ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
台基、柱脚的平摆浮搁、梁柱节点的半刚性榫卯连接、柱架的生起和侧脚、梁端的雀替、枓栱铺作层以及“大屋盖”等特殊的营造技术，以及水平地震作用下古建筑木构架良好的自复位性能，使得古建筑木结构能历经千百年保存至今。在分析古建筑木结构发展背景和营造特点的基础上，综述了国内外对古建筑木结构木材材性、台基层、柱架层、枓栱铺作层、屋盖层的力学性能，整体结构抗震性能以及修缮加固等方面的研究现状，综合各研究方法和研究内容，指出了目前古建筑木结构结构性能研究领域中存在的问题和尚未涉及的方面，为古建筑木结构结构性能的进一步深入研究以及古建筑的保护提供参考。
对1榀3跨5层的钢框排架主体结构进行了低周反复加载试验，观测了框排架的破坏形态，得到了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线，分析了钢框排架的破坏机制、滞回性能、延性、耗能能力、刚度退化等力学性能。结果表明：钢框排架结构的破坏机制为先梁端后柱端出现塑性铰的混合破坏机制，滞回曲线较饱满，整体位移延性系数大于4.0，等效黏滞阻尼系数达到0.189。钢框排架结构体系总体上表现出良好的抗震能力，适合高烈度抗震设防区采用。模型结构的层间位移角在底层和第二层较大，为薄弱层；煤斗梁地震反应较强，设计时要特别注意。
为了解钢框排架结构的抗震性能，以位于抗震设防烈度8度区的某大型火电厂钢结构主厂房框排架结构为原型，按1∶10缩尺比例设计制作试验模型，并对其进行拟动力试验，研究该结构在地震作用下的加速度反应、位移反应、滞回特性、刚度和耗能性能。研究结果表明：钢框排架结构延性相对较好，具有较强的塑性变形能力。模型结构底层和第二层层间位移角较大，是模型结构的薄弱层。模型结构在三种地震波（El Centro波、Taft波、兰州人工波）的多遇地震以及El Centro波的罕遇地震作用下，层间位移角均满足我国现行规范要求。钢框排架结构体系可满足8度设防要求，具有良好抗震性能。
为研究实腹式型钢混凝土异形柱边框架的抗震性能，对1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层框架模型进行低周反复荷载试验，对其滞回曲线、层间位移角、延性及耗能进行了分析，结果表明，该框架滞回曲线饱满，抗震性能好。在试验研究的基础上，利用ABAQUS软件对试件进行了有限元模拟，并将计算结果与试验结果进行对比，结果显示，两者较为符合。实腹式配钢型钢混凝土异形柱边框架极限荷载较试验值偏大3.31%，极限荷载对应的位移较试验值偏小12.96%，刚度较试验值高。对P-Δ曲线的影响因素进行了分析，结果表明：随着轴压比的增大，框架的水平承载力降低，延性降低。增大肢高肢厚比、梁柱屈服弯矩比，能够较大地提高框架的水平承载力和初始阶段的刚度，但框架的延性有减小的趋势。随着混凝土强度、型钢屈服强度的增大，框架的水平承载力提高，但位移延性没有明显变化。
通过1榀缩尺比为1/2.5的两跨三层的空腹式型钢混凝土(SRC)异形柱中框架在水平反复荷载作用下的试验研究，获得其荷载-位移滞回曲线及最终破坏形态，分析其结构延性、层间位移角及耗能性能。结果表明，空腹式SRC异形柱中框架滞回曲线饱满，弹塑性层间变形能力强，延性及耗能能力良好。基于试验研究结果，采用ABAQUS软件对该结构进行了非线性有限元分析，研究空腹式SRC异形柱框架的承载力、刚度退化以及出铰机制。有限元分析得出的结果与试验实测结果吻合较好；在此基础上对该结构进行参数分析，研究轴压比、混凝土强度、型钢屈服强度、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比以及梁柱屈服弯矩比等参数对其力学性能的影响。结果表明：增大混凝土强度、柱肢高肢厚比、梁柱线刚度比以及梁柱屈服弯矩比，能够提高结构的水平承载力和弹性刚度，但对结构延性的影响不大；随着轴压比和型钢屈服强度的增大，结构弹性刚度均变化不大，但增大轴压比，结构水平承载力和延性均降低，增大型钢屈服强度，能够同时提高结构水平承载力和延性。
