ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
简要回顾和分析了近50年国内外8次大地震中现浇钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能表现和典型震害特点；对日本神户某10层公寓2号楼和智利Torre Alto Rio公寓，利用推覆程序，分析对比按我国规范设计与原设计的结构抗震性能表现。在此基础上，提出剪力墙结构抗震设计的三点启示： 1） 规则的剪力墙结构具有良好的抗震性能，在强烈地震作用下结构和非结构构件的损坏较少； 2） 我国规范规定的剪力墙结构地震作用计算、构件承载力计算以及剪力墙结构的侧向刚度要求，均具有合适的安全度，规范中规定的结构规则性要求及剪力墙端部边缘构件的设计要求是必要的； 3） 对房屋高度超过规范规定的适用高度以及结构体型和布置复杂的剪力墙结构，建议采用规范规定的“性能设计”方法，对剪力墙结构的轴压比控制及约束边缘构件设置的要求宜进一步改进。
以3层设置黏滞阻尼墙的钢框架结构为研究对象，对其进行3条地震波在不同水准下的振动台试验。通过对设置与不设置黏滞阻尼墙的两种结构动力特性和动力响应对比，分析了黏滞阻尼墙的减震效果和耗能特征及其变化规律。研究结果表明，黏滞阻尼墙是一种同时提供附加刚度和附加阻尼的被动消能减震装置，其在提供附加阻尼和附加刚度的同时可以对结构位移起到非常显著的控制作用，并且随着输入地震波峰值加速度的增大，该附加刚度逐渐减小，而附加阻尼则逐渐增大。此外，有限元分析结果与振动台试验结果的吻合度随响应对象和激励工况的不同而变化，说明了传统Maxwell模型用于模拟黏滞阻尼墙在动态力学特性方面的局限性。
为研究钢筋套筒灌浆连接装配式剪力墙结构的抗震性能，完成了1个3层足尺模型在不同强度地震作用下的子结构拟动力试验，观察其破坏现象，研究其滞回特性、变形能力、刚度退化和钢筋屈服次序等。结果表明：试验模型的破坏集中在地震作用方向的连梁和窗下墙，连梁以弯曲破坏为主，窗下墙为剪切破坏，首层墙肢出现轻微的弯曲破坏；试验过程中，连梁纵筋、墙肢竖向钢筋及连梁箍筋依次受拉屈服，试验模型实现了“强墙肢弱连梁”及连梁“强剪弱弯”的设计目标；8度多遇、设防和罕遇地震以及9度罕遇地震作用下，试验模型的抗侧刚度分别降低约5％、20％、60％和80％，对应的最大层间位移角分别为1/3341、1/899、1/268和1/111，以层间位移角为参数，结构的破坏程度分别为完好、轻微损坏、中等破坏和倒塌；“预制底板出筋”和“预制底板不出筋”的双向叠合楼板均具有良好的整体性和平面内刚度，均可起到水平刚性隔板作用；墙体一字形截面竖向后浇段采用由2根U形钢筋组成的封闭箍代替普通箍筋具有可行性；预制夹心保温外墙的内、外叶墙之间连接可靠，外叶墙不参与结构受力，结构设计时可不考虑外叶墙的作用。
楼层最小地震剪力系数是建筑抗震设计中的重要控制指标之一。对现行规范规定的最小地震剪力系数限值与场地特征周期无关的不合理性进行了分析，这也是导致Ⅰ、Ⅱ类场地上的长周期结构基底剪力系数难以满足规范限值的主要原因。分析了影响基底剪力系数的因素，发现基底剪力系数受到结构质量和刚度的分布、地震烈度、场地特征周期、结构阻尼比以及设计反应谱形状的影响。提出了基于场地特征周期的最小地震剪力系数限值，在场地条件较好时可放松规范限值，这样使长周期结构的抗震设计更容易满足地震剪力系数的要求，更为经济合理。通过一个算例验证了文中提出的基于场地特征周期的最小地震剪力系数限值的合理性。
某四塔连体结构在顶部通过300m长的空中连廊在高度235m处连接，形成复杂的多塔楼高位连体结构。为减小地震作用下的结构响应及结构构件内力，采用被动控制方案，空中连廊与四栋塔楼的连接节点采用摩擦摆隔震支座，并设置阻尼器进行耗能与限位。为检验四塔连体高位减（隔）震结构的抗震性能，进行了1/25缩尺模型的模拟地震振动台试验研究。结果表明：采用被动消能减震的四塔连体结构满足抗震设计要求；摩擦摆隔震支座与黏滞阻尼器产生了良好的隔震与消能减震效果，空中连廊构件在罕遇地震作用下保持弹性工作状态。
