建筑结构学报

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刘一凡, 童乐为, 王平山, 崔家春, 徐继东

建筑结构学报. 2024, 45(11): 1-18. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0795

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地震作用下,交错桁架钢框架体系( staggered truss steel framing system, ST)存在破坏模式不理想、结构冗余度低、抗震延性较差等问题,在高烈度区的推广应用受到限制。为推动 STF的地震损伤控制(seismic damage control)研究,在梳理国内外 STF 理论分析、试验研究以及有限元分析( finite element analysis, FEA)等研究现状的基础上,总结 STF地震损伤控制研究存在的问题,展望可行的创新研究方向,并建议在以下3方面展开进一步研究:通过设置阻尼器或形成混合结构体系从而引人地震损伤控制机制,可改进 STF的地震破坏模式,提高抗震性能;建立评价STE地震损伤控制改进方案的统一有限元基准模型,从而有利于评价各改进方案的有效性,并对比研究其适用范围;完善STF 竖向与水平耦合抗力系统的地震鲁棒性研究,建立适用于STF的地震损伤评估方法。

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内嵌轻质混凝土墙板部分包裹混凝土 T 形柱 -H 型钢梁装配式框架的抗震性能试验研

王波, 杨帆, 王静峰, 孙嘉

建筑结构学报. 2024, 45(11): 19-30. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0344

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为研究内嵌轻质混凝土(ALC)墙板的部分包裹混凝土(PEC)T 形柱-H 型钢梁装配式框架的抗震性能,进行了两层一跨的 1 榀 PEC-T 形柱框架和 1 榀内嵌 ALC 墙板 PEC-T 形柱框架低周反复荷载对比试验,观察框架破坏现象,分析其滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等。试验研究结果表明:PEC-T 形柱-H 型钢梁框架结构具有良好的抗震性能,两榀框架的屈服位移角约为 1 / 130 和 1 / 110,而破坏位移角约为 1 / 35,两榀框架各层的位移延性系数均大于 2,满足结构抗震设计的要求;ALC 墙板对框架刚度、承载力及耗能能力的贡献主要体现在受力初期,随着结构变形的进一步增加,ALC 墙板提前退出工作,荷载主要由主体结构承担,且屈服后由于 ALC 墙板与主体结构的相互滑移导致框架后期整体耗能能力降低。通过有限元软件 ABAQUS 建立装配式框架有限元模型,发现弱填充墙对框架节点区影响较小,但随着上部层间刚度的增加,底层框架柱截面剪力占比提高,导致底层框架柱出现剪切滞后以及剪切破坏。

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锁铆连接冷弯薄壁型钢剪力墙抗震性能研究

谢志强, 樊颖, 张爱林, 周大兴, 耿德宇, 张向东, 毕烨, 董磊

建筑结构学报. 2024, 45(11): 31-42. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0338

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锁铆连接具有力学性能好、连接效率高等优势,将其应用于冷弯薄壁型钢剪力墙,以改善该类剪力墙刚度差、承载力弱和工业化程度低等问题。通过对 3 个锁铆连接冷弯薄壁型钢剪力墙和 1 个螺钉连接冷弯薄壁型钢剪力墙进行低周往复加载试验,得到墙体的破坏模式、延性、耗能能力、承载力和刚度退化情况,研究铆钉间距(50 ~ 150 mm)对剪力墙抗震性能的影响;根据剪力墙的损伤状态和性能化设计目标,建议其弹性和弹塑性层间位移角限值;基于 OpenSees 有限元软件,提出锁铆连接剪力墙的非线性简化分析模型及整体结构的高效抗震性能分析方法;在此基础上,对整体结构进行增量动力时程分析,评估锁铆连接冷弯薄壁型钢结构的抗震性能。研究结果表明:锁铆连接冷弯薄壁型钢剪力墙的主要破坏模式包括钢板屈曲、锁铆连接失效、边立柱畸变屈曲和导轨撕裂;钢板边缘铆钉间距对其抗震性能有较大影响;减小铆钉间距可有效提高剪力墙的承载力、刚度、延性、变形和能量耗散能力,且可改善其刚度突变现象;采用 1 / 300 作为锁铆连接剪力墙弹性层间位移角限值、1 / 50 作为弹塑性层间位移角限值安全可行;非线性简化分析模型可较精确地模拟剪力墙的滞回性能;锁铆连接冷弯薄壁型钢结构的抗震性能满足规范要求。

