ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
采用钢筋混凝土接缝连接梁来实现预制墙体竖向钢筋的连续性连接。通过6个高宽比为1.7、不同截面高度和位置的接缝连接梁预制混凝土剪力墙的低周反复加载试验，分析了试件的破坏形态、顶点荷载-位移滞回曲线、承载力、变形能力、刚度退化等特性，并与整体现浇墙体进行对比。试验结果表明：预制墙体试件与整体现浇墙体试件的破坏模式、破坏形态基本相同，均为墙体角部混凝土压碎、钢筋拉断或屈曲；预制墙体试件的水平承载力相当，略低于现浇墙体，接缝连接梁的位置及截面高度对承载力有一定程度的影响；预制墙体试件的变形能力略小于现浇墙体试件，但极限位移角均超过1/100；接缝连接梁可以有效传递荷载。
为研究喷涂混凝土夹心剪力墙的抗震性能，完成了7个试件的拟静力试验。试件的主要变化参数为墙厚及边缘构件。试验结果表明：夹心墙的2层或3层混凝土及其配筋可作为整体共同承担竖向压力及水平力；试件的破坏形态包括压弯破坏和剪切破坏，增加边缘构件的竖向钢筋导致试件发生剪切破坏；试件的水平力-位移滞回曲线有一定程度的捏拢；压弯破坏的试件，极限位移角为1/76~1/103，设置边缘构件的试件，其极限位移角约为没有边缘构件试件的1.3倍，增加墙厚对极限位移角影响不大；剪切破坏的试件，其耗能能力小于压弯破坏的试件；可采用剪力墙承载力公式计算夹心墙在轴压力作用下的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力。采用MSC. Marc（2010）对夹心墙试件进行非线性有限元分析得到了水平力-位移骨架曲线、裂缝分布及承载力，与试验结果吻合较好。
以钢板代替受力钢筋，通过栓钉将外侧钢板与内部混凝土板相连，二者共同作用形成钢板-混凝土组合板。根据钢板布置形式的不同，可将钢板-混凝土组合板分为单面钢板-混凝土组合板（SSC）和双面钢板-混凝土组合板（DSC）。通过对4个SSC试件和3个DSC试件的受弯试验研究，分析了不同钢板厚度、抗剪连接程度以及构造钢筋配置对组合板受弯性能和破坏形态的影响。试验结果表明，按完全抗剪连接设计的试件破坏形态与适筋梁相似，具有良好的受弯承载能力和延性；当受拉区钢板采用部分抗剪连接设计时，剪跨区栓钉易剪断导致承载力明显降低；当受压区钢板采用部分抗剪连接设计时，顶层钢板易发生局部屈曲，导致试件承载力和延性有所降低。基于试验结果，给出了钢板-混凝土组合板的受弯承载力计算式，计算值与试验值吻合较好。
长沙市某多层大跨度工业厂房采用装配整体式钢-混凝土组合空腹楼盖结构，为评价该结构体系的安全状况，采用缩尺模型试验和有限元分析相结合的方法对30m×30m楼盖结构进行了动力特性和力学性能研究。结果表明：组合空腹楼盖下层钢肋处于拉-弯、上层混凝土肋板处于压-弯的受力状态，从支座到跨中，其轴力逐渐增大而弯矩逐渐减小，应力分布比较均匀；剪力键主要承受弯矩和剪力，从支座到跨中，其弯矩和剪力逐渐减小。在竖向荷载作用下，楼板以弯曲变形为主，试验最大挠度为16.63 mm，为跨度的1/361。结构前8阶振型均为竖向振动，振动规律类似于实体平板，基本频率的理论计算值与实测值分别为3.3 Hz和3.0 Hz。对比试验数据与有限元分析结果二者吻合较好，验证了理论分析与原型结构设计的正确性。
基于不确定性传递，推导了考虑本质不确定性的地震易损性函数和考虑知识不确定性的地震易损性函数的解析表达式，并给出了其参数确定方法。证明了基于位移的函数与基于地震动强度的函数之间存在一致性。推导了考虑知识不确定性的地震易损性点估计函数的置信度水平。利用地震风险等于地震危险性与地震易损性的卷积，采用幂指数形式的地震危险性函数，进一步将已获得的地震易损性解析函数拓展得到概率地震风险函数的解析形式。利用得到的地震易损性与风险的解析函数，可简化地震易损性和风险评估的过程，方便对不同结构体系进行概率地震安全评估。
