ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
为使结构用木材的强度设计值符合可靠度要求，建立了适用于现代木结构构件的功能函数，对不同荷载组合下的受弯、受拉和受压木构件进行了可靠度分析。鉴于木材的强度变异系数在较大范围内变动，给出了满足可靠度要求的抗力分项系数与强度变异系数间的关系曲线。以安全可靠与经济合理为原则，选取恒载与住宅楼面活荷载组合且在活荷载与恒载比值为1.0情况下的抗力分项系数与强度变异系数的关系曲线为确定木材强度设计值的基准曲线。当恒载与住宅楼面活荷载或与办公楼面活荷载组合且荷载比值小于1.0时，按基准线确定的强度设计值乘以调整系数0.83+0 17ρ（ρ为活荷载与恒载之比）；当恒载与风荷载或与雪荷载组合时，按基准线确定的强度设计值乘以调整系数0.83。对不同安全等级木结构抗力分项系数间的关系进行了讨论，强度变异系数小于0.20的木材方可用于安全等级为一级的木结构，或者适用于木结构设计的结构重要性系数的取值范围宜为0.8~1.2。
为研究腹板中间设置有一道纵向加劲肋的冷弯薄壁卷边槽钢柱的受压性能，对18根两端简支试件进行了静力加载试验研究。试验结果表明：荷载作用位置、端部支承条件对试件的屈曲模式及受压极限荷载影响显著；而试件长度仅对试件屈曲模式的影响显著；由于腹板纵向加劲肋的存在，冷弯薄壁卷边槽钢柱在负向偏心（轴向力作用线位于截面形心与腹板之间）压力作用下承载力较高，而在正向偏心（轴向力作用线位于截面形心与卷边之间）压力作用下承载力较低，轴心受压承载力介于前两种情况之间。通过试验结果与压弯构件解析解计算结果的对比发现，解析式对于负向偏心受压构件的计算误差较大。考虑几何非线性和材料非线性的影响，采用有限元软件ANSYS对试件进行了数值模拟分析，分析结果表明，采用数值模拟方法可以很好地预测试件的承载力和屈曲行为。
为研究奥氏体型S30408不锈钢角焊缝连接接头的承载性能，对6个正面角焊缝连接试件和5个侧面角焊缝连接试件进行了拉伸试验，测得焊缝连接试件在拉伸作用下的极限荷载，以及焊缝强度、焊缝随荷载的变形情况，并对焊缝的破坏状态进行了观察。试验结果表明：正面角焊缝连接接头焊缝断裂面呈底部垂直于芯板表面而上部接近30°斜截面的不规则撕裂状，其抗拉强度平均值742 MPa，焊缝平均变形量为2 875 mm。侧面角焊缝连接接头焊缝断裂面较为平整，接近45°理论值，其剪切强度平均为506 MPa，焊缝平均变形量为4 387 mm。正面角焊缝连接试件焊缝抗拉强度为侧面角焊缝连接试件剪切强度的1.47倍。正面角焊缝和侧面角焊缝连接试件承载力试验值均高于CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》和欧洲规范Eurocode 3的设计值，CECS 410:2015规程中对于正面角焊缝和侧面角焊缝连接试件承载力设计值的规定过于保守；欧洲规范Eurocode 3对正面角焊缝连接试件承载力设计值的规定也较为保守，而对侧面角焊缝连接试件承载力设计值的规定较为合理。
为了研究低屈服点钢材LYP160的本构行为并提出循环本构模型，进行了此种钢材的循环加载试验，研究其受力性能，包括单调受力性能、滞回性能、破坏模态及耗能能力等。利用Ramberg-Osgood模型，得到材料骨架曲线。采用Chaboche模型，确定了循环本构模型的关键参数，利用此模型预测低屈服点钢板剪力墙结构的滞回行为。结果表明：低屈服点钢材LYP160虽然初始屈服点低，但其抗震性能较好，延性约为普通钢材及高强度钢材的2.3~2.8倍；能量耗散系数在3.6左右，耗能能力明显高于普通钢材和高强度钢材，提高幅度约30%，LYP160钢材具有显著的单调及循环强化性能，具有较高的承载能力，其滞回特性包含了各向同性强化与随动强化两种特征，其中各向同性强化行为具有控制作用，这与普通钢材及高强度钢材有明显的区别。
