建筑结构学报

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蔡正, 潘文, 赖正聪, 苏何先, 陈文科, 唐剑华

建筑结构学报. 2023, 44(10): 1-14. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0776

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为研究高烈度设防区大底盘双塔高位连体减震结构的抗震性能,制作了缩尺比1/36的模型结构,分别对设置阻尼器或不设置阻尼器的模型结构(分别简称“减震结构”“非减震结构”)进行振动台试验,对比分析连体结构的动力特性、破坏特征、加速度、位移和应变响应。结果表明:8度多遇地震作用下,模型结构未发生破坏,基本为弹性状态;随地震作用的增大,模型结构的损伤逐渐累积,加速度放大系数逐渐减小,连接体上部和裙房附近的主塔楼层及副塔中、下部楼层的剪力墙连梁、框架梁端、框架柱端为结构主要损伤部位;罕遇地震作用下,主桁架下弦杆与主塔框架柱连接节点处混凝土表面出现细微裂缝,但连接体未发生明显损伤;连接体以上结构鞭梢效应显著,其楼层加速度、位移及扭转等地震响应增大明显;减震结构中黏滞阻尼器滞回曲线饱满,产生了良好的减震效果;相较于非减震结构,减震结构的层间位移角和顶部扭转角均有不同程度的降低,罕遇地震作用下最大减震率分别为94.6%和92.1%,减震结构层间位移角未超过规范限值,满足“小震不坏”和“大震不倒”的抗震设防要求;应变分析结果表明,设置阻尼器后,连体部位的应力改善效果优于结构底部的,建议适当提高结构底部构件的延性。

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装配式工业设备支架复合隔震结构振动台试验研究

王伟, 刘笑天

建筑结构学报. 2023, 44(10): 15-25. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0315

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为解决在役工业设备支架中存在的现场湿作业环境污染、专用设备加速度超限以及无真实地震响应试验模拟现状等问题,对分别采用对角布置天然橡胶-铅锌橡胶支座(linear natural rubber-lead rubber, LNR-LR)型和水平布置天然橡胶支座-黏滞阻尼器(linear natural rubber-viscous damper, LNR-VD)型复合隔震结构及采用固定组件连接的非隔震结构开展足尺振动台试验研究,通过对比远近场和人工地震波激励下复合隔震结构和非隔震结构的设备加速度峰值响应和隔震层位移响应,分析附加不同阻尼装置的整体复合隔震结构体系动力特性与振动控制效果。结果表明:与非隔震结构相比,分别采用LNR-LR型和LNR-VD型的两种复合隔震结构均可有效延长结构基本周期,在保持主体结构处于“大震弹性”状态下,设备支架最不利挂机点处水平加速度峰值严格不超过设备限值,罕遇地震作用下隔震层最大水平位移响应满足隔震位移要求(依据GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》,限值为110 mm),且基本无残余位移;与LNR-LR型复合隔震结构相比,LNR-VD型复合隔震结构具有更为优异的振动控制效果,能够进一步降低上部结构水平加速度响应及隔震层水平位移响应,平均减震系数可达80.82%。

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半刚性可更换消能高强钢柱脚抗震性能试验研究

李国强, 汪绍洋, 钟云龙

建筑结构学报. 2023, 44(10): 26-37. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0445

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在地震区应用高强钢结构的典型方案是“强柱弱梁”框架,即分别采用高强钢和普通钢形成强柱和弱梁。但地震作用下钢框架首层柱底受力大、易屈服,采用高强钢柱对结构抗震不利。为此,提出了一种半刚性可更换消能高强钢柱脚构造,设计并制作了2个足尺柱脚节点试件并对其分别进行2次低周往复加载试验,研究节点的消能能力与可恢复性能,并分析底板缺口形状、耗能板厚度对柱脚节点抗震性能的影响。试验结果表明:柱脚节点具备稳定的刚度,承载力与耗能能力随位移幅的增加而增加;在恒定轴压比0.23下,节点受弯承载力最大可达到柱截面屈服弯矩的57%,屈服后等效黏滞阻尼系数在0.10~0.22之间;底板采用梯形缺口可提高柱脚节点的刚度与耗能,但会降低其低周疲劳性能;耗能板的破坏模式均为缺口边缘疲劳裂缝开展;提高耗能板厚可以提高柱脚节点的抗震性能;除耗能板外,其余部件在试验中保持弹性,柱脚节点通过更换耗能板得到了快速修复,且修复后的柱脚节点仍具备稳定的承载力与耗能能力。