为研究矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏特征和抗震性能, 进行了5个中节点、2个边节点和2个角节点的低周反复加载试验。观察了节点的受力过程及破坏形态, 分析了试件的荷载-位移滞回曲线、承载能力、强度和刚度退化、层间位移角和延性以及耗能能力等力学特性。结果表明: 矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的典型破坏形态是节点域腹板的剪切破坏、节点核心区腹板与柱翼缘连接的竖向焊缝断裂; 试件滞回曲线饱满，层间位移延性系数介于1.44~2.74，弹塑性极限层间位移角约为1/43~1/21；等效黏滞阻尼系数介于0.227~0.316，表明节点域的变形和耗能能力较强。当柱截面肢高肢厚比为3、4时，破坏时节点核心区的剪切角约为0.01~0.03；当柱截面肢高肢厚比为2时，破坏时节点核心区的剪切角约为0.08~0.10。
在矩形钢管混凝土异形柱-钢梁节点试验研究的基础上，对节点的破坏特征及影响因素进行分析，结果表明矩形钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏模式主要是节点域发生剪切斜压破坏，其受力机理为钢桁架、混凝土主斜压杆和约束斜压杆的综合作用。在此基础上，将节点域抗剪贡献分为三部分进行研究，包括节点域钢管腹板的抗剪贡献、节点域混凝土主斜压杆的抗剪贡献和约束斜压杆的抗剪贡献。根据试验结果和力学分析，推导了节点区柱腹板剪力计算式；由虚功原理得出节点区混凝土约束斜压杆的承载力计算式；通过对试验数据的回归分析，得到核心区混凝土主斜压杆的承载力计算式；最后提出了矩形钢管混凝土异形柱钢梁框架节点屈服剪力和极限剪力的计算式，该计算式不仅考虑了柱轴力对节点区实际受力状态的影响，而且考虑了钢管对混凝土的约束作用。对比结果表明，采用计算式得到的结果与试验结果吻合较好。
选择T形截面钢管混凝土异形柱-工字钢梁框架顶层边节点为研究对象，按1∶2的缩尺比例设计并制作3个“弱节点”模型和1个“强节点”模型，通过施加恒定轴压比的竖向荷载和低周往复水平荷载，对节点模型进行加载破坏试验，观察节点模型的受力过程和破坏形态，得到水平荷载-柱端位移滞回曲线和骨架曲线，分析节点荷载特征值、延性、耗能以及刚度退化等。试验结果和分析表明：弱节点试件破坏形态主要为节点核心区在剪压复合应力作用下的剪切破坏，随轴压比增大，试件受剪承载力提高，但其延性和耗能能力有所下降；强节点试件破坏形态为钢梁的局部屈曲破坏，节点区基本完好，滞回曲线饱满，延性系数为3.89；合理地设计钢管混凝土异形柱-钢梁框架边节点，可满足抗震延性要求，实现“强柱弱梁，节点更强”的抗震设计目标。
通过5个试件的低周反复荷载试验，对预应力型钢混凝土(PSRC)梁-钢管混凝土(CFT)柱节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、强度与变形特征值、延性、变形恢复能力、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行了较为系统的研究，对预应力、轴压比、预应力筋穿越钢管壁的成孔方法（先成孔与后成孔）等因素对节点抗震性能的影响进行了分析。研究结果表明：PSRC梁-CFT柱节点发生了节点核心区剪切破坏；节点核心区水平剪力-剪切变形滞回曲线较丰满，但在大变形阶段有一定的捏拢效应；各试件节点核心区的极限剪切变形介于28.60×10-3~60.90×10-3 rad，剪切变形延性系数则介于4.72~6.69；各试件节点核心区的剪切刚度退化规律基本一致；施加预应力及后成孔方法对节点核心区受剪承载力有一定的有利影响，但施加预应力对节点核心区剪切变形能力及剪切变形延性不利；当轴压比n从0.2增至0.4时，节点核心区受剪承载力提高16.62%，而轴压比n从0.4增至0.6时，节点核心区受剪承载力仅提高1.09%。
