ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
总结了近年来用无机胶凝材料粘贴碳纤维布加固混凝土结构的研究进展，包括各种无机胶凝材料（碱激发胶凝材料、氯氧镁水泥和水泥基复合材料）的分类与起源，碳纤维布常温与高温力学性能，以及无机胶凝材料加固混凝土结构常温与抗火性能等，指出了无机胶凝材料在加固技术中尚存在的一些问题，如各种无机胶凝材料的极限变形能力尚显不足等。分析结果表明：碱激发胶凝材料可耐600℃高温，氯氧镁水泥可耐300℃高温，且二者黏结加固效果均优于水泥基复合材料；常温下无机胶凝材料的粘贴加固效果与环氧类有机胶大体相当，高温下其加固效果明显优于环氧类有机胶，因此，用无机胶凝材料粘贴碳纤维布加固混凝土结构并以此提高结构的承载力是可行的；用无机胶凝材料粘贴碳纤维布加固混凝土结构的耐久性及其抗火设计方法等，应是今后一段时间建筑结构加固领域值得关注的课题。
基于大跨平屋盖表面旋涡流动显示试验，对兰金涡模型进行改进，在其涡核区与势流区之间添加过渡区，建立简化的二维锥形涡流动模型，给出旋涡上部流速、旋涡内部流线曲率以及屋面涡核吸力之间的定量关系。据此流动模型分析表明，旋涡内部流线曲率越大，旋涡转速越快，旋涡强度越高，且后者的影响更为显著。根据流动显示试验结果，量化各风向下大跨平屋盖表面锥形涡强度。通过考虑旋涡效应对准定常理论进行修正，给出旋涡涡核吸力的计算式，并将计算值与大跨平屋盖刚性模型风洞测压试验数据进行对比，验证锥形涡流动模型对于预测旋涡涡核吸力的有效性。
现场实测是获得结构风致振动动力特性参数的一种较为可靠的手段和方法。通过对厦门沿海某超高层建筑在台风登陆时进行现场原型实测，得到了该建筑结构的第10层、18层、23层、28层、33层和36层的加速度响应时程数据和固有频率及振型等结构的动力特性。根据实测加速度数据，利用随机减量法提取结构两方向的前3阶固有频率对应的阻尼比，结果表明：由于实测时台风风速较大，导致结构风致响应较为显著，因此结构两个方向第1阶阻尼比值在7%左右，明显大于另外两阶阻尼比；两方向第1阶阻尼比与加速度呈非线性关系，阻尼比随加速度的增大而增大。采用ANSYS软件建立该超高层建筑的3D有限元分析模型并进行模态分析，提取该模型的前3阶固有频率和振型，与实测结果进行对比分析，结果较为吻合，由此说明所建立的3D有限元分析模型正确可靠。
通过研制的可移动平坡屋面实验房风压及台风风场现场实测系统，研究近地台风风场特性和低矮房屋表面风荷载分布规律。基于实验房获取到的10余次近地台风风速和风压实测数据，对近地台风风场湍流特征参数如湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度及脉动风速功率谱等，按来流不同方位地貌状况进行分类研究；同时分析了斜向强风最不利工况下，屋面角部区域风压分布特征。分析结果表明: A、B、C类地貌条件下，台风顺风向湍流强度均值分别为0.13， 0.21， 0.32；阵风因子同湍流强度正相关，湍流积分尺度随湍流强度增加而减少；与季风相比，台风眼壁区域的顺风向脉动风速功率谱密度值略大于季风的实测值，而横风向脉动风速功率谱密度值显著大于季风的实测值；在低频和惯性子区范围，台风眼壁区域的顺风向脉动风速von Karman和Harris谱拟合值与实测值吻合较好；在斜向风作用下迎风屋檐角部边缘测点区域具有较高峰值负压和脉动风压，峰值负压系数达-13.5。
基于2011年两次不同强度台风“米雷”和“梅花”影响下上海浦东国际机场附近沿海地区40m高测风塔获得的近地风实测数据，分析了不同时距下湍流度、阵风因子、峰值因子以及湍流积分尺度等风参数特性。研究表明：湍流度均值随时距的增大而减小且与Durst的研究结果一致，风速较小的“米雷”湍流度均值比风速较大的“梅花”的大；阵风因子均值在10m以上实测结果与美国规范ASCE/SEI 7-10曲线接近，而10 m高度处的实测值偏大；峰值因子均值随时距增大而减小，但受实测高度和风速变化的影响较小；台风“米雷”峰值因子均值在时距大于100 s后略大于“梅花”，但总体上与Durst的研究结果一致。在各时距下台风“米雷”纵向、横向和竖向湍流积分尺度均值比“梅花”的大，两次台风的纵向湍流尺度在10 m高度处1 min~1 h时距的变化范围分别为27~267 m和27~205 m，当时距足够大时横向积分尺度会大于纵向值。
