ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
为分析外包钢筋混凝土加固钢柱后组成叠合柱（以下简称叠合柱）的轴压性能，对不同初应力比叠合柱和一个增焊栓钉的对比试件进行了试验研究，考察了叠合柱截面的应力分布以及叠合柱的传力方式，分析负载加固相对完全卸载加固形成的叠合柱的承载性能的折减程度，并与有限元计算结果进行对比。研究表明：随着初应力比的增加，外包混凝土加固叠合柱轴压承载力降低，但降低幅度均在10%以内。增布栓钉可以在一定程度上提高试件的峰值荷载，并且更快地完成截面由型钢至后浇混凝土的应力重分布，促使两者更好地共同工作。
对4根外套圆钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土方柱试件进行偏心受压试验，试验结果表明：圆钢管混凝土加固方柱的破坏形态为弯曲型破坏，其承载力在达到极限以后能维持在一个相对高的荷载值，具有良好的延性，并且随着偏心率的增加，加固柱挠度增大，承载力降低。采用有限元软件ABAQUS对加固柱进行计算，并将有限元计算的承载力、荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线与试验结果进行对比，对比结果表明有限元计算结果与试验结果吻合良好。在此基础上，分析了后浇混凝土强度、钢管壁厚、偏心距对加固柱偏压性能的影响，并得到加固柱的轴力-弯矩相关曲线，可用于计算任意偏心距下加固柱的受压受弯承载力。
为研究高强度钢筋混凝土框架结构的动力反应，设计了6度（0.05g）、7度（0.1g）和8度（0.2g）三个设防烈度下的结构模型。基于Perform-3D程序对三个设防烈度下15种配筋方式的混凝土框架结构在双向罕遇地震作用下进行了非线性动力反应分析。各设防烈度下的模型均以配置HRB400等级钢筋的框架结构为基础，采用强度等效原则和遵循相应规范调整后配置HRB500和HRB600级钢筋的框架结构进行分析。分析结果表明：随着配筋强度等级的提高，结构的顶点位移和层间位移角在6度和7度设防烈度下略微增大，在8度设防烈度下虽明显增大，但均小于规范的限值；在6度和7度设防烈度下梁端部和柱端部塑性铰数量均有所减小，屈服程度也有所降低，而在8度设防烈度下的梁端部塑性铰数量没有明显变化，仅柱端部塑性铰数量少量减少；梁、柱构件端部的绝对变形需求在6度和7度设防烈度下略微增大，在8度设防烈度下显著增大，以杆端极限转角作为衡量构件变形的控制指标时，应与配筋强度正相关。
利用OpenSees分析软件对按GBJ 11—1989、GB 50011—2001、GB 50011—2010新旧不同抗震设计规范设计的3栋钢筋混凝土框架-填充墙结构，考虑填充墙平面内外相互作用、钢筋混凝土柱轴-剪-弯耦合、钢筋后期强度退化、P-Δ效应等因素，分别建立三维空间模型，进行了静力推覆分析和增量动力分析，进而利用25条地震动记录输入下的增量动力分析结果，得到了基于最大层间位移角和最大残余层间位移角的不同损伤状态相应地震易损性曲线，并给出了具有50%倒塌概率的结构抗整体倒塌能力。结果对比表明：按1989、2001、2010不同抗震设计规范设计结构的震后可修复性和抗倒塌能力依次有所提高。
