ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
通过对12根预应力型钢超高强混凝土组合梁进行静力荷载作用下受弯性能试验，分析预应力型钢超高强混凝土组合梁荷载-挠度曲线和跨中控制截面应变分布的变化规律。试验结果表明：该组合梁荷载-位移曲线具有明显的开裂拐点、屈服拐点、峰值拐点和峰值后持载特征；从加载至峰值荷载的90%，试验梁跨中控制截面均满足平截面假定；试验梁达到极限状态后，内置工字钢截面应力发生变化，使该组合梁在超高强混凝土脆性破坏后仍具有较高剩余承载力。基于试验结果，采用简单叠加法和变形协同分析法，分别提出了预应力型钢超高强混凝土组合梁正截面受弯承载力计算式，结果表明：两种计算式均有一定的适用性，基于简单叠加法的正截面受弯承载力计算式计算结果较为保守，基于协同分析法的正截面受弯承载力计算式计算结果与试验结果吻合较好。
为研究方钢管再生混凝土柱的抗震性能，设计并制作了6个试件，对其进行拟静力试验。考虑再生粗骨料取代率和轴压比2个变化参数，观察试件受力的全过程和破坏形态，分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化等，并采用相关规程计算低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力。试验研究和计算结果表明：试件破坏过程以及破坏形态均与普通钢管混凝土柱试件相似，主要表现为试件根部钢管的鼓曲破坏；试件的滞回曲线比较饱满，滞回曲线的形状从梭形发展到弓形；在试验选取的再生粗骨料取代率参数范围内，试件的滞回曲线受其影响不大；试件的平均位移延性系数接近3；破坏时等效黏滞阻尼系数介于0.323~0.360之间；建议对采用规程GJB 4142—2000计算的反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力乘以0.92的折减系数；对采用规程DBJ 13.51—2003计算的反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的压弯承载力乘以1.13的扩大系数。
采用纤维单元模型对1个3层钢-混凝土混合结构试验模型进行动力弹塑性时程分析，在多条不同地震波作用下，通过数值模拟得到结构的地震需求概率函数，并以此作为结构地震需求的先验概率。基于贝叶斯理论并结合振动台试验数据，更新需求信息，得到模型结构地震需求的后验概率，预测其在不同强度地震作用下的破坏概率。研究结果表明，较小强度地震作用下的数值模拟结果与试验结果吻合较好，强震作用下需基于贝叶斯理论并结合试验数据进行修正，修正后的易损性曲线能够对结构的损伤状态进行更准确的评估。
为了研究装配式钢框架-预制混凝土抗侧力墙结构的竖向受力性能，对1榀由钢框架和预制混凝土抗侧力墙组成的足尺模型进行竖向荷载作用下的试验研究，考察施工阶段和使用阶段的竖向荷载在钢框架和抗侧力墙体之间的分配关系以及框架梁挠度的变化规律，并利用ABAQUS有限元分析软件进行影响因素分析。结果表明：施工安装阶段，框架柱承担大部分竖向荷载，而抗侧力墙体承担的竖向荷载较少；使用阶段，框架柱和抗侧力墙体共同承担竖向荷载，框架柱、抗侧力墙体竖向荷载分担率分别为32%、68%；施工安装阶段，采用较小的预紧力和自下而上的螺栓终拧顺序能使墙体承担较小的竖向荷载；使用阶段，随着墙宽梁跨比的增大，抗侧力墙体竖向荷载分担率提高，抗侧力墙体的非居中布置会使两端框架柱承担的竖向荷载分配不均。
