建筑结构学报

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编者按

樊健生

建筑结构学报. 2022, 43(09): 0.

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土木工程智能计算分析研究进展与应用

樊健生, 王琛, 宋凌寒

建筑结构学报. 2022, 43(09): 1-22. https://doi.org/10. 14006 / j. jzjgxb. 2022. 0035

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随着数字孪生等数字化转型理念的推广，土木工程传统计算分析方法逐渐无法满足高效仿真、实时交互等新时代需求。而人工智能技术凭借其强大的拟合能力、卓越的计算效率以及优异的开放拓展性，日益受到研究者的关注，成为传统方法极具前景的更替选择，并发展出了土木工程智能计算分析这一新的研究方向。为系统梳理并展示相关前沿进展，针对土木工程智能计算分析研究进行全面综述，根据处理的问题输入属于静态、动态或是复合特征对现有研究进行分类，归纳各类研究的主要技术路线，统计常用智能算法，并概述在材料、构件、体系三层次场景的典型应用，进而分析了现有研究的局限性。为克服这些局限性，重点介绍完全基于深度学习的土木工程端到端智能计算框架DeepSNA，展示其相较于传统计算方法的高准确性与高效性。并提出四个开放性问题，为土木工程智能计算分析的未来研究方向提供参考。

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土木工程智能科学与技术研究现状及展望

徐阳, 金晓威, 李惠,

建筑结构学报. 2022, 43(09): 23-35. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0087

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人工智能为土木工程学科和行业带来了新的发展机遇，土木工程智能科学技术的发展和创新与智能材料、3D打印、大数据、物联网、智能计算、机器人、元宇宙等数学、计算机科学和新兴产业技术进行深度融合，将深刻变革土木工程全寿期，包括城市规划、建筑设计、结构设计、工程建造、服役运维、防灾减灾等阶段。为此，从智能材料、智能设计、智能建造、智能运维、智能防灾等多个维度，总结当前土木工程智能科学与技术的研究现状，提出物理机器学习(基于数据范式与物理定律有机融合)的土木工程智能科学与技术特征；同时，探讨虚拟科学家在创造崭新土木工程智能科学与技术的前景。最后，展望了土木工程智能科学与技术发展目标，即从基于现有知识体系建立纯数据驱动和物理机器学习土木工程智能理论，到发展出具有自学习能力的智能体及其理论体系，最终创造出具有自我进化能力的虚拟科学家，发现新的数学方法与物理定律等。

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基于钢-混凝土组合结构轻量化的粗骨料超高性能混凝土研究进展与应用

刘加平, 刘建忠, 韩方玉, 郑晓博

建筑结构学报. 2022, 43(09): 36-44. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0079

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粗骨料超高性能混凝土(ultra high performance concrete, UHPC)是实现钢-混凝土组合结构轻量化的重要载体，分析了粗骨料UHPC的性能优势和技术瓶颈，综述了粗骨料UHPC力学性能、体积稳定性、韧性和施工性能的提升原理、技术措施和作用效果，得到诱导、加速胶凝材料水化调控水化产物和微结构，可发挥粗骨料刚性骨架作用，提升常温下力学性能，使其弹性模量可达近60GPa，徐变系数低于0.4；掺加内养护剂、功能性聚合物抑制内部相对湿度下降，采用膨胀剂补偿收缩变形，可降低自收缩超过60%，提高抗裂能力；基于聚合物基体增韧和骨料-纤维协同增韧，提升拉伸韧性，可使粗骨料UHPC拉伸强度达10MPa；采用微纳米材料和选择性吸附聚合物，调控流变性能，可实现施工的高流动与物相均匀分布的统一。介绍了粗骨料UHPC典型应用工程，通过提高钢-混凝土组合结构的刚度、抗裂性能和抗疲劳性能，大幅降低结构自重，有效提升了桥梁的跨越能力。

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碳纤维复合材料拉索的锚固体系及服役性能研究进展

王安妮, 刘晓刚, 岳清瑞,

建筑结构学报. 2022, 43(09): 45-54. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0089

