建筑结构学报

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方秦, 吴昊, 张涛

建筑结构学报. 2019, 40(05): 1-27. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.001

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2001年9·11事件后，美国核能管理委员会、核能研究院和能源部以及我国核安全局相继出台相关规范，明确规定核电站设计必须考虑大型商用客机的意外和恐怖性撞击作用。从飞机机身的整体撞击效应、引擎局部撞击效应以及核岛厂房结构振动3方面，回顾了核电站重要基础设施在飞机撞击下损伤破坏的理论模型、原型和缩尺试验以及数值仿真研究等的工作进展，对课题组近年来在该领域的研究工作进行了简要介绍，包括4种典型飞机（F4战斗机、空客A320、A380和新舟MA600）和4类核岛设施（预应力钢筋混凝土屏蔽厂房、普通钢筋混凝土屏蔽与附属厂房、钢板混凝土屏蔽与附属厂房，普通钢筋混凝土大型冷却塔）的精细化有限元模型及其撞击全过程的数值仿真分析。此外，介绍了引擎撞击普通钢筋混凝土和超高性能混凝土靶板的缩尺试验和数值模拟分析工作，以及引擎撞击局部效应的计算方法。最后，指出了该领域已有研究在撞击力计算、整体响应、局部破坏、振动效应和多灾害作用方面的不足和进一步研究方向的建议。

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倒角化迎风前缘对平屋盖表面风压特性的影响

董欣, 丁洁民

建筑结构学报. 2019, 40(05): 28-39. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.002

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通过刚性模型风洞测压试验，针对分离泡和锥形涡作用情况，研究了不同风向下倒角化迎风前缘对平屋盖表面风压幅值和脉动特性的影响。对比分析采用倒角化迎风前缘前后，平屋盖表面风压分布以及角部面积平均风压的变化。通过本征正交分解法，给出了平屋盖表面风压脉动的特征值和特征向量。从时域和频域角度，分析了倒角迎风前缘部位测点的风压特性。结果表明：采用倒角化迎风前缘后，分离泡和锥形涡作用区内风吸力单调递减，但迎风前缘附近风吸力可能增大；分离泡作用下，倒角化迎风前缘将增大屋盖角部面积平均风压均值；锥形涡作用下，其可减小屋盖角部面积平均风压的均值和极值，最大降幅分别为68%和82%；屋盖表面风压脉动区域减小至迎风前缘附近，且风压脉动能量降低，最大降幅出现在锥形涡作用下倒角半径较大的平屋盖表面；在倒角迎风前缘部位，极值风吸力和脉动风压谱峰值可超过其邻近区域；增大倒角半径，该部位的极值风吸力和低频风压脉动能量将有所降低。

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分离泡诱导下平屋盖表面风压特性研究

董欣, 丁洁民

建筑结构学报. 2019, 40(05): 40-49. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.003

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通过平屋盖刚性模型风洞测压试验，研究了分离泡不同部位所诱导的风压特性。从分离泡内、外部流场运动角度，分析了各部位风压特性的产生机理，研究了平屋盖表面平均和脉动风压系数分布、顺风向和横风向风压的相关性。给出了顺风向各点的脉动风压谱及相位角特征，并对分离泡及其诱导的风压特性进行了讨论。结果表明：在分离泡前部，顺风向风压相关性显著，风压脉动体现为低频特征，风压系数极值（极值吸力）出现在20%再附长度处；在分离泡中部，再附长度约一半位置处为风压脉动特性的转捩点，即转捩点上游风压脉动为低速传播，下游风压脉动为高速传播，且上、下游风压脉动呈现负相关和反相位的特征；转捩点处脉动风压系数出现最大值；在分离泡再附区，风压的高频脉动降低了其横向相关性，峰值因子最小值出现在再附点处。

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基于混合消能减震技术的组合结构独柱高架站台抗震性能研究

许立言, 聂鑫, 庄亮东, 陶慕轩

建筑结构学报. 2019, 40(05): 50-62. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.004

