ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
为研究钢筋混凝土框架结构的随机非线性性能，进行了8榀具有相同几何尺寸的单层两跨框架静力全过程静力推覆试验。试验模型采用同批次的钢筋、同标号的混凝土一次浇筑而成，并采用相同的养护条件和加载制度。试验结果表明：由于混凝土损伤及其演化的随机性特征，导致钢筋混凝土框架结构出现了随机的开裂、随机的出铰次序，由此引发了框架结构的随机内力重分布进程。
由钢和混凝土两种材料串联组成的钢-混凝土竖向混合结构，因不同材料在结构的不同部分提供的能量耗散机制差别较大，结构阻尼特征在空间分布上存在明显的差异。为此将钢-混凝土竖向混合结构等效成两自由度模型，计算了在谐振荷载作用下各子结构位移响应误差最小时的等效阻尼比分布。计算结果表明：各子结构动力响应误差最小时的等效阻尼比一般不相同。在计算各子结构动力响应时，建议将结构整体阻尼比取为对应各子结构的最佳等效阻尼比值，再将各子结构的动力响应进行组装用于整体结构的抗震设计。采用该方法对一竖向混合结构试验模型进行了地震响应计算，验证了该方法的简便性和有效性。
采用基于显式动力学的有限单元法，通过拆除构件方法，分别对平面框架结构、空间高层框架结构以及框筒结构的倒塌机制进行数值模拟研究，得到3种结构体系的倒塌机制：平面框架静力作用下倒塌过程中伴随水平构件由“拱机制”到“悬链线机制”的转变；高层空间框架结构倒塌机制与平面框架相似，但由于楼板的作用，倒塌形式、范围与平面框架存在差异；框-筒结构静力作用下的倒塌与空间框架结构相似，而动力加载下，水平构件基本不会形成悬链线机制。此外，分别进行框-筒结构在静力及动力作用下的大比例试验研究，并与数值模拟结果对比，验证模拟方法的准确性及可靠性，并结合数值模拟结果，分析构件的倒塌破坏顺序，验证了框-筒结构倒塌机制。同时，还对采用的线框、整体式、分离式3类数值模型的倒塌模拟的适用性进行了分析。
为了较好地实现利用钢结构对既有钢筋混凝土框架结构的增层改造，利用有限元分析软件SAP2000，采用消能减震技术和层间隔震技术，分析不同速度指数、不同阻尼系数、消能减震、层间隔震、减震和隔震相结合等情况下增层结构的楼层位移、层间位移、层剪力变化规律。结果表明：阻尼器中速度指数比阻尼系数对结构抗震性能的影响要大，小速度指数、大阻尼系数的阻尼器可取得良好的减震效果；阻尼器的消能减震效果优于层间隔震技术，虽然消能减震和层间隔震的综合运用会使结构具有良好的受剪性能，但是仍不能改变隔震层的位移突变问题，因此，结构设计时应综合考虑相关技术。
引入多次透射边界以模拟场地的无限性，利用二次开发后的ANSYS建立考虑土结相互作用的山区多层接地基础隔震与层间隔震框架结构有限元模型，并输入近断层地震波TCU054、TCU068，分别对硬土、软土、特软土场地上多层接地基础隔震、层间隔震以及非隔震结构进行地震响应分析。结果表明：两种多层接地隔震结构的各项地震响应受场地影响较小，而非隔震结构受场地的影响较大，处于陡坎下方的楼层各项地震响应变化幅度最大；近断层地震动作用下，陡坎上方楼层在两种隔震形式下均发挥了一定的减震效果，且基础隔震的减震效果优于层间隔震，但陡坎下方楼层的减震效果因土体刚度不同而异。