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旋转型三维隔震装置斜向扭转耦合受力性能研究

吴赛丰, 刘文光, 何文福, 任重

建筑结构学报. 2023, 44(10): 38-48. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0778

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为研究隔震支座在斜向扭转耦合作用下的受力性能,针对前期提出的旋转型三维隔震装置进行考虑倾斜支座扭转变形耦合受力性能分析,基于支座的斜向变形和扭转变形给出旋转型三维隔震装置斜向扭转变形耦合竖向滞回理论模型。分别设计了由2个直径为600 mm纯斜向变形倾斜支座组成的滑动型三维隔震装置,及由3个直径为600 mm斜向和扭转耦合变形的倾斜支座组成旋转型三维隔震装置,并进行试验研究。结果表明:滑动型与旋转型三维隔震装置竖向滞回曲线饱满,两者均具有良好耗能能力。倾斜支座的倾斜角度、聚四氟乙烯的摩擦系数和半径、支座性能以及倾斜支座离中心的距离均对装置的竖向性能影响较大;考虑斜向和扭转耦合竖向受力模型分析结果与试验结果一致。进一步对采用旋转型三维隔震装置的核电厂结构进行了地震响应分析,其隔震层的水平向及竖向减震率分别为49.8%、36.3%,整体结构的地震响应可得到有效控制。

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刚度非均匀分布对可恢复功能复合结构体系动力特性的影响

武大洋, 杨国涛, 赵斌, 杜永峰

建筑结构学报. 2023, 44(10): 49-61. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0707

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为分析多层结构刚度非均匀分布对可恢复功能复合结构体系动力特性的影响,在均匀刚度模型基础上提出可恢复功能复合结构体系刚度非均匀分布模型。考虑复合体系中主次体系的刚度分布特征,分别将其简化为具有特定刚度非均匀分布的剪切梁和弯曲梁,次体系底部的摇摆、自复位和耗能机制分别简化为转动弹簧和转动阻尼。通过求解特征方程得到特征值和复模态方程,分析了刚度非均匀参数、剪弯刚度比、转动刚度参数和耗能参数对体系模态周期、阻尼比、位移、位移转角和层间位移集中系数等动力特性和响应的影响规律。结果表明,当刚度非均匀分布程度较严重时,复合体系高阶模态周期、模态阻尼比和层间位移集中系数等动力特性受影响明显,但对于刚度非均匀程度中等以下的情况,可以直接采用均匀刚度模型的动力特性进行分析并进行动力响应计算,可在一定程度上简化设计过程。

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唐代殿堂型木构架带昂铺作层受力性能试验研究

王娟, 张熙铭, 涂冲, 杨娜

建筑结构学报. 2023, 44(10): 62-73. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0376

