建筑结构学报

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王春光, 刘卫宗, 张起舞, 范重, 王大庆

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 1-8. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0001

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在跨地铁线的超高层建筑结构的设计中,存在上部荷载大、需进行大跨度转换、受地铁列车运行振动影响大、基础设计复杂等特点。以成都某大厦为例,对这类超高层建筑适用的结构体系、转换结构、振动舒适性及基础设计进行系统研究。通过采用偏置钢框架-混凝土核心混合结构体系并优化结构布置,将传递到转换梁上的上部荷载降低到混凝土结构的73%,以满足转换结构及桩基础的设计需求。对比了型钢混凝土转换梁和预应力钢筋混凝土转换梁的刚度及承载力,结果表明,型钢混凝土梁比预应力钢筋混凝土梁的计算刚度增大约34%,能更好地满足设计、施工及上部建筑振动舒适性需要。在复杂地基基础条件下,通过调整桩长可有效减少结构的差异沉降。

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基于急动度的高层建筑风振舒适度评价指标研究

仇建磊, 李庆祥, 周云, 许伟

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 9-16. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0002

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现行规范以加速度限值作为高层结构风振舒适度的评价指标,但加速度限值具有频率相关性,对于扭转效应显著的结构,难以合理确定其主振频率值。为此,引入急动度作为结构风振舒适度评价指标,基于收集的试验数据结合现行规范确定不同人员感知率下的结构风振急动度限值,该限值在频率域内保持恒定,能够更好地从机理上诠释人体振动舒适度评价标准。采用拉丁超立方抽样技术产生300个结构算例,通过对比所提急动度限值与现行规范加速度限值的可靠指标进一步验证急动度指标的合理性;同时,采用提出的急动度指标对扭转效应显著的高层结构风振响应进行评价,并将其与现行规范加速度指标进行对比,结果表明,对于扭转效应较弱的结构,采用急动度指标与加速度指标所得舒适度评价结果基本相当,对于扭转效应显著的结构,加速度指标容易被高估,急动度指标更加合理有效。

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高层工业办公双用厂房振动舒适度研究

周若洋, 周舒静, 陆万柱, 沈洋, 陈伟, 查晓雄

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 17-25. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0003

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高层工业厂房不仅可以满足工业生产要求,同时也满足了人员办公的需求。为了研究此类高层厂房的振动舒适度问题,以某实际在建的高层工业办公双用厂房为背景,采用有限元软件建立厂房整体结构模型,对某层楼板施加激励荷载,提取激励层及激励层上下层楼板的振动加速度时程曲线,分析其振动响应的传递情况;为了确保有限元模型准确性,采用试验测试结合理论计算的方法,对某层楼板进行振动激励,提取激励层振动加速度时程数据,进行频谱分析,得到其竖向第1阶自振频率,通过试验测试结果、理论计算结果与有限元模拟结果对比,验证模型准确性。根据有限元模拟结果并参照相关规范,结果表明:该高层工业办公厂房在人致荷载下不会发生共振,满足振动舒适度要求;厂房中的振动响应可以向下层传递且存在折减,传递比例随着楼层的降低而降低;厂房中的振动响应可以向上层传递且响应增大,传递比例随着楼层的降低而增加。

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框架-核心筒柱计算长度系数确定方法

范重, 徐岳, 牟在根, 刘涛, 韩文凯, 吴浩

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 26-37. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0004

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为合理确定框架-核心筒柱的计算长度系数,基于周边各榀桁架协同工作机理,根据弱轴方向框架的屈曲荷载得到各柱的计算长度系数;进一步考虑核心筒对周边框架的支撑作用,通过增大系数对计算长度系数进行修正。在进行有限元分析时,采用在框架标准层顶部施加集中荷载的方法,所得到柱的计算长度系数在同一标准层内保持不变,与根据我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》的计算结果保持一致。通过高度为60、90、120 m和150 m四个结构模型,考察结构高度、加载方式等因素对屈曲模态、屈曲荷载和柱计算长度系数的影响。分析结果表明:框架-核心筒结构的一阶屈曲模态均为弱轴方向的整体变形,柱未在框架平面外发生局部失稳的情况;根据层屈曲法得到外框架柱计算长度系数与按标准层加载有限元模型计算结果较为接近,两者误差为-9.59%～6.49%;框架-核心筒周边框架的屈曲荷载显著高于外框架分析模型的屈曲荷载;随着结构高度增大,周边框架屈曲荷载增幅逐渐降低;由简化方法得到周边框架柱的计算长度系数与按标准层加载有限元分析结果具有较好的一致性。

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高层结构低碳设计方法研究

王载, 武岳, 沈世钊, 刘盈

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 38-47. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0005

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高层结构在我国城镇建筑中占比大,同时具有平均材耗大、单体碳排放强度高的特点。为此,针对高层结构开展低碳设计方法研究,根据材料生产工艺及实际工程特点,提出高层结构全寿命周期碳排放精细分析方法;以精细分析方法为基础,碳效率为评价指标,提出长寿方法、减/隔震方法、高强方法和组合方法4种低碳设计方法;同时以建筑高度24~100 m的高层建筑为研究对象,考虑抗震设防烈度6度、7度(0.10g)和8度(0.20g),针对剪力墙住宅建筑以及框架-剪力墙、框架-核心筒、钢框架和钢框架-支撑办公建筑,展开低碳方法的减碳效益研究。结果表明:长寿方法是一种高效的低碳设计方法,碳排放量减幅为35.66%~47.99%;减/隔震方法在明显提高抗震性能的基础上可以减碳2.03%~17.12%;高强方法可以实现一定程度的减碳但减幅不超过8.50%;相比于单一低碳设计方法,采用组合方法减碳效果最优,减碳幅度为49.61%~53.29%。

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附加增强型颗粒惯容装置的钢框架结构振动台试验研究

鲁正, 周超杰, 严德裕, 张瑞甫

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 48-55. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0006

