2023年, 第44卷, 第06期　刊出日期：2023-06-05

  

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RCSSE前沿
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  双向水平地震作用下六层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构振动台试验研究

  姚欣梅, 周绪红, 石宇, 徐磊, 谷永, 管宇

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 1-11. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0013

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  为反映多层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构在水平地震作用下的受力性能,分别对施工阶段及正常使用阶段的六层房屋足尺模型开展双向地震动输入的振动台试验,试验中考虑了8度多遇至8度罕遇等7个地震烈度(0.07g~0.40g)。通过对比其破坏特征、动力特性、位移和应变响应,研究非结构构件对整体结构抗震性能的影响并进行楼盖刚性判定和房屋扭转响应分析。研究结果表明:在水平地震作用下模型的主要破坏特征为轻质墙面板螺钉连接破坏;蒙皮普通墙体与钢板剪力墙共同抵抗水平剪力,提高了结构的抗震性能;随输入加速度峰值增大,结构的自振频率降低,位移响应及立柱应变提高;冷弯薄壁型钢梁-压型钢板覆水泥纤维板组合楼盖可判定为刚性楼盖;结构扭转响应较小;在8度多遇及8度罕遇地震作用下,结构最大层间位移角分别为1/505、1/100,满足规范规定的弹性及弹塑性层间位移角限值1/250及1/50的限值要求,多层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构具有良好的变形能力和抗震性能。
  
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  斜钢管混凝土柱框架-核心筒-伸臂桁架结构抗震性能研究

  成宇, 刘界鹏, 单文臣, 李江

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 12-23. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0633

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  为明确钢管混凝土(CFT)柱框架-核心筒-伸臂桁架混合结构的抗震性能,结合典型工程“青岛海天中心”,采用MARC有限元软件对该结构体系进行抗震性能分析。分别进行了多遇地震、设防地震及罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析。结果表明:设置斜CFT框架柱可有效控制结构顶点位移,罕遇地震作用下,最大顶点位移较直CFT框架柱结构的降低约76.6%;斜CFT柱使地震剪力由核心筒向框架转移,转移后的地震剪力更接近双重抗侧力体系的设计要求,即在多遇地震作用下框架部分至少承担结构总底部剪力的20%;同时,结构倾覆力矩的变化与剪力相反。设置斜CFT框架柱的结构可充分利用材料性能,在发挥相同抗侧力作用情况下能取得较好的经济效益。在此基础上,对结构进行基于增量动力分析(IDA)的地震倒塌易损性分析,确定了结构塑性发展路径为连梁、核心筒底部、框架柱底端、伸臂桁架。易损性分析结果表明,CFT框架柱斜置未对结构抗震倒塌安全储备产生不利影响,依然表现出优异的抗地震倒塌能力;结构变截面楼层部分的连梁和周围墙底塑性损伤最为严重,在设计中应对其进行加强。
  
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  钢管混凝土组合桁梁弯剪性能试验研究

  刘永健, 马印平, 周绪红, 王琨

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 24-35. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0600

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  钢管混凝土组合桁梁是由钢管混凝土桁架和混凝土板组成,既有桁架结构受力特征,又受板桁组合作用及节点力学性能影响显著,受力机理复杂,破坏模式多样化。为对钢管混凝土组合桁梁承载力进行研究,采用跨中单点加载模式对8榀不同截面形式、剪跨比及板桁连接方式的组合桁梁及桁架进行模型试验,对板桁组合作用、弹塑性阶段内力分布以及节点对整体力学性能的影响进行研究。结果表明:板桁组合作用可显著降低与之相连弦杆的应力水平,改变试件的破坏模式,提高结构承载力和抗弯刚度;将组合桁梁的上弦杆和混凝土板视为组合上弦杆后,其杆件轴力分布与铰接桁架模型吻合较好。依据试件的破坏模式、承载力,考虑板桁组合作用对组合桁梁承载力的影响,完善并验证了组合桁梁承载力简化计算方法,在不同弯剪加载模式下该方法预测的破坏模式均与试验结果相符,受弯及受剪承载力计算结果精度较高。
  