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结合高性能组合结构形式以及混合消能减震体系的双重技术优势，研发了适用于独柱长悬臂式高架站台结构的抗震体系。采用有限元分析软件MSC.MARC分别对该体系进行了强震作用下的静力弹塑性分析和动力弹塑性时程分析。分析结果表明基于MSC.MARC二次开发的纤维模型和采用宏观本构的一维非线性弹簧模型能高效准确地模拟站台结构的非线性动力特征以及损伤破坏规律。混合消能减震技术可显著提高结构的刚度和承载力，在降低主体构件耗能的同时增强结构的整体耗能能力。在体系层面，混合消能减震技术可明显改善结构刚度分布不均匀带来的不利影响，有效地降低结构的整体变形和层间位移角；在构件层面，消能减震体系能减少或避免主体构件的出铰，有效地降低主要承重构件的截面应力水平，降低悬臂梁所承受的扭矩。值得注意的是，在混合消能减震体系中，由于结构的各个薄弱环节均得到了加强，未受到消能减震构件保护的其他结构构件的地震响应可能会被放大。

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挤压冰荷载作用海洋平台-摇摆柱组合结构试验研究与有限元分析

刘菲菲, 张纪刚, 赵铁军

建筑结构学报. 2019, 40(05): 63-70. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.005

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在导管架海洋平台的基础上，提出了一种在海洋平台上施加摇摆柱的海洋平台-摇摆柱组合结构以对海洋平台进行减振控制，提高海洋平台的防灾减灾能力。通过1∶10缩尺试验对冰荷载作用下海洋平台-摇摆柱组合结构进行研究，分析发现海洋平台-摇摆柱结构具有较好的减振效果，以实测冰荷载时程Push3为例，下层甲板峰值加速度和位移依次减小30.85%和24.47%，摇摆柱作用效果明显。对海洋平台-摇摆柱结构连接杆应变分析发现，连接杆受力由下到上依次增大，下部连接杆受力最大。结合ABAQUS有限元软件对海洋平台进行建模受力分析发现，试验结果与有限元法模拟结果的误差基本可控制在15%以内，说明ABAQUS可有效模拟海洋平台抗冰激性能，为进一步深入研究提供了一种有效手段。

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机制砂钢筋混凝土梁受弯与受剪性能试验研究

夏晋, 徐彦帆, 李天, 赵羽习, 金伟良

建筑结构学报. 2019, 40(05): 71-79. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.006

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为了从机制砂骨料的细观指标出发，研究机制砂混凝土梁的受弯与受剪性能，选取了天然砂和3种机制砂，对比了不同骨料的颗粒级配、细度模数、石粉含量、MB值等材性指标，利用图像分析处理技术获取不同骨料的形状参数，通过试验对比了不同细骨料混凝土的工作性能、抗压强度和体积稳定性能;分别设计了受弯和受剪天然砂及机制砂钢筋混凝土梁，通过荷载试验，比较不同细骨料混凝土梁的开裂荷载、挠度曲线和承载力等受力性能指标。研究结果表明：采用延性参数与圆度参数可以反映不同类型骨料间的颗粒形状差异，颗粒级配合理、形状参数良好的机制砂混凝土的强度和长期干缩性能可以达到甚至超过天然砂混凝土的，机制砂和天然砂钢筋混凝土梁的受弯、受剪破坏形态相似，承载力与其混凝土强度相关，可采用现行设计方法对机制砂混凝土梁进行承载力设计。天然砂钢筋混凝土梁抗裂能力略优于机制砂钢筋混凝土梁的，为此，采用现行开裂荷载计算方法会高估机制砂混凝土梁的开裂荷载，建议对机制砂钢筋混凝土梁的开裂荷载设计进行适度调整。

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高强钢筋轻骨料混凝土梁短期裂缝试验研究

黄伟, 赵勇, 朱爱萍

建筑结构学报. 2019, 40(05): 80-88. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.007

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进行了10根配置400MPa和500MPa高强纵筋的陶粒轻骨料混凝土梁受弯性能试验，获得了10组裂缝间距和39组短期裂缝宽度数据，并收集了国内外27根高强钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝试验数据。采用以上数据，分析了钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝特征，并评估了JGJ 12—2006《轻骨料混凝土结构技术规程》中裂缝计算公式的适用性。结果表明，JGJ 12—2006的短期裂缝特征值计算方法仍适用于高强钢筋轻骨料混凝土梁，但按其公式计算的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度与试验值有一定偏差，二者之比的均值为0.992、1.276和1.037，因此建议对JGJ 12—2006中公式的部分参数进行修正。通过对试验数据的回归分析，得到了梁侧面受拉纵筋中心处裂缝宽度的修正计算式，以及梁侧面受拉钢筋中心处与受拉边缘裂缝宽度的换算关系式，建议公式计算得到的裂缝宽度和试验值吻合较好。

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栓钉锈蚀的钢-混凝土组合梁疲劳性能研究

张海鹏, 陈驹, 金伟良, 毛江鸿

建筑结构学报. 2019, 40(05): 89-95. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.008

