ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
通过8根跨度为3.0m和4.2m的钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的受力性能试验，研究了端部弯矩、跨度、H形钢的腹板高厚比、抗剪连接栓钉数量、设置横向加劲肋等因素对组合梁失稳破坏模式、受弯承载力及转动能力的影响。试验结果表明：对两端部作用数值相等的负弯矩工况，组合梁发生畸变失稳，其受弯承载力小于组合梁全截面塑性弯矩，转动能力偏小，而对其他接近实际结构的负弯矩工况，组合梁发生局部失稳或局部与畸变耦合失稳，其受弯承载力大于组合梁全截面塑性弯矩，转动能力较大；随着腹板高厚比减小或者在腹板上设置横向加劲肋，组合梁的受弯承载力和转动能力都有明显提高。
为研究钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的畸变屈曲问题，基于作者在前期的试验研究，建立组合梁非线性有限元分析模型，其有效性得到试验数据的验证。应用该有限元分析模型进一步分析了端部弯矩比、力比、腹板高厚比、H形钢截面高宽比、受压翼缘侧向长细比、残余应力分布模式、组合程度等7种参数对组合梁畸变屈曲及受弯承载力的影响。分析结果表明：随着端部弯矩比、腹板高厚比、受压翼缘侧向长细比增大，受弯承载力减小。随着力比增大，受弯承载力增大。焊接截面组合梁的受弯承载力小于轧制组合梁的受弯承载力。组合程度对受弯承载力的影响较小。提出考虑上述影响参数以及侧向弯曲屈曲和侧向弯扭屈曲两种失稳模式的受弯承载力计算公式，计算结果与有限元分析以及试验结果吻合较好。
为研究半刚接钢框架内填RC墙结构的抗震性能，提出了一种考虑内填墙边界条件的子结构模型，进行了3榀1/3缩尺的3层单跨半刚接钢框架内填RC墙子结构的低周往复加载试验，研究了不同构造内填RC墙对结构抗震性能的影响，得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化、耗能能力及水平剪力分配。试验结果表明：内填贯通竖缝RC墙及暗竖缝RC墙试件的滞回曲线饱满，耗能能力强，但水平承载力及抗侧刚度略低，破坏模式均为缝间墙的弯曲破坏；内填实体RC墙试件的滞回曲线捏缩明显，耗能能力较弱，但水平承载力及抗侧刚度较高，破坏模式为内填墙的剪切破坏；内填墙降低了地震作用下周边框架节点转动能力，半刚性节点的最终塑性转角不超过0.025 rad，可避免钢框架节点失效导致的脆性破坏。内填墙承担约80%的水平荷载，但随着水平荷载的增大逐渐降低。
为研究高强再生混凝土板与普通高强混凝土板受弯性能的差异，进行了4个高强再生混凝土板和2个普通高强混凝土板足尺试件的抗弯性能对比试验。试件的再生混凝土粗骨料取代率100%、细骨料用天然砂，混凝土设计强度等级均为C65，加载方式为三分点单向重复加载。试验分析了各试件的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、挠度、裂缝及破坏过程。研究表明：高强再生混凝土板与普通高强混凝土板相比，受弯破坏过程类似，开裂荷载和极限荷载较接近，跨中挠度略大；设置钢筋桁架混凝土板与普通配筋混凝土板相比，开裂后钢筋桁架对裂缝有制约作用，板的极限荷载、后期刚度和延性有所提高；高强再生混凝土板承载力可近似采用混凝土结构设计规范提供的方法，但应乘以与再生粗骨料取代率有关的折减系数，以考虑其长期工作性能与短期试验结果的差异。