在采用全概率方法的基于性能的地震工程研究中，定量反映地震作用和工程结构中存在的不确定性是研究的关键。利用地震易损性和地震风险的概率解析函数，针对一栋按我国相关规范设计的五层三跨钢筋混凝土框架结构进行了地震易损性分析和风险评估。采用100条实际地震动作为输入以考虑地震动的不确定性，提出了基于控制变换拉丁超立方体抽样技术的随机Pushover方法以考虑结构不确定性对其抗震能力的影响。结果表明：算例结构在50年内发生完全破坏的概率不超过2%，发生严重破坏的概率不超过10%，发生轻微破坏的概率基本不超过63.2%，基本满足我国“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准要求。
为分析方钢管加强节点的轴压承载能力和破坏模式，对支管与主管宽度比β=0.4和β=0.8的两组覆板加强节点、竖向插板加强节点进行轴向静力加载试验。分析了节点破坏模式、荷载位移曲线、主管变形及应变，以及加强节点的受压承载机理。结果表明：在支管轴向压力作用下，未加强及加强节点的变形能力都较好，试件在破坏前有充分的塑性发展；覆板及插板加强节点的受压承载能力较对应的未加强试件有显著提高，当β=0.4时加强节点的破坏模式与未加强节点一致，当β=0.8时存在节点过度加强问题，引起支管先于节点破坏；相同β下，覆板加强节点的受压承载力高于竖向插板加强节点；在主管表面屈服破坏控制的情况下，覆板加强节点的承载机理为覆板与主管上翼缘共同屈服，竖向插板加强节点的承载机理为插板扩大了主管上、下翼缘的屈服范围。
针对腹板宽厚比较大的H形截面钢框架梁塑性耗能区延性较差的问题，提出在其腹板设置纵向加劲肋以改善抗震性能的方法，并进行试验验证。通过4个梁腹板设置纵向加劲肋和1个未设置纵向加劲肋的梁柱刚接节点试件的反复加载试验，对框架梁端塑性耗能区腹板设置纵向加劲肋前后的抗震性能进行对比研究。试验以梁腹板采用弹性设计截面的试件为基准，考察在腹板设置一道、两道纵向加劲肋后塑性耗能区抗震性能的改善程度；并与塑性设计截面腹板梁的试件、部分塑化截面腹板设一道纵向加劲肋的试件进行抗震性能的比对。试验结果表明：设置纵向加劲肋可显著提高H形截面框架梁塑性耗能区的抗震性能；梁端塑性耗能区翼缘宽厚比满足塑性设计截面的要求，腹板采用弹性设计截面的宽厚比，当设置一道或两道纵向加劲肋时，可达到不低于塑性设计截面或GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》二级抗震框架梁端耗能区的抗震性能要求；弹性设计截面腹板纵向加劲肋分隔的区格板件宽厚比与实腹梁腹板宽厚比相当时，抗震性能基本等价。
在结构抗震分析中，钢材在循环荷载作用下的一维本构关系是利用杆系模型进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更准确地模拟结构在强震作用下的反应，提出能够考虑累积损伤、刚度和强度退化的钢材等效本构模型，包括骨架曲线、滞回准则以及退化特征，利用损伤控制因子数学模型对钢构件、节点及结构的损伤退化全程进行描述。根据提出的等效本构模型并利用有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT，采用Fortran语言开发能够进行钢框架强震作用分析的损伤退化过程计算程序。采用等效本构模型对典型试验进行模拟分析，其结果与试验结果吻合良好，充分证明钢材等效本构模型用于钢构件在强震作用下弹塑性分析的准确性及可行性。