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在唐代殿堂型木构架中,作为木柱与屋架间连接层的铺作层结构整体性强,纵横向联系紧密,受力复杂。为研究铺作层结构的受力性能,以唐代殿堂型木构架单跨铺作层为研究对象,制作了1∶3的缩尺模型并开展两级竖向荷载作用下的水平往复加载拟静力试验,分析铺作层结构的受力变形特征和滞回性能。结果表明:在外荷载作用下,铺作层模型出现了铺作转动、连梁段受弯和横向构件相对滑动等变形,其中一、二下昂在不同的加载方向呈现出不同的位移特征。在正向加载阶段,一下昂随铺作转动并滑动,二下昂斜向下滑动,至正向加载阶段末,一、二下昂昂头的水平位移占水平控制位移的56.93%和79.03%;负向加载阶段,一、二下昂受下部构件阻碍与之挤压并斜向上滑动,至负向加载阶段末,一二下昂昂头的水平位移占水平控制位移的49.81%和63.90%。铺作层模型的滞回曲线具有不对称性特征,负向半环更为饱满,这是由于负向加载阶段一、二下昂的滑动增大了铺作的负向转动角度和连梁段弯曲程度,进而提高了铺作转动以及连梁段受弯时的抗侧能力。竖向荷载能够有效提高铺作层模型的水平承载力、抗侧刚度和耗能能力,当竖向荷载为60 kN时,相较于30 kN的情况,铺作层模型的正(负)向水平承载力、正(负)向抗侧刚度和耗能能力分别提高了25.35%(42.15%)、25.97%(38.04%)和70.01%。

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平身科斗栱抗震性能试验研究及有限元分析

薛建阳, 凌怀泉, 宋德军, 吴晨伟, 郭瀚泽

建筑结构学报. 2023, 44(10): 74-85. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0351

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以沈阳故宫颐和殿单翘单昂五踩平身科斗栱为原型,参照清工部《工程做法则例》,制作了两攒足尺平身科斗栱。通过沿出踩和面宽方向加载的低周反复荷载试验,得到斗栱的破坏模式、滞回特性、刚度和承载力退化、延性及耗能性能。结果表明:斗栱的主要破坏特征是大斗与平板枋之间的馒头榫受剪破坏、大斗横纹受压劈裂以及单翘劈裂,枋与桁间拔榫,模型整体转动变形;沿出踩方向加载的斗栱捏缩效应明显,承载力和耗能较面宽方向差,两者刚度和承载力退化显著,但位移延性系数均值超过5.0,变形能力较强。建立斗栱有限元模型并进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。进行了竖向荷载、摩擦系数、木材弹性模量和横纹径向抗压强度对斗栱抗震性能影响的参数分析,结果表明竖向荷载和摩擦系数越大,斗栱的抗侧刚度和承载力越大,而木材弹性模量和横纹径向抗压强度对模型抗侧刚度和承载力影响较小。

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松动残损下箍头榫节点抗震性能试验研究

常鹏, 冯秋歌, 韩乐, 杨娜

建筑结构学报. 2023, 44(10): 86-96. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0185

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为研究不同松动残损类型及不同松动残损程度对单向箍头榫节点抗震性能的影响,对6个缩尺比例为1∶3的单向箍头榫节点进行低周往复荷载试验,得到节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、承载力和刚度退化规律、转角延性系数、耗能能力与柱头滑移曲线等抗震性能指标。研究结果表明:箍头榫节点的破坏模式分为柱内侧梁榫受压破坏、柱头受剪撕裂破坏及节点转角过大三种;各节点的弯矩-转角滞回曲线存在不同程度的捏缩现象且正负方向不对称;松动残损类型对承载力退化系数影响不明显,节点的极限弯矩、割线刚度退化系数以及耗能随松动残损程度的增大而减小,转角延性系数和等效黏滞阻尼系数随松动残损程度的增大而增大。卷杀和箍头的存在使构件在地震时形成类侧脚机制,可增强木构架的内聚力,防止木构架在大变形下倒塌。存在松动残损的榫卯节点对古建筑整体受力性能影响较大,对于发生该类型残损的榫卯节点应及时进行修缮与加固。

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分片式型钢-螺栓胶合木梁柱节点转动性能试验研究

邓梅, 宋晓滨, 高原

建筑结构学报. 2023, 44(10): 97-105. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0168