为研究开孔钢板加劲型方钢管混凝土短柱的破坏模式和承载力计算方法，以钢管宽厚比、加劲肋类型、开孔孔径、开孔孔距等为变化参数，设计了23个方钢管混凝土短柱试件，并对其进行轴压试验。对比分析各试件的破坏模式、承载力、加劲刚度及套箍效应等。结果表明：开孔钢板加劲型方钢管混凝土轴压短柱破坏模式取决于加劲刚度，完全加劲时，壁板横向鼓曲波长变短甚至出现“双波”，纵向波长变短，波形增多；不完全加劲时，壁板横向呈“单波”鼓曲，与无肋钢管混凝土破坏模式相近。根据研究结果，提出了开孔钢板加劲型方钢管混凝土轴压承载力计算方法和完全加劲的最小加劲刚度计算式，计算结果与试验结果吻合较好。
预应力波形钢腹板组合梁翼板内的无黏结预应力筋应力变化与梁上荷载之间存在显著的相关关系，因而无黏结预应力筋的应力增量可以通过截面配筋指标等相关参数建立回归公式。参数分析表明：对于受弯破坏的预应力波形钢腹板组合梁，影响翼板内无黏结预应力筋应力增量的主要参数为受拉翼板的钢筋屈服强度及配筋率、钢翼缘板屈服强度及面积、翼板混凝土强度以及混凝土翼板厚度与梁截面高度之比，而波形钢腹板的厚度及其屈服强度、预应力筋的初应力及预应力筋配筋面积、梁跨高比等参数影响很小。通过大量计算分析，建立了翼板内无黏结预应力筋应力增量与受拉翼板的钢筋屈服强度及钢翼缘板屈服强度的关系，并提出了预应力波形钢腹板组合梁屈服时预应力筋应力增量计算方法，计算结果精度较好。
通过8根圆形截面钢管混凝土柱在火灾下的温度场试验，研究核心混凝土内水分汽化和迁移对钢管混凝土柱温度场分布的影响，对比参数包括排气孔开孔位置、混凝土含水率和柱截面尺寸。结果表明：混凝土中的水分在温度100~150℃时发生汽化，汽化过程中形成的水蒸气会在柱内发生迁移并由排气孔排出柱外。水分汽化和迁移对钢管混凝土柱温度分布的影响主要有：汽化过程中，截面1/2半径内混凝土温度均匀分布，无明显温度梯度，并在一定时间段内保持不变或略有降低，出现一个“温度平台段”，其持续时间随含水率和截面尺寸而不同；而水气迁移过程会导致温度场沿柱高度方向产生不均匀分布，距排气孔越远，截面丧失水分越早，温度平台段越短，截面1/2半径内的混凝土温度升高也越快。建立有限元模型对试验中钢管混凝土柱的截面温度场进行分析，并与试验结果进行比较，结果表明，目前有限元分析方法无法考虑水分迁移的影响，因而导致分析结果中无法反应出温度平台段和温度场沿柱高方向不均匀分布的特征。
现有结构抗连续倒塌性能评价指标与结构系统中的初始局部破坏相关，不能有效衡量结构系统的抗连续倒塌性能。为此提出了倒塌率和承载力储备值两个指标，基于所有典型初始局部破坏分析，能够从结构系统角度衡量整体结构的抗连续倒塌性能，进而提出了一种结构抗连续倒塌性能评价的工程简化方法。算例分析表明：随着抗震设防烈度的提高和楼板的增强作用，倒塌率降低而承载力储备增大，该规律和理论分析一致，能够定量评价结构的抗连续倒塌性能；简化方法能够快速计算倒塌率和承载力储备这两个评价指标，满足工程设计和优化的需求。
