摘要:为推动非双重体系中心支撑－钢框架结构的应用,总结了国内外关于中心支撑－钢框架结构抗震性能的研究成果,对比了国际主流规范在抗震设计方法上的差异。指出中国现行规范存在的不足,认为中心支撑－钢框架结构的抗震设计未充分考虑支撑及其连接的低周疲劳寿命,对高延性和低延性的结构不应采用相同的抗震设计方法,低延性中心支撑－钢框架结构在应用中不应忽视梁柱节点半刚接、柱子的竖向连续性以及柱脚螺栓群的半刚接等因素对其抗倒塌储备能力的贡献。据此指出,今后研究中应进一步探析支撑构件及其节点的低周疲劳寿命,建立基于低周疲劳寿命匹配关系的构件和连接节点的抗震设计准则。应分析高延性中心支撑－钢框架结构的抗震能力曲线及低周疲劳损伤情况,得到地震力折减水平及低周疲劳累积滞回耗能需求规律,将承载力和能量设计相结合,提出更为合理的抗震计算方法。应量化各类地震抗倒塌储备能力,形成低延性中心支撑－钢框架结构更为合理的抗震设计方法,扩展其使用范围。

摘要:为改善已有约束混凝土本构关系模型的局限性,收集了混凝土强度为19.6～158 MPa,体积配箍率为0.5%～7.27%,箍筋屈服强度为296～1 318 MPa,纵筋配筋率为0%～5.87%的约束混凝土轴压试验数据,建立数据库。分析了7个关键参数对约束混凝土强度增强系数（K_c=f_cc/f_c）和变形增强系数（Kε=ε_cc/ε_c）的影响规律。对数据库中试验数据进行统一处理,采用回归分析的方法,提出了峰值压应变及峰值压应力计算公式,约束混凝土受压应力-应变曲线统一方程。对比分析本文统一方程和已有的本构模型对本课题组试验的预测效果,本文提出的统一方程得到的应力-应变曲线与试验曲线吻合程度更高,本文提出的峰值压应变及峰值压应力公式预测效果好,本文模型精确度高且适用范围广。

摘要:为探求钢筋混凝土上盖平台在车辆火灾下的温度演化以及结构的火灾响应,完成了上盖平台的汽车火灾模拟试验。采用缩尺寸试验研究了结构模型室内空间和围护结构的温度分布和变化情况,在此基础上结合分层壳模型对上盖平台楼板进行了有限元耐火模拟。结果表明:在火灾后结构整体保持完整,能满足抗火的需求；所建立的钢筋混凝土楼板热力耦合有限元模型和试验结果吻合良好,进一步验证了试验和数值结合方法的有效性。该研究可为上盖平台结构的车辆及地铁火灾的抗火性能评估提供参考。

摘要:为研究钢筋的不均匀锈蚀对RC框架柱性能的影响。推导了钢筋锈蚀过程中混凝土裂缝扩展规律以及锈蚀产物沿钢筋环向的分布规律,建立了基于表观裂缝宽度的纵筋锈蚀程度评估模型。通过引入锈蚀影响系数提出了考虑不均匀锈蚀分布的锈蚀纵筋等效强度模型。基于已有试验结果分析了纵筋锈蚀和箍筋锈蚀的关系,建立了箍筋和纵筋锈蚀程度的关联模型。基于Mander的约束混凝土模型建立了锈蚀箍筋约束的混凝土模型。模型计算结果表明:钢筋锈蚀导致混凝土、钢筋强度显著降低,钢筋的不均匀锈蚀会对钢筋力学性能产生影响。基于OPENSEES平台和所提出的材料模型,建立了锈蚀RC框架柱的数值模型。根据已有试验资料,先后对本文所提出的纵筋锈蚀程度评估模型,箍筋和纵筋锈蚀程度关系模型,锈蚀箍筋约束混凝土模型,以及锈蚀RC柱的数值模型进行了验证。结果表明,本文模型具有较好的精度,锈蚀程度评估模型能够体现主要因素的影响,研究结果可用于既有混凝土结构的性能评估。

摘要:为研究配筋超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)柱抗震性能及影响因素,以碳纤维增强树脂(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布缠绕、钢筋强度和剪跨比为参变量,对1根普通钢筋UHPC柱、1根CFRP布缠绕的普通钢筋UHPC柱和3根高强钢筋UHPC柱进行了低周往复试验,分析了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、延性和耗能能力等。结果表明:对于剪跨比为1.5~4.0的配筋UHPC柱,延性及耗能能力均较好；在CFRP缠绕或较大剪跨比下,试件的破坏形态由剪压破坏转变为弯剪破坏,延性得到明显改善；提高UHPC柱纵筋和箍筋的强度可提高试件的承载力和延性；普通箍筋的裂后工作能力较差,建议UHPC受剪构件配置屈服强度在600 MPa以上的箍筋；基于桁架-拱模型,建立了考虑钢纤维抗拉贡献、轴压比和剪跨比影响的配筋UHPC柱的抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好,可为UHPC结构设计提供参考。