高层建筑结构优化设计应综合考虑设计规范、建筑功能和工程施工等方面的要求，使优化结果具有更好的经济性和安全性。基于钢筋混凝土结构的构件约束、组件约束、整体约束的多级约束条件，提出了多级约束优化设计方法和流程。通过阐述钢筋混凝土结构构件的尺寸与配筋之间的耦合关系，进一步分析框架梁、框架柱、剪力墙的构件优化设计特点。以框架-核心筒结构体系为例，将多级约束的优化设计方法应用于实际工程，分别对核心筒剪力墙、框架柱、框架梁进行构件优化；根据超高层结构构件优化结果分析表明：低区核心筒剪力墙以轴压比为控制条件，中高区以整体刚度为控制条件；中低区的框架柱以轴压比为控制条件，高区框架柱（尤其是顶层）由于要承担较大的水平剪力，多以承载力为控制条件。对优化前后的设计指标和材料用量进行了对比，经过多级约束优化设计，本工程案例取得了良好的经济效益。
通过基于板式GFRP剪力连接件的预制混凝土三明治板试件的静力受弯试验，进行了刚度及承载力组合度的计算，并基于通用有限元软件ANSYS建立试件的三维有限元力学模型，对其受力全过程进行了数值模拟。在验证了有限元分析模型准确性的基础上，对预制混凝土三明治板在不同板式GFRP连接件布置方式、材料性能、几何尺寸的整体刚度进行了分析，并将之与完全组合板刚度的理论值进行了对比（两者比值定义为刚度组合度）。分析结果表明：随剪跨段板式GFRP剪力连接件的抗剪刚度的提高，预制混凝土三明治板的刚度组合度呈非线性增长趋势，但其增长幅度逐渐变缓；随着保温层厚度的增加，刚度组合度有较大幅度的降低，但随着剪力连接件厚度的增加，刚度组合度对保温层厚度的敏感性下降。有限元分析结果亦表明：板式GFRP连接件对三明治板承载力组合度的影响没有对刚度组合度的影响显著；按照现有的板式GFRP剪力连接件设计方法很难达到完全组合的效果，在设计中应充分考虑对刚度的折减。
为研究高层装配式混凝土结构框架梁柱节点的抗震性能, 以某高度100m的装配式混凝土框架-核心筒结构为原型，选取中间层（17层）和顶层（33层）典型的中间节点，设计足尺试件进行低周反复荷载试验，考察节点的刚度、承载力、开裂破坏形态、滞回特性、延性性能、耗能能力等指标，并研究了拼缝及梁钢筋锚固方式对梁柱节点抗震性能的影响。通过与现浇节点对比试验表明：梁纵筋在节点中采用贯通或有效锚固方式的抗震性能基本一致；现浇节点与装配式节点抗震性能基本一致，均表现为弯曲或弯剪复合破坏，节点区交叉裂缝明显；随轴压比减小，节点区梁端拼缝剪切变形增大，柱端、叠合梁拼缝变形不明显。
采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维布对不同箍筋锈蚀程度混凝土方柱进行外包抗震加固。通过对混凝土柱施加水平低周往复荷载，研究了PET纤维布外包损伤钢筋混凝土柱的破坏形态、滞回曲线、刚度退化、骨架曲线及耗能性能，并同一个未损伤柱和一个未损伤加固柱的试验结果进行对比，分析了不同箍筋锈蚀程度、外包PET纤维布体积率对混凝土柱抗震性能的影响。试验结果表明：钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的破坏模式为脆性剪切破坏，但随着外包PET体积配筋率的增大由脆性剪切破坏变为弯曲-剪切破坏；随着钢筋锈蚀率的增加，损伤柱的受剪承载力、耗能性能及刚度降低；损伤钢筋混凝土柱在经过PET纤维布加固后，试验柱的承载力、刚度退化及抗震耗能性能均得到了显著提高。