结构抗倒塌能力谱的建立和应用是基于一致倒塌风险抗震设计方法的关键。结合静力推覆分析和基于增量动力分析的倒塌易损性分析，提出基于单自由度体系的多层钢筋混凝土框架倒塌易损性预测方法。首先，介绍基于增量动力分析的倒塌易损性分析。然后，阐述将原结构通过静力推覆分析等效为单自由度体系的方法和步骤，进而利用等效单自由度体系的倒塌易损性分析结果估计原结构的抗地震倒塌能力；最后，通过40个不同结构参数的多层规则钢筋混凝土框架算例，验证建议方法的适用性和准确性。研究表明：基于单自由度体系的多层钢筋混凝土框架倒塌易损性预测方法的计算量小，且能够对多层钢筋混凝土框架的抗倒塌能力做出保守估计；同时建议方法将原钢筋混凝土结构的抗倒塌能力与等效单自由度体系的抗倒塌能力建立定量关系，为抗倒塌能力谱的应用奠定了理论基础。
由于底层柱嵌固端在不同水平面而形成的掉层框架，其在大震甚至特大地震作用下的安全性备受关注。通过对一榀5层3跨掉层框架模型的拟静力试验进行破坏模式分析，校验了有限元模型模拟掉层框架结构受力反应的准确性。并对普通框架、掉层框架和带拉梁的掉层框架共6个算例进行抗地震倒塌易损性分析，定量评估了各算例的抗地震倒塌能力，分析其破坏模式与抗地震倒塌能力的关系。结果表明：掉层框架的破坏模式表现为上接地楼层柱率先发生破坏；掉层框架抗地震倒塌能力低于普通框架，且与所掉层数关系不大；上接地楼层柱的率先破坏是造成掉层框架抗地震倒塌能力低于普通框架的主要原因；增设拉梁对于提高掉层框架结构抗地震倒塌能力无明显效果，但对掉层框架结构的破坏模式有影响。
在分析了柔度法钢筋混凝土梁柱单元的变形局部化问题以及现有的规则化技术的优势与不足的基础之上，基于柔度法梁柱单元，分析了钢筋混凝土梁、柱构件损伤及破坏特点，提出了自适应损伤扩展模型。结合范德蒙矩阵动态求解相应的积分点权重，实现了塑性铰长度动态变化，克服了数值计算中的积分敏感性问题。对简支梁、钢筋混凝土悬臂柱进行非线性分析可知，该模型不仅可以模拟构件的受力软化行为，还可以描述受力硬化行为的损伤扩展情况，且具有较好的计算精度。
为克服实际工程中测试数据不足情况下，采用经典统计学方法推断可变作用的代表值时，由统计不确定性导致推断结果偏小的缺点，利用可变作用服从极大值I型分布，与极小值I型分布可相互转换的特性，根据极小值I型分布分位值的线性回归推断方法，提出了可变作用标准值、频遇值的线性回归推断方法，可在不同的置信度下考虑统计不确定性的影响，适用于小样本统计。分析结果表明：小样本条件下，按点估计法推断可变作用的标准值和频遇值时，结果偏小；按线性回归推断方法推断可变作用的标准值、频遇值和设计值时，可取置信度为0.75；可变作用的准永久值受统计不确定性的影响较小，可取点估计法的推断结果。
自振频率是既有砌体结构振动特性的重要指标，但其现场实测结果数据量有限且较为离散，难以对结构振动特性进行评估。为解决此问题，采用数理统计方法处理实测自振频率的不确定性。首先通过环境激励和人工激励，由动力测试获得试件自振频率的实测数据。然后基于贝叶斯方法，通过马尔科夫蒙特卡洛抽样，在实测数据中发掘总体信息; 再结合对自振频率的先验判断，构建自振频率的样本后验分布。基于所获得的样本后验分布推断砌体试件的自振频率。结果表明，以上方法在实测数据量少、噪音影响较大的情况下具有很好的鲁棒性，能够较快收敛于稳定、合理的样本后验分布，为推断自振频率提供可靠的基础。结合某复杂既有砌体结构的自振频率监测过程，说明所提方法可用于工程检测。