为研究柔性钢框架外挂再生混凝土墙结构的抗震性能，对2个单层单跨1∶3缩尺的柔性钢框架外挂再生混凝土墙试件及1个纯钢框架试件进行了拟静力试验。通过对有无外挂墙板及不同梁柱节点形式的对比，分析了外挂墙板及梁柱节点刚度对结构的承载力、抗侧刚度、延性及耗能能力的影响，并对结构内力及水平荷载分配进行了分析。结果表明：柔性钢框架设置外挂墙板后，结构承载力提高约19％；梁柱连接节点刚度对结构的抗震性能影响不大，两种连接形式下结构承载力仅相差6％；柔性钢框架外挂再生混凝土墙结构具有良好的延性，平均位移延性系数均大于3，建议与“中震可修”相对应的层间位移角限值取1/80~1/100；结构耗能主要由钢框架提供，设置外挂墙板后，对耗能能力的提高幅度约15%～20%；栓焊混合连接结构中钢框架内力分布均匀，梁柱节点整体性能好；平齐端板连接节点在强震下变形能力强，受压区翼缘局部翘曲；结构水平荷载主要由钢框架承担，外挂墙板承担约20%~30%。
采用三维6自由度模拟地震振动台对1∶4缩尺的型钢混凝土异形柱空间框架结构模型进行了三种地震波输入试验。通过白噪声扫描得到了该模型结构的自振频率、振型、阻尼比等动力特性，研究了模型的破坏特征、加速度、位移反应、楼层剪力和应变反应。试验结果表明：随着地震峰值加速度的增加，框架模型的自振频率下降，阻尼比增大，加速度放大系数逐渐减小，结构振动以第1阶振型为主；在罕遇地震作用下，层间侧向刚度退化较快，结构整体侧向位移曲线呈S形，楼层剪力沿楼层高度方向呈递减趋势；在弹塑性工作阶段，第1层边框架角柱和边柱平行于主振方向一侧的型钢翼缘首先屈服，第3层边框架梁端随后出现塑性铰。由应变分析可知，边框架角柱及其梁端为抗震薄弱区域；型钢混凝土异形柱框架结构抗震性能良好，弹塑性工作阶段后期，模型结构耗能显著提高。
为了评估钢筋混凝土框架结构的不确定性参数对其抗连续倒塌能力的影响，将确定性Pushdown分析与可以控制相关性的拉丁超立方体抽样方法（LHS）相结合，提出一种随机Pushdown方法。为说明方法的建立和应用，选择一栋8层4跨的钢筋混凝土框架结构，考虑结构的荷载、材料强度以及几何尺寸等17个不确定性参数，采用Pushdown方法分析获得的结构所能承受的最大竖向荷载作为其抗连续倒塌能力，统计得到结构连续倒塌易损性函数，并采用“龙卷风图”方法对不确定性参数的灵敏度进行了分析。结果表明，结构不确定性参数对抗连续倒塌能力影响显著，结构的抗连续倒塌能力的变异系数达到20%，其中，活荷载、楼层恒荷载、钢筋极限应力以及梁截面钢筋面积等参数对结构抗连续倒塌能力的影响最为显著。
利用OpenSEES有限元程序，研究了轴拉比、型钢强度、纵筋强度、混凝土强度、型钢翼缘面积、型钢腹板厚度、型钢腹板高度、纵筋面积以及截面尺寸等因素对工字型钢混凝土偏心受拉构件正截面承载力的影响。结果表明：截面中型钢翼缘面积、型钢腹板高度、型钢腹板宽度、纵筋配筋率以及截面高度对偏拉构件正截面承载力的影响较大；型钢强度、纵筋强度对承载力的影响相对较小；混凝土强度、构件截面宽度对承载力基本没有影响。将JGJ 138—2012《组合结构设计规范》中型钢混凝土偏拉构件正截面承载力计算公式的计算结果与OpenSEES非线性有限元的计算结果进行了对比，提出了对规范公式的修正建议，并利用有限元模拟结果对修正后的计算公式进行了检验，二者吻合良好。
