建筑结构学报

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单伽锃, 吕西林

建筑结构学报. 2023, 44(03): 1-10. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0812

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通过调谐质量阻尼器控制结构动力响应,改善高层建筑使用舒适度和服务功能品质,提升高层结构安全性能,已成为防灾减灾技术发展的重要趋势之一。考虑真实高层结构的复杂性与不确定性,对高层结构及其调谐质量阻尼器进行现场动力测试成为评价其减振/减震效果和结构性能评价的重要手段。基于已有的工程研究与实践,系统梳理国内外高层建筑采用调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)减振技术的应用现状,归纳国内外现有高层结构TMD动力激振试验类型及其监测物理量。利用“高层结构、调谐质量阻尼器”耦合系统动力模型,提出结构动力性能评价指标体系。同时展示了工程实例的TMD自由衰减试验与风振控制、主动质量阻尼器(active mass damper, AMD)固定频率与变频率强迫振动试验的典型动力评价结果。已有动力测试与评价结果表明,调谐质量阻尼器减振控制是一类有效且可靠的高层结构防灾减灾技术,TMD及AMD均具备优异的减振控制效果。

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双向地震作用下拉索支撑惯容系统及其在钢结构中的应用

康建飞, 薛松涛, 谢丽宇

建筑结构学报. 2023, 44(03): 11-19. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0718

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近年来,惯容系统作为一种高效被动减震系统被广泛关注,其中拉索支撑惯容系统得益于跨层便利,经济优势显著。为研究双向地震动作用下拉索支撑惯容系统的减震性能,提出了一种拉索支撑惯容系统的双向减震设计方法并给出了实用设计流程。采用杠杆机制模拟拉索支撑的转向特性,基于各元件的拓扑组合模拟惯容系统,在OpenSees中实现了拉索支撑惯容系统的有限元模型的建立。利用场地实测地震动数据对安装有跨层型拉索支撑惯容系统的一栋实际钢结构的双向减震性能进行了评估。有限元计算结果表明,所建立的拉索支撑惯容系统有限元模型可以很好地表达其位移传递效率及惯容元件特性;依据等效参数进行设计的拉索支撑惯容系统具有良好的双向减震性能及显著的阻尼增效性能,可用于实际拉索支撑惯容系统的钢结构设计。

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黏滞阻尼器加固大空间混凝土框架结构振动台试验研究

信任, 张强, 黄炜, 毕登山

建筑结构学报. 2023, 44(03): 20-29. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0871

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为研究大空间混凝土(LRC)框架结构消能减震加固效果及其抗震性能,基于已完成的1∶6缩尺无控LRC框架结构模型试验,开展同加载历程下另一设置黏滞阻尼器(VFD)的相同减震框架结构模型振动台试验。通过对比分析两个模型破损特征、动力性能、加速度与位移响应等,定量获取增设VFD后减震结构相比无控结构抗震性能的提升水平,揭示不同地震作用下LRC框架中VFD发挥的实时减震效果,重点研究减震加固技术对LRC框架结构中薄弱部位响应的影响规律。试验结果表明:减震模型较非减震模型层间位移得到有效控制,罕遇地震作用下结构最大层间位移角由1/102降至1/194;试验过程中阻尼器的工作性能良好,随着地震激励升高,黏滞阻尼器出力逐渐增大,阻尼器实际最大出力达设计极限值的88％。

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连接方式对大跨度异形钢连廊连体结构抗震性能的影响

潘毅, 张彪, 刘永鑫, 林旭川

建筑结构学报. 2023, 44(03): 30-38. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0328

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为研究连接方式对连体结构抗震性能的影响,以某大跨度异形钢连廊连体结构为原型,建立连体结构非线性有限元模型,并通过模态分析和振动台试验对有限元模型的合理性进行验证。针对一侧采用刚性连接,另一侧分别采用橡胶支座连接、滑动连接、刚性连接、铰接连接的4种不同连接方式开展了对比分析。研究结果表明:与其他连接相比,另一侧采用刚性连接或铰接的连体结构自振频率有所提高,且其连接体的扭转效应降低;在8度罕遇地震作用下,与采用橡胶支座连接的连体结构相比,采用滑动连接、刚性连接、铰接连接的连体结构连接处竖向剪力的变化率分别为-1.40%、37.21%、10.77%,连接体跨中竖向位移的变化率分别为-1.94%、25.71%、14.80%;不同连接方式连接处的内力是重力荷载代表值作用下的2.0~3.5倍,其中竖向剪力的增幅最大;4种连接形式中,另一侧采用刚性连接或铰接连接对控制连接体的扭转最有利,采用滑动连接对控制连接处的内力最有利,采用刚性连接对控制连接体跨中竖向位移最有利。