为在设计中更合理地考虑钢筋混凝土框架结构二阶效应的影响，提出钢筋混凝土框架结构基于等效刚度的几何非线性分析方法。结构的材料非线性通过现行设计规范中采用的等效刚度（折减后的刚度）考虑，几何非线性采用考虑柱轴力影响的刚度系数考虑。通过修改结构有限元分析的单元刚度矩阵，即可实现几何非线性有限元计算。给出了第一步迭代时简化确定柱轴力的方法。与传统的结构二阶效应计算方法相比，文中提出的方法不需判断结构有无侧移，不需计算构件的计算长度，可同时考虑结构的P-Δ效应和P-δ效应。分析表明，采用迭代方法进行计算时，一般只需2次迭代即可得到比较准确的结果；采用简化方法预先近似得到柱的轴力，则不需再进行迭代计算，计算结果也较准确。
改进直接刚度法是在简化直接刚度法基础上利用测试频率和模态直接获取结构刚度的损伤识别方法。在已有简支和连续试验梁数值模拟和实测数据分析的基础上，研究了环境噪音和测试信息不完备等各种情况下的识别效果。根据某双向单跨6层混凝土框架l/4及1/8缩尺比例振动台模型以及某实测混凝土桥梁结构，采用改进直接刚度法进行不同地震波工况下的结构损伤识别分析，通过结构无损与有损状态下的刚度，基于提出的损伤指标反映结构的损伤程度，进而对结构进行地震损伤评估。分析结果表明：改进的直接刚度法识别结果与试验现象基本一致，可以预估单次及多次地震波下的结构损伤情况。
在实体结构上进行原位加载试验能直接反映结构承载受力规律，与实验室试验相比，原位加载试验具有模拟性强、加载量大、安全风险大、试验环境复杂以及试验目标明确等显著特点。原位加载试验方案应重点考虑荷载和效应的控制，基于内力等效原则进行模拟加载，选取宏观直接的量测参数，并采取切实有效的安全防护措施。文中介绍了原位加载试验的试验原则、试验步骤、加载方式以及需要注意的问题。同时列举工业厂房屋盖预制构件、大型展览馆钢网架屋盖和混凝土框架结构等3个原位加载试验实例，通过内力等效的方法确定荷载，采用合理的加载方式可安全准确地完成现场加载和量测，达到试验目的。
针对我国预制装配式住宅工程的结构特点及信息化应用需求，结合建筑信息模型技术，研究开发了预制装配式住宅工程信息管理平台。首先，对信息管理平台的内容、意义进行概述，并制定平台研发目标；其次，搭建平台的总体架构并制定研发技术路线；最后，对平台的搭建及功能进行详细阐述，主要内容包括深化设计阶段、PC构件生产阶段、现场施工阶段、工程进度监控阶段及运营维护阶段信息管理平台及其功能应用。研发平台为深化设计方法的改革提供技术基础，并实现施工全过程管理，方便运营阶段构件管理及信息的提取，最终提高预制装配式住宅结构设计协同效率、缩短施工工期和降低运营期间的维护费用，从而真正意义上实现建筑工业化、住宅产业化的终期目标。
以钢筋混凝土构件的变形性能指标限值为基础，提出基于构件性能的钢筋混凝土剪力墙结构抗震性能判定准则和评估方法，并给出结构“抗大震能力储备系数”的概念，用以定量评估结构抵抗特大地震的能力储备。在此基础上，按现行规范设计了27个剪力墙结构模型，采用有限元分析软件PERFORM3D进行弹塑性动力时程分析和IDA分析，并采用文中提出的结构性能判定准则和方法对结构进行性能评估。结果表明：剪力墙结构层间位移角大小与构件损伤程度不相符合，仅用层间位移角评估结构的抗震性能尚有不足；在7度0.1g、7度0.15g和8度0.2g抗震设防烈度下，场地特征周期为0.35s和0.45s的结构能够满足规定的性能要求，场地特征周期为0.65s的结构大多不能满足性能要求；按0.35s和0.45s场地特征周期设计的结构抗大震能力储备系数大多在1.2~1.4，具有一定的抵抗特大地震的能力储备。
