ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
研究远场长周期地震动反应谱两个拐点周期的统计特征以及主要因素的影响规律。考虑震中距、震级和场地类型不同，筛选长周期成分丰富的破坏性浅源强震数字化记录，通过反应谱分析，基于Newmark-Hall模型计算加速度反应谱第一下降段特征点周期和第二下降段特征点周期，分析特征周期的变化规律。结果表明：第一下降段特征点周期和第二下降段特征点周期随震中距和震级的增大而增大，场地类型对第一下降段特征点周期有显著影响，而对第二下降段特征点周期的影响不显著；震中距和震级与第一和第二下降段特征点周期的秩相关性处于中等偏弱水平，表明该两个特征点周期随震中距和震级而变化，采用单一的震中距和震级估算设计反应谱的特征点周期，并非可靠；第一和第二下降段特征点周期的线性相关性为中等偏弱水平，现有规范以第一下降段特征点周期估算第二下降段特征点周期的线性模型并不适用于长周期地震动反应谱。考虑震中距、震级和场地类型的综合影响，给出了长周期地震动反应谱第一和第二下降段特征点周期的计算模型；依据四类场地上的统计平均值，给出第一和第二下降段特征点周期建议取值，可供规范修订时参考。
针对增量动力分析(IDA)计算实际结构倒塌时常会遇到的工作量大、数值收敛困难等问题，提出结构抗倒塌能力的简化评估方法。该方法根据Pushover曲线与IDA曲线在定义结构倒塌极限状态上的相关性，通过单向和往复的Pushover分析确定结构的骨架参数和滞回特性，构建倒塌分析的等效单自由度模型，快速计算结构的倒塌强度。对一榀三跨六层钢框架和一榀三跨六层混凝土框架进行分析，结果显示简化方法得到的响应曲线和倒塌易损性曲线与IDA的结果接近，可以近似评估以第1振型为主的结构的抗倒塌能力。
摘要：为研究盖板加强型节点钢框架结构的抗震性能，通过3榀1∶3缩尺盖板加强型节点钢框架子结构的低周往复加载试验，分析了此类子结构的滞回性能、刚度、延性、等效黏滞阻尼比，以及此类钢框架子结构侧向倒塌时的层间位移角、层间累积延性及累积耗能系数。研究表明：薄壁钢梁钢框架子结构试件的钢梁端部先屈曲后屈服，对应的层间最大位移角均值为3.5%，层间累积塑性位移角为45.5%，层间累积位移角延性比为43.3，层间累积塑性耗能系数为33.05；厚壁钢梁钢框架子结构试件在钢梁端部进入塑性后，其梁柱连接区域的焊缝断裂，对应的层间最大位移角均值为6.2%，层间累积塑性位移角为85.6%，层间累积位移角延性比为61.2，层间累积塑性耗能系数为72.66；厚壁钢梁钢框架子结构试件的钢梁端部形成理想塑性铰，对应的层间最大位移角可达7.2%，层间累积位移角为162.9%，层间累积位移角延性比为139.3，层间累积塑性耗能系数为117.58。
为研究钢框架-装配式混凝土抗侧力墙结构体系（SPW体系）的抗震性能，对2榀足尺钢框架预制钢筋混凝土抗侧力墙结构进行低周反复荷载作用下的试验，研究结构的破坏形态、滞回性能、延性及变形以及耗能性能等。试验结果表明：该结构体系为一种典型的双重抗侧力体系，加载过程呈现出明显的两阶段受力状态，抗侧力墙作为结构抗震的第一道防线，在加载前期承担主要的水平荷载，随着墙体退出工作，钢框架成为结构抗震的第二道防线；加载后期，由于抗侧力墙顶部连接发生破坏，钢框架承担所有的水平剪力和倾覆弯矩作用。
为研究预制混凝土剪力墙（PCSW）隔震结构的抗震性能，设计了1个1/4缩尺结构模型，通过改变边界条件形成两种结构，分别为PCSW隔震结构及非隔震结构，并对其进行振动台试验。通过对结构动力特性和地震反应的对比分析，研究了PCSW隔震结构的减震效果和耗能特性。结果表明：高阻尼隔震支座具有较小的水平刚度，降低了PCSW隔震结构的自振频率；高阻尼隔震支座具有良好的耗能性能，提高了PCSW隔震结构的阻尼比；随着输入峰值加速度的变化，PCSW隔震结构的频率和阻尼比具有良好的稳定性；PCSW隔震结构的加速度、层间位移、基底剪力隔震效果明显；在输入峰值加速度400gal时，顶层绝对加速度减震率达65%，顶层层间位移减小率达60%，基底剪力隔震率达48%；随着输入峰值加速度的增大，PCSW隔震结构的基底剪力隔震率呈增加趋势。