采用外套薄壁U形钢板、内灌无收缩灌浆料加固受火后钢筋混凝土梁，该加固技术能有效避免灌浆材料脱落，具有长效的加固功能。为验证该加固方法的有效性，进行了14根混凝土梁的静载试验，研究了U形钢板厚度和受火时间对加固RC梁受弯性能的影响，以及U形钢板厚度和剪跨比对加固RC梁受剪性能的影响。借鉴常温下组合梁承载力的计算方法，给出了薄壁U形钢板加固受火后RC梁受弯和受剪承载力的计算公式。结果表明：受火1.0、1.5h后混凝土梁的受弯承载力分别降低了9.4%、10.4%，剪跨比为1.74、2.58的混凝土梁受火1.5h后受剪承载力分别降低了19.5%、10.6%。薄壁U形钢板加固受火后RC梁的受弯、受剪承载力相比未受火RC梁分别提高了127.4%~151.7%、21.3%~56.7%。在薄壁U形钢板内侧和上翼缘焊接角钢形成的内隔环能保证薄壁U形钢板和混凝土共同工作，加固后试件可作为完全剪切连接的组合梁。加固试件发生受弯破坏时内隔环承受的纵向剪力较大，而发生受剪破坏时内隔环承受的纵向剪力较小。
为研究梁侧锚固钢板加固高温后受损混凝土梁的受剪性能，设计了6个混凝土梁试件，首先按照ISO 834国际标准升温曲线对其中5根混凝梁进行受火试验，然后采用梁侧锚固钢板加固，并对其进行静力试验。分析了梁侧加固钢板高度与螺栓间距对加固梁受剪承载力、延性及刚度的影响。试验结果表明：梁侧锚固钢板加固法能显著提高高温后钢筋混凝土梁的受剪承载力，并改善原混凝土梁的整体受力性能；受剪性能的加固效果随钢板高度的增大而增大，随螺栓间距的增大而减小；在梁侧锚固钢板加固梁中，钢板与混凝土存在纵向与横向滑移；螺栓间距对钢板与混凝土之间协同工作的程度影响较大。
为研究T形钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能，进行了两榀T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验，探讨了柱轴压比对框架滞回性能的影响。试验结果表明，框架在往复荷载作用下均呈理想的梁铰破坏机制；随着水平位移荷载的增大，框架滞回曲线渐趋饱满，最终框架正负向位移延性系数均大于4.0，满足建筑结构抗震延性需求；随着柱轴压比增大，其耗能能力提高，但框架的延性下降。提出了该类框架的简化三折线恢复力模型，可为T形钢管混凝土柱-钢梁框架的深化研究及工程设计提供参考。
完成了6个带竖向接缝的预制混凝土空心模剪力墙试件在恒定轴力作用下的拟静力试验，研究了墙体的受弯性能以及竖向接缝的连接性能，明晰了墙体的破坏过程和破坏形态。试验结果表明：墙体破坏形态与钢筋混凝土剪力墙相似，破坏时墙体根部混凝土压溃、边缘构件纵筋压曲；部分墙体的破坏区域发展至中部墙板，预制混凝土与后浇混凝土剥离；竖向接缝构造合理、连接可靠，能够保证墙体的整体性能，对受弯性能基本无影响；试件的转角延性系数为4.35~12.54，具有良好的延性；提高边缘构件纵筋配筋率和轴压比，墙体的承载力提高，混凝土压溃面积增大；采用单排竖向插筋对墙体的受弯性能影响较小；GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的计算方法可用于计算空心模剪力墙试件的承载力，计算结果较为保守。
进行了9个高宽比不大于1的钢管高强混凝土剪力墙试件的拉剪性能试验，研究了剪力墙中钢管高强混凝土含量、高宽比（剪跨比）、竖向分布筋配筋率、管外混凝土强度、初始拉力水平等因素对其在拉力和剪力共同作用下受力性能的影响。试验结果表明，钢管高强混凝土剪力墙在高轴拉力作用下仍具有很高的受剪承载力和良好的延性。在统计分析的基础上，提出了钢管高强混凝土剪力墙拉剪承载力计算式，计算结果与试验结果吻合良好。
