ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
掌握车辐式张拉结构的找形方法和了解体型对结构受力性能的影响，是设计该类轻型屋面的关键，为此结合理论推导和数值模拟方法对这两方面展开研究。首先，引入力密度法用于结构初始平衡态的确定，提出“由形找力再找形”的思路，从而避免了拓展力密度法收敛性差的缺点，成功实现了马鞍形车辐式张拉结构的找形分析。然后，分别从内外环平面投影、外环空间形态以及索桁架形式等多个角度对单、双层车辐式结构的体型进行比选，分析不同体型结构的适用性和结构刚度的主要影响因素。研究结果表明：内外环形状相似对车辐式结构最为有利；马鞍形外环的高差对结构刚度影响很小；凸索桁架能有效提高结构刚度，但应注意避免侧向失稳。
贯穿深圳宝安体育场整个结构设计流程，对各阶段遇到的主要问题进行研究。初步设计阶段，从建筑外观、体育场功能、结构特性和施工难易程度等角度比选3种方案。方案验证阶段，结合理论分析与宝安体育场1∶10模型试验，研究结构的静力性能和动力特性。深化设计阶段，通过介绍若干典型节点的细部构造，推广总结索膜节点的设计原则。研究结果表明：对宝安体育场而言，内外环均呈圆形且索膜形状一致的结构体型最优；A形柱可为整体结构提供有效侧向刚度，且沿索桁架方向对外环约束很小，是理想的外环支承；索桁架对外环施加集中力的同时对其提供侧向支承，因此外环一阶屈曲模态表现为以索桁架为侧向支点的失稳。
薄壁椭圆形变截面钢管柱在复合荷载作用下的整体和局部稳定性计算尚无具体规范可查。结合实际工程，采用理论分析和有限元分析的方法对某火车站房超高外斜椭圆形变截面钢管柱稳定性进行研究。采用具有等效刚度的弹簧约束模拟柱顶的边界条件，同时结合有限元分析软件正向求解、经典欧拉公式和挠度公式逆向推导的方法来计算其等效轴压刚度EAeq，等效弯曲刚度EIeq和计算长度系数μeq等几何参数。计算结果表明，该超高外斜椭圆形变截面钢管柱受力最大的柱底是整个柱的最薄弱位置；在考虑柱的实际应力的情况下，环向和纵向加劲肋的配合设置，不仅能经济有效地解决局部稳定问题，而且能增大柱的整体刚度，减小柱顶位移。本文研究可为异形大直径薄壁构件的设计提供借鉴。
新广州站主站房主要采用内凹式索拱结构，由于与撑杆连接处拉索两侧的不平衡索力较大，索夹节点的抗滑性能影响了索拱结构的承载力。利用ABAQUS有限元软件对索夹节点进行非线性抗滑性能分析，并与索夹节点足尺模型的抗滑性能试验实测结果进行比较，分析材料非线性、索与索夹间的接触特性、螺栓预紧力等对索夹节点抗滑性能的影响，进而采用虚拟温度法分析了施拧顺序、索横截面收缩对螺栓预紧力的影响。分析结果表明：有限元计算与试验实测结果吻合良好；新广州站内凹式索拱结构索夹节点具有较好的抗滑性能，在设计荷载作用下，节点安全可靠；索夹节点抗滑性能分析中应考虑材料非线性对索夹的影响；索夹抗滑力随着摩擦系数、螺栓预紧力的增长非线性提高；索的滑移会对索夹孔道和拉索本身产生损伤，使索夹的抗滑力降低；采用从螺栓群中心间隔向外的施拧顺序可有效减弱螺栓之间的相互影响，减小螺栓预紧力的损失。
将遗传算法和模拟退火算法相结合，以遗传算法作为基础，将模拟退火机制融入其中，提出遗传-模拟退火算法(GASA)。通过三个经典函数最小值求解，表明混合算法在优化行为、优化效率及稳定性方面均具有明显优势。以构件截面为优化变量，应用构形易损性理论，以结构集簇过程中自由簇构形度Q标准差最小为优化目标，建立单层球面网壳结构倒塌破坏模式优化模型。以一个原型跨度75m、相似比1∶10的单层球壳振动台试验模型为例，采用GASA算法对此试验模型进行倒塌模式优化分析，通过优化前后自由簇构形度变化规律和加速度时程分析结果的对比，表明提出的优化方法及优化模型能够实现单层球面网壳在地震作用下的倒塌模式从无征兆的动力失稳破坏转化为承载力强度破坏。