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  CU型双肢拼合CFS箱梁屈曲机制与受弯承载力计算方法

  陈朝晖, 陈冯逾, 幸佳杰, 石宇, 周绪红

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 36-46. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0647

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  通过静力试验、有限元模拟与理论分析,研究了CU型双肢拼合CFS箱梁翼缘板与腹板局部屈曲的耦合机制,分析了螺钉间距和加劲肋数量等对屈曲机制和承载力的影响,得到了CU型双肢拼合CFS箱梁受弯承载力的简化计算方法。研究结果表明:CU型双肢拼合CFS箱梁的整体失效机制为局部屈曲;螺钉间距较大(200、300 mm)时,翼缘板先于腹板屈曲,降低了对腹板的侧向约束,引起腹板屈曲与构件失效;螺钉间距较小(100 mm)时,腹板先于翼缘板屈曲,拼合箱梁承载力较高;螺钉间距每减少100 mm,CU型双肢拼合CFS箱梁受弯承载力可提高2.8%,但延性没有显著变化;设置加劲肋可直接增强腹板屈曲性能,提高拼合箱梁受弯承载力与延性;在纯弯段每增设1个加劲肋,CU型双肢拼合CFS箱梁受弯承载力可提高10%。建立了模拟上翼缘对腹板约束的弹性支承模型,基于广义变分原理和弹性板壳理论,推导了三边简支、一边弹性支承的腹板弹性临界屈曲应力,得到了用于计算CU型双肢拼合CFS箱梁受弯承载力的修正直接强度法,并与已有研究试验数据以及GB 50018—2002和AISI S100-16的计算结果进行对比,验证了修正公式的合理性。修正直接强度法平均相对误差绝对值为7.86%,修正的计算式可用于CU型双肢拼合CFS箱梁在局部屈曲控制下的受弯承载力计算。
  
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  考虑约束效应的Q460钢梁耐火性能研究

  王卫永, 丁勇

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 47-58. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0196

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  为获得Q460钢梁在约束效应和火灾耦合作用下的耐火性能,考虑荷载比和轴向约束刚度对钢梁耐火性能的影响,完成了3个约束Q460钢梁瞬态试验,得到了钢梁侧向位移、挠度和轴力与Q460钢梁温度的关系曲线。对约束Q460钢梁开展有限元分析,得到了荷载比、轴向约束刚度、转动约束刚度和截面高宽比对钢梁临界温度的影响规律。研究结果表明:约束Q460钢梁在横向荷载和附加轴力联合作用下,一般发生弯扭屈曲破坏;悬链线效应温度与临界温度相差不大;荷载比和转动约束刚度对约束Q460钢梁的临界温度影响显著;临界温度随转动约束刚度的增加而增加,转动约束刚度从无转动约束增大到5EI/L时,钢梁临界温度升高约34%,临界温度随荷载比的增加而降低,荷载比从0.4增大到0.9时,钢梁临界温度下降约26.5%;轴向约束刚度和截面高宽比对临界温度的影响程度较小,临界温度随轴向约束刚度的增大而降低,随截面高宽比的增大而升高。
  
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  装配式开孔加劲钢板组合剪力墙抗震性能研究

  杨远龙, 梁文涛, 于莹莹, 鲁光耀

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 59-70. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0646

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  为解决钢板组合剪力墙与建筑中的非结构部分连接问题,使钢板组合剪力墙在工程应用中更具有普适性,对一种采用内凹冲压件焊接对拉螺杆为连接件的开孔加劲双钢板组合剪力墙抗震性能进行研究。对9个开孔加劲钢板组合剪力墙进行拟静力试验,分析开孔布置形式、设置暗柱、轴压比等参数对构件承载力、延性、耗能等方面的影响。试验结果表明:开孔加劲钢板组合剪力墙均表现出压弯破坏模式,滞回曲线较为饱满,具有良好的延性和耗能能力;不同的开孔布置形式对墙体的承载力影响较小、对墙体延性影响较大;设置暗柱能够有效提高构件的承载力和延性;当轴压比由0.3增大到0.4,开孔加劲钢板组合剪力墙延性降低,但提高轴压比对其承载力影响不大。在试验研究基础上,对退化三线型恢复力模型进行改进,建立开孔加劲钢板组合剪力墙的骨架曲线和恢复力模型,由此模型得到的骨架曲线、滞回曲线和试验的吻合较好。
  
