ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
通过拟静力试验，研究由跨中部消能梁段和两端非消能梁段组成的可更换钢连梁的抗震性能和震后可更换能力。试验共包括4个连梁试件，采用4种不同的消能梁段与非消能梁段连接方式，分别为端板-抗剪键连接、拼接板连接、腹板-螺栓连接、腹板-结构胶连接。试验结果表明：采用端板-抗剪键连接时，连梁的塑性变形和损伤集中在消能梁段，连梁的极限塑性转角可达0.06 rad，具有稳定的滞回耗能能力；采用拼接板连接或腹板-螺栓连接时，消能梁段剪切屈服，连接处摩擦型高强螺栓有不同程度的滑移，连梁的极限塑性转角也可达0.06 rad；采用腹板-结构胶连接时，连接处结构胶开裂导致连梁脆性破坏。在连梁转角为0.02 rad加载后对消能梁段进行更换，采用端板-抗剪键连接的试件更换时间最短，而腹板-螺栓连接的试件能在更大的残余转角时更换。此外，消能梁段在较大塑性剪切变形时伴有轴向变形，导致连梁试件承受较大轴力，连梁的轴力影响需要进一步研究。
为研究空间效应对节点域滞回性能及稳定性的影响，设计了4个不同构造的空间H形梁柱节点试件，于柱端施加恒定轴向荷载，于柱弱轴平面梁端施加恒定反对称荷载，于柱强轴平面梁端施加反对称往复荷载。试验及分析结果表明：基于平面梁柱节点试验提出的考虑竖向连接板对提高节点域稳定性的推荐公式仍适用；柱弱轴平面不平衡弯矩通过竖向连接板及横向加劲肋传递至柱翼缘，当该荷载不致引起节点域周边构件过早屈服时，若传力路径连续，节点域不直接抵抗该荷载作用；在本试验的柱弱轴平面荷载应力水平下，构造设计合理的空间试件节点域的承载力、变形能力、稳定性、耗能能力均不低于相应的平面试件。
为研究酸性大气环境下钢材力学性能及钢框架节点抗震性能随锈蚀程度加剧的退化规律，分别对不同锈蚀程度的24个标准钢材材性试件、12个焊接梁柱节点试件进行了单向拉伸试验、低周往复加载试验。基于材性试验数据，建立了钢材屈服强度、抗拉强度、弹性模量和伸长率等基本力学性能指标与失重率之间的线性回归关系，分析了不同锈蚀率及加载制度对钢框架节点试件荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度和承载力退化、变形能力、滞回耗能等的影响，获得锈蚀钢框架节点试件承载力、刚度以及耗能能力随锈蚀程度加剧的退化规律。研究结果表明：锈蚀对钢框架节点的破坏形态有着显著影响，随着锈蚀程度的增加，钢框架节点试件的耗能能力逐渐减小，加载后期的承载力急剧下降，而且脆性断裂现象表现得愈发明显；随着水平位移幅值及循环次数的增加，钢框架节点试件的塑性变形累积、刚度与承载力退化明显；在相同锈蚀程度下，试件在变幅加载下的耗能能力最大，混合加载下的次之，等幅加载下的最小。研究成果可为在役钢框架结构地震易损性研究提供试验支撑。
为研究劲性支撑穹顶结构的施工方法及力学性能，设计了直径为6 m环向8等分的肋环型劲性支撑穹顶结构模型。采用中心场地拼装逐步张拉提升的施工方法，分别对有临时支撑和无临时支撑两种情况下结构的施工成形过程进行施工试验和监测，并对其进行施工成形分析；对8个方向、4个方向和2个方向的对称张拉方案进行研究；进行了满跨和半跨的静力加载试验，并与有限元分析结果进行对比。结果表明：提出的施工方法充分考虑了劲性支撑穹顶结构的特点，简单高效，可应用于实际工程；设临时支撑和不设临时支撑结构模型的杆件内力和节点坐标的有限元动力松弛（FEDR）法计算结果和试验值吻合较好；不同张拉方案试验值和FEDR法计算值相差均在7.8%以内，因此可依据实际工程的需要，选取适当的对称张拉方案；有限元分析结果与静力试验结果基本吻合。
