ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
在香港K11大楼顶层布置了加速度传感器和风速仪，实时监测大楼周边风场及其风致振动。风场数值模拟以顶层实测台风风速数据为基础，结合台风经过时的风速剖面与湍流强度剖面，采用谐波叠加法模拟得到了该高层建筑16个代表楼层处较为真实的台风风场风速时程。分别采用基于数值风场数据的时域法和基于风洞试验数据的频域法对其进行了风振分析。结果表明：与频域法相比，时域法得到的结构风振加速度响应极值、均方根和功率谱密度均与实测结果更为接近。
大跨度柱面屋盖结构的风荷载特性具有明显的雷诺数效应，其屋盖几何特征对风荷载雷诺数效应影响较大。为此，以柱面屋盖为研究对象，开展了考虑几何特征影响的雷诺数效应风洞试验，变化几何特征参数包括矢跨比（f/L为1/6~1/2）和长跨比（B/L为1~12），试验雷诺数 Re 范围为6.90×104~1.38×106。基于风洞试验数据，分析了模型表面风压分布规律、压力梯度和升阻力曲线等。研究结果表明：柱面屋盖长跨比减小、矢跨比增大会使雷诺数转捩区间的下限值向高雷诺数范围转移，即三维绕流效应使得分离边界层出现转捩滞后现象；当模型长跨比B/L由12减小至1时，雷诺数转捩区间下限值从1.66×105逐渐增大至4.14×105；当矢跨比f/L由1/3增加至1/2时，转捩区间下限值则从2.48×105增大至4.14×105；对矢跨比1/6屋盖模型，在试验雷诺数（6.90×104~2.48×105）范围内无明显雷诺数效应。
在边界层风洞模拟的台风风场中，针对考虑立面旋转影响的一系列退台外形超高层建筑模型进行同步测压试验，分析了不同退台方式对建筑的横风向气动力、气动弯矩功率谱密度和风致响应的影响。结果表明：采用退台方式可使建筑侧立面由等截面方式的频率相同的整体漩涡变成若干个频率不同的局部漩涡，从而有效减少了作用在结构上的横风向气动力和风致响应，进一步采用旋转退台方式则可以更好地抑制漩涡的整体性、削减结构横风向气动力并最终降低结构的横风向风致响应；作用于结构的基底气动弯矩取决于经过模态加权处理的气动力的分布，方形截面模型对气动弯矩影响最大的气动力出现在结构高度的80%处；对于不同退台方式的模型，对气动弯矩产生主要影响的仍然是结构顶部的气动荷载，其最大影响高度位于结构高度的80%~90%范围内。与方形等截面结构相比，不同退台方式可以有效降低作用在结构上的横风向风荷载，其降幅为75.0%~79.2%；采用退台旋转方式对横风向荷载的减少量可达91%。
基于白噪声激励的贝叶斯谱密度识别方法，可在识别出结构模态参数的同时，对识别结果的不确定性进行评估。在贝叶斯谱密度法(BSDA)的基础上，进一步提出适合有色噪声激励的改进参数识别方法(MBSDA)，并对参数已知的合成信号进行参数识别。通过两种方法识别出的阻尼比、荷载等主要参数指标的对比表明，MBSDA比BSDA有较高的准确性。对位于深圳市高280 m的超高层建筑在近5年4次台风作用下的加速度响应时程进行参数识别，并评估结果的不确定性。结果表明：采用MBSDA和BSDA对结构频率进行识别，二者结果基本一致，但前者识别得到的模态阻尼比略高于后者；由4次台风作用下的加速度响应识别得到的阻尼比和结构振动加速度均方根之间不存在明显的统计相关性，所测超高层建筑的平均阻尼比为1.02%。
以鞍型屋盖结构的墙面、屋面处的非高斯风压峰值因子的概率分布为研究对象，对比了经典极值分布和非高斯峰值因子概率分布解析式之间的异同。结果表明：采用极值Ⅰ型分布能够描述鞍形屋盖围护结构的风压峰值因子的概率分布，其结果与广义极值分布得到的结果接近，特别是工程中常用的57%、78%分位数的误差极小；基于理论推导建立的非高斯风压峰值因子的概率分布解析模型表示为时程样本的偏斜系数、峰态系数以及高斯峰值因子的函数，反映了实测数据的总体分布特性；该模型与经典极值分布相比，利用了更多的样本信息，适用于强、弱非高斯特性的情况。相同极值发生概率条件下，由非高斯风压峰值因子解析模型得到的分位数比经典极值模型得到的分位数略大，采用非高斯风压峰值因子的概率密度解析式能够较好地反映高分位数的概率分布。
