ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
按照中美相关抗震设计规范分别对位于中国8度抗震设防区和美国典型高烈度区域（旧金山地区）的两栋层高与结构相似的钢筋混凝土框架核心筒高层建筑结构进行了设计。介绍了抗震设计过程中根据中美相关抗震规范确定的地震作用参数与材料强度，比较了两国混凝土结构尤其是剪力墙结构抗震构造措施的异同。建立了两结构的空间弹性分析模型，采用振型分解反应谱法计算了两结构的弹性地震响应，比较了两结构自振周期、基底剪力、层剪力、结构层间变形、构件尺寸、配筋以及连梁受剪承载力等。计算结果表明：按照两国设计规范分别设计的结构，其设计地震作用水平相当；根据美国规范设计的结构连梁受剪承载力与中国规范设计方案相比偏低，约为中国规范设计方案的0.63~0.95倍；中美两国规范设计的剪力墙约束边缘构件的范围与配筋差异较大，中国规范设计方案剪力墙约束边缘构件内纵筋和箍筋集中在端部固定范围内，美国规范设计的箍筋约束范围大，对应端部固定范围的配筋比中国规范配筋量小。
简述了中美两国抗震设计规范中有关地震波选择的相关条文，列举了工程实践中常用的选波方法，并对选出的地震波反应谱特性进行了比较。中美两国规范中建议的选波方法均要求选择能与规范的设计反应谱相一致的地震波，不同之处为中国规范是将地震波峰值加速度调幅至规范规定值，而美国规范是将某一周期范围内地震波反应谱调幅至与设计反应谱接近，调幅后的地震波峰值加速度无明显规律。按照中美两国抗震设计规范分别设计了两栋相似框架核心筒结构，建立了两结构的弹塑性分析模型。根据中国规范建议方法选择出7组地震波，进行弹塑性时程分析。分析结果表明：在相应于中国8度罕遇地震的多组地震波作用下，中美两国规范设计方案在地震作用初期地震响应基本一致，在后期由于结构配筋形式与配筋数量等差异，结构损伤程度不同；按中国规范设计方案的最大层间位移角为按美国规范设计方案的1.03~1.17倍，连梁最大塑性变形为按美国规范设计方案的0.67~0.98倍，剪力墙应变沿层高的分布接近，美国规范设计结构纵筋的屈服应变是中国规范设计方案的1.2倍，按中国规范设计方案的剪力墙损伤程度重于按美国规范设计的剪力墙。
为了系统比较中美超限高层建筑基于性能的抗震设计方法，介绍了美国太平洋地震工程研究中心主导实施的“高层建筑推进计划”项目，探讨了该项目的主要成果（PEER-2010）《高层建筑基于性能的抗震设计指南》，并结合算例将其建议的基于性能抗震设计方法与中国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和GB 50010—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定的基于性能抗震设计方法进行对比。研究结果表明:PEER-2010与我国规范中分别建议的超限高层建筑性能化抗震设计方法在性能目标划分、地震动选择、荷载输入及对地基与结构相互作用的考虑上均存在差异。PEER-2010对性能目标的划分相对更宽松，建议的下一代选波方法能够考虑长周期超高层建筑的选波问题，并对考虑地基与上部结构相互作用有着较为明确的规定。
列车运行引起的振动通过周围地层传播，会引起附近地下结构以及邻近建筑物的二次振动，从而对建筑物的使用性能产生影响。以成都博物馆为背景，结合相关参数建立“隧道-周围土体-结构底板-上部结构”整体有限元分析模型，计算博物馆的振动响应，结合振动控制标准对分析结果进行评价并与实测结果对比，定量分析结构的振动响应。分析结果表明：博物馆建筑物地上部分及地下部分的振级和竖、横向加速度峰值，与实测结果基本吻合，均满足振动控制标准；靠近隧道侧结构设置跨度33m悬挑区，增长了传播路径，具有良好的减振效果。