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胶合木框架结构中常采用钢填板-螺栓连接节点,但其易在梁上出现木材横纹劈裂和顺纹剪切脆性破坏,为解决此问题,提出分片式型钢-螺栓胶合木梁柱节点形式,通过在钢填板上下增设翼缘来限制木材横纹裂缝发展。为量化其转动性能,对柱中、柱端2组共6个足尺节点开展了低周反复加载试验。试验结果表明:相比于普通钢填板-螺栓连接节点,分片式型钢-螺栓胶合木梁柱节点的受弯承载力、相对受弯承载力系数、初始刚度、延性系数分别提高了98%、57%、71%、62%。基于节点受力机理和欧洲规范相关计算方法,提出了分片式型钢-螺栓节点的受弯承载力和初始刚度的计算方法,计算结果与试验结果误差最大为13.2%。

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云杉-松-冷杉层板钉接木受弯性能试验研究

李征, 冯威, 何敏娟

建筑结构学报. 2023, 44(10): 106-113. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0305

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层板钉接木(nail laminated timber,NLT)是将木材层板在宽面叠合钉接制成的一种工程木产品,相比于胶合木,NLT具有成本低、工艺简单等优点。通过对层板和NLT板的受弯性能进行研究,可以实现合理设计NLT。为此,分别对云杉-松-冷杉(spruce-pine-fir, SPF)层板及由该层板制成的NLT板进行静力试验,分析层板和NLT板的破坏模式与力学性能指标,并基于正态概率分布模型与材料抗力分项系数,计算层板和NLT板弯曲弹性模量和抗弯强度的标准值和设计值。结果表明:层板和NLT板的典型破坏模式均为木材受拉破坏,其中层板为脆性破坏,而NLT板则为层板依次受拉开裂,破坏较缓慢,其荷载-挠度曲线呈阶梯型下降。相比于层板,NLT板弯曲弹性模量和抗弯强度的平均值变化不明显,但标准值和设计值明显提高;NLT板弯曲弹性模量和抗弯强度的标准值分别为8.326 GPa和26.4 MPa,相比于层板的分别提高了22.4%和80.8%;NLT板抗弯强度的设计值为15.2 MPa,相比于层板的提高了76.7%。

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钻孔导致孔边木材残余变形和弹塑性损伤研究

唐践扬, 宋晓滨, 郭宇, 宋胤恺

建筑结构学报. 2023, 44(10): 114-122. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0178

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为研究胶合木钻孔加工产生的孔周塑性变形导致木材力学性能下降的问题,开展了木材钻孔损伤测试,通过数字图像相关法(digital image correlation,DIC)测量了木材钻孔导致的孔周残余应变,并基于木材弹塑性损伤本构模型得到了钻孔损伤因子,分析了转速、孔径和木材种类等参数对孔周木材损伤的分布宽度和角度的影响。结果表明:木材孔周残余应变分布区域、残余压应变最大值和损伤相对分布宽度、分布角度等均受转速的影响较大,而受孔径大小及木材种类的影响较小;低转速时,顺纹残余应变主要分布在1#和3#象限内,横纹残余应变主要分布在2#和4#象限内,剪切应变均匀分布在孔周,而高转速时残余应变在木材孔周分布较均匀;孔周最大残余压应变随转速增加而增加,最大增加282%;所测试的三种树种中,云杉的最大损伤相对分布宽度最大,花旗松的最大损伤相对分布宽度最小,且云杉-松-铁杉和花旗松的最大损伤相对宽度随孔径增加而减小最多达75%。

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毛竹材强度数据统计与回归分析模型

何子奇, 钟紫勤, 周绪红, 周华峰

建筑结构学报. 2023, 44(10): 123-132. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0683

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为得到毛竹材强度关系和预估强度值,对国内已有竹材强度试验进行了整理,分别采用非参数统计法和参数统计法分析了1 173个试验样本数据,回归分析得到了毛竹材顺纹抗压强度与其它强度间关系的函数模型,通过测定顺纹抗压强度预估毛竹材的其他强度。结果表明:经K-S拟合优度检验,毛竹材强度服从偏态分布较好,与对数分布、Weibull分布的拟合优度较高;有竹节顺纹抗拉强度和顺纹抗剪强度在Weibull分布假定下与顺纹抗压强度拟合效果较好;横纹抗压强度、弦向抗弯强度、竹筒顺纹抗压强度、无竹节顺纹抗拉弹性模量以及弦向抗弯弹性模量在对数分布假定下与顺纹抗压强度拟合效果较好;尽管无竹节顺纹抗拉强度在参数统计法下与顺纹抗压强度未获得较好拟合效果,但在非参数统计法下回归模型仍具有较好的精度。

