建筑结构学报

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王昱翔, 叶昆

建筑结构学报. 2023, 44(11): 1-14. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0583

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随着GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》中引入了极罕遇地震作用、GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》中提出了基于直接设计法的隔震结构设计理念以及《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则(报批稿)》中对保证结构正常使用功能提出了相应指标,有必要对基于直接设计法的基础隔震结构在设防、罕遇和极罕遇地震等多级地震作用下能否保证安全性及正常使用功能展开研究。将基础隔震结构简化为集中质量的多自由度体系并采用直接设计法完成结构设计,采用非线性时程分析方法研究上部结构自振周期、水平侧向刚度竖向分布及隔震系统力学性能参数对基础隔震结构在多级地震作用下安全性和正常使用功能的影响规律。研究结果表明:上部结构自振周期和隔震系统屈重比的变化对于基础隔震结构在设防和罕遇地震作用下的安全性及正常使用功能有较大的影响;极罕遇地震作用下基于直接设计法的基础隔震结构基本能够满足保证结构安全性的要求,但是同等条件下增大上部结构自振周期、减小隔震系统周期和屈重比均会对保证结构安全性带来不利影响;在隔震层与基坑挡墙发生碰撞的情况下基础隔震结构将难以保证安全性和正常使用功能,因此为有效降低基础隔震结构在极罕遇地震作用下与周边基坑挡墙发生碰撞,同时也避免过大的隔离空间,建议隔离缝的宽度取为罕遇地震作用下隔震层水平变形值的两倍。

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考虑水平-竖向地震作用效应的地下结构离心机振动台试验方法适用性研究

闫冠宇, 许成顺, 张梓鸿, 杜修力

建筑结构学报. 2023, 44(11): 15-25. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0397

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竖向地震作用对地下结构地震破坏响应的影响至关重要。由于受使用的离心机振动台功能限制和现有模型箱的功能局限,直接模拟多向地震作用下的场地响应存在较大困难,因此基于已完成的采用结构顶部掺入一定比例钢砂来等效模拟竖向地震作用引起的竖向惯性力影响,并考虑水平-竖向地震作用的地下结构离心机振动台试验,建立土-结构动力相互作用的有限元模型,验证数值模型的正确性;同时,采用已验证的数值模型,进一步探究上覆钢砂模拟竖向地震动作用引起的竖向惯性力影响的等效试验方法的适用性。研究结果表明:竖向地震作用和结构上部掺入钢砂均对土-结构体系水平向地震响应的影响并不显著;与仅水平地震作用相比,水平-竖向地震作用增大了结构中柱、侧墙的总应变和轴力的峰值响应;与水平-竖向地震作用(竖向地震动与水平地震动同时达到加速度峰值)相比,在水平地震作用下,虽然结构上部掺入钢砂的等效试验方法增大了结构中柱及侧墙的轴力和总应变的初始值,但中柱、侧墙的总应变幅值、轴力、剪力、弯矩等内力水平与水平-竖向地震作用时基本接近,结构上部掺入钢砂的方法可以有效反映竖向承力构件在竖向地震动作用下的总应变和内力的峰值响应。与水平-竖向地震作用(竖向地震动先于水平地震动达到加速度峰值)相比,在水平地震作用下,结构顶部掺入钢砂的方式可能会高估结构构件的总应变峰值响应,但仍能反映结构竖向承力构件在竖向地震动峰值时刻的内力与总应变水平。

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两层三跨地铁车站结构抗震性能等级量化指标

杨靖, 庄海洋, 张广宇, 许紫刚

建筑结构学报. 2023, 44(11): 26-35. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0357

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针对目前浅埋两层三跨地铁车站结构抗震性能指标在限值标定方面存在的不足,以典型两层三跨地铁车站结构为研究对象,建立土-地下结构非线性动力相互作用有限元模型,考虑工程场地条件及地震动的多样性,基于增量动力分析(IDA)方法,开展了两层三跨地铁车站结构地震响应的900个工况计算。利用Python软件实现了大量计算数据的高效处理,并进一步利用提出的地铁车站结构易损截面的平均地震损伤值(DCPs)概念,建立了预测地铁车站结构抗震性能等级的随机森林预测模型(RFPM),该预测模型精度为95%。从地铁车站结构地震损伤的直观分析及层间位移角(IDR)数据的参数检验分析两个角度,验证了该地铁车站结构地震损伤与IDR之间的强相关性,论证了IDR用作该地铁车站结构抗震性能量化指标的可靠性,最终提出了基于概率统计的该类地铁车站结构抗震性能等级量化指标,对应的4个IDR限值分别为0.126%、0.266%、0.450%及0.813%。