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  设置碟形弹簧的自复位梁柱连接受力性能研究

  王宇航, 杨林, 黄小刚, 冉峰峰, 唐艳, 田堃, 薛尚铃

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 71-80. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0502

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  为了降低框架结构的震后残余变形,降低结构震后维护成本,提出了设置碟形弹簧的梁柱连接,即弹性摩擦连接(resilient friction connector,简称RFC)。将RFC应用在梁端与柱连接形成弹性摩擦梁抗弯框架(resilient friction beam moment-resisting frame,RFB-MF)。基于RFB-MF的基本力学模型进行滞回曲线的理论预测;在ABAQUS软件中建立RFB-MF三维有限元模型验证其自复位性能;参数分析研究摩擦系数、螺栓预紧力、碟形弹簧刚度和坡口倾角对RFB-MF受力性能的影响。结果显示:RFB-MF的自复位性能显著,预测和模拟的滞回曲线都表现为“旗帜形”;初始刚度的模拟值约为预测值的50%;摩擦系数的改变对滞回曲线影响较小,当摩擦系数从0.14增加到0.20,初始刚度、第二刚度、启动力、临界力的增长率都小于20%;提高RFB-MF启动力的最有效方式为增大螺栓预紧力;第二刚度的大小与碟形弹簧刚度、坡口倾角呈正相关,与螺栓预紧力大小无关。
  
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  螺栓-盖板式模块间节点受力性能研究

  曹轲, 翟思源, 王卫永

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 81-93. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0623

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  为研究螺栓-盖板式模块间节点的承载性能与耗能性能,考察不同节点构造、不同螺栓孔型、不同加载方式对节点受力的影响,设计9个足尺螺栓-盖板式模块间节点进行单调加载和往复加载试验,获得节点受力变形特征,分析节点承载力、转动刚度、延性等性能指标,建立节点精细化有限元模型,经试验验证后进行参数分析,根据节点受力特点,给出螺栓-盖板式模块间节点屈服弯矩简化计算方法并进行了验证。结果表明:梁翼缘断裂或焊缝撕裂为节点的承载力控制破坏模式;模块间中节点的承载力和刚度值近似为角节点的2倍;往复加载下的节点延性有较大削弱;提出的槽孔式螺栓-盖板式模块间节点具有良好的承载性能和稳定的耗能能力,改善了多模块间拼接时的误差敏感性;提出的螺栓-盖板式模块间节点屈服弯矩简化计算方法,能够准确计算该类模块间节点的屈服弯矩。
  
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  T形截面多腔式钢管混凝土柱-U形截面钢混凝土组合梁竖向肋板式框架节点抗震性能研究

  成宇, 杨远龙, 刘界鹏, 周启鹏

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 94-106. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0605

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  为解决外环板外露和内环板影响混凝土浇筑的问题,在钢管混凝土异形柱和U形截面钢混凝土组合梁框架结构中增加竖向肋板节点构造,对6个缩尺比为1:2的T形截面多腔式钢管混凝土柱-U形截面钢混凝土组合梁节点试件进行低周往复试验,得到了试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线以及弯矩-转角曲线,分析了节点核心区剪切变形、延性、耗能能力和应力分布规律。试验研究表明,竖向肋板节点的破坏模式为梁端塑性铰破坏,滞回曲线较为饱满,耗能能力良好,满足欧洲EN 1993-1-8中对于无支撑框架刚性节点的要求。建立了钢管混凝土异形柱与U形截面钢混凝土组合梁节点的精细化有限元模型,该模型对节点荷载-位移曲线以及关键部位的破坏形态均能较为准确地预测,并在此基础上进行了节点承载力及节点刚度参数分析,分析结果表明提高U形钢板厚度能明显提高节点承载力。为保证竖向肋板连接节点达到刚性节点要求,建议竖向肋板翼缘外高度、翼缘内高度、肋板厚度以及肋板与梁翼缘间连接长度分别不应小于U形钢梁宽度的60%、20%、100%以及150%。
  