为研究大偏压RC柱不同抗震承载力设计方法的合理性，对比了中美两国规范中大偏压RC柱设计方法。考虑中国规范中对柱轴压比、配筋率等设计要求，得到了大偏压RC柱可靠度影响参数的合理组合情形，并明确了不同组合情形下两国规范方法承载力设计安全性的高低。基于中国规范中的承载力计算式，推导了以多个无量纲化设计参数表达的大偏压RC柱失效方程。考虑偏心距随机特性，分析了按两国规范方法设计的大偏压RC柱在不同设计参数下的抗震可靠度。结果表明：当中国规范方法中的柱端弯矩增大系数提高时，大偏压RC柱失效概率随其余参数变化的幅度亦随之增大；按美国规范方法计算的各种情形下的可靠指标平均值接近于按中国规范柱端弯矩增大系数1.5计算的可靠指标平均值；当两国规范方法对应的可靠指标平均值高于2.66时，大偏压RC柱失效概率会随各设计参数变化而出现高达数百倍差异的大幅度波动。
在一定高度的钢纤维全轻混凝土上浇筑普通混凝土即形成钢纤维全轻混凝土叠浇梁，结合试验研究，分析了钢纤维体积率（0.8%~1.6%）、普通混凝土强度等级（C30~C70）、纵向受拉钢筋配筋率（0.77%~2.49%）以及钢纤维全轻混凝土高度比例（0.4~0.87）等参数对钢筋钢纤维全轻混凝土叠浇梁受弯承载力的影响规律，结果表明：钢筋钢纤维全轻混凝土叠浇梁的正截面保持为平面，其受弯承载力主要受配筋率影响，其次为普通混凝土强度、钢纤维体积率和钢纤维全轻混凝土高度。构建了钢纤维全轻混凝土叠浇梁的受弯承载力计算方法，提出了叠浇梁的钢纤维全轻混凝土高度最佳值计算式和最小值建议值。
对形状记忆合金（SMA）丝采用先张法施加预应力，然后将其作为主筋埋入混凝土中制成SMA混凝土梁。对9个预应变不同的SMA混凝土梁进行自修复性能试验，研究预应变值对SMA混凝土梁自修复性能的影响。对SMA混凝土梁进行三点弯曲试验，然后对SMA丝通电加热观察裂缝变化情况。试验结果表明：预应变越大，梁的承载力越高；预应变为5%~7%时，裂缝的恢复情况较好，当预应变为6%时，裂缝修复率可达到93.8%；当SMA丝的总应变为其最大可恢复应变时，试验梁裂缝的恢复率最高；通过计算荷载作用下SMA丝产生的应变值，可以找到最优的初始预应变值，使修复效果最佳。
通过8根钢筋混凝土矩形截面梁试件的受弯性能试验，研究了碳纤维布和芳纶布加固对受弯钢筋混凝土梁的裂缝开展情况、破坏形态、承载力、挠度变化和应力状态的影响，分析了不同纤维材料和不同预裂程度的加固梁中纤维布的加固效果。试验结果表明：碳纤维布和芳纶布可明显提高加固试件的承载力，延缓裂缝的发展，提高整体刚度；同时碳纤维布的加固效果要优于芳纶布；预裂加固试件的承载力也有所提高，但其延性降低；由于纤维材料承担了一部分应力，加固试件的钢筋和混凝土应变有所减小。基于现有研究成果，提出了预裂条件下碳纤维布和芳纶布加固钢筋混凝土梁的受弯承载力计算公式，所得计算结果与试验值吻合较好。
为了研究剪跨比、配箍率、纵筋率、钢纤维体积率等参数对高强钢筋RPC简支梁受剪性能的影响，对12根试验梁进行受剪性能试验，分析了各参数对梁挠度和承载力等的影响规律，并建议修正基于塑性上限理论的高强钢筋RPC梁受剪承载力公式。研究结果表明：高强钢筋活性粉末混凝土受剪梁仍满足平截面假定，高强度钢筋和高性能活性粉末混凝土组合，能使两者的材料性能得到充分发挥，协调性更好；掺入钢纤维对梁的挠度影响显著，提高配箍率能有效改善梁的变形性能；试验梁的受剪承载力随剪跨比的增大而降低，随配箍率、纵筋率和钢纤维体积率的增大而提高；4种参数的影响程度，最大为剪跨比，其次为钢纤维体积率，纵筋率，最小为配箍率；将经验数据0.772倍剪跨长代替斜裂缝水平投影长度，引入截面尺寸影响系数，构建的高强钢筋RPC梁受剪承载力修正公式，计算值和试验值吻合较好。
