建筑结构学报

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何倍, 张红恩, 赵铭睿, 朱新平, 任强, 张翼, 蒋正武

建筑结构学报. 2024, 45(9): 1-12. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0529

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为揭示极端温度环境下超高性能混凝土(UHPC)的性能演变及其劣化机制,明确了 UHPC 在 - 170 ~ 200 ℃ 范围内的拉伸行为,并基于声发射(AE)技术原位监测了 UHPC 的温变损伤与裂缝演化规律。结果表明:在超低温-高温交变环境下,直纤维与端钩纤维增强 UHPC 的拉伸破坏均呈现应变硬化特征;在单次温变循环内,UHPC 的力学性能呈现起伏波动,其中超低温下最高,高温下最低;多次温变循环后,UHPC 力学性能则相应降低;UHPC 破坏产生的 AE 信号蕴含着丰富的损伤特征参数,其 AE 峰频形态在超低温和高温下会发生分化,而其余环境下则呈集中式单峰分布;除超低温外,其余环境下的UHPC 开裂均以拉伸裂缝为主,且端钩纤维增强 UHPC 的拉伸裂缝数量低于直纤维增强 UHPC;随着温变循环次数的增加, UHPC 的拉伸裂缝数量随之减少。

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钢纤维掺量和配筋率对 UHPC 轴拉性能和开裂行为的影响

罗贤志, 张素梅, 李爱东, 张晨明, 赵, 林, 张雨晨

建筑结构学报. 2024, 45(9): 13-28. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0615

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超高性能混凝土(UHPC)因物理力学性能优异而被广泛用作结构的加强层或保护层,但 2% ~ 3% 的典型纤维体积掺量带来的高昂成本仍阻碍着其进一步推广应用。相较于典型纤维掺量 UHPC,低纤维掺量 UHPC 材料成本更低,且具有改善配筋 UHPC 延性的潜力。为探究低纤维掺量配筋 UHPC 的轴拉性能和开裂行为,通过轴向拉伸试验测试了 10 组共 30 个试件的拉伸响应,并采用图像识别算法定量评估了试件内部的纤维分布特征,基于试验结果分析了配筋率和纤维掺量对配筋 UHPC 延性、承载能力和开裂行为的影响。研究结果表明:0. 5% 纤维体积掺量 UHPC 的延性随配筋率增大近似线性增加,但改变配筋率对 2. 0% 纤维体积掺量 UHPC 的延性影响有限;配筋 UHPC 达到拉伸承载力时 UHPC 和钢筋的应力受配筋率和纤维掺量配比影响,计算拉伸承载力时需予以考虑;配置钢筋可显著提升 0. 5% 纤维体积掺量 UHPC 控制最大裂缝宽度的能力,但对 2. 0% 纤维体积掺量 UHPC 控制最大裂缝宽度的能力影响不大;改变配筋率对配筋 UHPC 最大裂缝宽度的影响较小;将纤维体积掺量从 2. 0% 降低至 0. 5% 后,除控制最大裂缝宽度的能力略有降低外,配筋 UHPC 的其他轴拉性能基本未见退化。

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3D 打印钢纤维增强 UHPC 力学性能试验研究

姚一鸣, 张珈玮, 孙元锋, 梁少卿, 黎宝山, 王景全, 鲁聪

建筑结构学报. 2024, 45(9): 29-40. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0700

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为研究 3D 打印超高性能混凝土(3D printing ultra-high performance concrete,3DP-UHPC)的基本力学性能和破坏模式,制备了钢纤维增强的 3DP-UHPC,并进行了抗压、劈裂和抗弯试验,研究钢纤维掺量、受力方向、层间间隔时间对其基本力学性能的影响。结果表明:钢纤维增强的 3DP-UHPC 具有良好的力学性能,3 个方向的抗压强度均能达到160 MPa,最高达200 MPa以上;随着钢纤维掺量提升,3 个方向的抗压强度均得到增强;3DP-UHPC 存在打印层间薄弱界面,且黏结强度随层间间隔时间增加而明显降低,当层间间隔时间从 0 min 增加至 70 min,层间劈裂强度降低了 46. 4% ;当钢纤维掺量从 0. 5%增加至 2. 0% 时,抗弯初裂强度提高 15. 0% ,极限强度提高 49. 4% ,抗弯韧性得到提升,开裂模式也从单个贯穿裂缝转变为裂缝偏转、尖端分叉和双缝开裂等模式。