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设置SMA滑动摩擦阻尼器的自复位摇摆柱滞回行为理论分析与数值模拟

刘家旺, 邱灿星, 杜修力

建筑结构学报. 2023, 44(03): 39-48. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0644

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以形状记忆合金(SMA)滑动摩擦阻尼器(shape memory alloy slip friction damper,SMASFD)为基础,提出了一种自复位摇摆柱。在该自复位摇摆柱中,柱身为H型钢,SMASFD位于柱底强轴的两侧呈对称布置,为摇摆柱提供自复位能力和消能能力。推导了摇摆柱的滞回模型理论公式,并在ABAQUS中建立了精细化有限元模型。理论公式与数值模拟均分析了摇摆柱在往复荷载下的滞回行为,二者的结果吻合良好,并且均表明该摇摆柱具有“旗帜形”的滞回曲线;摇摆柱的滞回行为由SMASFD的力学性能和柱身的轴压比控制。研究结果表明:提高SMASFD的承载力可以有效提高摇摆柱的受弯承载力;增大SMASFD的刚度可以同时提高摇摆柱的屈服前刚度和屈服后刚度;在满足稳定性的前提下,增大轴压比会提高摇摆柱的消压弯矩和强度,但是由P-Δ效应所产生的负刚度随之增加,同时增大了柱底的塑性应变。此外,由数值模拟结果还发现,挡板可防止SMASFD夹板在变形过程中滑出,从而避免SMA螺栓受弯。

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设置高延性水泥基复合材料后浇区的墙-梁平面外节点抗震性能试验及损伤分析

崔涛, 何浩祥, 周大兴, 程时涛

建筑结构学报. 2023, 44(03): 49-58. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0562

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为研究设置高延性水泥基复合材料(ECC)后浇区的墙-梁平面外节点的抗震性能,考虑墙内钢筋预埋方式、节点区钢筋连接方式、剪跨比、板宽度等因素,设计了7个装配式节点及1个对比节点并进行了拟静力试验,得到该类节点的破坏形态、滞回性能、承载力、刚度退化、耗能能力等,并采用四种损伤模型对其损伤演化过程进行分析。试验及损伤模型分析结果表明:节点以梁端弯曲破坏为主,墙破坏轻微;后浇区采用ECC可以有效提高节点的延性与承载力;墙内钢筋采用双层预留焊接锚板的连接方式优于采用横向钢筋约束;后浇区内钢筋采用弯起钢筋搭接、弯钩钢筋连接、套筒连接等形式均能有效传递钢筋应力;弹塑性耗能差模型能较好反映加载过程中节点的损伤状态,应用方便且计算结果更为精确。

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自复位黏滞阻尼器的构造设计与抗震韧性提升

王伟, 李俊霖, 曹纵

建筑结构学报. 2023, 44(03): 59-69. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0682

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为提高建筑结构抗震韧性,提出了一种将环簧阻尼器和黏滞阻尼器并联的自复位黏滞阻尼器构造,分析其工作原理,在元件和构件层次分别进行了静力和动力试验研究。试验结果表明:自复位黏滞阻尼器构造合理,在不同振动频率下表现出良好的自复位能力与无损伤耗能能力。采用基于性能的塑性设计方法,设计了屈曲约束支撑钢框架、自复位环簧支撑钢框架和自复位黏滞阻尼支撑钢框架,对比分析不同结构体系的地震响应。分析结果表明:基于性能的塑性设计方法可以实现自复位黏滞阻尼支撑钢框架的性能目标;在一致的性能目标下,自复位黏滞阻尼支撑钢框架相比自复位环簧支撑钢框架具有更低的承载力需求,降低了结构用钢量,同时降低了楼层加速度响应,减少非结构构件损失;相比屈曲约束支撑钢框架,具有与之相当的消能减震效果,同时能够有效地控制结构残余变形,进而提高结构的抗震韧性。

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预压碟簧自复位装配式混凝土梁柱节点滞回特性研究

马立成, 史庆轩, 王秋维, 王斌

建筑结构学报. 2023, 44(03): 70-78. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0878

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为提升装配式RC框架结构的可恢复性能,提出了一种带有可控塑性铰的自复位装配式RC梁柱节点(PJ-CPH),其中可控塑性铰是由机械铰、摩擦耗能装置和碟簧自复位装置组合而成。将碟簧自复位装置简化为非线性弹簧元件,摩擦耗能装置简化为蜗簧元件和阻尼元件串联,给出了PJ-CPH的力学模型,建立了PJ-CPH的恢复力模型。采用ABAQUS软件对5个不同设计参数的PJ-CPH在低周往复荷载作用下的滞回性能进行模拟,结果表明:PJ-CPH的滞回曲线呈现“旗帜形”特征,提出的恢复力模型与有限元计算结果吻合良好,能够较好预测PJ-CPH的滞回特性;碟簧自复位装置提供的复位弯矩与摩擦耗能装置的启动弯矩平衡时,摩擦片残余弹性扭转变形无法完全自复位;在摩擦耗能装置启动弯矩不变的情况下,当复位率大于1.00时,提高复位率并不能减小梁端残余位移,反而会增加残余位移。