设计了5个缩尺比为1∶〖KG-*2〗3的钢管混凝土组合剪力墙竖向接合面试件，并对其进行拟静力试验。试件主要变化参数包括销键间距和连接筋配筋率，按照规范GB 50011—2010和GB 50010—2010确定连接筋配筋率上、下限值，分析试件的承载力、滞回性能、刚度退化等。结果表明：钢管混凝土暗柱和剪力墙竖向接合面采用销键和连接筋组合方式连接可靠，破坏形式基本相同，均为墙体破坏，其钢混凝土接合面没有发生剪切破坏并且连接筋没有出现滑移现象，从而保证了竖向接合面中剪力的有效传递；随着销键间距的减小及连接筋配筋率的提高，竖向接合面的承载力显著提高，延性有所降低，刚度退化初始段退化速率较快，末段趋于一致。给出了钢管混凝土组合剪力墙竖向接合面承载力计算方法，其计算值与试验值吻合较好，能够满足试验与工程设计的要求。
设计了一种内置冷弯薄壁钢管并利用焊接横向钢筋增强钢管与混凝土间组合作用的混凝土组合空心板。分别采用圆钢管和方钢管制作了2个试件进行静力受弯试验，得到试件开裂荷载、极限荷载、荷载挠度曲线、荷载钢管应变曲线等。采用ANSYS有限元分析软件对试件进行非线性有限元分析，分析结果与试验结果吻合较好，获得了极限荷载作用下钢管和混凝土的应力云图。与配钢率、空心率相近的同尺寸普通钢筋混凝土空心板进行对比分析，发现两者受弯性能相近。最后，根据内力平衡原理推导了钢管混凝土组合空心板的受弯承载力理论计算式，得到的极限荷载计算值与试验值误差较小。研究结果表明：提出的冷弯薄壁钢管混凝土组合空心板具有较高的受弯承载力和良好的延性，质量较轻；其破坏过程可分为4个阶段，破坏形态为典型的正截面适筋破坏；在破坏过程中，钢管与混凝土能保持良好的组合作用，材料强度得到充分利用；钢管骨架有利于预制化施工。
活性粉末混凝土是一种高强度、高韧性的新型水泥基复合材料，在防护工程中具有广阔应用前景。钢筋活性粉末混凝土板在爆炸作用下的动态响应是抗爆设计的基础。基于活性粉末混凝土的霍普金斯动态拉压试验结果，建立了活性粉末混凝土动态增长系数的计算式。基于LS-DYNA有限元平台，实现了活性粉末混凝土板动态响应的数值模拟，爆炸作用下试验板中心点最大位移的计算值与实测值吻合较好，验证了数值模拟的准确性。分析结果表明：考虑应变率效应时，活性粉末混凝土板跨中位移显著减小；随爆炸作用折合距离增大、板厚增加、活性粉末混凝土强度提高、板纵筋配筋率增加，活性粉末混凝土板底中心点峰值位移减小；边界条件、板厚度对活性粉末混凝土板的动态响应影响较大，而荷载水平对其影响较小；增加板厚、提高支座的约束能力是提高板抗爆性能的有效方法。
进行了2个柱试件和5个梁柱节点试件的伪静力试验，对试件局部采用钢套管约束措施，研究局部钢套管约束的RC柱的抗震性能及其对梁柱节点区的影响，分析试件的破坏形态、滞回特性、骨架曲线、变形性能、承载力和刚度退化及耗能能力等，并通过OpenSees软件对7个试件进行数值模拟。研究结果表明：局部设置钢套管约束RC柱能取得比传统RC柱更好的性能；局部设置钢套管约束梁柱节点能够有效发挥梁的耗能能力；局部设置钢套管措施能够提高柱端约束，使塑性变形集中在梁端，实现“强柱弱梁”的设计要求。
通过增大截面加固具有不同锈蚀程度的损伤钢筋混凝土柱的轴压性能以及加固后耐久性能试验，对损伤混凝土柱加固性能进行了分析。采用电渗恒电流干湿循环加速锈蚀方法，对加固前混凝土柱及增大截面中纵筋和箍筋分别进行同时非均匀锈蚀。加固前柱纵筋和箍筋锈蚀率分别取0%、5%和10%。增大截面采用围套加固，加固用纵筋和箍筋锈蚀率分别为0%、5%、10%、15%、20%。试验结果表明：锈蚀钢筋混凝土加固柱的破坏模式与钢筋锈蚀程度相关，柱的轴压承载力和抗压刚度随着钢筋锈蚀率的增加而显著降低；加固柱内层钢筋的锈蚀对轴压承载力的影响较小，加固柱外层钢筋锈蚀率对柱轴压承载力有显著影响；钢筋锈蚀后的混凝土柱轴压极限应变均有所降低，且随着钢筋锈蚀率的增加而逐渐降低。
