ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
采用自行设计的压力-弯矩-扭矩复合受力加载装置，基于力-位移混合控制加载方法，完成了8个钢管混凝土柱试件在压-弯-扭等复合荷载作用下的拟静力试验，变化了截面形式、加载方式和弯扭比等参数。试验结果表明：圆钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下的滞回曲线较为饱满，没有“捏拢”现象产生，具有较好的耗能能力；弯扭比较大的矩形钢管混凝土试件在扭转角较大时由于钢管底部局部屈曲较为明显，存在承载力退化现象；钢管混凝土截面轴向应变基本满足平截面假定；弯矩的存在将削弱钢管混凝土柱的受扭能力；在压-弯-扭等复合受力往复荷载作用下，钢管剪应变与扭转角之间存在较好的线性关系。对试验实测结果和已有文献分析表明：在弯扭比较大时由主压应力导致钢管表面发生局部鼓曲而破坏，弯扭比较小时，主拉应变将导致钢管混凝土柱表面在低周往复荷载作用下开裂。研究成果可为进一步开发考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元提供基础性依据。
设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱，对其进行轴压静力单调加载试验，考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数，观察试件受力的全过程和破坏形态，得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据，绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线，并分析变化参数对试件承载力的影响规律，采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段，破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏；再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大；长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大，随长细比的增加，试件的承载力逐渐降低，而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果，给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。
为了研究方钢管再生混凝土偏心受压长柱的受力性能，设计了15个试件进行静载试验，考虑了再生粗骨料取代率、长细比和偏心距3个变化参数。通过试验得到了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、截面应变分布情况以及试件的承载力等重要数据，对再生粗骨料取代率、长细比、偏心距等变化参数对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载性能的影响进行分析，利用国内外相关规程的计算方法对方钢管再生混凝土偏心受压长柱承载力进行计算，并与试验实测结果对比分析。研究结果表明：方钢管再生混凝土偏心受压长柱的承载力、破坏形态、变形特性、截面应变分布与普通方钢管混凝土偏心受压长柱相似，方钢管再生混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力，试件的承载力随着长细比和偏心距的增大而减小，而再生粗骨料取代率对其影响不大，根据规程DBJ 13-51—2003得到的方钢管再生混凝土长柱承载力的计算结果与试验结果吻合较好。研究结果可为方钢管再生混凝土的进一步研究和推广应用提供参考。
通过16个薄壁方钢管再生混合短柱的轴压试验，研究废弃混凝土取代率、新旧混凝土强度差、钢管壁厚等因素对试件轴压性能的影响；基于新、旧混凝土的组合强度，对比分析国内外相关公式预测试件轴压承载力的有效性。研究结果表明：与全现浇薄壁方钢管混凝土短柱相比，薄壁方钢管再生混合短柱的钢管屈服较早，废弃混凝土取代率越大钢管屈服越早；薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力总体呈现出随废弃混凝土取代率增加逐渐降低的趋势，降低幅度大于薄壁圆钢管再生混合短柱；当新、旧混凝土抗压强度相近时，取代率在20%~33%范围内变化对薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力影响有限；为使再生混合短柱具有与全现浇短柱相近的安全性，建议对根据现行设计标准计算得到的薄壁方钢管再生混合短柱的轴压承载力乘以调整系数0.9。