根据索网结构特点，提出了串联拉索沿导索空中累积滑移安装方法，即将串联的结构索通过吊杆或倒链葫芦挂在导索下，利用牵引索将结构索由下至上沿导索累积牵引就位。该方法充分发挥了导索既导向又承重的作用，构成简单，施工措施费用低。牵引过程中存在包括悬垂拉索、机构大位移和在导索上的滚动滑移。其过程分析，基于非线性动力有限元分析法找形，根据导索单元组总无应力长度（原长）不变的原则，采用调整导索各单元原长的方法来模拟滑轮在导索上的移动，并提出了一致初应变、模型长度倍增、逐单元递推和逐单元递推倍增等4种策略且进行了对比，结果表明逐单元递推倍增策略具有更高分析效率。分别设定导索原长为主索原长、端点直线距离和中间值，通过对比指出了关键施工参数的变化规律，结果表明：导索线形在起始工况是最不利的，导索原长不宜过长且不应超过主索原长；导索和牵引索的索力变化受导索原长影响大，且较为敏感；合理的导索原长应介于主索原长和两端直线距离之间。
介绍了活性粉末混凝土的配制原则和技术，全面总结了活性粉末混凝土及其构件的力学性能、耐久性和耐高温性能。分析表明，钢筋在活性粉末混凝土中黏结锚固长度计算时，钢筋外形系数比在普通混凝土中的大；活性粉末混凝土梁弯曲开裂应变为705×10-6~864×10-6，大于普通混凝土梁的80×10-6~120×10-6；活性粉末混凝土梁受压边缘极限压应变4 100×10-6~5 500×10-6，高于普通混凝土梁的3 300×10-6；活性粉末混凝土梁截面抵抗矩塑性系数随纵向受拉钢筋配筋率的增加而增大；由于斜裂缝两侧无粗骨料相互咬合，活性粉末混凝土梁斜截面受剪承载力试验值较预估值低；活性粉末混凝土相对于普通混凝土具有较强的抗氯离子渗透性能、抗碳化性能、抗冻融性能和抗腐蚀性能；在活性粉末混凝土中合理掺加纤维可有效预防高温爆裂。扼要介绍了活性粉末试点工程，展示了其广阔的应用前景。
为研究两跨连续GFRP-混凝土空心组合板的受力性能，进行了2个连续组合板试件的静力加载试验。组合板分别采用环氧树脂胶及栓钉与下部工字钢支座进行连接。试验结果表明，试件最终破坏形态均为跨中截面处受压区混凝土压碎后，下部GFRP型材下翼缘断裂或侧壁屈曲破坏。采用环氧树脂胶连接的试件，边支座可以视为简支支座；采用栓钉连接的试件，边支座可以视为固定支座。随着负弯矩区混凝土的开裂及受拉钢筋的屈服，组合板均出现了明显的内力重分布现象。基于截面分析方法和等效刚度，提出了连续组合板受力全过程计算方法。计算结果表明，组合板的支座反力和截面弯矩试验值与理论值吻合较好，提出的方法可以有效地用于组合板的全过程受力分析。
为研究板肋形式对预制带肋底板混凝土叠合板受弯性能的影响，设计并制作2种不同板肋构造形式的预制带肋底板，即矩形肋底板与T形肋底板。对1块矩形肋底板叠合板、1块T形肋底板叠合板以及1块整浇板进行受弯性能静载对比试验，得到了其破坏形态、 荷载-跨中预应力筋应变曲线、荷载跨中板顶面混凝土压应变曲线以及荷载跨中挠度曲线，分析其破坏机理、变形特征以及裂缝分布规律。研究结果表明，3种不同板肋构造形式的试件在静力荷载作用下表现出相同的受力性能，增设板肋的叠合板能达到与整浇板相同的受弯能力。提出了预制带肋底板混凝土叠合板的开裂弯矩和极限弯矩计算式，计算值与试验值吻合较好。
提出采用高延性纤维混凝土改善型钢高强混凝土短梁的抗剪性能和变形能力，设计了6个高延性纤维混凝土梁（其中4个为型钢高延性混凝土短梁，2个为高延性混凝土短梁）试件和作为对比的3个混凝土梁（其中1个为型钢混凝土短梁，2个为普通混凝土短梁）试件，通过静力试验研究不同剪跨比高延性混凝土梁的破坏形态、受剪承载力和变形能力。试验结果表明：采用高延性纤维混凝土，可显著提高短梁的受剪承载力和变形能力，实现延性剪切破坏模式；发生挤压破坏的型钢高延性混凝土短梁，受剪承载力高、延性好，破坏以后仍具有较好的完整性；与型钢混凝土短梁相比，发生剪切黏结破坏的型钢高延性混凝土短梁损伤程度较小，试件破坏以后仍具有较高的剩余承载力。建立了型钢高延性混凝土短梁的受剪承载力计算式，计算结果与试验结果吻合较好。
