ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
通过对附加轨道型非线性能量阱的5层钢框架进行振动台试验，考察了该装置对建筑结构振动控制的效果。试验结果表明：使用相对于主体结构总体质量比很小(2%)的轨道型非线性能量阱可以减小主体结构在地震作用下的顶层位移、位移均方根和加速度响应；试验中非线性能量阱安装于试验框架的顶层，顶层位移与绝对加速度的响应与框架固有频率和地震波频谱特征有关，从而使其振动控制效果受地震波的频谱特征影响较为明显；在框架动力响应的频域分析中，非线性能量阱表现出宽频控制的特点。试验中非线性能量阱的小车滑轮分别采用钢轮与橡胶轮，对比分析表明，不同非线性能量阱本身的阻尼对振动控制效果有着较大的影响。
动静力混合分析是评价和预测结构震后破损状态的方法之一，由动力分析转向静力分析时，需要对结构的动力状态进行静态化处理，消除外部动力作用、阻尼力、惯性力及恢复力，保留退化后的刚度、已有变形和各种损伤。在现有动静力混合分析方法基础上，提出将地震动记录终止点置零、增加自由振动段消除阻尼力和惯性力、施加等效荷载消除恢复力三项改进措施，自由振动段采用有阻尼的自由振动方法估算持时，等效荷载输入时调整动、静力数据格式和分析步长，基于CANNY程序通过编程来实现上述过程。所提方法可用于结构震后破损评价、震后鉴定与加固、试验模拟、性能化设计及健康监测等领域，其评价标准建议考虑性能目标及结构部位的不同。最后，以一实际震后结构为例，探讨了改进方法在实际工程中应用的可行性，其分析和评价结果与实际吻合。
对不规则结构进行基础隔震时，在地震作用下会在隔震层的局部位置产生较大拉力，橡胶隔震支座易受拉破坏进而影响结构安全性。而采用抗拉限位装置可有效解决隔震层抗拉问题，但相关规范对此未提出相应设计方法及安全性能设计指标。结合已建成的成都博物馆基础隔震工程，通过橡胶隔震支座竖向拉伸及剪拉试验，提出橡胶隔震支座抗拉性能设计指标，并配套开发提升橡胶隔震层抗拉性能的抗拉限位装置，通过对整体结构模型在不同强度地震作用时程分析，提出了该不规则结构基础隔震时隔震层抗拉性能的设计方法及设计指标。研究实现了8度罕遇地震作用时，抗拉限位装置不参与工作或保持弹性工作状态；9度罕遇地震作用时，抗拉限位装置处于不屈服状态，橡胶隔震支座出现塑性，但仍具有很高的拉伸承载能力。
针对成都博物馆不规则基础隔震结构，分别建立8度（0.2g）地震作用隔震模型及7度（0.15g）地震作用非隔震模型，在多遇地震作用下，对两种模型结构体系的振型（包括平动分量和扭转分量）、扭转位移、扭转加速度、扭转剪力以及结构构件扭矩进行了对比分析。研究结果表明：基础隔震措施有效地控制了不规则结构的扭转效应；以前二阶振型的扭平分量比（扭转振型分量与平动振型分量之比）小于0.15，扭转位移比（楼层最大弹性水平位移与该楼层两端弹性水平位移平均值之比）小于1.2，扭转剪力比（垂直于地震输入方向的构件扭转剪力与地震输入方向的构件剪力之比）小于0.2为控制指标来控制结构的扭转效应。
地震作用下，水塔中的蓄水对水塔结构本身有着耗能减震作用。为研究不同蓄水量对钢筋混凝土倒锥壳式水塔结构抗震性能的影响规律，探寻有利于该类水塔结构抗震的蓄水水位，基于实际工程结构，依据相似原理设计制作了相似比为1∶30的有机玻璃倒锥壳式水塔模型。通过振动台试验，在不同水准的多条地震波激励下，研究了水塔模型在不同水位时的动力特性、加速度响应和位移响应。运用ABAQUS有限元软件进行数值模拟，并将试验结果和有限元分析结果进行验证和对比分析，结果表明：随着水位的增加，模型的自振周期逐渐增大；地震作用下，不同水位会不同程度地减小水塔模型的动力响应；不同地震波激励下，当蓄水水位在水箱最高水位的一半以上时，减震效果良好。
为了对遭受火灾的型钢和钢筋混凝土框架结构的受力性能进行分析，建立了采用梁单元和考虑升降温过程影响的框架结构高温后受力性能分析方法。通过选择合理的火灾升温、降温以及受火后不同阶段材料的本构关系，采用在ABAQUS平台上开发材料子程序的方法实现了型钢和钢筋混凝土框架结构高温后受力性能的计算分析。利用该方法对钢筋混凝土框架高温反应试验、高温后型钢混凝土柱及型钢混凝土框架结构受力性能试验进行了模拟，其结果与试验结果基本吻合，验证了所提方法的合理性。