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为进一步研究增强型颗粒惯容装置(enhanced particle inerter device,EPID)的工作机理和减震性能,设计并开展五层钢框架结构附加EPID的大型振动台试验,研究在El Centro波、Northridge波和1条人工波激励下有控和无控多自由度结构的动力响应,验证EPID对多自由度结构的减震效果,揭示EPID的减震机理。通过分析振动台试验数据发现:在3条地震波(地震动峰值加速度为0.1g)激励下,附加EPID均可以有效抑制多自由度主体结构的震动,尤其是对均方根动力响应的控制,即均方根减震率在26.99%以上;相较于颗粒调谐质量阻尼器(particle tuned mass damper,PTMD),附加EPID对主体结构各层动力响应具有更好的减震控制效果,即主结构峰值、均方根响应的减小幅度提升超过10%;附加EPID能够显著降低阻尼器运动行程,相对位移峰值降低了38.86%,有利于主体结构的空间设计;此外,附加EPID能够有效提升阻尼器耗能效率,降低主体结构在地震激励下的损伤。

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设置人工消能塑性铰的装配式RC框架结构抗震性能试验研究

马哲昊, 张纪刚, 李芦钰, 王胜, 许卫晓, 宋罕宇, 赵国良

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 56-66. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0007

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为评估设置人工消能塑性铰(artificial dissipative plastic hinge,ADPH)的装配式RC框架结构的抗震性能,设计并制作了2榀2层1跨设置ADPH的装配式RC缩尺框架,对其开展了低周往复加载试验,分析该框架的损伤分布、屈服机制以及破坏模式,并通过滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、延性、刚度退化及应变等研究其抗震性能。结果表明:设置ADPH的装配式RC框架结构的破坏模式为“完全梁铰机制”,塑性损伤控制在耗能构件处,非耗能构件仅轻微损伤;框架具有良好的承载能力及延性,位移延性系数均大于4.0;框架刚度退化主要源于附加耗能钢板翼缘加劲卷边的屈曲和柱脚混凝土的累积损伤;限位钢板可限制附加耗能钢板的屈曲变形,提高了结构的耗能能力;装配式耗能柱脚的预埋件应与柱内纵筋、箍筋有效绑扎连接,以避免预埋件出现锚固破坏。

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预制边缘构件构造不同的空心板剪力墙抗震性能试验研究

张微敬, 单辉, 钱稼茹, 张裕照

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 67-74. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0008

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为研究预制边缘构件中设置键槽对空心板剪力墙抗震性能的影响,完成了4个不同设计轴压比、预制边缘构件有无键槽的空心板剪力墙拟静力试验。试验结果表明:采用不同构造预制边缘构件的空心板剪力墙,其破坏形态均为压弯破坏,墙身布满裂缝,竖向孔两侧位置出现短斜裂缝,墙体底部两端混凝土压溃,钢筋屈曲、部分纵筋拉断;预制边缘构件是否设置键槽,空心板剪力墙的滞回曲线明显不同:设置键槽的剪力墙,滞回曲线均较为饱满;未设置键槽的剪力墙,滞回曲线出现滑移;剪力墙的极限位移角为1.5%~2.3%;由于预制空心板两端设有支腿,在轴压比较低时出现了“摇摆墙”现象,而预制边缘构件中设置键槽可避免空心板剪力墙的“摇摆墙”现象,且剪力墙承载力提高了15%~19%,刚度及耗能能力也有一定提高。为此,建议空心板剪力墙的预制边缘构件中设置键槽,并增加预制空心板两端支腿长度。

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纤维编织网增强混凝土加固砌体墙抗震性能试验研究

尹世平, 曲烽豪, 王飞, 王博学

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 75-82. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0009

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纤维编织网增强混凝土(textile-reinforced concrete,TRC)由于具有良好的限裂能力和耐腐蚀性,且使用水泥基材料作为基体,与砌体墙具有良好的黏结能力和协同受力性能,可用于砌体墙加固。为了研究TRC对砌体墙的抗震加固效果,通过4片墙体的低周反复荷载试验,对比分析单双面碳纤维网TRC和双面玄武岩纤维网TRC加固砌体墙的抗震性能。研究表明:采用TRC加固后可以使得墙体从未加固时的脆性剪切破坏转变为延性较好的剪切破坏和弯剪破坏;TRC加固可以有效提高墙体的承载能力、变形能力、刚度、延性以及耗能能力;相较于未加固试件,双面碳纤维网TRC加固墙体的延性和耗能能力提高幅度最大,分别提高了50.60%和211.95%;单面碳纤维网TRC加固墙体的抗震性能低于双面碳纤维网TRC加固墙体的,玄武岩纤维网TRC加固墙体的抗震性能低于碳纤维网TRC加固墙体的。

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纤维编织网增强混凝土双面加固不同损伤程度砌体墙抗震性能试验研究

曲烽豪, 尹世平, 王飞, 王博学

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 83-91. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0010

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为了研究纤维编织网增强混凝土(textile-reinforced concrete,TRC)加固不同损伤程度的砖砌体墙的抗震性能,对3片采用荷载损伤至不同程度而后用TRC加固的砌体墙和1片作为对比的未加固砌体墙进行低周往复试验。研究了TRC面层加固损伤砌体墙的破坏机理、滞回特性、变形能力和抗震性能等。结果表明:采用TRC面层加固不同损伤程度的砖砌体墙,能够显著提高墙体的变形能力,延缓墙体的开裂和刚度退化,改善加固后墙体的抗震性能;TRC面层对砖砌体墙具有良好的约束作用,改善砌体墙的脆性破坏模式,由加固前的剪切破坏转变为具有一定延性特征的弯剪破坏,提高了墙体的耗能能力,轻微损伤、中度损伤、重度损伤墙体的累积耗能分别提高了155.2%、135.9%和126.8%;经过TRC加固的不同损伤程度的砌体墙,墙体的受剪承载力可恢复至原墙之上,相较未加固墙体分别提升了20.9%、20.8%和22%。

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设置混合连接件的双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能研究

张壮南, 李姗珊, 王春刚, 陈勇, 郎崎, 刘晟恺

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 92-100. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0011

