建筑结构学报

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丛阳, 余丁浩, 李钢, 董志骞, 张晗, 王睿

建筑结构学报. 2023, 44(07): 1-14. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0155

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相较于普通单体结构,城市综合体具有更丰富的功能组成和更复杂的功能失效过程,合理量化不同层级和空间区域的功能损失是评估抗震韧性水平的关键。为此,开展城市综合体功能失效过程分析,根据此类结构的“级联”式功能失效特点,提出了一种逐级计算功能损失的抗震韧性评估方法。该方法以功能相关性为依据,分别采用故障树模型和加权求和方法计算局部支撑系统功能损失,建立基于支撑系统的多层级加权计算模型,并结合场地条件限制下的修复时间计算方法和线性功能恢复路径,建立功能恢复评估模型。最终建立基于蒙特卡洛模拟的抗震韧性评估流程。将该方法应用于某城市综合体,计算结果表明:支撑系统的相关性对功能损失存在较大影响,电力、供水和空调通风系统易产生严重功能损失;塔楼中上部是功能的易损部位,结构修复阶段耗时较长;所提出的方法可实现多层级功能损失的逐级精细评估。

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双向地震作用对可液化倾斜场地-桩基-结构地震响应的影响研究

苏卓林, 贾科敏, 许成顺, 豆鹏飞, 张小玲

建筑结构学报. 2023, 44(07): 15-26. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0098

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为研究水平竖向双向地震作用对倾斜液化场地-桩基-结构体系地震响应的影响,基于Biot多孔介质理论,将饱和砂土模拟为固液完全耦合的两相介质,采用多屈服面塑性本构模型模拟饱和砂土的地震响应,在OpenSees软件中建立了可液化倾斜场地-桩基-桥梁结构体系有限元模型,并与已经完成的液化倾斜场地-群桩基础-上部结构体系大型振动台试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性。在此基础上,建立了典型液化倾斜场地-桩基-桥梁结构体系的数值模型,探讨了水平单向和水平竖向双向地震作用下体系的地震响应规律。结果表明:相比水平单一方向地震输入,水平竖向地震耦合作用时,可液化土的孔隙水压力震荡强烈,可液化层土体的侧向永久位移明显增加,尤其是在饱和砂土中上层的位置;水平竖向双向地震作用下,桩的破坏更显著且易损伤位置增多,桩基峰值曲率最大可增加128%,可液化层中部的桩身侧向位移增加约30%;此外,增加桩的配筋率可以有效限制土体侧向位移从而降低桩的破坏程度;竖向地震作用增大了上部结构的惯性效应,使得桥墩墩底峰值曲率增大约100%,加剧了桥墩墩底的损伤程度。因此,在液化倾斜场地中桩基础的抗震设计时应考虑竖向地震作用的影响。

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弹性半空间场地辐射阻尼影响下结构模态阻尼比实时耦联动力试验

谭晋鹏, 潘旦光, 王立军, 丁昊, 付相球, 王进廷

建筑结构学报. 2023, 44(07): 27-36. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0159

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为进行弹性半空间场地下结构动力特性的试验研究,提出以Fourier谱幅值与频率成反比、带通的平稳随机荷载作为实时耦联动力试验的激励;建立了综合运用经验小波变换(EWT)、随机减量法(RDT)和Hilbert变换进行实测结果的模态参数识别技术;土-结构相互作用体系中土体采用数值子结构模拟,地上结构采用物理子结构。对钢结构模型采用三种不同配重分别进行刚性基础和土-结构相互作用的模态参数识别试验,结果表明,所提平稳荷载激励下的实时耦联动力试验具有良好的稳定性;试验数据经EWT和RDT可得标准的自由振动信号,较好识别了体系的动力特性。因此,所提的试验和参数识别方法合理。刚性基础下框架结构的各阶模态阻尼比基本相同,且与结构的自振频率无关;在弹性半空间辐射阻尼的影响下,结构模态阻尼比远大于刚性基础下的阻尼比,且与结构的自振频率相关。

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基于IDA方法的矩形装配式地铁车站结构地震易损性评价

陈晋男, 杜修力, 许成顺, 刘洪涛, 蒋家卫, 刘迪

建筑结构学报. 2023, 44(07): 37-46. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0189