针对钢筋混凝土框架在地震作用下因形成薄弱层而倒塌的情况，提出了一种摇摆填充墙-框架结构。该结构中，现浇混凝土墙板与周围梁柱组成刚性填充墙，墙体两侧框架柱与基础接触但不连接，允许柱底抬起以实现刚性填充墙摇摆。与传统外置附加摇摆墙-框架结构相比，该摇摆填充墙-框架结构能有效避免摇摆墙对建筑功能的影响，简化摇摆墙与框架之间的连接。采用静力弹塑性推覆分析，对比了摇摆填充墙-框架结构与普通框架结构的性能差异。分析结果表明，摇摆填充墙能提高结构的侧向承载力，改善框架的延性。摇摆填充墙使框架结构的剪力分布更加均匀，能够有效控制框架的变形模式，有利于实现材料性能的充分利用。
通过对6个1/2比例的装配式混凝土墙体试件进行竖向及水平荷载共同作用下的拟静力试验，分别研究不同布筋方式（均布、田字形、井字形）、竖向连接方式（焊接连接和座浆连接）、水平连接方式（马牙槎、T形槽和粗糙面）等关键参数对墙体抗震性能的影响，对比分析不同类型墙体的破坏特征及抗震性能指标。研究结果表明：因墙体底部竖向连接方式不同，仅纯座浆连接试件表现为弯曲破坏，焊接连接试件均发生弯剪破坏；井字形配筋墙体较其他类型配筋墙体，裂缝分布更均匀，滞回曲线更饱满，承载力、刚度略高，延性较好；预埋焊板不仅能有效传递钢筋竖向应力，同时使预埋焊板焊接墙体的抗剪切性能优于座浆连接墙体；现浇竖向边缘构件与预制墙板的水平连接整体性良好，马牙槎水平连接性能优于其他方式的水平连接。
提出了内置扩大正、斜向十字形截面型钢混凝土柱-工字钢型钢混凝土（SRC）梁节点的构造方式。通过对4个内置扩大正十字形和斜向十字形截面的型钢混凝土柱-SRC梁节点试件和1个内置普通十字形截面型钢混凝土柱-SRC梁节点试件的低周反复荷载试验，研究了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、剪切变形和钢材应变，分析了配钢形式、加载角度和构造措施（直接焊接、竖向隔板连接）对节点受力性能的影响，并在此基础上对节点核心区受剪承载力进行了计算。试验结果表明：上述两种新型截面型钢混凝土梁柱节点均发生节点区剪切破坏，达到极限状态时，节点区箍筋及型钢腹板应力均达到屈服强度，试件型钢及翼缘框内混凝土仍能承担较大荷载，并趋于稳定；新型SRC梁柱节点核心区剪力-剪切角滞回曲线饱满，无捏缩现象，其受剪承载力比相同破坏模式的普通型钢混凝土梁柱节点试件大；柱内采用斜向布置十字型钢以及梁柱正交时，节点试件的剪切承载力更大，所提出的两种构造措施对节点承载能力影响不大。
混凝土材料的变异性是造成钢筋混凝土结构非线性受力行为不可精确预测和不可准确控制的重要原因之一。考虑混凝土材料抗压强度的变异性，将具有确定性和高精度特征的拟蒙特卡洛法引入到钢筋混凝土框架结构的非线性静、动力分析中，结合增量变异性分析方法，定量分析了钢筋混凝土框架结构材料的变异性对构件和结构尺度非线性静、动力响应变异性的影响规律。研究结果表明：混凝土材料的变异性在构件尺度和结构尺度具有不同程度的衰减；混凝土材料的变异性在构件尺度呈现出复杂的随机演化特征，导致构件破坏模式和内力重分布路径的多样；在结构尺度，尤其是结构承载力和自振周期上具有相对的稳定性，这为结构整体失效模式的控制提供了可能。
为研究钢-竹界面黏结应力与滑移分布，设计了两种类型的界面：型钢与竹板仅通过胶黏剂粘贴的单纯胶结型界面以及在胶黏剂粘贴基础上用螺钉加强的复合胶结型界面，并进行6个钢-竹组合试件的推出试验，得到黏结界面的剪切承载力及外贴竹板的应变。通过力学分析推导出外贴竹板正应力二阶微分方程，结合边界条件与数据拟合解得外贴竹板正应力表达式，并建立了钢-竹界面剪应力与相对滑移计算式，在此基础上提出了短期荷载作用下的钢竹界面承载力计算方法。试验与理论分析结果表明：钢-竹界面剪切黏结性能良好，复合胶结型界面试件的破坏具有显著的延性特征；外贴竹板正应力试验值与拟合值吻合度高，以此为基础计算剪应力与相对滑移较为可靠；钢-竹界面剪应力与相对滑移分布具有两端大中间小的特征，且竹板受力端黏结界面的剪应力和滑移量明显大于黏结基体受力端黏结界面，剪应力最大值约为1.64 MPa；钢-竹界面剪切黏结承载力计算值与试验值吻合较好，其计算误差小于8%。