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钢管叠层黏弹性阻尼器设计方法

周云, 吴胜, 李家乐

建筑结构学报. 2023, 44(03): 79-86. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0385

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钢管叠层黏弹性阻尼器是由钢管和叠层黏弹性体等组成。为建立钢管叠层黏弹性阻尼器设计方法,将钢管叠层黏弹性阻尼器力学模型等效为叠层黏弹性体的线性模型和钢管的双线性模型叠加,通过虚功原理推导出钢管叠层黏弹性阻尼器初始刚度计算公式;由von Mises屈服准则推导出钢管叠层黏弹性阻尼器屈服承载力计算公式,在此基础上推导出屈服位移和极限承载力计算公式,给出钢管叠层黏弹性阻尼器的设计流程。采用有限元分析软件对4个钢管叠层黏弹性阻尼器进行模拟分析,并与理论计算结果对比,验证了理论计算公式与设计流程的合理性。研究结果表明:钢管叠层黏弹性阻尼器等效计算模型合理可靠;初始刚度、屈服力、屈服位移和极限承载力的理论公式计算结果与有限元模拟结果吻合较好,且理论公式计算结果偏于安全;给出的设计流程简单可行,可用于钢管叠层黏弹性阻尼器的设计与加工制造。

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长持时平面爆炸波作用下RC梁动力响应研究

彭琦, 吴昊, 方秦, 卢红标

建筑结构学报. 2023, 44(03): 87-101. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0751

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通过野外爆炸试验和数值模拟,对RC梁在长持时平面爆炸波作用下的动态响应和破坏模式进行了研究。为获取长持时平面爆炸波,设计了基于平面多点装药爆轰技术的平面爆炸波发生装置。对4根2500 mm×200 mm×200 mm的RC梁进行了野外爆炸试验,其爆炸荷载峰值和持时分别在0.4~0.7 MPa和85~100 ms范围内。进一步基于有限元分析软件LS-DYNA中的结构化任意拉格朗日-欧拉(SALE)求解器和流固耦合算法,对试验工况进行了数值模拟。通过对比超压、钢筋应变和位移时程以及构件损伤,验证了所采用有限元分析方法的准确性。同时,评估了UFC 3-340-02规范中等效单自由度(SDOF)方法对于长持时爆炸工况的适用性。结果表明:所设计装置能够生成长持时平面爆炸波,RC梁呈现典型弯曲破坏模式;基于SALE的有限元分析方法适用于多点爆轰工况;SDOF方法低估了RC梁在长持时爆炸作用下的跨中最大位移,对于所考虑工况,混凝土和钢筋动态放大因子推荐取值为1.05和1.02。

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中高应变率下夹层玻璃破碎后力学性能试验研究

陈素文, 陈志飞, 陈星

建筑结构学报. 2023, 44(03): 102-112. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0798

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夹层玻璃作为一种安全玻璃,可以有效避免强冲击作用下玻璃碎片飞溅伤人,在建筑玻璃幕墙中得到广泛应用。以工程中常用的PVB及SG夹层玻璃为研究对象,通过系列单轴拉伸试验,研究不同加载速率(0.1、0.5、5 m/s)以及裂纹模式(单一裂纹、均匀裂纹以及随机裂纹)对夹层玻璃破碎后力学性能的影响。试验中采用数字图像相关(DIC)技术,捕捉试件变形及界面分层过程。试验结果表明:界面脱胶性能与黏结强度直接相关;SG夹层玻璃界面黏结最强,受力过程中基本无脱胶发生;高黏结强度(BG R20)PVB夹层玻璃次之,夹层撕裂前可开展轻微脱胶(约1~2 mm);中黏结强度(BG R15)PVB夹层玻璃的界面黏结强度最低,可充分开展界面脱胶(脱胶长度大于10 mm);破碎后夹层玻璃的变形能力、承载力及耗能能力受夹层材料、界面黏结强度、加载速率和碎片尺寸的影响;由于常温下SG夹层的力学性能优于PVB夹层的力学性能,玻璃破碎后SG夹层玻璃的承载力高于PVB夹层玻璃的承载力;黏结强度越高,碎片尺寸和加载速率越大,破碎后PVB夹层玻璃的变形能力越低;SG夹层玻璃随着加载速率的增大产生更小的玻璃碎片,随着加载速率的增加,变形能力提高;SG夹层玻璃的耗能能力高于BG R20 PVB夹层玻璃,但低于BG R15 PVB夹层玻璃。