对不同开洞工况下的超高单层厂房模型进行风洞试验，研究不同开洞工况对厂房纵墙内外表面风压分布的影响，给出风压体型系数沿纵墙长度方向的变化规律并与规范值进行对比。试验结果表明：当山墙单一开洞时，对外风压分布影响不大；当两端山墙均开大洞时，纵墙内外表面风压沿来流方向衰减较快；山墙单一开洞会导致纵墙所受的极值风压增大，靠近开洞山墙的纵墙端部受风荷载较大，可以称之为端部效应；对山墙单一开洞厂房，纵墙在近开洞的端部区和其他区的最不利负风压（吸力）分别出现在0°（开洞墙面为正迎风面）和15°风向角；对于两端同时开洞工况，两端部区最不利负风压（吸力）出现在45°和135°风向角，非端部区则出现在150°风向角；所有工况中以较小开洞工况受力最为不利；对于迎风端部区排架水平受力最不利的工况为两端山墙都开大洞的情况。
针对大跨空间结构中多振型参与风振响应特点和工程应用需要，提出针对多个风向的多目标等效静风荷载分析方法。根据所有风向的平均风荷载（或者风振响应极值）分布之间的相似性指标，将所有风向分为若干个风向区，计算各风向区的风振包络响应；在每个风向区内，选择平均风荷载分布和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量，根据最小二乘法，得到基本向量的最优组合系数，从而得到针对多个风向、多个等效目标的等效静风荷载。将该方法用于某大型科技新馆，分析结果表明：根据各风向下屋面平均风压系数分布间的相关系数，36个风向角仅需分成3个风向区，且各风向区等效静风荷载作用下的静力响应与实际动力响应包络响应吻合较好，验证了所提方法的计算精度和工程应用的便利性。
风荷载是冷却塔设计的控制荷载，完全气动弹性模型风洞试验是研究其风致响应的有效途径。基于此，推导了冷却塔完全气动弹性模型相似关系并用有限元分析方法予以验证，据此相似关系设计并制作了某核电站200m高超大型冷却塔的1∶400完全气动弹性模型，并在风洞中模拟的B类风场对其风致响应进行测试，试验前对模型的动力特性进行检验。试验结果表明：完全气动弹性模型能较为精确模拟冷却塔结构的质量、刚度和阻尼相似；迎风面的风致变形较大，而其中又以喉部附近最大；背景响应占总响应的主导地位，动力放大效应不明显；风振系数值随高度的增加而减小，各控制点风振系数均值略小于DL/T 5339—2006《火力发电厂水工设计规范》规定值。
对设有外镂空装饰结构的扭转体型高层建筑的风荷载采用风洞试验方法进行研究，分析扭转体型高层建筑风压和风荷载合力的分布特征，研究装饰结构对主体结构风压分布的影响、装饰结构自身内外表面的风压分布特点，比较有无装饰结构的扭转体型高层建筑风荷载合力。结果表明：扭转体型对主体结构的局部风压和扭矩产生较大的影响，但对主体结构X向和Y向风荷载合力的影响不大；装饰结构对主体结构迎风面和背风面的风压影响较小，但能明显减小主体结构侧风面风压的平均值和脉动效应，使得主体结构的极值负压得到降低，有利于围护结构的抗风设计；装饰结构上同一位置内外表面的平均风压非常接近，合成的净压值很小；装饰结构对于主体结构的平均风荷载影响较小，但降低了主体结构风荷载的脉动效应，对主体结构的抗风有利。
提出一种适用于超高层建筑底部楼层的钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙，通过5个剪跨比为2.5的一字形截面组合剪力墙试件的拟静力试验，研究组合剪力墙的抗震性能。试验结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏，墙底部边缘构件矩形钢管管壁和钢板鼓曲、钢管断裂、混凝土压溃；矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度显著影响试件的变形能力和耗能能力；钢板含钢率基本不影响试件的变形能力；矩形钢管混凝土边缘构件内设置圆钢管可提高试件承载力，但对其变形能力影响不大。矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度为0.2倍墙截面高度、设计轴压比为0.45时，组合墙试件的屈服位移角不小于0.005 rad、极限位移角可达0.030 rad。提出组合墙正截面承载力的计算式，计算结果与试验值吻合较好，误差小于10%。
