建筑结构学报

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张素梅, 李爱东, 王玉银, 郭兰慧, 罗贤志, 杨欣然, 张晨明, 张磊, 孙大伟, 杜韬, 邓如江

建筑结构学报. 2023, 44(02): 1-15. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0676

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深圳岗厦北综合交通枢纽核心换乘区设有51.2 m×48.0 m的无柱超大跨度中庭,其跨度在明挖施工地下车站结构中居于世界前列。枢纽大跨度地下结构与上部跨度72 m的市政立交桥合建,站桥合建(转换)节点涉及钢管混凝土柱、型钢混凝土梁、型钢混凝土柱、钢箱梁和钢筋混凝土梁共5种不同的构件形式并承受复杂超大荷载作用。为检验上述复杂节点的可靠性,对站桥合建结构进行简化,逐步由原型结构简化为9柱、5柱、3柱和3柱并考虑空间作用的结构,设计并制作了缩尺比1∶5的站桥转换节点模型,对其进行了静力试验研究,分别在框架平面内、外采用6点加载和1点加载以考虑空间作用,获得节点在复杂荷载作用下的工作过程及力学响应。采用ABAQUS有限元软件对节点力学响应进行数值分析,得到全场变形和应力分布。试验和数值分析结果表明:设计荷载工况作用下,型钢混凝土转换梁跨中和两侧悬臂端混凝土有裂缝开展,内置型钢和钢筋应力均远小于钢材屈服应力(即屈服强度),最大竖向挠度为L/930,承载力和变形均满足结构设计要求,节点设计安全可靠;当外荷载增加至1.5倍设计荷载工况时,转换梁裂缝继续发展、开裂范围扩大,内部型钢和钢筋应力相应增加,但仍小于钢材屈服强度,节点整体未见混凝土压溃或剥落,结构继续处于弹性工作状态;扭矩会显著增大转换梁的应力和变形,加剧下部型钢混凝土柱偏心受压程度。

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竖向荷载作用下插接式Y形钢管混凝土转换节点的承载力试验研究

赵小芹, 左志亮, 陈庆军, 蔡健, 刘达鑫

建筑结构学报. 2023, 44(02): 16-26. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0701

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为实现不同截面形式的斜柱与支柱的可靠连接,提出一种Y形钢管混凝土转换节点,其双斜柱和支柱采用插接式连接。以斜柱钢管壁厚、支柱直径、斜柱插入深度以及斜交区是否设置加劲肋为参数,设计8个双肢方形截面斜柱和圆形截面支柱转换节点,通过竖向荷载下的静力试验,研究其破坏模式、承载力、变形特点和受力机理。研究结果表明:在竖向荷载作用下,插接式节点的核心区能有效传力,其顶面承受局部压力作用,局部压力扩散范围延伸至支柱;斜交区混凝土受约束作用大,对该区域的变形和承载能力有利;斜柱插入深度是影响节点受力性能的关键参数,随着插入深度的增加,节点承载力最大提高18%,钢管首先达到屈服应变和发生局部屈曲的部位改变;斜交区设加劲肋能够提高斜交区的刚度和承载力,使薄弱位置转移。基于试验获得的节点各区域受力特征,提出适用于双肢方形截面斜柱与圆形截面支柱插接式Y形转换节点在对称竖向荷载作用下的承载力计算公式。承载力计算结果与试验结果之比的平均值为0.879,标准差为0.049,计算结果偏安全,离散性较小。

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内填料石钢管混凝土中长柱轴压性能试验研究

谢菁, 叶勇, 刘阳, 明皓, 任彧

建筑结构学报. 2023, 44(02): 27-36. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0584

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为研究内填料石钢管混凝土(SCFST)中长柱的轴压性能,对12根内填料石钢管混凝土中长柱进行单调轴压试验,研究内填料石尺寸、钢管壁厚和长细比对SCFST中长柱受力性能的影响。试验结果表明:内置料石提高了SCFST中长柱的承载力,且增幅随料石尺寸的增大而提高,最大增幅达87%;内填料石尺寸相同时,SCFST中长柱承载力随钢管壁厚的增大近似呈线性增长;随着长细比的增大,SCFST中长柱破坏形态逐渐从轴压破坏转变为压弯破坏,承载力逐渐降低。根据试验结果,对GB 50396-2014中CFST柱相关设计模型用于预测SCFST中长柱承载力的可行性进行评估,预测结果与试验结果误差为-18%~24%,不能较好预测SCFST中长柱的承载力。

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带T形钢的内置钢管混凝土组合柱轴压性能研究

王朋, 李龙堂, 史庆轩, 王斌

建筑结构学报. 2023, 44(02): 37-49. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0358