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超声冲击与CFRP复合加固焊接接头疲劳性能研究

郑云, 初明进, 崔涛, 李东东, 赵寒川

建筑结构学报. 2023, 44(03): 113-121. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0667

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采用超声冲击或粘贴CFRP等方法都可以起到加固焊接接头的效果,但仍难以满足部分接头的加固需求,且对两种方法的加固机理研究不足。为此,提出了采用超声冲击和CFRP复合加固的方法,设计了仅超声冲击处理、仅粘贴CFRP和复合加固方法的试件以及一组未处理的对比试件并进行了疲劳加载试验。结果表明:采用三种处理方法均可以有效提升焊接试件的疲劳强度和疲劳寿命;超声冲击处理后对焊接结构焊缝残余应力的消除作用明显,消除率高达200%以上;采用CFRP加固可以阻碍裂纹扩展,但对焊接缺陷改善效果较小;复合加固方法结合超声加固方法和粘贴CFRP方法的优点,既可以通过超声冲击实现应力重分布,又可以通过CFRP高强度高弹性模量的特点阻止裂纹的产生与发展。

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地铁振动对建筑物竖向楼层响应的影响研究

花雨萌, 谢伟平, 陈斌

建筑结构学报. 2023, 44(03): 122-129. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2020.0520

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地铁运行导致周边建筑物出现振动舒适度问题,而楼板振动沿楼层高度的衰减规律尚未明确。为此,对地铁线路附近某高层建筑进行现场实测,分析楼板振动响应特性以及振动沿楼层高度的衰减规律;将建筑结构简化为一维交错变截面杆,递推位移阻抗函数,求得各层楼板结构频响函数,并代入实测荷载和实际结构参数计算结构振动响应的半解析解,理论分析振动放大区现象的发生机理。研究结果表明:实测楼板振动沿楼层高度的衰减呈现出曲折变化趋势,振动最大的部位出现在中间楼层;出现放大现象的楼层在基频处的共振现象更加明显。理论计算表明,地铁振动沿楼层高度呈先增大、后减小的变化趋势,振动最大位置出现在中上部楼层,且楼板跨度越小、柱和墙等竖向构件越密集,放大效应越明显;由于中间楼层具有振动放大现象,因此,不能仅通过测试底层振动判断地铁沿线建筑振动舒适度。

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北京冬奥会延庆赛区风气候及场馆风效应分析

陈伟湖, 田玉基, 李波, 刘文珽, 周长东

建筑结构学报. 2023, 44(03): 130-136. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0900

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为保证北京冬奥会延庆赛区场馆建筑的抗风性能满足建筑设计要求,根据小海陀站、长虫沟站和西大庄科站等3个气象站的短期风速观测记录,采用超阈值的独立风暴法确定重现期风速;进行缩尺地形模型风洞试验,根据试验风速测量结果,建立气象站与场馆位置风速的空间变换关系,由气象站重现期风速,确定赛区场馆位置处的重现期基准风速、速压;结合风洞测压试验,以雪车雪橇赛道节段遮阳棚为例,分析围护构件外表面风压极值的分布情况。研究结果表明:超阈值的独立风暴法能够较好适用于短期风速观测记录的极值风速分析,且不同阈值的选取影响重现期风速的预测值;以高山滑雪场馆处的风速分析为例,场馆的出发区、结束区、集散区与相邻气象站的风速变换比值分别约为1.1、0.7、0.8;由雪车雪橇赛道节段遮阳棚的风压极值分析可知,遮阳棚围护构件外表面最大风压力分布较最大风吸力分布均匀,最大风压力系数为1.8,最大风吸力系数为2.8。

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截球形气膜结构气弹模型风洞试验研究

陈昭庆, 赵军宾, 闫科晔, 武岳, 张铎, 苏宁

建筑结构学报. 2023, 44(03): 137-147. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0791

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为了研究截球形气膜结构的风致响应及风振系数,在B类地貌风场中进行了3种典型矢跨比截球形气膜结构的气弹模型风洞试验,考察内压、风速、有无拉索对膜面位移、应变的影响,分析截球形气膜结构的风致振动规律,提出截球形气膜的等效静力分析方法,给出考虑流固耦合效应的响应风振系数。研究表明:结构总位移极值出现在结构顶部及迎风面中心线约1/3矢高处,最大主应变发生在结构侧面中心线位置;结构平均变形呈顶部隆起、迎风面凹陷、侧面向外凸出的形状;风荷载作用下结构内压减小明显;结构顶部的横风向位移响应标准差、竖向位移响应标准差、顺风向位移响应标准差依次减小;无索结构总位移和最大主应力的风振系数均在1.1~1.4之间;施加拉索后,结构的竖向位移基本为0,顺风向位移及横风向位移极值分别减小为无索结构的50%和30%,总位移风振系数为1.6,最大主应力风振系数仍在1.1~1.4之间,拉索的应力风振系数约为1.6。