对8个配置不同形式箍筋的钢筋混凝土叠合梁进行了受剪性能试验，研究了箍筋形式、剪跨比和配箍率对钢筋混凝土叠合梁破坏模式、受剪承载力、变形特征以及叠合面滑移的影响。研究结果表明：配置组合封闭箍筋叠合梁的受剪承载力和在正常使用状态下的变形特征与配置传统封闭箍筋的叠合梁基本相同；剪跨比为2.62配置组合封闭箍筋的叠合梁，受叠合面滑移的影响较大，剪切破坏形态带有滑移，与配置传统封闭箍筋叠合梁略有不同；剪跨比为1.50的叠合梁的破坏形态与配置传统封闭箍筋叠合梁基本相同，为了减轻叠合面的滑移，应严格控制预制梁顶粗糙面的施工质量。承受弯剪作用的叠合梁可以应用组合封闭箍筋，其斜截面受剪承载力可以按照GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中相关公式进行计算。
为分析持续荷载作用下钢筋钢纤维混凝土梁正常使用极限状态下可靠性的时变规律，基于持荷10a的钢筋钢纤维混凝土梁抗弯试验结果，考虑随服役时间延长混凝土材料劣化、钢筋截面积削弱、钢筋和混凝土之间黏结系数降低和计算模式不定性系数等多因素影响机制，建立了基于裂缝宽度控制和挠度控制的时变可靠度分析模型。分别就持荷水平不变、钢纤维掺量改变和持荷水平改变、钢纤维掺量不变两组试件共10根梁，将等效抗力法和一次二阶矩法相结合，求得持荷10a的钢筋钢纤维混凝土梁正常使用极限状态的时变可靠度指标。结果表明：钢纤维的掺入可有效抑制混凝土梁的裂缝宽度开展和挠度变形，未掺钢纤维梁的可靠指标明显低于掺入钢纤维梁的可靠指标。且钢纤维掺量越高，可靠度指标越大，裂缝宽度越小，挠度变形越小；持荷水平越小，梁的裂宽和挠度变形越小，基于裂缝宽度和基于挠度控制的可靠度指标均越大，且当持荷水平越接近，可靠度指标越接近，与试验结果吻合良好，可为钢筋钢纤维混凝土梁理论分析和设计提供参考。
混凝土是一种由骨料和水泥砂浆组成的非均质复合材料，其中的骨料随机分布对材料性能影响较大。三维Voronoi图形中胞元形状与混凝土骨料具有良好的相似性。在设定的随机度下，经过胞元的比例缩放可得到形状、尺寸及其骨料分布与实际混凝土相似的骨料模型。在有限元网格划分中，由于骨料中出现一些特别小的夹角和棱边长度,使得网格划分困难，进而影响计算的收敛性。通过对模型中的每个夹角大小和棱边长度的计算，找出不满足分析要求的夹角和棱边，运用微切削的方法对相应的骨料进行几何优化，得到了较好的有限元网格划分质量。采用该模型对混凝土在单轴受拉和受压状态下的力学行为进行模拟，其计算结果与试验值吻合较好，证明了模型的适宜性和可靠性。
通过试验研究了高强混凝土与碳纤维增强复合材料（CFRP）黏结界面在3.5%NaCl溶液中的抗冻性，以及冻融循环与持续荷载共同作用的影响。每隔50次冻融循环设置一组试件，最多循环次数达到550次，得到了试件从完好到完全冻融破坏的各个阶段能承受的最大荷载、荷载-滑移曲线、应变分布及有效黏结长度等。另外设有两组试件受冻融循环50次和持续荷载共同作用，所受荷载分别为初始剥离荷载的35%和70%。结果表明：高强混凝土-CFRP黏结界面所能承受的最大荷载变化不大，只在最后随着整个混凝土被冻坏急剧变小。由于混凝土在盐水中的水化作用，随冻融循环次数的增加，有效黏结长度先增大后减小。持续荷载给界面造成了额外的损伤，这种损伤在持续荷载为初始剥离荷载的35%时不明显，在持载为初始剥离荷载的70%时很大。
