ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
在传统内环板节点的基础上，提出一种适用于大直径钢管混凝土柱的梁柱节点。为了避免内环板宽度过大造成混凝土浇筑困难、用钢量较大的问题，在内环板焊接拉结钢筋，既可以减小钢材用量又便于在钢管柱内设置钢筋笼。为避免与钢梁翼缘焊接处的钢管表面发生层状撕裂，局部加大梁端翼缘宽度，并通过分析合理确定梁端扩翼宽度与扩翼角度。采用非线性有限元软件，对节点构造与应力分布、变形性能的关系进行分析。通过对比分析得到梁端的刚域长度，并对刚域长度与框架梁抗弯刚度的关系进行研究。为了验证该类节点设计的合理性，进行钢管混凝土柱-H形钢梁缩尺模型试验。有限元分析与缩尺模型试验结果表明，节点拉结钢筋可以提高内环板传力的有效性，有效减小节点区柱壁应力，当梁端扩翼宽度为1.5倍梁翼缘宽度、扩翼角度为1∶6时，节点区柱壁应力明显低于H形钢梁的应力，满足“强节点弱构件”的抗震设计理念。节点刚度对钢管混凝土柱-H形钢梁框架结构的侧向刚度影响显著，当梁端刚域长度约为钢柱直径的0.4倍时，框架梁的抗弯刚度可增加40%以上。节点抗震性能良好，可以实现“强节点弱构件”的抗震设计理念。
为了研究海洋环境下锈胀裂缝对钢筋混凝土框架节点受火性能的影响，设计了5个配筋相同的足尺钢筋混凝土框架节点试件，以沿梁、柱箍筋方向裂缝宽度最大值为损伤指标，通过快速氯离子侵蚀试验模拟海洋环境下氯离子侵蚀，使4个试件产生不同宽度的锈胀裂缝，然后对4个已损伤框架节点试件以及未损伤的对比节点试件进行火灾试验。结果表明：通过快速氯离子侵蚀试验产生了横向裂缝，其位置与箍筋位置大致相同，其间距与箍筋间距大致相等；初始裂缝宽度对构件高温下的梁、柱端位移变化速率影响显著，锈胀裂缝越宽，构件高温下梁、柱端位移变化速率越快；裂缝的存在加快了热量的传输，导致截面温度场发生畸变；裂缝的存在也会提高钢筋和混凝土的升温速度，加快其力学性能退化，对构件高温下的承载力退化影响显著。
为研究活性粉末混凝土剪力墙的抗震性能，对3个高宽比分别为1.0、1.5和2.0的剪力墙进行拟静力试验，分析了高宽比变化对活性粉末混凝土剪力墙破坏形态、承载力、滞回曲线、延性、耗能能力和刚度退化的影响规律。结果表明：活性粉末混凝土剪力墙承载力高，破坏形态与普通混凝土和高性能混凝土剪力墙基本相似，但裂缝分布范围更广，裂缝数量更多、更密集，高宽比对其破坏形态影响较大，墙体高宽比从1.0增大至2.0，极限位移增大2.8倍，耗能量提高3.9倍，高宽比为2.0的剪力墙延性系数大于3。采用OpenSees程序，选用分层壳单元模型对试件受力性能进行了数值模拟和参数分析。分析表明：分层壳单元模型能够较准确地模拟活性粉末混凝土剪力墙的抗震性能，高宽比和轴压比对活性粉末混凝土剪力墙承载力及极限位移影响显著，暗柱纵筋配筋率对其承载力影响较大，墙面分布钢筋对其承载力和极限位移影响较小。
对4个剪跨比为2.11，竖向钢筋套筒挤压连接的预制钢筋混凝土剪力墙试件进行了拟静力试验。其中，3个试件为一字形截面剪力墙，轴压比分别为0.5、0.6和0.2；1个试件为T形截面剪力墙，轴压比为0.5。试验结果表明：剪力墙以压弯破坏为主，边缘构件竖向钢筋受拉屈服、墙底两端混凝土受压破坏；水平荷载位移滞回曲线有一定程度捏拢；一字形截面剪力墙及T形截面剪力墙翼缘端受压时极限位移角不小于1/80，T形截面剪力墙腹板端受压时极限位移角为1/110；对于偏心受压承载力试验值与GB 50010—2010规范公式计算值之比，一字形截面剪力墙约为1.20，T形截面剪力墙翼缘端受压和腹板端受压时分别为1.04和1.11；套筒挤压连接能有效传递钢筋拉、压荷载作用。竖向钢筋套筒挤压连接的预制钢筋混凝土剪力墙的抗震性能满足现行规范的要求。