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为研究设置混合连接件的双钢板混凝土组合剪力墙的抗震性能,对4片设计轴压比为0.5的剪力墙进行了拟静力试验,研究其破坏过程、承载力、延性、刚度和耗能能力,并分析不同连接件(栓钉、T形加劲肋、缀板)提高组合剪力墙抗震性能的作用。采用ABAQUS有限元软件建立设置混合连接件的双钢板混凝土组合剪力墙模型,在经试验验证的基础上开展了连接件布置形式分析。研究结果表明:剪力墙破坏模式均为压弯破坏,布置于组合剪力墙两端的缀板有效抑制了早期腹侧钢板的局部屈曲,同时缀板和T形加劲肋相互作用可以扩大塑性铰区域,更利于抗震;双钢板混凝土组合剪力墙两端缀板和T形加劲肋不进行通长设置时,对墙体承载力影响较小,但可提高其延性;采用栓钉、T形加劲肋、缀板三种连接件布置形式的组合剪力墙较全栓钉组合剪力墙的位移延性系数增加22.73%,且耗能能力好;通过对比发现两端设置T形加劲肋、其他部位设置缀板、中间连接件为栓钉的组合墙体性能最优。

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设置灌浆层端板螺栓连接装配式混合框架梁柱节点抗震性能

张锡治, 马相, 章少华, 李青正

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 101-111. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0012

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为研究设置灌浆层端板螺栓连接装配式混合框架(PRCS)节点的抗震性能,通过4个足尺试件的低周反复荷载试验和精细化ABAQUS模型有限元分析,研究不同灌浆层厚度、端板厚度、钢梁高跨比等因素对PRCS节点的承载力、刚度、延性、耗能能力和螺栓受力的影响,分析低周反复荷载作用下节点受力机理。结果表明:设置灌浆层对节点承载力与初始刚度提高有限,增幅在5%以内,灌浆层厚度增加会对螺栓受力产生不利影响,建议灌浆层厚度不大于20 mm;不同端板厚度节点的刚度退化规律一致,破坏时节点刚度约为初始刚度的15%,端板厚度增加会使节点由混合破坏机制向梁铰破坏机制转变;随钢梁高跨比提高,节点连接界面呈现剪切破坏趋势。

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可更换屈曲约束耗能板的钢框架柱脚节点抗震性能试验研究

胡方鑫, 陈鹏, 潘建荣, 王湛

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 112-119. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0013

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为实现钢框架结构震后快速修复,遵循损伤控制理念,提出一种由狗骨削弱型耗能板通过高强度螺栓连接上、下柱段的韧性钢框架柱脚节点,通过柱翼缘及加劲肋对耗能板提供面外约束,从而限制其屈曲变形,改善抗震性能。基于柱脚节点的工作原理,对2个柱脚节点开展低周循环加载试验研究,并与采用无约束耗能板的对照柱脚节点的滞回曲线、骨架曲线和累积耗能进行比较。试验结果表明:该柱脚节点具有稳定的承载、变形和耗能能力,损伤主要集中于耗能板,即使在层间位移角5%下,上、下柱段依然基本保持弹性;更换损伤的耗能板后,柱脚节点可以恢复原有的滞回性能;当层间位移角达到5%时,设置屈曲约束耗能板的累积耗能相比无约束耗能板的提高了16%。该柱脚节点具有优异的抗震性能,同时可以实现钢结构震后修复。

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装配式内置钢管混凝土异形柱框架L形节点斜向加载抗震性能试验研究

武立伟, 郭雪源, 刘汉清, 陈海彬, 周中一, 陈艳华

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 120-128. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0014

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为研究装配式内置钢管混凝土异形柱框架节点的抗震性能,设计了3个足尺节点,变化参数为轴压比,通过斜向低周往复加载试验,分析其滞回性能、变形能力、耗能能力和刚度退化,结果表明:装配式内置钢管混凝土异形柱框架L形节点在斜向加载时破坏形式为梁端塑性铰破坏,满足“强柱弱梁”设计要求;试验滞回曲线饱满,当轴压比由0.2增加到0.4时,开裂、屈服和峰值荷载均增大,发生破坏时的层间位移角平均值为1/34。在轴压比0.2~0.4范围内,位移延性系数均大于1.0,等效黏滞阻尼系数均大于0.2,且随着轴压比增大两者变化均较小,达到破坏时的割线刚度平均值约为初始刚度的38.3%,节点具有较好的耗能和变形能力。

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钢-混凝土组合柱复杂节点抗震性能试验研究

姜宝龙, 李英民, 唐洋洋, 成明阳, 姬淑艳

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 129-137. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0015

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复杂大型公共建筑和超高层建筑结构中复杂节点受力复杂,其抗震性能研究是设计过程中的关键环节。为此,以某实际工程中采用的钢-混凝土组合柱复杂节点为研究对象,选取了3个关键转换梁柱节点,各节点主要由钢管混凝土柱与型钢梁或钢筋混凝土梁组合形成,按照1:6的缩尺比例进行节点抗震性能试验研究。试验中考察了节点破坏形态、裂缝开展情况,并分析了荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载力及刚度退化特征、延性及耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明:节点抗震性能和抗震构造措施满足设计要求,符合“强柱弱梁”和“强节点弱构件”设计原则;不对称梁-中空圆钢管混凝土叠合柱节点的钢箱梁截面较大,其梁端承载能力最大;Y形柱连接转换节点的位移延性系数较大,比其他节点的变形能力更好;带斜撑的圆钢管混凝土柱节点耗能能力最差,另外两个节点的耗能表现相对较好;各节点塑性铰破坏部位宜采取增设加劲肋等加强措施。

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半主动变刚度变质量变阻尼TMD偏心结构双向减震控制研究

王梁坤, 周颖, 施卫星

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 138-148. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0016

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为了减小偏心结构在双向地震作用下的平扭耦联响应,解决现有调谐质量阻尼器(TMD)无法同时控制结构平面内双向振动的问题,提出了可同时改变双向刚度、质量与阻尼的新型半主动TMD。为了实现参数的实时调节,该半主动TMD可以通过小波变换识别结构双向的瞬时振动频率,计算双向的瞬时频率比,通过改变菱形弹簧装置的夹角来调节其双向的刚度以分配刚度比,进而改变TMD的质量以使其双向的自振频率与结构的双向瞬时振动频率匹配。同时,该半主动TMD还可以通过开关吸附于质量块底部的电磁铁的电源以实现阻尼的实时调节。为了验证其双向的减震性能,以一六层双向偏心结构为例进行在双向地震作用下不同TMD的减震控制效果研究。作为对比,分别设置了在平面双向各布置一个被动TMD及单向半主动TMD的结构模型。数值分析结果表明:在控制效果方面,双向半主动TMD能够有效地减小偏心结构双向的位移平动及扭转响应,减震性能优于被动控制对照组;在减震率方面,其对结构整体均方根响应的控制性能优于最大响应;在平动控制效果方面,由于结构Y向的动力响应比X向更容易受到扭转的影响,其在X向的控制效果优于Y向;在扭转响应控制方面,由于其能显著减小结构的平扭耦联响应,因此,能够有效地控制结构的扭转响应。

