ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
结合风灾破坏的实地调查结果,对我国荷载规范中基本风压的取值规定进行了探讨;借鉴建筑抗震设计标准和规范,提出适合于大跨度屋盖的多级抗风设防标准和设计方法,并结合北京奥运乒乓球馆屋盖结构进行了抗风分析,得到的主要结论是:基本风压的取值决定了建筑物抗风设防的标准;现行规范中我国部分地区的基本风压取值有所偏低;对于大跨度屋盖结构而言,可以引入抗震设计思想和方法,进行多级抗风分析与设计。最后探讨了一些适合大跨度屋盖的抗风概念设计方法,以供设计和建造时参考。
采用了两相流理论模拟风荷载雪漂作用,认为空气相和雪相的关系为单向耦合,雪在风(空气相)的作用下发生漂移,基于此对通用流体软件FLUENT进行了二次开发。以一实际大跨屋盖结构——北京首都机场3号航站楼T3A为研究对象,首先将风洞试验测得的屋盖表面风压分布数据与计算流体动力学(computational fluid dynamics)计算结果进行了对比,两者的一致性一定程度上证实了风致雪漂计算方法的准确性。接着细致分析了几个主要参数(湍流模型的类型、阀值摩擦速度及来流风速、风向等)对屋盖表面雪压变化的影响。结果表明,相对标准k-ε模型而言,可实现k-ε模型得到的结果有更多的沉积区域;随着阀值摩擦速度的提高或来流风速的降低,沉积率相应增大。
采用高频底座力天平方法,研究了不同断面形状的施扰建筑对一正方形断面受扰建筑的静力和动力干扰影响,分析了正方形断面施扰建筑和正方形切角断面施扰建筑的干扰效应的相关性。结果显示:施扰建筑结构断面的特征尺寸对其所产生的干扰响应起着关键性的作用,当施扰建筑的特征尺度相同时,切角和正方形截面施扰建筑的包络干扰因子(EIF)分布存在明显的相关性,并由此得到了一类特征尺寸相同的不同断面施扰建筑对包络干扰因子分布影响的回归关系(相关系数大于0.91,回归余差小于0.08),较大程度地简化了干扰响应研究结果的繁杂程度,简化了受扰建筑的荷载取值过程。
制作了缩尺比为1∶200的泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑的刚性模型,在其外表面布置足够的测点进行了同步测压风洞试验。试验得到了该9栋高层建筑表面的平均风压系数和脉动风压系数。利用风洞试验得到的风荷载数据,研究了该9栋建筑的风致响应,包括位移和加速度响应。结果表明:左右或下游建筑的影响可能会增大上游建筑的背风面"吸力";泉州中芸洲海景花园9栋高层建筑相互干扰效应主要表现为"遮挡"效应,其顶部加速度响应均小于规范限值,能满足人体舒适度的相关要求。
为了了解矩形平面Geiger型索穹顶结构的受力性能,设计并加工了一长边4.7m、短边3.4m的矩形平面索穹顶结构试验模型,并对该结构试验模型的预应力、自振频率及多种荷载工况下的多级静力加载等内容进行了理论分析和试验研究。研究结果表明:矩形平面Geiger型索穹顶结构与圆形平面Geiger型索穹顶结构具有相似的静力性能,它在满跨均布荷载作用下具有良好的受力性能,但不利于承受半跨均布荷载。且结构第一阶自振频率较低,自振频率随初始预应力的增大而增大,提高结构预应力水平可以改善结构刚度。
根据两节点索单元建立索网非线性平衡方程,用M-P广义逆求解体系运动方程,采用方程特解修正索网运动,建立了索网由无应力态至初始预应力形成过程的分析方法。基于初始形态,采用非线性悬链线索单元列式,由索张力与无应力长度结合控制迭代,实现了索网整体提升控制过程的数值模拟分析,据此编制相应计算程序。最后,进行了一座新型大型体育场马鞍形径环向单层索网罩棚的整体提升张拉过程模拟分析,跟踪整体提升张拉结构从零状态至初始状态以及索张力逐渐导入与形态变化过程,当完成最后一根索的张拉时,所有索内力及节点位置均达到控制目标值,且精度高。结果表明本文分析方法有效,对大型索网结构设计与施工有理论指导意义和参考价值。