框架结构局部柱铰整体屈服机制允许中柱的柱端和边柱的梁端屈服，要求边柱强度更高以避免发生层间破坏。该屈服机制的强柱弱梁条件不在于使每个节点都满足强柱弱梁的条件，而从结构整体出发要求满足基于层间柱梁强度比的强柱弱梁条件，使节点的强柱弱梁条件得以放松。基于梁铰屈服机制和部分柱铰屈服机制分别设计2组6层框架结构，利用ABAQUS有限元分析软件建立实体模型，采用Pushover方法进行推覆分析，对比不同屈服机制的层间位移角响应及构件塑性铰分布响应。结果表明，层间柱梁强度比对屈服机制的形成有重要影响，具有部分柱铰的框架结构在地震作用下的安全性不低于只允许出现梁铰的框架结构。
箱形钢板剪力墙是由一系列热轧H型钢焊接而成，管腔内可根据需要浇筑或不浇筑混凝土，从而形成组合箱形钢板剪力墙和纯钢箱形钢板剪力墙两种墙体形式。与普通钢板剪力墙相比，两者不同之处在于箱形钢板剪力墙能同时承受竖向荷载和水平荷载。通过对一字形截面箱形钢板剪力墙的整体稳定和局部稳定进行理论分析，推导出墙体高厚比和板件宽厚比限值和计算式，计算结果与有限元分析结果吻合良好。分析表明：在相同轴压比下，箱形钢板剪力墙的高厚比比钢筋混凝土剪力墙的高厚比有所提高。由于管内混凝土的存在，组合箱形钢板剪力墙钢板的局部屈曲能力增强，相应的宽厚比限值较纯钢箱形钢板墙可适当放宽。
为研究碳纤维增强复合材料（CFRP）加固局部混凝土薄弱柱的抗震性能，首先进行CFRP加固局部薄弱柱抗震性能试验，随后利用有限元分析软件ABAQUS对局部混凝土薄弱柱及CFRP加固薄弱柱的抗震性能进行数值分析。将有限元分析结果与试验结果进行对比，验证了有限元分析的正确性。采用有限元方法分析混凝土薄弱区高度、薄弱区混凝土强度以及CFRP厚度对局部薄弱柱抗震性能加固效果的影响。基于有限元分析提出局部薄弱柱临界薄弱高度的概念，用以判断实际地震作用下薄弱柱的破坏位置，最后建议了应用于设计的混凝土局部薄弱柱的加固方法。研究表明：局部薄弱混凝土的存在可能会削弱柱的抗震性能，其削弱程度同局部薄弱混凝土的位置及薄弱区混凝土强度及轴压比等因素有关。当柱非薄弱混凝土的强度低于等效目标强度时，采用CFRP加固方法可以修复局部薄弱混凝土对柱抗震性能的影响。
为研究后浇梁端的受剪性能，设计了不同剪跨比(0.3、0.5、0.8)下，3种不同梁柱界面接头形式（带齿、直缝配弯起钢筋、带齿配弯起钢筋）的6个试件，通过单调静载试验，对其梁端受剪承载力进行分析。结果表明：梁端受剪承载力主要包括混凝土界面摩擦剪力、混凝土齿槽剪力、纵向钢筋销栓作用和弯起钢筋剪力。同时剪跨比和梁柱接头截面形式对后浇梁端受剪承载力都有明显影响。当剪跨比较小（λ<0.5）时，混凝土齿槽界面起控制作用；随着剪跨比的增加，混凝土齿槽剪力逐渐减小。同时，齿槽混凝土界面和直缝凿毛界面配置弯起钢筋可以提高接头受剪承载力。根据理论分析和试验结果，建立了后浇梁端受剪承载力的计算式，采用该式计算所得的理论值与试验值基本符合，能够较好地反映试验中的后浇梁端受剪承载力。
为研究海洋环境造成的侵蚀损伤对钢筋混凝土梁抗火性能的影响，以氯侵蚀产生的初始裂缝最大宽度作为损伤指标，设计5根钢筋混凝土梁试件，先进行快速氯离子侵蚀试验，使其产生最大宽度为0.05、0.10、0.15、0.20mm的侵蚀裂缝，然后对不同损伤程度的梁进行火灾试验。结果表明：侵蚀试验中箍筋比纵筋锈蚀严重，氧气浓度显著影响侵蚀速率；火灾试验后不同试件相同位置测点升温趋势大致相同，但截面历经最高温度相差较大，最大温差达到300℃；裂缝宽度越大，试件历经最高温度越高，挠度增长越快；侵蚀损伤指标对试件抗火性能影响显著，侵蚀裂缝宽度愈大试件受弯承载力损失越大，最大下降比例达到25.6%。