为了合理评估火力发电厂中弹簧隔振基础中速磨煤机的振动性态，对5个电厂的8台磨煤机进行了现场振动测试，其中包括1台非隔振基础中速磨煤机。测试基础上、下台板和设备本体的振动位移及加速度。根据实测值评估磨煤机的振动安全性，并分析振动超限的原因。采用ANSYS程序建立磨煤机与基础耦合的有限元分析模型，进行模态分析和谐响应分析，并与现场实测结果进行对比，两者基本一致。进而分析了隔振器数量、基础台座与磨煤机质量比对磨煤机振动的影响，探讨中速磨煤机的减振措施。研究表明：弹簧隔振基础能有效减小磨煤机的振动向外传递；中速磨煤机隔振基础与非隔振基础台板顶面振动位移相近，但非隔振基础的地面振动位移比隔振基础大2~3倍。中速磨煤机弹簧隔振基础振动位移满足规范要求，但设备本体振动位移较大。为了达到良好的隔振效果，建议将中速磨煤机弹簧隔振基础的最大水平振动位移控制为50μm，基础台座与磨煤机的质量比控制为3.0±0.2。
基于纤维法和精细材料本构模型，编制了双钢板-混凝土组合剪力墙的截面分析程序，并通过已有试验验证了分析结果的准确性。通过对6379个不同参数的双钢板-混凝土组合剪力墙的计算分析，得到了影响剪力墙截面变形能力的主要因素有考虑钢板作用的轴压比、混凝土强度、墙身的材料配比和暗柱混凝土的约束效应。研究结果表明：回归分析得到的双钢板-混凝土组合剪力墙截面极限曲率的计算公式满足精度要求并偏于安全；在此基础上，提出了双钢板-混凝土组合剪力墙基于位移的设计方法。同时，根据国内规范的设计方法，给出了双钢板-混凝土组合剪力墙的轴压比限值：对于C50以下的混凝土，双钢板-混凝土组合剪力墙的设计轴压比的限值为0.45；对于C50以上的混凝土，设计轴压比的限值可建议按n2d,lim=-0.004fcu+0.625计算。
为研究现浇混凝土双向板肋梁楼盖梁板的相互作用，对柱支承混凝土双向板肋梁楼盖中的中区格板和边区格板模型进行了竖向加载试验，观测了这两种区格板模型中板、梁及柱的裂缝发展及破坏过程；分析了梁、板的荷载-挠度曲线以及板、梁和柱的荷载-钢筋应变曲线；采用线弹性理论、塑性理论和等效框架法分别计算了板控制截面的弯矩值并与试验值进行比较。根据试验与分析，对楼盖结构中梁与板的相互作用进行了分析。结果表明：这两种区格板肋梁楼盖模型均发生梁板破坏模式；按线弹性理论和塑性理论（板破坏模式，不考虑梁板相互作用）所得板控制截面弯矩值与试验值差别较大，而按等效框架法和塑性理论（梁-板破坏模式，考虑梁板相互作用）所得弯矩值与试验值吻合较好。按塑性理论的梁板破坏模式，分析了这两种区格板楼盖的极限荷载，分析结果与试验结果比较吻合。
按照现行规范设计了一栋6层钢筋混凝土框架结构，并对其楼梯间布置位置选用了6种方案，通过对其进行静力弹塑性分析，研究楼梯间位置对框架结构的振型、内力及破坏机制的影响。分析表明：楼梯间的位置对主体结构刚度及内力分布影响较大，在建筑与结构设计时，应考虑楼梯间位置所带来的不利影响；对于普通钢筋混凝土框架结构，其楼梯间应尽量布置在结构平面的外围，以减小整体结构的扭转效应，但楼梯间不宜布置在结构最边跨，而应布置在边跨的内一跨；对靠近结构中部的楼梯间，结构设计时应考虑由其带来的扭转效应，而对布置在靠近结构周边的楼梯间，则应考虑与楼梯间相连的结构构件内力增大的影响。
