ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
对10个矩形钢管混凝土中短柱试件进行弯-剪性能试验研究，考察跨高比、轴压比对其破坏模式、破坏界限、承载力的影响。试验结果表明：对两端作用等值反向弯矩的试件，跨高比为1时发生剪切破坏，跨高比为2时发生剪-弯破坏，跨高比为3时发生弯-剪破坏，跨高比不小于4则发生弯曲破坏；轴压比小于0.36时不会改变试件的破坏模式，但对承载力有一定影响；弯曲、弯-剪破坏的试件钢管翼缘出现鼓曲或拉裂，剪切、剪-弯破坏的试件出现斜压杆效应。基于斜压杆机制提出矩形钢管混凝土中短柱构件受剪承载力计算式，计算结果与试验实测值吻合良好。
为研究空间钢桁架-伞撑空冷支架结构体系的抗震性能，选取轴对称原型结构的1/4，制作1/8缩尺比的试验模型，进行拟动力试验与拟静力试验，分析结构的裂缝开展过程、刚度退化、滞回曲线、骨架曲线以及滞回耗能。采用ABAQUS有限元分析软件对试验模型结构进行非线性地震响应分析，将计算得到的结构位移反应时程曲线及包络曲线与试验结果进行对比，验证了建模方法的合理性。建立原型结构的有限元分析模型，分析结构在不同强度地震作用下的基底剪力时程曲线、位移反应包络曲线以及管柱的损伤演化过程。试验与有限元分析结果表明：空间钢桁架-伞撑空冷支架结构的刚度退化较为缓慢，且在罕遇地震作用下具有较大的剩余刚度；滞回曲线比较饱满，在罕遇地震作用下滞回耗能相对于设防地震作用增幅较大，结构耗能能力较强；骨架曲线比较平缓，无明显拐点，结构在屈服后荷载无明显下降；位移角及结构损伤演化分析表明其变形能力较强,能够满足高烈度地区百万千瓦机组火电厂的抗震设防需求。
为研究带约束拉杆方形截面钢管混凝土短柱的抗震性能，进行了2个不带约束拉杆和8个带约束拉杆方形截面钢管混凝土短柱试件的拟静力试验。试件的主要变化参数为轴压比和约束拉杆间距。研究结果表明：钢管板件宽厚比为33.3、构件剪跨比为3的方形截面钢管混凝土短柱的滞回曲线饱满，没有明显的捏缩；带约束拉杆试件的承载能力、极限变形能力及耗能能力均优于不带约束拉杆试件；轴压比由0.2增加到0.6，试件的极限变形能力降低，但耗能能力有所提高；约束拉杆纵向和水平间距同时从100mm减小到50mm，可明显提高试件的承载能力、极限变形能力和刚度，减缓承载力退化和刚度退化，改善柱的抗震性能；减小约束拉杆纵向间距对提高试件耗能能力和承载力有明显作用，减小约束拉杆水平间距对提高极限变形能力有一定的影响。
进行了1片钢筋混凝土剪力墙和3片预制混凝土空心模剪力墙的拟静力试验，研究了预制混凝土空心模剪力墙的受弯性能和水平接缝的性能。结果表明，空心模剪力墙的破坏过程和破坏形态与钢筋混凝土剪力墙相似，受弯承载力基本相当；空心模剪力墙位移延性系数为6.26~7.71，破坏位移角为1/71~1/53，具有良好的变形能力。空心模剪力墙底部水平接缝处的滑移小于钢筋混凝土剪力墙，在总水平位移中所占比例小于10%，水平接缝构造合理，能够保证竖向装配单元间的有效连接，可用于实际工程。提高约束边缘纵筋配筋率和轴压比可提高空心模剪力墙的受弯承载力及刚度，改善水平接缝抵抗滑移的性能。
完成12个钢筋混凝土板柱节点试件冲切破坏试验，通过改变剪跨比、纵筋配筋率和整体性钢筋布置方式，以期得到能够提高冲切破坏后承载力、避免连续倒塌的构造措施。试验结果表明，纵筋配筋率对承载力影响并不明显，纵筋较早发生锚固失效，对冲切破坏后承载力的贡献非常有限。整体性钢筋能够有效提高残余承载力和冲切破坏后承载力，剪跨比越大效果越明显。在大挠度情况下，整体性钢筋成为冲切锥体和剩余板的唯一连接，依靠整体性钢筋轴力的竖向分量和大挠度形成的力矩来抵抗外部竖向荷载的作用，试件破坏由整体性钢筋断裂或锚固失效控制，通过布置足量的整体性钢筋、提高混凝土强度以及增大钢筋保护层厚度等措施，可进一步提高冲切破坏后承载力。采用规范公式对试件冲切承载力和冲切破坏后承载力进行预测并与试验结果对比表明，预测值相比试验值偏差较大。最后给出了冲切破坏后承载力的建议计算式和构造措施，为我国相关规范的编写提供参考。