摘要:为了明确端部锚固措施对碳纤维复合材料（CFRP）-混凝土界面黏结行为的影响,采用解析理论手段建立了温度作用下端锚CFRP-混凝土界面剥离全过程理论模型。结合常温界面黏结理论,引入双线性黏结-滑移本构,推导了界面滑移、界面剪应力以及CFRP正应力分布表达式,给出了界面荷载-滑移响应及界面剥离承载力模型,通过与试验和数值结果对比验证了解析模型的正确性,并在此基础上进行了参数化分析。分析结果表明:相比于纯外贴的CFRP-混凝土黏结界面,端部锚固可提高温度作用下的界面剥离承载力,能有效限制温度变化引起的黏结界面端部的界面滑移和剪应力,提高CFRP在温度作用下所承担的正应力,即提高CFRP的强度利用效率；对于端部锚固CFRP-混凝土黏结界面,在温度达到胶黏剂玻璃化温度前,温升会提高界面的承载性能,而温降会导致加载端界面提前剥离,降低加固界面的剥离承载力；CFRP黏结厚度和弹模的增加会使温度变化对界面黏结行为的影响更加显著。

摘要:端部锚固是一种控制CFRP-混凝土黏结界面剥离和提高界面承载力的有效措施。为研究端部锚固下CFRP-混凝土黏结界面的剥离过程,引入指数型界面黏结-滑移本构,推导了黏结界面剥离全过程的解析模型,得到了黏结界面滑移、黏结应力、CFRP应变和应力分布表达式,上述解析模型得到了试验结果的良好验证。基于解析模型,给出了黏结界面的最大黏结力、有效黏结长度和剥离荷载的计算方法,并分析了不同黏结长度对界面剥离全过程受力行为的影响。分析表明:相比纯外贴黏结界面,端部锚固黏结界面的有效黏结长度有所增加,且剥离荷载随黏结长度的增加而降低,并趋近于纯外贴黏结界面的极限承载力；当黏结长度较长时,其剥离荷载与最大黏结力相差不大,此时端部锚固力很小；当黏结长度较短时,端部锚固会更早地参与承担荷载,其剥离荷载接近CFRP拉断荷载。

摘要:薄壁金属构件与吸能泡沫材料组合形成的复合构件具有优越的耗能性能,本文将泡沫铝填充至6082-T6高强铝合金圆管中作为建筑结构中的耗能复合构件。为获得泡沫铝填充6082-T6铝合金圆管在轴压荷载下的响应特征、破坏机理及耗能性能,进行了20组不同径厚比和高径比的铝合金空管以及泡沫铝填充复合管的轴压试验。构件表现出3种破坏模式:劈裂破坏、叠缩劈裂破坏、叠缩劈裂+不规则变形破坏。填充泡沫铝能够有效改善构件在轴压荷载下的变形能力,避免其发生不规则变形破坏,并提高构件耗能能力。基于有限元分析平台LS-DYNA提出了合理的有限元建模方法并开展了参数分析,结果表明:构件峰值承载力与吸能能力均随壁厚和管径的增大而增大。当高径比增大时构件在轴压荷载下发生失稳破坏,而填充泡沫铝后构件发生失稳破坏的临界高径比增大。

摘要:为消除填充墙对框架的不利影响,充分发挥钢管混凝土框架变形能力强、延性好的优势,采用在钢管混凝土框架柱与填充墙间预留缝隙,填充墙与型钢梁间柔性连接的构造措施。为验证该种连接的可靠性,研究钢管混凝土柱框架-整体装配式填充墙的抗震性能及相互作用机理,进行了1个足尺单榀两跨两层框架填充墙模型的低周反复荷载试验。基于试验,分析了填充墙的损伤演化过程、钢管混凝土柱框架和连接件的变形及结构整体的抗震性能。研究表明:钢管混凝土柱框架-整体装配式填充墙滞回曲线饱满,耗能能力强；加载点极限移位角达1/41时,整体结构仍具有稳定的承载力,延性较好；装配式填充墙板-框架间的柔性连接,削弱了框架传递给填充墙板的荷载,延缓和减轻了整体装配式填充墙板损伤；填充墙板与装配式钢框架整体连接可靠,发挥了框架变形能力强、延性好的优势；整体结构后期承载能力稳定,具有良好的抗震性能和安全储备。