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黏弹性减震楼盖与传统楼盖钢框架抗震性能对比研究

相阳, 杨熙玲, 李国强

建筑结构学报. 2023, 44(11): 36-45. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0263

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为量化研究黏弹性减震楼盖(压型钢板组合楼板与H型钢梁间设置夹层黏弹性减隔震支座)钢框架的抗震性能,给出了减震楼盖钢框架梁与传统楼盖钢-混凝土组合梁的抗弯刚度对比关系,考虑减震楼盖组合梁效应缺失对框架整体抗侧刚度进行修正,建立了减震楼盖钢框架动力分析模型。采用所建立的模型,计算设置黏弹性减震楼盖的多层钢框架结构地震响应,并与传统楼盖钢框架地震响应进行对比,量化了黏弹性减震楼盖钢框架相对于传统钢框架的抗震性能提升。研究结果表明:由于减震楼盖的黏弹性支座引入可观的附加阻尼,框架整体地震响应可得到有效控制;对于各层均设置黏弹性减震楼盖的钢框架结构,在常规设计范围内,其楼面加速度、层间侧移可比传统楼盖钢框架降低30%~40%;对于多层减震楼盖钢框架,其上部楼层的减震楼盖支座耗能贡献明显大于底部楼层的黏弹性支座耗能贡献;仅在结构上部楼层设置减震楼盖时,其对地震响应的减控效率可与全楼层设置减震楼盖接近。

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基于GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》的隔震结构等效线性化分析方法

余文正, 孙柏锋, 杨瑞欣, 张龙飞, 陶忠, 潘文

建筑结构学报. 2023, 44(11): 46-57. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0499

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为了明确现阶段隔震结构等效线性化分析方法的位移估算精度,基于GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》(简称《隔标》)加速度反应谱,采用常规等效刚度和等效阻尼比计算方法,分析了1 000个单自由度隔震模型的位移计算结果,并与动力弹塑性分析结果比较,结果表明采用常规等效参数计算方法配合《隔标》进行等效线性化分析时,隔震支座位移计算结果偏大,精度系数统计值近似服从正太分布,其均值约为1.5。为提高基于《隔标》等效线性化分析精度,提出了适用于《隔标》等效线性化分析的等效同期和等效阻尼比计算公式,并通过分析3个隔震结构模型验证了该计算公式能够合理计算隔震结构支座位移,但是计算支座受力结果偏大。为此提出了地震响应修正公式,并与动力弹塑性分析结果比较,结果表明,经过修正后隔震结构底部剪力与时程分析结果接近,误差可控制在20%以内。

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边界自由型吊顶系统抗震性能有限元分析

蒋欢军, 黄有露, 王勇, 和留生

建筑结构学报. 2023, 44(11): 58-68. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0468

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吊顶系统在历次地震中受损严重,但目前有关吊顶有限元计算模型的研究相对匮乏。为此,建立了能考虑龙骨连接点的非线性行为、面板与龙骨之间以及吊顶边界处存在的非线性行为的三维有限元计算模型。为了便于快速建立具有不同尺寸的吊顶模型,提出自动化建模方法。对该吊顶模型进行非线性时程分析,并将有限元模拟得到的位移、加速度和龙骨轴力与振动台试验结果进行对比。模拟结果与试验结果吻合良好,验证了该模型的正确性。进一步研究了吊杆直径、吊杆长度、龙骨端部与边龙骨之间间隙的宽度以及长宽比对吊顶地震响应的影响。分析结果表明:增大吊杆的直径和减小吊杆的长度均有利于降低吊顶的地震响应;龙骨端部与边龙骨之间间隙的宽度对吊顶的地震响应影响显著,减小龙骨端部与边龙骨之间间隙的宽度可提高吊顶的抗震性能;在吊顶的面积相同的情况下,吊顶的长宽比对吊顶地震响应的影响并不显著。

