ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
针对基于能量抗震设计方法在钢筋混凝土（RC）框架结构中的应用进行研究。总结现有能量抗震设计方法研究进展，指出在控制罕遇地震作用下结构耗能机制的基础上确定构件累积滞回耗能需求是落实该方法的关键。通过大量RC框架结构算例的弹塑性分析，提出基于“强柱弱梁”耗能机制下RC框架梁、柱构件累积滞回耗能需求的计算方法，包括：总累积滞回耗能在框架梁和框架柱的分配和沿楼层高度的分布以及在同一楼层的分布。在此基础上，结合梁柱构件的承载力和变形需求，进行梁柱构件的耗能损伤评价，并据此实现基于能量抗震设计。通过1个4层框架结构的算例说明所建议的基于能量抗震设计方法在RC框架结构的具体应用。结果表明，所建议方法的构件耗能需求计算结果与时程分析结果吻合较好，且偏于安全。
对抗震设防水平不高、抗震构造措施设置不足且已经服役多年的低延性钢筋混凝土框架结构抗震性能的主要影响因素进行总结，在此基础上从构件层面逐一分析各影响因素的敏感性，采用有限元分析软件OpenSees建模分析、评估两类延性不同但具有相同尺寸及配筋率的结构的抗震性能，分别从结构与构件层面对比不同延性结构失效模式的差异性。分析结果表明，低延性结构抗震能力较新建结构差，但均满足现行抗震规范“大震不倒”的设计要求；当增强地震作用后，低延性结构的抗震性能远弱于新建结构，具体表现为延性低，耗能差，抗倒塌能力弱，易发生脆性破坏，结构低延性特征明显。
GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》规定，消能减震设计计算中，主体结构基本处于弹性工作阶段时可采用线性分析方法计算，按消能减震结构总阻尼比确定地震影响系数。其中，确定消能器的附加阻尼比是计算地震响应系数的关键。基于此，总结规范方法和减震系数法两种工程中用于消能减震结构附加阻尼比计算的方法，分析两种方法存在的计算困难。由此提出适宜于计算机编程计算的自由振动衰减法，并在2个实际工程中对比这3种方法计算附加阻尼比得到地震响应的准确性。结果表明，自由振动衰减法与规范方法附加阻尼比计算结果吻合，由该阻尼比按线性分析方法计算得到的地震响应与非线性时程分析计算结果误差不大，且计算方法简便，适于工程设计；而减震系数法计算结果偏于保守，将减震系数法用于消能减震结构的计算尚有待进一步研究。
火电厂主厂房型钢混凝土混合结构中存在由于错层、变梁变柱截面引起的异型中节点，选取5个代表性节点进行1∶5缩尺拟静力试验，研究该类节点的滞回性能、耗能能力、延性、刚度退化以及承载能力。研究结果表明：受强梁弱柱特性的影响，4个型钢混凝土异型中节点主要发生不利于抗震的柱端塑性铰破坏，而钢筋混凝土异型中节点由于梁柱刚度比较大主要发生核心区剪切破坏；大小梁错层高度对型钢混凝土异型中节点的承载力、延性性能与刚度特性均有一定的影响，但规律并不明显；型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁异型中节点的耗能能力强于钢筋混凝土异型中节点，但受破坏模式的影响，其承载能力、延性与刚度等均低于钢筋混凝土异型中节点；相比采用钢筋混凝土梁的型钢混凝土异型中节点，采用型钢混凝土梁的型钢混凝土异型中节点的开裂荷载高，初始刚度较大，但承载力、延性与耗能能力并未得到明显提高。
通过6个高轴压比下大尺寸钢管混凝土组合柱试件的拟静力试验，研究加载循环次数和配箍率对组合柱累积损伤性能的影响。试验结果表明：加载循环次数对组合柱试件承载力影响不大，对按全截面混凝土配箍设计（即计算体积配箍率时不扣除核心钢管混凝土体积）的组合柱试件的变形能力影响不显著，但对按钢管外混凝土配箍设计（即计算体积配箍率时扣除核心钢管混凝土体积）的试件变形能力影响较为显著。当循环加载10次时，按全截面混凝土配箍设计的试件变形能力和累积耗能能力显著优于按钢管外混凝土配箍设计的试件，前者的极限位移和失效位移分别比后者的大25%和41%，前者的总累积滞回耗能为后者的2.8倍。考虑地震作用下结构构件的累积损伤效应，建议钢管混凝土组合柱按全截面混凝土配箍设计，以保证足够大的变形能力。