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剪力墙结构抗侧性能分析

谭继可, 郭军, 聂鑫, 王宇航, 张海宾, 王康

建筑结构学报. 2023, 44(10): 133-145. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0788

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为研究方钢管混凝土框架-冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构的抗侧性能,进行了1个方钢管混凝土框架-钢板剪力墙和1个方钢管混凝土框架-水平向冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构的往复加载试验,分析了破坏形态、荷载-位移滞回曲线和抗震性能等。结果表明:与非加劲钢板剪力墙结构相比,水平向冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构的初始刚度、极限承载力、耗能能力分别提高94.7%、12.8%、38%。冷弯薄壁型钢约束件能明显限制钢板的面外变形,提高钢板的抗侧刚度、承载力及耗能能力。考虑钢筋屈曲,提出一种适用于冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构的等效斜向交叉支撑的骨架曲线简化计算模型,其中方钢管混凝土框架-水平向冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构试验结果与提出的等效斜向交叉支撑模型预测的屈服承载力和极限承载力比值分别为1.025和0.992,所提出的骨架曲线简化计算模型是准确的,可用于计算方钢管混凝土框架-水平向冷弯薄壁型钢屈曲约束钢板剪力墙结构承载力。

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考虑保温构造的足尺冷成型钢复合墙体承重抗火试验研究

陈伟, 刘康, 叶继红, 尹亮, 姜健, 秦雅菲

建筑结构学报. 2023, 44(10): 146-155. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0275

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为解决普通轻钢结构抗火性能差、推广应用受限等问题,设计制作18片足尺冷成型钢复合墙体,开展墙体常温轴压与承重抗火试验研究,考察覆板构造、高吸水树脂(SAP)保温材料、热膨胀荷载等因素对墙体耐火性能的影响,提出相关抗火设计建议。结果表明:墙体因初始荷载比率、覆面板材的差异呈现两类受火破坏模式,即墙柱端部全截面压屈破坏和墙柱热翼缘局部屈曲进而发生墙柱向背火侧弯曲破坏;考虑膨胀约束后的墙柱轴压承载力最大提高幅度可达162%,明显加快高温承载力的退化速率,其耐火极限减小,建议复合墙体作为非承重隔墙使用时,其墙体顶端与相应楼盖接触面之间应留有至少10 mm 的轴向膨胀间隙;墙柱受火失效临界温度不仅与初始荷载比率、墙体覆板与填充层构造密切相关,墙柱热翼缘宽厚比和温度膨胀约束等因素影响亦不可忽略,建议将墙柱受火失效临界温度与墙柱受火温升简化计算方法相结合,实现复合墙体高效抗火设计;通过在墙体墙柱中加入SAP保温材料,可进一步提升墙体抗火性能;当有耐火需求较高时,推荐采用蒸压加气混凝土板和波特板覆板的外置保温单C89形截面墙柱构造,其在中等初始荷载比率0.55条件下,可以达到我国GB 50016—2014《建筑设计防火规范》中多高层建筑结构承重墙一级耐火等级的耐火极限(不低于3 h)要求。

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考虑CFRP布剥离的无腹筋RC梁剪切尺寸效应分析

金浏, 张江兴, 李冬, 杜修力

建筑结构学报. 2023, 44(10): 156-168. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0403