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  高强耐候钢承压型螺栓连接受力性能试验研究

  聂诗东, 李静尧, 孙小华, 程正航, 杨波, 王辉, 陈振业

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 107-118. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0643

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  为研究高强耐候钢承压型螺栓连接的受力性能、影响因素及规范计算公式的适用性,对23个高强耐候钢螺栓连接的受力性能进行静力拉伸试验研究和数值模拟,研究端距、边距、螺栓间距和螺栓预紧力对连接破坏模式、承载力和变形能力的影响,确定了高强耐候钢承压型螺栓连接的破坏模式界限。结果表明:破坏模式受边距e₂和端距e₁共同影响,随着e₁/d₀(d₀为孔径)的增加,e₂/d₀≤2.0和e₂/d₀>2.0的连接(有限元模型)芯板破坏模式分别由撕裂破坏转变为净截面破坏、由剪出破坏逐渐转变为撕裂破坏;承压应力系数均随e₁/d₀的增加而增加,根据边距不同,增加到某一水平后趋于平稳,双螺栓连接间距与承压应力系数正相关;GB 50017—2017《钢结构设计标准》中对于高强耐候钢螺栓连接承压承载力预测偏保守,ANSI/AISC 360-16 中不考虑螺栓孔变形时对应的计算承载力与试验和有限元分析结果最为接近;撕裂破坏与剪出破坏端距边距比界限值在0.72~0.79之间,而撕裂破坏和净截面破坏之间的界限值则在1.26~1.57之间。
  
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  火灾后Q690高强钢超低周疲劳性能研究

  薛暄译, 王斐, 石宇, 王卫永

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 119-128. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0631

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  为评估经历火灾的钢结构剩余抗震性能,需要明确火灾后结构钢材超低周疲劳性能。以受火温度、冷却方式和疲劳应变幅为变量,对23组高温后的Q690高强钢进行了超低周疲劳试验,获得了高温后Q690高强钢的疲劳寿命和循环应力-应变曲线。在此基础上,分析了Q690高强钢的超低周疲劳性能以及耗能能力,讨论了火灾后Q690高强钢的超低周疲劳破坏形态,并对其微观金相组织进行了观测,讨论了微观组织对超低周疲劳性能的影响。结果表明:高温后Q690高强钢仍具有良好的耗能能力,其循环应力-应变曲线呈现出饱满的梭形;经历600 ℃后自然冷却可以起到回火的效果,使Q690高强钢的疲劳寿命较常温的提高了23.4%;经历900 ℃高温后,冷却方式对Q690高强钢的峰值应力影响显著,浸水冷却的Q690高强钢的峰值应力是自然冷却的1.77倍;高温后Q690高强钢金相组织发生变化并影响其超低周疲劳性能;除经历900 ℃浸水冷却的Q690高强钢外,断口可以观察到明显的疲劳源、疲劳弧线和瞬断区,疲劳应变幅的增加使疲劳弧线间距增大。
  
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  考虑屈曲影响的复合钢筋低周疲劳性能研究

  华建民, 王斐, 薛暄译, 丁子恒, 黄乐鹏

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 129-137. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0634

