ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
针对传统现浇混凝土空心楼盖存在的模壳刚度小、制作成本高、回收利用率低、抗浮措施复杂等问题，提出一种后装式钢筋混凝土双向密肋空心楼盖。为了解该楼盖的竖向受力性能和破坏形态，进行了1块角点支承大比例试件的短期静力加载试验，分析了该楼盖在竖向荷载作用下的裂缝分布、破坏形态、挠曲变形、应变规律、竖向承载力以及后装式预制底板参与楼盖结构整体共同工作等特征。结果表明：该楼盖具有较高的竖向承载力、抗弯刚度和整体工作性能，后装式预制底板能够很好地参与楼盖结构整体共同工作，楼盖的挠曲变形及裂缝分布特征与双向密肋楼盖和实体平板楼盖相似。参考已有的角点支承双向楼盖变形的弹性理论计算方法，同时考虑试验楼盖的结构形式与加载方法，提出了两种考虑楼盖弹塑性阶段变形的简化计算方法，其计算结果与试验结果吻合良好。
结合现浇空心楼板与叠合楼板的优点，提出在一种预应力叠合楼板中布置筒芯内模形成的叠合空心楼板。进行了预制带肋底板叠合空心楼板、矩形底板叠合空心楼板及现浇空心楼板3种截面形式，2种截面尺寸分别为230mm×500mm、300mm×600mm的10块板带在单调荷载作用下的足尺模型试验。通过改变预制底板类别、筒芯内模的直径及其布置方式，对叠合空心板带的破坏形态、截面整体工作性能、正截面受弯承载力、短期刚度、叠合面水平受剪性能等进行了研究。结果表明：从开始加载到破坏，叠合空心楼板与现浇空心楼板表现出相似的受力特点和变形特征，按筒芯最薄弱翼缘处的工形截面计算叠合板的开裂荷载、正截面受弯承载力、平均裂缝间距等与实测值吻合较好；在所研究的板厚范围内，筒芯直径大小及布置方式的变化并未造成叠合面出现滑移开裂的现象，但不同程度地削弱了试件的受拉刚化作用，建议叠合空心楼板开裂后的短期刚度取控制截面的开裂刚度。通过叠合面受力分析，将横孔板顺筒肋宽度和上、下翼缘厚度的计算限值与楼板实际构造尺寸进行对比，实际工程中叠合面的抗剪强度可满足安全使用要求。两种预制底板预应力混凝土叠合空心楼板与预应力现浇空心楼板的总体受力性能较为接近，均可满足工程设计要求。
通过1个交叉钢带支撑冷弯薄壁型钢骨架试件和2个交叉钢带支撑冷弯薄壁型钢骨架-喷涂轻质砂浆组合墙体试件的低周反复加载试验，研究分析了试件在受力过程中的破坏形态和受力性能。对试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、抗侧刚度、刚度和承载力退化以及型钢构件的应变变化进行了研究，对比分析了交叉钢带支撑墙体和有连接较弱的斜撑墙体的抗剪性能差异。研究结果表明：交叉钢带支撑冷弯薄壁型钢骨架在循环荷载作用下仅受拉方向钢带具有抗侧能力，最终立柱发生整体弯扭屈曲，并伴随一定的局部屈曲。由于型钢骨架与两侧轻质砂浆之间的相互作用，组合墙体的承载能力和抗侧刚度显著提高，并具有良好的延性。外侧轻质砂浆约束了受压钢带的平面外变形，最终墙体边立柱底部发生局部屈曲，型钢骨架与两侧轻质砂浆之间出现滑移失效。交叉钢带支撑墙体的单位长度屈服承载力与斜撑墙体的相比，提高了15%~20%。
为改善钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能和变形能力，设计了一榀半刚接钢框架内填高延性纤维混凝土剪力墙试件，并进行了拟静力试验，研究其破坏机理、变形能力及耗能能力。试验结果表明：钢框架与内填高延性纤维混凝土剪力墙形成组合作用，能充分发挥高延性纤维混凝土良好的受拉应变硬化和多裂缝开展性能，有效控制剪切斜裂缝的开展，提高结构的层间变形能力；试件的开裂位移、屈服位移和峰值位移明显增大，表明高延性纤维混凝土良好的拉伸性能可提高结构的弹性层间位移；试件破坏时，能充分发挥高延性纤维混凝土剪力墙良好的耗能能力和耐损伤能力，减小钢框架的塑性变形，实现结构的可修复功能。