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超高层建筑烟囱效应的现场实测和压差特性分析

杨易, 钟尚轩, 解学峰, 卢晓民, 陈昌伟, 万腾骏

建筑结构学报. 2023, 44(03): 148-156. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0172

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为获取建成高层建筑在自然气象条件下烟囱效应压差分布规律数据,历时3年对我国东北、华东和华南地区13栋高层住宅和超高层商业建筑进行了冬季烟囱效应的现场实测研究。通过研究发现:超高层建筑电梯井道的烟囱效应压差整体上符合线性规律,极值压差出现在建筑底层和顶层;所测7栋高层住宅建筑中烟囱效应最大压差达到171.0 Pa,6栋超高层商业建筑中最大压差绝对值达到117.3 Pa,超过电梯系统的抗压阈值,导致电梯故障频发。基于经典热压差模型,引入电梯烟囱效应压差分布系数,建议了一种修正烟囱效应极值压差估算模型;结合现场实测,得到发生烟囱效应建筑的烟囱效应压差分布系数均大于0.5。通过与已有模型对比,显示所提出的模型能够将建筑的整体气密性通过实测定量化,可用来估算超高层建筑可能遭遇的烟囱效应极值压差。

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下击暴流风特性及其对高耸桅杆动力作用的实测分析

刘慕广, 胡家锴, 余先锋, 张春生, 谢壮宁, 张丽, 杨易

建筑结构学报. 2023, 44(03): 157-166. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0809

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为了研究下击暴流的风场特性及其对高耸结构的动力作用,依据高度356 m的深圳气象观测梯度塔获取了下击暴流风记录及其加速度响应。分析了雷暴风的平均风速、湍流度及脉动风功率谱特性,并进一步研究了下击暴流作用下梯度塔的动力响应特征。分析结果表明:下击暴流风速剖面形态具有时变性,且不同时刻的风速剖面与目前常用的经验剖面均有一定的差异;雷暴过程湍流强度随高度变化规律性不显著,其脉动风功率谱与von Karman谱和Solari谱较为吻合;下击暴流作用下梯度塔的最大风振响应出现在雷暴过程的上升段而非最大风速时刻,其响应和顺风向风振系数均随高度增加而增大;风振过程中梯度塔多模态参与特征明显,且纤绳振动的影响不可忽略。

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大跨度屋盖等效静风压计算方法

陈星宇, 谢壮宁, 张乐乐, 黄用军, 黄俊

建筑结构学报. 2023, 44(03): 167-174. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0777

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为解决现有节点形式的大跨度屋盖等效静风荷载应用不便的问题,提出以分块风压方式描述的大跨度屋盖等效静风荷载计算方法。首先根据屋面风荷载分布特征进行分区处理,通过结构风致响应的快速分析,依据区域内节点的弹性恢复力得到各区域包含结构风振影响的等代风压时程,再由等代风压时程相关性和本征正交分解方法计算得到以等代风压为等效目标的分块等效静风压分布。进一步对由于区域平均处理所引起响应的偏差,提出了补偿方法并对分块等效静风压进行修正。针对不同风向等效分析所产生庞大工况数据,基于遗传算法提出一种自动筛选工况的方法,最终获取可以体现屋盖整体受风作用效应特征的最佳等效工况数据。将所提方法应用于某大型机库屋盖的等效风压计算,结果表明:采用补偿修正过的等效静风压能够较好地反映结构的风致响应特点;相比已有的节点荷载方式,分析筛选出来的少量的经过补偿处理的等效静风压工况,可以很好地重现结构的极值位移响应,验证了所提方法的有效性和可靠性。

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基于Monte Carlo方法的极值风速估计误差分析及其应用

胡小浓, 方根深, 赵林, 葛耀君

建筑结构学报. 2023, 44(03): 175-184. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0766

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采用有限实测风速样本估计重现期极值风速存在较大不确定性。为此,针对目前应用最为广泛的极大似然法估计广义极值分布,提出了基于Monte Carlo方法的极值风速估计误差分析算法,建立了依赖概型参数、样本容量和重现期的极值风速标准差广义数学表达式。结果表明:标准差随形状参数、尺度参数和重现期的增大而增大;随样本容量的增大而减小。结合我国4个气象站点(北京、喀什、福州、上海)实测风速数据,在进行数据地形修正、台风数据剔除的基础上,分析计算了各站点的重现期极值风速及其标准差,并与既有规范对比,当考虑抽样误差对极值风速预测的影响时,建议以一倍标准差作为量化标准更为合理。