摘要:为研究钢筋套筒灌浆搭接接头的受力机理,进行了36个该接头拉伸试验,考察了其破坏形态、承载力、延性、套筒纵向及环向应变等。试验结果表明,当相对搭接长度相同时,试件的屈服、极限荷载随钢筋直径增大而提高；搭接长度越长,试件初始刚度、延性越好；加载前期套筒为纵向受拉、加载后期套筒纵向受压；随着搭接长度的增大,套筒纵向由拉变压的转换荷载逐渐增大；加载过程中近钢筋侧套筒纵向拉应变随着搭接长度增大而增大,极限荷载时远钢筋侧套筒纵向压应变随着搭接长度增大而变小；加载前期,套筒中部环向应变值大于边缘截面环向应变值；极限荷载时,由于端部灌浆料脱落,套筒边缘截面环向应变值小于中部截面环向应变值；细观分析了搭接接头的传力路径、力学机理,基于钢筋-混凝土黏结应力分布曲线,分析套筒纵向应力分布及发展过程,得出套筒加载前期为纵向受拉、加载后期为纵向受压,与试验结果吻合；基于试验数据,拟合出了接头极限黏结强度公式,提出套筒临界搭接长度公式。研究成果可为接头应用奠定理论基础。

摘要:为研究一种外包钢管栓筋连接的装配式钢筋混凝土框架结构的抗倒塌性能,完成了3根足尺装配式整体式长柱试验。首先使用有限元软件SAP2000中的多段线性塑性连结单元提出了一种简化的装配式柱模型,模拟出了该柱-柱节点,并与试验结果比较。然后采用抽柱法对一栋6层外包钢管栓筋连接的装配式框架结构和现浇框架结构进行连续倒塌分析,分别抽除首层角柱、首层长边中柱、首层短边中柱、首层内柱四种工况,得到了抽柱后的关键构件内力、位移时程曲线；最后通过Pushdown曲线分析装配与现浇结构的倒塌机制。研究结果表明:多段线性塑性连接单元较好地模拟了装配式柱-柱节点,模拟值与试验值比较吻合；在设计荷载作用下,四种工况中内柱的破坏对装配结构影响最大,其位移比现浇结构大了72.2%；在抗力曲线中发现,角柱破坏时是装配结构梁机制的承载力最低的情况,比现浇结构小了25.4%,内柱破坏时是装配结构悬链线机制的承载力最低的情况,比现浇结构小了33.1%。最终得出需要加强装配结构的内柱和边柱及其相邻梁构件的截面尺寸和配筋,以及外包钢管的厚度来提高其刚度,本文可为此类装配式结构的后续工程应用提供一种抗倒塌设计参考。

摘要:为解决地震作用下非对称RC框架-装配式剪力墙结构（AFPSW）出现的层间位移集中和平面扭转等不利变形问题,提出外附摇摆架的加固方法提升AFPSW的损伤变形能力与抗震性能.推导了外附摇摆架加固体系的动力方程,揭示了其变形控制机理并据此建立相应的设计方法。为验证加固设计方法的有效性,建立了基于振动台试验验证的AFPSW有限元模型,结合非线性动力时程分析结果,研究了结构加固前后的变形模式、损伤状态的变化与性能提升效果。结果表明:在峰值加速度0.62 g地震作用下,加固后体系的层间位移集中系数和扭转分别减小了20.9%和53%,极大改善了结构的不利变形,降低了体系整体损伤状态等级。这一切表明外附摇摆架加固体系的动力方程推导正确,提出的结构加固设计方法是可靠的,极大地改善了结构的均匀性和抗震性能。

摘要:利用1 000 kV特高压变电构架在均匀流、A类和B类地貌高频底部测力天平风洞试验同步测量的基底弯矩和反力的时程数据,对变电构架整体及节段模型的气动力系数功率谱以及均值、均方根、峰度和偏度等统计特性对比分析,详细考察风向、地貌等因素对风荷载特性的影响规律并探讨不同流场下输电构架整体与节段模型的气动力特性比例关系。研究结果表明:以A节段模型为例,0°风向均匀流场、A类和B类地貌下C_x均值和均方根值之比分别为1∶1.58∶1.57和1∶1.60∶1.59, 与之对应,C_y均值和均方根值之比分别为1∶7.00∶7.57和1∶1.53∶1.30.整体和各节段模型对比分析发现,90°风向均匀流场下整体模型与四个节段模型C_x的均值和均方根值之比分别为1∶0.02∶0.26∶0.22∶0.38和1∶0.06∶0.37∶0.32∶0.41,C_y的均值和均方根值之比分别为1∶0.46∶[KG-2mm]0.57∶0.43∶0.69和1∶0.47∶0.58∶0.44∶0.70.基于时域和频域的综合对比分析明确1 000 kV特高压变电构架的最不利风向角以及设计风荷载的取值,为工程设计提供参考。