为研究地震作用下叠合填充墙板对框架结构抗震性能的影响，对3榀带柔性连接的叠合填充墙板框架试件和1榀纯框架试件进行拟静力试验。对比研究试件的受力全过程、开裂部位、裂缝发展情况以及破坏形态，重点分析了带叠合填充墙板框架试件和纯框架试件在承载能力、滞回性能、延性、刚度等方面的差异；为减少墙体刚度对框架的影响，设计了一种墙体与框架的柔性连接方式。研究结果表明：带叠合填充墙板框架试件与纯框架试件的荷载-位移滞回曲线发展趋势相似，具有较好的抗震性能；开边洞填充墙框架试件的延性与纯框架试件的基本一致；框架和墙板的柔性连接方式设计合理，使叠合填充墙板框架试件与纯框架试件的刚度退化水平相当，有效地降低了墙板刚度对框架主体的不利影响，减弱了墙板对柱的约束作用，抑制了短柱破坏，提高了墙体的可靠性和抗震能力。
为了研究现浇混凝土框架设置楼梯结构的抗震性能，采用1/2缩尺试件，进行框架楼梯间结构单元的拟静力试验。试验得到了试件整体及各部分的具体破坏过程和相互关系，实测了承载力、各部位变形，以及其他抗震性能指标，分析了结构的工作机理。试验结果表明：楼梯与框架采用通常构造方式整体连接时，楼梯部分作为不对称斜撑参与承受侧向荷载，受力后首先开裂，且破损发展迅速，使其难以可靠发挥救援、疏散等功能；楼梯的作用也造成楼梯间框架构件的不均匀受力，导致一侧框架柱发生脆性破坏，引起试件整体失效；试件实测的滞回曲线面积较小，破坏荷载大，峰值荷载后承载力快速下降；半层平台梁与框架柱采用刚接，使该处框架柱成为短柱，且受力状态复杂，致使其突然破坏，其他部位也很快破坏，采用这种整体连接方式的框架楼梯对结构抗震不利。
为了研究高强钢筋高强混凝土预应力梁的抗裂性能，设计制作了12个HRBF500级高强钢筋高强混凝土预应力梁试件，对其进行抗弯试验和数值模拟对比分析，分析了预应力强度比、配筋率等参数对梁开裂弯矩、平均裂缝间距、平均裂缝宽度和短期最大裂缝宽度的影响。试验结果表明：抗裂度试验值与按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的计算值符合较好；按规范计算的裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数具有较高的精度；按规范计算的平均裂缝间距、短期最大裂缝宽度均大于试验值，平均裂缝宽度计算值略小于试验值。建议对高强钢筋高强混凝土预应力受弯构件平均裂缝宽度的规范计算式进行适当修正，并取裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度影响的系数为0.85、适当降低短期裂缝宽度的扩大系数至1.44，即可提高平均裂缝宽度计算公式的精度。
为了研究后张法预应力超高性能钢纤维混凝土梁的受弯性能，对6根梁试件进行了3分点对称加载试验研究。试件变化参数包括非预应力纵筋强度等级、配筋率、张拉控制应力及预应力度，获得了试件的开裂弯矩、极限弯矩、破坏形态以及裂缝开展情况。试验结果表明：HRB500级钢筋与UHPSFC适配良好，可以充分发挥二者的高强性能；张拉控制应力及预应力度增加，开裂弯矩增大；高性能钢纤维混凝土梁弯曲裂缝细而密，正常使用极限状态下最大裂缝宽度不大于0.15mm。通过引入抗裂影响系数对受拉区塑性影响系数进行修正后，开裂弯矩计算值与试验值吻合较好。根据简化的高性能钢纤维混凝土本构模型建立了高性能钢纤维混凝土梁的受弯承载力计算公式，其计算值与试验值吻合良好，可为高性能钢纤维混凝土梁理论分析和设计提供参考。
为确保钢筋混凝土结构在超低温下的安全使用，借助超低温冷库降温和自制保温箱保温的方式，对分别受20、-40、-70、-100℃等温度作用的不同配筋率的12根钢筋混凝土梁的受弯性能进行了试验研究。结果表明：随着温度的降低，钢筋混凝土梁的开裂荷载逐渐提高，裂缝数量减少，而裂缝间距增大；在同一荷载下，钢筋混凝土梁的挠度及钢筋应变均随温度的降低而呈减小趋势；随着温度的降低，钢筋混凝土梁的屈服荷载与极限荷载都有一定的提高，配筋率越大提高程度越大，且屈服荷载的提高程度较极限荷载的提高程度更大；在低温条件下，梁的平截面假定依旧成立，梁的延性降低；考虑材料参数的温度效应后，利用规范的承载能力计算公式估算的构件的受弯承载力仍然可靠，但在低温条件下梁的刚度变化较大，规范的挠度计算公式具有一定的参考意义。