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为研究带T形钢的内置钢管混凝土组合柱(简称组合柱)的轴压性能,以T形钢翼缘宽度、翼缘厚度、腹板高度和体积配箍率、截面形式为试验参数,按照缩尺比例1∶3设计并制作了9个带T形钢的内置圆钢管混凝土组合柱、1个带T形钢的内置方钢管混凝土组合柱和1个十字形钢混凝土组合柱并对其进行轴压试验,研究组合柱的破坏形态、荷载-位移曲线、应变发展规律,并分析组合柱的受力机理和各参数对其轴压性能的影响;采用ABAQUS软件建立有限元模型,对比峰值荷载、峰值荷载时有限元与试验得到的组合柱的混凝土损伤和钢材破坏形态,在验证模型正确的基础上,进一步研究组合柱材料属性(混凝土强度、钢材强度)和几何参数(T形钢翼缘(腹板)尺寸、钢管径厚比)对其轴压性能的影响。研究结果表明:峰值荷载后,在箍筋和T形钢板的共同约束作用下,钢管外围混凝土性能得到改善,组合柱延性较好;钢管外围混凝土强度等级从C40提高至C80,峰值荷载提高25%~28%,而提高钢管内混凝土强度等级对提升峰值荷载效果不显著,建议钢管内混凝土强度不宜大于钢管外混凝土强度;钢管径厚比宜在10~18内取值,可显著改善该类组合柱的延性。

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考虑环向脱空影响的椭圆钢管混凝土短柱轴压性能研究

王静峰, 刘伟, 沈奇罕, 李景哲

建筑结构学报. 2023, 44(02): 50-63. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0670

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椭圆钢管混凝土由于其力学性能优越,近年来被广泛应用于实际工程中,然而目前相关研究及设计均未考虑其脱空缺陷问题。为此,设计并制作10个带环向脱空椭圆钢管混凝土短柱,并通过轴压试验研究钢材强度和脱空率对其破坏形态、轴压强度、初始刚度及延性的影响规律,获得带环向脱空椭圆钢管混凝土轴压短柱的典型荷载-位移曲线和脱空影响特征。试验研究结果表明:环向脱空使钢管缺乏混凝土支撑作用而产生局部内凹及鼓曲,而约束作用的削弱造成混凝土出现脆性压溃和斜剪面破坏,进而导致试件的承载力、刚度和延性显著降低。环向脱空缺陷(脱空率在2.1%~6.5%)导致椭圆钢管混凝土短柱轴压承载力下降20.6%~34.5%,初始刚度下降10.8%~17.8%,位移延性系数下降8.0%~30.4%。利用ABAQUS有限元分析软件建立带环向脱空椭圆钢管混凝土轴压短柱有限元模型,并基于试验结果对模型进行验证;在试验结果基础上,利用有限元模型研究了材料与几何等参数对其轴压性能的影响,明确环向脱空缺陷对椭圆钢管-混凝土界面接触应力的影响。分析结果表明,随着脱空率的增大,椭圆钢管混凝土轴压承载力和初始刚度明显减小,但当脱空率大于0.5%时,降幅不再显著。提出了带环向脱空椭圆钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,并与试验和有限元参数分析结果进行对比分析,验证了该式计算结果具有较高的准确性,可为带环向脱空椭圆钢管混凝土构件的理论研究和设计提供参考。

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钢-再生混凝土组合梁受弯性能与设计方法研究

王庆贺, 尤广迪, 杨金胜, 张逸超, 张提睿

建筑结构学报. 2023, 44(02): 64-74. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0649

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为研究再生粗骨料掺入量对钢-混凝土组合梁受弯性能的影响并提出钢-再生混凝土组合梁受弯性能设计方法,基于ABAQUS软件建立组合梁的精细化有限元模型,采用15组钢-再生(普通)混凝土组合梁足尺试验结果验证模型的可靠性。通过参数分析,量化再生粗骨料取代率对组合梁受弯性能(包括受弯承载力与抗弯刚度)的影响。根据参数分析结果对现有的组合梁设计方法进行评估,进而提出钢-再生混凝土组合梁受弯性能设计方法。研究结果表明:对于混凝土强度相同的组合梁,与采用普通混凝土相比,再生粗骨料取代率为50%和100%时,组合梁受弯承载力分别降低0.8%~2.2%和1.5%~3.5%,抗弯刚度分别降低1.2%~5.4%和4.2%~7.3%;对于不同再生粗骨料取代率的组合梁受弯性能(包括受弯承载力与抗弯刚度),GB 50017-2017《钢结构设计标准》中的设计方法计算结果与有限元分析结果的比值的分布规律相同,再生粗骨料取代率是钢-再生混凝土组合梁受弯性能的最主要影响参数;考虑再生粗骨料取代率影响的钢-再生混凝土组合梁设计方法与钢-普通混凝土组合梁设计方法计算精度相近,且具有更高的安全储备。