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随着国家基础设施建设的发展，桥梁拉索面临着大跨度、长寿命的需求，使轻质高强、耐腐蚀疲劳性能优异的碳纤维增强复合材料拉索具有替代传统钢索的巨大优势。为此，探讨了现有碳纤维复合材料拉索的锚固体系，介绍了碳纤维复合材料拉索锚固体系的工程应用，总结了碳纤维复合材料拉索长期服役性能的研究现状。结果表明，现有的锚固体系可解决跨度小、吨位小的碳纤维复合材料桥梁拉索锚固问题，但因锚具尺寸过大、制造工艺复杂、受力不协同、不便于现场安装等问题，需开发针对大跨度桥梁拉索的高效率锚固体系。由于碳纤维复合材料拉索长期性能的演化规律与性能退化机制较为复杂多样，且在不同服役环境和荷载耦合作用下存在较大差异，需建立碳纤维复合材料拉索长期服役性能的监测技术和寿命预测方法。

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高性能双钢板混凝土结构研究与应用

樊健生, 丁然, 聂鑫, 郭兰慧, 严加宝

建筑结构学报. 2022, 43(09): 55-72. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0076

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钢板混凝土结构是继钢混凝土组合梁和钢管混凝土柱之后又一项重要的组合结构形式，其主要适用于墙、板、壳等构件，具有灵活的构造形式、良好的综合性能优势及广泛的应用价值。简述了近年来双钢板混凝土组合结构的主要研究进展与工程应用情况，重点关注其在建筑剪力墙结构、沉管隧道、大跨桥梁桥塔和防护结构中的应用，分别介绍了多种钢板混凝土剪力墙结构、隔舱式钢板混凝土沉管隧道结构、钢板混凝土桥塔结构、钢板混凝土组合防冰墙结构的特点与优势、理论和试验研究成果及其在典型工程中的应用情况。相关研究和应用较为充分地论证和展示了双钢板混凝土结构在受力性能、使用功能和施工建造等方面的优势，揭示了多种类型钢板混凝土结构的面内外受力机理和破坏模式，并建立了钢板与混凝土界面连接、构件承载力和刚度等的设计方法。并对钢板混凝土结构在核电工程模块化建造、隧道工程衬砌、海洋平台等其他领域的应用前景及其在理论和实践方面仍需深入研究的问题进行了展望。

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万吨级多功能试验系统的研制与应用

黄刚, 唐亮, 孙建运, 韩俊伟, 谢永兰,

建筑结构学报. 2022, 43(09): 73-83. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0061

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近年来，新型、复杂、巨型结构不断涌现，给设计和施工带来了巨大挑战，而现有试验设备的加载能力和加载空间均无法满足抗震试验的加载要求，尺寸效应问题突出。为此，从大吨位基座超高精度安装及控制技术、试件脆断安全保护技术、移动横梁大行程自动调整与锁紧技术、微摩擦平面静压轴承技术、超冗余并联驱动控制技术和瞬时大流量技术等6方面进行攻关，研制出万吨级多功能试验系统，可实现巨型柱、巨型剪力墙等大型结构构件的六自由度加载和大型隔震支座的高速动态测试。基于研发设备，已顺利开展足尺加压成型钢管混凝土叠合柱轴压试验、钢管混凝土巨柱轴压及压剪试验、CAP1400三维隔震系统原型三向滞回加载等10余项大型试验，研究成果可为建筑、桥梁、核电能源等多个领域的关键技术提供数据支撑。

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基于深度强化学习的高层剪力墙结构智能设计方法

程国忠, 周绪红, 刘界鹏, 王禄锋,

建筑结构学报. 2022, 43(09): 84-91. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0067

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在传统的高层剪力墙结构设计中，需结构工程师依据自身经验反复地对剪力墙的布置方案进行调整，致使工作效率低、重复性劳动多、设计周期长，且设计结果依赖于工程师的个人经验，很难得到最优结构方案。为此，提出了高层剪力墙结构的智能设计方法，包括智能建模和智能优化两个环节。基于连通区域分析、图结构算法、普氏分析、边缘检测算法提出了高层剪力墙结构智能建模方法，包括房间检测、建筑分割与识别、剪力墙自动布置等，智能建模结果可以满足实际工程要求；基于深度强化学习给出了高层剪力墙结构智能优化方法，优化方法收敛性好。通过实际工程算例对所提出的智能设计方法进行了验证，结果表明，所提出的高层剪力墙结构智能设计方法可行，与传统的设计方法相比，设计周期可缩短90%以上，剪力墙材料用量可节省20%以上。