采用蠕变试验机对低合金Q345钢进行高温蠕变试验，得到高温下的蠕变曲线。基于试验数据和现有蠕变模型，拟合得到Q345钢复合时间强化蠕变模型和Norton蠕变模型。利用蠕变模型对Q345钢柱的抗火性能进行分析，得到高温下Q345轴压钢柱承载力与受火时间关系曲线以及ISO 834标准升温条件下钢柱的荷载比和临界温度的关系。研究表明：Q345钢在700~800℃断裂前蠕变变形达到最大值；考虑蠕变后钢柱受火初期的承载力随受火时间的延长急剧降低，随后趋于稳定；ISO 834标准升温条件下，荷载比在0.2~0.8内考虑蠕变后钢柱的失效临界温度降低60℃左右。
为了研究空间网架结构螺栓球节点高温下的受力性能，通过18个螺栓球节点试件高温下的受拉试验，得到了不同温度下螺栓球节点试件受拉承载力。试验结果表明：高温下试件破坏截面均位于高强度螺栓螺纹处，温度低于400℃时，试件发生脆性断裂；温度不小于400℃后，试件破坏时的截面颈缩明显，发生延性破坏。随着温度升高，螺栓球节点试件的刚度、极限荷载逐渐降低；温度超过300℃后，节点试件刚度、极限荷载下降很快。根据试验数据拟合得到了螺栓球节点受拉极限荷载折减系数表达式。与已有的高温下高强度螺栓材料的受拉屈服强度和极限强度折减系数相比，螺栓球节点的相应折减系数更低。
按照刚性脊索穹顶结构的思路，将常规肋环型索穹顶中的脊索替换为三铰拉梁，提出了一种三铰拉梁式肋环型索穹顶结构。制作了1个直径为6 m的三铰拉梁式肋环型索穹顶结构模型，对其张拉成型过程和不同静力荷载作用下的结构响应进行了数值模拟和试验研究。结果表明：张拉成型过程中，斜索和环索的索力逐渐增大，拉梁局部变形逐渐减小，结构整体由存在较大平面外偏移的松弛状态逐渐刚化成型；竖向荷载作用下，三铰拉梁式肋环型索穹顶整体变形较小，拉梁中铰局部变形是预应力设计和位移控制的关键；结构整体为柔性空间体系，对非对称荷载作用较为敏感；卸载后，结构可以恢复初始的形状与内力，呈现弹性特征。有限元模型可以较好地模拟结构在张拉成型和加载过程中的位形和受力规律，可用于三铰拉梁式肋环型索穹顶结构的受力性能分析。
大跨度单层空间网格结构冗余度小，对缺陷比较敏感，施工效应的影响大，某些关键杆件的失效极易引起结构连续性倒塌。基于能量平衡原理，考虑构件失效前结构的已有变形，建立了空间网格结构及构件的能量平衡方程，推导出结构抗力与构件抗力的关系式。根据单层空间网格结构的失效模式，构建结构抗连续性倒塌的子结构模型，分析大跨度单层空间网格结构的抗连续性倒塌机制，即梁机制、拉结机制、梁-拉结相关机制以及压杆机制，提出了相应机制下抗力需求的理论计算方法和抗力-位移曲线，并通过数值算例分析验证了所提方法的正确性。此外，对备用荷载路径法进行了修正，提出用于抗连续性倒塌分析的考虑施工效应的等效荷载卸载法，将该方法通过算例进行验证后应用于世界大学生运动会主体育场结构的抗倒塌分析中，结果表明该方法更加接近实际，结果更为可靠。单层空间网格结构的抗倒塌机制在杆件失效后的内力重分布过程中发挥重要作用，世界大学生运动会主体育场结构具有较好的抗连续性倒塌性能。
对5个折线加强隔板贯通箱形柱-翼缘开孔箱形边梁框架子结构试件和1个常规隔板贯通箱形柱-箱形边梁框架子结构试件进行了低周往复加载试验，并进行了基于结构钢椭球面断裂模型及耦联的屈服模型的数值分析，对比研究了隔板折线加强和梁翼缘开孔构造对箱形边梁破坏模式、滞回性能、承载力、塑性转角、刚度退化、耗能性能的影响，以及梁端对接焊缝断裂和屈服的演化规律。结果表明：箱形边梁梁端荷载-位移的滞回性能稳定，贯通式隔板“割断”柱的构造对箱形边梁的抗震性能并无影响。常规试件在几何变化剧烈、应力集中严重的箱形梁翼缘对接焊缝处脆断，箱形梁的塑性转角约为0.01 rad；折线隔板加强试件在隔板末端形成塑性铰，极限荷载下箱形梁翼缘对接焊缝被拉断，呈延性破坏。折线隔板加强试件箱形梁的塑性转角可达0.025~0.035 rad，承载力和耗能能力较常规试件分别提高36.3%～62.9%和136%~272%。