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装配式转动摩擦阻尼器耗能性能研究

方圣恩, 陈小妹

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 149-156. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0017

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为提供可靠的耗能性能且便于震后更换,设计并制作了一种构造形式简单、传力机制明确的装配式转动摩擦阻尼器。在建立其恢复力模型基础上,通过压剪试验机测试阻尼器在不同预紧扭力矩和加载频率下滞回性能,获取滞回曲线、骨架曲线、单位滞回能量曲线及等效阻尼比。结合试验数据验证理论模型的准确性。研究结果表明:阻尼器设计采用的恢复力模型与试验吻合度较高,实测滞回曲线饱满,证明阻尼器的耗能性能良好;摩擦系数、滞回耗能能力与加载频率相关性较小,单位滞回能量随位移幅值增大而增大,同时等效阻尼比变大。

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大跨度钢-胶合木组合屋盖结构设计及静载受弯试验研究

张晓萌, 刘文珽, 任庆英, 周金将, 李正, 王佳琦, 李勇鑫, 刘子傲, 杨潇

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 157-164. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0018

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结合某大型博物馆工程,提出一种大跨度钢木组合张弦屋盖形式,最大跨度为41.5 m,通过对整体结构分析得到多遇地震作用下最大层间位移角为1/370,绝大部分构件应力比在0.8以下。针对该结构形式,设计了1:3缩尺的钢木组合张弦梁,通过静载试验研究其受力性能和受力机理,并对承载能力、应变、挠度等指标进行分析。试验结果表明:荷载增加至2倍的设计荷载时,连接节点处出现张开趋势,但总体未出现大的损伤,截面总体满足平截面假定;预应力索能与木梁协同工作且索的应变与荷载级别呈线性比例增长关系,木梁底部设置的预应力钢索使得木梁受拉区得到增强,即梁的中性轴位置整体上偏向于受拉区,设置预应力并能有效降低木梁所受拉力。

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曲线波形钢腹板组合箱梁空间受力性能研究

许立言, 郭婷, 张屹垚, 樊健生, 杨悦, 武维宏, 王龙飞

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 165-173. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0019

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钢底板-波形钢腹板组合箱梁具有承载能力高、抗裂性能好、结构自重轻、施工便捷等特点,在曲线桥中具有应用推广潜力。针对曲线波形钢腹板组合箱梁的空间受力性能,开展了双箱单室曲线波形钢腹板组合箱梁的静力试验,考察其在弹性工况下的抗弯刚度、应变分布、支座反力等关键受力性能。结果表明:外弧侧加载工况下结构扭转效应更明显;跨中截面正应变分布符合“拟平截面假定”;外弧侧加载可能导致支座脱空。在试验研究基础上,建立了适用于多箱单室曲线波形钢腹板组合梁桥的精细化有限元模型,通过参数分析推导了荷载横向分布系数的实用计算公式。与数值分析结果的对比表明:提出的经验公式具有较高的计算精度,有95%以上桥梁算例的计算误差小于10%,相比于AASHTO LRFD规范公式能够更加准确地反映大曲率组合梁的空间受力特征,可为此类桥型的简化分析和工程设计提供参考。

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玄武岩纤维增强再生混凝土箱梁疲劳性能试验研究

董江峰, 刘元聪, 袁书成, 王清远, 卫志盛

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 174-182. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0020

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为研究玄武岩纤维增强再生混凝土箱梁疲劳性能,设计了10根玄武岩纤维增强再生混凝土波纹钢腹板组合箱梁,对其进行四点弯曲变幅疲劳试验。通过分析箱梁的裂纹扩展过程、破坏形态和挠度,研究再生粗骨料取代率和碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)加固对纤维再生混凝土箱梁疲劳性能的影响。试验结果表明:纤维再生混凝土箱梁呈现两种疲劳破坏形态,即未加固组合箱梁发生钢-混纵向滑移,CFRP加固组合箱梁在波纹钢腹板焊缝焊趾处撕裂;总体上,纤维再生混凝土箱梁表现出良好的抗变幅疲劳性能;再生粗骨料取代率是影响变幅疲劳寿命的主要因素,随着再生粗骨料取代率增加,变幅疲劳寿命分别降低了15.5%、15.5%、10.2%和31.4%;CFRP加固能有效地抑制疲劳裂纹扩展和底板与腹板的纵向滑移,增强再生混凝土抗弯刚度,进而提高组合结构的疲劳寿命;理论计算的纤维再生混凝土组合箱梁的变幅疲劳寿命均高于试验值。

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钢-预制HSC组合梁群钉连接件受剪性能研究

王绍迪, 马玉宏, 赵桂峰, 李源海, 方壮城

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 183-192. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0021

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为研究钢-预制高强混凝土(high-strength concrete, HSC)组合梁群钉连接件的破坏机制,对8个群钉连接件进行推出试验,研究栓钉直径、混凝土强度和剪力槽的浇筑方法对群钉受剪性能的影响。群钉连接件的破坏模式主要为栓钉根部的受剪破坏和局部混凝土被压碎,由于群钉中个别栓钉存在焊接缺陷,剪切破坏在焊缝处产生。群钉连接件的受剪性能主要受栓钉直径的影响和剪力槽混凝土强度的影响,剪力槽的预制浇筑对群钉的抗剪强度没有影响,与整体浇筑效果基本一致。应用ABAQUS软件建立有限元模型对群钉抗剪强度的影响因素进行参数分析,研究结果表明:当栓钉直径从19 mm增加到30 mm,群钉受剪承载力提高了104%;当栓钉抗拉强度从400 MPa增加到550 MPa,群钉受剪承载力提高了27%;而栓钉高度和混凝土强度的增加对其受剪承载力的影响很小。将参数分析结果与欧洲EN 1994-1-1、美国AISC 360-05和中国GB 50017—2017中相关公式的计算值进行对比,发现群钉的受剪承载力预测值均偏于保守,提出的群钉受剪承载力的计算公式计算值与试验结果吻合良好。