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物理规律监督的RC柱地震破坏模式可解释机器学习方法

成浩, 喻泽成, 余波

建筑结构学报. 2023, 44(11): 69-79. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0370

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针对传统机器学习模型难以有效兼顾预测准确率与可解释性,且存在模型预测结果与实际物理规律不相符的问题,提出物理规律监督的RC柱地震破坏模式可解释机器学习方法。首先结合RC柱的地震破坏模式演化机制、试验数据规律分析和工程经验,揭示RC柱关键特征参数与地震破坏模式之间的物理规律;然后采用多分类逻辑回归算法提出了RC柱地震破坏模式的可解释模型;进而融合物理规律和等比例K-折交叉验证算法确定了符合物理规律且预测误差最小的最优超参数;最后基于多分类逻辑回归可解释模型和最优超参数,建立物理规律监督的RC柱地震破坏模式多分类逻辑回归预测模型。分析结果表明:该模型可以有效兼顾准确率与可解释性,预测结果不仅满足关键特征参数与地震破坏模式之间的物理规律,而且可以合理反映RC柱地震破坏模式之间的竞争关系,避免了传统逻辑回归模型存在预测结果与实际物理规律不相符的缺陷;与传统的经验判别方法和机器学习模型相比,该模型的准确率可以分别提高12%～35%和4%～9%。

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水平双向荷载作用下预应力拼装柱节点抗震性能

岳红原, 郁银泉, 雷远德, 邓烜, 陈健云

建筑结构学报. 2023, 44(11): 80-91. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0117

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开展预应力拼装柱节点的理论和试验研究有利于推动全干式预应力拼装框架结构的发展。通过水平低周往复加载试验研究了无黏结预应力钢棒拼装柱(UBPC)、有黏结预应力钢棒拼装柱(BPC)、纵筋和无黏结预应力钢棒连接柱(RUBPC)共三种预应力拼装柱节点的受力性能。试验结果表明:在水平双向荷载作用下柱脚的破坏现象更为严重,但UBPC和BPC节点通过柱底黏接面的张开和柱底灌缝料的压碎可减轻预制柱的损伤程度;预应力拼装柱节点在双向荷载作用时的承载力大于单向加载时的,但单向荷载作用时具有更大的位移延性系数;UBPC和BPC节点的承载力较RUBPC节点降低了10%～25%,但其位移延性系数较RUBPC有所增大;各拼装柱节点在双向荷载作用下具有更大的等效黏滞阻尼系数;单向荷载作用时等效黏滞阻尼系数从大到小依次对应RUBPC、BPC、UBPC节点;各拼装柱节点在破坏时预应力钢棒的拉力损失值均在20%以内,确保了预应力拼装柱节点在破坏时仍具有一定的自复位能力;预应力拼装柱节点具有良好的承载能力和较强的变形性能;提出了预应力拼装柱节点水平承载力的理论计算公式,并与试验结果进行对比,二者结果吻合较好,该承载力计算公式可用于全干式正方形截面预应力拼装框架柱节点的弹性设计。

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负刚度摩擦阻尼装置减震原理分析及振动台试验研究

孙天威, 彭凌云, 李小军

建筑结构学报. 2023, 44(11): 92-101. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0222

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为研究负刚度摩擦阻尼减震结构的地震响应,对负刚度摩擦阻尼装置产生的负刚度四边形滞回模型进行了减震理论分析,并以某四层钢框架为研究对象,分别在其一层和二层布置负刚度摩擦阻尼装置,研究在不同地震动工况下结构的地震响应。结果表明:负刚度摩擦阻尼装置产生的负刚度四边形滞回模型可以在控制结构位移响应的同时降低结构刚度,从而降低了减震结构的自振频率,延长结构的自振周期,获得了预期的负刚度阻尼减震效果;振动台试验证明了负刚度摩擦阻尼装置可实现结构的位移与加速度响应双重控制,且安装在结构变形较大位置会获得更好的振动控制效果。