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为研究栓钉锈蚀后负弯矩区钢-混凝土组合梁的疲劳性能，分别进行1个试件的静力试验和5个试件的疲劳试验研究。通过静力试验获得组合梁的极限荷载，为疲劳试验提供依据。通过疲劳试验测试分析了不同栓钉锈蚀率组合梁在经历不同的疲劳循环加载次数后的材料应变、跨中挠度、残余变形及刚度等。试验结果表明，栓钉锈蚀率的增加使组合梁疲劳寿命下降，使负弯矩区组合梁在经历相同疲劳加载次数后的残余变形增加。组合梁刚度在疲劳加载过程中有一定程度的退化，弯曲刚度的退化与栓钉的锈蚀率无明显关系，滑移刚度的退化会随着栓钉锈蚀率的增加而加剧。

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不同腔体构造圆钢管混凝土短柱抗震性能试验

赵立东, 曹万林, 刘亦斌, 申朝旭, 陈学鹏

建筑结构学报. 2019, 40(05): 96-104. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.009

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为研究不同腔体构造对圆钢管混凝土短柱抗震性能的影响，进行了3个不同腔体构造的大截面尺寸圆钢管混凝土短柱试件的低周反复荷载试验。试件钢构件分别为圆钢管、圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼以及圆钢管内置圆钢管，其中后两者钢构件用钢量相等。各试件的轴力均相等。分析了各试件的承载力、刚度退化、滞回特性、延性、耗能及破坏特征。研究表明：竖向肋板的设置可以提高构件的受弯承载力；环向肋板可以显著约束钢管径向变形；内置圆钢管强化了核心区混凝土的约束，使得外钢管弹塑性变形能力增强；含钢率相等条件下，圆钢管内置圆钢管混凝土短柱与圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼混凝土短柱相比，虽然水平承载力略有下降，但是其延性系数和累积耗能能力有显著提高；3个不同腔体构造圆钢管混凝土短柱的等效黏滞阻尼系数分别为0.41、0.53、0.58，均具有较好的耗能性能。圆钢管混凝土柱在压、弯、剪复合受力状态下的承载力试验值高于按照我国规范和规程所得出的计算值，表明我国规范和规程在计算足尺试件承载力时，结果偏于安全。

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冻融循环后圆钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

沈小盛, 张晓勇, 方焰, 何康, 陈誉

建筑结构学报. 2019, 40(05): 105-114. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.010

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对冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱的受力性能进行试验研究，以钢管壁厚、冻融循环作用次数以及混凝土强度等级为设计参数。试验中分析了冻融循环作用后圆钢管混凝土短柱的轴压破坏现象、荷载-位移曲线以及应力-应变曲线等。试验结果表明：经冻融循环作用后的圆钢管混凝土短柱的轴压破坏形态与相应未经冻融循环作用短柱类似；减小圆钢管混凝土短柱的径厚比可提高其在冻融环境下的轴压承载力；提高混凝土强度等级能增加圆钢管混凝土短柱的初始刚度；冻融循环对圆钢管混凝土短柱的轴压承载力影响较小；预测圆钢管混凝土可适用于遭受冻融作用的地区。根据试验结果，提出了圆钢管混凝土经冻融循环后的轴压承载力计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。

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预应力型钢混凝土柱偏心受拉性能试验研究

邓宇, 武晓彤, 张鹏

建筑结构学报. 2019, 40(05): 115-123. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.011

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为研究预应力型钢混凝土构件在偏心受拉作用下的受力性能，以预应力筋根数、预应力度、纵筋配筋率、型钢配钢量和偏心距为主要设计参数，对15个偏心受拉柱进行了单调加载试验。试验中观察了预应力型钢混凝土柱在偏心受拉作用下的受力过程和破坏形态，得到荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、承载力、侧向变形以及裂缝发展情况等。研究结果表明：增加柱中预应力筋根数与型钢配钢量，提高预应力度、纵筋配筋率,减小偏心距等可使预应力型钢混凝土柱偏心受拉承载能力提高，且偏心距是影响预应力型钢混凝土柱偏心受拉承载能力的主要因素。通过施加预应力筋，可以有效控制裂缝的产生与扩展。根据理论与试验结果分析，给出了预应力型钢混凝土偏心受拉构件的承载力算式，计算值与试验值吻合较好。

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圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

郭莹, 许天祥, 刘界鹏

建筑结构学报. 2019, 40(05): 124-131. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.012