对6个1/2比例焊接环式箍筋约束高强混凝土柱进行了低周反复加载试验，研究了轴压比和配箍率对柱变形性能和滞回特征的影响。通过试验结果的回归分析，以位移比、轴压比和配箍率等为主要参数，建立了卸载刚度和反复加载下的承载力退化率的计算式。在试验研究基础上，对滞回曲线特征进行了分析，并根据试验 P-Δ滞回曲线的特征，得到了柱恢复力模型。研究结果表明：采用由弹性、强化和承载力退化三阶段所组成的三折线型骨架曲线，可以反映焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的恢复力特性，该骨架曲线按试验实测数据统计回归分析法以及截面条带分析法确定，其强化段和承载力退化段均考虑了轴压比和配箍率的影响。在试验研究基础上，建立了焊接环式箍筋约束高强混凝土柱剪力-侧移恢复力模型。分析和试验结果表明：所建立的恢复力模型能较好地反映不同轴压比与配箍率对柱的滞回规律特性的影响,可用于该类柱的抗震性能分析。
为了解飞机撞击超高层建筑并引起油箱爆炸所致建筑坍塌的特征，使用基于颗粒流的PFC 3D分析程序对其撞击、爆炸及坍塌过程进行模拟。以核心筒-框架结构的超高层建筑为研究对象建立了飞机撞击模型，并引入三维爆炸模型。设计飞机撞击速度为900 km/h，撞击高度为建筑正面250 m和100 m处。对两种高度撞击后的建筑坍塌过程进行模拟，结果表明：两种坍塌都包含撞击和爆炸两种作用，直接撞击作用并不能造成建筑的坍塌，爆炸是建筑坍塌的直接原因。但两者坍塌至稳定的时间不同，撞击高度250 m所用时间为151.28 s，而撞击高度100 m所用时间为196.08s；最终残骸的分布不同，前者分布于撞击反方向，后者分布于四周；坍塌过程不同，前者为倒塌，后者为坐塌,即上部建筑结构重力作用导致下部结构坐塌破坏；最终坍塌结果不同，前者下部建筑结构完好，后者完全破坏。
通过有限的风洞试验数据，揭示雷诺数效应的发生、发展机理，关键在于找出能够有效表征雷诺数效应的特征参数。以经典圆柱模型为研究对象，在系列雷诺数效应风洞试验基础上，从边界层分离、转捩和旋涡脱落等方面，研究了表征雷诺数效应的气动参数及其数据识别方法。针对经典圆柱模型，采用压力系数时程和压力梯度提取有关边界层分离和流动转捩的物理信息。研究表明，在分离边界层转捩区间内分离点附近的压力系数时程会出现明显的阶跃现象，并伴有骤增的压力梯度值，可作为判定雷诺数转捩区间的辅助方法。为研究不同雷诺数下模型周围主导旋涡的作用特点，采用谱正交分解法(SPT)来识别旋涡作用及其对脉动风压场的能量贡献等，旨在对类似结构的雷诺数效应研究提供参考。
GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中未给出复杂体型且重要建筑物的风荷载局部体型系数，此类建筑物的风荷载需通过风洞试验确定。基于此，提出了基于风洞试验的围护构件设计风荷载计算方法，将规范中阵风系数与局部体型系数的乘积修改为局部体型系数与脉动风压系数极值之和的形式，称为风压系数极值。提出的围护构件设计风荷载计算方法不仅适用于迎风面围护构件设计风荷载的计算，也适用于气流分离区围护构件设计风荷载的计算。在脉动风压系数极值的计算中，考虑了气流分离区非正态风压时程的特性，采用非正态峰值因子的简化计算式，可简便确定非正态风压时程的峰值因子。以平屋盖围护构件设计风荷载的确定过程为例，对比了我国规范方法与文中方法的异同，提出了平屋盖围护构件风压系数极值的设计建议值。结果表明，采用文中提出的围护构件设计风荷载计算方法，基于风洞试验数据可确定气流分离区围护构件的设计风荷载，采用日本风荷载规范的屋盖风荷载分区方法是合理的；采用风洞试验得到的局部体型系数，套用GB 50009—2012规范方法确定气流分离区围护构件的设计风荷载，可能严重低估风荷载取值。