为研究桁架式钢骨混凝土框架梁-钢筋混凝土柱连接节点的抗震性能，制作12个考虑钢骨含量、腹杆截面面积及轴压比三个变化参数的节点试件，对其进行低周反复荷载试验。试验观察了构件破坏过程，得到了节点梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线以及各阶段的应变、荷载和位移值，并分析了节点的延性、能量耗散能力、抗剪性能。试验研究表明，该节点形式具有很好的延性和耗能能力，证明在节点区及梁端配有交叉腹杆的桁架式钢骨混凝土梁与钢筋混凝土柱节点连接方法是可靠的，节点能够有效传递弯矩和剪力。在试验研究的基础上建立了恢复力模型，模型和试验能够较好地吻合。研究成果可为工程实践提供参考。
通过对6个具有不同构造特征和几何尺寸的H形钢梁-柱半刚性连接试件进行拟静力试验和有限元分析，得到节点弯矩-转角（M-θ）滞回曲线及M-θ骨架曲线，分析了试件的极限弯矩、连接初始刚度、延性、耗能性等性能。研究结果表明：对于几何尺寸相近的梁柱端板连接，柱强轴方向翼缘-端板连接的极限弯矩及初始连接刚度远高于柱弱轴方向的腹板-端板连接，且后者的延性也比较差；采用弱轴方向的端板连接，应在腹板的两个方向同时设置加劲板，以保证有足够的连接强度和延性；在柱翼缘设置抗剪托板对于梁柱外伸端板连接性能无明显影响，而且延性还有降低趋势。
为满足大型风洞筒体预制板横向、纵向拼接处力学性能要求,提出了预制板横向、纵向拼接节点两种新型构造措施。对新型横向、纵向拼接节点各9个试件进行受弯、受剪和轴向拉压等试验研究,量测并分析试件的荷载、位移及应变,观测试件的裂缝发展情况和破坏过程。对新型横向拼接节点的受弯、受剪、受拉承载力以及纵向拼接节点的受剪承载力进行了理论简化分析计算,计算结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:该新型横向、纵向拼接节点连接可靠,具有良好的承载能力和变形能力。
借鉴桥梁工程中的3种安装定位原则，提出了适用于建筑工程安装的第4种定位原则。对现有的几种结构非线性施工力学分析方法的特点和适用性进行了研究分析，构造了一种改进的结构非线性施工力学分析方法——局部位形约束生死单元法，抑制了传统的直接生死单元法中“死”单元的“漂移”现象，能很好地控制施工力学模拟中新生单元的安装位形，符合工程安装的实际情况，适用范围广。将这种方法应用于实际工程“法门寺合十舍利塔主塔”的施工过程力学模拟中，理论计算结果和实测结果吻合较好，表明这种改进方法是结构施工力学分析的有效方法。
为了研究特高压输电钢管塔的主材次应力问题，对 1 000 kV特高压输电钢管塔SZ2U进行真型试验，实测主材次应力；通过有限元分析, 得出主材次应力的分布规律及影响因素；分别建立考虑有无节点板刚度的有限元梁杆单元模型，并与实测结果进行比较；对塔脚节点建立精细化有限元模型,考察次弯矩作用下节点的受力性能和破坏模式。研究结果表明：对SZ2U塔次应力影响最大的位置在塔脚主材处，实测最大次应力比（弯曲应力占轴力应力的百分比）达到45%；采用考虑节点板刚度的计算模型与实测结果吻合较好；次应力的影响不仅与主材长细比有关，还与主材和斜材的角度有关；塔脚节点在次弯矩作用下的破坏模式为主管受压一侧环形加强板上部管壁屈曲破坏。