设计两种不同层厚的叠层钢板橡胶支座，对其竖向刚度进行测试，检验了支座设计方法的可行性。在上海市某地铁车站附近修建两层砌体结构足尺试验模型，通过改变厚层橡胶支座的类型及布置方式形成4种现场试验工况，检验了基础隔振措施对提高地铁邻近建筑室内舒适度的有效性。试验结果表明：基础隔振措施可使楼板的Z振级减小约19 dB，且隔振频率越低时，舒适度提高效果越明显；合理控制竖向隔振频率与楼板第1阶自振频率的比例关系，是设计基础隔振结构的关键，比例越小时隔振效果越明显；基础隔振虽能明显减小楼板的竖向高频振动，但也同时放大了整体结构的竖向低频振动，舒适度由低频振动控制；基础隔振会使基础部位的峰值速度出现增大现象，但对现代建筑结构的安全性不会构成明显影响。
依据我国建筑抗震设计规范反应谱曲线，分析了隔震周期、隔震结构水平向减震系数和隔震层水平位移之间的关系，结果表明在软土地基上采用传统隔震技术很难控制罕遇地震作用下隔震层的较大水平变位。若隔震层水平变位的控制不当，罕遇地震作用下很容易导致隔震支座的失稳或强度破坏。针对这一问题，提出了包括铅芯橡胶支座隔震方案，铅芯橡胶支座、叠层橡胶支座和黏滞阻尼器组合隔震方案，以及滑板支座、普通橡胶支座和黏滞阻尼器组合隔震方案的三种不同隔震方案来解决软土场地上隔震效果和隔震层水平位移限值的问题，并且依据隔震方案提供不同大小的阻尼比来满足不同层次的隔震需求。最后结合隔震工程实例分析验证了软土地基隔震方案的可行性。
根据某实际工程，设计1∶2缩尺的纵向和横向两种组合墙体试件进行低周反复荷载试验。针对后加混凝土构件-砌体组合墙体的承载力、延性、滞回特性、耗能能力及破坏模式、混凝土构件的应变和钢筋的应变发展过程等进行研究。结果表明：“拉结（剪切）钢筋+植筋”的连接节点具有可靠的连接性能，可以保证既有砌体结构与后加混凝土构件的协同工作；后加混凝土-砌体组合墙体具有更高的承载力及变形能力；通过等效黏滞阻尼系数对比分析可知，后加混凝土墙体提高了砌体墙的耗能能力；提出了后加混凝土-砌体组合墙体受剪承载力计算式，且与试验结果吻合较好。
为研究预制钢筋混凝土框架内嵌带竖缝剪力墙(PRCFW)结构的抗震性能，对2个单跨两层、缩尺比为1∶2的PRCFW试件进行了拟静力试验研究。考察了PRCFW结构的变形和延性、滞回耗能能力、承载力及刚度退化等性能，分析了框架与内填墙之间的抗剪连接件对结构整体性能的影响。试验结果表明：在加载过程中，设计的抗剪连接件性能可靠，未发生疲劳剪断或锚固破坏；内填墙设置竖缝对PRCFW结构的初期刚度影响较小；进入屈服段后，预制竖缝阻碍了斜裂缝的发展和贯通，缝间墙段以弯曲变形为主，承载力和刚度退化缓慢，使结构整体具有良好的延性和耗能能力。不同轴压比下的框架柱和现浇节点基本完好，破坏主要发生在内填墙和梁端。结合试验和分析结果，提出了PRCFW结构在工程设计时的若干补充计算及构造措施建议。
钢管混凝土叠合柱环梁节点是一种连接叠合柱和钢筋混凝土梁的新型节点。针对7个钢管混凝土叠合柱边节点环梁进行了试验研究，其中对2个试件采用单调静力加载试验，对2个变径宽比（环梁半径与环梁宽度的比值）试件和3个变配筋比（同侧环梁环筋面积与框架梁纵筋面积的比值）试件采用低周反复加载试验，研究节点的破坏模式、承载力、节点区钢筋应力分布和耗能情况。结果表明：钢管混凝土叠合柱环梁节点在概念上安全可行，合理的设计可以实现“强节点、弱构件”；配筋比越大，节点越易发生框架梁破坏；在一定范围内，节点承载力随着径宽比的减小、配筋比的增大而提高；环梁锚固区附近钢筋应力较大，环梁内外纵筋应力分布不均匀，环梁内纵筋一般不屈服；节点的等效黏滞阻尼系数较大，表明节点的耗能能力较好。
钢管混凝土叠合柱环梁节点是一种连接叠合柱与钢筋混凝土梁的连接节点，其环梁受弯承载力计算方法有待研究。考虑管外混凝土的轴压作用，采取极限平衡法对环梁破坏隔离体受力分析，对现有钢管混凝土柱节点环梁受弯承载力计算方法进行了修正，使其更加适用于钢管混凝土叠合柱节点环梁，计算结果与静力试验结果对比显示，后者高约28%。根据试验结果研究对公式进行修正，采用ABAQUS有限元静力模型对不同轴压比下环梁的受弯承载力公式进行了验证，对比显示有限元分析结果略高于修正后的计算值，二者吻合较好。结果表明，考虑轴压力修正后的公式可以用于钢管混凝土叠合柱节点环梁受弯承载力的计算，公式计算结果偏于保守。