为研究预制混凝土空心模剪力墙上下层插筋连接的抗震性能，校验所取的搭接长度是否满足要求，对比不同的插筋形式，完成了4个预制混凝土空心模剪力墙试件的拟静力试验和2个试件的静力试验。试验结果表明：所有试件均为受弯破坏，承载力试验值与规范预测值的比值平均为1.31，试件极限位移角为1/85~1/55；试件根部水平滑移较小，对墙体整体抗震性能影响较小；由插筋及竖向分布筋的应变曲线、应变分布及试件整体抗震性能可知，采用的插筋连接及其搭接长度可以有效传递钢筋应力，满足抗震要求；采用双排插筋的试件抗震性能略好于采用单排插筋的试件。
通过对3个1/4缩尺、剪跨比为1.0的内置型钢桁架高强混凝土低剪力墙试件进行拟静力试验，研究其在低周反复荷载作用下的抗震性能。分析了不同暗柱型钢类型及暗支撑型钢配钢率对试件破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性以及侧向刚度退化的影响。采用有限元软件ABAQUS对试件进行数值模拟。结果表明：内置型钢桁架高强混凝土低剪力墙试件具有弯曲破坏的特征，试件的位移延性与普通高强混凝土低剪力墙相比有明显提高、后期侧向刚度退化曲线更加平缓，说明内置型钢桁架提高其抗震性能的有效性；暗柱型钢及暗支撑型钢配钢率对试件的受剪承载力影响不明显，但对位移延性以及滞回耗能影响显著，当暗支撑相同时，暗柱型钢配钢率提高，试件的受剪承载力有所提高；暗柱型钢相同时，暗支撑型钢配钢率提高能显著提高试件的位移延性和滞回耗能能力。ABAQUS数值模拟结果与试验结果吻合较好。
为研究安装有扇形铅黏弹性阻尼的现浇和预制混凝土框架梁柱组合体试件抗震性能的差异，对这两种梁柱组合体试件进行了低周反复加载试验，对比研究了两者的破坏模式、滞回耗能性能、承载能力、位移延性、承载力退化、节点核心区钢筋应变和受剪承载力。结果表明：扇形铅黏弹性阻尼器改变了预制试件的受力模式，使其梁端塑性铰外移，减缓和控制了节点核心区裂缝开展，保护了节点；减震试件的滞回曲线饱满，塑性变形能力强，刚度和承载力退化曲线也较为平缓，提高节点抗震能力；预制试件抗震性能与现浇试件基本相同，实现了阻尼器改善预制框架节点抗震性能目标。
为研究高温下混凝土短柱的持荷和端部轴向约束对受火后混凝土短柱抗震性能的影响，进行了10根受火1 h后混凝土短柱和2根未受火对比柱的拟静力试验，分析了轴向约束、持荷、轴压比和剪跨比等因素对受火后混凝土短柱的破坏形态、峰值荷载、延性和耗能的影响。结果表明：高温下未持荷短柱、高温下持荷短柱和高温下轴向约束短柱受火1 h后峰值荷载均显著降低，是未受火时的67.7%~75.3%。高温下初始轴压比为0.2时，高温下轴向约束短柱、高温下持荷短柱的高温后峰值荷载分别为高温下未持荷短柱的92.0%~99.9%、99.5%~102.2%。随着轴压比的增大，高温下轴向约束混凝土短柱的附加轴压力减小，高温后受剪承载力增大。当受火时间不超过1 h且轴压比不超过0.3时，受火后混凝土短柱的受剪承载力评定可不考虑高温下持荷和轴向约束的影响。
根据张弦结构的受力特点，假定张弦结构为两端受有集中力的弹性连续梁进行分析，得到撑杆失效后上弦截面内力的最大值，给出防止张弦结构发生上弦局部破坏和撑杆连续破坏的充分条件。分别以张弦桁架和张弦梁结构为研究对象，分析撑杆失效对张弦结构抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明：撑杆失效后索的应力变化很小，但撑杆失效导致相邻撑杆的内力增加均远大于原撑杆内力的50%，这一方面是因为相邻撑杆承担荷载增加，另一方面是由于动力放大效应，最终导致相邻撑杆的内力增加较多；上弦刚度越小，上弦对撑杆的依赖性越大，由于动力放大效应，撑杆失效的影响越明显。