通过1根钢管高强混凝土组合柱和1根钢筋高强混凝土柱的拟静力试验研究发现，前者较后者的峰值荷载提高10.55%，延性系数由1.94变为5.31，等效黏滞阻尼系数由0.130增至0.311，表明内配钢管的措施能有效改善钢筋高强混凝土柱抗震性能。利用有限元分析软件ABAQUS对钢管高强混凝土组合柱受力性能进行模拟，计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上，以剪跨比、轴压比、钢管径高比、钢管含钢率和钢管屈服强度等作为变化参数，对该类组合柱构件进行受力性能分析。结果表明：随着剪跨比的增加，构件的承载力和初始刚度能显著降低，但延性提高；当轴压比超过0.6后，构件承载力不增加反而降低，延性下降速率明显加快，建议轴压比限值不宜超过0.8；当钢管径高比控制在0.5左右时，构件综合受力性能相对较好；提高钢管的含钢率和屈服强度，能够提高构件的承载力和延性。
为分析型钢-方钢管混凝土轴压短柱的相互作用关系，建立型钢-方钢管混凝土轴压短柱承载力计算式，采用三维有限元法对型钢-方钢管混凝土轴压短柱的轴力-变形曲线进行分析。研究了型钢-方钢管混凝土轴压短柱和方钢管混凝土轴压短柱的钢管纵向应力与横向应力、核心混凝土的纵向应力以及型钢纵向应力的变化。结果表明:由于核心混凝土对型钢的约束，型钢屈服后纵向应力略高于其屈服强度；与方钢管混凝土相比，型钢-方钢管混凝土中核心混凝土纵向应力略有降低，钢管屈服后纵向应力降低速率、环向应力增加速率略有减缓，减少了方钢管对核心混凝土的约束作用。基于有限元分析，根据力的叠加原理建立了型钢方钢管混凝土轴压短柱承载力计算式，计算结果与有限元分析结果相近，且与试验结果相比，两种计算结果偏于安全。
为研究钢管再生混凝土柱在轴向荷载作用下的受力性能，以再生粗骨料取代率、长细比及截面形式为变化参数，完成了10个试件的轴向静力受压试验，获取了轴压荷载位移曲线，分析了试验参数对其延性、能量耗散和刚度指标的影响。研究结果表明：方形截面试件与圆形截面试件在轴压荷载位移曲线上的最大区别即为前者具有明显的峰值荷载点；随着再生粗骨料取代率的增加，圆形截面试件的耗能能力、弹性轴压刚度逐渐提高，而方形截面试件的耗能能力、弹性轴压刚度分别具有先降低后升高和先增加后减小的趋势；圆钢管再生混凝土的位移延性系数比圆钢管普通混凝土的大，而方钢管普通混凝土的位移延性系数则比方钢管再生混凝土的大；随着长细比的增加，钢管再生混凝土轴压构件的耗能能力和弹性轴压刚度总体具有降低之势，而位移延性系数则随之增长；圆形截面试件的耗能能力和变形性能均好于方形截面试件。
内置预制钢管高强混凝土芯柱组合柱是在钢筋混凝土柱内布置预制的钢管高强混凝土芯柱，以提高钢筋混凝土柱抗震性能。为研究该新型组合柱抗震性能，通过对4个内置预制高强钢管混凝土芯柱组合柱与1个普通钢筋混凝土柱的低周反复加载拟静力试验，研究内置预制高强钢管混凝土芯柱对组合柱的抗震性能的影响作用，分析核心高强钢管混凝土芯柱、组合柱横向配箍率、钢管表面栓钉布置等因素对该新型组合柱抗震性能的影响。并对试件裂缝发展、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线等进行了分析。研究结果表明：内置预制钢管混凝土芯柱组合柱的变形能力、延性、承载力衰减和耗能等抗震性能明显优于普通钢筋混凝土柱。