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混杂钢纤维 UHPC 拉伸韧性及其评价方法

梁林, 王秋维, 史庆轩

建筑结构学报. 2024, 45(9): 41-53. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0685

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为研究混杂钢纤维对超高性能混凝土( ultra-high performance concrete, UHPC)拉伸性能的增强、增韧作用,考虑钢纤维的类型、体积掺量和混杂方式等因素,设计并制作 8 组 UHPC 狗骨状受拉试件。通过单轴拉伸试验,分析混杂钢纤维UHPC 的受拉损伤过程、应力-应变关系曲线、拉伸特征参数和断裂能,提出 UHPC 拉伸初裂点的量化确定方法,并建立其拉伸韧性的优化评价指标。结果表明:混杂钢纤维 UHPC 呈现多缝开裂和斜向断裂的韧性破坏特征,拉伸曲线的应变硬化特征明显;短直和端勾钢纤维混杂能显著提升 UHPC 拉伸应力水平和应变硬化特征,而长直和端勾钢纤维混杂产生的相互作用降低了其拉伸性能;端勾钢纤维的峰前增韧效果显著,1. 0% 端勾和 1. 0% 短直钢纤维混杂的 UHPC,其拉伸韧性达到最高并具有良好的峰前韧性,比单掺 2. 0% 短直钢纤维 UHPC 提高 18. 89% ~ 32. 56% ;长直钢纤维具有稳定、良好的全阶段增韧作用,增大其掺量能提高约 30% 的 UHPC 拉伸韧性,但混掺端勾纤维导致的纤维团聚和基体损伤削弱了其增韧作用,UHPC拉伸韧性下降 10% 以上。基于现有标准和 UHPC 拉伸韧性评价结果,提出考虑纤维增韧作用和韧性水平的 UHPC 拉伸性能分级方案,将其分为高增韧型、低增韧型和微增韧型,并给出相应的建议指标。

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粗骨料超高性能混凝土高温热工参数细观模拟与离散性分析

王叹, 余敏, 徐礼华

建筑结构学报. 2024, 45(9): 54-65. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0689

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高温下粗骨料超高性能混凝土(CA-UHPC)的热工参数是该类结构工程抗火设计的基本数据,而热工参数离散性是构件层次耐火性能离散性的重要原因之一。为了研究 CA-UHPC 高温热工参数的取值规律及其离散性,在考虑钢纤维和骨料随机分布的细观几何模型的基础上,采用孔隙率随机场表征砂浆的非均质性,得到同时考虑夹杂相和砂浆双随机的细观几何模型;将基体高温热工参数和孔隙率关联,赋予各组分对应的高温热工参数,从而形成双随机细观传热模型;采用有限元方法对 CA-UHPC 高温下的热工参数进行了计算,并讨论不同组分参数变化等对高温热工参数取值和离散性的影响。研究结果表明:采用双随机细观模型可以更为合理地反映 CA-UHPC 的非均质特征,能很好地模拟由于砂浆非均质性引起的混凝土材料宏观热工参数的离散性;当各组分含量相同时,夹杂相和砂浆孔隙率的空间随机分布均对CA-UHPC宏观导热系数有明显影响,但对宏观密度和比热影响较小;采用考虑抽样试块各组分含量的随机性方法时,可以合理地模拟 CA-UHPC 试块宏观密度和比热的离散性。

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超高性能混凝土与普通混凝土界面抗剪强度计算方法

谢剑, 杨云涛, 陈玉洁, 朱劲松

建筑结构学报. 2024, 45(9): 66-75. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0606

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为提高超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)界面抗剪强度设计计算的精确性与合理性,广泛搜集国内外文献中相关的试验数据,建立了包含 521 组试验数据的 UHPC-NC 界面抗剪试验数据库,并在假定界面剪切破坏机构的基础上,通过理论分析与数据拟合提出了 UHPC-NC 界面抗剪强度的计算方法。通过与现有规范设计方法及经验预测方法对比可知,所提出的计算方法具备更高的计算精度。同时,将所提出的计算方法用以改进界面内聚力单元的损伤起始准则,利用有限元软件 ABAQUS 的二次开发功能,建立 UHPC 湿接缝受弯试验的有限元模型。与已有研究中的试验结果对比表明,该有限元分析方法可以较精确地模拟 UHPC 接缝板的受力性能,可用于 UHPC-NC 组合构件的工程设计与优化改进。

