ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
针对我国现行钢结构设计规范对H形梁柱节点域厚度的要求未考虑竖向加劲肋作用，设计了2组4个平面中柱节点试件，进行拟静力试验，分析竖向加劲肋对节点破坏模式、承载力、刚度、延性、耗能能力等性能的影响。试验研究表明：试件滞回曲线形状稳定，节点域屈曲后曲线有捏拢现象，但承载力无明显下降，延性良好；竖向加劲肋对试件刚度、承载力和延性影响很小，但耗能能力增加、平面外变形减小、剪切屈曲性能明显改善，与具有相似节点域等效宽厚比的未设置加劲肋试件相比，延性相当，但耗能能力更好。根据研究结果提出了设置竖向加劲肋节点的等效宽厚比计算方法，建议将现行规范中节点域等效宽厚比不小于90的限值放宽到加劲节点域等效宽厚比不小于90。
针对传统钢结构梁柱连接在地震中易脆性破坏，改进连接震后不易修复等问题，提出设置垫板的梁柱T形件连接构造措施。设计、制作3个不同形式的梁柱T形件连接试件，分别为未设置混凝土板的连接节点、设置混凝土板的连接节点和未设置混凝土板的传统梁柱T形件连接节点，对其进行往复荷载作用下的拟静力试验，研究试件的抗弯刚度、承载力、延性、滞回性能、耗能能力、破坏模式等。此外，更换梁下部翼缘处已破坏的T形件进行修复，并对修复后的试件进行拟静力试验。结果表明：设置垫板的T形件连接节点在往复荷载作用下具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力；破坏试件的梁、柱均不发生屈服，转动中心位于梁端上部翼缘附近，能够保证在地震作用下梁端上部翼缘连接部位不发生破坏，并能够保护梁上混凝土楼板不发生较大的损坏；混凝土楼板的存在会提高节点正弯矩下的初始刚度和承载力，并使弯曲中性轴上移；更换梁下部翼缘处已破坏的T形件进行修复，修复后试件的滞回性能与原试件无明显差异。
针对高强度钢材焊接工字形截面轴心受压短柱的局部稳定性能，对9个Q460C工字形截面短柱进行轴心受压试验，分析试件局部屈曲应力、极限应力随板件宽厚比的变化规律，研究翼缘、腹板嵌固系数的取值。此外，将屈曲应力、极限应力试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行对比分析，研究相应规范对于高强度钢材的适用性。结果表明：翼缘的嵌固系数可取为定值1.0，腹板的嵌固系数不宜取为定值；GB 50017—2003《钢结构设计规范》中关于高强度钢材工字形截面短柱的局部屈曲应力的计算结果是不合理的；AISC 360-05规范的极限应力计算值误差较大，但偏于保守；Eurocode 3规范的极限应力计算值与试验值较为接近，但大部分计算结果较试验值偏大。为此，建议提出新的公式计算工字形截面短柱的局部屈曲应力，而对Eurocode 3规范关于工字形截面短柱的极限应力计算公式进行修正，使其能适用于Q460C高强度钢材。
为了研究高强度钢材中厚板焊接H形截面压弯柱的承载力，采用国产Q460高强度钢材11 mm、21 mm中厚板制作了6个焊接H形截面压弯柱，试件截面自由外伸翼缘板宽厚比分别为7、5、3，长细比分别为40、55、80。通过对Q460低合金高强度钢材的材性测试、3种焊接截面残余应力测试、各试件初始几何缺陷测量及承载力试验，进行了H形截面弱轴压弯构件整体失稳承载力的试验研究，并与采用GB 50017—2003《钢结构设计规范》进行计算的承载力对比；同时以理想弹塑性模型，综合考虑试件初始缺陷建立有限元模型，分析计算其承载力。试验及分析结果表明：Q460低合金高强度钢材具有强度高、塑性性能较好等特点；由实测截面残余应力值得到其分布形式与普通钢材焊接H形截面残余应力分布基本相同；高强度钢材焊接H形截面压弯构件承载力试验值明显高于GB 50017—2003设计公式计算值；文中采用的有限元分析方法可以较准确地计算试件的承载力。研究成果为高强度钢材在实际工程中的应用提供试验参考。