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基于渐进地震失效模式的高层结构抗罕遇地震设计方法研究

李祚华, 齐一鹤, 滕军, 欧进萍

建筑结构学报. 2022, 43(09): 92-102. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0041

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针对高层结构罕遇地震作用下局部集中损伤破坏易导致整体倒塌的问题，及超静定次数消耗集中且不充分的结构地震失效本质，确定了高层结构耗能构件分批次充分消耗超静定次数的多阶段塑性发展路径，提出了高层结构塑性发展充分、失效方向可控、失效路径延长的渐进地震失效模式。同时，考虑结构多阶段塑性发展过程中地震作用的往复特性、高阶振型影响和非线性内力重分布特点，建立基于多阶段振型组合的标准地震作用，给出了多阶段塑性发展的抗震性能量化需求，建立了基于渐进地震失效模式的高层结构抗罕遇地震设计方法。该方法将高层结构渐进地震失效全过程的复杂设计简化为有限塑性阶段的分段抗罕遇地震设计，解决了高层结构难于抗罕遇地震量化设计的难题。为验证该设计方法的有效性，对一幢10层高层结构进行了抗罕遇地震设计，通过非线性时程分析方法验证了按所提方法设计的结构能够实现结构渐进地震失效模式以及结构抗震性能目标，并对比分析了按所提方法设计的结构与按现行规范方法设计的结构的抗震性能，得到按所提方法设计的结构在地震动峰值加速度为0.22g作用下耗能提高了57%，在非线性静力推覆作用下非线性抗力（基底剪力）最大值提高了15.59%。

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蔓延火灾下钢框架结构抗火性能试验研究

阮诗鹏, 赵金城, 宋振森, 段立平,

建筑结构学报. 2022, 43(09): 103-114. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0631

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为研究蔓延火灾下钢框架结构建筑室内火灾温度场、钢构件温度分布和位移的发展规律，对1个足尺的两层钢框架结构进行蔓延火灾试验，测量试验区域内关键位置的空气温度、钢构件温度和位移。试验结果表明：试验中火源房间内的火灾过程呈现4个明显的发展阶段，受火70min时室内火灾达到全盛，测得火灾烟气层最高温度730℃；受火82min时火灾从火源房间蔓延至邻近房间，导致了邻近房间内各受火钢构件温度峰值出现在不同时刻，同时，各构件历经扩散热烟气加热、直接受火加热和冷却降温3个阶段，呈现反复升降温的受火过程；受火过程中，钢构件温度变化显著滞后于火场温度，受火钢柱先后升温产生向上的轴向变形。与传统室内火灾相比，蔓延火灾扩大了火场范围和钢结构受火范围，对结构安全和人员安全造成更大威胁，因此在进行结构抗火设计时应得到充分考虑。

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室内火灾作用下正交胶合木结构受火性能研究

张晋, 孙一鸣, 王跃翔, 陆川, 王卫昌, 吴磊

建筑结构学报. 2022, 43(09): 115-127. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0603

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为了研究室内自然火灾作用下可燃的正交胶合木(cross laminated timber, CLT)对CLT房间火灾荷载的贡献和不同层板组成的CLT对火灾的动态影响，开展4次内表面受火面积不同、板材层板组成不同的CLT房间自然火灾试验，直接受火CLT面积占CLT房间内表面积百分比分别为0%、19.8%、36.4%和87.6%；并以双区域模型为基础，建立考虑炭化层脱落的CLT结构室内自然火灾温度场计算模型，对CLT房间火灾试验进行模拟，分析双区域模型应用于CLT结构自然火灾时的有效性及局限性。试验结果表明：CLT受火面积对室内自然火灾发展过程及热量释放影响显著，随着CLT受火面积的增大燃烧速率显著提高，火灾的热释放速率增大；炭化层是否脱落对火灾发展过程影响显著，炭化层脱落时间及区域存在随机性；CLT单层层板厚度越薄，炭化层越早发生脱落；考虑CLT燃烧及炭化层脱落的双区域模型可一定程度上准确模拟CLT房间自然火灾室内空气温度，但是火灾降温阶段双区域模型预测的温度始终低于试验温度。

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高强度耐火钢高温下力学性能试验研究

楼国彪, 费楚妮, 王彦博, 陈林恒

建筑结构学报. 2022, 43(09): 128-137. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0686