提出一种平面内剪切型软钢阻尼墙，通过对其进行基本力学性能试验和疲劳性能试验，分析该软钢阻尼墙的减震性能。考虑到实际工程应用中阻尼墙会发生平面外变形，设计具有平面外初始偏心的阻尼墙试件，研究其在偏心受力时的减震性能变化规律。结果表明，该软钢阻尼墙在平面外偏心情况下仍表现出良好的滞回性能和疲劳性能，但受偏心影响，阻尼墙试件的初始刚度、等效刚度、耗能量及耗能比等较平面内试件均有不同程度的下降；对比阻尼墙的基本力学性能，其疲劳性能受偏心荷载的影响更大，偏心受力试件较平面内试件的屈服荷载和耗能量的降幅均超过6%。数值模拟分析表明，采用Bouc-Wen模型可以较好地模拟该软钢阻尼墙的试验滞回曲线，该模型在减震结构设计中可用作此软钢阻尼墙的力学分析模型。
利用附加防屈曲支撑（BRB）钢筋混凝土框架对既有钢筋混凝土框架结构进行减震加固。设计3榀钢筋混凝土框架，其中2榀为附加设置BRB加固框架的钢筋混凝土框架，另外1榀为纯钢筋混凝土框架以作对比。通过低周反复加载试验，验证所设计的外贴防屈曲支撑钢筋混凝土框架加固既有钢筋混凝土框架的可行性。分析既有及外贴钢筋混凝土框架的开裂、荷载侧移滞回曲线、骨架曲线、荷载防屈曲支撑变形曲线，以及等效黏滞阻尼比和等效刚度等特性。结果表明：所设计的附加钢筋混凝土框架、预埋件、连接构造受力可靠，附加设置BRB的钢筋混凝土加固框架具有良好的减震耗能能力；水平荷载-侧移滞回曲线圆润饱满；防屈曲支撑在小层间位移角下可屈服耗能，大位移下不失效，耗能稳定；附加框架能够显著增加既有钢筋混凝土框架结构的阻尼，有效降低地震反应，改善既有框架结构抗震性能。
为研究OSB板和水泥纤维板作为LQ550高强冷弯薄壁型钢组合墙体结构面板时的受力性能，进行7个不同结构面板的LQ550高强冷弯薄壁型钢组合墙体试件的水平单调加载和低周反复加载试验研究，分析了组合墙体的受剪承载力、延性系数、耗能系数等。结果表明：面板拼缝是组合墙体的薄弱部位；在水平接缝处设置宽而完整钢衬板的墙体试件具有较高的受剪承载力和抗侧刚度；单面水泥纤维板单调加载时比低周反复加载时承载力提高约8.79%~12.27%，其受剪承载力较低，但屈服前试件基本完好；对于双面板墙体试件，无论在单调加载还是反复加载时，其承载力、抗侧刚度约为各单面板试件相应指标之和。低周反复加载试件的耗能系数基本接近。
为研究钢管混凝土柱（CSTC）的抗爆性能，通过12个钢管混凝土柱试件的现场爆炸试验，得到柱上迎爆面与背爆面的冲击波压力时程曲线及其压力分布形式，分析柱的位移和应变变化等，并研究不同炸药当量、炸药安置距离、试件轴压比、混凝土强度等级、含钢率等对钢管混凝土柱抗爆性能的影响。结果表明：柱背爆面上冲击波压力值很小，可忽略不计；柱以弯曲变形为主，且随着轴压比及炸药当量的增加，试件最大和残余变形都相应增大；随着炸药安置距离、含钢率和混凝土强度等级的增大，试件残余变形相应减小。塑性变形在最大变形中所占比例均随变形的增大而增加，柱以整体变形为主。
为了研究钢筋混凝土柱的受弯性能尺寸效应，对6个钢筋混凝土柱试件进行不同轴压比下的单调水平加载试验。试件的轴压比和截面尺寸不同，剪跨比和配筋率保持一致。分析名义极限弯矩、延性、中和轴高度和塑性铰长度等受弯性能随截面尺寸的变化规律。结果表明：名义极限弯矩、峰值荷载时混凝土压应变、延性、中和轴高度和塑性铰长度都表现出明显的尺寸效应，随截面尺寸的增大而减小；轴压比越高，名义极限弯矩和峰值荷载时混凝土压应变尺寸效应越明显；轴压比较低时，位移延性系数的尺寸效应更明显。在试验基础上，提出考虑截面尺寸影响系数的钢筋混凝土柱受弯承载力计算式，使大小尺寸试件计算结果的安全储备系数趋于一致。