预应力结构在使用过程中由于索松弛等原因导致结构处于误差状态,影响结构的正常使用。本文提出的位移补偿计算法可对结构的误差状态进行调整计算,对于结构存在力误差及几何误差两类误差状态,计算得到索张力调整控制值,实际施工中依照此值对索进行分批张拉即可完成结构索力的施工调整。分析结果表明,采用本计算方法,可使处于力误差状态的结构调整到设计状态,可使处于较小几何误差状态的结构调整后结构构件内力和节点位置满足施工精度要求。
为研究高轴压比钢骨混凝土剪力墙的抗震性能,完成了6片剪跨比为2.43、轴压比试验值为0.33~0.35的钢筋、钢骨和钢管混凝土剪力墙试件的往复水平力加载试验。试验表明:试件的纵筋和钢骨(钢管)受压屈服先于受拉屈服。试件的破坏形态为底部混凝土压碎剥落,约束边缘构件内的纵筋和钢骨(钢管)压曲,试件丧失竖向承载力。钢骨和钢管提高了试件的正截面承载力,且随位移增大试件能稳定地保持最大承载力。配置工字钢、槽钢和方钢管的试件的极限位移角为1/73~1/59,与钢筋混凝土试件基本相同;配置圆钢管的试件的极限位移角达1/44,墙端约束边缘构件配置圆钢管对提高高轴压比剪力墙的变形能力有显著作用。根据试验结果,提出了高轴压比钢骨混凝土剪力墙屈服、承载力极限状态和变形极限状态的截面应变、应力分布,建立了正截面承载力的计算式和顶点水平位移计算式,计算结果与试验结果符合较好。
目前我国规范关于钢框架-内填RC剪力墙组合结构体系(SRCW)的有关内容基本空白,通过了解国际上在SRCW结构体系研究领域的发展状况,以尚未研究的半刚连接钢框架(柱弱轴)-RC剪力墙结构为研究对象,通过1∶3比例将原结构缩放为一两层单跨试件结构,进行了水平循环荷载下的滞回性能试验。根据试验结果分析了结构的抗侧刚度变化、裂缝开展过程与破坏模式、结构的耗能和抗震延性和安全性等整体性能;钢框架柱的变形、中梁受力与传力机理、PR连接性能、RC剪力墙和剪力钉的变形反映的结构变形模式局部性能。结果表明:试验结构具有较好的延性、耗能性能和安全储备;试件结构的破坏模式为RC墙角部混凝土压溃,钢框架柱脚和梁柱半刚性连接部位形成塑性铰,研究为SRCW规范的制订和工程应用提供了合理的理论依据。
为了系统研究半刚接钢框架(柱弱轴)-RC剪力墙结构的抗震性能,基于该结构滞回性能所进行的循环荷载下的试验研究,以试验试件作为BASE试件,衍生出剪力墙厚、混凝土等级、水平抗剪钢筋、暗柱和暗梁配箍率以及剪力钉数量5个系列试件。利用自编的非线性有限元程序SRCWNP,对各种试件的滞回性能进行了有限元模拟,分析相关设计参数对结构滞回性能、刚度衰减、耗能性能及破坏模式的影响规律。结果表明:影响SRCW结构体系的承载能力和延性的主要因素是RC剪力墙的厚度和混凝土等级,而改变RC墙体配筋率(包括水平抗剪钢筋和暗柱、暗梁箍筋)和连接面上的剪力钉数量,对结构的整体性、延性和耗能能力有一定程度的影响。研究成果为进一步深入研究及工程设计与应用提供了理论依据。
对550MPaC型冷弯型钢立柱、550MPa带肋钢板和石膏板组成的高强冷弯型钢骨架墙体进行了16块足尺试件(宽2.4m,高3m)的抗剪试验研究。对带肋钢板+石膏板双面板、单面带肋钢板、单面石膏板和双面无板带交叉扁钢拉条支撑4类墙体试件进行了无竖向力水平单调加载、无竖向力水平低周反复加载和有竖向力水平低周反复加载的试验,得到了各类墙体试件的受剪承载力指标和位移延性系数μ等性能指标。试验结果表明:各类墙体单调加载试件抗剪强度均比反复加载试件高;单面石膏板墙体试件与0.8倍的单面带肋钢板墙体试件的承载力指标之和与双面板墙体试件承载力指标接近;双面无板带交叉扁钢拉条支撑墙体试件抗剪强度是双面板墙体试件的60%~67%;双面板墙体试件延性系数在1.731~2.384之间。
