ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
对结构进行合理的耗能机制控制是实现其基于能量抗震设计的前提。根据我国现行规范设计了多个不同参数的钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例，并利用多条强震记录进行弹塑性时程分析，定量研究联肢剪力墙整体系数α、剪力墙截面轴向变形影响系数TZ、框架-剪力结构刚度特征值λ等3个参数对其耗能机制的影响，结果表明：对于一定的TZ，需控制α不超过相应的界限值才能使钢筋混凝土框架-剪力墙结构形成“强墙肢弱连梁”的合理耗能机制，而λ的变化不会改变结构耗能机制类型。在此基础上提出了由联肢剪力墙整体系数α和截面轴向变形影响系数TZ表达的钢筋混凝土框架-剪力墙结构耗能机制控制的具体设计条件，并通过水平分缝连梁的算例验证了该控制条件的有效性。
基于“强墙肢弱连梁”合理耗能机制控制的前提，提出钢筋混凝土框架-剪力墙结构基于能量抗震设计的实施流程。基于大量钢筋混凝土框架-剪力墙结构算例的弹塑性时程分析结果，给出了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各构件累积耗能需求的实用计算方法，包括结构总累积耗能EH，EH 在连梁、墙肢和框架梁中的分配，各类构件累积耗能沿楼层高度的分布，同层同类构件的累积耗能分配。结合合理的构件损伤评价模型，建议了钢筋混凝土框架-剪力墙结构各类构件的能力设计方法，将基于能量抗震设计方法落实到构件层次。最后，通过一个20层钢筋混凝土框架剪力墙结构算例，说明了所建议的基于能量抗震设计方法的具体应用。与时程分析结果的比较表明，所建议方法的构件耗能需求计算结果与时程分析结果吻合较好，且偏于安全。
为研究自复位钢筋混凝土框架结构的整体抗震性能，设计了一个比例为1/2的两层自复位钢筋混凝土框架结构，通过放松结构与基础间的约束和梁柱间的约束，结构在地震作用下发生摇摆，通过预应力使结构复位，实现自复位效果。通过振动台试验，研究了试验中模型结构在各级水准地震作用下的动力特性、加速度反应、位移反应和节点局部反应，描述了模型结构的破坏位置及过程，分析了模型结构的自复位能力。试验研究表明：自复位钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能和自复位能力；结构在大震作用下有较好的延性和变形能力，震后基本无残余变形。
上海中心大厦主体结构高度632 m，为带伸臂桁架的巨型框架-核心筒结构，其竖向地震作用反应大且较为复杂。巨型框架与核心筒沿高度的质量和竖向刚度分布特性差异较大，两者的相对振动将导致伸臂桁架产生较大的内力；环带桁架具有转换承重和巨柱弹性支承的特性，相对支承巨柱存在更大的竖向振动放大效应。在分析结构重力荷载的竖向分布特性以及结构自振特性的基础上，通过反应谱和时程分析，对上海中心大厦结构在竖向地震作用下巨柱和核心筒的轴重比、伸臂桁架和环带桁架的内力反应以及巨柱、核心筒和环带桁架的竖向加速度反应及分布特点进行分析。结果表明：上海中心大厦结构的竖向地震作用反应随结构高度增加而增加；处于高区的巨柱和核心筒的轴重比约为低区的2.2倍和2.3倍，高区伸臂桁架和环带桁架在竖向地震作用下的轴力占重力荷载作用下轴力的比例约为低区的2.2倍和4.3倍；高区环带桁架跨中竖向加速度反应较相应标高巨柱增大20%。
当悬挂结构自身的竖向振动周期与其支承结构的竖向振动周期接近，将出现二次共振现象，即产生竖向振动的“鞭梢效应”，从而导致悬挂结构自身及其支承结构的竖向地震作用反应都显著增大。上海中心大厦采用分区悬挂的柔性幕墙支撑结构，每个分区悬挂的幕墙质量大、支承结构刚度弱、悬挂高度高、自振周期与主楼接近，其竖向地震作用反应不容忽视。采用反应谱和弹性时程分析方法，对上海中心悬挂式幕墙支撑结构在竖向地震作用下的结构自振特性、竖向加速度、竖向位移等反应进行了分析。结果表明：悬挂式的幕墙支撑结构竖向地震作用反应显著，幕墙支撑结构的竖向地震作用反应随结构高度增加而增大；高区吊杆轴重比较低区增大约1.2倍，高区吊点加速度反应较低区增加约1.5倍；在相同分区，由于吊杆弹性放大作用，幕墙支撑结构底部的轴重比、加速度、位移反应分别较顶部增大20%、50%、100%。