以再生粗骨料取代率、侧向围压值、龄期、再生骨料来源和混凝土强度等级为变化参数，共设计了68个试件，通过静力三轴受压试验，获取了其在三轴受压下的应力应变全过程曲线，揭示了再生混凝土的破坏机理和各变化参数对再生混凝土三轴受压力学性能的影响。研究结果表明：侧向围压值对再生混凝土的破坏形态有较大的影响，随着围压值的增大，破坏形态由垂直劈裂转变为斜向劈裂破坏，且与斜向劈裂面相交的粗骨料被剪断，围压值较大的试件，其峰值应力、峰值应变、初始弹性模量、变形能力等各项力学指标均有显著提高；取代率的变化对再生混凝土三轴受压的峰值应力影响不大，但对峰值应变和弹性模量的影响则较大；龄期对峰值应变和初始弹性模量有较大影响；不同服役龄期再生骨料来源对再生混凝土三轴受压力学性能影响不大；提高混凝土强度等级能有效提高再生混凝土三轴受压的各项力学性能指标。
落石对建筑物撞击造成的损毁和建筑结构的易损性是现今的研究热点。基于以往研究钢筋混凝土结构易损性的经验总结和数据统计的方法，考虑了落石灾害强度（速度、能量和轨迹），提出了定量的易损性分析流程与方法：1）落石对单个构件碰撞可能性计算； 2）单根结构构件的落石作用响应分析； 3）建立建筑物有限元分析模型进行抗倒塌仿真模拟； 4）计算损伤指数D。采用以上方法系统地研究了广西凤山县石灰岩矿山落石作用下混凝土框架结构的易损性。结果表明：损伤指数范围D为0.06~1.00，并可分为非结构构件损伤、仅结构构件损伤、部分倒塌和大范围甚至全部倒塌4个层次；损伤指数与落石作用强度正相关；碰撞路径和碰撞位置对于结构损伤极为重要，中心柱失效比角柱失效损伤更大，落石垂直入射比斜射入射造成损伤更大。该方法能准确量化易损性相关函数中的落石碰撞概率和损伤指数控制因素，促进建筑结构易损性定量化深入研究。
高强钢组合Y形偏心支撑钢框架是耗能梁段采用较低屈服点钢材、其他构件采用高强钢的双重抗侧力结构体系。为研究其抗震性能，对4个1∶2缩尺的单层单跨高强钢组合Y形偏心支撑钢框架平面试件进行了单调和循环加载试验。根据耗能梁段长度将试件分为剪切屈服型和弯曲屈服型两类，分别研究了每类试件的破坏模式和主要抗震性能指标。研究结果表明，该结构耗能能力强、延性好，剪切屈服型试件的承载力比弯曲屈服型试件的高，延性也好于后者，相同位移下耗散的能量也较后者大。循环加载时，剪切屈服型试件的破坏集中于耗能梁段，此时钢框架基本处于弹性工作状态，残余变形较小，是一种有利于震后修复的双重抗侧力体系。
为了解强度为Q690D高强度结构钢焊接截面柱的抗震性能，对名义轴压比为0.35的Q690D高强钢焊接H形和箱形截面柱进行了低周反复加载试验。通过观察试件的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线，并从其承载能力、塑性发展能力、变形能力和耗能能力等方面对Q690D高强钢柱的滞回性能进行研究。结果表明，试件具有良好的耗能能力和抗震性能；高强钢柱的二阶效应影响不可忽略；反复荷载作用下试件的破坏模式为板件弹塑性局部失稳；试件最大层间位移角分别达到了1/17（H形）和1/23（箱形），远超过GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的层间位移角限值要求；火焰矫正显著影响试件的力学性能和破坏位置，因此对于高强钢试件，应严格控制在受力较大部位采用火焰矫正措施。
目前我国相关规范对冷弯薄壁型钢组合截面构件的承载力设计方法比较粗略。基于已有的卷边槽形截面构件和由其组成的组合箱形截面构件的轴心受压承载力试验研究结果，通过有限元模拟和理论分析研究了此类构件拼合前后的受力性能的差异。分析了安装误差和连接件间距对拼合构件承载力的影响。提出了针对组合箱形和工字形截面构件的轴心受压承载力设计方法。研究表明，组合箱形截面构件的整体屈曲和畸变屈曲承载力较单肢截面构件有一定提高，而组合工字形截面构件仅整体屈曲承载力有一定提高。设计承载力与试验结果的比较表明，所提出的建议设计方法基本合理，可为相关规范的编制提供参考。