以两榀1/2比例的两层密肋复合墙体作为研究对象,按照与12层墙体底部受力相等的原则设计加载模式,对密肋复合墙体在水平和竖向荷载及水平弯矩作用下的压弯剪复合受力性能进行了静载试验研究。了解了密肋复合墙体的破坏过程,分析了墙体的破坏模式及其特征、承载力、变形性能、延性及截面正应变分布等受力性能。试验结果表明:密肋复合墙体在压弯剪复合受力状态下的破坏模式主要为以边框柱拉压破坏为特征的弯曲型破坏;在压弯破坏极限状态时,墙体截面正应变主要集中在边框柱截面内,墙板的整体抗弯作用较小。试验研究结果可为研究密肋复合墙体压弯剪复合受力性能有限元分析模型、建立密肋复合墙体正截面承载力计算理论及设计方法提供依据。
通过9个灌浆圆钢管压陷承载力试验,考察了支杆与弦杆直径比、弦杆所受轴力的性质与大小等参数对灌浆圆钢管压陷承载力的影响。由试验得出:随着灌浆圆钢管支、弦杆直径比的增大或弦杆上轴向压力的施加,其压陷承载力也相应增大;对弦杆施加轴向拉力,灌浆圆钢管压陷承载力提高程度不明显,灌浆圆钢管压陷破坏属于延性破坏,具有良好的的强度储备。有限元数值模拟分析除考察了模型试验所考察的参数之外,还考察了弦杆尺寸、弦杆壁厚、水泥石强度、弦杆钢材强度等参数对灌浆圆钢管压陷承载力的影响,在模型试验和仿真试验的基础上,分析了灌浆圆钢管压陷机理,建立了灌浆圆钢管压陷极限承载力公式,为推广内置钢桁架混凝土组合梁提供了基础性素材。
以实际工程为背景,对两榀1/6缩尺内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件模型进行试验研究,分析这种新型转换构件在竖向集中荷载作用下的力学性能和破坏形态,研究构件在受力过程中裂缝的开展规律、钢筋和钢构架的应变变化特点、传力模式。研究结果表明内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件具有承载力高、刚度大、变形能力强等诸多优点,内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件的破坏形态有显著的改善,避免了普通钢筋混凝土转换梁(尤其是深受弯构件)的脆性破坏形态,表现出良好的塑性。内置钢构架钢骨混凝土转换深受弯构件充分利用了深受弯构件的拉力拱传力机理,设置钢构架实现了以最短、最直接的传力路线和方式传递上部荷载。
修正换算截面法计算组合梁挠度的关键是求修正截面刚度ξEIeq中的截面刚度修正系数ξ,为此利用文献[1]考虑滑移效应的组合梁挠度理论计算公式,对4种典型荷载作用下组合梁截面刚度修正系数ξ进行了计算,结果表明:荷载形式对截面刚度修正系数ξ的影响很小,均布荷载作用下求得的截面刚度修正系数ξ可用于计算其他荷载作用下组合梁的挠度。根据7200根样本梁在均布荷载作用下的截面刚度修正系数ξ值的分析,得到了影响组合梁截面刚度修正系数ξ的关键参数λl,并以λl为变量,回归得到了截面刚度修正系数ξ的计算公式。通过变化设计参数对截面刚度修正系数ξ的影响分析,得到抗剪连接程度参数的变化对截面刚度修正系数ξ的影响最大,而混凝土强度等级和翼板宽度的变化对截面刚度修正系数ξ基本没有影响,由回归公式计算的截面刚度修正系数ξ值与理论公式、《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)公式计算的截面刚度修正系数ξ值随各设计参数变化规律相同。与试验结果对比表明,截