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联肢与非联肢柱弱轴连接钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

郝际平, 吴星煌, 田炜烽, 李生辉, 薛强, 樊春雷, 孙晓岭, 王蓉

建筑结构学报. 2024, 45(11): 43-54. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2022.0860

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为了研究梁柱弱轴连接的钢板剪力墙和联肢钢板剪力墙的抗震性能,开展钢板剪力墙联肢前后的拟静力循环加载试验。设计 3 个 1 / 3 缩尺的四层弱轴连接钢板剪力墙试件,其中 1 个为钢板剪力墙试件,另外 2 个为联肢钢板剪力墙试件,对其进行拟静力试验研究。从试件的破坏模式、承载力及刚度发展、延性、耗能、柱轴力和层间侧移等方面,对比分析联肢前后钢板剪力墙试件的破坏形态和性能特点。结果表明:无论是否联肢,墙板仍然通过拉力场抗剪,最终发生沿边缘撕开,继而引发中间横梁的跨中弯曲;钢板墙联肢后,其初始刚度、承载力、位移延性系数和耗能分别提高 65% 、10% 、40% 及 14% 以上;加强连梁的截面刚度,能减小层间刚度的差异,进而避免过早出现薄弱层,但连梁截面过大会使结构偏离理论预期的破坏机制,使构件利用不充分而降低经济性;由构件破坏顺序可知,钢板剪力墙联肢后,原本的墙板和框架 2 道防线转变为墙板、连梁和框架 3 道防线。

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基于能量变分原理的冷弯型钢拼合截面柱弯曲屈曲弹性临界荷载分析

杨竞杰, 李海锋, 高轩能, 石宇, 王卫永

建筑结构学报. 2024, 45(11): 55-65. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0747

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冷弯型钢拼合截面柱在发生弯曲变形时,各单肢截面之间会出现剪切滑移现象,从而显著影响其受力性能。而准确高效地计算拼合截面柱弯曲屈曲弹性临界荷载,是进一步研究拼合截面柱受力性能的重要基础。为此,选取工程中常见的五类典型拼合截面柱为研究对象,分析了拼合截面柱弯曲变形时各截面的相对滑移现象,并基于变形微分方程假定滑移分量的函数表达式,通过考虑紧固件布置位置与剪切刚度,建立能量守恒方程,基于能量变分原理推导弯曲屈曲弹性临界荷载计算方法。为验证计算方法准确性,采用 ABAQUS 建立 112 个数值分析模型,进行屈曲分析获取弹性临界荷载数值解,并与推导的理论计算方法计算结果对比,结果表明:理论计算方法具有较高的精度,其计算结果与数值解的误差在 ± 10%以内。推导的计算方法适用于拼合柱自攻螺钉紧固件沿钢柱长度方向均匀布置,其间距宜在 100 ~ 600 mm 之间,且紧固件剪切刚度不宜超过 14 kN / mm。数值分析结果还表明,螺钉间距和剪切刚度对四肢双箱形拼合截面的弹性临界荷载影响较为明显,而对于背对背开口拼合截面以及面对面箱形拼合截面影响相对较小。

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螺栓连接加强模块间节点抗震性能研究

曹轲, 翟思源, 王卫永, 李国强

建筑结构学报. 2024, 45(11): 66-79. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0284