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内置型钢增强开方孔RC梁受剪性能研究

蒋友宝, 黄彪, 熊继业, 康维, 王海霖, 万嘉祺

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 193-202. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0022

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为增强开方孔RC梁的受剪性能,提出了内置型钢的增强技术。该技术采用T型钢焊接而成的四边形和六边形型钢部件作为增强措施,并将其内置于开方孔RC梁内。参照某实际工程中的大开孔RC梁,设计了1根实腹RC梁、2根开大方孔RC梁。通过试验证实了采用内置型钢增强开大方孔RC梁受剪性能的有效性。在此基础上,对内置型钢的开方孔RC梁进行有限元分析,设计了七个不同型钢腹板厚度、孔洞尺寸的模型。有限元与试验结果表明:当孔高接近梁截面高度的40%且孔长小于梁截面高度的70%时,临界裂缝出现在下弦杆,经孔侧延伸至加载点,发生孔侧剪切破坏;当孔高接近梁截面高度的40%、孔长大于梁截面高度的70%且孔侧型钢强度足够时,上弦杆将出现一条临界裂缝通向加载点,发生弦杆剪切破坏;相比四边形型钢件,六边形型钢件由于含有倾斜肢,能对开方孔RC梁受剪性能取得更好的加固效果,尤其是倾斜肢与水平夹角大于30°时;将型钢件布置在临界裂缝处,可以实现开方孔RC梁受剪承载力与实腹梁等强。

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高温下钢筋混凝土梁抗爆性能研究

李治, 祝捷, 原小兰, 刘兵, 邓小芳

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 203-211. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0023

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为研究钢筋混凝土(RC)梁在高温和爆炸荷载联合作用下的受力性能,通过ABAQUS有限元软件分别建立受火性能试验和抗爆试验的精细化有限元模型,并且通过与试验结果对比,验证所建立有限元模型的准确性。在此基础上,开展高温下RC梁抗爆性能研究,分析RC梁在不同爆炸距离和不同受火时间作用下的动力响应,讨论配筋率和剪跨比对高温下RC梁抗爆性能的影响规律。结果表明:在相同爆炸距离下,随着受火时间的增加,RC梁发生剪切破坏特征更加明显,跨中挠度也随之增大,受火时间为90 min工况与无受火工况相比,跨中挠度增大250%。配筋率的提高能明显增强RC梁在高温下的抗爆性能,而剪跨比的增大则明显降低RC梁在高温下的抗爆性能。

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预应力侧向叠合加固混凝土梁技术及其工程应用

陈劲, 韩俊, 向艾军, 庞苗, 田野, 陈晓东, 周铮, 卫千峰

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 212-219. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0024

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为了解决大跨梁改造加固工程中的梁高受限问题,开展预应力侧向叠合加固混凝土梁技术及其工程应用研究。依托杭州某混凝土框架结构建筑工程案例,提出了预应力侧向叠合加固混凝土梁的方法。通过数值模拟、现场监测,分析了预应力侧向叠合加固后的受力特征和变形规律。研究结果表明:采用预应力侧向叠合加固混凝土梁技术加固的大跨度混凝土梁,叠合面两侧的变形协调一致;加固完成变形稳定后,竖向位移小,加固效果良好;加固后应力水平显著下降,混凝土受拉区域减少,有效改善了大跨梁应力分布;加固后竖向位移减小,且沿梁跨方向变化更加平缓,有效控制了大跨度梁的竖向位移;加固后裂缝分布区域和最大裂纹宽度减小,有效提高了梁的抗裂能力。基于工程案例结合数值与现场试验研究结果可见,当既有建筑对梁的竖向位移和裂缝控制、抗震性能、耐久性及延性要求较高时,预应力侧向叠合加固混凝土梁技术具有较好的优势及应用潜力。

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预加载水平对TRC加固RC柱轴压性能影响

李耀, 尹世平, 戴君岩

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 220-228. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0025

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为研究纤维编织网增强混凝土(textile-reinforced concrete,TRC)对损伤钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)柱力学性能的提升效果,对6根RC柱进行了轴心受压试验,分析了不同预加载水平对TRC加固柱受力性能的影响规律。研究结果表明:预加载水平对TRC加固柱的破坏形态影响较小;与未加固损伤RC柱相比,加固3层的损伤RC柱承载能力和变形能力最大增幅可分别达24.32%和16.90%;与未损伤未加固柱相比,当预加载水平不超过RC柱的峰值荷载时,加固3层能够恢复并提高损伤RC柱的承载能力,但随着预加载水平的提高,加固柱承载能力增幅降低。提出了考虑箍筋和TRC的约束以及纵筋作用的加固损伤RC柱轴向承载力计算公式,TRC加固损伤RC柱承载力公式预测值与试验值吻合较好。

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受火后内置格构式钢管混凝土十字形截面型钢混凝土短柱轴压性能研究

陈海彬, 曹伟越, 刘海扬, 刘伟浩

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 229-238. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0026

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为研究受火后内置格构式钢管混凝土十字形截面型钢混凝土柱的轴压性能,开展1根未受火和6根受火后短柱轴心受压试验,得到荷载-轴向位移曲线,分析受火时间和受火面数量对短柱剩余承载力、延性、耗能和初始轴压刚度等的影响。引入受火后混凝土材料性能折减系数,结合相关规范提出内置格构式钢管混凝土十字形截面型钢混凝土短柱受火后承载力计算式。结果表明:受火与不受火短柱破坏模式基本相同,荷载-位移曲线划分为弹性段、弹塑性段、下降段和平缓段,最终发生斜向剪切破坏;随着受火面数量的增加,短柱的剩余承载力、延性和初始轴压刚度呈下降趋势;随受火时间增加,内置格构式钢管混凝土承担外荷载比例逐渐增大,荷载-轴向位移曲线逐渐呈扁平状,峰值位移、破坏位移滞后,短柱表现出良好的延性;提出的短柱承载力计算式结果与试验结果吻合良好。

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套筒灌浆连接钢管混凝土叠合柱偏压性能试验研究

张瑞, 陈建伟, 吴山, 车文鹏, 苏幼坡

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 239-247. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0027