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为分析考虑CFRP布剥离的无腹筋RC梁剪切尺寸效应,建立了考虑混凝土材料非均质性、钢筋与混凝土间的黏结性能以及CFRP布与混凝土相互作用关系的CFRP加固无腹筋钢筋混凝土(RC)梁三维细观数值分析模型。在验证细观数值分析模型合理性的基础上,设计并建立28根CFRP布加固RC梁模型,分析不同配纤率(0.055 5%、0.111 0%和0.222 0%)和不同截面尺寸(80 mm×200 mm、160 mm×400 mm、240 mm×600 mm和320 mm×800 mm)情况下,CFRP布剥离对RC梁剪切破坏及其尺寸效应的影响。分析结果表明:考虑CFRP布剥离能够真实反映CFRP布与混凝土非可靠黏结状态下RC梁的实际剪切性能;梁名义抗剪强度随截面尺寸增大而降低,均表现出明显的尺寸效应现象。当加固梁截面高度从200 mm增加到800 mm时,3组配纤率对应的考虑剥离的RC梁的名义抗剪强度分别下降了26.5%、17.8%和13.1%,而未考虑剥离的RC梁的名义抗剪强度分别下降了20.6%、13.0%和8.1%。考虑CFRP布剥离时,CFRP布对RC梁剪切尺寸效应削弱效果不显著。依据数值分析结果,提出了考虑CFRP布剥离的CFRP加固无腹筋RC梁抗剪强度尺寸效应律。考虑CFRP布剥离得到的理论值与试验值吻合较好,验证了扩展尺寸效应律的合理性和准确性,在实际模拟中应考虑CFRP布的剥离。

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钢筋混凝土梁非均匀收缩效应试验与数值模拟

王龙, 张柳煜, 莫迪

建筑结构学报. 2023, 44(10): 169-177. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0327

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为研究钢筋混凝土梁在干燥及钢筋约束状态下非均匀收缩效应,提出能够考虑钢筋混凝土梁干燥收缩、徐变,钢筋约束影响的纤维梁单元分析方法。对密封及不同干燥条件下3组混凝土试块进行内部相对湿度测试,并对不同干燥条件及配筋条件下的5根小梁的自由收缩变形进行实测;利用收缩试验结果确定分析模型的计算参数,模拟干燥及配筋对钢筋混凝土梁收缩的影响。研究结果表明:干燥使混凝土截面内产生湿度梯度,改变混凝土截面特性,加速混凝土收缩,而钢筋约束将抑制混凝土收缩;截面干燥且配筋不对称时,钢筋混凝土梁将产生额外曲率;采用基于微预应力-固结理论的纤维梁单元分析方法,可以较好地模拟复杂干燥及配筋条件下钢筋混凝土梁非均匀收缩效应,钢筋混凝土梁收缩试验与数值模拟结果吻合较好;分析方法计算稳定具有较高计算效率。

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碳纤维编织网增强ECC加固钢管混凝土短柱压弯承载力计算方法

颜宇鸿, 卢亦焱, 李杉, 刘真真

建筑结构学报. 2023, 44(10): 178-187. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0498

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为克服外贴FRP加固技术界面黏结耐久性差等缺点,提出碳纤维编织网增强ECC加固钢管混凝土技术,对已有的28根碳纤维编织网增强ECC加固钢管混凝土短柱(简称“加固柱”)和3根普通钢管混凝土短柱偏心受压试验结果进行分析,结果表明,未加固柱与加固柱破坏时均发生明显的弯曲变形,加固柱弯曲内侧碳纤维编织网断裂,加固层与内部钢管混凝土具备良好的协同工作性。在已有试验结果的基础上,考虑碳纤维编织网增强ECC加固层对原钢管混凝土柱中核心混凝土的额外约束作用,将加固柱轴力-弯矩曲线简化为四特征点模型,通过分析各特征点对应加固柱的应变与应力状态,计算对应的特征荷载及特征弯矩,建立加固柱轴力-弯矩相关曲线,计算结果具有一定安全储备。基于计算结果,引入考虑偏心率影响的偏心受压承载力折减系数,提出加固柱偏压承载力简化计算公式,计算值与试验值比值的均值为0.936。简化计算式形式简单方便,且计算误差较小,可为工程应用提供参考。