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考虑二次防御设计的钢框架抗连续倒塌研究

乔惠云, 许皓晖, 陈誉, 魏建鹏, 张瀚武

建筑结构学报. 2023, 44(11): 102-113. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0447

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各种偶然荷载作用可能引起结构局部破坏,甚至导致结构连续倒塌。采用二次防御设计理念,改善钢框架结构的抗连续倒塌性能,提出在梁柱节点区域设置弯起钢筋形成新的替代路径,并对梁-柱子结构进行Pushdown加载试验和数值模拟研究,分析钢筋直径、弯起高度和钢筋长度对子结构的作用,对比各子结构的荷载-位移曲线、破坏模式、变形能力,以及悬链线效应发展程度。研究结果表明:钢筋使子结构变形发展均匀,左右两侧梁对称变形,容易形成二力拉杆的效果,提高承载力和延性的同时,不改变塑性铰外移等构造特性;钢筋在弹性阶段基本没有参与钢梁的弯曲效应,随着加载位移增大,钢筋由弯折状态逐渐被拉直参与子结构的受力和变形,较大提高了悬链线抗力提供的内能,使悬链线贡献系数提高了20%左右;子结构的承载力随钢筋弯起高度和钢筋长度的变化趋势为先增大后减小,破坏模式也随之改变,根据钢筋和钢梁破坏顺序将子结构分为钢筋首先发生断裂、随后钢梁开裂和钢梁首先开裂、随后钢筋断裂两种破坏模式;弯起高度接近30 mm使钢筋充分发挥拉结作用,钢筋直径为12 mm易与常用弯起高度匹配,并避免损伤导致结构承载力大幅减小。

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爆炸作用下高层框架结构倒塌分析与设计建议

吕晋贤, 吴昊, 方秦

建筑结构学报. 2023, 44(11): 114-128. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0454

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爆炸荷载作用是建筑结构倒塌的重要诱因之一,拆除构件法作为中、美等国规范推荐的建筑结构抗倒塌性能评估与设计方法,但其未考虑在爆炸冲击波作用下被拆除构件的残余承载力及周围构件的不同损伤程度。为此,针对爆炸作用下高层RC框架结构抗倒塌性能评估与设计,提出建筑结构混合单元建模和任意拉格朗日-欧拉(ALE)爆炸荷载施加方法相结合的高精度有限元分析方法,并得到典型RC框架结构爆炸试验和Murrah联邦大楼爆炸倒塌事故的验证。根据美国联邦应急管理署规定的恐怖爆炸袭击类型,进一步开展不同爆炸位置,不同炸药当量爆炸作用下典型高层RC框架结构的数值仿真研究。分析了爆炸波传播及其与结构相互作用,以及建筑结构损伤破坏和关键柱柱顶竖向位移,考察了中国T/CECS 392—2021《建筑结构抗倒塌设计标准》(简称“CECS规范”)和美国UFC4-023-03、GSA规范(简称“DoD/GSA规范”)对于爆炸作用下结构抗倒塌性能评估与设计的适用性。根据建筑结构不同设防等级和区域,给出了拆除构件法的三类使用建议:该方法对于紧凑型轿车炸弹(227 kg TNT当量)和普通轿车炸弹(454 kg TNT当量)外部爆炸较为适用,建议进一步考虑荷载调整系数;对于小型货车炸弹(1 814 kg TNT当量)外部爆炸及汽车炸弹内部爆炸偏于危险,不建议采用拆除构件法进行设计;箱包炸弹(23 kg TNT当量)对结构整体的破坏较为有限,可不采用拆除构件法进行设计。

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综合管廊天然气泄漏爆炸的定量风险评估

师燕超, 么志远, 袁明德, 谢常领, 丁阳

建筑结构学报. 2023, 44(11): 129-136. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0677

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合理考虑综合管廊的天然气泄漏爆炸风险,对我国天然气入廊的安全性至关重要。为此,基于流体力学的FLACS气体爆炸计算软件,以综合管廊发生天然气泄漏爆炸的后果评估为目标,建立了一种定量风险评估方法。通过建立等效可燃气云与爆炸后果的相关关系,提出了一种适用于受限空间的单参数累积点火概率模型,能够反映可燃气云发展过程与时间因素的影响,最终得到天然气泄漏爆炸超压峰值与冲量的超越概率曲线。结合规范给出如下建议:当风险接受水平取1×10^-7时,根据超越概率曲线,超压峰值可取200~300 kPa,冲量可取100~152 kPa·s。