初始几何缺陷的分布模式与大小对单层网壳的稳定性有较大影响。采用随机缺陷模态法，对K8型单层网壳进行了1 200例模型结构的弹塑性荷载-位移全过程分析。综合考虑结构的受力状态、初始几何缺陷对结构稳定的影响程度以及实际施工情况等因素，提出了初始几何缺陷最大值的合理取值。研究表明：随着初始几何缺陷最大值的不断增加，单层网壳结构受力状态由以薄膜内力为主逐渐向以弯曲内力为主转变，当初始几何缺陷最大值增大至跨度的1/300时，结构的受力状态不再以薄膜内力为主；若以轴向应力为主杆件的弯轴应力比统计均值不大于0.25，且其所占有效杆件的百分比统计均值不少于70%时，可认为结构的受力状态是以薄膜内力为主；当缺陷影响系数取0.5时，初始几何缺陷对结构稳定性能的影响显著；初始几何缺陷最大值取跨度的1/500较为合理。
针对索杆预张力结构施工中存在的杆件长度误差，基于随机理论建立符合正态分布的随机误差模型，推导了结构预张力偏差与索长偏差的基本关系，并根据数理统计方法得到随机预张力偏差的统计特性，得到各杆件长度误差敏感性评价方法。通过设计跨度为5 m的空腹索桁架结构模型，并在其上调整索杆长度来模拟施工过程中产生的长度误差。分析了引入误差后体系预张力变化及结合ANSYS软件数值分析来考察验证各杆件的误差敏感性。结果表明：预张力结构不同杆件具有不同长度误差敏感性。空腹索桁架结构中环索误差敏感性最明显，脊索、斜索次之，桅杆最弱；试验结果与理论分析基本一致，表明理论分析和模型设计加工的有效性和正确性。
基于对称学理论及其矩阵不可约表示，提出了对称型动不定体系的判定准则。首先，根据关联矩阵的不可约表示及舒尔正交关系，建立了用于描述结构对称属性的对称坐标系，将结构平衡矩阵转化为对角化分块矩阵。随后，根据独立分块矩阵的零空间与左零空间，以及各矩阵所关联的对称属性，得到结构机构位移模态、自应力模态的对称表示，并根据二者对称属性的阶次判定结构的可动性能。对满足“Maxwell准则”的经典动不定杆系结构进行了可动性判定，包括无位移约束对称杆系、环向对称型杆系及斜放四角锥平板网架等。分析结果表明：文中所述判定准则是合理有效的，有效弥补了Guest方法中存在的漏解、误判等缺陷，判定结论与已有文献所得分析结果一致；算例中所讨论的对称动不定杆系皆具有全对称的内部机构位移模态，属于可动结构。
超高层建筑施工周期长，结构的竖向变形累积是设计和施工中主要考虑因素之一，竖向构件的压缩变形通常由弹性、收缩和徐变变形引起。以上海中心大厦为工程背景，分析了CEB-FIP、ACI及PCA中建议的混凝土材料时变特性预测模型及适用性。根据实际施工进度建立上海中心大厦结构有限元分析模型，得到采用三种预测模型计算的施工全过程及结构封顶后的长期竖向变形，分析各预测模型计算的变形特点及其差别。根据实测温差计算温度变形，将竖向变形有限元分析结果与长期监测值进行对比。结果表明，采用CEB建议的材料预测模型，在考虑温度作用的情况下其竖向变形计算值与实测值大小、趋势及温度升降趋势均较为吻合，说明季节温差对竖向累积变形的影响较为明显。