通过15根薄壁方钢管再生混合柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验，研究了废弃混凝土取代率、钢管壁厚、轴压比等参数对试件抗震性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度，根据国内外钢管混凝土结构的设计标准以及基于ABAQUS的纤维梁单元模型，对试件的水平承载力进行了计算分析。研究表明：废弃混凝土取代率在0~40%之间变化对试件的初始抗侧刚度、钢管局部屈曲、破坏位移、负刚度段行为、等效黏滞阻尼系数、滞回曲线形状影响有限，但再生混合柱的水平承载力总体上比全现浇柱有所降低；当钢管壁厚在1.78~5.50mm之间变化时，随钢管壁厚增加试件并未表现出更好的变形能力；在钢管壁厚仅1.78 mm（宽厚比168.5）的情况下，轴压比0.4的再生混合柱的破坏位移角可达1/35，满足我国现行抗震规范的层间位移角限值要求；采用5部现行标准计算薄壁方钢管再生混合柱的水平承载力可获得与同条件全现浇柱相当的安全性；横截面积和用钢量相同时，薄壁方钢管再生混合柱的抗震性能优于钢筋混凝土柱。研究发现，薄壁方钢管再生混合柱应用于中、低轴压比（实际轴压比小于0.4）的情况是可行的。
为了研究高强箍筋约束高强混凝土短柱在地震作用下的抗震性能，采用建研式加载装置，通过14根高强混凝土短柱试件的低周反复加载试验，研究了高强箍筋约束高强混凝土短柱的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、变形和延性、耗能能力以及高强箍筋的应力发挥水平和受剪承载力计算等，分析了轴压比、剪跨比、箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式和混凝土强度等因素对短柱破坏形态、滞回性能和承载力的影响。结果表明：短柱破坏形态受设计参数的影响有剪切破坏和剪切黏结破坏两类；与普通强度箍筋混凝土短柱相比，高强箍筋高强混凝土短柱在节约材料的同时具有优越的抗震性能和抗倒塌能力；达到极限荷载后，箍筋的应变发展较快，高强箍筋的强度发挥充分，短柱的抗震性能明显改善；通过对高强箍筋应力取值进行适当修正，采用GB 50010—2010规范公式计算高强箍筋高强混凝土短柱的受剪承载力是可行的。
以端弯矩比、长细比和荷载偏心距为主要变化参数，进行了12个方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱试验研究。试验结果表明：对于长细比为40.1的试件，端弯矩比对试件破坏形态影响很大，端弯矩比为-1的试件挠曲线为S型，而端弯矩比为1的试件挠曲线为正弦半波；而对于长细比为20.6的短柱试件，端弯矩比对试件破坏形态影响不明显；长细比和偏心距越大，承载力越小；随端弯矩比β从-1~1变化，试件承载力逐渐减小。采用两种计算方法对试件承载力进行了计算，并与试验结果进行对比，计算结果总体低于试验结果。采用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的受力全过程进行分析，计算得到的试件破坏形态与荷载变形关系曲线均与试验结果吻合良好。在此基础上，对3种不同端弯矩比的典型算例进行计算，从试件的变形情况、荷载-变形全过程曲线、核心混凝土纵向应力分布及钢管与核心混凝土的相互作用等4个方面对方钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的工作机理进行对比分析。研究结果表明：随着端弯矩比由-1~1变化，试件的侧向挠度增大，核心混凝土承担荷载降低，试件承载力降低；所有试件的钢管均表现出良好的约束性能。
井筒式地下连续墙基础内部含有大面积的土芯，由于存在墙内土芯、墙体以及外部土体的相互作用，其水平承载特性复杂。采用水平静载荷试验，进行了3个不同截面尺寸单室井筒式地下连续墙模型试验。便于对比，同时进行了3个相应尺寸的单片墙模型试验。基于墙身内力及位移测试结果，研究了单室井筒式地下连续墙基础的水平承载特性，分析了水平荷载-位移特性、土压力-位移的分布规律，结果表明：单室井筒式地下连续墙基础呈整体倾斜破坏特性，前墙外侧土压力对承载力贡献最大。结合模型试验特征，分别采用4种弹簧的弹性基础分析法和8种弹簧的刚性基础分析法计算单片墙与单室井筒式地下连续墙，与试验结果吻合较好，分析方法可为设计提供参考。