针对由2个C形截面和2个U形截面冷弯薄壁型钢基本构件通过自攻螺钉拼合而成的组合截面柱的轴压承载力，进行了12根（共3种截面）两端铰接冷弯薄壁型钢箱形组合截面柱轴压承载力试验，并采用有限元方法进行数值模拟，同时对构件长度进行参数化分析。研究结果表明试验值和数值模拟吻合较好，在此基础上对比了基于中国规范GB 50018—2002有效宽度法和北美规范AISI S100-2007直接强度法的承载力计算结果，及其与数值解的差异。分析表明：在修正长细比的基础上，有效宽度法计算的承载力比数值解偏低的范围在0%～30%之间，直接强度法计算的承载力比数值解偏低10%～35%。最后，提出了计算针对该类型组合截面构件承载力计算的两种建议设计方法，计算所得结果与数值模拟结果吻合且更为精确，该方法可供实际工程设计参考。
针对不锈钢构件的力学性能与普通碳素钢存在较大不同、国内相关研究较少且试验数据尚不充分等问题，对奥氏体304热轧、冷弯薄壁不锈钢圆管截面，共19根简支轴心受压长柱试件进行试验研究。通过拉伸试验、短柱和长柱轴压试验，获得了不锈钢材料拉伸、压缩性能及长柱轴压的力学性能，包括加载现象、破坏形态、极限荷载及初始缺陷等，并提出长柱轴压稳定系数建议公式。结果表明：不同径厚比的热轧退火不锈钢材料性能相近，而冷弯焊接不锈钢经冷弯强化后材料强度显著提高；Quach模型能够与我国奥氏体304热轧、冷弯不锈钢拉伸及压缩的应力应变关系吻合；长柱构件初始缺陷应考虑整体缺陷和物理偏心的共同影响，并建议其取值为构件长度的1/2000；所建议公式计算结果与试验吻合良好，精度高于采用国外规范方法计算的结果，可用于热轧、冷弯薄壁不锈钢圆管柱稳定系数的确定。
为研究多栋高层建筑顶部的风场在台风影响下的风特性和相关性，在2013年的强台风“天兔”的登陆过程中，对海边三栋相邻的高层建筑顶部的台风风场进行了现场实测。选取适当的实测风场数据进行分析，统计了三栋建筑顶部的平均风特性和脉动风特性参数，探讨了分别位于三栋建筑顶端的3个测点的脉动风速之间的空间相关系数和相干函数。分析结果表明：此次台风中，三栋建筑顶部的平均风速和平均风向差异较小，随时间的变化趋势相似；脉动风特性的统计平均值差异较小，说明各测点之间的风速具有相关性；三栋建筑顶部测点相互之间的空间相关系数值较小，其平均值随着两测点之间距离的增加而减小；相干函数随着频率的增大而逐渐衰减，当频率接近零时，两测点间的距离越大，其相干函数值越小。
以国内在建临海山区的台州电厂冷却塔为对象，针对单塔、双塔布置及双塔与周边山地环境布置三种状态下的风荷载及响应特性，比较研究了双塔布置及周边环境对冷却塔设计荷载的干扰作用效应。通过塔体的刚性模型测压风洞试验与风致响应的有限元分析相结合，比较了三种环境状态下冷却塔表面的平均风压和脉动风压分布以及动态响应特性。基于测压试验数据及有限元分析结果，探讨了双塔布置及其与周边环境之间的干扰作用效应。结果表明，与双塔布置状态相比，山体等周边环境将进一步增大塔体表面平均风压和脉动风压分布与单塔风压分布之间的差异。风致响应中脉动响应分量的作用增大，共振响应分量与背景响应分量之间的比例发生变化，其中迎风区与负压区的背景分量所占比重减小，背压区背景分量所占比重上升。干扰系数和风振系数等设计参数取值发生变化，考虑周边的干扰系数比德国规范VGB-R 610Ue:2005《冷却塔结构设计导则》计算结果增大8.2%，风振系数比中国规范DL/T 5339—2006《火力发电厂水工设计规范》计算值大43.1%，但风振系数最大值与干扰系数最大值很难同时出现，推荐采用等效风振系数，其值与中国规范计算值接近。
风致干扰效应是高层建筑群抗风设计中的常见难点问题之一。采用刚性模型测压试验，研究了均匀层流和两种大气边界层风场条件下任意排列两方形断面高层建筑的风致干扰效应，通过平均和脉动基底弯矩系数的干扰因子、风力系数、风压系数分布以及风荷载功率谱的研究，解释了其风致干扰效应的机理。结果表明，任意排列的两方形断面高层建筑风致干扰中，至少存在横风向静力干扰、顺风向静力干扰和横风向动力干扰三个值得注意的干扰区域。 窄道形成的加速效应使受扰结构上形成指向施扰建筑横风向平均吸力和阻塞形成的受扰建筑的横风向平均推力；遮挡效应使得受扰建筑承受指向位于上游的施扰建筑的顺风向风力；漩涡叠加增强位于尾流区受扰建筑上的横风向脉动荷载。不同风场的试验结果表明，提高来流的紊流度有助于减弱上述干扰效应。
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