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高层结构地震弹塑性全过程分析的数值子结构并行计算方法

孙宝印, 孙天舒, 申伟, 古泉, 欧进萍

建筑结构学报. 2023, 44(02): 75-85. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0662

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为充分利用建筑结构在地震作用下的局部非线性特征,采用数值子结构方法将原本复杂的非线性结构分析转化为主结构等效线弹性分析和屈服构件隔离子结构非线性分析,可有效兼顾计算效率和模拟精度。然而,该方法中主结构串行计算,其应用于超大规模结构的非线性分析中仍有一定局限性。为此,将数值子结构方法与传统的区域分解法相结合,提出了数值子结构并行计算方法。将整体结构划分为若干弹性子域,各子域同时进行等效线弹性分析,子域内屈服构件由隔离子结构进行非线性分析。在子域回代求解时,设计了降阶的牛顿迭代算法,以子域内屈服构件单元的位移场作为基本未知量,可进一步降低子域迭代分析的矩阵运算规模。以一15层3跨平面钢框架结构的地震弹塑性全过程分析为例进行数值模拟,结果表明,所提出的方法准确、可靠,当应用于具有局部材料非线性的大规模结构分析时,该方法可以大幅降低矩阵运算规模,显著提高计算效率,将大问题简化为若干小的子问题,可实现更大、更复杂结构的非线性分析。

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基于整体效能的不等跨钢框架抗倒塌冗余设计

郑玉辉, 钟炜辉, 谭政, 孟宝, 段仕超, 宋晓燕

建筑结构学报. 2023, 44(02): 86-99. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0648

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双跨梁的变形协调设计可使不等跨结构的抗倒塌效能得到充分发挥,以顶底角钢腹板双角钢(TSDWA)连接的不等跨钢框架结构为例,对冗余设计的具体方法展开研究。通过对两个1/3缩尺的两跨TSDWA连接组合梁柱子结构进行拟静力试验研究,对比等跨试件与不等跨试件传力机理的差异,明确不等跨子结构承载力以及变形发展的控制参数。以此为基础,将设计需求转换为关键连接部件的性能设计,并给出具体设计方法。通过数值模型对冗余设计的作用机理进行验证,分析设计前后子结构受力行为的差异。结果表明:冗余设计对子结构的刚度与塑性承载力影响较小,主要提升了子结构的整体变形能力与大变形阶段的承载力,拓展了梁机制与悬索机制的发挥空间;经设计后模型双跨梁的变形协同系数均不低于0.9,明显高于原结构的;子结构达到双跨梁同时破坏的理想状态,可以使不等跨子结构的整体效能得以充分发挥。

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预应力型钢混凝土双坡框架抗震性能试验研究

陈圣刚, 高峰, 耿娇, 苑辉

建筑结构学报. 2023, 44(02): 100-108. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0366

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为研究预应力型钢混凝土双坡框架的抗震性能和破坏机理,基于同等承载能力条件设计缩尺比为1∶4的1榀预应力混凝土双坡框架(PC-F)和1榀预应力型钢混凝土双坡框架(PSC-F),并对其进行竖向荷载和水平低周反复荷载共同作用下的加载试验,得到框架的裂缝开展和分布及破坏形态特征、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化、等效黏滞系数、总耗能和位移恢复能力等抗震性能指标。试验结果表明:同等承载力条件下,预应力型钢混凝土双坡框架具有更优越的抗剪能力和抗震性能;相较于预应力混凝土双坡框架,预应力型钢混凝土双坡框架的开裂荷载提高了70%;型钢的存在使得预应力混凝土双坡框架的破坏机制由两铰(柱-斜坡梁节点)破坏转变为四铰(柱-斜坡梁节点、斜坡梁-水平梁节点)破坏,每个塑性铰部位呈现典型的弯曲延性破坏特征;相较于预应力混凝土双坡框架,预应力型钢混凝土双坡框架滞回环近似梭形更加饱满,峰值荷载后承载力退化及刚度退化更加缓慢,位移延性系数、等效黏滞阻尼系数、总耗能分别提高了9.27%、30.6%、53.5%,位移恢复能力系数降低27.5%。

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低剪跨比闭口型压型钢板组合剪力墙抗震性能试验研究

许力, 郭子雄, 郭亦宸, 谢鑫尧

建筑结构学报. 2023, 44(02): 109-118. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0467