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模块间钢节点在地震作用下易发生模块单元内梁柱间焊缝撕裂,明显削弱节点的抗震性能。为保护节点中的梁柱焊缝,提出斜撑加强和翼缘加强两种加强方式,考察节点加强后的受力性能。以不同加强方式(斜撑加强、翼缘加强)、螺栓孔型(圆孔、双槽孔)、节点类型(角节点、边节点)和加载方式(单调加载、往复加载)为变化参数,设计了 10 个足尺加强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,分析承载力、转动刚度、延性等受力性能指标。建立节点精细化有限元模型,经试验验证后进行参数分析。结果表明:加强节点中模块单元内梁柱焊缝基本未出现焊缝撕裂;主要破坏特征为梁的弯曲变形与局部屈曲、加强件处的焊缝撕裂与翼缘断裂;节点刚度属性分类为半刚性;斜撑加强和翼缘加强方式节点均具有良好的耗能能力,斜撑加强方式节点的承载力和刚度较高,但其延性低于翼缘加强节点的;当螺栓孔设置为槽孔时,基本不影响加强节点的抗震性能,角节点和边节点的转动能力和延性基本一致;往复加载下,斜撑加强节点和翼缘加强节点的转角延性系数较单调加载分别下降约 39. 2% 和 53. 5% ,但仍满足 GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中的延性要求。在数值模拟所设置的参数范围内,节点承载性能受斜撑厚度变化的影响较小,但随斜撑焊接距离的增加而提高;而调整加强板长度,可提高节点达到屈服弯矩后的承载性能。

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多振源作用下结构耦合响应的复模态 CQC 法

冯旭光, 徐建, 王翠坤, 陈才华

建筑结构学报. 2024, 45(11): 80-91. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0726

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工程结构在使用中可能受到多种振源激励,但现有计算方法尚未充分反映多振源作用下响应之间的耦合效应。为了解决该问题,可以将实际工程中的不确定性振源视作随机过程,并引入可以精确考虑响应耦合关系的 CQC 法。基于复模态叠加法和随机振动理论,提出了可以同时考虑多振源与非比例阻尼结构的广义 CQC 法,即多输入复模态 CQC 法,并给出了功率谱矩、协方差和矩阵乘法三种形式。理论推导与算例分析表明:相比于传统的 CQC 系列方法,多输入复模态 CQC 法的适用性更加广泛,在一致输入或比例阻尼条件下也可以退化为传统的 CCQC 法和 CQC 法;对于不同程度的非比例阻尼结构,多输入复模态 CQC 法均有良好的精度和稳定性;随着非比例阻尼程度的提高,基于实模态的强制解耦 CQC 法已无法反映结构的真实振动特性,导致多振源作用下的响应被严重低估。

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钢管约束和外粘碳纤维布加固震损预制混凝土管组合短柱抗震性能研究

张锡治, 闻龙翔, 李星乾, 栗庶斌, 章少华

建筑结构学报. 2024, 45(11): 92-106. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0144

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为研究钢管约束加固和外粘碳纤维布加固震损预制混凝土管组合短柱的抗震性能,通过改变钢管厚度、碳纤维布层数、轴压比、剪跨比以及柱的浇筑形式,完成 11 个震损预制混凝土管组合短柱和 1 个震损现浇钢筋混凝土短柱加固后的往复加载试验。分析加固后组合短柱的破坏过程及最终破坏状态、滞回性能、承载力以及耗能能力。结果表明:配合高强无收缩灌浆料的使用,两种加固方式均能达到快速修复并恢复构件使用功能的目的;加固后短柱破坏模式为剪切破坏,所有试件承载力均能够恢复至原有水平,部分试件加固后极限位移角提高幅度达 100% 以上,变形能力得到显著提升。建立了钢管约束和外粘碳纤维布加固震损预制混凝土管组合短柱的受剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好,相较于试验值,计算值偏于安全。

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钢筋混凝土剪力墙抗震性能及尺寸效应试验研究

苗丽越, 陈凤娟, 金浏, 杜修力

建筑结构学报. 2024, 45(11): 107. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0278