为研究建筑围护结构内部设计风荷载的合理取值方法，对4种不同开洞工况下的典型建筑进行了风洞试验。分析了建筑屋盖和纵墙内表面风压峰值因子和极值内压的分布，并与GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》设计方法的计算结果进行了比较。在此基础上，提出了改进的极值内压计算方法，并给出了相应的关键设计参数取值。研究结果表明：采用规范方法可得到沿高度变化的极值内压，而试验中测得的极值内压具有均匀分布的特点；现行规范设计方法中由于忽略了风荷载的非高斯特性从而低估内压的峰值因子；在全封闭工况下，采用规范方法计算高估了内压脉动响应，从而使设计内压值偏大；而对于单一开洞工况，即使将峰值因子提高到3.5，采用规范方法计算仍会低估纵墙较低区域的极值内压。
整体钢平台模架体系是为核心筒的施工而研发的辅助装备，为研究其风致动力响应，设计并制作了整体钢平台模架体系的气弹模型和核心筒刚性模型，并将两者按照实际工程情况进行组装。通过风洞试验，测量了整体钢平台模型在不同风速、不同风向角和提升前后两种工况下的位移和加速度响应。试验结果表明：均匀紊流场中，整体钢平台出现了明显的整体扭转振动现象；风向角0°为最不利风向角，顺风向响应远大于横风向响应；提升后工况的位移和加速度响应大于提升前工况；均匀紊流场中的位移大于均匀流场的位移响应，脉动风对整体钢平台的影响不可忽略。风向角0°、提升后工况为最不利工况，故应将其作为整体钢平台的设计工况，整体钢平台的计算可不考虑核心筒，这不仅使计算过程得到简化，且结果偏于安全。
采用1∶3大比例模型，通过风洞试验研究了美国德州理工大学（Texas Tech University, TTU）建筑模型表面平均、脉动、峰值风压系数的分布规律，并与实测数据和小比例模型试验数据进行了对比，分析了影响试验结果的部分因素。结果表明：TTU建筑模型典型位置的风压系数试验数据与实测值在整体规律性变化上一致，但试验低估了屋檐、屋角在风向角165°~240°范围内的脉动、峰值风压系数；越靠近屋角流动分离区域测点的风压系数绝对值也越大，最靠近建筑屋面角点的测点峰值风压系数达-16.7；大比例模型屋角、屋檐等区域试验结果更接近于实测值，排除了测点测压管直径不匹配的影响后，考虑到试验中湍流度模拟与实际的差异，大比例模型模拟效果更优；试验样本长度影响峰值风压系数的计算，在屋角区域，长样本峰值风压系数值均相对较大；而离屋角较远时，长样本的峰值风压系数则可能相对较小。
抗震性能的劣势会影响钢筋混凝土异形柱框架结构在工程中的推广和应用，特别是在抗震设防烈度为8度（0.2g）的地区，其高度不超过12 m的规定，严重限制了混凝土异形柱框架在高烈度地区的应用。针对钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能不足，其应用受限的问题，引入成熟的隔震技术，设计一幢8层（含隔震层）基础隔震钢筋混凝土异形柱框架结构，按1/5的缩尺比例制作试验模型，并进行振动台试验，以研究隔震技术用于钢筋混凝土异形柱框架结构的适应性。通过试验，考察了基础隔震钢筋混凝土异形柱框架结构在各荷载工况下的工作状态和性能。试验结果表明：将隔震技术应用于钢筋混凝土异形柱框架结构，在抗震设防烈度为8度（0.2g）的地区可实现降低一度设防的隔震效果，普通隔震框架结构的设计方法及隔震措施适用于钢筋混凝土异形柱框架结构，采用隔震技术可以扩大钢筋混凝土异形柱框架结构的适用范围。钢筋混凝土异形柱框架结构弹塑性阶段的刚度迅速衰减会对隔震效果产生明显的影响。
当约束混凝土柱的体积配箍率大于某一限值时，在受压破坏时会出现约束箍筋达不到其受拉屈服强度的问题。为此，基于收集的试验数据，建立了以体积配箍率、箍筋受拉屈服应变以及非约束混凝土轴心抗压强度为变量的约束混凝土抗压强度和峰值应变计算公式。将该约束混凝土抗压强度计算公式与传统约束混凝土抗压强度计算公式联立，得到了不同强度等级箍筋体积配箍率上限值。结果表明：体积配箍率上限值随箍筋抗拉强度的提高而降低；在体积配箍率上限值范围内，约束混凝土抗压强度与峰值压应变随体积配箍率和箍筋受拉屈服强度的增大而提高。