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亚临界雷诺数下线形布置三圆柱的平均气动力特性

刘小兵, 姜会民, 王世博, 刘夕强, 杨群

建筑结构学报. 2023, 44(03): 185-197. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0703

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为了给线形布置三圆柱结构的平均风荷载取值提供参考,通过刚性模型测压风洞试验研究了线形布置三圆柱在不同风向角和间距比下的平均气动力特性,并与单圆柱的结果进行对比分析。试验雷诺数为6.4×10⁴,风向角α和间距比L/D(相邻圆柱中心距与圆柱直径之比)的范围分别为0°~90°和1.2~4.0。研究结果表明:线形布置三圆柱的平均气动力特性可按间距比大致分为极小间距比(1.2≤L/D<1.4)、小间距比(1.4≤L/D<2.5)、中等间距比(2.5≤L/D<3.5)和大间距比(3.5≤L/D≤4.0)四类;三圆柱的平均阻力系数在极小间距比和小间距比时主要表现为减小效应,中等间距比时在α<60°时表现为减小效应,在α>60°时表现为一定的放大效应,大间距比时下游两圆柱在α≤30°时表现为减小效应;三圆柱的平均升力系数在一定风向角范围内表现为非零值,该风向角范围与间距比密切相关。

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输电塔线体系风雨荷载计算理论及耦合失效评估研究进展

付兴, 李宏男, 李钢, 徐旭

建筑结构学报. 2023, 44(03): 198-212. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0783

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我国沿海地区台风登陆频繁,现有台风致输电线路失效案例中,大部分原因归结于强风的影响,而涉及雨荷载影响的研究不足。为此,系统总结了国内外研究团队在风雨耦合效应领域的研究进展,包括根据风速和降雨实测数据,提出了不同时间分辨率的降雨强度转换模型,进而建立了风速-降雨强度联合概率分布模型,揭示了风速和降雨强度的耦联关系;基于拉格朗日粒子运动方程,揭示了单雨滴运动状态演变机制,提出了风雨速度比概念,明晰了雨滴水平速度大于相应位置处风速的发生机理;从雨荷载的作用机理出发,总结了两类雨荷载作用模型,即碰撞力模型和气动力模型,并详细介绍了计算方法及风洞试验验证;建立了风雨耦合作用下输电线路易损性及失效概率计算方法。现有研究表明:工程结构的倒塌破坏往往发生在几分钟甚至几十秒内,在计算风雨耦合效应时,应考虑短时距的瞬时降雨强度;考虑风雨耦合多灾害作用时,工程结构的失效概率显著高于风荷载单独作用情况;不同地区具有显著的气候差别,应根据当地的实测气象资料建立风雨联合概率分布模型加以分析。

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温度-荷载耦合作用下端锚CFRP加固RC梁受弯性能研究

董坤, 刘路, 杨松, 荆范华, 郝爱江

建筑结构学报. 2023, 44(03): 213-222. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0695

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为研究端部锚固对碳纤维增强聚合物(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)梁高温性能的影响,进行了温度和荷载耦合作用下带有端部锚固的CFRP加固梁受弯性能试验,采用纯外贴、钢压板锚固和自锁式锚固等不同端锚形式,对比分析端部锚固措施对加固梁受弯性能的影响。结果表明:与纯外贴CFRP加固梁相比,端部锚固提高了加固梁常温及高温下的受弯性能;钢压板锚固在常温下可以有效限制CFRP端部剥离,CFRP强度利用率由43.6%提高至79.3%,极限荷载提高12%左右;但是温度达100 ℃后钢压板锚固无法限制CFRP剥离,承载力退化至未加固水平,加载过程中最大强度利用率只有50.5%;自锁式锚固法在任何温度下均可限制CFRP剥离,其破坏形式多为CFRP拉断,可以最大限度地提高CFRP强度利用效率;在试验温度100 ℃下极限荷载相比纯外贴形式的提高了22.7%,在试验温度120 ℃下极限荷载相比钢压板锚固试件仍提高10%。引入了承载力退化系数,给出了温度-荷载耦合作用下端锚CFRP加固梁正截面受弯承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

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高温后预制装配式叠合梁受弯性能试验研究

刘才玮, 鲁秀亮, 王鹏霏, 苗吉军, 刘延春, 赵安琪

建筑结构学报. 2023, 44(03): 223-234. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0862

