新刊精选 |《建筑结构学报》2019年第4期

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2019年第4期导览

1纤维增强复合材料及其结构研究进展

刘伟庆，方海，方园

南京工业大学先进工程复合材料研究中心

摘要：纤维增强复合材料因其轻质高强、可设计性和高耐久性在基础设施领域逐步得到关注与应用，通过结构体系创新，可部分替代钢和混凝土制造各类结构构件，满足建筑、桥梁、海洋等工程结构的强度、刚度及使用功能需求。国内外有关学者已进行了大量的研究和实践，基于相关成果从以下四个方面系统总结了国内外关于纤维增强复合材料结构的研究进展：1）组成材料及制造工艺方面，介绍了增强材料纤维、树脂基体和芯材的种类和性能，并阐述了几种典型制造工艺；2）基本构件与结构应用方面，归纳总结了复合材料筋索、型材、管材、板材以及夹芯结构的受力特点及在土木工程中的主要应用；3）复合材料结构力学理论方面，详细介绍了其基本力学性能以及冲击、疲劳、蠕变、耐火等性能，并阐述了监测与设计方法；4）复合材料结构耐久性方面，总结了温度、湿度、紫外线照射、化学介质（酸、碱、盐等）的侵蚀以及多因素耦合作用对其耐久性的影响，并归纳了耐久性提升技术研究现状。通过对基础设施领域复合材料结构的发展现状、应用的局限性以及前景的系统综述，促进复合材料结构的研究与工程应用。

关键词：复合材料结构；组成材料；制造工艺；力学性能；耐久性

2高强度钢材疲劳性能研究进展

郭宏超^1,2，毛宽宏²，万金怀³，郝际平⁴，李慎^1,2，王振山^1,2

1.陕西省黄土力学与工程重点实验室

2.西安理工大学土木建筑工程学院

3.中冶京诚工程技术有限公司管线与管廊工程技术所

4.西安建筑科技大学土木工程学院

摘要：疲劳破坏是钢结构失效的主要形式，也是工程界与学术界关注的重点。在总结了国内外高强钢母材、焊缝连接和螺栓连接的疲劳性能研究现状基础上，介绍了疲劳寿命理论计算方法，结合大量试验数据分析统计了高强度钢材疲劳寿命发展规律，并基于国内外不同的疲劳设计规范对高强钢母材及连接接头的抗疲劳能力进行了评估。结果表明：随着钢材强度等级的提高，高强钢母材表现出较好的疲劳性能，规范设计曲线偏于保守，明显低估了高强钢母材的抗疲劳性能；受焊接工艺和焊接质量影响，高强钢焊缝连接的疲劳强度提高幅度较小，ANSI/AISC 360-10和EN 1993-1-9规范曲线能够较好地评估Q460D与Q690D焊缝连接的疲劳特性，并具有足够的安全储备；螺栓连接的疲劳强度受预紧力、摩擦面处理、成孔方式等众多因素影响，已有研究表明随着钢材强度的提高，疲劳强度亦有改善，ANSI/AISC 360-10和BS 7608-2014设计曲线适用于Q460螺栓连接疲劳寿命计算，具有足够安全保障，对于Q690钢螺栓连接疲劳性能评估，规范方法偏于保守。随着高强度钢材在实际工程中的应用增多，需开展大量不同等级高强钢母材和连接形式的疲劳试验，补充Q460及以上强度钢材的疲劳设计方法和细部连接构造。

关键词：高强钢；焊缝连接；螺栓连接；疲劳寿命；裂纹扩展速率；容许应力幅

3单缝密拼钢筋混凝土叠合板受弯性能试验研究

余泳涛¹，赵勇¹，高志强²

1.同济大学土木工程学院

2.中国建筑标准设计研究院有限公司

摘要：通过10块简支板的静力加载试验，对单缝密拼钢筋混凝土叠合板的破坏形态、刚度、裂缝和承载力进行了研究，并分析了桁架钢筋叠合板密拼缝的传力机理以及桁架钢筋与纵向受力钢筋的定量关系。结果表明：单缝密拼叠合板易在拼缝处发生沿叠合面的撕裂破坏，且其正截面受弯承载力和平均抗弯刚度均低于整浇板；在拼缝处设置桁架钢筋可以有效控制叠合面的撕裂破坏，并提高叠合板垂直于拼缝方向的刚度和承载力；桁架钢筋到拼缝距离等于板厚的试件，未发生拼缝处的叠合面撕裂破坏，其正截面受弯承载力比整浇板试件低6%，但比计算值大9%~18%。结合试验研究成果和国内外相关标准，提出了双向叠合板密拼拼缝的设计建议与构造要求。