提出外套方钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土方形截面柱的复合加固方法。通过对8根加固柱试件（其中1根为增大截面法加固钢筋混凝土方形截面柱试件、7根为复合加固法加固钢筋混凝土方形截面柱试件）和2根未加固钢筋混凝土方形截面柱试件进行轴心受压试验，研究不同加固方法、钢管壁厚、后浇自密实混凝土强度和加载方式对加固柱力学性能的影响。结果表明：采用外套方钢管自密实混凝土复合加固法能显著提高原柱的承载力和延性；在用钢量基本相同的情况下，复合加固柱试件的承载力和延性均高于增大截面法加固柱试件；随着钢管壁厚的增大，复合加固柱试件的承载力和延性都显著增大；随着后浇混凝土强度的提高，复合加固柱试件的承载力有所增大，但延性显著下降；采用钢管与混凝土全截面受压加载方式的复合加固柱试件的延性和承载力略小于仅混凝土受压加载方式和上端仅混凝土受压、下端全截面受压加载方式的复合加固柱试件。在试验研究的基础上，建立了外套方钢管自密实混凝土复合加固钢筋混凝土方形截面短柱轴压承载力计算式，计算结果与试验结果吻合良好。
通过纤维增强复合材料（FRP）布加固钢筋混凝土单向板的受弯性能试验，研究了FRP布种类、层数、宽度、粘贴方式和锚固措施等因素对加固效果的影响。结果表明：在板底粘贴CFRP布和高强GFRP布均可明显提高钢筋混凝土单向板的受弯承载力和纵筋屈服后刚度。当采用横向粘贴1层U形CFRP布条作为端部锚固措施时，所有加固单向板试件的破坏模式均为跨中弯曲裂缝引起的剥离破坏。当FRP布宽度和层数相同时，采用CFRP布加固效果优于高强GFRP布加固。与对比试件相比，FRP布加固钢筋混凝土单向板试件的位移延性略有降低。高强GFRP布加固钢筋混凝土单向板的位移延性优于CFRP布加固钢筋混凝土单向板。FRP布的粘贴方式对FRP加固钢筋混凝土单向板的位移延性也有影响，单层FRP布加固单向板试件的延性较好。通过对试验结果的分析，提出了FRP布加固钢筋混凝土单向板构件受弯破坏模式的判别方法，验证了已有文献和GB 50608—2010《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中给出的跨中弯曲裂缝引起的FRP剥离应变计算公式对FRP布加固混凝土单向板的适用性，建立了FRP布加固钢筋混凝土单向板受弯承载力计算方法。
利用刚性模型测压试验的方法，在低湍流度的均匀流场中测量了4种圆角处理（即圆角半径与模型迎风面厚度之比（圆角率）分别为0、5%、10%和15%）的截面宽厚比（截面顺风向宽度与迎风面厚度之比）分别为2、3和4的二维矩形柱体模型的表面风压，试验雷诺数为3.4×105。研究了圆角处理对3种截面宽厚比模型表面的3个典型测点的风压系数功率谱密度的影响，并分析了每种截面宽厚比模型的侧面风压分布及其风压相关性随圆角率的变化规律。研究表明：当圆角率为0和5%时，截面宽厚比为2的模型侧面不会出现气流再附现象，而当圆角率为10%和15%时，气流会再附于截面宽厚比为2的模型的侧面；圆角处理主要影响截面宽厚比为3和4的模型侧面的气流再附区的风压分布，而侧面气流分离区的负压绝对值基本不变；3种截面宽厚比的模型中，圆角处理对截面宽厚比为2的模型的侧面风压相关性影响最大。
通过风洞试验对3种典型山体地貌下低矮房屋的风压分布规律进行研究，并与无周边干扰的低矮房屋风压分布进行对比，讨论了低矮房屋在0°风向角下，随山坡与建筑间距变化时，平均风压系数、体型系数的变化规律，进而分析了低矮房屋在0°~90°风向角下平均风压系数的变化趋势。结果表明：当房屋后方有山坡时，建筑迎风面、背风面、侧面和屋面所受风压均为正压；随着房屋与山坡间距的增大，迎风面所受正压总体先减小后增大，侧面与背风面所受正压总体减小，屋面边缘处开始出现负压且绝对值逐渐增大；接近无周边干扰时，建筑表面风压变化显著，其迎风面正压继续增大，而背风面、侧面和屋面所受风压变为负压。从体型系数上看，背风面受山体的影响最为明显，而迎风面受山体的影响较小。迎风屋檐、左侧面左边缘处、右侧面右边缘处及迎风面中线、背风屋面中线、背风面中线处可能产生相对其他部位更大的风压，在设计时应考虑这些较高的局部风压而引入局部风压系数，以避免房屋的局部破坏。在受山体环境影响时，不同风向角下的平均风压系数与无周边影响时相差较大，当风向角为0°且无周边干扰时，迎风屋面的平均风压系数出现负压极值-1.15，在进行低矮房屋设计时，应考虑受山体环境影响时低矮房屋的最不利风向角。