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为研究荷载比、受火时间、叠合参数对预制装配式混凝土叠合梁高温后残余受弯性能的影响,共设计了14根T形截面叠合梁,其中12根梁分别进行受火试验及受火后静载试验,剩余2根梁进行常温静载试验;采用有限元软件ABAQUS中的三维弹簧单元模拟了预制-现浇混凝土叠合面的相互作用,提出了叠合梁受火后受弯承载力计算方法。研究结果表明:随受火时间增加,叠合梁残余承载力逐渐降低;相同受火时间下,荷载比越大,叠合参数越小,截面所历经的最高温度越大。荷载比与叠合参数均对叠合梁残余承载力有一定影响,受火时间为120 min时,同一叠合参数下,荷载比为0的梁的残余承载力较荷载比为0.44的提高了19%;相同荷载比下,叠合参数为0.6的梁残余承载力较叠合参数为0.4的提高了24%。考虑到高温后普通混凝土梁残余承载力计算式不再适用于叠合梁,通过引入折减系数,提出了适用于火灾后叠合梁残余承载力简化公式,其计算值与试验值误差4%~12%,精确度较高。

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混凝土圆孔梁高温后受力性能试验研究

金贤洪, 徐玉野, 罗漪, 阴长生

建筑结构学报. 2023, 44(03): 235-246. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0842

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在建筑装修时,因管道铺设需要在钢筋混凝土梁开设圆孔。为研究其对高温后RC梁受力性能的影响,分别对10根混凝土梁的受弯性能、5根混凝土梁的受剪性能进行试验研究,分析过火温度和圆孔直径对混凝土梁破坏形态、受弯和受剪承载力、荷载-挠度曲线、应变分布和发展等影响,并利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟。研究结果表明:实腹梁经历100、300 ℃和500 ℃高温后受弯承载力较常温下的分别降低了9.6%、7.4%和12.5%;在试验参数范围内,是否取孔及孔径大小对混凝土梁的受弯承载力影响较小;常温下圆孔梁的受剪承载力较实腹梁的降低了22.6%;在过火温度100~500 ℃范围内,圆孔梁的受剪承载力与高温后混凝土的强度关系较大,过火温度对混凝土梁的受剪承载力影响不大;有限元模拟总体上能较好计算试验混凝土梁的受弯和受剪承载力,且模拟结果能合理反映过火温度和开孔对混凝土梁受力性能的影响,从而克服试验离散性导致的规律失真。建议了适用于圆孔梁高温后的受弯和受剪承载力计算式,在试验参数范围内计算式具有较好的计算精度,可用于该类混凝土梁承载力评估。

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掺有花岗岩风化残积土的再生块体/骨料混凝土常温及高温后受压性能研究

吴波, 伍茜兰, 郭富康

建筑结构学报. 2023, 44(03): 247-256. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0578

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为促进建筑结构中工程渣土和废混凝土的资源化利用,采用再生块体、再生粗骨料和处理后的花岗岩风化残积土,制备了再生块体/骨料混凝土试件。开展了129个该类试件的常温及高温后轴压试验,研究了再生材料、试件形状和尺寸、再生块体特征尺寸对试件常温受压性能的影响,揭示了温度和再生材料对高温后试件剩余抗压性能的影响。结果表明:当新混凝土配合比的总用水量不变时,与未采用任何再生材料的普通混凝土相比,常温下掺有花岗岩风化残积土的再生块体/骨料混凝土(以下简称“所述混凝土”)的抗压强度随着新混凝土中再生粗骨料的采用(不超过50%)以及处理后的花岗岩风化残积土的取代率增加(不超过70%)而有所增大,弹性模量随之略有降低,泊松比变化不大;当试件侧向尺寸介于150~300 mm时,常温下所述混凝土的抗压强度尺寸效应可近似忽略;当再生块体特征比介于0.22~0.55时,可近似忽略其特征尺寸对常温下所述混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变和泊松比的影响;与未采用任何再生材料的普通混凝土相比,所述混凝土高温后的相对抗压强度和相对弹性模量总体上变化有限,采用所给公式可较好地预测这两个相对量随温度的定量变化。掺有花岗岩风化残积土的再生块体/骨料混凝土的工程应用初步可行。

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锈蚀钢筋与混凝土高温后黏结性能试验研究

刘才玮, 闫良泰, 巴光忠, 苗吉军, 刘延春, 许新春

建筑结构学报. 2023, 44(03): 257-267. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0752