为研究Y形高强钢组合偏心支撑框架结构(Y-HSS-EBF)的弹塑性层剪力分布，设计了4个不同层数且具有理想整体屈服模式的Y-HSS-EBF结构，同时建立了Y-HSS-EBF结构振动台试验试件的有限元模型并进行了验证，在此基础上考虑了结构层数、近场地震的速度脉冲效应以及远场地震加速度累积循环效应的影响，通过非线性时程分析获得了Y-HSS-EBF结构在罕遇水准近场、远场地震下层剪力分布，基于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的底部剪力法提出了Y-HSS-EBF结构弹塑性层剪力分布模式，并与现有层剪力分布模式进行了对比。结果表明：近场地震波的速度脉冲效应以及远场地震波的加速度循环效应对Y-HSS-EBF结构的层剪力分布影响较大，应考虑其对结构层剪力分布的影响；建议的层剪力分布模式与时程分析结果的误差最小，在精度上优于文中其他层剪力分布模式，可以为Y-HSS-EBF结构基于性能的设计方法提供参考。
喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体是在冷弯薄壁型钢骨架区格间放置聚苯乙烯泡沫板，并在骨架外侧喷涂轻质砂浆制成。通过对3个喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体的压弯性能进行足尺试验，研究其受力过程、承载能力和破坏模式。结果表明：喷涂式轻质砂浆-冷弯薄壁型钢组合墙体的破坏现象为立柱中截面的受拉翼缘屈服；轻质砂浆对立柱的支承作用使立柱承载能力和抗弯刚度显著增加，并具有良好的压弯性能。采用考虑材料、几何和接触非线性的ANSYS有限元程序，对试验模型的受力性能进行模拟，非线性有限元模拟结果与试验结果吻合较好。以简支T形截面组合立柱作为计算模型，提出了考虑砂浆与立柱之间黏结滑移效应的组合立柱截面压弯强度计算式，采用有限元计算值和试验值对所给出的公式进行验证，结果较为吻合。
为研究PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的受剪性能，在已完成的8根PVC-CFRP管钢筋混凝土柱和2根PVC管钢筋混凝土柱的低周反复荷载试验基础上，考虑轴压比、剪跨比、CFRP条带环箍间距对PVC-CFRP管钢筋混凝土柱受剪承载力的影响，选择CFRP布、PVC管、核心混凝土和钢筋的应力应变关系模型，将圆形截面等效为矩形截面。利用桁架-拱模型对PVC-CFRP管钢筋混凝土柱的受剪机理进行分析，提出PVC-CFRP管钢筋混凝土柱受剪承载力计算公式。考虑低周反复荷载作用对构件受剪承载力的影响，引入位移延性系数，给出了低周反复荷载作用下PVC-CFRP管钢筋混凝土柱受剪承载力的设计公式，计算结果与试验结果吻合较好。
为研究悬臂梁段拼接节点对带填充墙钢框架的抗震性能影响，进行了一榀1/2缩尺带砌体填充墙的悬臂梁拼接钢框架的拟静力试验，并进行了ANSYS有限元验证及参数分析。对结构的全阶段加载的破坏模式、应变变化、滞回曲线、位移延性、骨架曲线、割线刚度及其退化规律和等效黏滞阻尼比等进行分析。试验结果表明：该结构的承载力为183 kN，极限位移为11 mm，位移延性系数为1.88，具有良好的承载能力和位移延性；填充墙先于拼接节点发生破坏，在加载过程中对节点具有保护作用；结构的滞回性能良好，其割线刚度没有发生明显退化。有限元分析结果表明：墙体厚度和框架跨度的改变对结构耗能能力均有不同程度的影响，而框架层高的改变对结构耗能能力影响不明显。
对2个圆钢管混凝土悬臂长柱压弯试件和1个钢管柱对比试件进行了低周反复加载试验，研究了轴压力和钢管内填混凝土对试件抗震性能的影响，得到了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线等抗震性能指标，分析了试件的破坏形态、刚度退化以及耗能能力。结果表明：各试件的破坏形态为底部管壁鼓曲，底部一定范围内混凝土出现裂缝；与钢管柱压弯试件相比，钢管混凝土柱压弯试件的屈服承载力和刚度均增大，具有更好的抗震性能；随着轴压力的增大，钢管混凝土柱压弯试件的屈服荷载和刚度均有所减小，抗震性能降低。基于试验数据，采用有限元软件ABAQUS进行分析，分析结果与试验结果吻合较好。在此基础上，利用该数值方法对圆钢管混凝土悬臂长柱进行参数分析，分析结果表明，轴压比和含钢率对圆钢管混凝土柱压弯试件的屈服荷载、水平荷载、耗能能力以及刚度退化均有明显的影响，而混凝土强度等级和钢材强度对其影响较小。