以深圳平安金融中心为工程背景，对其进行重力荷载作用下的长期变形分析。考虑混凝土收缩徐变以及竖向构件含钢率的影响，按设计标高逐层找平、逐层找正施工模拟，研究超高层建筑重力荷载下长期变形规律，分析不均匀的竖向变形对结构安全的影响。进一步提出在施工中给竖向构件适当预留长度以补偿预计的竖向构件变形的设计思路，实现在设定阶段（如建筑投入使用1年）竖向构件达到设计标高，实现楼面平整，以满足建筑正常使用要求，并对楼层标高预留高度和竖向构件下料预留长度的控制方法进行了分析。研究表明，通过对超高层重力荷载作用下的变形分析与控制，可以掌握结构的长期变形规律，得到构件附加内力，控制楼面标高。
兰州红楼时代广场是一幢扭转不规则、高度超限的超高层混合结构体系建筑，结构采用了带水平加强层的框架-核心筒抗侧力体系。通过1∶25缩尺模型振动台试验，对模型结构在8度设防、多遇和罕遇地震作用下的加速度反应、位移反应以及关键部位的动应变反应进行测试，发现结构的薄弱部位，评价该结构体系的整体抗震性能。研究结果表明：加强层会引起结构局部刚度、承载力突变，结构受力复杂化，并易形成薄弱部位，但通过调整伸臂桁架或者相邻层的刚度，可使加强层的不利影响降低到较小程度；模型结构在8度大震作用下仍不倒塌，证明该结构体系具有良好的抗震性能，可以用于高烈度抗震设防区。
北京市轨道交通指挥中心项目采用了框架支撑结构体系，其中支撑采用普通支撑与屈曲约束支撑结合的布置方式，采用此种方案既有效改善了结构抗侧刚度及抗震性能，又通过优化组合降低了工程造价。构件试验及结构动力弹塑性分析表明：屈曲约束支撑在设防地震作用下可率先进入屈服状态，主体结构在罕遇地震作用下塑性变形主要发生在底部区域框架柱内型钢处，且整体结构损伤程度在安全范围；结构在罕遇地震下各项性能指标满足规范要求。
以广东台山核电站工程为研究背景，建立安全壳穹顶的复杂实体有限元分析模型，合理简化边界条件，以整体模型能量误差评估网格精度。该工程穹顶跨度近50 m、内衬6 mm厚的钢板。针对施工时变结构特点，考虑混凝土弹性模量随龄期变化的影响，采用重叠单元和生死单元技术，分析大跨度穹顶在混凝土浇筑成形整个施工过程中的结构变形和应力，并考虑初始几何缺陷和材料弹塑性的影响，分析施工关键阶段结构在新浇筑混凝土自质量及施工活荷载作用下的稳定承载力。结果表明：施工时变全过程分析结果与整体一次成型建模分析的结果差异显著，前者分析的结构最大挠度为3.2 mm，而后者分析的仅为1.2 mm；施工过程中结构稳定安全系数不小于3.4，满足要求。
为研究五边形钢管混凝土巨型柱不同加载方向的抗震性能，设计了6个1/7.5缩尺的巨型柱模型试件，试件截面构造包括单腔体腔内配置钢筋、4腔体腔内未配置钢筋和4腔体每腔体内配置钢筋。进行了两种不同加载方向的拟静力研究，一种沿截面对称轴方向加载，另一种沿垂直截面对称轴方向加载。分析了各试件的破坏特征、滞回特性、承载力、延性、刚度退化和耗能性能。结果表明：五边形截面钢管混凝土巨型柱三种截面构造中，4腔体每腔体内配置钢筋的试件抗震能力较强；不同加载方向五边形截面钢管混凝土巨型柱受力性能有明显差异，设计中应考虑两个方向抗震能力的均衡性；五边形截面钢管混凝土巨型柱，屈服位移角均值为1/75，最大弹塑性位移角均值达1/24，具有良好的延性。