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  当钢筋混凝土结构承受地震作用时,关键部位的纵向钢筋易发生屈曲进而加速发生疲劳破坏。为评估屈曲对复合钢筋低周疲劳性能的影响,开展4种长细比的复合钢筋低周疲劳试验,获得其应力-应变滞回曲线。在此基础上,分析屈曲对复合钢筋滞回曲线形态、应力应变性能及耗能能力的影响。通过OpenSees实现了考虑屈曲影响的复合钢筋低周疲劳性能的数值模拟。结果表明:当复合钢筋长细比大于9时,滞回曲线明显捏拢;峰值压应力随加载圈数增加呈下降趋势,应变幅增加显著提高峰值压应力的下降速率;屈曲降低滞回环的耗能能力和复合钢筋的疲劳寿命,对复合钢筋的疲劳性能产生较大的不利影响;提出的数值分析模型可以有效地模拟屈曲引起的峰值拉压应力不对称的特性。
  
钢结构
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  翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架抗震性能试验研究

  姜子钦, 牛子尧, 张爱林, 康轶涛, 杨晓峰

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 138-147. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0754

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  为实现震后快速修复,提出一种翼缘盖板外置型可恢复功能装配式钢框架,由带悬臂梁段圆钢管柱、中间梁段及两者之间的梁柱节点连接装置组成。该框架拟通过节点域翼缘盖板的塑性变形或滑移进行耗能,从而确保梁柱等主要构件保持弹性,实现框架的震后快速修复。通过对4榀框架的低周循环荷载试验,分析框架的承载能力和破坏模式、研究翼缘盖板厚度、单侧螺栓列数、初始残余变形以及加载制度等因素对框架抗震性能的影响规律。结果表明:提出的装配式钢框架具有良好的承载能力和耗能能力,加载过程中框架的塑性损伤主要集中在翼缘盖板,具备震后快速修复的必要条件;经过多次修复且带有残余变形的钢框架极限荷载较原框架降低约0.1%,总耗能量降低约1.08%,仍然具有良好的承载与耗能能力;钢框架平均单次加载循环耗能量降低约0.8%,低周疲劳性能稳定,具有良好的抵御余震能力。
  
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  受弯钢构件基于曲率的延性评价指标研究

  张谨, 舒赣平, 杨栋, 杨律磊

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 148-159. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0142

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  钢构件的变形评价是钢结构抗震性能化设计中的重要内容。目前已有标准中通常采用弦转角作为受弯构件的变形评价指标,但该指标主要适用于集中塑性铰模型,且计算时需考虑构件受力与边界条件,应用不便。对于应用日益广泛的分布塑性区模型和纤维模型,曲率更易提取且计算方便,但相关延性评价指标研究尚不充分。以H形截面受弯钢构件为研究对象,提出更易于应用的基于曲率的延性评价指标,即曲率延性系数。通过9个截面等级为S1~S4级的典型试件循环加载试验,以及154个考虑截面翼缘宽厚比、腹板高厚比和截面高宽比等参数的有限元模型,研究了受弯构件在循环荷载作用下,不同因素对曲率延性系数的影响,并通过回归分析提出了曲率延性系数的计算式。根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》的受弯构件截面等级分类,确定了各等级截面受弯构件曲率延性系数限值。研究结果表明:截面翼缘宽厚比与腹板高厚比均对构件曲率延性系数产生影响,且两者相互耦合;对截面等级S1~S4的受弯钢构件,采用回归分析提出的曲率延性系数经验计算式得到的计算结果与试验和有限元分析结果均有较高的吻合度;确定的不同截面等级的曲率延性系数限值,可用于弹塑性分析中判断构件的延性需求。
  
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  不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴面内稳定性能研究

  冉红东, 简良雄, 马云美, 孙瑶

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 160-171. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0004