混凝土U形薄壁梁在国内城市轨道交通中得到广泛应用，但是关于该类梁在纯扭或弯扭耦合作用下的翘曲扭转效应及其承载力计算的研究相对滞后。为此，基于6个钢筋混凝土U形薄壁纯扭构件和弯扭复合作用构件的试验结果，利用Vlasov开口薄壁结构理论，并将截面弯矩和翘曲弯矩按刚度加以分配，提出了钢筋混凝土U形薄壁梁纯扭和弯扭承载力计算模型。对比了钢筋混凝土U形薄壁梁纯扭及弯扭承载力的计算结果和试验结果，两者吻合较好。
为研究以花纹钢板为上翼缘的钢-混凝土组合梁的承载力和破坏机理，对花纹钢板-混凝土界面受剪试件进行了推出试验，对组合梁试件进行了受弯性能试验，分析了试件的破坏特征、应变分布和荷载-位移曲线。试验结果表明：扁豆型花纹钢板与混凝土界面的黏结强度介于光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土黏结强度之间，混凝土对钢板的包裹作用对界面黏结强度有重要影响；组合梁受弯性能试件的最大挠度达到L/45（L为组合梁跨度），呈现明显的延性破坏特征；钢梁-混凝土翼板处于良好的共同工作状态，达到完全抗剪组合承载力；组合梁抗弯刚度组合作用系数约为0.4，界面滑移对变形的影响不可忽略。根据试验结果，给出组合梁的钢-混凝土界面受剪承载力和界面抗剪刚度计算方法。
为研究节点核心区采用与梁等强度的低强度混凝土浇筑的夹心节点的抗震性能，通过3组不同柱与梁混凝土强度比的空间夹心节点和传统节点（节点核心区混凝土与柱等强）的对比试件在双向低周往复荷载作用的性能试验研究，对比分析了各组试件的破坏形态、延性、耗能、变形等差异。研究结果表明：中低剪压比夹心节点的整体抗震性能稍弱于传统节点，相差不明显；中低轴压比、剪压比条件下，当柱与梁混凝土强度比小于1.5时，节点区可直接采用与梁相同强度的混凝土浇筑，当柱与梁混凝土强度比大于1.5时，其破坏形式转变为节点核心区剪切破坏，需采取相应的结构措施予以加强；采用平面节点软化拉-压杆模型，建立了承受双向水平荷载的空间节点软化拉-压杆受剪模型与受剪承载力的计算式，并将其计算结果与试验结果进行了校验，两者吻合较好。
混凝土作为多相复合材料，其力学行为复杂多样，结构响应具有明显非线性，采用宏观本构模型精确描述存在较大难度。基于微观水平的混凝土本构模型——微平面模型M7，通过二次开发接口，将其嵌入具有较强非线性分析能力的通用有限元程序ABAQUS，对混凝土单轴压缩及拉伸、三轴压缩进行了模拟分析，通过与相关试验结果比较，验证了基于微平面模型子程序的有效性；为规避应变局部化引起的网格敏感性问题，将非局部理论引入微平面模型，研究了混凝土矩形面板与三点弯曲梁的应变软化问题。结果表明：微平面模型M7能够较好地模拟混凝土应力-应变全曲线过程，及多种应力状态下的力学行为；结合非局部理论的非局部微平面模型用于混凝土结构的有限元分析，不存在网格依赖性问题，能够给出合理的结构应变软化局部化响应，数值模拟结果合理可靠。
基于缩尺比为1∶20的平屋面低矮房屋风洞试验模型，在A、B、C三类不同地貌条件下，以风向角为变量，研究地貌对低矮建筑屋面局部平均、脉动以及极值风压分布的影响。试验结果表明：屋面局部区域受风向角影响较大并呈现一定规律性。迎风屋面边沿区域以及角部区域受风向影响最为明显且风压大于其他区域；在斜风向45°风向角时，迎风屋面边沿区域角部测点平均、脉动、极值风压系数最大，为该类房屋最不利风向角；不同地貌对低矮房屋屋面平均风压系数影响较小，对脉动、极值风向系数影响较大。在0°、90°风向角时迎风屋面边沿平均风压系数受地貌影响较大，在斜风向下地貌的改变对屋面平均风压系数影响不大；随湍流度的增大屋面平均、脉动、极值风压系数绝对值也相应增大。