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为了评估装配式地下结构的抗震性能,加快其在地下工程中的推广应用,提出了装配式地铁车站结构抗震性能指标限值的标定方法,基于动力增量分析方法建立了不同类别场地内两层三跨装配式地铁车站结构的地震易损性曲线,并对其不同性能状态的损伤概率进行了评估。分析结果表明:地震动特性和场地类别对装配式地铁车站结构的动力响应有显著影响,场地等效剪切波速越低,地震动特性对结构的影响越显著且结构越容易遭受地震破坏;9度抗震设防地面峰值加速度为0.4g时,该结构埋置于Ⅰ类场地时仅有6.7%的概率出现破坏且为轻微破坏;于Ⅱ类场地发生轻微破坏的概率为26.3%,超越轻微破坏的概率为3.8%;Ⅲ类场地中结构以轻微破坏和中等破坏为主,概率分别为42.1%、20.5%,超越中等破坏的概率为10.8%。同时,给出了两层三跨装配式地下结构的地震易损性曲线和地震损伤概率表,可以快速评价该类型地下结构抗震性能。

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一体化轻型墙板全螺栓装配式钢框架抗震性能试验研究

樊敏, 郭宏超, 李慎, 王华强, 杨大渭

建筑结构学报. 2023, 44(07): 47-58. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0143

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为研究外挂保温装饰一体化轻型墙板全螺栓装配式钢框架的抗震性能,对3榀单层单跨1∶2缩尺钢框架进行拟静力试验,考虑外挂保温装饰一体化轻型墙板与节点形式对钢框架性能的影响,分析了钢框架的破坏模式、承载力、刚度、延性、耗能能力及全场应变分布,并对钢框架内力进行计算。结果表明:一体化轻型墙板使钢框架的承载力仅提高1.17%,初始刚度提高1.83%,位移延性系数降低0.91%,耗能能力提高26.53%,梁端塑性铰处全场应变呈带状分布;层间位移角为0.02 rad时,钢框架承载力退化系数仍大于0.9,具有较高安全储备;相对于外伸端板连接,L型件连接可使钢框架屈服荷载提高13.62%,峰值荷载提高11.26%,能够将塑性铰外移,扩大塑性铰范围,提升钢框架耗能能力;外挂墙板对钢框架受力性能的贡献较小。

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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拟静力试验研究

邱灿星, 刘家旺, 杜修力

建筑结构学报. 2023, 44(07): 59-69. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0025

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为检验设置形状记忆合金(SMA)滑动摩擦阻尼器(shape memory alloy slip friction damper,SMASFD)的自复位摇摆柱的滞回性能,对其开展了拟静力试验研究。对摇摆柱的关键部件,即镍钛SMA螺栓和变摩擦斜面,分别开展了试验研究。设计并加工了缩尺比例为1∶2的摇摆柱试件并开展拟静力试验。试验结果表明:摇摆柱展现出了预期的柱底转动张开变形模式,试验结束后阻尼器和柱身均恢复至初始位置,并且各部件均未产生损伤;该自复位摇摆柱具有对称的“旗帜形”滞回曲线,力学性能稳定,自复位性能优越,并具备一定的消能能力。摇摆柱的弯矩-位移角关系的理论公式计算结果与试验结果吻合良好,可较好地预测摇摆柱在各阶段的力学特征。在ABAQUS和OpenSees中分别建立了精细化模型和高效计算模型,模型分析结果与试验结果吻合较好。

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压-弯-剪-扭复合受力下空腹式角钢骨架混凝土柱抗震性能试验研究

陈宇良, 吉云鹏, 陈宗平

建筑结构学报. 2023, 44(07): 70-79. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0086

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为研究压-弯-剪-扭复合作用下空腹式角钢骨架混凝土(OTSRC)柱的抗震性能,以扭弯比、轴压比、剪跨比、腹杆配箍率和保护层厚度为试验参数,完成了10根OTSRC柱的压-弯-剪-扭低周反复加载试验。观察OTSRC柱在复合受扭状态下的破坏特征,分析各参数对其滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能、刚度退化等抗震指标的影响规律。结果表明:随扭弯比增大,OTSRC柱依次发生弯曲破坏、弯扭破坏、扭转破坏;剪跨比减小后,破坏形态由弯扭破坏转变为剪扭破坏;OTSRC柱的扭矩-扭转角滞回曲线存在明显的捏缩现象,荷载-柱顶位移滞回曲线为饱满的梭形;扭弯比由0.42增至∞时,OTSRC柱的受扭承载力提高146.8%,其抗扭刚度退化减慢,抗弯刚度退化加快;增大腹杆配箍率对OTSRC柱的变形性能影响较小;OTSRC柱的受弯耗能能力优于受扭耗能能力,因此其在复合受扭状态下易发生扭转破坏;在压-弯-剪-扭复合受力状态下,为保障OTSRC柱的层间位移角满足设计要求,剪跨比应不小于2.5。