框架-摇摆墙结构是一种新型的抗震结构体系，摇摆墙与框架相连的节点构造是实现该结构体系的关键技术之一。为了推广框架-摇摆墙结构的工程应用，针对框架-摇摆墙结构的特殊性能要求设计了连接节点，并进行了试验研究。试验采用带隔震支座的钢框架模拟具有大变形能力的框架，设计制作了2片钢筋混凝土摇摆墙，利用该连接节点将框架和摇摆墙连接起来，形成框架-摇摆墙结构。通过不同加载模式的拟静力试验，验证了连接节点实现摇摆墙转动能力的可行性，并采用变形集中系数DCF评价了采用该连接节点摇摆墙对框架-摇摆墙结构的控制效果。试验结果表明：该连接节点可使摇摆墙在面内和面外均具备0.04 rad的转动能力；摇摆墙可使结构层间位移角趋于一致，对避免结构层间变形集中有良好的控制作用。
对10个N形方主管圆支管相贯节点进行了静力性能试验研究。试验节点包括6个内隐蔽部分不焊接的搭接节点、2个内隐蔽部分焊接的搭接节点和2个零间隙节点。分析了节点的受力性能、破坏模式和承载力，并对内隐蔽部分焊接情况、支管轴力性质、节点两侧主管轴压力、支管搭接情况等对节点承载力的影响进行了研究。结果表明：内隐蔽部分焊接与否对被搭接支管受拉的节点承载力影响较大，焊缝断裂是内隐蔽部分未焊接节点常见的破坏模式；在试验几何参数条件下的内隐蔽部分未焊接搭接节点在被搭接支管受压情况下的节点承载力较被搭接支管受拉时大很多；节点两侧主管均有轴压力时的搭接节点承载力较仅一侧主管有轴压力时要小；被搭接支管受拉的搭接节点承载力远远高于相应的零间隙节点。研究表明：国内外现行规范中的N形方主管圆支管搭接节点承载力计算公式对发生主管局部屈曲破坏模式的情况并不适用，而且公式也未考虑内隐蔽部分焊接与否、支管轴力性质和主管轴力等因素的影响，还有待完善。
基于N形方主管圆支管搭接节点的试验，从节点破坏模式、变形过程和承载力等方面对N形方主管圆支管搭接节点的非线性有限元模型进行了校验。采用验证的有限元分析模型，分析了被搭接支管受拉且内隐蔽部分焊接的搭接节点的应力分布、塑性区扩展和破坏模式，以及几何参数、内隐蔽部分焊接与否、支管轴力性质、主管轴力等因素对节点性能的影响。分析结果表明：支主管径宽比、主管宽厚比、支主管壁厚比是影响N形方主管圆支管搭接节点破坏模式和承载性能的主要因素；内隐蔽部分未焊接对被搭接支管受压的节点承载力影响较小，但对被搭接支管受拉的节点承载力影响较大；支管轴力性质、主管轴压力对N形方主管圆支管搭接节点承载力的影响不可忽视。应用多元线性回归方法，在GB 50017—2003《钢结构设计规范》现有承载力计算公式基础上，拟合出了考虑相关影响系数的修正计算式；按修正计算式计算得到的承载力与试验结果吻合良好，且具有较好的适用性。
为研究杆件初弯曲对网壳结构弹塑性稳定性能的影响，采用多段梁法模拟杆件的初弯曲，通过ANSYS软件给出2种建模方法引入网壳结构的杆件初弯曲。根据杆件初弯曲的随机性介绍随机缺陷模态法，以Kiewitt-8型网壳为例解释随机缺陷模态法的模拟过程并考察杆件初弯曲方向角和幅值随机变量对网壳稳定性的影响，由此得到修正的一致缺陷模态法。基于上述方法，分析考虑杆件初弯曲的Kiewitt-6、Kiewitt-8和短程线型单层网壳的稳定性，定量给出杆件初弯曲对不考虑节点偏差结构和考虑节点偏差结构承载力的影响。结果表明：对于不考虑节点偏差结构和考虑节点偏差结构，杆件初弯曲将明显降低结构承载力，并且能够改变结构的塑性发展程度，杆件初弯曲对单层网壳弹塑性稳定性能的影响不可忽略；修正的一致缺陷模态法能够有效评估考虑杆件初弯曲的网壳结构承载力的较小值。
选择合适的地震动强度参数可降低与结构响应相关分析结果的离散性，为得到较为合适的描述Kiewitt-8型单层球面网壳地震响应的地震动强度参数，对常用地震动强度参数的考虑因素进行分析，按是否考虑结构动力特性将其分为地震动绝对强度和地震动相对强度（基本模态的加速度反应谱值）Sa(T1)；对Kiewitt-8型单层球面网壳分别进行大量的水平一维和竖向一维地震时程响应分析，计算地震动强度参数与结构响应的相关系数。结果表明：地震动相对强度参数在水平方向上与地震动绝对强度参数相比能较好反映地震作用对结构的影响，但在竖向存在局限，与结构响应不具有较好的相关性。此外，控制结构最大竖向响应振动模态的振动周期通常是未知的。通过对Sa(T1) 局限产生的原因进行分析，提出了一种可用于工程的地震动相对强度参数即敏感频率反应谱值Sa (fp)，该参数在水平向和竖向表现出了更好的与结构响应的相关性。