为了研究高温后钢筋再生混凝土轴压短柱的受力性能，以再生粗骨料取代率、温度、最高温度持时、混凝土强度和箍筋间距为变化参数，设计40个试件（其中高温后试件32个、常温对比试件8个）进行静力加载试验。观察了高温后钢筋再生混凝土轴压短柱的破坏形态，获得了其承载力、刚度、位移延性系数和耗能等力学性能指标，并对不同变化参数试件的力学性能指标进行分析，探讨了高温后钢筋再生混凝土轴压短柱的承载力计算方法。研究结果表明：随着温度升高，钢筋再生混凝土柱的外观颜色逐渐由青灰色转变为灰白色，其质量烧失率逐渐增大，试件的承载力和初始刚度逐渐降低；再生粗骨料取代率的大小对高温后钢筋再生混凝土轴压短柱的承载力和初始刚度的影响不大；混凝土强度等级越高的试件，其遭受高温后的承载力和初始刚度也越大；最高温度持时和箍筋间距的变化对高温后钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能影响不大。
为研究钢管高强再生混凝土柱与钢管高强普通混凝土柱轴心受压性能的差异，进行了圆形和方形两种截面形状、高强普通和再生两种混凝土、方钢管内配置与不配置钢筋两种构造的5个钢管混凝土足尺试件轴压性能对比试验。通过试验，分析了混凝土种类、截面形状和配置钢筋对试件承载力、耗能及延性的影响。试验结果表明：钢管再生混凝土柱的损伤发展过程和破坏形态与钢管普通混凝土柱相似；在截面积、含钢率、材料强度相同的条件下，圆形截面试件较方形截面试件具有更高的承载能力和较好的变形能力；混凝土种类对方形截面试件轴心受力性能影响不大；方钢管内配置钢筋可加强对核心混凝土的约束作用，提高试件的承载力和变形性能。根据国内外相关规程对试件的轴压承载力进行了计算，引入尺寸效应影响系数，提出了方钢管混凝土柱承载力计算式，计算结果与试验结果符合较好。
为研究受海洋环境钢筋锈蚀后混凝土柱的抗火性能，设计了5根足尺寸钢筋混凝土轴压柱进行试验。采用通电加速氯离子迁移的方式使混凝土柱锈胀开裂以模拟海洋环境损伤，以锈胀裂缝宽度作为损伤指标，控制通电时间使各柱锈胀裂缝宽度分别达到0.05，0.10，0.15，0.20mm，并对各柱进行使用荷载下的四面受火试验。试验研究表明：在轴压比不变(本文中为0.2)的情况下，柱的裂缝宽度越大，其极限耐火时间越短；裂缝对试件截面经历的最高温度基本无影响；假定等温线与等温线间距正比例分布，基于此假设，对锈蚀钢筋混凝土柱高温下的轴心受压承载力进行计算，计算结果与试验实测值基本一致。
分析24片以剪切破坏为主的双钢板混凝土组合剪力墙的低周反复加载试验结果表明，剪切破坏以腹部混凝土斜压杆压碎或表面钢板拉断为破坏特征，无轴压力作用时，墙体腹部混凝土形成45°交叉斜裂缝，表面钢板发生45°剪切屈曲；轴压力可提高墙体的斜截面承载力；当剪跨比小于0.85时，随剪跨比减小，墙体受剪承载力增大，当剪跨比大于0.85时，剪跨比的变化对墙体受剪承载力影响不大。在此基础上，提出了该类组合剪力墙斜截面承载力计算的交叉斜杆模型，即当墙体达到极限状态时，钢板可视为45°分布式斜拉杆，混凝土可视为45°分布式斜压杆，拉压杆相互垂直。进而推导了组合剪力墙斜截面承载力的计算公式，并通过拟合试验结果，考虑轴压力对组合剪力墙斜截面承载力的影响。公式计算结果与试验结果吻合良好。
在室内环境中对8个混凝土圆柱体试件进行长达800余天收缩徐变测试，对比了混凝土、钢管混凝土、钢管膨胀混凝土圆柱体的收缩徐变时程规律，得到了钢管膨胀混凝土收缩徐变特性。试验结果表明：钢管膨胀混凝土收缩应变较小，受膨胀剂的影响，初期收缩变形基本为0；钢管膨胀混凝土徐变变形在100 d内变化较大，100 d后基本处于平稳状态，与未添加膨胀剂钢管混凝土徐变系数时变规律基本一致。在合理假设钢管混凝土徐变机理前提下，依据继效流动理论和多轴应力下徐变理论，提出钢管混凝土徐变系数终值估算方法；钢管膨胀混凝土徐变模型中徐变系数终值由可恢复的滞后弹性变形、不可恢复的初始急变塑性变形和不可恢复的黏性流变变形三部分函数分别求极值相加所得，同时结合钢管膨胀混凝土实测徐变的时变规律，提出钢管膨胀混凝土徐变系数简化计算模型，与试验结果相对比，该模型计算式简洁，预测结果较为准确。
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