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综合考虑闭口型压型钢板的板肋具备优越的连接件性能和抑制钢板屈曲等有利因素,提出一种外包闭口型压型钢板混凝土组合剪力墙结构。为研究轴压比、混凝土强度、钢板厚度和增强连接构造(钢板表面设置螺钉和肋缝灌胶)对组合剪力墙抗震性能的影响,进行了6个剪跨比为1.0的闭口型压型钢板组合剪力墙试件低周往复加载试验。试验加载过程中,采用非接触式3D-DIC测量系统对外包压型钢板的全场应变进行监测。试验研究表明:闭口型板肋能较好地发挥抗剪连接件作用,从而实现外包钢板和内填混凝土之间良好的共同工作性能;钢板屈曲后在主拉应变方向形成斜向拉力场作用,所有组合剪力墙试件荷载达到峰值时,各板带钢板在主拉应变方向已基本屈服;组合剪力墙具有稳定的滞回性能和良好的变形能力,极限位移角为1/53~1/38,钢板与混凝土的连接无需进一步采取增强措施。基于钢板拉力场理论模型和混凝土软化拉压杆模型,提出组合剪力墙水平受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合良好。

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钢管柱-混凝土框架非下插转换节点抗震性能试验研究

高劲洋, 聂鑫, 丁然, 樊健生, 范重

建筑结构学报. 2023, 44(02): 119-128. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0474

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钢-混凝土竖向混合结构由上部钢结构和下部钢筋混凝土结构组成,通过转换节点实现上下结构的连接和转换。传统节点钢管下插长度大,现场焊接量大,节点域施工困难且不利于施工质量控制。为解决上述问题,在已有研究基础上对钢管柱-混凝土框架转换节点构造进行改进优化,提出钢管柱-混凝土框架非下插转换节点。该节点钢管柱仅下插至节点域,梁底纵筋贯通,混凝土柱纵筋采用间接搭接方式与钢柱连接。制作4个缩尺比1∶2.5的钢管柱-混凝土框架非下插转换节点并进行往复加载试验,对其抗震性能进行研究。试验结果表明:钢管柱-混凝土框架非下插转换节点滞回曲线饱满,耗能能力及延性良好,具有很好的抗震性能;在轴压比为0.05~0.40范围内,增大轴压比可显著提升节点抗震性能,而节点域上部混凝土对抗震性能影响很小;对比分析了钢管柱-混凝土框架非下插转换节点与普通钢管柱-混凝土框架转换节点的承载力、刚度、耗能能力等性能,证明钢管柱-混凝土框架转换节点构造并未削弱其抗震性能,且间接搭接的连接方式传力可靠有效。

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T形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点地震损伤试验研究

薛建阳, 李贺超, 陈茜, 屠光续, 路鑫, 钟瑞宝

建筑结构学报. 2023, 44(02): 129-141. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0423

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为研究T形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点在不同形式的水平荷载作用下的损伤演化规律,设计并制作了11个缩尺比为1/2的框架节点,设计参数为加载模式(低周往复加载、低周往复-单调混合加载、位移等幅循环加载、单调重复加载)、肢高肢厚比(2、3)和轴压比(0.2、0.3、0.4)。分析了节点的破坏形态、荷载-位移曲线和滞回耗能等特性。结果表明:T形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点核心区主要发生剪切斜压破坏,滞回曲线饱满,无明显捏缩效应,破坏时的等效黏滞阻尼系数为0.317~0.396,耗能能力较好;节点耗能能力随轴压比的增大逐渐降低;随着累积耗能和变形的增加,节点的延性逐渐降低;进行位移等幅循环加载时,加载幅值越大,节点的累积损伤发展得越快,破坏时经历的循环次数越少;增加肢高肢厚比可以有效提高节点的承载力和极限变形能力,延缓节点核心区累积损伤的发展。基于试验结果,考虑塑性变形、加载路径和滞回耗能对节点地震损伤的影响,提出了改进的双参数损伤模型,给出了节点在各特征状态下的损伤指数。结果表明,改进模型计算结果与试验结果吻合较好,该模型能较准确地评估T形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的地震损伤。

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矩形钢管混凝土柱-H形钢梁小尺度外环板式节点滞回性能研究

童乐为, 黄俊峰, 王开元, 吴宏磊, 刘博, 郑建敏, 孙杰

建筑结构学报. 2023, 44(02): 142-153. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0770