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为研究高强耐火钢在高温下的力学性能，通过国产Q345FR、Q420FR、Q460FR耐火钢的高温下稳态拉伸试验和热膨胀变形试验，得到了20~800℃下各等级耐火钢的破坏模式、应力-应变关系曲线、力学性能参数及热膨胀系数，并与普通结构钢高温性能以及欧洲、中国的抗火设计规范的相关规定进行了对比。研究结果表明：在温度低于350~400℃时，国产高强耐火钢屈服强度、抗拉强度高于常温的，当温度超过400℃后，屈服强度、抗拉强度开始快速下降；欧洲规范EC3中给出的高温下普通结构钢的弹性模量、强度计算公式不适用于高强度耐火钢；温度低于450℃时，耐火钢试验值与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中普通钢取值更吻合；温度高于450℃时，耐火钢试验值与规范GB 51249—2017中耐火钢取值更吻合。针对Q345FR、Q420FR、Q460FR高强耐火钢，提出了高温下弹性模量、屈服强度、抗拉强度变化系数拟合公式，可用于耐火钢结构抗火设计。

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高强钢高温下和高温后力学性能指标的标准值研究

王卫永, 张艳红, 李国强

建筑结构学报. 2022, 43(09): 138-150. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0680

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高强钢高温下和高温后的力学性能是进行高强钢结构抗火设计和火灾后评估的重要基础。我国GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EC3中针对普通低碳钢提出了高温下屈服强度和弹性模量计算公式，但其不适用于高强钢。国内外学者对高温下和高温后高强钢力学性能已开展了一系列试验研究，但由于钢材强度等级、试验设备、加热速率和加载制度等影响，导致试验结果离散性较大，不能应用于实际工程中。同时不同学者提出的力学性能指标计算式各不相同，均不具有普遍适用性。采用数理统计中t分布与置信区间的方法对高强钢高温下和高温后力学性能试验数据进行统计分析，得到不同温度下力学性能指标具有95%保证率的标准值，拟合出高强钢高温下和高温后力学性能指标的计算式，并与GB 51249—2017和欧洲规范EC3预测结果进行对比。结果表明：自然冷却和浸水冷却条件下，高强钢高温后屈服强度发生明显下降的转折点分别是600℃和 500℃；高温下高强钢的屈服强度折减系数低于普通结构钢；高强钢弹性模量折减系数在作用温度小于600℃时低于普通结构钢的，而在温度大于600℃时高于普通结构钢的。

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Q345冷成型钢高温力学性能试验制度参数的影响研究

陈伟, 叶继红, 金磊, 姜健, 刘琨, 秦雅菲

建筑结构学报. 2022, 43(09): 151-159. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0806

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钢材的火灾全过程高温本构是开展冷成型钢结构抗火研究的重要输入数据。为此，开展国内常用Q345冷成型钢高温力学性能试验研究，定量考察峰值温度保温时间、降温速率、温度历程以及稳态与瞬态试验方法等试验制度参数对其力学性能的影响，结果表明：高温稳态试验中，峰值温度保温时间和降温速率对钢材高温力学性能影响不明显，相对百分偏差均介于-10%~10%之间；若温度历程中各次升温过程峰值温度中的最高温度和拉伸温度均相同，则钢材在多次升降温过程下的高温力学性能与其在一次升降温过程降温段的高温材性相互接近；高温瞬态试验中，温度历程对钢材高温试验应变影响显著；相同拉伸温度下，升温与降温段的应变相对偏差最高可达12904%；稳态与瞬态试验方法对考虑温度历程的冷成型钢高温应变影响亦非常明显，试验参数范围内，相同拉伸温度下应变相对百分偏差最大可达14851%。总之，Q345冷成型钢的火灾全过程高温本构需考虑温度历程中各次升温过程峰值温度中的最高温度和拉伸温度的影响，且稳态与瞬态试验方法所构建的高温本构模型并不等效。

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3D打印混凝土负压医疗舱一体化建造技术研究

孙晓燕, 张涛, 王海龙,

建筑结构学报. 2022, 43(09): 160-169. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0080