根据7个小跨高比钢板混凝土组合连梁试件的应变量测数据，研究了纵筋、箍筋和钢板在不同转角位移下的应变分布，定量分析了不同工作阶段连梁中钢板承担的剪力，并采用ABAQUS软件对组合连梁试件的抗震性能进行了非线性有限元分析。结果表明：钢板承担的剪力占连梁总剪力的百分比随连梁弦转角的增大而逐渐增大；小跨高比组合连梁剪切变形和总侧移量并不成固定比例增长；随着加载位移的增加，连梁剪切变形所占比例逐渐增大，各试件达到屈服荷载以后，剪切变形已超过总变形的50%以上。采用混凝土应力-裂缝宽度关系来考虑混凝土受拉软化性能，能较好地进行小跨高比组合连梁的弹塑性有限元分析。钢板沿梁跨度方向全跨轴向受拉，拉力分布呈M形分布，随着钢板厚度的增大，M形的峰值点拉力逐渐增大，在梁跨内钢板拉力较小，最小仅约为其峰值拉力的20%；跨高比、截面配钢率、纵筋配筋率、混凝土抗压强度和楼板作用是影响组合连梁抗震性能的主要因素。
为研究钢骨超高强混凝土柱-钢骨普通混凝土梁组合框架的抗震性能，按1/4缩尺比例制作了两个两跨三层框架模型试件，其中一个为钢骨普通强度混凝土框架模型对比试件。通过低周反复荷载试验，研究了两个框架模型试件的破坏形态、荷载位移滞回曲线、水平承载力、位移延性、耗能能力、承载力退化和刚度退化等抗震性能，并进行了对比分析。试验结果表明：在试验轴压比为0.38时，二者均能实现梁铰破坏机制，荷载位移滞回曲线均较饱满，两框架的整体及各层间位移延性系数均大于3.0，具有良好的延性；在承载能力、位移延性、耗能能力、承载力退化和刚度退化等方面，组合框架优于钢骨普通强度混凝土框架，表明在超高强混凝土中通过合理地配置钢骨和高强箍筋，既能充分发挥其高强抗压性能，提高承载能力，又能改善其脆性，增强构件延性，从而提高框架结构体系的抗震性能。
对25个内壁设置栓钉的钢管混凝土柱大尺寸试件进行推出试验，以研究钢管混凝土柱内界面黏结强度及内壁栓钉受剪承载力。其中方钢管混凝土柱试件的截面尺寸均为600mm×600mm，圆钢管混凝土柱试件直径为600mm，钢管壁厚分别为20、30mm。设计主要参数为钢管混凝土柱的截面形状、填充混凝土的强度等级、钢管壁厚、钢管内壁粗糙程度以及内壁焊接栓钉的纵横向间距、栓钉直径和栓钉长度等。试验结果表明，工程应用低估了足尺钢管混凝土柱的界面黏结力与内壁设置栓钉的受剪承载力。依据试验结果提出了方钢管混凝土柱内栓钉受剪承载力的基本计算方法，以期为相关工程结构设计提供参考。
提出一种采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层的预制空心楼板整体化技术，并进行了4组高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层整体化后的预制空心楼板平面外承载力试验，以及6组整体化后的预制空心楼板平面内抗剪试验，结果表明：预制空心楼板采用高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层整体化技术处理后，能够抵御水平向地震作用以及支撑墙体局部坍塌导致的楼板分散坍塌。高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层整体化技术是一项廉价、高效的整体化技术，适用于地震设防地区甚至是强震设防区对装配整体式预制空心楼板的整体化处理。
为提高条石干砌石墙的抗震性能，采用钢筋网片改性砂浆对其进行加固。对4片不同加固参数的条石墙体进行低周水平往复加载试验，重点研究改性水泥砂浆强度、钢筋强度及加固方式(单面加固和双面加固)对加固石砌墙体的破坏形态、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力等抗震性能的影响。试验结果表明：采用钢筋网片砂浆面层对墙体进行加固，能够有效提高条石墙体的受剪承载力和滞回耗能能力；采用双面加固或提高改性砂浆强度可进一步提高墙体受剪承载力；墙体采用双面加固的承载力提高幅度是单面加固墙体的3倍以上。基于研究结果提出了采用钢筋网片改性砂浆加固条石干砌石墙受剪承载力的计算公式，可供后续研究和工程实践参考。
