和脉动风压系数的分布特性。结果表明，0°风向角（来流垂直吹向屋脊）、屋面坡度为30°时，迎风屋面屋檐及屋脊附近形成较高负压，迎风屋面风压系数呈环状分布；屋面坡度为15°时，迎风屋面风压系数呈阶梯状分布。屋面体型系数受风向角、屋面坡度和屋面形式的影响较大：0°风向角、双坡屋面模型中，15°屋面坡度迎风屋面体型系数为30°屋面坡度的2.76倍；四坡屋面模型中，15°屋面坡度迎风屋面体型系数为30°屋面坡度的228倍；背风屋面体型系数受屋面坡度的影响较小；0°和45°风向角下，对于15°和30°屋面坡度，当屋面坡度相同，屋面形式由双坡改为四坡时，迎风屋面的体型系数绝对值有所增大，屋面更容易受力破坏，但对背风屋面的影响较小。
使用可调导流板、挡板和粗糙元，在大气边界层风洞内实现了对1∶300和1∶600两种流场比例下击暴流风场的模拟，并与经典的理论剖面进行对比，对模型区域范围内风场的水平和竖向风速分布进行了较为详细的考察，在此基础上研究了一大跨度圆柱形屋盖在所模拟的下击暴流风场的风压系数分布特征，并与GB 50009—2001的B类地貌风场的结果进行比较。结果显示，所模拟的两种比例的下击暴流水平风剖面与理论值吻合较好，模拟出的下击暴流的竖向风剖面在一定高度范围内与水平风剖面有着相似的分布规律，且在模型区域具有较好的稳定性。圆柱形屋盖模型的试验结果表明，该屋盖在下击暴流风场测得的平均风压系数分布和B类地貌风场的结果非常接近，但极值风压系数小于B类地貌风场的试验结果。
针对广大农村低矮房屋抗震能力普遍不足的现状,根据基础隔震理论,在钢筋沥青复合隔震层的基础上，提出了钢筋沥青隔震墩。并以单层单开间砌体结构房屋为研究对象,进行了足尺模型拟动力试验。通过隔震墩上、下楼板布置的拾振器测得上下部加速度幅值，用其比值衡量减震效果。研究结果表明：在各种振动波输入下,隔震墩吸收了大部分的能量,隔震墩上部楼板加速度反应可以衰减到隔震墩下部楼板加速度反应的50%以下，具有较好的减震效果；随着振动频率的增大，水平两个方向加速度衰减系数也相应减小；而随着控制位移的加大，加速度衰减系数相应增大；从输入加速度大小方面分析则随加速度峰值的增大，加速度衰减系数有减小的趋势。
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