通过对不同轴压比下截面边长分别为300、500、700mm的钢筋混凝土柱试件进行低周反复加载试验，研究各试件的破坏模式、滞回特性、骨架曲线、延性和耗能能力，分析截面尺寸对受弯承载力、延性、耗能和塑性铰长度的影响。结果表明：钢筋混凝土柱试件的受弯承载力、延性和塑性铰转动能力随截面尺寸的增大而减小，尺寸效应明显，平均耗能系数也随截面尺寸的增大而减小，表现出明显的尺寸效应。在试验基础上，提出考虑反复加载截面尺寸影响系数的钢筋混凝土柱受弯承载力计算式。
提出一种H型钢防屈曲支撑（HBRB）以便于对结构中既有H型钢构件进行抗震加固，同时可避免传统H型钢防屈曲支撑中过早发生内芯局部屈曲破坏的现象发生。该支撑的耗能内芯采用H型钢，约束构件由2个U形钢和2块钢板通过高强螺栓拼接而成。为了研究HBRB的抗震性能，对3个试件进行拟静力试验，结果表明，构造合理的HBRB具有稳定的滞回耗能能力。通过分析试件破坏模式发现：将端部加劲肋布置在翼缘两侧有利于避免H型钢防屈曲支撑内芯应变集中及约束构件局部鼓曲破坏的发生；端部加劲肋和外部约束构件之间的间隙过大会导致加劲肋和H型钢内芯焊缝撕裂；采用低电流、多道焊缝施焊有利于提高防屈曲支撑的疲劳性能。在轴向荷载作用下，H型钢内芯除了发生整体弯曲变形外，腹板和翼缘作为板件还会分别发生自身的高阶屈曲；翼缘和腹板在屈曲后与约束构件接触，相当于对H型钢增加额外的侧向约束，使其整体稳定承载力明显提升。
对长细比为4.67的13个钢管混凝土叠合柱试件进行偏心受压试验，测试柱承载至破坏全过程中核心钢管、管内混凝土、管外混凝土以及管外纵筋的应力、应变分布规律，研究试件的承载机理和破坏特征，同时结合截面非线性数值分析，研究柱正截面承载力随偏心距、钢管位置系数、纵筋配筋率等参数变化的规律。结果表明：偏心受压钢管混凝土叠合短柱正截面的受力过程与钢筋混凝土短柱基本相似，破坏类型分为大偏心受压破坏，小偏心受压破坏和界限破坏3种，以受拉钢筋屈服，同时受压边缘混凝土达到极限压应变为界限破坏准则，其N-M相关曲线为二次抛物线；叠合柱横截面应变符合平截面分布，不论偏心距大小，受压钢筋屈服总是先于受压区混凝土压碎；叠合柱承载力随钢管位置系数的增大而增加，但增幅不大，故在保证叠合柱含钢率不变条件下，可以梁柱节点施工便利为主选择钢管直径；对于钢管混凝土叠合柱可参照钢筋混凝土结构采用截面极限平衡理论推导叠合柱的偏压承载力计算公式。
为研究预应力钢骨超高强混凝土梁的受剪性能，对14个预应力钢骨超高强混凝土梁试件与7个预应力超高强混凝土梁试件进行受剪性能试验，研究剪跨比、预应力度、箍筋间距和腹板厚度等因素对预应力钢骨超高强混凝土梁受剪性能的影响。结果表明：加入钢骨后，梁试件的受剪承载力及剪切延性均有提高，并且钢骨对斜截面开裂后刚度的影响更为显著；增大腹板厚度可以提高组合梁试件的斜截面开裂荷载、受剪承载力和剪切延性，而增大箍筋间距会降低组合梁试件的受剪承载力和剪切延性。剪跨比越小，组合梁试件的斜截面开裂荷载和受剪承载力越大，剪切延性越差，预应力度对组合梁试件的斜截面开裂荷载和剪切延性均有影响，但当预力度小于0.34时，预应力度对剪切延性几乎无作用。提出预应力钢骨超高强混凝土梁的受剪承载力计算式，计算结果与试验结果符合较好，可供工程设计应用中参考。
依据应变硬化水泥基复合材料单向拉伸试验结果，提出评价该类材料单向拉伸特性的考虑断裂能的三折线模型。提出采用虚拟材料的零跨拉伸模型反映应变硬化水泥基复合材料加固层紧邻既有钢筋混凝土构件裂缝处的细小裂缝扩展过程，得到应变硬化水泥基复合材料加固既有钢筋混凝土构件时加固层数值单元的单向拉伸平均应力-应变曲线，该曲线考虑紧邻混凝土梁某裂缝的加固层细小裂缝(置于同一单元内)对单元单向拉伸应力-应变曲线的影响，继而以该平均应力应变曲线作为加固层单元的应变硬化水泥基复合材料单向拉伸本构关系。该方法可避免不同单元尺寸对数值分析结果的影响，因此，对该类材料加固既有钢筋混凝土构件可以采用较大尺寸的单元划分进行数值分析。