以桃花峪黄河大桥为工程背景，开展自锚式钢箱梁悬索桥主缆锚固结构的缩尺模型试验研究，采用ABAQUS程序，建立了缩尺模型试验的精细有限元模型。试验研究表明：后锚板的荷载应力曲线存在阶梯状分布特点，呈现沿后锚板、前锚板至顶板、纵隔板逐渐衰弱的规律，说明在缩尺模型试验中存在显著的圣维南现象。将有限元分析结果与试验结果对比分析，二者吻合良好，精细有限元模型能够较好地模拟缩尺模型试验。桃花峪黄河大桥主缆锚固结构设计合理，安全储备高。
为研究翼墙-框架结构在地震作用下的抗震性能和加固效果，进行了一个缩尺比为1∶4的翼墙-框架结构模型振动台试验，得到了结构在烈度为7度的多遇、设防和罕遇地震以及8度、9度地震动作用下的动力特性、动力反应和宏观破坏模式。研究表明：翼墙根部首先受到往复拉压破坏，框架柱得到有效保护，实现了多道抗震防线的目的；梁端出现大量裂缝，基本实现了“强柱弱梁”屈服机制，而纯框架数值模型则呈现典型的柱铰破坏机制；纯框架模型的底层层间位移角显著大于上部各楼层，翼墙-框架模型各楼层的层间位移角大小基本一致，层屈服机制得到有效避免。
通过7个小跨高比钢板混凝土组合连梁试件的拟静力试验，研究了连梁跨高比、钢板配钢率以及楼板等因素对其抗震性能的影响，分析了连梁的破坏过程、破坏形态、承载能力、变形能力和耗能能力等。结果表明：相比于不考虑楼板小跨高比PRC连梁，考虑楼板小跨高比PRC连梁增大了连梁的开裂位移，显著提高了连梁的受剪承载力和耗能能力，考虑楼板连梁试件相比于不考虑楼板连梁试件受剪承载力提高了18.03%，破坏时对应的累积耗能是后者的1.66倍；连梁钢板的破坏包括梁墙交界区钢板的开裂和钢板的局部屈曲，钢板的局部屈曲可分为钢板边缘发生的受压局部屈曲和钢腹板的剪切局部屈曲；小跨高比PRC连梁试件的剪压比实测值为0.20~0.30，相应的剪压比设计值为0.39~0.59，内嵌钢板显著提高了小跨高比连梁的剪压比限值。
为研究局部火灾引起整体钢结构的初始破坏机理与倒塌机制，对2个平面4跨3层钢框架结构的中柱进行抗火性能试验，通过试验得到受火梁、柱的温度场分布和位移反应的变化规律，通过测力支座得到受火中柱的轴力变化过程。结合有限元分析，研究中柱破坏引起结构倒塌的破坏机理，确定了中柱屈曲温度、中柱破坏温度和结构的破坏温度。研究结果表明：整体结构中受火中柱在高温下发生弱轴方向弯曲破坏，同时也在受保护节点下部钢柱发生局部屈曲破坏；整体结构的初始倒塌机制表现为中柱平面外失稳弯曲的初始破坏引起上部所有约束梁的破坏，局部构件的破坏并不说明整体结构的破坏；竖向荷载水平越大，中柱屈曲温度、破坏温度越低。
通过2根未受火钢筋混凝土梁、2根受火后钢筋混凝土梁和4根受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁的静载试验，研究了剪跨比、CFRP布加固量和楼板翼缘对受火后钢筋混凝土梁受剪加固效果的影响。采用自编有限元程序分析受火损伤的混凝土梁截面通过等截面修复后截面混凝土抗拉强度的平均折减系数，提出受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的实用计算方法。研究结果表明：加固梁破坏时，外包的CFRP布发生拉断破坏，“U形包裹加压条”的CFRP布发生剥离破坏；受火后外包CFRP布加固混凝土矩形梁的受剪承载力相比未受火钢筋混凝土梁提高了5.3%~16.6%；受火后“U形包裹加压条”方式加固混凝土T形梁的受剪承载力相比对应未受火矩形梁提高了34.0%。提出的受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的计算式具备一定的安全保证率，可用于该类构件受火后的受剪加固计算。
采用立式燃气试验炉对14根在核心混凝土中配置纵向受力钢筋的圆钢管钢筋混凝土短柱进行了按ISO 834标准升降温曲线的明火试验，其中2根短柱用于量测温度场，其余12根短柱冷却至室温后进行轴压静载试验。实测了受火阶段轴压短柱典型部位的截面温度分布和受火后的轴压荷载轴向变形关系曲线，分析了升温时间和配筋率对受火后钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力、刚度和延性的影响规律，同时进行了6根钢管钢筋混凝土短柱常温静载试验，与受火后对应轴压短柱比较，最后结合相关规范/规程提出了高温作用后圆钢管钢筋混凝土轴压短柱承载力的计算式。结果表明：钢管钢筋混凝土短柱受火后仍具有较高的承载力和良好的延性；升温时间对钢管钢筋混凝土短柱火灾后刚度和延性的影响明显大于对承载力的影响；配筋率的增大对钢管钢筋混凝土短柱的火灾后承载力、刚度和延性均有提高；所提计算式的计算结果与试验结果吻合较好，且偏于安全。