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为了研究构件几何尺寸对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响,设计了最大剪力墙长度为 1. 8 m、剪跨比为 1. 17 的 6个不同尺寸的钢筋混凝土剪力墙,研究其在竖向恒定轴压荷载及反复水平循环加载下的抗震性能,分析构件几何尺寸和水平分布钢筋配筋率(0. 25% 和 0. 5% )对 RC 剪力墙抗震性能的影响,包括破坏形态、滞回性能、变形能力、耗能和刚度退化等。试验结果表明:水平分布钢筋配筋率为 0. 25% 和 0. 5% 的 6 片剪力墙分别发生了脆性剪切破坏和压剪破坏,且随着墙体尺寸的增加(墙体长度由 600 mm 增至 1 800 mm),其变形能力与耗能能力均下降明显,位移延性系数降幅达 38% ,软化率提高 142% ,耗能系数降幅达 38% ;水平分布钢筋配筋率为 0. 25% 和 0. 5% 的剪力墙,其名义开裂、屈服及抗剪强度随墙长增大(墙体长度由 600 mm 增至 1800 mm)而显著降低,其名义开裂强度分别下降了 57% 和 64% ,名义屈服强度分别下降了18% 和 26% ,名义抗剪强度分别下降了 19% 和 24% ,尺寸效应显著;随着水平分布钢筋配筋率的提高(由 0. 25% 增大至0. 5% ),剪力墙受剪承载力、变形能力及名义开裂、屈服及抗剪强度均增大,但尺寸效应被明显抑制。此外,试验结果验证了课题组已有研究中所提尺寸效应律的准确性和合理性,可用于计算 RC 剪力墙名义抗剪强度。

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不同轴压比下 GFRP-RC 梁柱节点抗震性能研究

赵玉帅, 张营营, 刘金仓, 徐俊豪, 尹世平

建筑结构学报. 2024, 45(11): 117-130. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0750

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为研究轴压比对 GFRP 筋混凝土(GFRP-RC)梁柱节点抗震性能的影响机理,开展不同侧压下 GFRP 筋与混凝土的黏结拉拔试验,并建立荷载约束状态界面黏结滑移本构模型,通过节点试件拟静力试验和数值模拟,研究了不同轴压比下GFRP-RC 梁柱节点的破坏模式和承载性能变化规律。结果表明:GFRP 筋与混凝土界面黏结强度随侧向压应力的增大近似线性增长;数值模拟中节点核心区的筋材与混凝土界面采用约束黏结滑移模型,能够更为精确地反映不同轴压比下 GFRPRC 节点的承载特性;轴压比在 0. 15 ~ 0. 35 范围内时,轴压比每增大 0. 1,节点的承载力增大约 7% ;通过限制梁柱节点区的筋材黏结滑移和混凝土裂缝发展,实现节点试件刚度、延性和耗能能力的提升,有利于形成“更强节点”的受力机制。

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高强钢筋钢纤维高强混凝土梁受弯裂缝宽度影响系数的概率分布与取值建议

黄云超, 高丹盈, 房栋, 曹震, 雷杰, 马志峰, 孙嘉辰

建筑结构学报. 2024, 45(11): 131-140. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0723

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为研究钢纤维对正常使用阶段下受弯梁最大裂缝宽度的影响,对 17 根高强钢筋钢纤维高强混凝土梁和 1 根高强钢筋高强混凝土梁进行受弯试验。结果表明,掺入钢纤维可有效减小高强钢筋高强混凝土受弯梁的最大裂缝宽度,钢纤维对高强钢筋钢纤维高强混凝土梁裂缝宽度影响系数大于 JGJ / T 465—2019《钢纤维混凝土结构设计标准》中规定值。在此基础上,研究我国现行规范中反映钢纤维对钢筋混凝土梁受弯裂缝宽度影响的系数值用于计算高强钢筋钢纤维高强混凝土梁最大裂缝宽度的适用性。通过收集国内外文献中的受弯梁试验数据,分析裂缝宽度影响系数的概率分布,得到不同保证率下裂缝宽度影响系数值,提出裂缝宽度影响系数的建议取值 0. 45。

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CFRP 布斜贴加固无腹筋 RC 梁受剪性能及尺寸效应试验研究

金浏, 秦鹏, 李冬, 蒋轩昂, 张江兴, 杜修力

建筑结构学报. 2024, 45(11): 141-150. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0238