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钢-超轻质高韧性橡胶集料混凝土双层夹芯组合板抗多次冲击性能

黄振宇, 张维, 李任

建筑结构学报. 2023, 44(07): 80-92. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0755

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钢板-混凝土夹芯组合结构可以充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能,在冲击荷载下表现出优异的抗冲击性能。采用研发的超轻质高韧性混凝土(ULHDCC)中掺入橡胶粉制备超轻质高韧性橡胶集料混凝土(RULHDCC),并提出采用混合剪力连接件的多层钢板-混凝土夹芯结构,分别从材料和结构角度提升组合板抗冲击性能。通过落锤冲击试验研究发现,夹芯组合板在多次冲击荷载下表现出明显的冲切破坏模式。参数分析表明:采用双层夹芯板和混合剪力连接件可降低结构的冲击破坏程度;增大连接件间距和橡胶粉掺量能提升结构的耗能能力。采用LS-DYNA有限元分析软件对双层组合板的落锤冲击试验进行数值模拟,将多个落锤从不同间隔高度同时下落冲击组合板来模拟多次冲击作用,该方法能够较好地预测多次冲击下夹芯组合板的动力响应。

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深水桥墩地震响应离心振动台试验及数值模拟

梁发云, 袁周驰, 梁轩

建筑结构学报. 2023, 44(07): 93-104. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0125

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为研究地震作用下深水桥墩的动力特性及动水压力分布规律,分别针对圆形截面桥墩和矩形截面桥墩开展了不同水深条件的离心振动台模型试验。将桥梁上部结构简化为质量块,桥墩固定在层状剪切箱底部,同时设计了侧限挡板,使得在激振过程中,只有桥墩底部发生相对运动,而水体保持相对静止。采用白噪声和4条具有不同频谱成分的地震波进行激振,并在此基础上开展数值模拟,验证动水附加质量方法是否适用于深水桥墩的动力响应分析。研究表明:水深增大后桥墩的模态频率明显减小,而桥墩模态阻尼略微增大;动水压力对桥墩地震响应的影响规律与地震波频率分布特征和深水环境下桥墩模态频率相关;试验测得的动水压力和桥墩表面的加速度呈现高度线性相关,且基本与荷载频率和桥墩的运动形式无关;试验与数值分析结果表明,动水附加质量方法能够较好地模拟地震引起的动水效应。

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高轴压比方形钢管混凝土柱-组合梁单边栓连刚接节点抗震性能试验研究

丁发兴, 卫心怡, 潘志成, 王莉萍, 雷建雄, 陈俊, 胡明文, 杨建

建筑结构学报. 2023, 44(07): 105-115. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0015

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为解决方形钢管混凝土柱-组合梁栓连节点在地震作用下存在的安全隐患,通过开展9个端板螺栓连接和3个加强环刚性连接钢管混凝土柱-组合梁节点组合体的水平低周往复荷载作用试验研究,分析拉筋、轴压比、梁高、加劲肋、连接方式对节点破坏形态、滞回耗能、骨架曲线、刚度退化、受弯承载力、延性系数等抗震性能的影响。试验结果表明:3种轴压比(0.2、0.6、0.8)下,由于柱内拉筋“强柱”构造对上述节点核心区及柱端的加强约束作用,节点均表现为梁端弯曲破坏,避免了高轴压比0.8时无拉筋的普通节点出现柱端压弯破坏的现象;拉筋“强柱”构造下的螺栓节点,在增设加劲肋或增大梁高等“强梁”构造后,其滞回曲线更饱满,提高了初始转动刚度、受弯承载力和耗能能力,避免了普通螺栓节点滞回曲线捏拢和滑移、骨架曲线下降段明显、刚度和承载力衰减迅速等现象;“强柱强梁”构造后的螺栓节点与“强柱”构造后的焊接加强环节点相比,初始转动刚度和受弯承载力相同,且抗震性能更好,所提出的栓连刚接节点技术可实现焊接加强环节点的抗震效果。

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CFRP-钢复合约束海洋混凝土柱轴压性能试验研究及承载力计算