对8根钢管混凝土加固柱试件和1根未加固钢筋混凝土方形截面短柱试件进行偏心受压试验，试验结果表明: 采用钢管混凝土加固法能显著提高原柱的承载力和变形能力；随着钢管壁厚的增大，加固柱试件的承载力和变形能力显著提高; 随着后浇混凝土强度的提高，加固柱试件的承载力有所提高，但延性降低。在试验研究的基础上，采用通用有限元软件ANSYS对加固柱试验进行全过程受力分析，与试验结果对比后发现，二者吻合良好，有限元分析的承载力最大相差为6%。有限元分析结果表明：弯曲内侧受压的后浇混凝土会受到明显的约束作用，最大约束应力可达10 Pa，而弯曲外侧的后浇混凝土受拉，不受约束作用；钢筋混凝土原柱各处混凝土受到的约束力大致相同，在2.0~2.5 MPa之间；由于外套圆钢管对受压侧原柱混凝土和后浇混凝土提供有效约束作用，其最大应力可明显高于其单轴抗压强度。
根据实际工业厂房钢筋混凝土(RC)框架结构体系的受力特性，采用外包钢加固RC框架梁和梁柱连接节点。运用有限元软件ABAQUS对已有外包型钢加固RC梁试件进行计算分析，取得与试验结果具有较好一致性的计算结果，验证了有限元模型的可靠性。对集中荷载作用下加固前后RC框架梁和梁柱连接节点进行整体建模，并对其承载力和破坏模式进行有限元分析。结果表明，外包钢加固后RC框架梁承载力提高了62.3%，刚度和延性均显著提高，加固后RC梁在集中荷载位置附近发生剪切破坏。
为研究钢框架结构在倒塌过程中的动态受力性能，采用气缸作为激发装置模拟框架柱瞬间失效的情况，对平面钢框架结构开展了抗倒塌动力试验研究。试验结果表明：框架柱失效后，框架梁在很短的时间内由弯曲为主的受力状态转变为受拉为主的悬链线受力状态，期间主要经历了弹性受力、塑性铰出现和悬链线破坏等过程。基于对试验过程的数值模拟以及DoD规范中的公式，分析了结构抗倒塌时的动力效应放大系数取值方法。分析结果表明：采用静力弹性法对钢框架结构进行连续倒塌分析时，荷载动力效应放大系数可取2； 采用静力弹塑性分析时，需采用变化的荷载动力效应放大系数，其取值范围为1~2； DoD规范中的荷载动力效应放大系数公式可在一定程度上较为准确地反映钢结构的动力效应，但该公式无法反映结构进入强化阶段后荷载动力效应放大系数回升的情况。
焊接钢结构的局部往往处于复杂的多轴非比例受力状态，在动力循环荷载作用下钢结构的局部失效破坏主要为多轴非比例疲劳所致。采用薄壁圆管试件进行了多轴加载条件下Q235B钢基材和焊接件的低周疲劳性能试验，对比了基材和焊接件的基本力学性能和低周疲劳性能；采用KBM和FS临界面准则进行了Q235B钢基材和焊接件的低周疲劳寿命预测。研究结果表明：多轴非比例加载路径下，Q235B钢基材及焊接件都存在明显的循环附加强化效应，导致其相对于单轴或多轴比例加载路径下的疲劳寿命更低；KBM准则能较好地预测多轴比例加载路径下的疲劳寿命，而对多轴非比例加载路径下的疲劳寿命的预测偏于不安全；FS准则通过考虑材料的非比例强化效应对多轴疲劳附加损伤的影响，能显著提高对多轴非比例加载路径下的疲劳寿命的预测精度。
基于空间塔腿结构模型试验研究及有限元分析，研究了9个具有不同长细比和主斜材夹角的窄基输电钢管塔的塔腿主材次应力，分析了塔腿辅助材的受力状态，考察了塔腿的极限承载能力。结果表明：塔腿辅助材两分格时，主材次应力大小主要由主斜材夹角控制，随主斜材夹角增加，主材次应力减小，而长细比对其影响相对较小；随着主斜材夹角由大变小，塔腿辅助材的内力与主材的内力比逐渐变大；塔腿结构按桁架模型设计时，若次应力比不超过30%，可不考虑其影响。
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