基于2616h的风场实测脉动风速数据，研究了风场的水平向风速空间相关函数，提出了湍流尺度内的相关函数模型。结果表明：空间相关性的强弱与风向角、空间间距和平均风速密切相关。对不同风向角、空间间距和平均风速的空间相关函数曲线进行最小二乘法非线性拟合，确定了各曲线的衰减指数，纵向衰减指数与纵向空间间距和平均风速之比的1/2次方成正比，横向衰减指数与横向空间间距平方和平均风速之比成正比。在此基础上，建立了纵向、横向和混合向空间相关函数模型，并与现有的模型进行了对比。在湍流尺度内，Davenport模型计算值明显高估于实际风场的水平空间相关函数值，Schlez模型和Irwin模型计算值均大于实际风场的横向空间相关函数值，而文中提出的模型计算值与实际风场的水平空间相关函数值吻合较好，能有效预测脉动风速的水平空间相关性。
为了解我国东南沿海台风登陆过程近地面风场脉动特性，在浙江东海塘观测塔(120m高)实测了3次强台风（海棠（Haitang 0505）、麦莎（Matsa 0509）和卡努（Khanun 0515））登陆时段距地面不同高度处的脉动风速，分析了其顺风向紊流度和阵风因子。结果表明：近程台风登陆前，10m高度处顺风向紊流度和阵风因子与其他高度处的取值差异明显，而近程台风登陆后与远程台风登陆全过程的不同高度处顺风向紊流度和阵风因子差异较小，紊流度和阵风因子均随高度增加而逐渐减小；在A类场地下，近地面20m高度内顺风向紊流度以及40m高度内顺风向阵风因子的实测结果大于JTG/T D6001—2004《公路桥梁抗风设计规范》取值，20m高度以上顺风向紊流度以及40m高度以上顺风向阵风因子的实测结果小于该规范取值，紊流度和阵风因子之间存在线性关系。基于概率统计算法的计算结果显示离地面不同高度的顺风向紊流度和阵风因子均服从极值Ⅱ型分布，采用基于概率统计的台风多发区紊流度、阵风因子取值较直接采用统计数据均值用于抗风设计更安全、可靠。
对矢跨比分别为1/4、1/6、1/8的3个拱形屋面进行了同步测压风洞试验，分析风荷载和结构参数对平面拱形桁架风振响应和等效静风荷载的影响规律。风洞试验结果表明， 0°风向时，高矢跨比屋面的最大负压幅值出现在屋顶，而低矢跨比的出现在迎风前缘。从方便工程应用的角度，采用简化振型函数表达针对结构多个位移和杆件应力响应的多目标等效静风荷载。在工程常用范围内，分析结构矢跨比、跨度、屋面质量、设计风速和风向等参数对中部和端部平面拱形桁架多目标等效静风荷载的影响，得到可用于指导该类结构抗风设计的等效静风荷载风压系数建议值，且经校核，在该等效静风荷载作用下的结构响应与实际动力响应极值吻合较好。
高层建筑大底盘基础结构的荷载、刚度分布不均匀，由差异变形引起的基础结构内力分析工况非常复杂，其内力和变形分析应通过上部结构、基础和地基共同作用分析得到。采用通过模型试验及工程测试结果验证的分析方法研究大底盘基础结构荷载传递特征；对基础结构底板的弯曲、剪切、冲切验算结果进行分析，提出大底盘基础结构设计的控制要素。研究表明：大底盘基础结构由于基础结构外挑，基础整体刚度减弱，使得基础沉降以及地基反力的分布形态与单体结构的有较大区别，应控制主体结构的整体挠度及主裙楼结构的沉降差；地基反力分布呈“盆形”，主体结构核心筒部位的基底反力小于主体结构的平均基底反力值；核心筒部位的结构荷载向主体结构边端柱转移；主裙楼结构相邻处的基础底板弯矩较大；满足冲、剪验算要求的无裙房与无附属建筑的单体建筑筏板基础刚度由核心筒部位的筏板冲、剪控制，而大底盘基础的核心筒、主体结构的外框柱部位的筏板刚度均应加以控制。