为研究某超高层结构中五边形截面钢管混凝土巨型柱的受压性能，设计了6个1/5缩尺的柱模型试件，试件分为钢管内不分腔体仅配钢筋、钢管内分腔体不配钢筋、钢管内分腔体配置钢筋、钢管内分腔体配置钢筋且分腔隔板及竖向肋板在柱中部断开4种类型，对试件进行轴压和偏压试验。为研究试件刚度随加载循环次数的退化，采用单向重复荷载加载，对比研究了各试件的承载力、刚度及退化过程、破坏特征和平截面假定的适用性。试验表明：五边形截面钢管混凝土柱，钢管内不分腔体仅配钢筋的试件承载力较差；钢管内分腔体不配钢筋的试件与配钢筋的试件相比，虽承载力相差不大，但后期承载力下降较快；偏压试件与等截面轴压试件相比，承载力相对小，刚度退化速度较慢；腔体的分腔隔板及竖向肋板若在中部断开，造成刚度突变；腔体内设置竖向和水平肋板，对提高外壁钢板的稳定性有明显的作用；截面变形基本符合平截面假定。
喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体是在冷弯薄壁型钢骨架区格内设置聚苯乙烯泡沫板，并在骨架外侧喷涂轻质保温材料制成。通过对1个冷弯薄壁型钢骨架试件和2个喷涂保温材料冷弯薄壁型钢组合墙体试件的低周反复加载试验，分析了试件的受力过程和破坏形态，研究了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、抗侧刚度以及延性等力学特征，并将试验结果与已有的两侧挂板冷弯薄壁型钢组合墙体的试验数据进行了对比分析。研究结果表明：冷弯薄壁型钢骨架的节点刚度较弱，承载能力较低，不宜单独作为抗侧力构件；与两侧挂板冷弯薄壁型钢组合墙体相比，轻质保温材料的连续喷涂使得组合墙体更具整体性，其承载能力和抗侧刚度显著增加，并具有良好的抗震性能。
通过1个钢筋混凝土剪力墙和4个装配式空心模板剪力墙的拟静力试验，研究了剪力墙的抗震性能及竖向接缝构造对墙体受力性能的影响。试验结果表明，装配式空心模板剪力墙沿内部接缝出现宏观竖向裂缝，经历了整截面墙受力到墙柱组合体受力的过程，可防止脆性破坏，较钢筋混凝土剪力墙变形能力显著增强、受剪承载力降低；峰值荷载前沿竖向接缝两侧的相对变形将墙体分割为分缝剪力墙，提高了延性和耗能能力，降低了受剪承载力；竖向接缝处采用木板条补替部分混凝土可改善墙体的受力性能；按照强弯弱剪设计的墙体，水平接缝对墙体受力性能的影响可以忽略；装配式空心模板剪力墙的竖向接缝受力性能良好，可用于实际工程。
通过18片足尺全灌芯配筋砌块砌体短肢剪力墙低周往复荷载试验，研究了在压弯剪复合受力下墙体的抗震性能、刚度衰减方程以及恢复力模型。选取截面厚度包含190、240 mm和290 mm共3种块型的墙体，基于试验得到墙体骨架曲线，并计算得到归一化骨架曲线，简化为带下降段的三折线模型。通过计算得到模型中各阶段刚度比，用于确定骨架曲线的特征点。针对各次试验的刚度进行回归分析，得到满足指数衰减规律的刚度方程，据此提出了一种适用于配筋砌块砌体短肢剪力墙的滞回规则，并根据骨架曲线的各特征点，模拟了各次试验的滞回曲线。研究结果表明：模拟曲线能较好地反映配筋砌块砌体短肢剪力墙的“捏拢”现象，此恢复力模型可用于地震作用下配筋砌块砌体短肢剪力墙的非线性动力反应分析。
构造柱、圈梁和现浇楼板可增强砌体结构的整体性，是砌体结构的主要抗震构造措施，为反映砌体结构整体性的抗震作用，分析构造柱、圈梁和现浇楼板对结构整体性的影响，提出结构整体性系数的计算方法。基于汶川地震中大量多层砖砌体结构房屋震害的分析，建议了考虑砖砌体结构整体性系数和承载力指标的震害程度指标，它可作为结构抗震能力指标之一。建立了不同地震烈度下震害程度指标与结构破坏程度间的定量关系，根据上述的定量关系，获得震害程度判断值，分析烈度和破坏程度的变化对震害程度判断值的影响。最后进行多幢多层砖砌体结构房屋墙体破坏程度评估的分析与验证，结果表明：采用震害程度指标及震害程度判断值可以准确评估结构不同方向的墙体破坏程度，实现对砌体结构的抗震评估。