为研究考虑损伤退化的钢材等效本构模型在整体框架中的应用及其用于强震作用下钢框架结构弹塑性时程分析的可行性，选取已有典型钢框架静力及动力试验，对其分别采用等效本构模型和传统的两折线模型进行计算，并与试验结果进行对比分析，验证等效本构模型的可靠性和对计算精度的提高作用。在此基础上，将等效本构模型应用于10层钢框架结构抗震性能分析中，采用增量动力分析法，研究损伤累积退化对多高层钢框架结构强震作用下动力响应的影响，并与不考虑损伤退化的模型计算结果进行对比分析。分析结果表明：累积损伤退化的发生会加剧结构的动力响应，若不考虑此影响，会低估结构变形，导致结构存在一定的安全隐患。采用等效本构模型的增量动力分析能够较为合理地反映结构在强震作用下的承载性能退化现象，但不同地震波作用下的计算结果差异较大。
预应力张拉是确保预应力空间网格结构实现预期设计状态的关键，但施工误差的随机变异影响了张拉过程的可控性。为此，提出一种预应力空间网格结构张拉全过程的反馈控制方法。在考虑施工材料参数与几何参数误差的基础上，首先对基准结构模型进行概率有限元分析，获取误差结构响应与预张力控制方案的样本对；然后利用BP神经网络的非线性映射功能，以概率有限元分析结果为训练样本，构建结构响应与预张力控制值的关系模型；在实际的多阶段张拉过程中，基于前一阶段的实测结构响应数据，利用构建的神经网络关系模型预测下一阶段的张拉控制力。利用ANSYS软件的概率设计模块与MATLAB软件的神经网络工具箱，编制了反馈控制的实现程序，并针对预应力弦支穹顶结构的数值算例进行模拟分析。结果表明：利用建议的方法能够实现对预张力控制方案的动态调整，确保结构张拉完成时实现预期设计目标。利用一3 m跨弦支穹顶模型，通过误差可调节点对结构施加节点安装误差，基于实测结构杆件内力与节点位移，对结构模型的径向索张拉过程进行了索力反馈控制试验。结果表明：施工误差影响下，结构张拉完成时径向索力达到目标预应力值，验证了反馈控制方法的有效性。
为分析型钢超高强混凝土柱受剪机理，并准确计算其受剪承载力，基于修正压力场理论提出型钢超高强混凝土柱的受剪承载力计算模型。该模型通过柱端部截面中心正应变ε0来考虑轴力、弯矩和剪力的相互作用，并通过关键参数混凝土主压应力角θ和平均纵向应变εx来反映剪跨比、轴力以及配箍对柱受剪承载力的影响。推导出型钢超高强混凝土柱受剪承载力的计算式，并分析其两种剪切破坏形式。通过两组型钢超高强（高强）混凝土柱的低周反复试验结果对该受剪模型进行验证。研究表明：模型能合理考虑轴力、弯矩和剪力的相互作用，反映剪跨比、轴力和箍筋对受剪承载力的影响；模型计算所得受剪承载力与试验值吻合较好。
为研究型钢混凝土(SRC)异形柱的正截面承载力性能，设计22个试件进行静力和循环加载试验研究，分析其破坏机理。编写了计算机程序，利用程序分析了加载角、截面配钢形式、配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比等变化参数对SRC异形柱正截面承载力的影响，并与钢筋混凝土（RC）异形柱的正截面承载力进行对比分析。研究结果表明：SRC异形柱破坏形态表现为大偏心受压破坏、小偏心受压破坏和轴心受压破坏；截面应变基本符合平截面假定；加载角和截面配钢形式对正截面承载能力有显著影响，T形柱的薄弱加载方向是0°、90°和315°，L形柱的薄弱加载方向是90°和315°，十形柱的薄弱加载方向是0°，实腹配钢比空腹配钢试件的承载能力有明显提高；适当增加截面配钢率、混凝土强度等级以及柱肢高厚比均能有效提高SRC异形柱的正截面承载能力；当截面配钢率不大于6%时，SRC异形柱的承载力与普通的RC异形柱相比提高36%以上。