为研究钢梁弯扭屈曲总势能方程中的各势能项对临界弯矩Mcr通用公式中各系数取值的影响，由总势能方程推导临界弯矩Mcr的通用公式及3种典型总势能方程下各系数的计算式，揭示各势能项与各个系数的联系，计算无侧向支撑简支钢梁临界弯矩Mcr通用公式中各系数的数值，并分别分析现行国家标准GB 50018—2002和GB 50017—2003的整体稳定系数φb设计公式存在取值各异的问题。结果表明：系数C1、C2和C3的取值除都与非线性正应变能和非线性剪应变能有关外，系数C1的取值还与圣维南扭转应变能有关，系数C2的取值还与外荷载势能有关，而影响系数C3取值的势能项则因总势能方程而异；现行国家标准GB 50018—2002和GB 50017—2003的φb设计公式应采用统一的形式，且应统一φb设计公式中系数C3的取值。
为研究冷成型不锈钢管轴心受压柱的稳定性能，进行了国产304牌号冷成型不锈钢方管、矩形管和圆管截面，共43根轴心受压柱试验。通过对不锈钢材料、轴压短柱试件和轴压长柱试件的试验研究，得到了试件的材料力学性能和极限荷载。分析了试件的长细比、宽厚比（径厚比）对其破坏模式及变形性能的影响。结果表明：试件的宽厚比（径厚比）对其破坏模式及变形性能有较大的影响。采用GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、欧洲不锈钢结构设计规范、美国冷成型不锈钢结构设计规范中的计算方法以及Rasmussen提出的设计方法对试验试件进行了计算，并与试验数据对比结果表明，对于圆管试件，采用三本规范计算得到的承载力均高于试验值，偏于不安全，采用Rasmussen 提出方法的计算结果与试验值较为接近；对于方矩管试件，各种方法计算结果相近，除短柱试件试验结果高于计算结果外，其余试件试验值均与计算结果吻合较好；GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的计算方法不能直接用于计算不锈钢管轴心受压柱承载力。
为研究外方内圆复合钢管高强混凝土柱的抗震性能，完成了6个试件的拟静力试验。试验主要变化参数为轴压比、方钢管壁板厚度及其宽厚比、圆钢管混凝土套箍指标。试验结果表明：6个试件的破坏形态基本相同，均为距柱底约300 mm高度范围内方钢管外鼓屈曲，方、圆钢管之间混凝土局部破坏；试件的水平荷载位移滞回曲线饱满，无明显捏拢；峰值水平荷载时，轴压比设计值约为1.0的试件位移角略小于1/100，其它5个试件位移角均大于1/100；减小方钢管壁板的宽厚比，或增大圆钢管混凝土的套箍指标，可增大试件的初始割线刚度以及极限位移角；增大方钢管壁板的厚度，可提高试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力。采用叠加方法与平截面假定方法计算试件在轴压力作用下的正截面受弯承载力，计算值与实测值吻合较好。
以8个含钢率分别为13.12%和15.04%、截面尺寸为500mm×500mm的型钢混凝土柱水平拟静力加载试验为基础，分析轴压比、含钢率和配箍率对高含钢率型钢混凝土压弯构件荷载-位移骨架曲线的影响。利用有限元分析软件ABAQUS建立试验试件的非线性有限元分析模型，模拟试验骨架曲线，验证有限元分析模型的有效性。以含钢率、轴压比和配箍率为参数，对37个型钢混凝土压弯构件进行参数分析，建模时考虑了型钢和箍筋对混凝土的约束作用，分析各参数对含钢率在20%以内的型钢混凝土柱骨架曲线的影响。结果表明：随着轴压比的增大，不同含钢率试件的屈服点割线刚度、峰值荷载、极限位移和延性水平逐渐接近，高含钢率型钢混凝土柱的优势逐渐减弱；当设计轴压比小于1.2时，型钢混凝土柱试件均具有良好的延性；随着配箍率的增大，峰值荷载和峰值位移均增大，试件延性增大。