现行规范的设计风荷载以普通大气边界层风场为主，其平均风剖面为指数型或对数型。下击暴流风场的典型风剖面与普通边界层风场差异很大。基于稳态冲击射流试验和数值模拟分析，考虑平地与坡地两种地形以及坡地坡度的影响，研究冲击射流风场中的高层建筑物表面风压分布特性与风荷载情况。风洞试验和数值模拟结果表明：冲击射流风场中建筑表面风压分布不同于大气边界层风场，迎风面最大风压出现在建筑下部；坡地上建筑物迎风面风压小于同等情况下平地上建筑物迎风面风压，而在侧面和背风面则呈现出相反的规律。对不同坡度坡地上的模型分析结果表明，随着坡地坡度的增大，建筑迎风面风压逐渐减小。
采用同步测压风洞试验技术，对相同尺寸的波纹状悬挑屋盖、光滑表面悬挑屋盖风荷载进行了研究，重点讨论了波纹形状对悬挑屋盖风荷载的影响。风压分布云图表明，波纹形状没有改变风荷载的主要作用机制，但加剧了来流在屋盖前缘的分离。通过积分得到了对屋盖主体结构抗风设计起控制作用的弯矩系数，相对于光滑表面悬挑屋盖，最不利风向角下波纹状悬挑屋盖的平均弯矩系数增加23%，脉动弯矩系数增加20%，但波纹形状减缓了脉动风荷载在折算频率0.1~0.2范围内的能量集中。波纹形状对风压极值影响较大，特别是对围护结构抗风设计起控制作用的负压极值，波纹状悬挑屋盖较光滑表面悬挑屋盖增加13%。进行波纹状悬挑屋盖抗风设计时，不考虑波纹形状的影响是不安全的。
通过提取东京工艺大学低矮建筑气动数据库中的风压数据，以点风压和面积平均风压为分析参数，研究了不同坡度双坡屋盖表面的风压特性。首先给出了正风向及斜风向作用下，屋盖表面的平均和脉动风压分布。其次，通过Hermite Model法计算了双坡屋盖表面各区格面积平均风压时程的峰值因子，进而计算得到各区格的风压统计峰值，并据此分析了双坡屋盖的最不利风向和易损位置。以迎风角区域为参考，计算了该区域与屋盖其余部位面积平均风压的相关特性。最后探讨了部分国家规范中双坡屋盖围护结构设计风荷载的相关条文，并针对GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》给出了修订建议。研究结果表明，根据各坡度屋盖风压分布、风压相关性和风压统计峰值的特点，可将双坡屋盖分为3个坡度区间，即0°≤θ≤15°（低坡度）、15°<θ≤30°（中等坡度）和30°<θ≤45°（高坡度）；在多数双坡屋盖表面，吸力统计极值的最大值均发生于斜风向作用下的迎风角区域；考虑最不利风向下不同部位风吸力幅值的差异，可将低坡度的屋盖表面分为角部、长边边缘、短边边缘和中部4个区域，中等坡度和高坡度的屋盖表面可在此基础上进一步细分出屋脊区域以及短边边缘与屋脊交接区域进行风压统计。
对比分析了中国GB 50009—2012、德国DIN 1055-4、美国ASCE/SEI 7-10、日本AIJ-2004、欧洲BS EN 1991-1-4:2005、加拿大NBC-2005、澳大利亚/新西兰AS/NZS 1170.2:2011、英国BS 6399-2:1997等规范中关于平屋盖围护结构外表面设计风压的有关规定。为便于比较，将各国规范风荷载标准值统一换算为外表面设计风压系数与基本风压乘积的形式。并且将外表面设计风压统一换算为与时距10min、重现期50a的基本风速相对应的值。针对外表面设计风压相关因素，对风向、风压分区、面积折减、建筑尺寸等进行了对比研究。最后，结合平屋盖风洞试验，探讨了外表面设计风压的具体取值建议。研究表明：平屋盖围护结构外表面设计风压的确定，建议考虑360°全风向；对屋盖边缘应进行风压分区，角部也应进行单独的风压分区；屋盖表面不同位置建议采用不同的面积折减公式；针对不同高度或宽高比建筑给定不同的外表面设计风压建议取值。