为研究960 MPa高强度钢材轴压构件的整体稳定性能，对6个焊接工字形和等边箱形截面试件进行了静力试验研究，测量了试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面残余应力分布等初始缺陷，分析了试件的失稳破坏形态，得到了整体稳定承载力，并与规范设计曲线进行了对比分析。利用试验结果验证了有限元分析模型，并进行参数分析。研究结果表明：试件的破坏模态均为整体弯曲失稳，除两个几何初始缺陷过大的试件外，其他试件的整体稳定系数试验值均明显高于规范设计值；参数分析结果表明，960 MPa钢材焊接截面轴压构件的整体稳定系数较普通钢材显著提高，建议采用GB 50017—2003中的a类柱子曲线设计此类轴压构件，同时拟合了960 MPa高强度钢材的柱子曲线公式。
针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能，对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能，并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析，研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明：当构件的板件宽厚比相同时，960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件，960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度；我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件；在试验钢材板件宽厚比范围内，960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力，采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。
基于强度折减系数的抗震设计方法，将增量动力分析（IDA）和能力谱法（CSM）结合，对典型梁贯通式支撑钢框架结构的强度折减系数进行研究。采用结构试验校准后的有限元分析模型对结构进行分析，得到结构性能点。通过比较按照设防烈度弹性设计的基底剪力Ve和按照小震设计的基底剪力Vd得到强度折减系数R。分析表明：支撑与框架柱的配置比例及布置方式会对此类结构的强度折减系数产生影响；适用于7度设防烈度的典型两层结构两种支撑配置比例（CASE1和CASE2一层与二层支撑配置比例分别为3∶1和2∶1）梁贯通式支撑钢框架结构体系的强度折减系数可分别取为3.02和2.54。最后建议了该新型结构体系考虑强度折减系数并基于我国现行规范进行抗震设计的地震作用取值范围。
为满足钢结构快速绿色施工的需要，设计了一种新型H形截面钢柱拼接节点，即钢柱预压抗弯型节点。为研究此节点的受力性能，设计了3个足尺试件，对其进行低周往复加载试验，分析节点破坏模式、应力分布规律及对H形截面钢柱承载能力和刚度的影响。试验结果表明：柱拼接处翼缘首先发生屈曲变形，但对高强度螺栓施加的高预拉力使得柱仍然有较强的承载能力；节点处加劲肋对法兰板加劲效果明显，应力始终保持较低值，未发生屈曲变形；节点滞回曲线显示拼接柱水平位移较小，柱在节点处能量消耗小，保证了被连接构件刚度的连续性；节点区的剪切变形角最大为0.002 3 rad，变形较小。研究表明此节点是一种性能优良的H形截面钢柱拼接节点。
为研究风荷载作用下输电线路中Q345等边角钢构件在不同的初始高周疲劳损伤下对其受力性能的影响，通过对1组无初始损伤构件和3组带不同初始疲劳损伤Q345等边单角钢试件的低周往复加载试验，得到了各组试件的承载力、刚度退化及滞回耗能等变化规律。研究结果表明：在低周反复荷载作用下，当初始高周疲劳振动从0次最终增加至4.0×104次时，试件承载力降低了36.1%，刚度降低了75.4%，累积耗能系数降低了57.4%，并最终导致构件累积损伤破坏。
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