为研究钢管混凝土叠合柱轴压性能，基于合理的钢材和混凝土本构关系模型，采用纤维模型法和有限元法分析方法计算叠合柱轴压荷载-变形关系曲线。将理论计算结果与试验结果进行对比，验证了理论分析模型的正确性。在此基础上，对叠合柱的破坏模态、轴向荷载分配以及组成钢管混凝土叠合柱的外围钢筋混凝土、钢管和钢管内部混凝土之间相互作用等进行分析，提出了叠合柱的轴压承载力简化计算式，简化计算结果与试验结果吻合较好。为保证外围钢筋混凝土和内部钢管混凝土较好地协同工作，建议外围钢筋混凝土中箍筋的约束指标与内部钢管混凝土的约束效应系数比值不应小于0.188。
为了弥补新骨料、再生骨料的缺陷，充分利用硅粉的填充及纤维的拉结功能，进行了5根再生混凝土与1根普通混凝土框架柱的低周反复加载试验，主要变量为混凝土掺合料（硅粉、混杂纤维）种类及其掺量，并分组对比了不同的硅粉及纤维掺量对改性再生混凝土柱滞回能力、承载力、变形、刚度及耗能的影响规律。结果表明：低掺量硅粉的掺入能够提高再生混凝土柱早期的承载力及变形能力，降低早期刚度，使后期各量值衰减速率随掺量的增加而加快；纤维的掺加使硅粉改性柱的承载力、变形能力及初始刚度均得到大幅提高，承载力、耗能衰减变缓，刚度衰减加快，且此衰减程度与纤维掺入比例有关。因此，必存在一个最适掺入量，使混掺硅粉及纤维的改性再生混凝土柱达到最好的抗震效果，两者的混合比例还有待进一步的试验验证。
为研究型钢与再生混凝土界面之间的黏结滑移性能，以再生粗骨料取代率、型钢与再生混凝土的黏结部位、型钢保护层厚度、横向配箍率、再生骨料母料强度和再生骨料粒径等为变化参数，设计了22个型钢再生混凝土试件，采用位移控制的加载方法进行推出试验。通过观察试件的受力破坏过程，分析型钢与再生混凝土界面黏结失效机理，获取其裂缝发展形态、应力分布情况、加载端和自由端滑移分布规律；分析不同参数对型钢再生混凝土黏结滑移性能的影响规律。研究结果表明：型钢不同黏结部位与混凝土的黏结应力不同，翼缘内侧黏结应力最高，翼缘外侧次之，腹板黏结应力最小；黏结应力沿型钢埋置长度方向呈指数分布；再生骨料的母料混凝土使用时间越长，用其生产的骨料配置的同条件的混凝土强度越低；再生混凝土骨料粒径越小，再生混凝土与型钢的极限黏结强度越小。
为了对钢筋已锈蚀甚至出现滑移的钢筋混凝土纯扭构件进行非线性分析，在转动角软化桁架模型的基础上，引入能够考虑钢筋滑移以及锈蚀率影响的钢筋平均应力应变关系，推导出方便模型求解的简化公式，给出相应的计算流程，并编制相关程序，对相关文献中的无锈蚀和有锈蚀的钢筋混凝土纯扭构件进行分析。与已有试验数据对比结果表明，极限扭矩试验值与计算值之比的平均值，对非锈蚀梁和锈蚀梁分别为0.945和1.036，对典型的试验梁分析得到的扭矩-扭率曲线与试验结果也非常接近，证明了提出的考虑锈蚀及滑移效应后钢筋修正本构模型的合理性。
针对砌体的加固，提出了采用机械开凿的方法在砌体上开水平槽植入钢筋并以高强灌浆料握裹固定的后植筋加固方法，制作了2片采用后植筋加固的墙体试件和2片未加固的对比墙体试件，进行了低周反复荷载作用下的对比试验，比较2种不同高宽比加固墙体的破坏形态、承载力、延性、刚度退化和耗能等抗震性能。研究结果表明：采用后植筋加固的墙体受剪承载力较对比墙体提高25%，延性和耗能能力也有很大提高。通过分析后植筋加固墙体的受力机理，提出了后植筋加固墙体受剪承载力的计算式。
综合考虑密肋复合墙体的外框、肋格和填充砌块三部分构成特性，基于通用有限元分析软件，运用分层壳理论及纤维模型理论并结合自定义材料子程序模型，建立了不仅能反映密肋复合板结构整体受力特性还能反映构件开裂、挤压等局部受力特性的密肋复合板结构非线性数值分析模型。通过对3个构件试验和1个结构试验进行数值模拟计算，模拟结果与试验数据吻合较好，验证了本文数值分析模型可用于密肋复合板结构的滞回性能模拟，并具有较高的计算精度。
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