纤维增强复合材料（FRP）编织网结构主要由编织网面和内外环梁组成，将FRP板条按一定规律编织形成网面，通过内环梁对网面进行平面外整体张拉，使结构具有一定的平面外刚度，可以承受竖向荷载。通过2个1/10比例的FRP编织网结构模型，研究了FRP编织网结构的编织方法、施工方法和成形中的力学特性，对施工中平面编织、平面外整体张拉的过程进行了模拟验证。结果表明：采用编号法和规律法可实现网面的编织施工；通过控制板条预张拉应力和控制整体变形的平面外整体张拉可实现结构的成形控制；在施工过程中FRP编织网结构表现出明显的几何非线性特征，结构刚度随着竖向张拉位移的增加而增大；相对于板条的预张拉应力控制，平面外整体张拉对于结构成形控制起决定性作用。
为了掌握古建筑木结构地震作用下的破坏过程及对应的破坏状态，对震后古建筑木结构的破坏程度做出合理的评估，基于燕尾榫柱架和枓栱铺作层低周反复荷载作用下的滞回特性和能量耗散原理，将燕尾榫柱架和枓栱铺作层作为两个耗能构件，计算其在低周反复荷载作用下的“抵抗破坏潜能”；根据古建筑木结构振动台试验，计算各工况地震作用下每一耗能构件所耗散的能量；基于构件的“抵抗破坏潜能”和各工况下的地震耗能情况建立耗能构件在不同地震作用下的地震破坏评估模型，并借助能量分配系数找到各耗能构件破坏状态与整体结构破坏状态之间的关系，从而建立整体结构在不同地震作用下的破坏评估模型；应用该地震破坏评估模型，分别对燕尾榫柱架和枓栱铺作层和整体结构进行构件地震破坏评估及整体结构地震破坏评估，所得到的破坏系数能较好地反映各构件以及整体结构在不同地震作用下的破坏状态，研究结果可为古建筑木结构的抗震加固提供可靠的理论依据。
殿堂式古建筑木结构由于其独特的构造特点而具有与现代建筑结构不同的抗震性能，现有的结构动力分析模型对于古建筑木结构不再适用。基于其水平地震作用下的受力性能及动力破坏形态，给出了关键构件的简化分析模型，将柱架简化为“摇摆柱”，将枓栱铺作层简化为“剪弯杆”；根据简化分析模型及整体结构质量分布情况，提出了单层殿堂式古建筑木结构的两质点“摇摆-剪弯”动力分析模型；结合构件试验以及动力学理论推导得到了动力分析模型不同受力状态下各参数的计算方法及适用范围，并与振动台试验结果进行对比。结果表明，提出的动力分析模型可以较好地反映单层殿堂式古建筑木结构在水平地震作用下的动力反应。
对宋代殿堂式木构建筑心间缩尺模型已残损的燕尾榫节点用碳纤维(CFRP)布进行加固，并进行模拟地震振动台试验。选用El Centro波、Taft波、兰州波作为输入地震波，采用多点多指标同步测量柱根、柱头、斗栱的地震响应，对CFRP加固模型结构的破坏形态、动力特性、耗能能力进行分析。结果表明：CFRP加固模型的自振周期T的变化范围在0.53～0.67 s之间，阻尼比ξ的变化范围在2.8%～4.6%之间，随着地震激励的增加而增大；加固模型的动力放大系数 β 小于1，随着地震激励的增加而减小；模型的铺作层、柱础层通过摩擦滑移来耗能，柱架层的耗能能力最强，在模型整体的耗能、减震中起着主要作用。
为研究内嵌CFRP筋/片加固木梁的受弯性能，制作5根底面中心内嵌CFRP筋加固试件，3根侧面内嵌CFRP筋加固试件，6根底面中心内嵌CFRP片加固试件以及3根未加固的对比试件，对其进行三分点静载试验。试验参数包括：CFRP筋/片，内嵌位置（底面或侧面），CFRP筋/片数量（1根或2根）、是否采用附加锚固措施（U形铁钉或CFRP布U形箍）、底面是否粘贴CFRP布等。研究表明，内嵌CFRP筋/片加固试件的受弯承载力较未加固试件明显提高，提高幅度为14%~85%，平均提高39%；破坏位移亦平均提高32%。内嵌CFRP筋加固试件的初始弯曲刚度均大于对比试件，而内嵌CFRP片加固试件由于底面开槽面积较大其初始弯曲刚度未见提高。内嵌CFRP筋加固试件的跨中截面应变随荷载增加仍基本符合平截面假定，而内嵌CFRP片加固木梁的跨中截面应变变化与平截面假定存在一定差距。增加内嵌CFRP筋/片的数量及端部采用U形铁钉锚固措施对提高加固木梁承载力的作用不明显；而在加固木梁底面粘贴一层CFRP布可显著提高其加固效果。
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