提出一种带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙，通过对6个剪跨比为2.0、轴压比为0.6的此类剪力墙试件的低周往复加载试验，研究试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、承载力退化、刚度退化、位移延性系数和耗能等抗震性能。结果表明：带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能良好，6个试件的屈服位移角平均值为1/147，极限位移角平均值为1/48，位移延性系数平均值为3.57；减小约束拉杆间距和采用梅花式布置约束拉杆的方式，能更好地对钢板和混凝土提供约束，延缓钢板局部屈曲，增大混凝土的极限变形能力，提高剪力墙承载力、延性和耗能能力，减缓承载力退化和刚度退化，改善剪力墙抗震性能。
为研究带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能，制作10个钢板之间采用八螺母螺栓连接的钢板-混凝土组合剪力墙试件并对其进行拟静力试验，研究试件的破坏模式、变形能力及耗能能力，得到试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线、刚度退化曲线、位移延性系数以及累计耗能曲线等，分析高宽比、约束拉杆间距、钢板厚度、核心混凝土厚度、轴压比及边缘增设型钢对试件抗震性能的影响。结果表明：钢板之间采用八螺母螺栓连接可行，带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能较好，随高宽比降低、约束拉杆间距减小、钢板厚度增大、核心混凝土增厚及边缘增设型钢，其抗震性能增强；端部增设型钢可显著提高试件承载力；减小约束拉杆间距可显著提高试件的延性。
进行两榀配置核心钢管的钢筋混凝土柱-钢骨混凝土梁组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验研究，观察试验过程及破坏形态，研究试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能，同时对梁柱端纵筋、钢骨翼缘及钢管在不同加载位移下的应变变化规律进行分析，得到框架结构的出铰顺序。研究结果表明：两榀框架滞回曲线饱满，施加预应力后仍具有较好的耗能能力和延性，表现出良好的抗震性能；框架柱底塑性铰区的钢管环向应变在整个加载过程中呈不均匀变化趋势，截面受压区钢管环向受拉，能够对受压区混凝土提供有效约束；钢骨混凝土梁由于施加预应力的作用，可延缓其裂缝的出现；此外，两榀框架试件均呈现“先梁端后柱底”的出铰顺序，能实现梁铰耗能机制，延迟柱底出铰时刻。
铝合金材料本构关系是铝合金结构分析和应用的基本问题之一，针对国产高强新牌号铝合金6082-T6的材料本构模型进行研究。对取自3种截面形式结构用6082-T6高强铝合金型材的90个材性试样进行了拉伸试验，统计规定非比例延伸强度、抗拉强度、弹性模量、断裂伸长率、泊松比等材料力学参数。分析Ramberg-Osgood本构模型中硬化指数-n-的各种计算方法，提出采用快速退火算法(fast simulated annealing，FSA)求解n的方法并且编制计算程序，从而获得n的置信区间，所得结果比传统两点法更稳定。在此基础上得到了国产6082-T6高强铝合金材料本构模型，与试验实测应力应变曲线的比较表明，提出的本构模型具有很好的预测性，可为铝合金结构的工程应用提供参考。