对国内部分300 m以上超高层建筑外框架柱布置情况进行了统计。就伸臂桁架对外框架承担倾覆力矩、剪力比影响进行了分析，得到了外框架承担剪力比与承担倾覆力矩之间的关系，表明框架-核心筒结构增设伸臂桁架后，外框架承担倾覆力矩增加同时承担剪力比降低。在此基础上，以一88层超高层建筑为研究对象，在6组不同外框架梁线刚度条件下，就伸臂桁架连接柱与其他外框架柱截面面积比对结构侧向受力性能影响进行了分析。结果表明：当外框架梁线刚度小时，将外框架柱截面面积凝聚在伸臂桁架连接位置，结构效率最高；当外框架梁线刚度大，外框架柱截面均匀时，结构效率最高。截面面积比变化对外框架柱承担的总倾覆力矩影响较小，但随着截面面积比增大，外框架承担剪力比逐渐减小。
对销轴连接的铸钢件承载能力进行试验研究。试验选择100、150、182mm三种不同厚度的铸钢试件，最大加载拉力为8 000 kN。结果表明：在拉力作用下，铸钢试件发生了不同程度的塑性变形，塑性区面积随试件厚度的增大而显著减小，塑性开展大致呈剪切型发展。铸钢件与销轴直接承压接触的部位，由于应力集中很快达到屈服；接触变形导致区域内应力重分布，部分测点应变减小，甚至出现拉压应变反转的现象。与有限元分析结果对比表明，偏心受力会使铸钢件与销轴接触部位在加载初期产生较大应力集中。将承载力的试验结果与采用各国规范设计公式计算的结果进行对比，建议承载力计算公式中设计强度提高系数取为1.2。
我国现行钢结构设计规范中已列入Q460钢的设计指标，为了补充更高强度等级钢材，包括Q500、Q550、Q620和Q690钢的设计指标，供工程设计人员参考，收集国产高强度结构钢材的材性统计数据，借鉴已有高强钢轴压、压弯、受弯构件计算模式不定性研究成果，进行了试验影响因素不定性试验研究，得到了高强钢材料性能试验影响不定性的统计参数。对高强钢材料性能不定性、几何参数不定性和计算模式不定性进行综合研究，计算得到高强钢抗力不定性的统计参数。利用验算点法，计算高强钢在不同荷载组合下的抗力分项系数，并分析了其变化规律。经过比较试算，提出了适用于不同情况下的高强钢抗力分项系数和设计强度建议值。最后对上述设计指标进行了可靠度校核，结果表明，采用文中提出的高强钢设计指标满足GB/T 50153—2008《工程结构可靠性设计统一标准》的要求，具有一定的可靠性。
吊车设计使用年限越长，在实际运行中荷载最大值出现的可能性越大，在考虑其荷载效应组合时应以设计使用年限作为参数，取荷载最不利值。确定吊车荷载概率模型时，采用平稳二项随机过程理论，依据观测周期内统计所得的任意时刻的概率模型（极值Ⅰ型分布），最终确定不同设计使用年限中吊车荷载最大值的概率模型（极值Ⅰ型分布）和统计参数。随后在进行工业厂房的荷载效应组合时，以吊车荷载作为主导荷载，应按最不利情况考虑。根据统计分析，最不利工况一方面取影响线内吊车出现的概率为100%，另一方面考虑多台吊车出现在影响线上位置的不确定性，采用修正Turkstra规则，确定多台吊车荷载组合效应的概率模型为极值Ⅰ型，并通过误差传递公式计算相应的统计参数。
对梁系结构冗余度及其特性进行研究，将“超静定数反映结构整体冗余程度”概念扩展到单元层面。首先，根据变形形式的势能方程，推导并定义平面梁单元与空间梁单元的单元冗余度。其次，通过刚度矩阵凝聚，推导不同约束条件下平面梁的单元冗余度并通过MATLAB实现。最后，通过算例分析，讨论构件参数和约束条件对单元冗余度的影响。分析结果表明，平面梁系结构的单元冗余度变化范围为0~3；杆件的单元冗余度随刚度的增大而减小；约束条件由刚接变铰接时会引起结构整体冗余度的减小。所提出的单元冗余度可以较好地反映梁系结构几何构造、刚度分布情况以及约束情况等结构特性。
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：