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基于小样本机器学习的矩形截面高层建筑风荷载体型系数预测

徐海巍, 陈加淦, 沈国辉, 陈水福

建筑结构学报. 2023, 44(11): 137-145. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0459

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为研究小样本训练集下机器学习矩形截面高层建筑整体风压预测效果,应用多种经典机器学习方法对建筑基底整体风荷载体型系数进行了预测模型的训练与测试。比较了不同机器学习方法训练得到的模型预测精度差异,并提出基于二阶集成的广义回归网络。经测试表明,基于该方法训练得到的预测模型具有良好的精度及鲁棒性。利用该预测模型预测了矩形截面高层建筑基底的顺风向和横风向最大体型系数随着长宽比的变化规律。预测结果表明,顺风向体型系数随长宽比增大先增大后减小,最大值出现在长宽比为2左右,而当长宽比大于4后基本稳定在约1.35;而横风向体型系数最不利值分布在0.35~1.10之间,且随长宽比增大呈增大趋势。

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超高层建筑横风向加速度的干扰效应

余先锋, 谢壮宁, 刘慕广

建筑结构学报. 2023, 44(11): 146-152. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0597

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通过多工况同步测压风洞试验和风振响应计算,在不同宽度比B_r(施扰建筑与受扰建筑截面宽度之比)和不同高度比H_r(施扰建筑与受扰建筑高度之比)下研究两栋超高层建筑之间横风向峰值加速度响应的干扰效应,并进一步将横风向和顺风向包络干扰因子、峰值加速度大小进行对比分析。研究结果表明:由于尾涡共振所致,当B_r为0.4和0.6时横风向峰值加速度明显大于其他B_r值下的结果,最大包络干扰因子E_IF分别为3.1和2.1;不同H_r下的横风向峰值加速度均以放大效应为主,最大E_IF约为1.4,仅在距受扰建筑较近的斜列位置出现一定程度的遮挡效应。当串列间距比达到10时,不同B_r和H_r下的横风向峰值加速度依然存在10%~30%的放大效应;除尾流涡激共振工况(B_r为0.4和0.6)与三维绕流工况(H_r =0.8)外,其他B_r和H_r值下顺风向加速度的干扰效应都强于横风向结果,但横风向峰值加速度在数值上依然大于顺风向,即横风向加速度占主导地位。

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基于气弹模型风洞试验的柔性光伏支架气动稳定性及干扰效应研究

陈权, 牛华伟, 李红星, 姜东

建筑结构学报. 2023, 44(11): 153-161. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0891

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为完善柔性光伏支架气动稳定性及阵列气弹干扰效应的研究,通过一倾角可调的柔性光伏支架气弹模型进行风洞试验,研究了不同倾角、不同风向角、不同均匀紊流风场下单柔性光伏支架气动稳定性;在此基础上,通过改变风向角、光伏支架数量和光伏支架之间连接(有、无连接),对10°倾角下光伏支架干扰效应进行研究。结果表明:测试倾角中,10°倾角颤振稳定性最差;测试全风向角中,0°、15°和30°风向角结构颤振稳定性较差;紊流可以抑制光伏支架的颤振,但会增大光伏支架的抖振响应,在10°倾角、0°风向角工况下,紊流度从小于0.5%提高到5.0%、10.0%、15.0%的过程中,结构颤振临界风速分别提高2.92%、6.10%和28.38%,光伏支架的加速度响应(标准差)分别为均匀流场的1.78、4.56倍和6.12倍;阵列时,来流方向第2行受尾流影响最为剧烈,尾流的影响随着距离的增大逐渐减弱,影响区域大致在10~15 m范围内;根据阵列风振响应情况,将阵列划分为尾流区、过渡区和遮挡区;在阵列柔性光伏支架之间布置连接件会减弱阵列尾流区与遮挡区结构振动响应(结构加速度标准差最多减少了56.38%),但对于过渡区结构较为不利(结构加速度标准差增大了24.43%)。