钢管壁的局部受压屈曲将显著降低钢管混凝土柱的承载力及延性，为了避免钢管壁过早发生局部屈曲，可以采用端部内壁焊接栓钉来约束钢管壁的侧向变形，进而提高钢管混凝土柱的承载力，改善延性。为了对端部栓钉加强方钢管混凝土柱的力学性能进行深入研究，在已有试验的基础上，采用非线性有限元软件MSCMarc建立壳实体精细有限元分析模型。利用弹簧单元来模拟端部加强栓钉的受力性能。在验证了有限元模型合理性的基础上，分析了不同参数条件下端部栓钉加强方钢管混凝土柱的力学性能。研究表明：端部增设栓钉能够延缓钢管壁的屈曲，提高柱的承载力，显著改善柱的延性；栓钉不宜过长，可以通过合理增大栓钉直径来提高柱的承载力，栓钉设置范围以柱的1~2倍边长为宜。
采用ANSYS软件对单面受火的方钢管钢筋混凝土柱高温力学性能进行分析，进行了不同荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、钢材和混凝土强度及配筋率情况下方钢管钢筋混凝土柱的耐火极限参数分析，获得了单面受火的方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的主要影响参数及其影响规律。在参数分析的基础上，给出了该受火条件下方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的简化计算方法。研究结果表明：荷载比、截面边长、长细比是单面受火的方钢管钢筋混凝土柱耐火极限的主要影响参数，即截面边长越大，荷载比与长细比越小，构件的耐火极限越大。由于存在较大偏心，荷载偏心率在荷载作用点偏于背火面时也有显著影响。
在GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中提倡纵筋采用HRB400、HRB500，箍筋采用HPB300、HRB400、HRB500，新修订的《钢筋混凝土用热轧钢筋》又纳入了HRB600钢筋。配置高强热轧钢筋对RC柱抗震性能会产生影响。为此，以HRB335为纵筋、HPB235为箍筋的混凝土柱抗震性能研究的试验数据，分析了轴压比、纵筋配筋率、配箍特征值、剪跨比等主要参数对RC柱位移延性系数的影响。分析结果表明：当纵筋配筋率、配箍特征值、剪跨比一定时，柱的位移延性随轴压比的增大而减小；当轴压比、纵筋配筋率、剪跨比一定时，柱的位移延性随配箍特征值的增大而线性增大；当轴压比、纵筋配筋率、配箍特征值一定时，柱的位移延性随剪跨比的增大而增大；当轴压比、配箍特征值、剪跨比一定时，柱的位移延性随纵筋配筋率的增大而增大。通过对试验数据的拟合，得到反映各关键参数影响的框架柱位移延性系数计算式，并获得各抗震等级框架柱位移延性系数的下限值，为合理确定配置高强热轧钢筋的混凝土柱的抗震设计要求提供参考。
通过氯离子环境下聚氯乙烯（PVC）-碳纤维增强复合材料（CFRP）管混凝土柱轴压性能试验，分析环境作用、CFRP条带环箍间距等因素对PVC-CFRP管混凝土柱轴压性能的影响。结果表明，氯离子环境下CFRP条带的抗拉强度、弹性模量和极限拉应变基本保持不变，CFRP条带具有良好的耐久性能。氯离子环境和普通环境下PVC-CFRP管混凝土柱破坏形态相似，试件破坏时，中部的多条CFRP条带被拉断，部分PVC管被压裂，氯离子环境下试件的破坏过程较短。与普通环境下PVC-CFRP管混凝土柱相比，氯离子环境下PVC-CFRP管混凝土柱承载力和应力-应变关系曲线基本保持不变，试件延性有不同程度降低，但降低幅度较小，试件的应力应变关系呈双线形的特点。氯离子环境下PVC管对内部的核心混凝土具有较好的保护作用，可使其免受氯离子环境的侵蚀。