为提高钢筋混凝土无腹筋梁受剪承载力计算的准确性，收集国内外743根矩形截面无腹筋简支梁的剪切试验数据，对GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》、JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》、美国规范ACI 318-11、欧洲规范EN 1992-1-1:2004和Zsutty拟合式的受剪承载力计算式进行误差分析。结果表明：对于集中荷载作用下无腹筋梁的受剪承载力，Zsutty拟合式预测结果的误差较小；纵筋配筋率较低时，GB 50010—2010和ACI 318-11公式的计算结果偏于不安全；EN 1992-1-1:2004公式较好地考虑了尺寸效应的影响。对于均布荷载作用下无腹筋梁的受剪承载力，ACI 318-11精确公式的预测效果较理想，而GB 50010—2010中的公式误差较大。基于计算模型误差分析结果，进一步探讨了我国规范公式的合理性，并通过试验数据的非线性拟合得到无腹筋梁受剪承载力的建议计算式。建议计算式采用统一表达式，能较好地预测集中荷载和均布荷载作用下无腹筋梁的受剪承载力。
首先介绍了结构倒塌分析的单自由度模型。然后，基于结构抗倒塌能力谱，研究了结构周期、结构延性、屈服后刚度和软化段刚度、滞回捏拢、承载力和刚度退化以及P-Δ效应对单自由度结构体系抗地震倒塌能力的影响。最后通过远场、近场有速度脉冲和近场无速度脉冲3组地震动输入下抗地震倒塌能力谱的比较，研究了地震动特性对结构抗倒塌能力的影响。结果表明：结构的自振周期、延性和P-Δ效应是抗地震倒塌能力的主要影响因素；自振周期为0.4~1.8s的单自由度结构在近场有速度脉冲的地震动作用下更易发生倒塌破坏，而自振周期为2.6~5.0 s的单自由度结构在远场地震动作用下更易发生倒塌破坏。
为提高双钢管约束屈曲支撑内核的抗侧刚度，在内核钢管上增设接触环，形成带接触环的改进型双钢管约束屈曲支撑。通过对5个不同构造的改进型双钢管约束屈曲支撑试件进行轴向单调加载、轴向低周往复加载试验，研究该类型约束屈曲支撑的承载能力、延性与耗能性能；分析外套钢管刚度、双管间隙大小、内核钢管长细比等参数对该约束屈曲支撑性能的影响。结果表明：该类型支撑受压时能够屈服而不屈曲，延性良好且滞回曲线饱满，具有良好的耗能能力；外套钢管的刚度和其与内核钢管间隙大小对该支撑的性能影响较大；试件骨架曲线均经历了弹性与弹塑性阶段，其恢复力模型可采用三折线或两折线模型。
根据3组栓钉剪力连接件推出试验，研究栓钉直径和栓钉屈服强度对试件受剪承载力的影响。应用ABAQUS有限元分析软件对栓钉剪力连接件进行精细三维实体有限元分析，栓钉、钢梁和混凝土均采用C3D8R单元，计算结果与试验结果符合较好。基于有限元法进行参数分析，研究栓钉直径、数量、长径比、屈服强度、混凝土强度和横向配筋率等对栓钉剪力连接件荷载-滑移性能的影响，有限元计算结果表明，栓钉受剪承载力随着栓钉直径、屈服强度和混凝土强度的增大而提高。提出了考虑栓钉直径、屈服强度和混凝土强度影响的单个栓钉受剪承载力计算式和荷载-滑移关系计算方法，计算结果与文中试验结果和收集到的81组栓钉剪力连接件有效试验结果进行对比，吻合较好。建议的受剪承载力计算式与现行规范建议公式进行比较，建议的计算式具有较高的精度。荷载-滑移曲线实用计算方法与Ollgaard提出的计算方法比较表明建议计算方法具有较广泛的适用性。
采用热线法对4种不同体积纤维掺量（素活性粉末混凝土、体积掺量0.2%聚丙烯纤维、体积掺量2%钢纤维、混合掺加体积掺量0.2%聚丙烯纤维和2%钢纤维）、几何尺寸为230mm×165mm×65mm的活性粉末混凝土（RPC）试件进行导热系数测定试验，获得了常温及100、200、300、400、500、600、700、800、900℃下的RPC导热系数实测值。研究温度、纤维种类和掺量对RPC导热系数的影响，拟合得到了RPC导热系数随温度升高而降低的关系式。并将RPC导热系数与高强混凝土和普通混凝土对比，结果表明，RPC的导热系数高于高强混凝土和普通混凝土。进行RPC试件的反演分析用高温试验，测量高温炉内试件中心温度。综合RPC导热系数实测值与试件中心实测升温曲线，采用ABAQUS有限元分析软件对高温下RPC试件的温度场进行模拟，进而反推出与各测点温度相对应的RPC比热容值，建立了常温至100℃及600~900℃时为常值，100~600℃随温度升高而增大的RPC比热容计算式。