上海中心大厦建筑高度632m，是中国具有代表性的超高层建筑设计典范。上海中心大厦在设计阶段，引入绿色建筑结构设计的基本理念，在建造、运营过程中可节约土地、节约材料、减少能耗和减少排放等，以绿色建筑评价标准和指标为基础，从复杂环境下大直径深基坑及地基基础设计技术、基于空气动力造型的抗风设计技术、磁涡流TMD阻尼器系统设计技术等方面，介绍了绿色建筑思想在本项目结构设计中的体现。通过相关技术的综合使用，解决了技术难题，产生了巨大的社会效益和经济效益。上海中心大厦项目的顺利建造充分体现了“适用、经济、绿色、美观”的建筑方针，相应的绿色技术成果可为其他超高层建筑的设计提供参考。
为了研究箍筋约束效应和率相关效应对混凝土单轴受压性能的影响，采用MTS815试验机对一批设计强度等级为C30、C70混凝土的普通箍筋约束试件进行了单轴受压试验。选取4种不同的配箍等级，对每一种配箍等级试件分别进行加载应变率为10-5、10-2/s的试验，得到了相应的应力-应变全曲线。研究发现：混凝土单轴受压性能会受到配箍率、应变率和混凝土强度等级三者的共同影响；增大配箍率提高了约束混凝土试件的峰值应力、峰值应力对应应变和延性系数，当配箍率达到3.4%时，最大提高幅值比例约为1∶2∶4，但其弹性模量受到的影响可以忽略不计；增大加载应变率提高了约束混凝土试件的弹性模量、峰值应力和峰值应力对应应变，但其延性系数有所降低，当应变率达到10-2/s时，上述特征值最大提高或降低幅值比例约为1∶5∶4∶4；箍筋约束效应与率相关效应相互耦合，当二者共同存在时，会削弱彼此对约束混凝土试件峰值应力、峰值应力对应应变和延性系数的提高或降低作用，当配箍率为0%~3.4%、应变率为10-5~10-2/s时，削弱幅值不超过60%，提高混凝土强度等级会增强该削弱作用，弹性模量受耦合效应的影响可以忽略不计。
非接触测量技术是结构测量领域的最新进展之一，这类测量方法无需在被测对象上安装传感器，因而在结构试验以及土木工程现场实测中具有一定的优势。三维激光扫描作为一种非接触测量新技术，可以直接获取目标物表面点密集的三维坐标和灰度值，受测试环境干扰小，因而在土木工程领域的应用日益受到关注。在激光扫描技术的基础上，提出一种同名点的匹配方法，以提高变形场计算的精度。这种方法利用激光扫描的灰度信息，对扫描得到的点云坐标和灰度数据进行像素化处理，然后用相关系数法确定同名点并计算位移场。通过一钢梁试验对该方法进行验证，将结果与导杆位移计以及有限元分析的结果作了比对，结果显示该方法可以提高同名点识别的精度，进而提高结构变形计算的准确性，且可以同时获得构件包括平面内和平面外的变形。
黏弹性橡胶阻尼器是一种兼具黏滞性和弹性两种特性的阻尼器，耗能能力良好，可以同时为结构提供附加刚度和附加阻尼。通过对高阻尼黏弹性橡胶连梁阻尼器进行循环加载试验，研究了其基本力学性能，分析了该阻尼器在低周疲劳加载和高周疲劳加载下的基本力学特性。研究结果表明：高阻尼黏弹性橡胶连梁阻尼器的耗能能力优良；该阻尼器的储存刚度、损失刚度、损失系数受变形幅值的影响较大，受加载频率影响较小；等效阻尼系数与频率呈现反比例函数关系；该阻尼器的基本力学性能在低周和高周疲劳加载下呈现出较明显的衰减。
在B样条曲面上设定关键点并引入参考平面，利用所设定的关键点形成B样条曲面与参考平面上参数化B样条曲线确定的内外边界，采用Delaunay网格划分技术进行三角划分，生成能够适应复杂边界的自由曲面初始结构。利用关键点坐标的变化与自由曲面应变能的关系，推导了应变能对关键点的敏感度，建立了结构应变能最小化的自由曲面结构形态创构的方法，解决了以节点为优化变量计算效率低且优化后曲面不光滑需要二次加工的问题。研究结果表明，所提出的方法可以解决在实际工程应用中具有复杂边界的自由曲面形态创构问题，可以创构出自由、灵活的多种合理自由曲面结构，由此获得的曲面结构具有刚度大、承载力高，同时最大限度地抑制了弯矩的产生，且具有初始缺陷对结构受力性能影响减小的特点。
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