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大深宽比矩形平面超高层建筑横风向气动基底弯矩谱密度模型

王敏遥, 胡晓琦, 谢壮宁, 余先锋, 黄用军

建筑结构学报. 2023, 44(11): 162-169. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0885

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为解决现行荷载规范中可获取的矩形平面超高层建筑横风向气动基底弯矩(CABBM)谱密度的深宽比范围有限,在实际工程中适用性不高等问题,利用高频底座测力天平技术,针对深宽比为0.2~5.0的矩形平面超高层建筑模型,开展了4种地貌粗糙度类别的风洞试验。结果表明:深宽比对CABBM谱的影响较大,当深宽比较小时,CABBM谱呈现单峰状,当深宽比超过2.5后,CABBM谱可能会出现再附峰;湍流度对旋涡脱落产生抑制,导致CABBM谱峰及再附峰变钝。根据试验结果以及CABBM谱特性,采用多参数多变量非线性最小二乘法获取了CABBM均方根系数和无因次谱密度的拟合公式。所提出的CABBM谱模型可较全面地覆盖4种地貌粗糙度类别下不同深宽比矩形平面,且可以对未进行试验的参数进行预测,结果显示拟合公式具有合理性和可靠性。

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普拍枋对古建筑木柱侧向性能影响

吴亚杰, 林和寿, 谢启芳, 王磊, 张利朋

建筑结构学报. 2023, 44(11): 170-180. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0493

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合理评估古建筑木结构抗震性能需要研究木柱的侧向性能。为此,开展了柱底不同支承条件古建筑木柱及木构架侧向加载试验,获取了设置及不设置普拍枋木柱的滞回曲线,评估了普拍枋对木柱力学性能的影响,提出考虑和不考虑普拍枋作用的古建筑木柱荷载-位移简化模型,基于简化模型开展了参数分析。研究表明:设置普拍枋,可使古建筑木柱至少提高140%侧向刚度以及97%侧向承载力,且能增加木柱约170%峰值荷载对应位移;普拍枋对浮搁础石木柱的承载力退化现象影响不明显,但显著改善了木枋支承木柱的承载力退化现象,对浮搁础石木柱和木枋支承木柱分别增加了19%和29%的累积耗能。所提荷载-位移简化模型与试验结果吻合良好,可用于古建筑木结构抗震分析;参数分析进一步表明,随着荷载的增加或木柱直径的减小,普拍枋对浮搁础石木柱的侧向刚度增强作用越显著;相对浮搁础石木柱,普拍枋对木枋支承木柱最大荷载的增强效果越显著。

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复合加固木柱滞回特性试验研究

阿斯哈, 周长东

建筑结构学报. 2023, 44(11): 181-190. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0596

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为了在现代木结构中研发一种新型复材木构件,并为古建木柱提供可靠加固技术,前期提出了内嵌钢筋外包碳纤维(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布的复合加固方法。为了研究复合加固木柱的滞回特性,以内嵌钢筋数量、外包CFRP布加固量和木柱截面形状为变量,开展了16根加固及未加固木柱的低周往复荷载试验。结果表明:加固木柱均为受拉侧木材纤维的断裂破坏,复合加固方法不能改变木柱的破坏形态,但能延缓破坏的进程;经复合加固,木柱的承载力可提高60%,极限位移提高率可超过85%,内嵌钢筋的布设位置影响其加固效果,随着CFRP布加固量的增加,木柱的承载力提高,耗能得到改善;圆形木柱的骨架曲线基本包络了方形木柱的,可知复合加固方法对圆形木柱的加固效果更优;复合加固木柱的刚度退化系数不断减小,圆形木柱的刚度退化系数普遍大于方形木柱的;等效黏滞阻尼系数呈先减小后增大的趋势,复合加固方形木柱的耗能性能优于圆形木柱;木柱柱身基本不发生变形,损伤和破坏主要位于底部临近固结区域;内嵌钢筋可以与木材协调工作以提高木柱的滞回性能,CFRP布能够约束木材的横向膨胀,延缓木柱破坏的进程,进而提升其抗侧性能。