通过对同批次2组圆柱体试件（每组3个）、2组立方体试件（每组3个）进行单轴受压试验，研究龄期、试件类型和纤维类型等因素对超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）受压性能的影响，得到UHTCC的轴压应力应变全曲线及不同类型试件的受压性能规律。结果表明：28 d龄期的圆柱体试件受压时，峰值应变约为0.015，明显高于普通混凝土峰值应变（0.002）；极限压应变为0.034，约为普通混凝土的10倍；7d龄期试件的轴压应力应变全曲线在应力达到峰值后表现出明显的缓慢下降过程，说明此时UHTCC具有良好的压缩韧性；随着龄期的增长，UHTCC抗压强度提高，但变形能力有所下降；掺入普通高强高模PVA纤维制作的试件抗压强度较高，但变形性能低于K-ⅡREC15型PVA纤维制作的试件；龄期相同时，立方体试件的抗压强度高于圆柱体试件，说明试件尺寸与形状对抗压强度影响较大。
置换受损保护层并外贴碳纤维复合材料（CFRP）加固锈蚀钢筋混凝土梁时，可能因新老混凝土黏结不良产生水平薄弱界面，影响其受力性能。基于此，设计10个带有水平弱界面的CFRP加固钢筋混凝土梁试件，对比分析不同界面黏结强度、加固量、保护层厚度及U形箍约束条件下加固梁的受力性能及CFRP的剥离破坏行为。结果表明，薄弱界面的存在易导致中部保护层剥离过早发生，并向端部发展，削弱了加固体系的整体性，无约束条件下纵向CFRP发生整体剥离。界面削弱越严重，加固量越大，保护层厚度越小，界面剪切传递能力越弱，剥离破坏越易发生和发展。U形箍约束能防止纵向CFRP整体剥离破坏，保证其有效受力，但不能完全防止局部剥离沿薄弱界面发展，易导致纵向CFRP在复合受力条件下过早断裂，且存在较高的端部锚固破坏的风险。
针对439 m的深圳京基金融中心（KFT）工程，采用气动弹性模型技术研究其横风向气动阻尼特性。根据工程地址的100 a重现期风速、缩尺比例以及前期刚体模型同步测压所得到结构风敏感风向（东西向）的广义力功率谱密度特征确定气弹模型试验的风速范围，通过风洞试验获取不同风速下气动弹性模型敏感风向的顶部加速度响应数据，应用随机减量技术计算分析横风向气动阻尼随折算风速的变化规律，试验考虑结构模态阻尼对气动阻尼的影响。结果表明：在折算风速为4~14的范围内，结构气动阻尼值均大于0且随风速的增大而增大，上游地王大厦(DWT)的干扰效应对气动阻尼未产生不利影响，KFT的基本频率和DWT脱落在尾流中的漩涡频率一致的100 a重现期风速时的气动阻尼比为1.25%，表明前期采用刚性模型试验对KFT进行抗风设计时，不考虑气动阻尼影响计算得到的结构风致荷载和风致响应偏于保守和安全。
采用随机振动理论建立新、旧两种荷载规范中风振系数表达式之间的内在联系，指出新规范计算风振系数的参数与旧规范中的脉动增大系数、脉动影响系数、位置函数的关系；建立新规范的背景分量因子Bz的具体表达式，可适用于各质点质量、受风面积、阻力系数及振型值任意变化的情况；指出新规范计算风振系数时将用10 m高处的紊流度代替旧规范的脉动系数。数值算例表明，新规范的风振系数比旧规范的有所提高，这种提高主要来自于新规范中峰值因子与紊流度取值的提高；新规范与旧规范相比，由等效静力风荷载引起的结构基底剪力，除了D类地貌的有所减小外，其它3种地貌的基底剪力都有所增大。
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