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外包 UHPC 钢管混凝土叠合中长柱偏压性能试验研究

吴庆雄, 许志坤, 程军, 袁辉辉, 秦志清

建筑结构学报. 2024, 45(9): 76-88. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0707

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为研究外包超高性能混凝土钢管混凝土叠合中长柱(简称“UC-CFST 中长柱”)的偏压性能,以偏心率(0. 52、1. 04)和长细比(7. 22 ~ 44. 74)为主要参数,进行了 18 个 UC-CFST 中长柱的偏压性能试验,得到其破坏模式和偏压性能指标。结果表明:随着偏心率和长细比的增加,UC-CFST 中长柱的破坏模式由材料强度破坏转变为失稳破坏,承载力显著降低;长细比不大于 21. 03 的中长柱试件均表现出明显的材料强度破坏特征,小偏心受压试件的近载侧钢筋、钢管先发生受压屈服,大偏心受压试件的受拉区 UHPC 外包层开裂、钢管受拉屈服,在达到峰值荷载时大、小偏心受压试件的受压区 UHPC 均被压碎;长细比大于 35. 26 的中长柱试件表现为弹塑性失稳破坏,长细比介于 21. 03 ~ 35. 26 之间时为塑性失稳破坏。同时,进一步研究了 GB / T 51446—2021《钢管混凝土混合结构技术标准》建议的钢管混凝土叠合柱弯矩增大系数法计算 UC-CFST中长柱偏压承载力的适用性,发现该方法会明显高估 UC-CFST 中长柱的偏压承载力。为此,结合 UC-CFST 中长柱的受力特点,推导得到了可用于计算 UC-CFST 中长柱偏压承载力的改进弯矩增大系数法,其计算结果与试验结果吻合良好。

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粗骨料超高性能混凝土疲劳损伤本构模型

李力剑, 徐礼华, 池寅, 余敏, 黄乐

建筑结构学报. 2024, 45(9): 89-99. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0643

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超高性能混凝土材料疲劳损伤本构关系是其结构构件非线性疲劳分析的重要基础。运用连续介质损伤力学和弹塑性理论,根据加/ 卸载不可逆概念确立疲劳损伤准则,基于前期试验结果分析了粗骨料超高性能混凝土的疲劳损伤发展过程,构建了考虑粗骨料掺量和钢纤维特征参数的疲劳损伤演化法则,采用经验塑性模型确定塑性变形的发展规律,建立了粗骨料超高性能混凝土弹塑性疲劳损伤本构模型,并基于有限元软件 ABAQUS 开发了 UMAT 子程序进行了数值实现与验证。结果表明:提出的本构模型普适性强,能准确预测超高性能混凝土的单轴受压疲劳性能、单轴受拉疲劳性能和常规三轴受压疲劳性能,研究成果可为粗骨料超高性能混凝土结构构件的抗疲劳设计和性态控制提供理论依据。

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钢筋在超高性能混凝土中的锚固与搭接性能试验研究

郭保第, 丁然, 李玥一, 聂鑫, 许见超

建筑结构学报. 2024, 45(9): 100-112. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0709

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为研究超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)与钢筋间的黏结受力性能,设计并制作了 45 个锚固试件和 39 个包含新旧 UHPC 界面的对称搭接试件,研究钢筋直径、保护层厚度、锚固/ 搭接长度、荷载形式、箍筋配置以及界面处理方式对黏结性能的影响规律。结果表明:对于锚固试件,其破坏模式和黏结强度主要由保护层厚度和锚固长度共同影响,当保护层厚度小于 3d(d 为钢筋直径)时,均发生 UHPC 劈裂破坏,黏结强度均较小;保护层厚度达 3d 及以上时,锚固长度为 5d 的试件均发生钢筋屈服后的拔出破坏,黏结强度较大;锚固长度达 10d 及以上时,试件均发生钢筋拉断破坏,同时黏结强度平均降低幅度达 50% 以上;对于搭接试件,无箍筋配置的试件均发生界面劈裂破坏;当体积配箍率不低于 0. 2% 时,搭接试件的破坏模式及黏结强度主要受搭接长度的影响,搭接长度大于 6d 时,破坏模式由钢筋拔出破坏转变为钢筋拉断破坏,且黏结强度明显降低。依据试验结果,对于拔出试件,建议保护层厚度取值为 3d ~ 5d,同时建立了最小锚固/ 搭接长度计算公式,并给出了临界黏结长度系数 α 的取值建议。