根据广东沿海传统民居的建筑特点，通过在屋面上增加不同样式的构筑件（厝头和屋脊），设计并制作了11种低矮双坡民居建筑模型（包括纯双坡屋面）并对其进行风洞试验，以研究不同构筑件组合对屋面结构风压分布的影响。研究表明：双坡屋面靠近屋脊和山墙侧位置由于流动强分离导致高负压区，极值负压系数达到-6.62，这也是风灾中双坡民房常遭局部破坏的原因；而在屋面增加6种不同样式的厝头（金、木、水、火、土、尖厝头）和屋脊都可降低双坡屋面结构的风荷载；增加不同构筑件对屋面风压分布影响不同，金厝头效果相对最好，可将最大平均负压系数绝对值减小32%，最大极值负压系数绝对值减小35%。此外，极值负压对屋脊高度变化相对不敏感，但镂空屋脊对降低风荷载有帮助。最后通过风洞试验数据的统计分析，对厝头和屋脊的气动机理进行了辨析：厝头的作用是消减屋面靠近山墙附近的极值负压，屋脊的作用在于降低屋面中间部分的极值负压绝对值。总结文中研究的几种样式的构筑件和参数组合工况，1 020 mm金厝头和800 mm镂空屋脊是一个较好的组合配置。
由于高层建筑阻尼小、频率低，易在风荷载作用下发生明显的气动弹性效应，出现不可忽略的气动负阻尼比。为此，考虑高层建筑的一阶线性弯曲模态，制作了长宽比2∶1的矩形截面高层建筑的单自由度气动弹性模型，模型比例1/600。进行了全风向下气弹模型风洞试验，每个风向测量了10个试验风速下的建筑顶部加速度响应，并采用随机减量方法，对矩形截面高层建筑气动阻尼比进行识别。研究结果表明：对于长宽比2∶1的矩形截面高层建筑，强轴方向的风致加速度响应远大于弱轴方向；两个主轴方向的顺风向气动阻尼比均为正值，但强轴方向的横风向气动阻尼比为负值，无量纲临界风速约为5.5；仅采用横风向气动阻尼比结果，可以很好地反映全风向的气动阻尼特性。
基于Meyerhof理论，提出了改进的桩顶埋入式垫层，推导出垫层极限桩土应力比的计算公式，并对桩顶埋入式垫层的作用机理进行了分析。研究发现：桩顶埋入式垫层可减少桩顶向上刺入量和地基沉降量，极限桩土应力比随刺入量的增加和垫层内摩擦角的增大而增大。提出了考虑桩顶垫层厚度及桩距影响的极限桩土应力比修正计算方法，推导了相应的计算公式和计算曲线，可供实际工程应用时查询。研究表明：修正后的埋入式垫层极限桩土应力比随桩顶预埋深度与垫层厚度之比的增加而增大，随桩距的增加而减小。通过算例分析，认为桩顶埋入式垫层具有垫层厚度和预埋深度可双向调节的优点，可用于调节复合地基应力和控制差异沉降，并可作为高层建筑地基变刚度调平设计的手段。
既有建筑物增设地下空间时，需要采用桩基础支撑上部结构，才能开挖建筑物下的土体。随着桩周土体的减少，钢管桩的稳定性会相应降低。利用虚拟嵌固点法提出了桩入土深度部分处于嵌固、未嵌固和半嵌固三种状态下受压计算长度公式。在模型箱内利用杠杆加载的方式进行了钢管桩的受压稳定承载力试验，分析了不同直径、外露长度的钢管桩在改变入土深度过程中稳定性的变化规律，结果表明：随着桩入土深度的增加，桩的稳定系数趋近一定值，该深度即为临界入土深度；桩的临界入土深度与外露长度无关，但与桩的刚度有关，刚度较大的桩，其临界入土深度也相应增加。比较虚拟嵌固点法、试验和JTS 167-4—2012《港口工程桩基规范》中规定方法得到的稳定系数可知，规范方法计算值明显偏低，虚拟嵌固点法计算值与试验值比较接近。
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