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为研究宽偏矩形钢管混凝土柱-H形钢梁小尺度外环板式连接节点的抗震性能,设计了5个柱截面尺寸为400 mm×200 mm的框架边节点和中节点梁柱组合体,考虑不同外环板尺寸、柱子单侧与双侧受弯、绕柱强轴与弱轴受弯等影响因素,对其开展拟静力试验,研究其承载力、延性、耗能、刚度与强度退化及外环板的应力分布等具体性能。结果表明:节点发生了梁翼缘与外环板焊接部位的局部屈曲、开裂和节点域柱腹板剪切破坏两种模式,除绕柱弱轴双侧受弯的梁柱组合体外,其余梁柱组合体呈现弱构件强节点的特性,具有良好的抗震性能;梁柱组合体绕柱强轴受弯时,单侧受弯及双侧受弯都具有良好的承载性能。对于宽扁矩形钢管混凝土柱-H形钢梁节点的外环板,采用比现行相关设计规范要求小的外伸宽度,在工程应用上是可行的。

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火灾下门式钢刚架倒塌预警可靠度研究

吉蔚, 李国强, 楼国彪

建筑结构学报. 2023, 44(02): 154-164. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0125

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为了解决实际火灾救援中火灾场景、荷载水平等不确定因素对倒塌预警准确性的影响,基于可靠度理论提出了预测受火建筑倒塌剩余时间的方法。采用经试验验证的三维有限元模型对火灾下门式钢刚架结构倒塌进行仿真模拟,基于火灾下门式钢刚架结构四种倒塌模式和三级倒塌预警指标,研究升温工况、柱脚刚性、荷载比等因素对倒塌剩余时间预测的不定性影响,通过蒙特卡罗抽样,研究考虑各种影响的火灾下门式钢刚架倒塌预警指标概率统计参数。结果表明:倒塌剩余时间比仅与可靠度和倒塌模式有关,不受火灾现场的各种不确定性因素影响,可以在火灾发生前通过理论分析提前计算得到;火灾中采用可靠度60%~80%对应的倒塌剩余时间比可以快速合理地预测受火刚架的剩余倒塌时间。

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两端不等约束的方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能分析

杨冬冬, 刘发起, 杨华

建筑结构学报. 2023, 44(02): 165-176. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.B005

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为研究两端不等约束的钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能,提出相应的抗火设计方法,开展了两端不等约束方钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能有限元分析,分析轴向约束刚度比、转动约束刚度比、截面边长、荷载比和长细比等参数对柱在火灾下的变形、轴力、弯矩、计算长度和耐火极限等的影响。结果表明:随着柱上下任一端转动约束刚度的增大,柱破坏时的计算长度减小,耐火极限增长;当柱两端转动约束刚度比在0~0.5之间时,增大转动约束刚度比对耐火极限提高的有利作用尤为明显。基于参数分析结果,提出了不同升温时刻和两端不等约束刚度下钢管约束钢筋混凝土柱计算长度系数和柱中轴力的简化计算公式,进而建立了与两端铰接柱和两端等约束柱抗火设计公式表达形式相同的两端不等约束柱的抗火设计方法,该方法可精确地计算两端不等约束的方钢管约束钢筋混凝土柱破坏时的轴力和计算长度以及耐火极限,可以用于无侧移平面框架中轴向约束和不等转动约束耦合作用下方钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能设计。

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不同冷却条件下钛-钢复合钢材高温后力学性能和本构模型

石宇, 罗泽巧, 周绪红, 薛暄译, 李军

建筑结构学报. 2023, 44(02): 177-187. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.B057

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钛-钢复合钢是一种拥有良好力学性能和耐腐蚀性能的双金属材料。为了准确评估火灾后钛-钢复合钢的剩余服役能力,对高温后不同冷却条件下钛-钢复合钢的力学性能进行了试验研究。试验结果表明:经过高温和冷却处理后,钛-钢复合钢的复合界面保持有效连接;在拉伸试验过程中,颈缩之前复层TA1与基层Q235保持协同变形;过火温度和冷却方式对钛-钢复合钢断裂模式有较大影响,根据基层和复层断裂顺序分为基层和复层基本同时断裂、复层先于基层断裂、基层先于复层断裂等3种破坏模式。与已有其他钢材试验结果的对比分析表明:与不锈钢S30408、S31608不同,钛-钢复合钢的弹性模量基本不受过火温度和冷却方式影响;高温后自然冷却条件下,钛-钢复合钢屈服应力显著高于常温的,而极限应力基本不受过火温度影响;水冷条件下,过火温度不超过600 ℃时,过火温度对钛-钢复合钢力学性能基本没有影响,而过火温度超过600 ℃后,随着过火温度升高钛-钢复合钢屈服应力和极限应力显著提高,这与其他钢材略有区别。基于试验结果拟合了钛-钢复合钢的三段式非线性本构模型,采用模型的预测结果与试验结果吻合较好。

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Q345冷成型钢高温蠕变性能试验研究

陈伟, 张梦, 叶继红, 姜健, 刘琨, 秦雅菲

建筑结构学报. 2023, 44(02): 188-195. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0381