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摇摆墙结构体系抗震性能研究进展

许维炳, 胡瑞新, 王瑾, 杜修力, 解梦飞, 毕玉冬

建筑结构学报. 2024, 45(9): 113-134. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0573

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摇摆墙(rocking wall, RW)可通过自身摇摆吸收和耗散受控结构动能,并利用摇摆构造实现自复位。为加快摇摆墙体系在工程结构抗震、减震(振)中的推广应用,回顾了摇摆墙的发展历程,总结了摇摆墙结构的主要分类及特点;进而从试验研究、数值模拟、理论分析、设计方法等四个方面梳理摇摆墙和摇摆墙-受控结构(rocking wall-controlled structures, RW-CS)的抗震性能研究进展和存在的不足,给出摇摆墙、摇摆墙-受控结构的未来发展建议。结果表明:与自由摇摆墙和受控摇摆墙相比,耗能摇摆墙(energy dissipation rocking wall system, ERWS)利用耗能装置获得了更优的抗震冗余度和减震(振)鲁棒性,是目前的研究热点;摇摆墙、摇摆墙-受控结构的抗震性能研究成果仍不足以支撑其优化设计与推广应用,实际地震动作用下耗能摇摆墙、耗能摇摆墙-受控结构在变频率、变幅值条件下的摇摆、耗能和复位机理,以及三者的供需平衡是未来研究重点;摇摆墙、摇摆墙-受控结构抗震设计经历了基于极限承载到基于性能(位移)的发展过程,而基于性能的抗震设计方法在复杂耗能摇摆墙、耗能摇摆墙-受控结构中的应用效果仍有待验证。

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复式钢管混凝土柱-钢梁上焊下栓节点抗震性能研究

王昱, 张冬芳, 赵均海, 樊军超, 康彦彪

建筑结构学报. 2024, 45(9): 135-147. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0515

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为研究复式钢管混凝土(CFDST)柱-钢梁上焊下栓节点的抗震性能,进行了 5 个缩尺比为 1∶ 2. 4 节点试件的低周往复荷载试验,分析了试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度与承载力、耗能能力等抗震性能指标;根据试验破坏特征,建立了组合节点的塑性分析模型,推导了节点的受弯承载力计算式,并将其计算结果与本文及已有文献中的试验结果进行对比验证。结果表明:节点发生梁端破坏,表现为钢梁上翼缘与上环板连接处发生断裂或出现波浪状塑性变形,钢梁腹板与连接板产生竖向滑移,下环板螺栓连接处产生水平滑移。组合节点试件滞回曲线稳定饱满无捏缩;延性系数介于2. 88 ~ 4. 60 之间,等效黏滞阻尼系数介于 0. 472 ~ 0. 579 之间,节点域变形和耗能能力较强;该类组合节点为半刚性节点;节点环板厚度、宽度、外伸长度和下环板螺栓数量的增加有利于提高节点的刚度、承载力、延性、耗能能力等抗震性能指标;受弯承载力计算结果与试验结果均吻合较好,说明所提出的组合节点受弯承载力计算方法具有较好的精度。

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聚合阻尼减震结构体系及减震效果

何文福, 姚俊杰, 许浩, 尚峰, 李婕

建筑结构学报. 2024, 45(9): 148-158. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0552

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为了解决超高层框架核心筒结构的外框架和内筒的侧向刚度存在较大差异的问题,提出一种聚合阻尼减震结构体系,通过在核心筒和外框架之间集中布置聚合阻尼装置,利用内外子结构的侧向位移差实现耗能减震。建立了聚合阻尼减震结构的理论分析模型,推导得到其动力传递函数并开展影响参数分析,发现传递函数幅值受阻尼层刚度比影响较小,随阻尼比增大而增大,并基于定点理论可得到该体系最优阻尼比;完成了振动台试验验证和算例分析,与传统结构相比,聚合组尼减震结构在应用一半数量阻尼器的情况下,其顶层位移、加速度和基底剪力减震率分别为 26. 7% 、41. 8% 和 64. 9% ,附加阻尼比提高至传统结构的6. 4 倍。

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悬臂梁式自适应调谐质量阻尼器对人行桥减振效果研究

王梁坤, 周颖, 施卫星

建筑结构学报. 2024, 45(9): 159-169. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0350