介绍了室内土槽中1∶4钢框架模型的低频激振试验，利用激振器输出地震波激振钢框架模型，拾振器测量楼层加速度和位移响应，通过频谱分析测得模型的基频和自振周期，求得减震系数。采用SAP 2000对刚性地基上模型输入与试验相同的地震波，计算出模型的基频、自振周期、顶层加速度峰值和顶层位移峰值，并与试验值进行对比。结果表明，考虑土-结构相互作用后，结构的自振周期均有所延长，刚度相同、楼层质量大的模型周期延长比较大，顶层位移峰值增大，加速度峰值减小。绘制出位移放大系数和加速度折减系数随结构刚度的变化曲线，对位移放大系数和加速度折减系数随结构 (k/m)的变化规律进行拟合，得到可供工程抗震设计参考的拟合曲线。
针对有长期沉降弯曲观测资料的上海某超高层建筑桩基承台工程，介绍了基于弹性支承上结构物分析原理的桩基承台沉降弯曲特性实用计算方法的基本概况，并指出了该方法存在各桩的桩顶沉降计算经验系数、考虑上部结构共同作用对承台影响和承台混凝土结构截面刚度折减等3个主要不确定因素。据此，针对桩基承台沉降弯曲变形，将该工程桩基承台沉降弯曲变形实测值与按上述实用计算方法得到的计算值进行了对比分析。结果表明，采用相等于地区性桩基平均沉降计算经验系数作为各桩桩顶沉降校正系数，合理考虑桩基承台与有限层数的上部结构的共同作用，采用计入混凝土材料开裂和徐变的混凝土承台截面刚度，该实用计算方法得到的桩基承台沉降弯曲变形计算值能够与实测值吻合较好。根据上述对比分析结果对该实用计算方法提出了改进意见。
在同一场地地基上建设多栋高层建筑，应考虑建筑与地基之间的相互影响。利用数值计算方法模拟从基坑开挖到3栋建筑依次建立的整个过程，分析桩筏基础的变形和受力特性以及新建建筑与已建建筑的相互影响等。研究结果表明：已建建筑桩的轴力分布随新建建筑荷载的增加趋于均匀，而其最大值则逐渐减小；基坑开挖的卸荷作用使得基坑开挖面一定范围内应力有所减小；由于附加应力的扩散作用，使新建建筑的基础沉降最大值位置、桩的轴力最大值位置、筏板高应力区域均有向已有建筑物方向偏移的趋势。此外，基坑开挖后，已有建筑物的筏板沉降分布向基坑开挖方向有移动，并产生较明显的附加沉降，并且各种建筑荷载的相互叠加，最终会使基础周边的地面产生一定沉降。
利用自行研制的火灾试验炉，对足尺整体结构中钢筋混凝土双向板在火灾作用下的性能进行试验研究。介绍了整体结构足尺模型与火灾试验炉的设计、试验方案以及观测内容和方法，描述了试验现象及板的破坏特征，研究了双向板在受火过程中沿板厚的温度场分布规律以及板平面外和平面内的变形。结果表明：火灾作用下，沿板厚存在非线性温度场及较大的温度梯度；整体结构中相邻未受火构件的约束对受火双向板的火灾行为影响显著；主裂缝出现在受火板板顶靠近内板边的1/4跨度处（板顶负弯矩钢筋截断处），由于结构连续性及相邻构件间的互相约束，与受火板相邻的未受火板顶也出现了规则裂缝；受火板顶主裂缝的形成和发展引起板内弯矩重分布，导致最大平面外位移最终发生在距板中心不远，偏向于内板边的位置；整体结构中钢筋混凝土双向板具有较好的抗火性能。
应用有限元方法，分析了火灾作用下钢管混凝土柱截面温度变化与脱黏之间的关系。研究表明，火灾作用下钢管混凝土柱易发生脱黏，脱黏主要取决于防火涂层厚度和火灾作用时间；防火涂层厚度对初始脱黏空隙厚度的影响较大，对于常用钢管混凝土柱，无防火涂层时初始脱黏空隙厚度在0.33～2.04 mm之间，防火涂层厚度为10 mm时初始脱黏空隙厚度在0.87～9.24 mm之间；脱黏使得钢管表面的温度升高，核心混凝土的温度降低，相比之下，有防火涂层时截面温度变化受脱黏的影响更大；脱黏空隙厚度随火灾作用时间的增大而增大，并且管径越大，空隙的变化幅度越大；脱黏空隙厚度同时也受防火涂层厚度影响，有防火涂层的试件最终脱黏空隙厚度比无防火涂层试件有所减小。
为比较不同受火时间后预应力混凝土空心板剩余承载力、跨中挠度和破坏形态的异同，制作了7块预应力混凝土空心板试件，其中3块为未受火对比试件，4块为底面分别受火15 min，30 min，45 min和60 min试件，对其开展受火后力学性能的对比研究。研究结果表明：对比试件和受火试件均发生弯曲破坏；升温过程中预应力混凝土空心板跨中挠度随受火时间增加而显著增加，熄火自然冷却后跨中挠度大部分可恢复，跨中残余挠度接近20 mm；受火时间大于15min时，受火后预应力混凝土空心板开裂荷载和破坏荷载均有所降低；当受火时间达到60 min时，开裂荷载和破坏荷载均急剧下降；受火试件初始弯曲刚度较对比试件明显降低，降低幅度基本与受火时间呈线性关系；相同荷载作用下受火试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变均明显大于对比试件；采用等效截面法计算受火后预应力混凝土空心板的承载力基本满足工程精度要求。