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为研究高温作用后锈蚀钢筋与混凝土黏结退化机理,设计并制作65个钢筋位于侧边中心、23个钢筋位于侧边角部的拉拔试件。采用通电加速锈蚀方法得到锈蚀试件,然后将其在电炉中升温至目标温度,自然冷却至室温后进行拉拔试验,以研究温度、锈蚀率、保护层厚度和钢筋位置对黏结性能的影响。研究表明:高温(温度不低于400 ℃)和严重锈蚀(锈蚀率大于6.1%)对黏结性能有弱化作用,保护层厚度对黏结破坏模式和黏结-滑移性能影响较大;微锈蚀(锈蚀率小于2.4%)可导致黏结刚度增大趋势减缓,黏结强度小幅增大或不变;在温度100~200 ℃之间时,黏结强度达到最大值。基于试验结果,采用Bihill模型进行回归分析,得到适合黏结-滑移全曲线的黏结应力计算式及连续型黏结-滑移模型。计算结果表明,所提出的本构模型能够对黏结应力进行较准确的计算。

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标准化立式工业建筑楼面活荷载取值

李智, 丁然, 聂鑫, 李宾宾, 黄宝锋, MONTI Giorgio, 肖岩

建筑结构学报. 2023, 44(03): 268-278. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0374

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楼面活荷载的合理取值是立式多层工业建筑推广过程中需要解决的重要基础理论问题之一。在简要总结我国结构工程设计所遵循的以概率理论为基础、以分项系数表达的极限状态设计方法的基础上,分析立式工业建筑的荷载环境,并对立式工业建筑楼面活荷载的取值方法进行研究。梳理国内外现行荷载规范相关取值方法,调研我国部分具有代表性的多层工业厂房在设计时的荷载取值,并针对实际运用中所发现的具体问题提出了改进建议。通过与国外相关规范进行对比研究,建议进一步简化我国工业建筑楼面活荷载特征值的分类和分区,对于标准化工业园区的重工业厂房,楼面活荷载标准值建议取值约为12 kN/m²,轻工业厂房为4~6 kN/m²。对于造纸、化工及钢铁冶炼等大型工业厂房,则按其工艺流程进行荷载取值。针对新型立式工业建筑所涉及的物流与冲击荷载亟待深入研究,对利用基于网络平台的建筑信息学模型(BIM)需深入开展荷载信息收集与管理。

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钢板剪力墙的非完全拉力场

田炜烽

建筑结构学报. 2023, 44(03): 279-293. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0580

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经典拉力场理论忽略了剪切场部分的影响,仅对板无限薄的理想情况计算结果是准确的;而对有厚度的实际受剪板,采用该理论计算会普遍低估受剪板的弹性刚度和承载力并高估屈服位移,板越厚则误差越大。为此,建立了非完全拉力场理论以准确描述受剪板的屈曲后应力状态,并基于该理论得到了适用于任意厚度受剪板和防屈曲板的弹性刚度、承载力和屈服位移的计算式,具有很高的计算精度。与壳单元精细模型分析结果相比,计算所得弹性刚度的误差不大于2.8%,承载力的误差不大于2.6%。根据屈曲后压应力对弹性刚度和承载力影响程度的不同,将受剪板分为厚板(λ≤1,λ为高厚比)、中厚板(1<λ<3)和薄板(λ≥3)三类,同时定量明确了经典拉力场理论对三类板的误差并给出了建议的适用范围。基于非完全拉力场理论推导了受剪板屈曲后的应力场方程,并提出了改进的通用拉杆模型。参数分析表明:对任意厚度的钢板剪力墙和防屈曲钢板剪力墙,该模型与壳单元精细模型相比,计算弹性刚度误差不大于5.5%,承载力误差不大于2.8%。

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大跨度地下无柱车站临时支撑卸载方案优化与现场监测

林泓志, 侯文崎, 秦学锋, 段罗, 刘于晖

建筑结构学报. 2023, 44(03): 294-302. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0384

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新建岗厦北综合交通枢纽车站为地下3层结构,中庭52 m×48 m范围为无柱大跨度结构。该结构构件类型繁多,建造过程涉及多重体系转换。其中核心区临时支撑卸载时机、卸载过程对已建结构受力状态的影响,是结构建造安全的关键因素。为此,在原建造方案的基础上,提出了多种临时支撑卸载对比方案。采用有限元分析方法,对比不同卸载方案对结构受力状态的影响,确定地下1层钢梁架设完成后为临时支撑卸载合理时机。相比于原设计方案,该方案可有效降低地下1层混凝土板应力,降幅达14%。在此基础上,为使地下1层钢梁受力状态变化更为平缓,进一步提出了“卸载-回顶-二次卸载”的优化方案,并应用于实际工程。现场监测结果表明,覆土荷载对结构受力状态影响最大,其次是二次卸载;卸载过程中结构受力状态变化平稳,表明所提出的优化方案安全、有效。

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2023年, 第44卷, 第03期　刊出日期：2023-03-05

建筑结构学报

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