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为了减小体型轻柔的人行桥的竖向人致振动以提高其舒适度,常在其中增设调谐质量阻尼器( TMD)。然而,传统的TMD 对频率高度敏感,失调的 TMD 的控制作用会大为削弱。为了提高传统 TMD 对人致振动的控制性能,提出了悬臂梁式自适应 TMD(CATMD),其可通过步进式推拉杆改变质量块在悬臂梁上的位置以重调其刚度,调节导体板与永磁铁之间的磁导间距以重调其电涡流阻尼比。首先介绍了 CATMD 的减振系统,以及其变刚度和变阻尼比的控制算法,然后进行了CATMD 模型试验,以分析频率与质量块位置以及阻尼比与磁导间距的关系,并进行了人行桥模型的跑步激励减振试验,最后对试验中 CATMD 频率重调部分进行了数值模拟研究与参数敏感性分析。研究结果表明:CATMD 能够准确地从 TMD-桥耦合系统中解耦识别得到 TMD 的最优频率与阻尼比并进行参数调节;由于其可以自发重调谐自身的刚度与阻尼系数,因此较失调的 TMD 具有更好的人致振动控制效果,能够显著减小跑步激励引起的结构加速度响应,在最大值、整体均方根(RMS)值和最大连续每秒 RMS 值 3 个舒适度评估指标上均有良好的提高作用。

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双自由度含阻尼体系的地震入射方向性效应

龚俊, 罗亚红, 邵永波, 邓利霞

建筑结构学报. 2024, 45(9): 170-180. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0454

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多维地震动对结构的入射方向具有不确定性,易导致结构出现入射方向性震害,而采用现有抗震设计方法仍无法保证结构在任意入射方向下的地震安全。为此,研究水平地震动分量随入射方向的重组关系,发现两个正交水平分量在入射方向变化后有复杂的重组机制,以这种机制作为地震动分类和选择的依据。以双自由度含阻尼体系为对象,利用统计学方法建立谱响应放大系数预测模型,该模型是基于传统激励方法、考虑入射方向不确定性且持有自定义的保证率;并利用预测模型对双自由度含阻尼体系开展大量参数分析,分析参数包括结构基本周期、双轴周期比、阻尼和场地类型。结果表明:对于地震动入射方向对结构响应的影响程度(以谱响应放大系数表征),结构基本周期越大,双轴周期比越小,影响程度越大;双轴的阻尼比越大或二者越接近,影响程度越小;影响程度在不同场地条件下是基本稳定的。所建立的谱响应放大系数预测模型可用于结构的多维抗震设计。

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台风作用下超高层建筑模态参数识别的短时贝叶斯谱密度法及应用

李飞强, 谢壮宁

建筑结构学报. 2024, 45(9): 181-190. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0521

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为更加准确地提取台风作用期间超高层建筑结构模态参数的时变特性,基于贝叶斯谱密度模态识别方法,引入短时傅里叶变换时频分析方法,在贝叶斯识别过程中考虑加窗效应影响,提出适用于非平稳激励下结构模态参数识别方法———短时贝叶斯谱密度法(ST-BSDA)。在采用数值模拟验证了该方法可靠性和准确性的基础上,将 ST-BSDA 用于台风“海高斯”过境期间高度 210 m 超高层建筑实测数据的模态参数识别,并对风场和结构模态参数取值的不确定性对结构风振响应的影响进行了研究。结果表明:利用 ST-BSDA 方法识别结果的平均值可以较好地表征结构模态频率、阻尼比的时变特征,其识别精度对荷载激励形式不敏感;台风过境期间,实测建筑结构前两阶自振频率变化率最大可达 7. 3% ,与设计阶段有限元模型计算结果相对误差最大可达 20% ,阻尼比小于现行规范所建议的 2% ;相较于 2 阶模态响应,结构 1 阶模态响应对风速、风向、自振周期(频率)以及阻尼比的变化更为敏感;根据实测的模态参数结果对结构的风致响应进行重分析,得到的结构峰值加速度和实测结果吻合较好。

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移动型下击暴流作用下大跨度轻钢厂房风荷载特性

张石, 钟海滨, 张爱林, 田玉基, 周大兴, 张向东

建筑结构学报. 2024, 45(9): 191-200. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0560