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高温蠕变会加速热轧型钢构件受火失效,而对冷成型钢构件的高温蠕变性能研究有待深入。为此,对厚1.0 mm的Q345冷成型钢进行了8个试验温度(200~700 ℃)下的高温蠕变试验,每个试验温度设置2~8个应力水平(应力比0.10~1.1),总计41个试验工况,最长持时240 min。得到了不同温度和不同应力比下的蠕变曲线,并与已有的Q345热轧型钢高温蠕变曲线进行对比。结果表明:相同温度及应力比下,冷成型钢蠕变发展要快于热轧型钢,在实际工程中,应区别对待热轧型钢与冷成型钢的蠕变特性。基于高温下试件进入加速蠕变阶段的最小应力水平,给出了Q345冷成型钢在温度400~700 ℃下的蠕变断裂临界应力比,其中,温度为400~500 ℃和700 ℃时,蠕变断裂临界应力比高于屈服强度折减系数;而温度为550~600 ℃时,蠕变断裂临界应力比低于屈服强度折减系数,Q345冷成型钢可能会在达到高温屈服强度之前发生蠕变破坏,不利于结构安全。根据复合时间强化模型和稳态蠕变速率与应力比的定量关系,分别给出Q345冷成型钢高温蠕变曲线预测模型和稳态蠕变速率预测模型,预测值与试验值均较为接近,适用于预测Q345冷成型钢在温度200~700 ℃下的蠕变和稳态蠕变速率。

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框支式SGP夹层玻璃抗爆性能研究

陈素文, 章宇宽, 陈星

建筑结构学报. 2023, 44(02): 196-206. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0279

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为研究框支式SGP夹层玻璃的抗爆性能,通过场地爆炸试验和动力非线性有限元分析,对框支式SGP夹层玻璃在爆炸作用下的动态响应特性及破坏模式进行研究。通过场地爆炸试验及三维DIC分析,获得爆炸超压时程曲线、面板的破坏模式和动态位移场。试验结果表明:爆炸作用下框支式SGP夹层玻璃的破碎后裂纹分布主要表现为对角线X形裂纹和靠近边框区域的环形裂纹;由于爆炸负压在面板的反向振动阶段做正功,面板的反向位移峰值将显著大于正向位移峰值,并可能导致回弹破坏。采用LS-DYNA软件,建立爆炸作用下框支式SGP夹层玻璃受爆响应的三维有限元模型,进一步分析爆炸负压区对面板动态响应的影响。有限元分析结果表明,当爆炸正压持时t_d与面板自振周期T₀处于同一数量级时(0.1＜t_d/T₀＜10),忽略爆炸负压区会显著低估夹层玻璃的反向位移峰值,且无法预测回弹破坏,从而高估其抗爆性能,导致设计偏于不安全。

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基于计算机视觉的建筑外墙剥落和裂缝两阶段检测方法

夏子祺, 马临原, 单伽锃, 吕西林

建筑结构学报. 2023, 44(02): 207-216. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.B069

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地震灾害中,对建筑物外墙立面损伤状况进行快速检测有利于灾情评估与灾后重建。为实现建筑外墙立面剥落和裂缝的自动化非接触式检测,提出了一种结合深度学习与图像处理的外墙损伤定位与量化评估的两阶段检测方法。通过建立并标定北川老县城地震破坏房屋数据集,采用基于损失函数模型Focal Loss的目标检测网络定位破损区域目标框,并克服小尺度区域的正负样本不均衡问题。根据提取的目标破损区域单幅图像,提出图像滤波、阈值分割和形态学操作的组合处理流程,进行贴面砖墙面下剥落和裂缝的像素级别分割与提取。进一步结合像素尺度与物理尺度的映射关系,完成剥落面积、裂缝宽度等关键破损信息的计算与识别。结果表明,该方法可较好地对震后建筑物外墙立面的墙面剥落和裂缝进行定位和提取,对墙面损伤可实现像素级分割并准确地识别损伤关键物理参数,能实现对建筑物震后损伤的准确和快速检测。

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基于统计矩理论和贝叶斯方法的框架结构损伤识别方法研究

阳洋, 王者伟, 凌园, 鲜冰, 罗康辉, 王松

建筑结构学报. 2023, 44(02): 217-226. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0135