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3D打印混凝土可实现数字设计、一体化快速打印建造成型，具有整体性好、气水密闭、保温隔热、灵活定制、经济耐用以及安全可靠等技术优越性。基于负压医疗标准和技术参数，提出一种可拼接组装、快速就位、安全耐久的3D打印混凝土负压医疗舱空间胶囊结构。基于打印工艺和材料参数开展数值模拟，分析了负压医疗舱结构在承载能力极限状态、正常使用极限状态和建造安装阶段的结构性能，并通过模态分析研究了不同激励工况下的结构振动舒适度。结果表明：3D打印胶囊型混凝土负压医疗舱最大拉压应力小于其抗拉与抗压强度，具有良好的安全性；正常使用极限状态下结构变形满足使用限定条件，适用性良好；负压医疗舱吊装过程中结构具有很好的安全储备，施工安全可行。与传统装配式负压病房相比，3D打印混凝土负压医疗舱的一阶竖向自振频率提高了99.95%，更不易在日常使用工况下产生激励共振。在行走激励下，3D打印负压医疗舱均满足振动舒适度要求；在奔跑激励下，3D打印负压医疗舱的加速度响应处于振动有感阶段；而传统负压舱病房在行走激励下难以满足振动舒适度要求，在奔跑激励工况下的加速度响应超出人体对于振动响应的忍受范围。

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低损伤预应力自复位装配式混凝土耗能框架节点试验和数值研究

耿方方, 李亚东, 吴宏磊, 张耘

建筑结构学报. 2022, 43(09): 170-180. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0055

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为了提高传统预应力干连接节点的抗震性能，提出一种带软钢阻尼器的低损伤自复位装配式混凝土（self-centering precast concrete，SCPC）耗能框架节点。设计了10个不同参数试件，对其进行拟静力试验，研究不同试验参数下梁柱组合体的裂缝开展情况、滞回特性、预应力筋合力、骨架曲线、钢筋应变等。试验结果表明：相比传统的RC节点，低损伤SCPC节点具有良好的自复位能力和抗震性能，预制构件最大裂缝宽度仅为0.08mm；试验中预应力筋始终保持弹性状态，初始预应力越大、预应力筋四周布置能明显提高SCPC节点的初始刚度和耗能能力，耗能条尺寸为中等型号的软钢阻尼器D1在三种阻尼器中耗能效果最佳；梁中纵向钢筋的应变也随梁端位移的增加而增加，且拉应变值明显大于压应变。此外，通过节点有限元模拟和试验结果的误差分析可得，节点张开弯矩、极限弯矩、初始刚度和开裂后刚度的最大误差均在7%以内，从而验证了有限元模拟方法的精确性，可为低损伤SCPC框架结构的整体抗震分析奠定基础。

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锈蚀RC框架结构连续倒塌抗力机制研究

钱凯, 黄志强, 翁运昊, 于晓辉

建筑结构学报. 2022, 43(09): 181-190. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0016

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为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)框架结构连续倒塌抗力机制的影响，对3个1/2缩尺RC梁-柱子结构开展了拟静力Pushdown试验，其中1个未锈蚀RC梁-柱子结构作为对照，另2个RC梁-柱子结构在节点区采用电化学加速锈蚀方法模拟钢筋锈蚀。试验结果表明：钢筋锈蚀会影响RC梁-柱子结构的裂缝开展顺序及钢筋断裂位置，同时钢筋锈蚀会削弱压拱机制及悬链线机制对RC结构抗连续倒塌能力的提升作用。在边节点锈蚀率为28.6%和中节点锈蚀率为5.2%的情况下，RC梁-柱子结构的第一峰值荷载和极限荷载分别降低了31.2%和57.4%。基于试验结果，通过对比分析验证不同压拱机制理论计算模型及悬链线机制理论计算模型评估锈蚀RC梁-柱子结构连续倒塌抗力机制的有效性。通过对比分析发现：Lu等提出的模型用于评估锈蚀RC梁-柱子结构压拱机制下的第一峰值荷载的准确性高且离散性低；Yu等所提模型对锈蚀RC梁-柱子结构悬链线机制下极限荷载的评估结果较为准确，但偏于保守。

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高强H形钢混凝土组合柱轴压性能研究

王钧, 苏宇, 赵金友, 王欣然, 孙文泽

建筑结构学报. 2022, 43(09): 191-200. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0086