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为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能，进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete，C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete，CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete，STC）柱对比试件的轴压试验研究，得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏；约束模式对其前期刚度影响较小，相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等；随着CFRP层数增多，短柱承载力和变形能力均能得到提高；钢管应力分析表明，STC柱钢管在峰值荷载附近屈服，C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服，钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证，并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。

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一级抗震预应力混凝土框架混合出铰机制下柱端弯矩增大系数研究

简斌, 汤甜恬, 李东泽

建筑结构学报. 2019, 40(05): 132-140. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.013

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按GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》要求，对一级抗震预应力混凝土框架结构（简称“一级PC框架”）进行“强柱弱梁”调整时，会出现中柱配筋面积过大及节点受剪承载力不足等问题。为降低中柱配筋，提出了一级PC框架结构“弱化中柱”、“强化边柱”的“强柱弱梁”调整方案，即通过弱化中柱配筋、强化边柱配筋，定义“强柱弱梁”框架为“罕遇地震作用下中柱和PC梁出现塑性铰，边柱除底层柱底外基本不出现塑性铰”的混合出铰有限延性框架。以4榀按抗震设防烈度8度（0.2g）设计的不同跨数、层数的一级PC框架为研究对象，进行柱端弯矩增大系数研究。首先弱化中柱配筋，然后以控制边柱纵筋临界屈服为目标，对各个PC框架算例输入30条罕遇地震水准的地震波进行弹塑性时程分析，由梁实际配筋的正截面受弯承载力反算边柱所需的柱端弯矩增大系数，并经统计分析后提出具有明确概率意义的增大系数建议值。按照上述调整方案对算例进行再设计和弹塑性时程分析，结果表明，该调整方案能够避免结构在罕遇地震作用下出现整体和局部破坏，边柱除底层柱底外基本不出现塑性铰，上部楼层边柱总体安全储备较大，结构表现为以中柱和预应力梁出现塑性铰的混合耗能机制。

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结构周期延长对倒塌分析中地震动强度指标选择的影响

左占宣, 李爽, 翟长海, 谢礼立

建筑结构学报. 2019, 40(05): 141-148. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.014

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当结构在强震作用下接近倒塌状态时，其刚度和承载力的退化会导致结构周期延长，为此，研究了周期延长对地震动强度指标选择的影响，将不同周期调整系数β对应的谱加速度(Sa(βT1)，T1为弹性基本周期）作为地震动强度指标时，研究其倒塌分析结果的离散性。基于等效单自由度结构周期（Teq），提出了等效周期谱加速度（Sa(Teq)）。研究结果表明：当周期调整系数β增大时，结构抗倒塌能力分析结果的离散性呈现先减小后增大的趋势。与传统地震动强度指标Sa(T1)相比，所提出的Sa(Teq)可以考虑结构非线性变形引起的周期延长，能有效降低倒塌分析结果的离散性达30%以上。

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冻融循环作用后栓钉连接件受剪性能试验研究

李慧, 刘永健, 张宁, 刘江

建筑结构学报. 2019, 40(05): 149-155. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.015

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为了研究冻融循环作用对栓钉连接件受剪性能的影响，制作了12个栓钉连接件，改变冻融循环次数（0、50、100、150次）后进行栓钉连接件推出试验，同时制作棱柱体试块和立方体试块用以检测达到相应的冻融循环次数后混凝土的动弹性模量以及抗压强度。试验结果表明：冻融循环次数越多，栓钉连接件和混凝土试块的损伤越大；随着冻融循环次数的增加，混凝土表面水泥砂浆层会加速剥落，相对动弹性模量和立方体抗压强度以及栓钉连接件的受剪承载力和受剪刚度均会显著下降；当冻融循环次数不超过50次时，开裂刚度的下降速率最快，且冻融循环次数对开裂荷载的影响大于极限荷载。

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CFRP布与高温后混凝土的黏结性能试验研究

刘桂荣, 曲福来, 赵顺波, 张华岳

建筑结构学报. 2019, 40(05): 156-162. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.016