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为增强钢管混凝土叠合柱节点连接性能,在上下钢管混凝土间设置套筒进行灌浆连接。对6个采用套筒灌浆连接的钢管混凝土叠合柱进行偏心受压试验,主要参数为荷载偏心距和连接区箍筋间距,考察钢管混凝土叠合柱加载至破坏过程中钢管、套筒、纵筋及钢管外混凝土应变变化规律,研究试验柱的破坏特征和受力机理。结果表明:各试验柱破坏部位主要出现在连接区套筒上边缘和下边缘,套筒灌浆连接可对钢管混凝土叠合柱中上、下钢管连接处起到保护作用,增强叠合柱节点的连接性能;柱侧向变形随偏心距增大而增大,极限荷载随偏心距增大而减小;连接区箍筋间距由100 mm加密至50 mm可显著提高柱延性,减缓其在加载过程中裂缝的发展速率,且承载力提高2.61%。根据叠加理论和极限平衡理论,对各偏压柱正截面承载力进行计算,计算结果与试验结果基本吻合。

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GFRP筋与钢筋混合配筋柱偏心受压性能试验研究

王坦, 李立巍, 周志杰, 曹艺博, 尹俊博, 白羽

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 248-255. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0028

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为提升侵蚀环境下混凝土柱的受力性能,提出一种在截面周边配置GFRP纵筋和箍筋、截面中部配置钢筋和螺旋箍筋的钢筋混凝土混合配筋柱。为评价该混合配筋柱的偏心受压性能,设计了6根不同配筋形式的柱,并开展偏心受压试验,结果显示:混合配筋柱的破坏形式为压弯破坏,破坏特征、截面应变分布规律与普通钢筋混凝土柱的相似;合理配筋的混合配筋柱的压弯承载力、挠度和延性均优于同等截面配筋率下的全GFRP筋混凝土柱的,在混合配筋柱达到峰值荷载后,受拉侧GFRP筋应力不断增长,内部纵向钢筋提供的承载能力和螺旋箍筋提供的约束发挥作用,可以保证构件承载能力缓慢下降;当混合配筋柱达到极限荷载后,荷载-跨中挠度曲线下降平缓,延性较好;混合配筋柱所增设的螺旋箍筋和内纵筋,有效地提高了混合配筋柱的压弯承载力和延性。

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斜拉肋加劲方钢管混凝土柱偏压承载力简化计算方法

甘丹, 张鑫泽, 周绪红, 李泽湘

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 256-265. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0029

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为研究斜拉肋加劲方钢管混凝土柱偏压承载力计算方法,根据柱在截面层面与构件层面轴力-弯矩曲线的几何关系,建立柱偏压承载力与截面偏压塑性承载力和柱偏压临界承载力的关系式,截面偏压塑性承载力采用塑性应力分析方法计算所得,柱偏压临界承载力通过稳定理论推导得到,计算过程中考虑了斜拉肋对混凝土约束效应和二阶效应。研究表明:采用所建立的方法得到的斜拉肋加劲方钢管混凝土柱偏压承载力与试验和有限元参数分析结果比值的平均值分别为0.94和0.90,标准差均为0.06,计算准确度较高且偏安全。该法适用于小偏压破坏的柱,对小高宽比柱的预测值略偏保守,对大高宽比柱的预测值准确度高。

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设置中空层的装配式钢筋桁架楼板受弯性能研究

李济南, 贾晨, 陈贺文, 郭兰慧, 邵永松, 米晟阳

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 266-273. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0030

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为保证装配式楼板良好的受力性能同时提高施工效率和保温隔声等性能,提出由槽钢、水泥纤维板、钢筋桁架及混凝土等部件组成的设置中空层的装配式钢筋桁架楼板。设计2个不同跨度的设置中空层的装配式钢筋桁架楼板试件,对其进行受弯试验。结果表明:楼板在正常使用极限状态下各关键位置均处于线弹性阶段,各受力性能指标满足标准要求;楼板破坏模式为槽钢断裂,下弦钢筋屈服。在试验研究的基础上,采用ABAQUS有限元软件建模进行参数分析,发现楼板厚度和桁架钢筋直径是楼板受弯承载力的关键影响参数。楼板厚度从85 mm增加至115 mm时,楼板受弯承载力提高26%;桁架钢筋直径从8 mm增加至14 mm时,楼板受弯承载力提高25%。基于相关规范的理论和方法,考虑钢筋桁架上下弦钢筋、钢筋网层下层钢筋及槽钢的贡献,提出设置中空层的装配式钢筋桁架楼板受弯承载力计算方法,公式计算结果与试验结果以及有限元分析结果对比误差在±10%以内。

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排钢管钢板混凝土剪力墙转钢管混凝土剪力墙体系设计方法及应用

郭达文, 马玉宏, 郑佳凯, 张梦月

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 274-281. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0031

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针对下层排钢管钢板混凝土剪力墙转成上层内置钢管混凝土(STCC)剪力墙结构体系,提出系统的截面转换设计方法。基于刚度等效原理进行上层STCC剪力墙设计,在初步设计截面基础上,使用穷举法以经济性为目标对上层STCC剪力墙截面进行优化。通过一超高层建筑实例采用本方法进行转换截面设计,利用ABAQUS建立该优化后的剪力墙有限元模型,进行承载力复核验证,结果满足承载力要求,且使造价相比优化前减少27%。该转换截面设计方法可为一般钢板混凝土剪力墙转内置型钢混凝土剪力墙的截面转换设计提供参考。

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内置蜂窝芯冷弯薄壁型钢组合墙体受剪性能研究

张壮南, 钱浩凯, 王春刚, 张萌, 杨振宇

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 282-292. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0032