针对应县木塔的变形特征和“不落架修复”的工艺要求，提出了变形木构架内部顶-拉的复位方法，设计了逐次复位、一次整体复位以及超目标复位3种施工方案；以木塔严重变形的柱圈层为对象，通过缩尺模型试验，研究了竖向荷载对柱圈层复位的影响、顶-拉复位力系与柱圈层复位的变化规律以及柱圈层复位后的回弹性能。试验结果表明：榫卯节点间的摩阻性能和构件之间的牵连作用是影响柱圈层复位的重要因素；竖向荷载越大，柱圈层需要的复位力越大，但复位力卸除后柱圈层的回弹量较小；在相同的竖向荷载下，逐次复位对柱圈层的损伤较小，复位力卸除后柱圈层的回弹量也小。
为研究带耗能连接件的混合式植筋胶合木梁柱节点的抗震性能，对9组16个胶合木梁柱植筋节点试件进行单调与低周反复荷载试验研究。对混合式植筋节点的破坏形态、试验现象、受力性能、延性和耗能能力等进行分析，并将其与纯植筋节点进行对比。结果表明：混合式植筋节点与纯植筋节点承载力相差不大，弹性抗侧刚度相对稍低，但刚度退化要比纯植筋节点小；混合式植筋节点位移延性系数达到2.2~5.1，延性性能较好；与纯植筋节点相比，混合式植筋节点滞回环的捏拢效应相对较轻，且其残余变形显著减小，说明带耗能连接件的植筋节点具有较好的耗能能力和变形恢复特性。对比纯植筋节点，引入耗能连接件后，混合式植筋节点受力及抗震性能变化不大，但其承载力与刚度维持在较高水平且可控制。带整体式耗能连接件的J2、J3组试件的耗能能力和变形恢复能力较强，而带分离式耗能连接件J4组试件的耗能能力与变形恢复能力相对差些。
为研究榫卯节点接触面间的摩擦效应对榫卯节点减震耗能能力的影响，通过改变榫卯节点接触面间的摩擦系数，对3种古建筑中常用的透榫节点、燕尾榫、梁下有枋透榫节点模型进行低周反复荷载试验，并对基于摩擦特性的节点耗能能力的影响进行量化分析。研究结果表明：摩擦对3类节点的破坏形态、承载力及延性影响不大；透榫及梁下有枋透榫节点滞回曲线呈现出典型的反Z形，捏缩效应比较明显，且摩擦系数小的模型滞回环面积明显小于摩擦系数大的模型，燕尾榫节点滞回曲线较为饱满，未出现明显捏缩效应，摩擦系数改变对燕尾榫节点滞回环面积影响较小；摩擦对透榫及梁下有枋透榫节点初始刚度影响较大;透榫节点摩擦系数为0.38时的等效黏滞阻尼系数是摩擦系数为0.20时的2倍多，梁下有枋节点摩擦系数为0.38时的等效黏滞阻尼系数是摩擦系数为0.20时的1.4倍，摩擦对燕尾榫节点等效黏滞阻尼系数的影响主要体现在对节点耗能能力达到峰值的发挥速度上。
为探讨一种新型注浆螺纹桩的抗拔承载机理，进行了室内模型试验，用以研究等截面圆桩及不同螺纹间距的注浆成型螺纹桩的荷载-位移曲线和侧阻力的分布规律。采用三维有限元分析方法，探讨了桩周土的塑性行为。结果表明，与等截面圆桩相比，螺纹桩中螺纹与桩周土的相互咬合作用增大了桩侧摩阻力，其侧摩阻力的增幅自上而下近似为等值，使得螺纹桩抗拔承载力得以大幅度提高；抗拔承载力与桩体螺纹间距与桩径的比值（即距径比）密切相关；存在某一最优螺纹距径比，使得抗拔承载力最高。三维有限元分析结果表明，随距径比值增大，桩侧土体塑性区先不断增大后逐渐减小，距径比为1时塑性区范围最大，此时相邻螺纹间形成了贯通的破坏面。针对注浆螺纹抗拔桩提出了最优螺纹间距，可为该桩型的优化设计提供依据。
武汉鹦鹉洲长江大桥北锚碇采用特大圆形沉井，沉井立面尺寸为66 m×43 m，沉井的下沉控制和结构应力的监测是施工过程中的难点。在沉井施工过程中，在沉井侧壁的不同高度和第2节沉井底部分别安装了大量的侧壁土压力计和钢筋计，用于监测沉井下沉过程中侧壁土压力和沉井底部应力的变化；同时还使用空气幕助沉系统来克服沉井后期下沉的阻力。监测结果表明：沉井侧壁土压力随沉井的下沉逐渐增大，同时沉井的下沉速度降低，其底部结构的应力减小；沉井的最大拉应力与最大压应力均出现在其初次下沉过程中，在随后的两次下沉过程中沉井结构的应力分布较为均衡。由此可见，对沉井的第1次下沉进行结构应力监测和控制非常关键。
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