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  为研究S30408(EN1.4301)不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴的面内稳定性能,对18个中长柱进行偏心加载试验,分析其绕弱轴的失稳破坏模态和面内稳定承载力。试验前测量试件初始几何缺陷、荷载初偏心及截面残余应力分布。采用有限元软件ABAQUS建立不锈钢热轧槽钢压弯构件有限元模型,经与试验结果对比验证后开展参数分析,研究了初始几何缺陷及纵向残余应力对不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴面内稳定性能的影响。基于试验及有限元分析结果对现行规范CECS 410: 2015《不锈钢结构技术规程》(简称规范)设计方法进行评估,并提出了改进设计建议。研究结果表明:中长柱的破坏模态均为绕弱轴整体弯曲失稳;按照规范计算得到的不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴面内稳定承载力较试验值总体偏于保守,对于试验及有限元分析结果与规范公式计算结果比值,正偏心工况下为1.31,负偏心工况下(弯矩作用使槽钢翼缘肢尖受拉)为1.21且部分试件偏于不安全;改进的设计方法能较合理地预测不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴的面内稳定承载力,对于试验及有限元结果与改进设计方法计算结果比值,正偏心工况下为1.07,负偏心工况下为1.05。
  
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  大宽厚比H形截面短柱轴压性能研究

  程欣, 史晓鹏, 王宇航

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 172-185. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0179

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  针对大宽厚比H形截面轴心受压构件,目前中国GB 50017—2017中尚未形成完整的设计方法,而在欧洲EN 1993-1-1和美国ANSI/AISC 360-16中未能充分考虑板件相关作用的影响。为确保此类构件在工程应用中的安全性,探讨以上规范计算方法的适用性,针对12个大宽厚比,即宽厚比超出GB 50017—2017板件宽厚比限值的H形截面短柱,开展了轴压试验研究,基于试验结果进行了有限元分析。研究结果表明:翼缘与腹板间的约束作用在不同宽厚比组合下存在差异,直接影响板件的屈曲荷载,进而影响构件的承载力;通过调整翼缘与腹板宽厚比组合,大宽厚比H形截面轴心受压短柱有较高的屈曲后承载力,甚至可以达到全截面塑性承载力;根据板件宽厚比相对大小不同,峰值荷载后大宽厚比H形截面轴心受压短柱荷载-位移曲线可分为有、无陡降段两种类型;通过有限元分析,得到了宽厚比对H形截面轴心受压短柱承载力的基本影响规律,提出了考虑板件相关作用的受压截面分类宽厚比限值;通过对不同规范轴心受压构件承载力计算结果的对比,发现欧洲EN 1993-1-1和美国ANSI/AISC 360—16对H形截面轴心受压短柱承载力的计算结果偏于不安全。
  
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  双片角钢X形支撑抗震性能研究

  冉红东, 张晨, 马云美

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 186-198. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0720

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  为研究双片角钢X形支撑的抗震性能,对5个1/3缩尺试件进行水平往复加载试验,分析单肢长细比(34.5~86.2)和支撑夹角(35°、45°及55°)对双片角钢X形支撑滞回性能的影响。试验结果表明:在满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计要求的情况下,双片角钢X形支撑单肢长细比越大,双肢共同工作能力越差,而单肢长细比对其承载力、刚度和耗能能力影响较小;减小支撑夹角能提高支撑的承载力和抗侧刚度,但承载力退化更快,且疲劳断裂更早发生。采用经试验验证的有限元模型研究了支撑长细比、角钢宽厚比等参数对支撑抗震性能的影响。综合分析有限元和试验结果发现,设计双片角钢X形支撑时不应忽略压杆的承载力贡献,且支撑长细比对压杆屈曲后性能影响较大。提出了适用于双片角钢X形支撑的承载力和压杆卸载系数计算式,承载力计算结果较GB 50017—2017《钢结构设计标准》中计算结果提高了9.2%~43.0%,偏于安全。基于修正后压杆卸载系数,得到此类支撑考虑压杆卸载影响的抗拉承载力计算式,计算结果与试验结果比值介于0.83-0.90之间,可准确且安全地预测双片角钢X形支撑的抗拉承载力。
  
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  轴拉荷载下内外法兰连接屈服承载力试验研究

  陈勇, 牟文鼎, 郭勇, 沈国辉, 王激扬, 李育涵

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 199-211. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0187