为研究FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱的轴压性能,完成了3个圆钢管短柱和10个双壁空心管短柱试件的轴心抗压试验。结果表明:双壁空心管短柱内层钢管受到管内混凝土的径向压力,屈曲被延迟;管内混凝土受到外层FRP管和内层钢管的共同约束;试件具有良好的延性。在轴压力作用下,圆钢管短柱的破坏形态与其径厚比有关。双壁空心管短柱在轴压作用下有3种破坏形态:FRP管的纤维拉断,FRP管的纤维拉断和钢管压屈,整体压屈。破坏形态主要与钢管径厚比、空心率、FRP管的约束程度有关。通过分析本文和国内外相关试验结果,提出了双壁空心管内混凝土受压应力-应变关系模型的3种类型及模型参数的计算公式。模型考虑空心率、内层钢管径厚比、外层FRP管约束程度、FRP层合结构和加载方式的影响,与试验结果符合较好。
通过对HRB400级钢筋混凝土短柱在水平反复荷载作用下的抗震试验研究,分析了HRB400级钢筋和C60,C70,C80高强混凝土匹配下的配箍率为0.269%、剪跨比为1.9的混凝土短柱破坏形态、滞回特性,并将试验得到的承载力与采用现行规范公式计算结果进行了比较。研究结果表明:试验柱承载力随混凝土强度的增大而增大;试验柱在水平反复荷载作用下发生的都是脆性的剪切破坏,延性极差;采用现行规范计算HRB400级钢筋混凝土短柱的受剪承载力过于保守。
针对地震作用下钢抗弯框架由于H型钢柱局部屈曲所产生的破坏,提出了一种适用于地震区的钢框架结构形式:局部约束的轧制H型钢柱体系。这种结构形式通过在柱可能产生局部屈曲的部位设置附加约束,以达到延缓屈曲发展,提高柱抗震性能的目的。根据所提出的方法,通过两组共7根大比例模型柱进行了常轴力和水平循环荷载作用下的试验验证。研究结果表明,未约束H型钢模型柱在达到其最大承载力之后,由于柱底部局部屈曲不断发展,承载力下降较快;而所建议的局部约束H型钢柱,其延性及抗震耗能能力都有了较大提高。
为研究梁柱弱轴连接的抗弯性能,进行了2类共6个大尺寸弱轴顶底角钢连接试件的单调加载试验,试验试件包括腹板-角钢连接试件和本文根据梁柱弱轴连接受力变形特点设计的T形钢-角钢连接试件。根据经典力学理论,推导了弱轴顶底角钢连接初始刚度的分析计算方法。梁柱弱轴角钢连接的刚度取决于各组件的刚度,角钢、螺栓和与角钢竖向肢连接的板件起决定作用,其中刚度最小的组件其几何尺寸对连接刚度的影响最明显。弱轴顶底角钢连接作为一种典型的半刚性连接,具备良好的变形能力、一定的弯矩承载能力和很好的钢材屈服后塑性强化能力。
以两个普通六层和十层钢筋混凝土框架结构为例,采用基于纤维模型的逐步增量弹塑性时程方法得到的层间剪力-位移关系曲线,与不同侧力模式的推覆分析结果进行了对比,研究了推覆分析结果的可靠程度。通过与不同场地的大量地震记录的弹塑性时程计算结果进行比较分析,建议采用多种合理的侧力模式进行推覆分析,对结构不同楼层的抗震性能进行全面的评价,即均布侧力模式适合于底部楼层的评价;考虑高度影响分布力模式适合于结构中部楼层的评价;而对结构上部楼层特别是顶层,可以采用SRSS侧力模式或规范侧力模式进行评价。分析研究表明,采用本文建议的侧力模式进行推覆分析,可在统计意义上可对钢筋混凝土规则框架结构的抗震能力作出偏于安全的估计。
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 出版物经营许可证：新出发京批字第版240007号 技术支持：北京玛格泰克科技发展有限公司