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为研究 CFRP 布斜贴加固无腹筋 RC 梁的受剪性能及尺寸效应,以剪跨比 λ(λ 为 1. 0、1. 5、2. 0)和截面尺寸(梁高为300、600、900 mm)为主要研究变量,设计 9 根 CFRP 布斜贴(粘贴角度为 45°,配纤率为 0. 0835% )加固无腹筋钢筋混凝土(RC)梁,基于四点弯曲加载试验,分析破坏模式、裂缝扩展行为、CFRP 布应变、峰值荷载和跨中挠度等随剪跨比和截面尺寸的变化规律。研究结果表明:在试验剪跨比范围内,梁最终破坏模式均为剪切破坏;剪跨比从 1. 0 增至 2. 0,梁的承载力降幅为 45% ~ 51% ,CFRP 布对受剪承载力贡献增幅为 23% ~ 28% ,梁的截面抗剪强度降幅为 46% ~ 51% ;剪跨比对梁截面抗剪强度下降趋势影响较小。基于试验结果,提出 CFRP 斜贴加固无腹筋 RC 梁尺寸效应律,适用于考虑剪跨比对 CFRP布加固 RC 梁受剪性能的影响。

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外套钢管夹层混凝土加固钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

卢亦焱, 黄悦, 颜宇鸿, 李伟捷, 祝涛

建筑结构学报. 2024, 45(11): 151-162. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0630

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钢管混凝土结构在役期间可能受到物理老化、化学腐蚀、极端灾害等因素影响,或者由于使用功能改变,亟需加固改造。为此, 提出外套钢管夹层混凝土加固钢管混凝土技术,对 10 个组合加固柱(其中 5 个为圆形截面加固柱、5 个为方形截面加固柱)和 2 个未加固钢管混凝土柱开展轴心受压试验,通过对破坏模式、荷载-位移曲线、相对荷载-应变曲线及组合抗压强度的分析,研究加固柱截面形式(方形和圆形截面)、外套钢管壁厚(2. 5 ~ 5. 5 mm)和夹层混凝土强度(C50 ~ C70)对组合加固柱轴压性能的影响。试验研究结果表明:加固后由于外套钢管和夹层混凝土的存在,原钢管混凝土的局部鼓曲程度减小,轴压刚度和承载力得到大幅度提高,圆钢管混凝土和方钢管混凝土柱加固后承载力的平均提高幅度分别为 151%和 212% ;组合加固柱的承载力随外套钢管壁厚和夹层混凝土强度的增大而增大;圆形截面加固短柱的组合抗压强度高于方形截面加固短柱,且外套钢管壁厚对圆形截面加固短柱组合抗压强度的影响比夹层混凝土强度的影响更为显著。采用极限平衡法分别给出了圆形截面和方形截面加固短柱各组成部分的受力状态及纵向应力计算方法,并提出了组合加固短柱的轴压承载力计算公式,将计算结果与试验结果对比,吻合较好,可用于该组合加固柱的承载力计算。

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钢蜂窝夹心冷弯薄壁型钢组合墙体轴压性能试验研究

王春刚, 程天宇, 张壮南, 刘桐, 冯林生, 程大业

建筑结构学报. 2024, 45(11): 163-172. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0653

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为了研究钢蜂窝夹心冷弯薄壁型钢组合墙体的轴压性能,分析夹心形式(钢蜂窝芯、OSB 板夹心或无夹心)、立柱截面形式(加劲截面或非加劲截面)以及有无外覆面板等因素对墙体稳定承载力及破坏模式的影响,对 8 片墙体进行了轴压试验并开展了有限元模拟验证。结果表明:OSB 板夹心墙体均发生整体屈曲破坏,而钢蜂窝夹心墙体均表现为局部屈曲破坏;钢蜂窝夹心与 OSB 板夹心组合墙体相比,在有无外覆面板时,轴压承载力分别提高 5. 4% 和 39% ;立柱腹板加劲的钢蜂窝夹心组合墙体比相同条件下立柱非加劲墙体承载力提高 30% 左右。此外,采用腹板厚度等效并将外覆面板与夹心的侧向支撑作用以等效弹簧刚度的方式计入直接强度法开展了组合墙体轴压承载力计算方法研究。对比组合墙体轴压承载力计算与试验结果发现:基于现行直接强度法所提出的夹心墙体承载力计算方法,在预测立柱腹板非加劲墙体承载力时较为准确,试验结果与计算结果比值的平均值为 0. 989,而预测立柱腹板加劲墙体承载力时偏不安全,平均值为 0. 866;通过修正直接强度法公式对立柱腹板加劲钢蜂窝夹心组合墙体的轴压承载力进行计算,计算值与试验及有限元模拟结果吻合良好,平均误差不超过 3% 。