为解决弦支穹顶结构施工控制技术中撑杆下节点处的预应力滑移摩擦损失问题，考虑到滚动摩擦力远小于滑移摩擦力，提出一种含滚轴的滚动式撑杆下节点，并将其应用于某体育馆弦支穹顶结构。为验证滚动式撑杆下节点在降低预应力滑移摩擦损失方面的工作性能以及张拉施工过程中结构的安全性，采用ANSYS中的APDL语言编制了预应力施工数值模拟程序，对预应力张拉施工过程中索力、杆件内力和结构变形进行了全过程分析，同时对体育馆弦支穹顶结构预应力张拉过程进行了施工监测。结果表明：滚动式撑杆下节点的预应力摩擦损失在5%左右，是传统撑杆下节点预应力摩擦损失的50%；预应力张拉过程中，杆件轴向应力低于50 MPa，施工方案安全可行；施工监测数据验证了施工摩擦滑移数值模拟程序的可行性。
为建立爆炸作用下钢筋混凝土柱非线性动力响应及破坏模式的高效分析方法，从材料应力-应变关系出发，分别应用截面分层法、修正压场理论方法（MCFT）和Krauthammer模型建立了单调加载条件下抗力曲线（包括截面弯矩-曲率关系、平均剪应力-平均剪应变关系和直剪剪力-直剪滑移关系），并以单调加载条件下抗力曲线为骨架，提出了加卸载条件下RC柱截面抗力曲线；在此基础上，根据Timoshenko梁理论和有限差分方法，建立了爆炸作用下RC柱非线性动力响应的显式分析方法。研究结果表明：本文方法能够定量分析爆炸作用下RC柱的动力响应和破坏模式，计算结果与相关试验数据有较好的一致性。
为研究RC柱在爆炸作用下动力响应及破坏模式，在文献［1］建立的爆炸作用下RC柱非线性响应的有限差分分析方法基础上，提出了RC柱在爆炸作用下弯曲、斜剪、直剪等破坏模式的判别准则，建立了RC柱在爆炸作用下破坏模式的分析方法，分析了爆炸作用（峰值、作用时间及其沿柱上分布形式）、截面抗力（受弯能力、受剪能力）、轴力、柱长等对RC柱破坏模式的影响特点及规律。研究表明：在爆炸作用下，RC柱会发生与RC梁一样的弯曲破坏、斜剪破坏、直剪破坏等3种典型破坏模式，但主要以斜剪破坏为主；爆炸作用时间越短，峰值越高，柱截面抗剪能力越弱，RC柱越易发生斜剪破坏，甚至直剪破坏；轴力越大，柱越长，RC柱越易发生弯曲破坏。
为研究点支式夹层玻璃幕墙的抗爆性能，完成了2种夹层玻璃厚度、TNT装药量从0.4~30 kg的共9组野外爆炸试验，研究了不同装药量下的超压响应、玻璃幕墙的位移响应和破坏模式。系列爆炸试验结果表明，爆炸发生后超压迅速升至峰值，并在几毫秒内衰减；夹层玻璃的位移响应随着TNT装药量的增加而增大，增加玻璃厚度可有效降低夹层玻璃的位移响应；点支式玻璃幕墙的破坏模式为PVB夹层在点支孔处撕裂从而导致玻璃面板破坏，此时钢化玻璃已碎成颗粒附着在PVB上，但不发生飞溅。同时，采用动力非线性有限元方法分析爆炸试验，有限元模拟获得的中心点最大位移与试验结果差别在35%内；有限元分析发现玻璃面板在点支孔处有明显的应力集中现象，从而导致点支孔处发生破坏，所得破坏模式与试验结果一致。
为研究钢纤维高强混凝土四桩承台的受力性能，基于17个钢纤维高强混凝土承台试件的受弯试验，分析了不同钢纤维体积率、承台有效厚度、钢筋配筋率、混凝土强度承台的裂缝开展和破坏形态、荷载挠度曲线、钢筋和混凝土应变特征以及承台破坏机理。结果表明：底部配筋率为0.16%~0.52%的钢纤维高强混凝土四桩承台呈现受弯破坏形态，弯曲拉应力由钢筋和钢纤维混凝土共同承担；随着承台有效厚度和钢纤维体积率的增加，承台受弯承载力显著提高。依据研究结果提出了钢纤维高强混凝土四桩承台受弯破坏计算模型，建立了钢纤维高强混凝土四桩承台受弯承载力计算式，为完善CECS 38：2004《纤维混凝土结构技术规程》提供参考。
研究了加固用丁苯乳液水泥基混凝土/砂浆/浆体与既有混凝土的长期黏结性能，对此类聚合物水泥基材料长期黏结性能作用机理进行试验研究。结果表明,丁苯浆体斜剪、直剪、受折、轴向拉伸及丁苯混凝土劈裂强度性能优越，丁苯砂浆的长期水泥水化程度较高和其特有的有益的水泥水化变化规律相关，丁苯砂浆受热和干缩变形规律不损害其长期黏结性能，有些变形甚至对其长期黏结性能有益，电镜照片显示其界面黏结效果良好，与其宏观良好的长期黏结性能相一致，诠释和推证了其长期黏结机理。研究成果有助于理解此类聚合物水泥基材料的中长期黏结性能，并对实际工程应用中正确选用界面黏结材料及评价黏结效果提供参考。