近海及海洋工程结构的混凝土在服役过程中不仅会经受环境作用(如氯盐侵蚀)，还会承受包括风、车辆、波浪荷载甚至地震作用等。荷载作用不仅会改变混凝土中微/细观结构形式，甚至产生新的裂纹，改变氯离子的渗透扩散途径，从而影响混凝土的渗透扩散特性。从低荷载水平和高荷载水平两个方面，分别综述了荷载对混凝土中氯离子渗透及扩散性能影响的试验研究、理论分析及数值分析角度的研究进展，发现已有研究工作特点为：试验研究多，理论研究少；饱和混凝土研究多，非饱和混凝土研究少；宏观模型研究多，微/细观非均质模型研究少。建议今后进行复杂环境、复杂应力状态下的试验研究，建立高/低水平荷载对氯离子扩散行为影响的统一理论及数值模型，实现荷载-环境耦合作用下的多场多尺度分析。
现行规范的混凝土结构耐久性设计方法难以定量分析结构几何参数、环境作用等级、材料性能衰退等因素对结构服役寿命的影响。为此，针对氯化物腐蚀环境，提出了混凝土结构的耐久性控制区，并建立了混凝土结构耐久性设计参数的定量分析方法。首先基于混凝土中氯离子扩散补偿理论和结构几何外形建立混凝土结构的耐久性控制区模型；然后结合Fick第二定律，建立不同扩散维数下混凝土结构的耐久性定量分析模型，据此合理选取耐久性设计参数，并通过定量分析确定其取值。最后结合工程实例和设计规范对比验证了文中方法的有效性和适用性。研究表明，所提方法能够综合考虑混凝土结构几何外形及尺寸、环境作用等级、初始暴露龄期和材料性能衰退等因素对混凝土结构服役寿命的影响，可以有效克服现行规范耐久性设计方法中设计参数重复设置，不能有效反映材料性能衰退和结构几何外形的影响等不足。
对超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）进行单轴压缩疲劳试验，研究其压缩疲劳寿命、疲劳变形特征、纤维破坏形态以及疲劳寿命方程。结果表明：在单轴压缩疲劳荷载作用下，UHTCC材料的三阶段变形特征与普通混凝土以及钢纤维混凝土类似，所不同的是，该材料在疲劳荷载作用下的变形明显大于其静载包络线，具有更优异的变形能力，在疲劳破坏时呈现更显著的延性特征；疲劳破坏后，疲劳破坏面上的纤维受到严重挤压，其形态不同于纤维初始形态以及单调荷载作用下纤维的破坏形态。UHTCC材料的压缩疲劳寿命服从威布尔分布，p-S-N双对数方程可根据威布尔参数拟合得到。该研究结果可为UHTCC材料的工程应用提供参考。
针对工程中常用的铝合金板件环槽铆钉搭接连接，进行了受剪性能的静力试验。通过拉伸试验测得铝板用6061-T6铝材和铆钉用304HC不锈钢材的物理参数，测定了环槽铆钉的预紧力。试验中获得了12个单铆钉搭接连接试件的荷载-位移曲线和极限荷载，分析了其破坏模式及铆钉孔径、端距、边距等参数的影响。结果表明：试件的破坏形式有环槽铆钉剪切破坏、板件顶端纵向撕裂破坏与侧边横向撕裂破坏3种，控制铆钉孔端、边距尺寸能避免后两种破坏；环槽铆钉预紧力在板件间产生的摩擦力有限，因此该搭接连接应属于承压型连接；铆钉与孔壁间的间隙最终会因板件间的相对滑移而致密，故过大的铆钉孔径将造成大的残余变形，但对承载力的影响有限；剪力作用下节点的荷载-位移曲线早期有较明显弹性段，可取其弹性段的末端荷载值作为受剪承载力设计值，极限荷载和该承载力设计值的比值约为2.3。
为研究单层索网点支式玻璃幕墙中点支式单片、中空和夹胶钢化玻璃在火灾下的破裂过程，分别对点支式单片、中空和夹胶等3组开孔钢化玻璃进行了相同火灾条件下的负载试验研究。重点考察试验过程中玻璃位移随温度的发展情况、玻璃的破坏模式和破坏时间，以及其破裂过程等。通过将试验数据与相同类型的不开孔玻璃进行对比，研究了角部开孔对钢化玻璃在火灾下受力性能和破裂过程的影响。结果表明：火灾下，玻璃由于受热膨胀不均匀在表面产生的拉应力是其破坏的主要原因；玻璃面板承受的均布荷载将在玻璃内部产生荷载应力，并导致其面外变形增大；玻璃开孔，使其在四角点孔洞边缘形成大量微裂纹，造成玻璃面板孔边材料强度下降和应力集中，加剧了玻璃的破坏；点支式玻璃面板的固定支座约束限制了四边变形，加快了其中心点位移的增长。
京公网安备 11010802041942号 网络出版服务许可证（署）网出证（京）字第373号 技术支持：