风洞试验与数值模拟是研究积雪漂移的两种主要方法，输入风速则是其中一项重要参数，其取值大小对积雪漂移量计算至关重要。为研究该输入风速的估算方法，采用黑龙江省各气象台站1981—2010年间的年最大积雪深度及其发生日的当日最大风速（伴随风速），以及部分台站的年最大风速资料，对年最大积雪深度与年最大风速最可能发生的月份进行了统计，并考察了年最大积雪深度与其伴随风速之间的相关性。以此为基础，提出可采用伴随风速的均值作为积雪漂移研究中的输入风速，并据此对黑龙江省各地区的输入风速进行了估算，估算结果表明，输入风速大约仅为当年最大风速的0.45倍。当不能获取当地风速数据时，建议可采用当地基本风速的0.45倍作为积雪漂移风洞试验与数值模拟中的输入风速。
进行了6个国产6063-T5铝合金试样拉伸试验，测得其应力-应变关系曲线，并与Ramberg-Osgood模型进行了对比。结果表明，Ramberg-Osgood模型可较准确描述国产6063-T5铝合金材料的力学性能。通过对4种截面类型共10根闭口加劲薄壁国产6063-T5铝合金试件进行轴压试验，获得了各试件荷载-轴向位移曲线、荷载-板件平面外变形曲线以及荷载-应变曲线，得到其承载力和破坏形态。结果表明，各试件均发生局部屈曲与塑性屈服耦合破坏。采用有限元分析方法对试件进行模拟，模拟结果与试验结果的对比表明，所建立的有限元模型可以较准确预测铝合金试件的承载力和破坏形态。采用现行美国、欧洲、中国的铝合金结构设计规范、美国冷弯薄壁钢结构设计规范及直接强度法对所研究试件的承载力进行计算，计算结果与试验结果的对比表明，各规范设计方法基本适用于闭口加劲薄壁铝合金轴压构件局部屈曲设计。直接强度法计算结果与实测承载力比值约为1.20，表明目前直接强度法高估了闭口加劲薄壁截面铝合金轴压构件承载力，因此需对其修正才可用于该类闭口加劲薄壁截面铝合金轴压构件的承载分析。
考虑初始缺陷对翼缘弹塑性屈曲荷载的影响，设计了3组翼缘宽厚比不同的试件，对其进行承载力试验。结果表明：翼缘的初始缺陷显著降低了波纹腹板梁翼缘的弹塑性屈曲荷载。将3组试件极限荷载的有限元分析结果与试验结果进行对比。有限元分析结果表明，满足弹性设计公式的试件分别考虑翼缘初始几何缺陷、残余应力将降低弹塑性屈曲应力，降幅约28%、14%。综合试验及有限元分析结果，考虑初始几何缺陷、残余应力对翼缘弹塑性屈曲应力的影响，对弹性设计公式中的弹性模量取折减系数0.62，得到可供工程设计参考的翼缘宽厚比限值计算式，并给出了该计算式的适用范围，认为波纹腹板梁翼缘钢板的局部平面度偏差限值可放宽至2mm。
为了研究双相型不锈钢材料轴心受压构件的整体稳定性能，对11根EN 1.4462双相型不锈钢焊接工字形截面柱试件进行了轴心受压试验研究。根据试验前测量得到的试件几何初弯曲和试验过程中量测得到的荷载初始偏心，分析了该类型构件的失稳模态和整体稳定承载力，并将试验数据计算结果与采用现行欧洲钢结构设计规范EN 1993-1-4和GB 50017—2003《钢结构设计规范》的计算结果进行了对比。结果表明:所有试件均呈现整体失稳，其中5根试件为强轴失稳模式，6根试件为弱轴失稳模式，未发生板件的局部屈曲，部分绕强轴失稳的试件发生了扭转现象；长细比较大的构件易发生弹性失稳，长细比较小的构件易发生弹塑性失稳；试验数据高于欧洲钢结构规范计算结果，欧洲规范的设计曲线较为保守；试验结果整体低于GB 50017—2003规范的设计曲线，该规范不再适用于不锈钢构件的稳定承载力计算。