为研究页岩烧结保温砌块超薄灰缝墙体的抗震性能，以有无构造柱、竖向压应力、高宽比、开洞率及开洞形式作为设计参数设计并制作10个试件，对其进行水平低周反复荷载试验。分析了该类墙体在拟静力荷载作用下的破坏过程和破坏形态，研究了构造柱、竖向压应力、高宽比、开洞率及开洞形式对其承载力、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能、刚度退化等的影响。试验结果表明：构造柱圈梁体系充分发挥了其对内部砌体墙的约束作用，实现了墙体“裂而不倒”的目标；增加竖向压应力、减小高宽比，均可提高墙体的受剪承载力，减缓墙体刚度退化速度；构造柱的存在对提高墙体受剪承载力和延性均有明显效果；洞口的削弱作用使墙体受剪承载力下降，耗能能力变差。建立了页岩烧结保温砌块超薄灰缝墙体受剪承载力计算式，计算结果与试验结果吻合较好。
基于同步测压技术，对阻塞度为4.1%、6.1%、8.4%和10.1%的矩形单体高层建筑模型在均匀风场中分别进行了阻塞效应试验研究。对比了各模型层脉动风力随高度的变化、层风力功率谱密度、相关性和相干性。研究结果表明：随着阻塞度的增大，层脉动阻力和升力系数均增大，升力系数增幅更为显著；层阻力功率谱在2倍斯托罗哈数处出现谱峰；层升力功率谱峰值更加突出，且斯托罗哈数有所增大；层升力的竖向相关性和相干性以及层阻力的竖向相干性均增强；而在建筑1/2高度以上的层阻力竖向相关性降低。
采用风雪单向耦合方法及单方程雪相模型对大跨度球壳屋盖结构进行风致积雪分析。通过改变风速和矢跨比分别研究屋盖表面积雪和侵蚀沉积量随风速及矢跨比变化的关系。拟合球壳屋盖表面积雪侵蚀量随风速和矢跨比变化的近似公式，建议了球壳屋盖表面雪荷载不均匀分布系数计算式，并与现行建筑结构荷载规范采用的雪荷载不均匀分布系数进行对比。研究结果表明：球壳屋盖表面的积雪侵蚀量与风速呈抛物线关系，与矢跨比呈线性关系；计算得到的球壳屋盖表面的雪荷载不均匀分布系数与ISO国际标准草案规定较为接近。
对于复杂大跨度空间钢结构，施工过程对成型后的结构受力状态影响较大。通过对施工力学模拟中常用分析方法的研究，提出采用节点修正生死单元法作为施工力学分析方法，采用节点修正正装迭代法确定变形预调值，并将该方法通过算例进行验证，继而应用于深圳湾体育中心钢结构的施工力学模拟中，理论计算结果与实际监测结果吻合较好。研究表明：节点修正生死单元法和节点修正正装迭代法限制了“死”单元的过大“漂移”，可以很好的控制安装位形，计算精度良好，算法稳定，是结构施工力学分析和变形预调值分析的有效方法，适用于类似复杂大跨度空间钢结构的施工力学模拟。
根据铝合金板式节点的弯矩-转角试验曲线，将其弯曲刚度性能分为螺栓嵌固、螺栓滑移、孔壁承压和节点失效四个阶段，提出考虑弯矩和轴力共同作用的弯曲刚度四折线模型。通过理论分析推导出各阶段节点的弯曲刚度以及所对应的临界弯矩值。分别建立数值模型对螺栓嵌固阶段和孔壁承压阶段的刚度进行模拟。在数值分析结果的基础上，拟合得到了节点弯曲刚度公式。最后，将理论公式和试验结果进行了比较，四折线模型和试验结果吻合良好。
针对黏性、砂质、砾质三种不同土质的残积土回填地基在高能级强夯下的有效加固深度，根据3个工程项目的现场试验和施工区检测结果进行分析，分别采用载荷试验、标准贯入试验、动力触探试验等原位测试方法研究了强夯前后地基承载力和压缩模量的变化，分析不同高能级强夯对不同土质残积土回填地基的有效加固深度的变化规律。结果表明，相同能级下，残积土回填地基含砾量越高，强夯有效加固深度越深。据此提出了残积土回填地基高能级强夯有效加固深度的建议公式，公式计算值与我国现行规范建议值的对比结果表明，规范建议值偏低，按规范取值偏于安全。
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