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  为研究超高钢管输电塔内外法兰连接在轴拉作用下内外圈螺栓力的分布规律及内外法兰连接屈服承载力计算方法,对10个具有不同参数的内外法兰连接试件进行了轴向拉伸试验;利用经试验验证的有限元模型,进行了外、内圈螺栓力比值(螺栓力比值η)的参数敏感性分析;将内外法兰连接等效为弹性转动约束梁提出了力学模型和螺栓力比值的理论计算式。试验结果表明:内圈和外圈的螺栓力并不相等,法兰连接屈服承载力小于内外圈螺栓屈服承载力之和;在弹性阶段,内外法兰连接的螺栓力比值保持不变;在弹塑性阶段,内圈和外圈的螺栓力随外荷载增加趋于一致。参数敏感性分析和试验结果均表明,螺栓力比值随螺距比、螺栓数量、法兰板厚度和钢管径厚比的增加而单调增加。是否考虑内外螺栓力不等所得的屈服承载力之比的最小值为0.8。螺栓力比值理论计算式很好地阐释了试验及参数敏感性分析获得的螺栓力比值随参数变化的规律,计算结果与试验和有限元结果吻合良好。由62 382个内外法兰连接模型的有限元计算结果与理论结果之比的均值为1.0,变异系数为1.3%,螺栓力比值理论计算式适用于钢管径厚比为40~100的内外法兰连接。
  
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  负载下环口板焊接加固T形钢管相贯节点试验研究

  常鸿飞, 李照伟, 任腾龙, 宋心怡, 夏军武, 安爱臣

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 212-221. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0092

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  负载下焊接加固将对大跨度建筑和钢桥的安全产生影响。为研究负载及焊接高温在加固过程及加固后对钢管节点的影响,完成4个焊接环口板加固T形圆钢管节点的轴压试验,实测了节点在负载焊接加固全过程的温度、位移及应变演化规律,分析焊接高温和负载对节点破坏模式、荷载-变形曲线、受压承载力等的影响。试验结果表明:主管负载受压会降低节点承载力,0.37的主管初始应力比可使节点受压承载力下降16%;焊接温度场具有局部高温和快速衰减的特征,其局部瞬时升温最高可达1 808 ℃,并在约3.1 cm×1.7 cm的椭圆形范围内衰减至600 ℃,钢材的局部软化效应不明显;负载不影响焊接温度场,焊接及冷却过程中的热胀冷缩则会影响节点的应变分布和残余变形;负载及焊接高温均未改变节点的破坏模式。基于试验结果,考察了现有规范负载折减系数对于负载下焊接加固钢管节点的适用性,结果表明,GB 51367—2014《钢结构加固设计标准》中规定的负载承载力折减系数偏于安全。
  
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  高温下(后)10.9级高强螺栓蠕变性能研究

  陆尧亮, 姜健, 蔡文玉, 陈伟, 叶继红

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 222-234. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0139

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  高强螺栓作为钢结构连接中重要的受力部件,应力水平高,高温下易产生蠕变,会导致连接节点发生大变形而破坏,影响整体结构抗火性能。为此,对10.9级高强螺栓在高温下和高温后的蠕变行为进行试验研究,通过DIC测量方法获得不同温度和应力水平下螺栓的蠕变曲线;对破坏的10.9级高强螺栓进行电镜扫描,研究其断口微观形貌和破坏机理;基于试验数据提出了高强螺栓的高温蠕变模型,并针对T形节点抗火性能进行参数分析。研究表明:高温下高强螺栓的蠕变显著,蠕变应变与温度和应力比正相关,但高温后蠕变现象不明显;高温后高强螺栓断口呈杯口状,具有脆性沿晶断裂特征,而高温下螺栓颈缩明显,呈塑性穿晶断裂特征;Field & Field蠕变模型适用于表征高强螺栓高温蠕变性能,温度、荷载和持时是影响高强螺栓高温蠕变的主要因素,螺栓蠕变对钢节点抗火性能影响较大,不考虑蠕变影响偏不安全。
  