摘要:直立锁缝屋面系统广泛应用于厂房、车站、体育场馆等大型建筑中,但由于自重轻、柔性大,在强风作用下很容易发生局部损伤及整体破坏,探讨这类屋面系统的风致破坏模式和失效机理,以便提出有效的抗风措施很有必要。本文进行了足尺试验并结合精细有限元方法,对直立锁缝屋面系统在风荷载作用下的变形发展,直到局部屈曲,再到最终破坏的全过程进行了试验和数值的对比研究,探讨了屋面板在风荷载逐渐增大过程中的位移状况及各阶段的破坏模式与抗风承载力。结果表明,屋面系统的破坏模式为支座与屋面板在锁缝处的脱扣破坏,该脱扣始于屋面板中部屈曲所引发的整体大变形,从而使得临近支座的拉力出现陡增,进而导致脱扣。本文的有限元方法不仅能够完整再现上述变形过程和破坏模式,还能较准确地预测其关键位移及抗风承载力的大小。

摘要:为解释切角措施影响方柱风压非高斯特性的作用机理,以标准方柱和切角方柱为研究对象,在雷诺数Re=2.2×10⁴条件下,采用大涡模拟方法研究了两种方柱的风压特性随风向角的变化规律,重点分析了角部措施对方柱表面风压非高斯特性的影响,并基于瞬时流场结构探讨了角部措施对方柱极值风压的影响规律及其流场作用机理。研究表明:方柱表面风压非高斯分布区域主要集中在方柱侧面后角部位和方柱背风面,而方柱侧面的剪切层再附区域（即分离泡区域）没有明显的风压非高斯现象,切角处理可明显减小方柱后角部位和背风面的风压非高斯区域；方柱表面极值风压的流场机理可分为两类,即方柱侧面后角部位的角部附着涡机理和方柱背风面的卡门涡机理；与标准方柱相比,切角措施使方柱的分离剪切层更贴近于方柱壁面、方柱尾流的卡门涡强度减弱、方柱角部附着涡的强度减弱甚至消失,从而引起极值风压减小和风压非高斯特性的减弱。

摘要:为了使不同地区的结构在地震作用下具有相同的倒塌概率,对一致风险谱进行了研究。本文首先通过概率地震危险性分析得到了西安地区的一致危险谱,通过风险积分法得到了西安地区的一致风险谱,将一致危险谱与一致风险谱进行对比发现,基于一致危险谱进行抗震设计的建筑结构在地震作用下具有不同的倒塌概率。然后通过近似解析法构建了西安地区的一致风险谱,将两种方法得到的一致风险谱进行对比发现,如果地震危险性函数能够很好地描述场地的地震危险性,两种方法得到的一致风险谱相差很小。最后分析了结构地震易损性的对数标准差β对一致风险谱、风险系数Rc、风险导向地震动参数的比例系数的影响。研究表明:β对大震一致风险谱的影响不大,β≤0.7时,对中震一致风险谱的影响大,β＞0.7时,对巨震一致风险谱的影响大；β＜0.7时,Rc随着β增大而减小,β≥0.7时,Rc随着β增大而增大；β对风险导向巨震和风险导向中震之间的比例系数的影响大于对风险导向大震和风险导向中震之间的比例系数的影响。

摘要:为了分析复杂岩土工程多场多相耦合效应,需要建立非饱和双重孔隙介质的一般本构理论框架。把双重孔隙介质视为两个单重孔隙介质的嵌套叠加,利用各组分应变与孔隙变形之间的内在联系,从经典混合物理论出发推导了非饱和双重孔隙介质的能量守恒方程。通过功共轭对之间的力学性质建立了小应变条件下非饱和双重孔隙介质的一般势函数本构方程。作为一般势函数本构方程的应用,把势函数取为应变量的二次多项式,假定各共轭量之间相互独立,获得了非饱和双重孔隙介质的各向同性线弹性模型,并根据试验数据确定了模型参数。当非饱和双重孔隙介质退化为饱和双重孔隙介质或非饱和单重孔隙介质时,本文模型退化为已有的相应模型。本文获得的一般势函数本构方程可以指导非饱和双重孔隙介质的具体建模工作,线弹性本构方程可用于建立相应的固结控制方程。