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为研究碳纤维(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布与高温后混凝土的黏结性能，进行了CFRP布与高温后混凝土单面剪切试验。将混凝土试块分别加热到200、300、400℃和500℃，自然冷却后在其表面粘贴CFRP布，粘贴长度分别为80、120、160mm和200mm，研究了受火温度和黏结长度对其黏结性能的影响。结果表明，CFRP布与高温后混凝土的黏结试件发生了剥离破坏，且随着混凝土过火温度升高，破坏时剥离下来的CFRP布表面黏附的混凝土量逐渐增加。CFRP布与高温后混凝土的极限荷载随着混凝土过火温度升高呈先升高后降低的趋势，在文中研究参数范围内，均大于常温下的数值。给出了混凝土过火温度不大于600℃条件下CFRP布与高温后混凝土极限荷载计算公式，通过与本文及文献试验结果比较发现，计算值与试验值符合较好。

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重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土黏结应力-滑移关系研究

庄金平, 陈剑星, 陶钢, 蔡雪峰

建筑结构学报. 2019, 40(05): 163-173. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.017

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以自密实混凝土强度、新拌混凝土工作性能和粉煤灰掺量为变量，制作了3个系列共36个钢筋与自密实混凝土黏结试件和1个系列共4个钢筋与普通混凝土黏结试件，进行了重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土的黏结应力-滑移关系研究。采用电液伺服加载装置进行重复加载及黏结拉拔试验，探讨了重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土的黏结应力-滑移关系的特点，重点分析了各因素对各阶段黏结刚度及各特征点如残留滑移、劈裂点、残余点等的影响。试验结果表明：重复荷载作用后试件拉拔试验的破坏形态分为拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏，对于拔出破坏的试件其黏结应力-滑移曲线包含滑移段、劈裂段、下降段、残余段等，而对于其余试件则只包含滑移段和劈裂段；自密实混凝土强度对各阶段黏结刚度和特征点的黏结应力、滑移的影响较大，与单调拔出结果相比，自密实混凝土强度越高，滑移段的刚度比越大、下降段的刚度比越小；粉煤灰掺量和扩展度大于600mm时对各阶段黏结刚度和各特征点参数的影响相对较小。在此基础上，根据各因素的影响程度并考虑公式运用的方便性，回归得到重复荷载作用后钢筋与自密实混凝土黏结-滑移本构关系式。

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再生混凝土压-剪复合受力性能研究

邓志恒, 李作华, 杨海峰, 李君

建筑结构学报. 2019, 40(05): 174-180. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.018

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采用再生粗骨料取代率和压应力比两个正交参数，通过45个再生混凝土立方体试块的直接剪切和压剪性能试验，研究了不同主应力比下再生混凝土压剪受力的两种失效机理，分析了这两个参数对剪切强度的影响。通过对剪切强度的组成及占比的分析，提出了再生混凝土压剪强度计算式。结果表明：再生混凝土压-剪受力性能与普通混凝土类似，对于同等强度再生混凝土，压-剪强度随着压应力比的增大而呈抛物线状增大，随着取代率的增加而近似线性降低，该降低幅度在20%以内；再生混凝土剪切强度主要由黏聚剪切强度、骨料咬合强度和界面摩擦强度组成，其中黏聚剪切强度约占压剪强度的10%～30%，骨料咬合强度占比为15%～60%,界面摩擦强度占比为25%～70%；基于剪切强度组成分析提出的计算式，与试验结果吻合较好。

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钢纤维轻骨料混凝土单轴受压应力-应变曲线研究

赵顺波, 赵明爽, 张晓燕, 彭振景, 黄亭桦

建筑结构学报. 2019, 40(05): 181-190. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2019.05.019

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采用100%烧结膨胀页岩陶粒作为粗细骨料，以占胶凝材料总质量20%的粉煤灰等质量替代水泥作为胶凝材料，按绝对体积直接计算法设计并制备了钢纤维全轻混凝土。以水泥强度等级（42.5和52.5）、钢纤维体积率（0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%）为参数，进行了钢纤维全轻混凝土轴心抗压试验研究，分析了钢纤维全轻混凝土单轴受压破坏形态及其应力-应变曲线特征。结果表明：钢纤维全轻混凝土单轴受压应力-应变曲线的峰值应力及其对应应变随钢纤维体积率和水泥强度等级的提高呈现增大趋势；钢纤维体积率的增加使试件的破坏形态由脆性向塑性转变。结合相关文献研究成果，对轻骨料混凝土（砂轻混凝土、全轻混凝土）和钢纤维轻骨料混凝土（钢纤维砂轻混凝土、钢纤维全轻混凝土）单轴受压应力-应变曲线进行了综合分析，提出了两类混凝土单轴受压应力-应变曲线统一计算模型及其特征点计算公式。

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2019年, 第40卷, 第05期　刊出日期：2019-05-05

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