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基于统计矩理论,以融合位移四阶统计矩和加速度八阶统计矩作为损伤指标,结合贝叶斯混合采样算法,提出了仅通过单次采样即可进行框架结构损伤识别的方法。该方法将标准MH算法和Gibbs算法相结合,以正交设计试验为基础研究单次采样的最佳时长。通过改进的位移四阶统计矩和加速度八阶统计矩损伤指标,快速识别模型结构损伤位置,然后结合贝叶斯MH-Gibbs混合采样算法基于模型分析快速识别结构损伤程度。建立12层标准框架结构数值模型,在信噪比40、30 dB 条件下,针对不同损伤识别方法进行识别效果及效率研究对比。通过已有振动台试验对该识别方法进行验证,结果表明:改进的位移四阶统计矩和加速度八阶统计矩损伤指标相较于采用单一加速度八阶统计矩损伤指标识别效果更精准,根据正交设计试验得到的单次采样最佳时长避免贝叶斯方法多次采样的局限性,因此该方法在识别结构损伤时收敛快耗时短,识别精度高且只需一次采样即可对框架结构进行损伤诊断。

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配置高强网格式间接钢筋的RPC局压承载力试验研究

樊梦玫, 郑文忠, 李胜, 王英

建筑结构学报. 2023, 44(02): 227-238. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0680

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为得到配置高强网格式间接钢筋的活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)局压承载力计算公式,对10个配置网格式间接钢筋(从楔形体侧面外伸并弯折后满足受拉锚固长度要求)的RPC开展局压试验。RPC局压面积比为4.34,主要参数包括RPC轴心抗压强度(88、104.8 MPa)、网格式间接钢筋抗拉强度标准值(800、970、1 270 MPa)、间接钢筋体积配筋率(0.9%～1.5%)。试验结果表明:RPC发生局压破坏时,均在局压影响区产生四角锥楔形体,劈尖夹角约53°～61°;随着RPC强度等级、间接钢筋强度等级的提高,间接钢筋拉应力(340～550 MPa)逐渐减小,且小于间接钢筋比例极限。收集33个RPC轴心抗压强度介于74～110 MPa、局压面积比介于1.4～9的未配置间接钢筋的RPC的局压承载力试验数据,对未配置间接钢筋的RPC局压承载力影响因素进行参数分析,发现未配置间接钢筋的RPC局压承载力与局压面积比及轴心抗压强度有关。根据试验结果及收集数据可知:配置高强网格式间接钢筋的RPC局压破坏时,间接钢筋不易发挥作用,RPC对局压承载力的贡献远大于高强网格式间接钢筋;随着RPC及间接钢筋材料强度等级的提高,局压破坏时间接钢筋拉应力逐渐减小,使间接钢筋充分发挥作用的体积配筋率下限值逐渐上升,工程实践中仍需对RPC局压承载力进行合理计算。基于未配置间接钢的RPC局压承载力计算公式、配置间接钢筋RPC试件局压破坏时间接钢筋拉应力计算公式,提出了配置高强网格式间接钢筋的PRC局压承载力计算公式。试验所得实测值与计算值吻合良好,适用范围为活性粉末混凝土强度90～130 MPa、高强网格式间接钢筋屈服强度800～1 300 MPa。

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预制模壳混凝土柱钢筋搭接连接传力性能试验研究

杨雨浓, 聂鑫, 田春雨, 李然, 马云飞, 白熙

建筑结构学报. 2023, 44(02): 239-250. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0664

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为解决针对预制模壳装配式框架结构连接问题,提出了预制混凝土柱钢筋搭接连接,该连接具有施工操作简便、安装效率高、预制柱构件端部不出筋等优点。通过对19组钢筋搭接连接接头开展单向拉伸试验,得到钢筋搭接连接的破坏模式、传力机理,及钢筋直径、搭接间距、搭接长度、混凝土强度和横向钢筋约束等因素的影响规律。试验结果表明:在满足试验构造、搭接长度达到基本锚固长度l_a的情况下,锚固于新旧混凝土的搭接钢筋可有效传力,而搭接长度为0.6l_a的钢筋搭接连接中钢筋与混凝土黏结不足,发生滑移破坏;当搭接长度不低于1.0l_a时,新旧混凝土界面及搭接钢筋接触与否对传力性能无显著影响;增加搭接长度与增强横向约束均可提高钢筋搭接传力性能。

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纵肋叠合剪力墙边缘构件钢筋搭接连接性能试验研究

田春雨, 王俊, 杨思忠, 朱凤起, 刘洋, 李洋

建筑结构学报. 2023, 44(02): 251-261. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0591