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为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性，对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验，研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比，承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%；高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力；当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时，其对承载力影响不明显；提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得，各国规范的计算值均偏于保守，JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应，对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正，修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型，考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好，误差在5%以内。

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疲劳损伤RC梁氯离子腐蚀后疲劳性能和氯离子扩散性试验研究

吴洁琼, 许见超, 刁波, 金浏, 杜修力

建筑结构学报. 2022, 43(09): 201-209. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0066

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对于沿海地区具有疲劳损伤的在役钢筋混凝土(RC)桥梁结构，其在氯腐蚀后的疲劳性能和氯离子扩散性对于结构耐久性设计和评估至关重要。为此，通过试验研究15根不同初始疲劳损伤程度RC梁在氯腐蚀后的疲劳性能和混凝土中氯离子含量，试验参数包括荷载水平(疲劳荷载上限与静载极限荷载之比，取0.2~0.5)、初始疲劳加载次数(1×104~120×104)、氯腐蚀时间(90、180d)和受拉纵筋配筋率(1.06%、1.59%和2.91%)。试验结果表明：疲劳损伤RC梁在氯腐蚀后进行疲劳加载时，梁挠度和混凝土应变等呈现典型的三阶段变化特征；荷载水平、初始疲劳加载次数、氯腐蚀时间和受拉纵筋配筋率均对其剩余疲劳寿命影响显著，荷载水平(不小于0.4)、初始疲劳加载次数(第一疲劳阶段)和氯腐蚀时间的增加均引起剩余疲劳寿命迅速降低，当配筋率增加到42%界限配筋率时，寿命有所增加；受拉混凝土氯离子扩散性的增加与RC梁剩余疲劳寿命的降低相关联，而受压混凝土的扩散性随荷载水平、初始疲劳加载次数和配筋率的增加而增加。

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钢筋混凝土有腹筋梁受剪机理试验研究

易伟建, 谭童

建筑结构学报. 2022, 43(09): 210-221. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0065

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为研究钢筋混凝土有腹筋梁的受剪机理，以剪跨比、混凝土强度等级、配箍率为变量，完成了集中荷载作用下16根钢筋混凝土简支梁受剪性能试验。为了避免过高的纵筋配筋率，采用HRB600级钢筋作为纵向受拉钢筋。通过在箍筋内部开槽预埋电阻应变片测量箍筋的应变，分别得到钢筋混凝土有腹筋梁中混凝土和箍筋承担的剪力。试验结果表明：剪跨比和混凝土强度等级对混凝土和箍筋分担的剪力在总剪力中所占比例有显著影响，且二者呈相反的变化趋势；当剪跨比较小时，配箍能提升混凝土的受剪承载力，但箍筋本身承担的剪力较小，箍筋甚至不能屈服;当剪跨比较大时，斜裂缝倾角小于45°，实际与裂缝相交的箍筋数量多于按45°计算的数量，箍筋承担的剪力增大。与无腹筋梁相比，大剪跨比（剪跨比为3）有腹筋梁中混凝土承担的剪力减小。在试验研究的基础上，收集了国内外369根有腹筋梁受剪承载力的试验数据，采用统计分析方法得到了有腹筋梁受剪承载力计算公式，其较GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算公式更加合理，计算结果也偏于安全。

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起始点逐层等角度移动时3D打印混凝土圆管可连续打印高度

蒋友宝, 胡佳鑫, 周浩, 贺昊轩, 文俊

建筑结构学报. 2022, 43(09): 222-231. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0288

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为研究 3D 打印混凝土圆管可连续打印高度随打印路径等参数变化的规律，开展了打印条带质量测试研究，确定了合适的混凝土材料配合比及打印速度；通过无侧限单轴抗压试验和直接剪切试验，研究了早龄期 3D 打印混凝土本构模型；设计了起始点沿周向逐层等角度移动时圆管的4种打印方案，完成了圆管连续打印高度的试验研究；采用生死单元法对打印过程中圆管的受力进行了有限元模拟。结果表明：建立的基于摩尔库伦屈服准则的早龄期 3D 打印混凝土本构模型与试验数据吻合较好；采用 120°等角度移动方案的圆管可连续打印层数最多，为 24 层，较起始点不移动的方案提高了50%；提出的考虑每层条带结合处薄弱特性的有限元建模方法较为准确，模拟得到的圆管变形、失效模式等结果与试验结果吻合较好，可连续打印层数的模拟相对误差在10%以内。