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钢绞线网-ECC加固RC柱小偏心受压承载力研究

赵要康, 王新玲, 李可

建筑结构学报. 2023, 44(10): 188-196. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0461

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为解决小偏压钢筋混凝土(RC)柱的脆性破坏问题,将钢绞线网-工程水泥基复合材料(ECC)应用于RC柱加固,进行了该复合材料加固RC柱小偏心受压性能试验和理论研究,分析了加固方法、偏心距和纵向钢绞线配筋率等对加固RC柱小偏心受压性能的影响。结果表明:钢绞线网-ECC复合材料加固层可对受压区核心混凝土提供有效的约束,加固后RC柱的开裂荷载、峰值荷载及位移延性系数分别提高了100.0%~113.3%、99.8%~108.0%及75.9%~77.8%;相比仅ECC加固,钢绞线网-ECC复合材料加固效果更优;随着偏心距的增大,加固RC柱的开裂荷载和峰值荷载均降低,但其延性提高,而纵向钢绞线配筋率对其影响相对较小。在试验研究基础上,提出了钢绞线网-ECC复合材料加固RC小偏压柱的承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好,计算值与试验值的比值约为0.94。

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爆炸荷载作用下单向砌体填充墙动态响应计算方法

陈德, 吴昊, 方秦

建筑结构学报. 2023, 44(10): 197-210. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0130

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为研究均布爆炸荷载作用下单向无筋砌体填充墙的面外动态响应,依据合理拱轴线假设,并考虑砌体材料非线性特性,建立均布荷载作用下单向砌体填充墙的面外抗力模型。通过与三组空心砌块和黏土砖墙准静态面外推覆试验对比,验证该模型的准确性和适用性。通过开展砌体材料本构关系和墙体高厚比对单向填充墙面外峰值抗力的影响规律进行分析,并通过数据拟合提出归一化峰值抗力与砌体墙高厚比的关系表达式。结果表明:峰值抗力与墙体高厚比负相关,与砌体抗压强度正相关;随着高厚比增加,归一化峰值抗力的降幅与砌体抗压强度和墙体厚度无关。进一步通过与七组原型单向填充墙爆炸试验对比,证明了采用所建立的单向砌体填充墙抗力模型的等效单自由度方法,能够较好地预测爆炸荷载作用下砌体填充墙面外挠度响应,并对判断墙体是否倒塌具有准确性和适用性。

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基于计算机视觉的结构应变无靶标鲁棒监测

朱前坤, 王军营, 杜永峰, 张琼

建筑结构学报. 2023, 44(10): 211-221. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0062

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传统视觉监测方法对结构的现场监测精度往往受控于人造靶标和光照条件等因素,为克服现场光照条件对视觉测量精度的影响,结合基于相位的稠密光流算法和支持向量回归(support vector regression,SVR)算法对现场结构应变的无靶标鲁棒监测。建立基于应变传感器原理的应变转换方法实现结构表面连续应变场的计算,并通过模拟测试试验和现场测试试验验证所提方法可行性。模拟测试试验结果表明:在测量精度相当的情况下,所提方法相较于传统DIC算法的运算速度提升50%,且能够得到更为清晰完整展现细节的应变云图;现场测试试验中,所提方法表现出较好的环境抗干扰能力,与传统测试方法对比的应变测量误差可控制在2.0%以内。相较于传统视觉监测方法,所提方法在保证精度要求的前提下提高了运算速度及鲁棒性,且无需人造靶标,可适用于特定大型工程结构表面应变的现场监测。

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火灾高温下热铸锚抗拔性能研究

杜咏, 黄雷, 李国强, 章欣

建筑结构学报. 2023, 44(10): 222-233. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0223