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木结构GFRP填板单销连接顺纹承压承载力试验研究

周华樟, 柯沃岑, 武岳

建筑结构学报. 2023, 44(11): 191-197. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0595

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钢填板螺栓连接是一种常用的木结构连接形式,但该连接五金件在某些环境下易腐蚀,影响连接承载力和耐久性,且易形成局部热桥,降低热工性能。提出用GFRP板和销替代钢填板和螺栓,形成防腐、隔热的木结构连接,提升其耐久性。针对这类连接,开展GFRP销弯曲试验、GFRP销槽顺纹承压强度试验以及GFRP填板单销连接顺纹承压承载力试验。结果表明:与Q235钢销相比,相同直径的GFRP销屈服弯矩和抗弯刚度均稍低于钢销的;GFRP销槽顺纹承压强度与钢销槽顺纹承压强度相同;连接承载力与GFRP销的截面面积正相关;对于销在边部木构件和填板中皆形成塑性铰的屈服模式,侧构件厚度不影响连接承载力;侧构件厚度越小,连接荷载-位移曲线塑性段荷载下降越大;侧构件厚度与GFRP销直径的比值越小,侧构件对于GFRP销的约束作用越小,荷载-位移曲线塑性段的下降趋势越明显。基于GFRP填板单销连接销槽变形和应力分布特点,提出了销槽应力线弹性分布假设,推导了GFRP填板单销连接承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

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不同测试方法下杉木锯材抗弯性能指标的确定

付方伟, 武国芳, 任海青, 钟永

建筑结构学报. 2023, 44(11): 198-207. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0709

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锯材力学性能指标的确定方法包括清材小试件和足尺试件两种测试方法。我国传统原木方木结构体系中木材的设计指标主要是基于清材小试件获得,而基于足尺试件确定设计指标的差异性相关研究有待深入。因此,选取774根目测分级杉木锯材,开展足尺试件和清材小试件抗弯性能的力学测试、数理统计、可靠度分析和相互关系研究。研究结果表明:目测等级对足尺试件抗弯性能的影响大于其对清材小试件抗弯性能的影响;采用Lognormal分布能够较好地拟合抗弯强度尾部概率分布;清材小试件、足尺试件目测等级为Ⅰ_c、Ⅱ_c/Ⅲ_c、Ⅳ_c满足目标可靠度要求的抗弯承载力抗力分项系数分别为1.34、1.11、1.15、1.42;足尺试件目测等级为Ⅰ_c、Ⅱ_c/Ⅲ_c、Ⅳ_c的抗弯弹性模量平均值分别为清材小试件抗弯弹性模量平均值的1.16、1.13、1.08倍,抗弯强度设计值分别为清材小试件抗弯强度设计值的1.37、1.12、0.76倍。

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基于云图法地下结构易损性分析的地震动记录规模选取

蒋家卫, 程祖俊, 许成顺, 杜修力, 陈国兴, 赵凯

建筑结构学报. 2023, 44(11): 208-215. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0304

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为了研究基于云图法的地下结构地震易损性分析中地震动记录集容量的选取,以浅埋两层双跨地铁车站结构为研究对象,采用非线性时程动力分析方法,获取了结构在不同天然地震动记录样本容量作用下的动力响应。以层间位移角为结构损伤指标,地面峰值加速度为地震动强度指标,基于对数线性回归模型建立了不同工况输入下结构的概率地震需求模型,并在此基础上建立了相应工况的结构地震易损性曲线。基于不同工况的结构震后失效概率与标准值的误差分析发现,地震动样本容量会显著影响地下结构基于云图法的地震易损性分析结果;相比于评估结构的高等级性能水准,地震动样本容量对评估结构低等级性能水准的影响更小;地下结构的失效概率评估结果会随着地震动样本容量的增加而逐渐接近标准值,其最佳地震动样本容量为300条。

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基于机器学习的地震动强度指标敏感性分析与破坏势评估

吴梓楠, 韩小雷, 马建峰, 季静

建筑结构学报. 2023, 44(11): 216-225. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0258