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为研究内置蜂窝芯冷弯薄壁型钢组合墙体的受剪性能,对5片墙体进行了水平低周往复加载试验,并利用有限元软件ABAQUS对该墙体的受剪性能进行了参数分析,研究了导轨处螺钉布置、单个蜂窝的平直段长度以及蜂窝芯板厚度和龙骨厚度等对墙体受剪性能的影响,分析了墙体的传力机制、破坏模式、承载能力、抗剪刚度、滞回特性及耗能能力等。结果表明:内置钢蜂窝芯可以起到较好的蒙皮作用,有效提高组合墙体的受剪承载力和抗剪刚度;立柱截面旋转90°后增强了骨架与面板的相互约束,限制了立柱的扭转与屈曲变形,提升了骨架的抗侧移能力;外覆面板和立柱可以有效约束蜂窝芯板面外屈曲变形,从而提升墙体受剪承载力、抗剪刚度和耗能能力,并改善延性;导轨处螺钉布置及蜂窝芯板和龙骨厚度对墙体受剪性能影响显著,但蜂窝的平直段长度对其影响不大。最后,基于试验和有限元分析结果,拟合了该墙体的受剪承载力计算式,其计算结果与试验值吻合较好。

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不均匀沉降作用下连续单舱综合管廊横截面内力分析

钟紫蓝, 李锦强, 张卜, 赵旭, 王晓静, 杜修力

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 293-303. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0033

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纵向不均匀沉降不仅会改变长线型综合管廊横截面受力状态,也是导致综合管廊结构破坏无法正常运营的重要原因之一。针对矩形截面连续单舱综合管廊,建立了考虑因纵向不均匀沉降引起的综合管廊相邻横截面之间剪切传递效应和挤压效应的横截面内力理论分析模型,基于该模型推导不均匀沉降作用下连续综合管廊横截面内力分布公式,与三维单舱管廊-土体相互作用数值模拟结果进行对比并验证其合理性。研究发现:建立的理论分析模型与数值模型相比,在横截面关键点处结构内力峰值相差不超过20%,可以较为精确地对综合管廊在不均匀沉降作用下的内力进行评估;假定综合管廊沿纵向的不均匀沉降符合高斯曲线分布,沿结构纵向会受到不均匀的附加弯矩和附加剪力,进而引起管廊横截面内力发生较为显著变化。提出的不均匀沉降作用下连续综合管廊横截面关键点内力值计算公式可为综合管廊的结构设计提供参考。

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马尔代夫某机场储罐基础不均匀沉降分析

陈圣贤, 李俊, 徐铨彪, 干钢, 王金昌

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 304-310. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0034

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以马尔代夫某机场珊瑚砂地层的储罐基础为研究对象,分析了强夯碾压和充水预压后储罐基础与地基的变形特性。对储罐基础和地基地表土的长期实测资料进行分析,探讨了强夯碾压加固储罐地基的效果,获得了储罐环墙、底板和地基地表土沉降的变化规律;针对储罐基础在第一次充泄水预压试验后较大的平面倾斜与非平面倾斜,基于动力触探测试结果重新划分了强夯碾压处理后的地层分布;利用有限元方法进行第二、第三次充泄水模拟和分析,模型中考虑了地层的不均匀性,环墙测点的竖向位移的有限元分析结果与实测值吻合较好,结果表明:经强夯碾压和第一次充泄水预压试验后,地基土不均匀性和密实性得到了改善,后续第二次、第三次充泄水试验中储罐满载状态时,环墙最大沉降22.98 mm,满足规范中对储罐平面倾斜和非平面倾斜的限值要求,地基土变形基本稳定。

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铜仁奥体中心体育场罩棚索膜协同工作关键问题研究

吴小宾, 周佳, 赵建, 周劲炜, 舒欣, 陈强, 熊耀清

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 311-316. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0035

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结合铜仁奥体中心体育场罩棚,对车辐式索膜结构进行整体分析,研究索膜协同工作中膜材对索网水平面内刚度、膜材对钢拱面外稳定性、局部膜面撕裂对索网受力的影响等问题。研究结果表明:膜材增加了车辐式索桁架水平面内整体性和抗扭刚度,增强了双层索网的抗扭转能力;膜材为支撑钢拱提供了面外弹性约束,大幅提高了支撑钢拱的面外稳定性;偶然情况下的局部膜面撕裂,导致撕裂附近区域的膜面应力集中,对径向索、环向索受力影响很小。索膜结构整体分析可提高车辐式索桁架结构设计的准确性和经济性。

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钢储罐在撞击荷载作用下的结构响应与破坏模式

朱东, 王震, 梁铭耀, 赵阳

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 317-326. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0036

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为了求解大型立式钢储罐结构在遭受偶然撞击荷载作用下的结构响应和破坏模式,建立了壳体撞击下考虑碰撞接触的有限元模型,分析了撞击作用下典型钢储罐的响应过程,包括变形模式、应变分布和塑性铰线分布等;对不同撞击物速度、储罐径厚比和储罐高径比时,钢储罐的变形分布和能量变化进行参数分析;并基于参数分析结果,探讨了钢储罐的三类失效模式及其变化规律。结果表明:钢储罐在撞击作用下的主要变形区域近似呈三角形,以撞击点为中心可分为3个小三角形,部分外边界处出现正、负塑性铰线;储罐最大残余变形和撞击平均力随撞击物冲量增大呈线性增大,随高径比增大总体呈减小趋势;当半径不变、径厚比增大时,罐壁最大残余变形增大而吸能能力减小;当壁厚不变、径厚比增大时,两者均变化不大。随撞击物质量和速度的增大,储罐在撞击作用下依次出现局部失效、整体失效和破裂失效,其中局部失效最易出现;整体失效时,变形区域较大且端部约束减弱导致整体丧失承载;破裂失效时,撞击处罐壁来不及变形扩散和吸能即已达到失效应变。

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初始几何缺陷对开敞圆柱储罐风致屈曲的影响分析

刘亮, 孙瑛, 苏宁, 武岳

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 327-334. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0037

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顶部开敞的大型圆柱储罐在内外风压联合作用下易发生屈曲破坏,其对初始几何缺陷十分敏感,但通常采用的一致缺陷模态法未考虑到实际初始缺陷形状的随机效应。为此,采用随机屈曲模态叠加法,将前10阶特征模态叠加以表示初始缺陷形状,组合系数视为随机变量以体现缺陷随机性。通过蒙特卡洛模拟,假定随机变量符合正态分布,抽取1 000个样本进行非线性屈曲分析以得到随机缺陷储罐的屈曲承载力并与一致缺陷模态法比较。结果表明:一阶特征模态并非圆柱储罐的最不利初始缺陷形状,但其承载力与最不利缺陷的差距在1%以内,为方便起见在工程中应用一致缺陷模态法是合理的;高径比和径厚比越小时,储罐对初始缺陷越敏感;设置抗风圈的加强储罐比未加强储罐对初始缺陷更加敏感。通过参数拟合,建立了适用于不同尺寸构造开敞储罐的缺陷敏感性定量评估经验公式,与有限元计算结果吻合较好。