基于混凝土的各向异性损伤，建立考虑钢筋、腐蚀产物、混凝土三者不同力学性能的钢筋锈胀导致保护层开裂的数学模型。模型考虑了腐蚀产物对钢筋混凝土界面区的孔隙和混凝土开裂裂缝的填充效应，采用非线性分析算法，预测了开裂过程中混凝土构件的应变与位移以及混凝土保护层开裂时间。最后将模型预测值与试验结果进行对比，结果表明：当混凝土出现裂缝之后，混凝土产生软化、腐蚀产物对裂缝进行填充，从而使混凝土环向拉应变的增长速率减缓；在选定钢筋的型号、直径以及混凝土强度之后，可通过增大保护层厚度来减小钢筋锈胀开裂的风险。
施工时合理选择主动张拉索是控制索杆张力结构预张力偏差的主要措施。以单元的预张力偏差平方和作为评价整体结构预张力偏差的指标，通过对反映单元预张力偏差与索长误差关系的灵敏度矩阵进行谱分解，将该指标表示为索长误差与灵敏度矩阵的特征值和特征向量的解析关系式，理论上解释了选择不同主动张拉索会使灵敏度矩阵特征值发生变化，从而直接影响到对结构预张力偏差的控制效果。由于灵敏度矩阵特征值具有衰减迅速的特点，故采用其一阶特征值和特征向量可有效估计结构的最不利预张力偏差。进一步以灵敏度矩阵的一阶特征值为评价指标，基于遗传算法提出了一种主动张拉索的优选方法。以一实际索杆张力结构为例，进行不同条件下的主动张拉索优选分析，其结果验证了优选方法的有效性。
通过建立双层悬索结构形式之一的伞状结构的简化分析模型，运用能量原理，分别计算并列式和轮辐式伞状全张力结构在活荷载和风荷载作用下的总势能，根据势能驻值原理，对结构势能求偏导并将其结果进行简化，推导求得结构位移解析表达式，并迭代计算结构跨中压杆处位移、上索最大变形和索力。通过算例对比结构位移解析计算与有限元分析的结果，其误差较小。研究结果表明：在活荷载作用下，跨中压杆处位移、上索最大变形与荷载基本成线性关系；在风荷载作用下，跨中压杆处位移随预应力基本呈线性变化，而上索最大变形则具有较强的非线性。提出的解析计算式在矢跨比和垂跨比小于1/8时精度较高，可供结构初步设计时参考。
通过4组22个胶合木梁柱螺栓-钢填板足尺节点试件的单调和低周反复加载试验以及有限元数值模拟研究梁柱螺栓-钢填板节点的转动性能。试验研究表明，胶合木梁柱螺栓-钢填板节点性能主要取决于螺栓和螺孔周边木材的承压能力；节点加载初期的螺孔间隙和加载后期木材横纹裂缝张开均会导致节点刚度显著下降；同等条件下，节点初始刚度和极限弯矩随螺栓直径的减小而减小，节点初始刚度随螺栓边距的增加而减小。对试件进行有限元分析结果表明，基于有限元分析软件建立的节点三维实体模型对于节点的初始刚度和极限弯矩有较好的模拟精度（误差20％以内）。此外，模型参数分析表明，在更大取值范围内（螺栓直径12~28mm，螺栓边距30~70mm），螺栓直径和边距对节点性能的影响与试验结果一致。
中国美术学院象山校区专家接待楼采用交叉编织异形钢木组合屋架，屋盖造型新颖，空间支撑系统简洁有序，但其力学特性十分复杂。通过对代表榀屋架进行机构分析，结合有限元分析，获得优化后的无明确下弦杆的异形钢木组合屋架结构体系。随后展开钢木组合构件的节点受力试验研究，3种节点方案的承载力对比试验结果表明，采用高强螺栓辅以暗齿板销轴连接组合杆件可以解决钢木组合杆与木杆混搭时的连接问题。采用适当的力学假设建立相应的整体计算模型并通过足尺试验考察结构的受力性能，试验结果和理论分析结果吻合较好，表明计算模型能够较好反映结构受力特性。文中所提出的结构体系既可实现建筑构想又满足结构安全和使用要求。本文研究工作可为钢木组合结构的工程应用提供参考。
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