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为评估地震动的潜在破坏势,采用基于机器学习的敏感性分析方法,揭示影响破坏势的关键地震动强度指标。以弹塑性多自由度体系为研究对象,选取1 100条真实地震动记录开展时程分析;以最大层间位移角为损伤指标,通过相关性分析从25个地震动强度指标中筛选出7个信息重叠度低,且与损伤指标有较强对数相关性的强度指标作为敏感性分析对象;选用极端随机森林算法开展敏感性分析,量化强度指标对损伤指标的影响程度;基于分析结果将周期划分为加速度敏感区、速度敏感区和位移敏感区,并确定各区域的关键地震动强度指标。地震动破坏势评估结果表明:关键地震动强度指标可有效表征破坏势;与多元对数线性回归相比,极端随机森林可更好地评估破坏势,且其在评估精度上的优势随结构基本周期的增大而扩大。

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基于聚类分析的我国工程场地分类方案优化研究

任叶飞, 刘也, 张鹏, 冀昆, 王宏伟, 温瑞智, 谢俊举

建筑结构学报. 2023, 44(11): 226-235. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0273

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针对我国现行抗震设计规范中Ⅱ类场地定义范围是否过于宽泛的问题,根据日本KiK-net台网的强震动记录和台站钻孔资料,基于地震动预测残差分析方法计算台站的真实场地放大因子,引入K-Means聚类算法根据台站真实场地放大因子对Ⅱ类场地进行聚类分析,给出建议的场地分类优化方案。研究结果表明: Ⅱ类场地的地震动场地放大因子离散性较大,存在与覆盖层厚度相关的明显分簇现象,验证了Ⅱ类场地定义范围存在过于宽泛的问题,也为聚类分析提供了先决条件; 当Ⅱ类场地的台站被划分为2个簇类时,聚类结果最优,且两个簇类的场地放大因子曲线差异明显、覆盖层厚度总体上呈分簇现象,验证了聚类结果的可靠性; 建议以覆盖层厚度20 m作为分界指标将Ⅱ类场地细分为Ⅱ_a和Ⅱ_b两个子类,两个子类的场地放大因子具有较好的类间差异度与类内聚集度。

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基于监测数据修正多尺度有限元模型的超高层转换桁架和节点内力变化规律研究

胡卫华, 徐增茂, 刘谦, 卢伟, 滕军

建筑结构学报. 2023, 44(11): 236-246. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0316

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为克服超高层结构关键构件和节点在传统局部分析模型中存在边界误差和不能全面反映结构受力的不足,根据应变监测获取超高层结构的静力响应,分析采用非均匀温度场作用下超高层结构多尺度有限元模型的估算结果与实际结构动静力响应之间的差异,提出了基于结构自振频率、悬挑桁架和节点的温度应力系数为目标的响应面模型修正方法,在修正后的多尺度有限元模型中施加规范给定五十年一遇的风荷载,分析转换桁架和节点的局部应力变化。分析结果表明:超高层结构幕墙施工状态下温度与应力之间的相关性系数超过0.8,温度变化对构件应力影响较大,验证了以温度应力系数为目标的超高层结构响应面模型修正方法有效性,以及采用非均匀温度场作用下多尺度有限元模型分析结构局部构件内力变化的可行性。

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钢拉索耐火性能研究

王广勇, 孟亚丹, 刘人杰, 刘维华

建筑结构学报. 2023, 44(11): 247-254. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2021.0563

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为了研究拉索结构的耐火性能,进行了中等直径(ø75)拉索的耐火性能试验,试验中考虑非膨胀型和膨胀型两种钢结构防火涂料的影响,对高温下拉索的涂料性能、温度场、变形、耐火极限及破坏形态等进行研究,对比分析两种防火涂料对拉索耐火性能的影响。同时,选取高温下拉索本构关系模型,建立拉索耐火性能分析的有限元计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:高温下拉索由于塑性变形过大而破坏;由于索中空隙的影响,索截面内部和外部的温度有一定差异;荷载比和防火涂料类型是影响索结构耐火性能的主要因素,高温下非膨胀型防火涂料的性能较稳定,保护效果较好,非膨胀型防火涂料保护下的索耐火极限较大;同类防火涂料保护下,荷载比越大,耐火极限越小。

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2023年, 第44卷, 第11期　刊出日期：2023-11-05

建筑结构学报

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