针对含钢纤维活性粉末混凝土数值建模方法，提出了判断钢纤维在投放过程中是否交叉的优化算法（钢纤维外包六面体法）。该方法通过在当前投放钢纤维外侧构建外包六面体，把曲面图元间的交叉判别问题简化为线段与线段或矩形与矩形之间相互位置关系的判别问题，降低了数值建模过程编程难度。并通过第1次粗判与第2次细判，实现了钢纤维在投放过程中的交叉判别，有效提高了投放运算效率。利用Matlab软件编程实现上述算法，完成钢纤维活性粉末混凝土数值建模过程。通过与同钢纤维含量活性粉末混凝土圆柱体试样（h=100mm,R=50mm）切片比较, 发现数值模型与试验试样对应切片面内钢纤维的分布较一致，能较好地模拟钢纤维在活性粉末混凝土中的分布情况。
通过7个配置HRB500钢筋和3个配置HRB400钢筋Z形试件的推剪试验，得到了新旧混凝土结合面的荷载-滑移曲线和荷载-钢筋应变曲线，分析了结合面处理方法、抗剪钢筋强度及其配筋率对结合面受剪承载力的影响，并对比了按各国规范公式的计算值与试验值。试验研究结果表明：在直剪作用下，试件出现了结合面剪切破坏和试件侧边混凝土冲切破坏两种破坏形态；达到第一峰值荷载时，结合面的滑移量均小于1mm且抗剪钢筋应变均大于2.0×10－3，而当结合面滑移量达到2.0mm时，HRB500钢筋均能屈服；键槽面试件的受剪承载力高于粗糙面试件；对结合面剪切破坏的试件，结合面的受剪承载力随结合面配筋率的增大而增大；假定HRB500钢筋屈服，按规程JGJ 1—2014公式计算的受剪承载力均明显小于试验值。利用试验数据，在规程JGJ 1—2014计算公式的基础上，提出了考虑粗糙面有利影响的修正建议。
对经历不同加热温度和不同恒温时间工况下C60高强混凝土的力学性能进行试验研究，结果表明: 随着加热温度的升高和恒温时间的增长，混凝土的抗压强度总体呈现逐渐减小的趋势。利用超声、扫描电子显微镜、X射线衍射、汞压力测孔及显微硬度检测等综合手段，从不同角度研究材料经历不同温度及不同恒温时间后的微观结构变化，对高温过程中高强混凝土材料的物理化学变化以及由此引起的微观结构变化进行了分析。
为研究铁尾矿砂混凝土受压应力-应变全曲线，采用铁尾矿砂替代普通砂试配强度等级C20~C55的混凝土，对每组3个尺寸为70mm×70mm×210mm的试件进行轴心受压试验，得到了不同强度等级铁尾矿砂混凝土受压应力-应变全曲线。同时，对相同尺寸的普通混凝土试件进行了轴压试验，得到了其应力-应变全曲线。对比分析表明：强度等级小于C40的铁尾矿砂混凝土应力-应变曲线与普通混凝土应力-应变曲线的峰值应力、峰值应变、初始弹性模量、峰值点割线模量、反弯点和收敛点等特征值相近，并与规范曲线吻合较好。强度等级大于C40时，铁尾矿砂混凝土应力-应变全曲线下降段与混凝土规范应力-应变全曲线下降段相比较陡。根据试验结果拟合了强度等级大于C40时铁尾矿砂混凝土受压应力-应变全曲线。
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