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为研究纵肋叠合剪力墙结构体系中叠合边缘构件纵向钢筋搭接传力性能,考虑钢筋端部锚固构造、后浇混凝土强度、箍筋间距等参数,设计并制作了23组共46个钢筋搭接连接的边缘构件试件并对其进行轴拉试验,得到了搭接连接破坏模式和传力机制,给出了临界搭接长度计算方法,并研究了各参数对纵筋搭接传力性能的影响。结果表明:叠合边缘构件纵筋可以采用直锚搭接,建议采用环锚搭接,可缩短搭接长度约20%,环锚搭接加强措施可进一步缩短搭接长度约20%;钢筋直锚搭接通过新旧混凝土结合面受剪传力,应严格控制新旧混凝土结合面质量;钢筋环锚搭接通过核心混凝土承压传力,受新旧混凝土结合面质量影响较小;提高混凝土强度和加密箍筋有利于搭接传力。提出的纵筋临界搭接长度计算方法可用于纵肋叠合剪力墙边缘构件的纵向钢筋,具有较好的安全储备。

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钢筋混凝土框架中间层梁柱端节点弯折钢筋锚固性能试验研究

周凯鹏, 易伟建, 周云

建筑结构学报. 2023, 44(02): 262-272. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0747

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在GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中钢筋基本锚固长度计算以钢筋屈服强度为基本变量,但抗震等级为三级及以上的结构所使用钢筋应满足强屈比不小于1.25的要求,钢筋基本锚固长度应保证钢筋进入强化阶段后仍能可靠锚固。为验证规范中弯折钢筋锚固相关规定的安全性并研究弯折钢筋锚固机理,在满足规范最低构造要求的条件下,采用钢筋表面开槽贴应变片的方法测量钢筋的应变分布,以钢筋强度等级、混凝土强度、保护层厚度、箍筋配置、轴压比、节点形式等为变量,对16个中间层梁柱端节点进行弯折钢筋屈服后锚固试验研究。研究表明:大部分角柱节点发生侧保护层剥落破坏;屈服后锚固承载力随着轴压比、混凝土强度、钢筋屈服强度和侧向约束程度增大而增大;最不利条件下,满足规范要求的弯折钢筋锚固长度不能满足强屈比达到1.25的要求。为满足GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》中对钢筋锚固性能的需求,建议增设弯折钢筋锚固长度修正系数k,对于弯折钢筋锚固在边柱节点或轴压比不小于0.3的角柱节点,k=1.0;其余情况,k=1.1。

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基于IFC标准的施工信息模型至图数据库的自动映射机制及其应用

董缪思, 杨彬, 刘伯达, 汪智晨, 张冰涵, 张其林

建筑结构学报. 2023, 44(02): 273-283. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.B012

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工业基础类(industry foundation classes,IFC)文件是建筑信息模型的数据存储和交互的标准通用文件,其难以直接被用于数据分析和数据挖掘。图数据在描述数据间复杂关联关系时具有天然的优势,被大量应用于对关联关系的分析和挖掘中。建立从IFC文件到图数据库的自动映射机制,将IFC文件中的实体及其关联关系一一映射至图数据库的节点和关系中,并分析该自动映射机制的完备性和基于图数据库的信息管理效率。映射得到的基于图数据库的施工信息模型被应用于施工离散事件仿真、施工进度网络分析和施工延迟分析中。分析结果表明,提出的自动映射机制能够完整地传递基于IFC标准的信息,映射效率满足施工过程中信息高效交互的需求,且基于图数据的信息管理效率也高于直接操作IFC文件的效率。在此基础上,通过具体工程中施工进度信息的关系利用和挖掘体现所提数据映射机制的优越性,结果表明所提数据映射机制提高了预制装配式建筑施工管理效率。

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高耸结构整体提升施工过程模拟分析

冯凌斐, 李宏武, 张星魁, 郑芳俊, 姜珊, 冯电视, 路国运, 杨会伟

建筑结构学报. 2023, 44(02): 284-293. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0624

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在类水塔高耸建筑中,由于其顶部外凸结构体积大,需设置多个吊点进行提升,而提升不同步问题成为影响高耸结构施工的主要因素。为了研究吊点提升不同步对高耸凸出结构应力和位移的影响,以北疆明珠塔旋转餐厅整体提升工程为背景,采用有限元软件对结构提升不同步进行模拟,得到钢绞线、旋转餐厅等关键部位的应力、位移变化规律,以此分析提升不同步对结构整体施工的影响,并进一步研究了不同步吊点位置、速度差、钢绞线截面面积等参数的影响程度,从而针对施工过程中的不利情况提出控制措施。分析结果表明:当结构吊点最大位移差增加到60 mm时,钢绞线最大应力增加了39.1%,对结构整体提升产生了较大影响,甚至可能造成严重破坏;吊点之间速度差及钢绞线截面面积均影响结构提升的不同步程度,进而影响结构内力;为避免类似意外发生,可通过数值模拟方法对提升过程进行不同步验算,并结合现场监测对施工过程进行动态控制,保障施工过程安全有序进行。

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2023年, 第44卷, 第02期　刊出日期：2023-02-05

建筑结构学报

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