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大深宽比矩形高层建筑的横风向基底弯矩谱模型

韩康辉, 沈国辉, 杨学林, 陈勇, 柯延宇, 姜咏涵

建筑结构学报. 2024, 45(11): 173-188. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0669

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为满足大深宽比高层建筑抗风设计要求,通过同步测压试验研究 B 类和 C 类地貌下深宽比 1 / 8 ~ 8. 0 范围内矩形建筑的横风向基底弯矩谱。通过矩形断面气动力分布研究侧面分离再附流动特性,并根据流动特性分析横风向风压谱的能量分布与转化特征。研究结果表明:当深宽比超过 3. 0 时,侧风面分离流发生稳定再附,沿流向风压系数均值和标准差均表现出先增大后减小的特征,随湍流度增大,再附位置向上游移动;横风向基底弯矩谱呈现显著的尖峰特征,当深宽比超过3. 0 时,由于分离流再附进而出现第二谱峰;当深宽比小于 1 / 3 时,横风向基底弯矩谱高频能量较大;提出横风向基底弯矩系数标准差、斯特劳哈尔数以及归一化基底弯矩功率谱在深宽比 1 / 8 ~ 8 范围内的拟合公式;获得横风向风振计算的求解公式,在合理约化频率范围内,基于拟合公式计算的风振响应和等效风荷载结果比 GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》和AIJ 2004《AIJ recommendations for loads on buildings》中相关公式计算结果更加接近试验值,且深宽比的适用范围更大。

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基于风洞试验和多重性能水准的机场航站楼屋架屋面系统风灾易损性评估

张宏, 王涛, 李正良, 吕大刚, 谭忆秋

建筑结构学报. 2024, 45(11): 189-199. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0776

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为了有效评估机场航站楼屋架屋面系统的抗风性能、合理预测结构风致破坏,基于风洞试验提出了考虑结构多重性能水准的机场航站楼屋架屋面系统风灾易损性评估方法。通过风洞试验,对机场航站楼进行风致响应分析,得到风荷载在屋盖表面的分布特征,并模拟得到相应风向角的风荷载;在此基础上,根据机场航站楼屋架屋面结构的破坏特征、结构特点,分别以屋架结构应力比、屋面板大肋边节点相对位移定义并量化了机场屋架结构与屋面结构的三重性能水准,进而构建了机场航站楼的概率风灾需求模型和风灾易损性函数,并结合拉丁超立方抽样方法对机场航站楼屋架屋面系统进行了风灾易损性分析。结果表明:屋盖各区域表面风压在各自迎风、背风向时出现极值,且在迎风向时出现最大值;构建的概率风灾需求模型可以较准确地反映结构损伤特征;根据绘制的易损性曲线,可以用于获取结构风灾需求达到性能水准 3 阶段的最小概率风速,对于屋面结构和屋架结构分别为 10、17、25 m/s 和 42、45、53 m/s;该方法可预测机场航站楼屋架屋面系统在给定风速下的风灾损伤程度,利于风灾发生后及时采取合理的修复措施。

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基于空间映射的多工况下任意设计域内结构形态创构

马振福, 崔昌禹, 邱英杰

建筑结构学报. 2024, 45(11): 200-209. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0235