摘要:超高性能轻质混凝土（ultra-high performance lightweight concrete,UHPLC）是一种具有高拉压比和拉伸应变强化特性的轻质水泥基材料。为了阐述UHPLC与钢筋在钢筋屈服点之前的协同受拉机制,针对一种密度为1 789 kg/m³、抗压强度为63.1 MPa、极限拉伸应变约为2.4×10^-3~2.8×10^-3、极限抗拉强度约为6.9~7.8 MPa的UHPLC,采用自主研发的拉伸测试装置,研究其循环拉伸力学性能,分别考虑了4种加载条件（循环应变分别是2.0×10^-4、5.0×10^-4、1.0×10^-3、1.5×10^-3）。试验结果表明:不同加载条件的UHPLC的循环拉伸应力-应变曲线的包络线与单调拉伸应力-应变全曲线具有较高的重合度；循环加载曲线的残余应变、加载刚度、卸载刚度均反映了桥接微裂纹的纤维脱黏状态,残余应变越大,说明纤维的脱黏长度越长,将导致UHPLC的加载、卸载刚度降低；UHPLC在循环加载作用下的累积应变小于其极限拉伸应变时,多次循环加载主要是对已脱黏部分纤维的循环拉伸作用；UHPLC的循环加载刚度退化率与累积残余应变的关系符合幂函数关系,拟合度为0.99。UHPLC的循环拉伸加载刚度本质上由纤维参与受拉的有效长度（脱黏部分）决定,可用累积残余应变来表征。

摘要:为了研究锈蚀对冷弯薄壁型钢和热轧钢材料力学性能的不同影响,通过对工业环境下服役多年的冷弯薄壁 C 型钢进行拉伸试验,借助3Dscan手持式激光扫描仪得到腐蚀钢板表面形貌,探讨了锈蚀程度对其材料力学性能的影响。将试验结果与锈蚀热轧钢进行对比分析,比较了锈蚀对两种钢材表面形貌、断口形式、应力-应变曲线、力学性能指标的不同影响。研究结果表明:锈蚀冷弯薄壁型钢三维粗糙度参数S_a、S_q随锈蚀率的增大而呈现逐渐增大趋势,且增长速率高于热轧钢；锈蚀冷弯薄壁型钢的弹性模量、屈服强度、极限强度和极限应变均随着锈蚀率的增大呈线性下降,但伸长率随锈蚀率的增大呈二次曲线下降；同等锈损深度下,冷弯薄壁型钢的弹性模量、屈服强度、极限强度、极限应变和伸长率的下降速率均大于热轧钢,证明了锈蚀对冷弯薄壁型钢力学性能的影响高于热轧钢。

摘要:提出带防屈曲消能杆的自复位钢柱脚,对其受力机理进行了分析。将自复位参数（β_sc）和框架柱轴力作为设计变量,设计制作了四组柱脚试件,通过低周往复荷载试验,对比分析了结构的受力发展过程、自复位能力、变形能力和耗能能力。结果表明:柱脚试件的塑性变形集中于消能杆,对损伤的消能杆更换后,柱脚抗震性能得以快速恢复,实现了预期的设计意图；试件的荷载-位移滞回曲线为典型的“双旗帜”形,卸载后最大残余层间位移角仅为0.001 rad,具有良好的自复位能力；通过对位移延性系数和等效黏滞阻尼系数的分析,表明自复位柱脚具有良好的变形能力和耗能能力；随着β_sc参数增大,柱脚自复位能力提高,承载力和耗能能力降低,而对变形能力影响不大；随着框架柱轴力增大,自复位能力和承载力提高,变形能力降低,而对耗能能力影响不大。

摘要:为解决古建木柱的加固、修复等问题, 探究一种经济可行、效果显著的加固方法,将7根方形木柱以内嵌钢筋外包碳纤维布复合加固的方法进行加固试验,研究其在偏心受压情况下承载力、延性等力学性能的变化,主要考虑嵌筋的数量和受压偏心距两种因素的影响。试验结果表明:采用间隔包裹一层CFRP布同时嵌筋的方法复合加固的木柱破坏主要发生在纤维布之间的间隔段,而且相比于未加固的木柱其破坏时表现出更好的整体性；偏心距为0时,木柱的4个侧面均发生破坏现象,而随着偏心距的增大,木柱仅在偏压侧发生破坏；在偏心距相同的情况下,采用该复合加固方法加固后的木柱在承载力和延性性能方面均得到明显提升和改善,提升幅度随嵌筋数量的增加而增大；加固方式相同时,偏心距由0增加到50 mm,木柱的承载力降低显著,而延性系数变化不大。