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箱式钢结构模块混合节点受拉及受剪性能试验研究

娄霓, 彭明英, 易国辉, 曲可鑫, 张兰英, 刘长松, 任乐明

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 335-343. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0038

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为提高钢结构模块现场安装速度,减少现场施工工序,研发了一种箱式钢结构模块混合节点。该混合节点通过先注浆后吊装的方式,将十字形角件直接插入灌浆角件浆料中连接而成。与已有的模块节点相比,该混合节点无需预留安装孔,吊装后节点区无现场作业,适应施工误差的性能提高,安装更加便捷,施工速度更快。通过一组拉伸试验和一组剪切试验,研究了混合节点的受拉和受剪承载能力。结合试验和有限元分析结果可知:节点的破坏形式为十字形截面板件的受拉和受剪破坏,浆料完整性较好;在拉伸和剪切作用下,浆料受角件侧壁、横隔板等约束,处于挤压和剪压状态,充分发挥了浆料的高强受压性能,受压状态下的浆料与十字形截面板件界面的相互作用、钢筋肋和横隔板的设置对十字形截面板件的受拉和受剪均起到很好的锚固作用;该混合节点的试验承载力大于十字形截面板件的理论承载力,充分发挥钢材受拉及受剪性能优势。综合分析结果,建议工程中可以十字形截面板件的设计承载力作为该混合节点承载力的取值依据。

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单调和重复荷载作用下钢-聚丙烯混杂纤维ECC轴压力学性能试验研究

王福明, 万嘉祺, 黄澳斯, 蒋友宝, 郁晨羽, 罗孝宇

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 344-353. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0039

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将钢纤维与聚丙烯纤维合理混杂后作为增强水泥复合材料(ECC)的掺入纤维,可以充分利用两种纤维不同阶段逐级阻裂的优势,产生混杂效应,改善构件的变形能力。为研究两种纤维配合比对混杂纤维ECC受压性能的影响,保持纤维总体积掺量2%不变,分别对45个两种纤维体积掺量比例为3:1、5:3、1:1、3:5、1:3的试块进行单调荷载和重复荷载作用下的轴压试验。研究结果表明:与棱柱体试块相比,立方体试块单调受压时具有更好的延性,且未出现明显脆性破坏;随着钢纤维与聚丙烯纤维体积掺量的比值增大,混杂纤维ECC的抗压强度与弹性模量逐渐增大,抗压强度对应的应变逐渐降低。根据试验结果,提出了钢-聚丙烯混杂纤维ECC不同纤维配比下单调荷载与重复荷载受压本构模型,该模型与试验结果吻合良好。

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基于可持续性的RC结构全寿命多目标优化设计方法

吴柯娴, 金伟良, 何晓宇, 何雨宸, 余春辉

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 354-363. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0040

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为了解决现行设计方法只关注短期时效且难以满足可持续发展要求的核心问题,提出一种考虑可持续性的钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)结构全寿命多目标优化设计方法。该方法考虑RC结构受海洋氯化物影响下的累积失效概率、经济成本、环境成本和社会成本,提出时变可靠指标和全寿命可持续性成本优化目标函数,采用蒙特卡洛模拟和遗传算法对RC箱梁结构的初始设计与后期维护参数进行单目标、双目标和三目标优化设计。优化结果表明:相比于原设计方案,对建造期和运营期参数的协同优化设计方案提升了结构初始性能,增大了单次维护效果,减少了后期维护次数,从而在经济和环境成本提升幅度不大的情况下,降低社会成本,获得全寿命可持续性表现更优的方案;对全寿命经济、环境和社会成本的三目标优化设计是均衡可持续性三个维度(经济、环境和社会)的可行方法,当仅优化粘贴钢板维护参数时,环境成本与经济成本、社会成本均呈负相关关系,经济成本与社会成本呈正相关关系。

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基于多传感器数据融合的空间结构健康状态评估方法

李红民, 王健, 闫凯

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 364-371. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0041

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针对大跨度空间结构在役期间结构安全运营维护问题,基于多传感器数据融合技术提出既有建筑结构健康状态综合评估方法。根据历史监测数据提取多传感器数据特征向量,并通过层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)建立结构安全评估层次模型,计算各指标主观权重;对同类型传感器数据融合得到特征向量,利用指标相关性赋权法(criteria importance through intercriteria correlation,CRITIC)获得指标客观权重,利用最小信息鉴别原理计算主客观综合权重。通过建立隶属度函数获得指标评判矩阵,逐层计算既有结构整体健康状态。以大跨度空间钢结构潍坊北站屋盖为例进行健康状态评估,得到其结构健康指数大于95,验证了所提方法的有效性。

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积雪深度与伴随风速比的联合概率分布

岳煜斐, 陈凯, 唐意

建筑结构学报. 2023, 44(S1): 372-378. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.S1.0042

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大跨度空间结构为雪荷载敏感结构,在对其进行积雪分布的试验或模拟时,面临采用何种积雪深度和风速作为输入条件的问题。对某站点逐日的降雪和风速历史数据进行分析,得到了该站点年最大积雪深度和当日伴随风速比(最大积雪日伴随风速与年最大风速的比值)两参数的边缘分布模型和联合概率分布模型,研究了其联合重现期和同现重现期。结果表明:该站点积雪深度和伴随风速比均符合Weibull分布;求取联合分布函数时可采用Gumbel-Copula函数作为最优连接函数;基于该联合分布函数计算得到积雪深度和伴随风速比的联合重现期与同现重现期曲线,从而获取连续的两参数的取值组合。将积雪深度与伴随风速比等概率条件下同现重现期为50 a时的计算值作为输入参考值,计算得到的单参数重现期均为8.1 a,在此取值条件下,积雪深度较50 a重现期的值要小,伴随风速比较直接采用重现期风速值的小,较采用风速期望值的大。

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2023年, 第44卷, 第S1期　刊出日期：2023-07-10

建筑结构学报

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