陈宗平, 庞云升, 许瑞天, 周济

建筑结构学报. 2023, 44(07): 116-128. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0102

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为研究CFRP-钢复合约束海洋混凝土柱轴压性能,以CFRP的粘贴位置与粘贴层数为变化参数,设计了18根柱进行轴心受压试验。观察了轴压柱的受力破坏过程及形态,获取了荷载-位移全过程曲线,通过受力全过程的破坏形态、荷载-变形曲线、刚度退化、延性等对CFRP-钢复合约束海洋混凝土柱轴压性能进行分析。基于双剪统一的厚壁圆筒理论提出了该类CFRP-钢复合约束海洋混凝土柱的轴压承载力理论计算式。结果表明:CFRP-钢复合约束海洋混凝土柱的最终破坏形态与CFRP粘贴的位置明显相关,未粘贴内壁CFRP布的轴压柱最终呈腰鼓向剪切破坏过渡状态,而粘贴有内壁CFRP布的轴压柱则呈剪切破坏;轴压柱的承载力与CFRP层数呈正相关,随CFRP层数的增加,轴压柱的承载力平均提高率分别为7.3％、20.7%、33.4%,相同层数下,内壁粘贴CFRP的轴压柱承载力更高;轴压柱初始弹性刚度与CFRP粘贴的层数及位置关联较小,而当不考虑轴压柱腐蚀问题时,在减缓轴压柱刚度退化速率的效果上,内壁粘贴CFRP布的作用优于外壁粘贴CFRP;轴压柱延性随CFRP层数的增加总体呈明显下降趋势,与CFRP粘贴的位置关联较小;所提出轴压承载力计算式的计算结果与试验结果吻合较好,验证了其准确性。

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双钢管混凝土轴压短柱受力性能研究

史艳莉, 李校孝, 王文达, 纪孙航

建筑结构学报. 2023, 44(07): 129-141. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0057

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为研究双钢管混凝土构件轴压性能,完成20根圆形和方形截面双钢管混凝土(CFDT)短柱的轴压试验研究,考察内钢管含钢率、截面形式及外钢管径(宽)厚比对该类构件破坏形态、承载力及延性的影响,同时进行2根钢管混凝土(CFST)轴压短柱的对比试验。试验结果表明:在CFST短柱中内置圆钢管可以显著提高短柱的承载力,且在一定程度上可以避免短柱发生斜剪破坏;CFDT短柱的承载力随着内钢管含钢率和外钢管径(宽)厚比的增大而增加,内钢管相同时,圆形截面CFDT短柱较方形截面CFDT短柱表现出更好的承载能力;两种截面CFDT短柱均展现出良好的延性,圆形和方形截面CFDT短柱峰值荷载点后的荷载平均最大下降幅度分别为2.9%和11.9%。通过有限元软件ABAQUS建立CFDT轴压短柱的数值模型对试验结果进行模拟,模拟荷载-变形曲线与试验结果吻合良好,并基于该模型对典型构件的荷载-变形全过程曲线、相互作用力发展及截面应力分布进行分析,结果表明核心混凝土受到内外钢管的双重约束作用。同时,基于叠加原理和相关规范中CFST短柱轴压承载力的计算公式,对比讨论了两种截面CFDT短柱轴压承载力的计算方法,并提出适用于计算圆、方截面CFDT短柱承载力的简化计算式,该计算式有较好的计算精度。

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开槽密拼混凝土叠合板受力性能试验研究

杨悦, 姜雪蔚, 聂鑫, 王凇晗, 吴斌

建筑结构学报. 2023, 44(07): 142-151. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0120

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开槽密拼混凝土叠合板的预制板无外伸钢筋,通过开槽密拼构造连接,在槽口内放置附加钢筋再后浇混凝土可形成板间的有效传力;该构造形式能够有效解决装配式混凝土结构中预制构件外伸钢筋冲突的难题。为了研究开槽密拼混凝土叠合板的受力性能,共设计3个叠合板试件,研究开槽密拼混凝土叠合板的破坏模式、荷载-位移发展规律、承载力、刚度以及变形能力。结果表明:在正常使用状态下,相比于无拼缝混凝土叠合板,开槽密拼混凝土叠合板的刚度、屈服荷载和荷载-位移发展规律与其基本一致;在极限状态下,由于拼缝处叠合面的分离,导致开槽密拼混凝土叠合板的极限荷载以及变形能力有所下降,但仍满足设计需求;此外,增强附加钢筋的端部锚固可以进一步提升开槽密拼混凝土叠合板的承载力。给出了开槽密拼混凝土叠合板的受弯承载力与抗弯刚度计算方法,并结合典型工程案例对该结构的实用性展开分析,结果表明,开槽密拼混凝土叠合板不仅可以满足受力性能的设计需求,还能有效提升构件拼装速度,减少现场人工作业量,缩短施工周期,降低建造成本。