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为研究大跨度轻钢厂房在移动下击暴流风场下的风荷载特性,基于相似准则确定缩尺模型进行风洞试验,通过下击暴流发生装置模拟移动型下击暴流风场,探究了模型表面风压系数、风力系数在不同偏移距离(0 ~ 700 mm)、移动速率(0 ~ 0. 2 m / s)下的变化情况,最后与稳态情况进行对比分析。结果表明:移动速率越大,风压系数和风力系数达到峰值的时刻越晚,峰值也越低;风压系数在偏移距离为 0 ~ 300 mm 的情况下,随相对径向距离增大变化较大,峰值较高,近风口墙面风压系数在偏移距离较大且模拟器移动至距模型最近位置时出现负峰值,墙面易破坏;偏移距离不同时,风力系数随相对径向距离变化情况差异较大,轻钢厂房可能出现倾覆或掀起破坏;移动型和稳态下击暴流作用下风压和风力系数均值基本相同,但对于极大值和极小值,稳态情况下结果相对较大,峰值也更高。

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基于高阶动力学模态分解和本征正交分解方法的受扰建筑表面随机风压场研究

郭凡, 李寿科, 刘敏, 张, 勇, 雷佳妍

建筑结构学报. 2024, 45(9): 201-215. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0586

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受扰建筑表面风压场是一个复杂、随机的高维动态系统,依据风压分布难以完全呈现和复刻其流动机理。为此,基于刚性模型测压风洞试验,采用本征正交分解(POD)方法和高阶动力学模态分解( HODMD)方法,对串列布置干扰下的方形高层建筑表面随机风压场进行分解与重构。结果表明:上游建筑对下游受扰建筑迎风面风压的影响主要是遮挡作用,使得下游建筑迎风面出现负压区,受扰建筑两个侧风面最小平均风压系数出现在靠近迎风面的边缘区域,且随着距上游建筑距离增加,遮挡效应减弱,串列布置对下游建筑背风面风压的影响不大;通过 POD 方法分析可知,3 倍迎风宽度是串列布置的临界间隙,当受扰建筑位于施扰建筑后方 3 倍迎风宽度内,受扰建筑不会发生明显的漩涡脱落;POD 和 HODMD 方法分解得到的模态均可以反映脉动风压特征,但由于风压数据的高度非线性,POD 模态反映多个频率的耦合,而 HODMD 方法能分解出每个模态的增长率和频率,单频的 HODMD 模态能够捕捉到不同尺度漩涡运动作用在建筑表面形成的相干结构,模态系数的周期性变化反映湍流的能量级联,且单体和干扰间距为 2、3、4 倍迎风宽度的 4 种工况都是以低频的漩涡运动为主导,建筑的干扰使得含有高能量的低频模态增多。因此,在揭示随机风压场的流动机理方面,采用 HODMD 方法更准确合理。

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双重耗能连接正交胶合木结构振动台试验研究

熊海贝, 何倩, 郑颖达, 陈佳炜

建筑结构学报. 2024, 45(9): 216-226. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0425

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为研究采用软钢屈服和橡胶剪切双重耗能机制连接的正交胶合木( cross-laminated timber, CLT)结构抗震性能,分别针对基准模型和底层多门洞模型 2 个足尺模型开展了模拟地震振动台试验研究。考虑近震和远震影响特点及场地特性,选用 El Centro 波、汶川波和上海人工波,峰值加速度由 0. 035g 逐级增大至 0. 80g ,获取了两个模型的动力特性和地震响应。结果表明:基准模型和底层多门洞模型的基本自振频率分别为 4. 125 Hz 和 3. 625 Hz;两个模型的振型在 8 度半罕遇地震(输入峰值加速度 0. 51g )试验前未出现明显变化,基本自振频率仅下降约 5% ,表明模型结构此前仅有轻微损伤,验证了耗能连接良好的消能减震效果;底层多门洞模型在经历输入峰值加速度 0. 80g 的试验后,最大层间位移角为 1 / 60,损伤集中于耗能连接的软钢耗能段屈服断裂,结构阻尼比达 13% ,实现了 9 度罕遇地震下连接可更换、结构可修复的目标。此外,两个模型在不同地震波激励下的剪重比-屋顶位移曲线形状相似,其中底层多门洞模型在加速度峰值为 0. 80g 的 El Centro 波激励下,最大屋面位移接近100 mm,基底剪重比约 1. 80,但模型结构仍保持较强的弹性变形能力。

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内嵌钢筋外包 CFRP 布复合加固中长圆形木柱轴压性能试验研究

周长东, 苏宝强, 罗廷惜, 郑玉槟

建筑结构学报. 2024, 45(9): 227-239. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0504