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3D打印混凝土硬化后断裂机理试验研究

岳健广, 张怀奎, 仝飞

建筑结构学报. 2022, 43(09): 232-241. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0094

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为了研究3D打印混凝土硬化后的断裂机理，针对常规浇筑混凝土和三种不同打印路径混凝土，开展了劈裂抗拉强度和三点弯试验，利用声发射技术监测了断裂过程。结果表明：打印混凝土的劈裂抗拉强度、抗弯强度、延性和断裂能均小于常规浇筑混凝土；当平行于荷载方向上条间界面（水平条带之间界面）数量增加时，断裂面上材料完整性被削弱的程度愈大，劈裂抗拉强度、抗弯强度、延性和断裂能愈小；打印混凝土内部界面对微裂缝的开裂模式有影响，随着材料完整性削弱程度的增大，剪切裂缝数量占比愈大；通过衰减系数反映微观断裂与打印混凝土宏观断裂力学性能之间的关系，发现随着剪切微裂缝数量占比衰减系数的增加，抗弯强度、延性、断裂能衰减系数减小，两者近似呈线性关系。

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板锥柱面网壳结构的试验研究与有限元分析

王星, 郑少鹏, 钟根全

建筑结构学报. 2022, 43(09): 242-250. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0175

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为研究板锥网壳结构的实际承载能力和破坏全过程，了解结构的受力性能和整体刚度，对板锥柱面网壳结构进行模型试验研究。对试验模型的细部构造进行设计，确定上弦节点、下弦节点、支座节点、锥体成形及连接构造。对两纵边支承的试验模型在正常荷载工况和破坏荷载工况下进行加载试验，并采用ANSYS软件对试验模型进行非线性有限元分析。结果表明：板锥柱面网壳的整体刚度大，在正常荷载模式下，结构的变形很小，最大竖向位移与跨度的比值为1/3787，弦杆的受力主要是沿拱轴方向传递；在破坏荷载模式下，锥体的节点板连接处率先发生局部屈曲，之后焊点破坏，结构丧失承载能力。有限元与试验所得承载力最大误差为11%，破坏模式基本一致，所用有限元分析方法可靠。

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跨度120m三角锥体钢结构施工滑移监测方法研究

常乐, 黄翔, 赵有山, 撖利平, 高海军, 刘焕芹

建筑结构学报. 2022, 43(09): 251-259. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0780

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大跨度钢结构的滑移是一个动态过程，滑移推力、环境荷载、轨道承载力、轨道平顺性等因素对结构准确就位均有影响。为此，提出了一种能够监测滑移施工过程结构安全、稳定及滑移同步性的方法，该方法通过模拟分析施工滑移过程，准确预判滑移中结构出现损伤的位置和程度，提前采取措施；通过实时在线监测结构滑移施工过程中多项参数的变化，避免滑移过程中结构的应力集中、局部变形过大、脱轨、失稳及倾覆。以大同美术馆钢结构屋盖滑移施工监测为例，在滑移前对滑移施工过程进行模拟分析和监测系统安装，对滑移阶段结构关键构件的应变、位移、构件变形及环境温度进行实时监测、分析与反馈。结果表明：大跨度钢结构滑移受温度、轨道平顺性、轨道处结构变形值、顶推设备误差影响；采用有限元模拟分析、现场监测、实时分析与反馈的监测方法,可有效控制滑移过程中结构的内力、变形、各轨道滑移的同步性及结构的整体稳定性。

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基于力密度法的树状结构找形及稳定承载力优化算法

赵中伟, 于铎, 简相洋, 吴谨伽, 严仁章

建筑结构学报. 2022, 43(09): 260-268. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0748

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力密度法通常用于张拉索网结构等不需要考虑稳定性的结构体系的找形分析，但对于树状结构，由于其在竖向荷载作用下所有构件仅受到轴向压力的作用，除了找形以外还需要考虑构件稳定承载能力的问题。利用力密度法对树状结构进行找形分析的基础上，引入欧拉稳定承载力计算理论以考虑构件几何长度对稳定承载力的影响，并提出了相应的迭代算法。推导了适用于树状结构的修正迭代力密度理论计算式，通过改变每一个分枝的力密度进而达到优化分枝长度的目标。通过与已有计算结果的对比验证所提对于平面树状结构算法的可靠性，对空间树状结构进行分析验证所提算法对于复杂树状结构的适用性。算例分析表明：采用所提算法迭代100次即可得到收敛的结果，耗时5min左右；与数值逆吊法找形相比，避免了双单元法抗弯刚度不恰当而导致的计算不收敛问题。