提出外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的复合加固方法。通过11个加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件（其中2个为增大截面加固柱试件、9个为复合加固柱试件）和2个未加固钢筋混凝土圆形截面短柱试件的轴压试验，对不同方法加固的钢筋混凝土圆形截面短柱承载力、刚度和延性进行研究，分析加载方式、含钢率、后浇自密实混凝土强度、界面处理方式等因素对复合加固柱轴压性能的影响。试验结果表明：复合加固柱试件的承载力和延性均优于未加固钢筋混凝土圆柱试件和增大截面加固柱试件。仅核心混凝土受压的试件承载力略大于全截面受压的试件；随着含钢率的增大，复合加固柱试件的承载力和延性提高显著；随着后浇自密实混凝土强度的提高，复合加固柱试件的承载力略有提高，但延性有所下降；界面处理方式对复合加固柱试件轴压性能影响不显著。在试验研究的基础上，提出复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱的承载力计算式，得出的计算结果与试验结果吻合良好。
通过10根PVC-CFRP管钢筋混凝土短柱轴压试验，分析CFRP条带环箍间距和轴向配筋等因素对PVC-CFRP管钢筋混凝土短柱承载力、变形以及破坏形态的影响。试验研究表明：与无筋试件相比，配筋率为1.8%的配筋试件的承载力和轴向极限压应变分别提高约24%和16%；随着CFRP条带环箍间距的增大，配筋试件的承载力和轴向极限压应变逐渐减小；配筋试件破坏时，试件中部多条CFRP条带拉断并伴随纵向钢筋压屈。PVC-CFRP管钢筋混凝土的应力-应变关系曲线可以分为三段：第一段的应力-应变关系曲线为抛物线；第二段为曲线过渡段；第三段为强化段，配筋试件的应力和应变一直处于递增状态，与无筋试件相比，配筋试件强化段斜率较大。根据静力平衡条件和极限平衡条件，推导出PVC-FRP管混凝土柱承载力的计算式，计算结果与试验值吻合较好。
采用内嵌预应力加固法张拉系统，提出开槽、加固和张拉螺旋肋钢丝、填胶的施工工艺，并在此基础上，进行了10个内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁试件的试验研究。结果表明，采用内嵌预应力螺旋肋钢丝加固法，能够较好地改善被加固钢筋混凝土梁的整体工作性能，大幅度提高其开裂荷载，对屈服荷载和极限荷载也有明显的改善。随加固量及预应力水平不同被加固梁开裂荷载提高幅度为72.6%~321.26%，屈服荷载提高幅度为6.19%~99.09%，极限荷载提高幅度为46.04%~135.27%，加固效果明显。该加固方法能够有效改善加固梁的延性和安全性能，梁试件刚度提高明显，对裂缝的产生和发展都有约束作用，具有良好的加固效果，同时螺旋肋钢丝的高强性能也得到了充分发挥。
自密实混凝土由于材料组分和免振捣的特点，其与钢筋黏结性能备受关注。采用电液伺服加载方法分别进行了10个单调荷载作用和10个重复荷载作用下的钢筋混凝土试件拉拔试验，其中16个为自密实混凝土试件，4个为普通混凝土对比试件，研究自密实混凝土强度、荷载作用形式对钢筋与自密实混凝土局部黏结性能的影响，包括局部黏结应力的分布、残余黏结应力等。试验结果表明：沿锚固长度黏结应力分布在单调荷载作用下呈单波峰状，而在重复荷载作用下呈波浪状；自密实混凝土强度越高，黏结应力分布越不均匀，各级荷载卸载时的残余黏结应力也较大；随着循环荷载和次数的增加，黏结应力分布更均匀，残余黏结应力逐渐向自由端移动；自密实混凝土与钢筋的黏结性能略优于普通混凝土与钢筋的黏结性能。采用最小二乘法得到钢筋与自密实混凝土局部黏结应力分布的位置函数并与试验结果对比，表明其具有较好精度。
通过室内氯离子侵蚀加速试验及氯离子分布测试，结合Fick第2定理拟合出梯度结构混凝土（GSC）的氯离子浓度扩散系数，以研究面层体积分数、加速试验龄期对扩散系数的影响；采用压汞技术测试面层材料与结构层材料的孔结构参数，分析氯离子扩散系数与孔结构之间的关系。结果表明：GSC体系的氯离子扩散系数随面层体积分数的增加而下降，并逐渐趋于平缓；GSC体系氯离子扩散系数则随加速试验龄期的延长而减小，最后也趋于稳定；与面层体积分数V=0试件相比，其它GSC试件具有更大的时间衰减系数值，说明其抵抗氯离子侵蚀的能力更好。最后根据相似性理论，建立了考虑面层体积分数变化的GSC氯离子扩散系数时变模型，分析显示，与结构层材料相比，面层材料具有较低的孔隙率及最可几孔径，使得孔的曲折性越大、连通性越低，因而面层材料具有更低的扩散系数。
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