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端部嵌贴预应力碳纤维复材加固混凝土梁受力性能试验研究

彭晖, 丑佳璇, 吴攀

建筑结构学报. 2023, 44(07): 152-160. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0085

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为改善现有纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)加固技术在工程应用中存在的锚具成本高、开槽施工复杂和易发生CFRP板端保护层剥离等问题,提出一种端部嵌贴(near-end-enhanced-embedment, NEEE)预应力FRP加固混凝土梁的新方法,并通过9根加固梁的静载试验考察端部嵌贴预应力碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)加固梁的破坏形态,分析了端部嵌贴段构造、表贴段黏结构造和CFRP加固量等因素对加固梁受力性能的影响。研究结果表明:NEEE预应力CFRP加固混凝土梁具有比外贴(externally bonded, EB)和表层嵌贴(near surface mounted, NSM)等传统CFRP加固体系更好的承载性能,独特的端部嵌贴构造能有效锚固预应力CFRP,且能抑制CFRP板端保护层剥离等不理想破坏状态的发生;在NEEE预应力CFRP加固混凝土梁方法基础上,将表贴段CFRP浅嵌于混凝土可以增大表贴段CFRP与混凝土界面的黏结面积并提升构件刚度;减小斜嵌段长度能更有效抑制CFRP拉伸应力向梁端传递从而抑制板端保护层剥离破坏,但过短的斜嵌段长度会引起表贴段CFRP剥离。

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部分包覆蜂窝钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

赵必大, 章雪峰, 王伟, 傅林峰

建筑结构学报. 2023, 44(07): 161-171. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0172

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为了研究部分包覆蜂窝钢-混凝土组合梁(主钢件为腹板连续开设较大孔洞的H形钢,简称PECCS梁)的受弯性能,进行了2个PECCS梁和2个PEC梁(主钢件为实腹H形钢的传统部分包覆钢-混凝土组合梁)的静力加载试验,并进行数值分析,以考察主钢件腹板开孔对组合梁受弯性能的影响。研究结果表明:PEC梁的破坏模式是受压翼缘屈曲伴随着混凝土压碎,PECCS梁的破坏模式是受压翼缘屈曲、受拉翼缘断裂伴随着混凝土压碎;PEC梁的承载力试验值与其全截面塑性理论计算值较为接近(两者之比1.08~1.12),但PECCS梁的承载力试验值高于按主钢件削弱最大截面计算所得的理论值(两者之比1.22~1.30);主钢件腹板开孔变成蜂窝钢(扩张截面高度)的方式可以在用钢量相近的情况下有效提高组合梁的受弯承载力,且截面扩张越多承载力提高越多,但扩张过多(扩张比1.75)会显著降低组合梁的变形能力和延性;PECCS梁的承载力较相同截面高度的PEC梁低15%,但两者的弹性抗弯刚度接近。数值分析表明:纯弯矩作用下PEC梁的主钢件受拉侧塑性发展较均匀,而PECCS梁的主钢件受拉侧塑性发展更多集中在截面削弱处;PEC梁比PECCS梁能更充分发挥受压区混凝土的作用。

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配纤率对CFRP布加固大尺寸混凝土梁受剪性能影响试验研究

蒋轩昂, 金浏, 杜修力

建筑结构学报. 2023, 44(07): 172-182. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0027

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为了分析CFRP配纤率对大尺寸CFRP加固梁(梁高超过600 mm)破坏模式及受剪承载力的影响,以及CFRP在大尺寸加固梁中的作用,设计了4根剪跨比为1.5、配纤率为0~0.250 5%的大尺寸(梁高1 200 mm)U形CFRP布包裹无腹筋钢筋混凝土梁(混凝土立方体抗压强度f_cu为49 MPa)试验。研究结果表明:不同CFRP配纤率下加固梁受剪承载力分别提高57%、72%、77%,但随着配纤率增大,CFRP的抗剪加固效率系数下降,其值分别为57%、10%和3%,说明碳纤维材料对梁受剪承载能力的增强不会随着CFRP的用量增大而线性增加;通过分析CFRP布的抗剪贡献,发现CFRP的抗剪贡献随CFRP配纤率的增大而逐渐增加,但加固效率呈现下降趋势。结合试验结果对相关设计规范受剪承载力计算公式的准确性和安全性进行了分析,其中,欧洲规范(fib-TG 9.3 2001) 最为保守,中国规范(GB 50367—2013) 计算值最接近试验值。