通过4根钢筋混凝土T形截面连续梁在ISO 834标准升温曲线下耐火极限的试验研究，分析不同持荷水平下三面受火T形截面连续梁的耐火极限变化规律。结果表明：未受火对比试件和受火试件均发生弯曲破坏，但出铰次序不同；持荷比分别为0.3、0.5和0.7的T形截面连续梁的耐火极限分别为160、99、58min，即随着持荷比的增大其耐火极限显著降低，且达到耐火极限时的跨中残余变形明显增大；T形截面梁翼缘内温度分布与单面受火板相似，腹板内温度分布与三面受火矩形梁相似；在受火过程中，梁截面刚度下降是引起内力重分布的主要原因；有限元模拟能准确预测钢筋混凝土T形截面连续梁在ISO 834标准升温曲线下的耐火极限、截面温度场分布和破坏过程。
为得到高温后再生砂浆单轴受压应力-应变关系，对72个70.7mm×70.7mm×216mm不同再生细骨料取代率的再生砂浆试件进行单轴受压试验，实测了20～800℃温度作用后试件的应力-应变全曲线，分析了再生砂浆的高温性能，以及再生细骨料取代率和经历温度对再生砂浆峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比、体积应变和单轴受压应力-应变全曲线的影响。结果表明：不同再生细骨料取代率的砂浆试件高温后的表面颜色均经历灰色、浅红、灰白的过程，温度高于400℃以后开始出现裂缝、掉皮、疏松等现象；再生砂浆试件高温后质量损失率高于普通砂浆试件，温度高于400℃以后各类砂浆试件的质量损失率保持稳定；相同温度下，随着再生细骨料取代率的增加，单轴受压应力-应变曲线峰值应力减小，峰值应变增加，弹性模量减小，脆性更加显著；随着温度的升高，峰值应变逐渐增大，而峰值应力、弹性模量与体积应变临界点对应的应力比均持续减小，应力-应变曲线渐趋扁平。通过回归分析，建立了再生砂浆高温后峰值应力、峰值应变、弹性模量与温度的关系计算式，以及单轴受压分段式本构方程。
利用废弃混凝土经机械破碎后制成的再生粗、细骨料，制作168个不同再生粗、细骨料取代率尺寸为100mm×100mm×300mm的再生混凝土试件，经历20～800℃作用后进行单轴受压应力-应变全曲线试验，分析了不同再生粗、细骨料取代情况和经历温度对再生混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比和单轴受压应力-应变全曲线的影响。结果表明：相同温度作用后，随着不同再生骨料取代率的增加，峰值应变增大，弹性模量减小，单轴受压应力-应变曲线峰值应力减小，峰值应变增大，脆性增大；随着经历温度的升高，峰值应变与泊松比先降后增，并在温度400℃后增幅最大，而峰值应力与弹性模量均持续减小，应力-应变曲线渐趋扁平，与横轴包围面积显著减小；再生粗、细骨料单独掺入对混凝土受力性能的影响比较一致，同时掺入时性能退化较快。通过回归分析，建立各组再生混凝土试件单轴受压分段式应力-应变本构方程。
针对岩溶地区刚性桩复合地基承载力与沉降关系的复杂性，对4类典型地质条件下的44个复合地基现场压板试验数据样本进行数理统计分析，在此基础上提出基于Winkler地基模型的修正二折线和四折线弹簧本构模型。为了得到偏于安全的用于工程设计的复合地基弹簧本构模型，采用共同作用分析方法对一栋典型的高层建筑结构进行多折线参数敏感性分析。分析结果表明：二折线弹簧本构模型比四折线弹簧本构模型得到的筏板内力大，在工程设计中，可采用二折线本构模型；对于二折线弹簧本构模型，承载力特征值对应的沉降越小，筏板的内力越大，综合考虑筏板设计的安全性和经济性，在实际工程中,建议承载力特征值点对应的沉降取10 mm,承载力极限点对应的沉降取40 mm。
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