高层隔震结构动力弹塑性时程分析地震记录选择是隔震结构地震响应分析的关键，针对地震记录选取提出基于模糊聚类算法结合地震动强度指标进行地震波子集选取的波谱分类法。首先采用动力弹塑性时程方法对隔震结构的等效单自由度简化模型和三维空间模型进行了地震加速度峰值、地震波速度峰值、地震波位移峰值、地震波速度峰值与加速度峰值之比、加速度反应谱、等效速度反应谱6类地震动强度指标与工程需求参数相关性的比较研究，确定了适合隔震结构的有效地震动强度指标。隔震整体结构工程需求参数包含上部结构层间变形、顶层加速度和隔震层位移响应。其后采用构造的地震动指标矩阵应用于地震波样本属性的表征，并基于模糊聚类算法对地震波样本进行了分类。以某15层高层钢框架-混凝土核心筒隔震结构为例，通过将未分类的地震波集合与分类地震波子集作用下结构的地震响应离散性对比研究，确认了波谱分类法在地震动筛选应用中的有效性。
采用ABAQUS有限元软件，对按GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》设计的342个锈蚀钢筋混凝土柱进行有限元分析，研究钢筋的锈蚀率、轴压比、剪跨比、配箍率和纵向钢筋配筋率等参数对钢筋混凝土柱变形性能的影响。结果表明：当钢筋的锈蚀率较小时，构件的变形性能受锈蚀率影响不大；当钢筋的锈蚀率达到10%以后，构件的破坏形态发生改变，变形能力急剧退化;随着轴压比的增大，构件的变形能力降低;轴压比较小的构件变形性能受剪跨比影响比轴压比较大的构件明显；随着配箍率和纵向钢筋配筋率的增大，构件的变形能力有所提高；提出了锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能等级和性能界限状态的划分方法，以塑性转角作为变形性能指标，对数值计算结果进行统计分析，得到了锈蚀钢筋混凝土柱各性能界限点的塑性转角统计特征值。研究成果可为钢筋混凝土结构全寿命的性能化抗震设计和抗震性能评估提供参考。
通过8个箍筋约束纤维增强混凝土(FRC)棱柱体轴心受压试验，研究了箍筋约束作用对FRC轴压承载力的影响。结果表明：箍筋配箍率较高、箍筋间距较小、形式较合理的约束FRC试件，具有较好的约束效果，其轴心受压应力-应变曲线的下降段也较为平缓，箍筋在配箍率较高、试件达到最大荷载时才会屈服。基于试验数据和理论分析，提出了约束FRC的峰值应力及其对应应变的计算式，给出了箍筋约束FRC的应力-应变本构方程。峰值应力及其对应应变的计算值与试验值，理论曲线与试验曲线均吻合较好。
基于内贴应变片的钢筋与钢纤维混凝土局部黏结试件的拉拔试验，研究钢筋与不同强度钢纤维混凝土的黏结性能。通过对实测钢筋应变的分析，建立了以三次多项式表达的黏结应力分布函数，得到了各级荷载作用下钢筋与钢纤维混凝土黏结应力和相对滑移沿黏结区段的分布，进一步分析了钢纤维和混凝土强度对黏结性能的影响。结果表明，随钢纤维的体积率和混凝土强度的增大，黏结试件加载端附近的黏结应力提高，黏结应力极值总体向加载端靠拢；同时，加载端与自由端的滑移减小。最后，提出了能够较好反映钢筋与钢纤维混凝土受力过程的黏结-滑移关系模型。
为研究装配式钢筋混凝土框架结构柱纵向钢筋与基础的黏结性能，针对预埋波纹套管中的钢筋与高强浇筑料黏结锚固，进行了16组共计48个试件的抗拔试验。研究了波纹套管直径D、钢筋直径d、波纹套管直径D与钢筋直径d的比值D/d、钢筋锚固长度la等因素对钢筋锚固性能的影响。试验结果表明：所有试件的钢筋均能受拉屈服，在钢筋受拉屈服前没有发生波纹套管被拔出或破坏的情况；当（D/d）la>20d时，受拉钢筋应力能达其抗拉强度fu。在实际工程中，建议D/d取2~3，当D/d=2时，钢筋锚固长度la=15d；当D/d=3时，钢筋锚固长度la=10d；当D/d为中间值时，钢筋锚固长度在15d和10d之间线性插值。
采用自攻螺钉对胶合木梁柱节点进行横纹加强可有效传递木材的横纹拉应力和顺纹剪应力，从而延缓木材开裂、提高节点性能。为了研究自攻螺钉的布置间距、直径和个数等参数对加强节点受力性能的影响，对4组采用不同布置间距、直径和个数的自攻螺钉加强胶合木螺栓连接梁柱节点进行单调和低周往复加载试验，得到各组节点的刚度、延性、承载力、破坏模式和抗震性能。结果表明：自攻螺钉个数增加、直径增大，节点的承载力、破坏转角、延性系数以及节点总耗能增大；自攻螺钉布置间距的变化对节点在单调荷载作用下的承载力和延性系数无明显影响；而节点在往复荷载作用下时，随着自攻螺钉布置间距的减小，节点承载力和总耗能降低。
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