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FRP筋混凝土梁受剪承载力计算方法

金浏, 陆凯, 宋博, 杜修力

建筑结构学报. 2023, 44(07): 183-195. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0182

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在GB 50608—2020《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》中,纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土梁受剪承载力计算方法尚不能很好地反映尺寸效应及剪跨比的影响。为此,搜集了650组FRP筋混凝土梁受剪承载力研究数据(其中无腹筋梁511组,有腹筋梁139组),并采用灰度关联法,分析剪跨比、尺寸效应、纵筋配筋率及配箍率对FRP筋混凝土梁受剪承载力影响的重要程度,提出考虑尺寸效应、纵筋配筋率、剪跨比影响的受剪承载力修正系数及箍筋影响安全系数,结合GB 50608—2020中的计算公式,建立修正的FRP筋混凝土梁受剪承载力计算方法。通过与试验数据的对比,验证了该方法的有效性。研究结果表明:修正的受剪承载力计算公式可以较好地反映剪跨比、尺寸效应及配筋率的影响规律,且从受剪承载力计算结果的均值、变异系数和安全度等方面均有改进,可应用于FRP筋混凝土梁受剪设计。

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土-结构相互作用体系结构动力特性复模态识别法

潘旦光, 付相球, 谭晋鹏, 王立军

建筑结构学报. 2023, 44(07): 196-203. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0161

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为从土-结构相互作用体系的大量振动模态中识别结构相关模态及量化辐射阻尼对结构模态阻尼比的影响,提出了复模态识别法。该方法由状态空间法计算包括辐射阻尼、材料阻尼影响的土-结构整体有限元模型的复模态,由复模态质量识别结构相关模态,由此得到辐射阻尼影响下结构的模态阻尼比。以1个2自由度土-结构相互作用体系为例,进行复模态识别法的动力特性计算,验证了黏弹性人工边界下有限元模型的复模态分析的模态阻尼比包含了辐射阻尼效应;在此基础上,研究了辐射阻尼、结构材料阻尼和土体材料阻尼对结构模态阻尼比的影响。计算结果表明:局部复模态质量比可有效地从众多模态中识别结构相关模态;土-结构相互作用体系的结构模态阻尼比主要受辐射阻尼和结构材料阻尼影响,土体的剪切波速越低,辐射阻尼对结构模态阻尼比的贡献越大。

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根式桩基础竖向荷载传递机制研究与极限承载力计算

于炎成, 任伟新, 殷永高, 罗晓光

建筑结构学报. 2023, 44(07): 204-215. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0588

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根式桩基础由于根键的存在,可以有效提高桩基的竖向承载力,但其竖向荷载传递机制与极限承载力计算复杂于传统桩基础。根据秋浦河大桥现场根式钻孔灌注桩自平衡试验,建立相应的数值模型并通过荷载-位移曲线进行验证,对根式桩基础竖向荷载传递机制和承载模式进行探讨。现场试验与数值计算结果表明:根式桩基础具有足够的承载能力,根键可以充分调动桩周更大范围土体的承载力,根键对减小桩身轴力、增大桩侧摩阻力和极限承载力的作用明显;加载后期,根键分担荷载所占比例不断提高,最高可达36.37%,而混凝土用量仅增加了3.18%。根据根键层间距的不同可将根式桩基础承载模式分为环形剪切、根键相互影响和根键独立作用3种模式,考虑根键相互影响和桩端阻力折减分别给出了3种承载模式对应的极限承载力计算式,极限承载力计算值与现场3根试桩实测结果吻合良好,满足工程要求。

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基于总应变裂缝本构模型的混凝土构件开裂破坏全过程研究

随意, 程晓辉, 赵作周

建筑结构学报. 2023, 44(07): 216-224. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0020