完成了聚丙烯纤维(PPF)体积掺量分别为0、0.1%、0.2%和0.3%的活性粉末混凝土(RPC)经20~900℃后的力学性能试验，包括70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方体受压试验、70.7 mm×70.7 mm×228.0 mm棱柱体受压试验、40 mm×40 mm×160 mm棱柱体受折试验和“8”字形试件轴心受拉试验。考察了PPF对RPC高温爆裂的抑制效果，分析了PPF掺量和经历温度对RPC高温后力学性能(残余立方体抗压强度、残余轴心抗压强度、残余抗折强度和残余轴心抗拉强度)的影响。结果表明：PPF体积掺量0.1%和0.2%时对RPC高温爆裂的抑制作用不明显，体积掺量0.3%时可以防止RPC发生爆裂；常温下PPF的掺入对RPC力学性能有不利影响，经历温度高于200℃时，随PPF掺量的增大高温后RPC力学性能相应提高；掺PPF的RPC高温后残余抗压强度、残余抗折强度和残余轴心抗拉强度均随经历温度的升高先增大后减小，3种强度的临界温度分别为300℃、300℃和120℃。根据试验统计数据建立了高温后PPF体积掺量不同的RPC残余抗压强度、残余抗折强度和残余轴心抗拉强度随温度变化的计算式。
通过对23个钢筋混凝土试件的静载和重复荷载作用下拔出试验，研究了重复荷载作用下钢筋峰值应变和残余应变、自由端和加载端滑移发展特征，得到了重复荷载作用下黏结应力-滑移滞回曲线变化规律。运用试验测定的钢筋应变，计算了静载和重复荷载作用下锚固端黏结应力分布曲线，总结了重复荷载作用下峰值黏结应力、残余黏结应力变化特征，分析了锚固端黏结应力分布机理。研究结果表明：重复荷载作用后黏结强度并不受重复次数影响；重复荷载作用下，自由端、加载端峰值滑移量和残余滑移量发展均符合疲劳破坏的三阶段特征；当滑移量累积到静载作用下破坏时的峰值滑移量时，发生黏结疲劳破坏；随着重复次数的增加，黏结应力沿锚固长度的分布出现明显的双峰现象，最大黏结应力位于距离加载端和自由端约1/4锚固长度位置处。研究结果可为深入研究混凝土结构疲劳性能提供依据。
为分析FRP-混凝土组合梁的斜截面受剪承载力，在拉压杆模型的基础上，建立了考虑FRP板与混凝土界面发生黏结滑移的FRP-混凝土组合梁拉压杆受剪承载力模型。该模型中，将配置在受拉区的FRP板简化为拉杆，而将变形非协调区的混凝土简化为压杆。为反映FRP与混凝土界面之间的黏结，建立了拉压杆节点区的破坏准则——界面剪应力达到最大黏结剪应力。为验证建立模型的有效性，对已有的试验梁进行了受剪承载力和斜裂缝开裂角度的计算分析。计算结果表明，建立的受剪承载力模型可以有效地预测组合梁的受剪承载力和斜裂缝开裂角度，与试验值吻合较好。
以8根配置500MPa钢筋后张有黏结预应力混凝土梁的弯曲裂缝宽度试验为基础，对不同位置处的裂缝宽度进行统计分析，得到各位置处的短期裂缝宽度扩大系数，比较了不同位置处的裂缝宽度关系；根据试验结果并收集整理相关文献试验数据，建议了不同位置处裂缝宽度换算的计算式。结果表明：各位置处的裂缝宽度均服从正态分布，各位置处的短期裂缝宽度扩大系数基本相同；在梁侧面，预应力筋重心高度处裂缝宽度小于纵向受拉非预应力筋重心高度处裂缝宽度；在梁受拉底面，当裂缝量测点至最近的纵向受拉非预应力筋重心的距离较小时，纵向受拉非预应力筋对量测点处的裂缝具有较好的约束作用；建议计算式可以较好地对不同位置处裂缝宽度进行换算。
针对密肋复合墙的特殊构造形式与破坏特点，提出了以水平薄弱层为分割面推导墙体受剪承载力的水平薄弱层破坏准则概念，并对其破坏机理进行了分析。以水平薄弱层破坏准则为基础，结合约束状态下填充砌块试件的荷载试验，采用理论与经验相结合的方法建立了密肋复合墙受剪承载力计算式，并利用不同框格数量密肋复合墙模型试验数据进行了验证，完善了墙体受剪承载力计算方法。研究表明：密肋复合墙的肋梁受剪作用及所受竖向荷载作用由计算式中肋柱受剪承载力、框格约束效应影响系数及压剪复合受力影响系数予以反映，其计算原理更加符合该类墙体的实际受力特点与破坏特征；依据水平薄弱层破坏准则建立的密肋复合墙受剪承载力计算式，物理意义明确，计算过程简便，满足一般工程精度要求。
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