将打包技术应用于结构工程加固领域。进行了6个加固梁试件和1个对比试件的受剪性能试验，分析钢带间距、钢带层数及倒角对承载力及变形性能的影响。结果表明：经预应力钢带加固的试件，在加载过程中，裂缝开展缓慢且发育充分，与未加固试件相比其受剪承载力提高约46%~95%，加固后梁的变形能力大幅提高。通过对3个加固柱试件和1个对比试件的低周反复荷载试验，分析了钢带间距及轴压比对柱水平承载力及变形能力的影响，结果表明，经预应力钢带加固后的柱试件其延性提高约32%~121%，水平承载力提高不明显。
为便于施工，明确高强梁筋在节点中采用锚固板锚固的可行性，对500MPa级高强梁筋分别采用锚固板锚固和传统90°弯折锚固的两组中间层端节点试件进行抗震性能对比试验。试验中，节点剪压比取为中等偏高及以上（0.238~0.367）；同时在柱中采用较高的轴压比（0.1~0.3）。试验结果表明：在中间层端节点中，高强梁筋采用锚固板锚固是可行的；在轴压比、剪压比（最大0.367）偏高，且节点的配箍特征值基本相同的前提下，高强梁筋采用这两种锚固方式节点的总体抗震性能大致相当，二者的延性和极限位移角基本相当，承载力退化速率基本相同；但加载后期由于节点混凝土的破损，与90°弯折锚固方式的节点相比，采用锚固板锚固的节点，其节点区剪切变形、梁上部钢筋的屈服向节点区发展更为显著，由此导致其梁上部钢筋的滑移量和屈服位移均略大。
通过8根混凝土简支深梁的静力试验，研究了水平及竖向配筋率、剪跨比对拉压杆模型的影响。研究结果表明：试件经历了弹性、弹塑性和破坏三个工作阶段，在支座与加载点之间出现一条或多条斜向裂缝，试件的破坏模式主要为剪切和弯剪破坏，配筋率较小的试件发生弯曲破坏，其破坏具有延性特征；随着荷载增加，支座附近出现斜裂缝并形成混凝土压杆，当压杆的配筋率增大（不超过1.5%）和剪跨比的变小，压杆强度明显提高，且试件趋于剪切破坏；配筋率（水平、竖向配筋率）不大于1.5%，压杆的最大主应力角与剪跨比的反正切角方向接近，本文建议拉压杆模型最大主应力角取54°；推导混凝土深梁的拉压杆模型受剪承载力计算公式，其计算值与试验值吻合较好。
根据钢筋混凝土梁锈胀开裂的特点，考虑钢筋锈蚀不均匀性，对锈胀裂缝宽度实测值进行修正。结合对钢筋锈蚀开裂后锈蚀物体积膨胀的量化分析，得到了混凝土开裂后的钢筋锈蚀率基于锈胀裂缝宽度的计算模型，并通过电解液加速锈蚀方法对配筋混凝土试块进行加速腐蚀试验，拟合出了实用的锈蚀率计算式。采用7根钢筋混凝土梁的电解液加速腐蚀试验进行验证。结果表明：锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率近似呈线性变化；在钢筋不均匀锈蚀的情况下，采用间接法计算得到的钢筋最大锈蚀率与试验平均锈蚀率的比值在1.4~2.4之间，与实际情况符合较好。
通过对烧结保温空心砌块薄灰缝砌体受压性能试验和受剪性能试验研究，分析了该类砌体受压、受剪的破坏机理和破坏特征。试验结果表明：只有表面高平整度的砌块才适用于薄灰缝砌体；由于竖缝无砂浆，造成此处应力集中现象明显，受压破坏时沿竖缝形成上下通缝；砌块表面黏结强度不足，需改善生产工艺提高其强度；受剪破坏包括单剪破坏和双剪破坏；通过引入孔洞率影响系数建立了砌体抗压强度计算式，根据抗剪强度试验结果建立了砌体沿通缝截面抗剪强度计算式，计算结果与试验结果吻合较好；根据已有的受压本构模型建立了烧结保温空心砌块砌体受压应力应变关系和弹性模量计算表达式，与试验结果吻合较好，并建议泊松比的取值为0.3。
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