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总应变裂缝模型作为国际结构混凝土协会混凝土模式规范中推荐的混凝土本构关系,可以较准确地模拟混凝土开裂破坏全过程中的力学行为及裂缝分布。基于该模型分析了约束效应和横向开裂效应对混凝土受力性能的影响。为对该模型进行验证校核,进行了两根大尺寸钢筋混凝土梁的三点与四点加载试验。针对该试验及已有研究中箍筋约束混凝土柱的受压试验,进行了基于总应变旋转裂缝模型的有限元模拟。模拟所得荷载-位移、荷载-应变曲线以及开裂模式与试验结果的误差基本在15%以内。在此基础上,预测了箍筋约束混凝土轴压及大偏心受压下的承载力,所得结果与经验回归模型所得压弯破坏包络线相一致。

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轻钢龙骨式复合墙体受剪性能的OpenSees模拟及高宽比影响换算方法研究

伍福炜, 李元齐

建筑结构学报. 2023, 44(07): 225-235. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0034

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轻钢龙骨式复合墙体是冷弯薄壁型钢结构的主要抗侧力构件,为实现复合墙体的高效有限元建模和受力性能分析,采用OpenSees有限元软件,通过基于连接件的建模方法,建立了具有代表性的墙体精细化模型。对比不同覆面板材料(纸面石膏板、OSB板、波纹钢板)、不开洞与开洞等多类墙体的足尺试验结果,模拟结果与试验数据吻合度较高,屈服荷载和峰值荷载的比值均在0.9~1.1之间,验证了建模流程和方法的正确性,同时证明了波纹钢板等效建模为正交异性平板的合理性。基于所提建模方法,分析了墙体自攻螺钉群的受力分布差异和覆面板材料的影响规律,结果表明:角部自攻螺钉连接受力较大,最先发生破坏;覆面板弹性模量与墙体变形能力呈负相关关系。考虑宽度变化和高度变化两种情况,进行参数化建模和分析,提出了不同高宽比轻钢龙骨式复合墙体的荷载-位移曲线换算方法,可用于墙体宏观等效单元的建模和力学性能计算。

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煤矸石混凝土单轴受压应力-应变曲线试验研究

刘瀚卿, 白国良, 王建文, 代沐容, 朱可凡

建筑结构学报. 2023, 44(07): 236-245. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0279

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为研究煤矸石粗骨料的掺入对混凝土受压应力-应变曲线的影响,完成了96个不同矿源、取代率的煤矸石混凝土棱柱体试块单轴受压试验。研究结果表明:有别于普通混凝土的剪切破坏形态,受煤矸石粗骨料影响,煤矸石混凝土均为劈裂破坏;不同矿源的煤矸石混凝土应力-应变曲线大致相似,但煤矸石取代率越高,上升段曲线斜率越小,而下降段曲线斜率越大;随煤矸石取代率的增加,煤矸石混凝土的峰值应变与极限应变虽不断增大,但极限应变与峰值应变之比却不断降低,表明煤矸石混凝土延性较差。考虑煤矸石粗骨料的影响,分别建立了煤矸石混凝土弹性模量、峰值应变与极限应变的计算公式。基于GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中给出的普通混凝土分段式应力-应变曲线公式,提出了适用于煤矸石混凝土的本构模型,由模型计算得到的理论曲线与试验曲线总体吻合较好,可用于煤矸石混凝土结构非线性分析。

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高钒索端头热铸锚黏结性能研究及承载力预测

刘红波, 兰健, 陈志华, 孟亚丹

建筑结构学报. 2023, 44(07): 246-254. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0697

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拉索端部的锚固系统作为预应力结构关键节点,在设计过程中依赖于工程经验。为得到热铸锚承载力的计算方法,采用ABAQUS有限元分析软件建立高钒索端头热铸锚的有限元模型,并通过两个直径36 mm高钒索拔出试验进行验证后,研究钢丝锚固长度、钢丝插入铸料的倾角、钢丝数量、钢丝直径对于端头热铸锚黏结性能的影响,进而提出群丝效应系数以表征群丝黏结强度的下降,拟合得到热铸锚受拉承载力的计算公式。结果表明:使用Sping2单元模拟钢丝与合金铸体的黏结效应可行;单丝拔出有限元模型模拟结果与已有单丝试验的荷载-滑移曲线吻合;群丝效应系数与钢丝插入铸料角度正相关,与钢丝的数量、直径、锚固长度负相关;所提出的高钒索端头热铸锚的承载力预测公式计算误差不大于8%。

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2023年, 第44卷, 第07期　刊出日期：2023-07-05

建筑结构学报

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