为研究冻融循环作用对混凝土短柱轴心受压性能的影响，分别考虑龄期、养护环境、冻融循环次数、设计强度4个因素，对混凝土短柱进行轴心受压试验。结果表明：龄期越短、冻融循环次数越多、设计强度越低，试件表面破坏越严重；在潮湿环境下养护，表面破坏较轻。冻融循环后短柱力学性能发生明显变化，但轴心受压柱的破坏模式并未改变。 龄期在14 d之前冻融影响显著，龄期超过14 d后，影响较小。冻融循环少于15次，冻融影响较小，超过15次后冻融影响显著。与干燥环境下相比，潮湿环境下养护的短柱承载力显著提高，潮湿环境下养护有助于减轻冻害。钢筋混凝土短柱经冻融循环后的轴心受压力学性能与设计强度等级密切相关，设计强度等级越高，冻融循环对短柱承载力的影响越小，承载力损失也越小；设计强度等级高于C30的混凝土短柱，冻融循环后混凝土微裂缝产生不明显。
为研究部分包裹混凝土柱与型钢梁角钢连接节点在反复荷载作用下的抗震性能，以螺栓直径、柱翼缘宽厚比、角钢厚度为主要参数，对6个部分包裹混凝土柱与型钢梁角钢连接节点组合体试件进行低周反复荷载试验，研究梁端荷载位移滞回曲线、刚度退化曲线、耗能性能以及延性，分析节点的破坏形态、滞回性能、角钢应变与梁应变变化规律。研究结果表明：增大角钢厚度可以明显改善节点组合体试件的承载力，当角钢厚度由10 mm增加为12 mm时，组合体的最大荷载提高39.9%，当角钢厚度由12 mm增加为14 mm时，组合体的最大荷载提高19.8%；而螺栓直径只能在一定范围内改善节点组合体试件的抗震性能；柱翼缘宽厚比增加到压弯构件弹性临界值后节点仍然具有良好的抗震性能。
为研究外包槽钢-混凝土组合梁的受力性能，基于试验研究，采用有限元分析软件ABAQUS对6根外包槽钢-混凝土组合梁在静力荷载作用下的受力情况进行数值模拟计算，并与试验结果进行对比，以证实有限元分析的可行性。进而建立18个有限元分析模型，对剪跨比、缀件配置率、缀件配置形式等参数进行分析，研究外包槽钢-混凝土组合梁试件正截面与斜截面承载力的影响因素及其承载力计算方法。研究结果表明：随着剪跨比的增大，外包槽钢混凝土组合梁的承载力显著降低；增大缀件配置率或组合梁截面积，可显著提高承载力；竖向及斜向配置的缀件均对混凝土起到约束作用，并且斜向配置更有利于约束作用的发挥。考虑缀件配置率对承载力的影响，引入与缀件配置率相关的参数，提出外包槽钢-混凝土组合梁正截面和斜截面承载力计算公式。
为了解决现有混凝土结构的耐久性问题并有效控制结构裂缝，利用高韧性水泥基材料（ECC）部分代替受拉区混凝土，采用玄武岩纤维聚合物（BFRP）筋作为受拉纵筋，形成ECC-BFRP筋混凝土梁式复合结构，并通过试验研究复合梁的受弯性能。结果表明：采用不同厚度的ECC代替受拉区混凝土能够明显改善BFRP筋混凝土梁的裂缝宽度和初始裂缝高度；随着ECC厚度的增加，试件的裂缝条数有所增多，且间距变小变密；当ECC厚度达到50 mm时，ECC与混凝土交界面处无措动现象发生，裂缝控制效果明显；但ECC对BFRP筋混凝土梁的开裂荷载和承载能力影响不大。
为解决使用碳纤维复合材料(CFRP)受剪加固钢筋混凝土结构时CFRP易于剥离的问题，采用自锁式张拉锚固装置，并对碳纤维布施加预应力以提高其利用效率，改善加固效果。进行T形截面梁受剪试验，研究不同预应力水平、预载程度、混凝土强度等因素对受剪承载力的影响，得到不同条件下试件破坏形式、承载力以及CFRP各条带间应力不均匀情况。结果表明：采用施加了预应力的端锚CFRP条带对T形截面梁进行受剪加固，可克服纯粘贴体系的剥离破坏问题，大幅度提高梁的受剪承载力，并可延缓、限制裂缝开展，明显提高梁开裂后的刚度。提出加固后梁受剪承载力设计计算方法，并建议预应力水平的取值范围为（0.2~0.3）fcfk。
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