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体育场马鞍面单层索网屋盖结构方案分析

刘人杰, 薛素铎, 曹佳佳, 李雄彦, 刘越

建筑结构学报. 2022, 43(09): 269-276. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0247

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为满足某体育场屋盖采用马鞍面单层索网结构的需求，提出轮辐式单层索网结构和无内环单层索网结构两种方案。基于方案的外形、构件和节点设计信息，比较两种方案下的拉索、索端锚具和大型索夹节点用量等经济指标。利用有限元分析软件Midas/Gen建立模型，分析两种方案在静力荷载作用下的位移和索力，对比两种方案的结构整体刚度、索力大小和索力分布均匀性。利用有限元分析软件Ansys/Ls-dyna建立模型，采用拆除构件法分析两种方案断索后的动力响应，研究两种方案抗连续倒塌性能。结果表明：无内环方案的拉索、索端锚具、大型索夹节点用量均显著少于轮辐式方案的，经济性更好；无内环方案的刚度较大，整体性好，索力较小且索力分布更均匀；无内环方案断索后仍保持形状稳定且索力损失不明显，抗连续倒塌性能更好。

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基于图论方法与优化算法的六折痕折纸结构构型研究

严嘉怡, 李佳强, 陈耀, 冯健,

建筑结构学报. 2022, 43(09): 277-285. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0011

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近年来，折纸结构快速发展并成功应用于诸多领域，但其仍存在折纸新构型难以构建、构型与折展运动难以协调等难题。为了研发多折痕折纸结构，考虑折纸构型的规整性及可折叠性，基于图论方法描述折纸折痕构型，建立折纸顶点的几何约束方程组，综合采用图解法及优化方法，求解单元内部可平折点，得到一系列基于不同对称单元的六折痕折纸结构构型。研究表明，该折痕设计方法精确可行，且具有并行性，能求得给定单元形状的所有内部可平折点。该折痕设计方法适用于任意边界条件的六折痕折纸结构，可为折纸结构创新与应用发挥积极作用。

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考虑焊缝影响的膜结构优化裁剪研究

杨燕, 卿强, 龚景海, 庞妍

建筑结构学报. 2022, 43(09): 286-293. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0608

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膜结构的真实应力状态对于荷载分析至关重要，然而荷载分析通常在与设计应力相对应的找形形态上进行，这样可能导致无法发现潜在的结构隐患。提出了一种考虑焊缝影响的膜结构优化裁剪及组装分析的方法。该方法通过将二维单元的节点坐标作为关键点，基于初始裁剪膜片迭代进行几何非线性有限元分析得到优化裁剪膜片，并通过膜片组装和平衡分析得到真实应力状态使最终形状最接近设计形状。在裁剪和组装平衡分析中将焊缝模拟为索单元来考虑焊缝长度方向的影响，通过修正膜单元的纬向模量来考虑焊缝宽度方向的影响。通过三个经典算例(中国帽模型、充气球模型、鞍型模型)，分别进行了裁剪过程中是否考虑焊缝影响的对比分析，考虑焊缝得到的组装形态与设计形状的偏差分别降低了31.7%、96.4%、46.2%，证明了该方法可以保证实际组装形态的形状更接近设计形状。

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高强钢筋与超高性能混凝土黏结性能试验研究

梁芮, 黄远,

建筑结构学报. 2022, 43(09): 294-302. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0147

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为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能，设计并制作69个试件，通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏，高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大；纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显；当纤维体积率从1%增长至3%，长径比从35增加到100时，黏结强度分别提高了23%和16%；但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响；黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加，随着黏结长度增大而降低，当保护层厚度超过4倍钢筋直径时，增幅基本不变；当黏结段位于加载端时，受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%，黏结段越靠近试件中部，加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果，确定临界锚固长度计算式，提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式，同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得，现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度，建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。

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2022年, 第43卷, 第09期　刊出日期：2022-09-05

建筑结构学报

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