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空间形体的任意性以及荷载工况的多样性是真实物理环境中的建筑结构形态创构面临的难题。为解决该问题,基于空间映射理论,提出了考虑多工况的连续体结构形态创构方法,通过建立具有映射关系的正交参数空间,实现任意复杂设计域内自由形态结构的合理布置。引入连续性假定保证了应力在整个设计域参数空间中连续化分布,使得形态在结构整体层面双向迭代进化。采用广义平均距离确定所有工况下最不利应力分布状态的进化基准值,并提取对应的应力等值线(面),最终得到形状和拓扑自由的创构结果。通过二维和三维数值算例分析表明:在满足最大允许应力和位移等约束条件下,材料用量大幅减少,von Mises 应力趋于均匀分布,结构形态兼顾各个单工况荷载的传力路径,证实了方法的有效性;所提出的基于空间映射的连续体结构形态创构方法,能够在多工况下的任意设计域内生成力学性能高效的自由形态结构。

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正常使用极限状态受弯木构件变形计算及可靠度分析

刘立磊, 周华樟, 李素超, 牛爽, 王化杰, 祝恩淳

建筑结构学报. 2024, 45(11): 210-221. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0793

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北美锯材、欧洲锯材、目测定级层板胶合木及机械定级层板胶合木等标准化、工业化的木产品已被纳入 GB 50005— 2017《木结构设计标准》,而其中仅对原有的方木与原木受弯构件开展了正常使用极限状态下的可靠度分析。设计标准中所采用的各类结构木材的力学性能和木结构设计中的荷载情况均发生了很大变化,受弯木构件变形计算及验算方法需随之改进。为此,开展规格材长期受弯试验,研究其蠕变性能,并建立结构木材幂律函数蠕变模型。考虑木材蠕变和荷载历程的随机性,提出受弯木构件长期变形计算方法。将长期变形和极限挠度均视为随机变量,分别建立感知损坏和局部损坏极限状态对应的功能函数,并开展可靠度分析,获得以短期变形表示的挠度限值。研究结果表明:挠度限值随结构木材的种类、荷载组合及活荷载与恒荷载之比 ρ 的变化而变化,进而给出基于方木与原木的受弯构件挠度限值计算式;对于层板胶合木、欧洲锯材等,当荷载比 ρ≤0. 5 时,挠度限值取方木与原木构件挠度限值乘以系数 0. 85;当 ρ > 0. 5 时,乘以系数0. 90;对于目测应力定级木材,挠度限值则取方木与原木构件挠度限值乘以系数 0. 80。经验算,采用所建议的受弯木构件的挠度限值及改进的变形验算方法,可满足正常使用极限状态可靠度要求,且更为合理。

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基于非完全拉力场理论的钢板剪力墙通用三拉杆模型

张泽玉, 田炜烽, 郝际平, 樊春雷, 余卫铮

建筑结构学报. 2024, 45(11): 222-238. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0638

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钢板剪力墙在受剪屈曲后仍然具有一定的抗压能力,对其刚度和承载力的影响不容忽视。为了计入该作用,同时消除现有钢板剪力墙杆系等代模型中所存在的杆单元节点不重合、梁柱小单元多的问题,提出通用三拉杆模型。该模型中仅采用连接于钢板剪力墙边框梁柱中点和端点的 3 个拉杆代替墙板,拉杆的截面积和材性基于非完全拉力场理论确定,可有效考虑任意厚度墙板屈曲后抗压能力的影响,同时也可解决杆单元节点不重合问题。分析结果表明:该模型可以准确预测钢板剪力墙结构的非线性行为,以精细壳单元模型的计算结果为基准,两种模型的弹性刚度误差不超过 5. 27% ,承载力误差均不超过 3. 74% ,且大多情况不超过 2% 。滞回性能分析结果表明,该模型可以较为准确地预测钢板剪力墙的滞回性能,对弹性、弹塑性、强化以及破坏阶段模拟效果均较好。此外,基于试验和精细模型框架内力分析的结果,验证了该模型可以得到与精细模型较为一致的内力计算结果,与精细模型的结果相比,边框柱弯矩的误差不大于 5% ,对边框柱轴力的分析误差稍大,最大误差为 17. 6% ,但结果偏于安全。

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2024年, 第45卷, 第11期　刊出日期：2024-11-05

建筑结构学报

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