基础理论与共性技术
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  隔震结构子结构实振型分解反应谱方法

  李世渊, 谭平, 杨奎, 王静辉

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 235-245. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0704

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  隔震结构的阻尼分布具有典型的非比例阻尼特性,因此经典实振型叠加反应谱法已不再适用,而现有隔震结构振型叠加反应谱法存在着计算精度低或计算复杂等缺点。为提高计算精度和效率,提出基于实振型分解的隔震结构子结构反应谱方法。采用隔震结构剪切型模型,给出结构矩阵的解析表达式,考虑人工地震动和天然地震动工况,对比分析非线性时程分析方法的计算结果,验证子结构反应谱法在隔震结构地震响应分析中的有效性。研究结果表明,隔震结构子结构实振型反应谱方法可提高隔震结构地震分析结果的计算精度,与非线性时程分析结果相比,上部结构层间位移最大相对偏差为13.64%,实振型分析计算简单,更便于工程设计人员应用。采用强迫解耦反应谱法会严重低估上部结构响应,与非线性时程分析结果相比,上部结构层间位移最大相对偏差可超过70%。
  
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  基于MSVAR模型和DPC聚类的钢管混凝土柱脱黏识别方法研究

  曹晖, 李豪

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 246-253. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0069

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  为准确识别钢管混凝土柱的脱黏,考虑脱黏削弱混凝土与钢管的界面效应,从而导致钢管混凝土柱非线性振动特性减弱的原理,提出了基于MSVAR模型和DPC聚类的脱黏识别方法,通过在钢管混凝土柱表面沿纵向布置测点采集锤击下的自由振动加速度信号,采用MSVAR模型对加速度信号的非线性特性进行分析,并采用信息熵对其进行量化,通过DPC聚类技术找到准确的信息熵中心点(即非线性系数),反映钢管混凝土柱沿纵向的非线性程度变化。对5个不同脱黏状态的钢管混凝土柱进行锤击激励下的振动试验,得到钢管混凝土柱各测点的加速度非线性系数。试验结果表明:非线性系数沿柱高从上至下单调增大,离支座越近,非线性系数越大;非线性系数斜率比能用于识别脱黏,对于混凝土密实柱,非线性系数斜率比在1.0附近波动;对于存在脱黏柱,非线性系数斜率比远远偏离1.0;当从柱脱黏区域进入非脱黏区域,非线性系数斜率比远大于1.0,反之则远小于1.0。对某在建工程钢管混凝土柱进行现场实测,分析结果表明,基于MSVAR模型和DPC聚类分析得到的加速度非线性系数可准确反映柱的非线性分布规律。
  
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  非平稳非高斯激励下线性结构响应统计量的高阶分析方法

  盛向前, 范文亮, 李正良

  建筑结构学报. 2023, 44(06): 254-262. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0323

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  传统随机振动中最为常用的以频域分析方法为基础的时-频域分析方法,对于非平稳非高斯激励下结构随机振动分析尚无行之有效的解决途径。为此,通过推导的非平稳随机激励的高阶矩谱表达式,提出非平稳非高斯激励下线性结构响应时变高阶矩谱的计算方法,并结合圆频率的离散值和时域显式法,给出结构响应高阶矩谱的高效计算方法,并通过4层平面框架结构和6层三维框架结构将建议方法与时域数值模拟结果进行对比。研究结果表明:建议的高阶分析方法能够准确地计算线性结构在非平稳非高斯激励下响应的高阶矩谱和时变高阶矩;相比于时域数值模拟法,该方法计算结果比较稳定且不受样本随机性的影响,同时,建议方法的计算耗时远小于时域数值模拟法;在非高斯激励下,6层三维框架结构相比于4层平面框架结构,其响应的非高斯特性更加明显;6层三维框架结构在非高斯激励作用下,其剪力的非高斯特性最明显,位移的非高斯特性次之,弯矩的非高斯特性最不明显。