为研究添加钢纤维和钢碳混杂纤维对于钢筋与混凝土在反复荷载作用下黏结性能影响，进行了48个混凝土轴心受力钢筋短锚试件在单调、等幅反复荷载以及变幅反复荷载作用下黏结性能的试验研究。结果表明：添加纤维可在一定程度上改善钢筋与混凝土间的黏结性能；黏结性能的退化在等幅反复荷载作用下主要体现在黏结应力-滑移滞回曲线峰值黏结应力的退化；在变幅反复荷载作用下主要表现为黏结强度、卸载刚度、摩阻力的不断降低，以及卸载至零时残余滑移量的不断增长；影响黏结退化的主要因素是前期的最大控制位移水平，低控制位移水平下的加载循环对高控制位移水平下的黏结性能影响较小，并给出了合理的退化机理解释。
针对现行可靠度设计统一标准给出的荷载分项系数值对应可变荷载效应比值取值范围较低，缺乏对该荷载分项系数值在可变荷载效应占高比重下适用性的充分考虑的情形，以钢拱架结构模型和RC框架柱模型为例，分析了可变荷载效应比值的取值范围，揭示了可变荷载效应比值将会较高的现象；基于可靠度理论并结合设计约束条件建立了荷载分项系数的计算方法；通过数值分析，求解得到了荷载分项系数值；最后分析了按多国规范用荷载分项系数进行结构设计的可靠指标随可变荷载效应比值的变化规律。结果表明：可变荷载效应占高比重时，按我国规范用荷载分项系数设计的混凝土和钢结构构件的可靠指标低于目标可靠指标较多；而美英两国规范用荷载分项系数的适用性要好于我国规范，但对应的钢结构构件的设计可靠指标仍偏低。从可靠性的角度为近年风、雪灾害中若干结构容易破坏的现象提供了补充解释，同时也为相关规范修订提供参考。
对模板支撑体系中立杆承受的施工活荷载估计不足是立杆失稳主要原因之一，而影响面是确定施工活荷载的最不利位置、快速计算荷载效应以及统计分析的基础，基于此，选取两种现浇混凝土板和混凝土梁板的模板支撑体系中有代表性的立杆作为研究对象，采用机动法得出其轴力的影响面并给出影响面拟合表达式和正负影响区域，计算出正负影响区域的等效影响面高度。基于影响面，提出了集中荷载、局部线荷载和局部均布荷载作用下的最大荷载效应计算式，将其用于计算大型布料设备重量、新浇筑混凝土重量和钢筋捆重量所产生的最大轴力，并与按JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技术规范》所给方法的计算结果进行比较，结果表明规范计算结果偏小。据此提出了保证施工阶段结构安全的一些建议。
利用MTS电液伺服试验系统对钢筋混凝土梁进行不同加载速率下的力学性能试验，采用位移控制的单调加载方式，加载速率分别为0.1mm/s、0.5mm/s、1.0mm/s、5.0mm/s和10.0mm/s，研究加载速率对钢筋混凝土梁力学性能的影响，分析加载速率对钢筋混凝土梁破坏形式、荷载-变形曲线的影响，及加载速率对钢筋混凝土梁的开裂、极限、破坏荷载，开裂、极限、破坏位移以及延性和耗能能力的影响。结果表明：随着加载速率的提高，钢筋混凝土梁的裂纹分布更加均匀，且宽度逐渐减小；钢筋混凝土梁的开裂、极限、破坏荷载，开裂、屈服、极限位移和位移延性系数都随着加载速率的增加明显增大；随着加载速率的增加，钢筋混凝土梁的耗能能力得到显著提高。
对柔度曲率法进行了改进，提出了基于柔度曲率曲线的结构损伤识别方法。提出了结构在健康状态下的完好柔度曲率曲线这一概念，并运用最小二乘法拟合构建该曲线；在此基础之上，进一步对结构损伤的程度进行了研究，通过损伤有效面积的大小来判断结构损伤程度。最后通过简支梁的单处和两处损伤对该方法进行了数值验证。结果表明：不需结构损伤前模态参数，该方法能够对简支梁发生单处和两处损伤进行准确定位及损伤程度分析；且损伤程度正比于损伤有效面积；同一损伤程度下，单元距离跨中位置越近损伤有效面积也越大。
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