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为研究热铸锚在火灾高温下的耐火极限及失效模式,开展了18个锚固预应力平行钢丝束、钢绞线及高钒索的热铸锚高温抗拔性能恒载升温试验和4个恒载恒温试验并进行了其数值传热分析。试验结果表明:高温下热铸锚钢索端滑移时程表现为线性增长、加速增长及滑移位移突变三个阶段;在发生钢索锚固端滑移位移突变前,锚固索拉力基本保持不变,且拉力突降滞后于滑移位移突变;当张拉力水平不超过0.3,热铸锚锚固破坏时锌铜合金填料达到熔点;随着张拉力水平及温度水平增长,锚头内的钢丝对锌铜合金填料有明显的裹挟现象,表明高温下填料对钢丝握裹具有较好延性。基于试验及数值传热分析结果,建议以高温下热铸锚锚固端滑移量超过索体名义直径的8.5%作为热铸锚高温失效判断准则,并提出了验算热铸锚高温承载力的临界温度法。

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高温后高强度螺栓受剪连接性能试验

黄炳生, 陈涛, 荆海仓, 杨放

建筑结构学报. 2023, 44(10): 234-242. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0229

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火灾后高强度螺栓连接性能是否满足承载力的要求直接关系到钢结构建筑的安全。通过对10.9级M22大六角头高强度螺栓进行受剪连接性能试验,研究了不同加热温度、不同冷却方式、不同高温受荷下高强度螺栓受剪连接滑移荷载和极限荷载的变化规律。结果表明:加热温度对高温后高强度螺栓受剪连接滑移荷载和极限荷载影响显著。加热温度不超过400 ℃时,高温后高强度螺栓受剪连接的滑移荷载比常温的大,加热温度约为300 ℃时滑移荷载最大,但极限荷载差别不大。随着加热温度进一步升高,滑移荷载快速下降,极限荷载有所降低,与常温时相比,加热温度为500、600 ℃时的滑移荷载分别降低了约25%、75%,极限荷载分别降低了约5%、15%;冷却方式对高温后高强度螺栓受剪连接的滑移荷载和极限荷载的影响不大;加热温度为300 ℃左右时,高温受荷越大,高温后高强度螺栓受剪连接滑移荷载越小。其他加热温度时,不同高温受荷对高温后高强度螺栓受剪连接滑移荷载影响很小。高温受荷较大时,高强度螺栓受剪连接会在加热过程中发生滑移,在高温后的试验过程中不再发生滑移现象;高温受荷对高温后高强度螺栓受剪连接极限荷载影响不大。根据试验结果,给出高温后高强度螺栓受剪连接滑移荷载折减系数和极限荷载折减系数计算式,其拟合精度为0.925~0.986。

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煤矸石理化特性与煤矸石混凝土力学性能研究

白国良, 刘瀚卿, 刘辉, 陈菲, 朱可凡

建筑结构学报. 2023, 44(10): 243-254. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0735

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为促进大宗固体废弃物煤矸石在结构工程中的资源化利用,以陕北矿区五个典型矿源煤矸石为研究对象,开展煤矸石放射性、化学组成、矿物组成、含碳量与发热量等基本理化特性试验与煤矸石混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度等基本力学性能试验,分析煤矸石的理化特性,研究煤矸石粗骨料对混凝土力学性能的影响。结果表明:煤矸石化学组成主要为SiO₂与Al₂O₃,矿物组成主要为石英与黏土矿物,含碳量为0.91%~2.09%,发热量为424.31~1 869.34 kJ/kg,满足GB 50821—2012《煤炭工业环境保护设计规范》中一类煤矸石指标要求,可用作骨料使用。煤矸石的含碳量、吸水率、压碎指标、堆积密度及表观密度均是影响煤矸石混凝土立方体抗压强度的指标之一,但各指标间高度相关,均可以含碳量的函数表示,含碳量是影响煤矸石混凝土立方体抗压强度的主要因素。通过回归分析,建立以煤矸石含碳量为变量的煤矸石混凝土立方体抗压强度计算公式,所得计算值与试验值吻合较好。此外,煤矸石混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度换算可采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中公式,而劈裂强度与立方体抗压强度换算应在GB 50010—2010公式基础上进行折减,折减系数取0.9。

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2023年, 第44卷, 第10期　刊出日期：2023-10-05

建筑结构学报

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