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为了研究内嵌钢筋外包碳纤维布(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)复合加固中长圆形木柱的轴压性能,完成了 8根中长木柱的轴心受压试验,获取了中长木柱的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线,进而分析了内嵌钢筋数量、CFRP 布包裹方式对中长木柱轴压性能的影响。研究结果表明:中长圆形木柱轴心受压时有压溃破坏和弯曲破坏两种形式,破坏位置均为初始缺陷较为集中的木节区域;嵌筋加固可以有效提升木柱的受弯性能,较未加固木柱,轴压承载力提高幅度为58. 11% ~ 100. 68% ,在荷载达到 965 kN 时,纵向应变减小范围为 12. 03% ~ 28. 89% 、横向变形减小范围为 20. 72% ~ 38. 57% ;包裹 CFRP 布加固木柱可以使木柱处于三向受压状态,轴压承载力提高 65. 19% ,在荷载达到 965 kN 时,纵向应变与横向应变分别减小 8. 7% 与 67. 02% ;内嵌钢筋外包 CFRP 布复合加固木柱可以充分发挥 CFRP 布的约束作用和钢筋的承压作用,轴压承载力提升幅度为 45. 66% ~ 121. 03% ,在荷载达到 965 kN 时,纵向应变减小范围为 19. 24% ~ 28. 49% ,横向应变减小范围为 34. 05% ~ 79. 93% ,延性最大可提高 22. 86% 。基于复合加固理论,对试验数据进行拟合,进而提出了复合加固中长圆形木柱的轴压承载力计算公式,并将所得计算值与试验值对比,两者吻合较好, 验证了计算公式的可靠性。

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藏式古建筑木梁-石墙节点弯矩- 转角力学模型

崔玥, 杨娜, 郭婷

建筑结构学报. 2024, 45(9): 240-252. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0730

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藏式古建筑中木梁与石墙洞口呈简单搭接关系,该类木梁-石墙节点连接薄弱,震坏风险高。以藏式古建筑中的木梁-石墙节点为研究对象,分析其建造过程,剖析其受力机制,给出正反向转动过程中的受力状态判定条件,建立了木梁-石墙节点的弯矩-转角力学模型;通过与有限元模型的对比分析,验证该力学模型的准确性。研究结果表明:建造过程中木梁头顶面与墙洞口之间存在缝隙;木梁-石墙节点的转动过程分为自由转动状态(木梁头在洞口内小幅度自由转动),临界状态(木梁头顶面、底面均与墙洞口接触),挤压状态(木梁顶面、底面弹性变形,木梁头顶面木材嵌压屈服,木梁头底面木材嵌压屈服)等 3 部分;根据所提木梁-石墙节点力学模型实现算法可快速完成实际节点的弯矩-转角关系计算;理论计算的木梁-石墙节点弯矩-转角曲线与有限元模拟曲线吻合较好,初始刚度误差小于 30% ,峰值荷载误差小于 10% 。

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胶合木预应力套管螺栓连接梁柱节点受力性能

何敏娟, 戴鹏飞, 李征

建筑结构学报. 2024, 45(9): 253-261. https://doi.org/10.14006/j.jzjgxb.2023.0405

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胶合木结构中的梁柱大多采用钢填板螺栓进行连接,即通过内嵌的钢板、采用螺栓连接梁柱构件。然而,这种连接方式存在螺孔与螺杆间空隙大、初始刚度低、木材易劈裂等问题。为提高节点的初始刚度、改善既有破坏模式中木材劈裂问题,提出一种将 T 形钢连接件的翼缘通过对拉螺栓连接于柱侧、T 形钢连接件的腹板插入梁端并通过预应力套管螺栓与梁端紧密连接的节点构造。为了研究套管形状对节点受力性能的影响,分别制作使用方形套管和圆形套管的胶合木预应力套管螺栓节点试件,开展单调和往复加载试验。基于试验,得到了节点刚度、承载力以及延性等性能,并分析不同形状预应力套管螺栓节点的受力性能。结果表明:与传统钢填板螺栓节点相比,所提出的预应力套管螺栓连接梁柱节点初始刚度是其 3 倍以上;使用方形套管可延缓木材劈裂、减缓节点的刚度退化,但承载力比圆形套管节点降低 9% 。

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2024年, 第45卷, 第9期　刊出日期：2024-09-05

建筑结构学报

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