关键词：钢筋混凝土叠合板；密拼叠合板；桁架钢筋；拼缝传力机理；静力试验；受弯性能

4钢-混凝土预制混合梁受力性能分析

张锡治^1,2，章少华³，牛四欣³，李青正³，徐高栋³

1.天津大学建筑设计研究院

2.天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室

3.天津大学建筑工程学院

摘要：通过对4个钢-混凝土预制混合梁试件进行拟静力试验，研究了该预制试件的破坏模式、受力过程及受力机理。采用有限元软件ABAQUS对钢-混凝土预制混合梁的受力性能进行模拟，研究了钢材屈服强度、纵筋配筋率和钢梁长度对其受力性能的影响，并分析了钢、混凝土梁两者间刚度及承载力的匹配关系。研究结果表明：钢-混凝土预制混合梁最终破坏表现为混凝土梁端出现塑性铰，而端部钢梁在整个加载过程中保持完好，钢与混凝土连接节点能可靠传递两者间应力。提高钢材屈服强度和增加纵筋配筋率可提高承载力，其中增加纵筋配筋率的提高效果更明显；随着钢梁长度的增加，承载力逐渐增大，但初始刚度呈线性降低。根据研究结果给出了该类型预制构件的设计建议：混凝土梁与钢梁设计受弯承载力比（M_c/M_s）取值范围宜为0.8~1.0，端部钢梁长度取值范围宜为100~200mm；箍筋加密区范围起算点应取混凝土梁端截面而不应取柱边。

关键词：钢-混凝土预制混合梁；钢-混凝土连接节点；拟静力试验；破坏模式；受力性能

5穿斗式木结构民居模拟地震振动台试验研究

薛建阳，许丹，任国旗，付春伍，杨生梦

西安建筑科技大学土木工程学院

摘要：为研究穿斗式木结构民居的抗震性能，以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型，对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入，实测了结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、刚度、加速度反应、位移反应、剪力分布和应变的变化规律。试验结果表明：随着地震峰值加速度的增加，模型结构的自振频率和刚度下降，阻尼比增大，各层加速度放大系数介于0.286~1.383之间；浮搁于混凝土板上的柱脚的滑移在一定程度上衰减了传入上部结构的地震作用，第2层檐柱顶高度处的榫卯节点在振动过程中耗能作用明显；当输入峰值加速度为0.22g和0.40g时，模型晃动剧烈，最大层间位移角分别为1/65和1/35；当输入峰值加速度增至0.50g时，模型依然没有倒塌，表明穿斗式木结构具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。

关键词：穿斗式木结构；榫卯节点；振动台试验；动力特性；抗震性能

6宋式带“昂”斗栱节点力学性能试验研究

程小武，沈博，刘伟庆，陆伟东

南京工业大学土木工程学院

摘要：古建筑中宋式斗栱节点最为显著的特征之一就是带有“下昂”。为研究具有这种特征的斗栱节点的受力性能，制作1∶3.52的缩尺模型试件进行竖向荷载试验和水平低周反复荷载试验，依据宋《营造法式》和实际建筑的“有昂无梁栿”和“有昂有梁栿”两种类型的宋式斗栱节点模型，设计并制作了以柱头斗栱节点为对象的试验模型。研究结果表明：在竖向荷载作用下，栌斗始终作为薄弱构件首先破坏；下昂与梁栿虽打断了斗栱节点分层叠加，但其依旧能保持良好的整体性；水平荷载作用下单个斗栱节点的倒三角形构造易发生转动，但加入梁栿后，节点的转动受到约束而发生滑移，此时斗栱表现良好的耗能效果，由此说明斗栱节点良好的抗震性能并非来自单个斗栱节点，而是由其通过相互约束协同工作而产生；底部暗销有较强的锚固作用，斗栱节点水平承载力主要由底部暗销的锚固力和柱与斗栱节点接触面的摩擦力组成。

关键词：斗栱节点；宋式；下昂；梁栿；铺作；暗销；低周反复加载试验；抗震性能

7基于准零刚度特性的结构竖向隔振系统研究

周颖，陈鹏

同济大学土木工程防灾国家重点实验室

摘要：基于准零刚度的原理，提出将并联碟形弹簧和线性压缩弹簧的准零刚度系统用于建筑结构竖向隔振。基于系统的位移-回复力关系，建立了隔振系统竖向运动控制方程，采用谐波平衡法求解了系统的幅频响应和传递率。通过数值仿真对理论推导进行了验证，并根据传递率的变参数分析结果，探讨了系统不同激励幅值引起的频率偏移，以及不同阻尼比对传递率曲线的影响。由准零刚度系统和等效线性系统的传递率曲线对比，证明了与等效线性隔振系统相比，准零刚度系统具有更低的隔振起始频率和更小的传递率优势。通过OpenSees软件的二次开发，实现了准零刚度系统的数值本构模型。基于数值本构模型开发，对采用准零刚度系统的竖向基础隔振结构进行了地震和地铁振动输入下的响应时程计算，验证了准零刚度系统的竖向隔振效果。

关键词：准零刚度；竖向隔振；谐波平衡法；数值分析；传递率

8地铁车站非含水砂性地层柱洞法施工力学性能测试分析

刘朋飞¹，李攀²，周锦强³

1.中南大学土木工程学院

2.苏州大学轨道交通学院

3.中国中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司

摘要：柱洞法在浅埋暗挖地铁车站施工中使用较为普遍，由于工序繁多，缺乏系统的现场测试结果无法对其施工力学性能展开研究。以石家庄地铁一号线长城桥车站暗挖段为工程背景，通过现场测试对柱洞法施工的无水砂性地层中单层三跨地铁车站结构受力变形特征进行研究。左右导洞和左右洞的初期、临时支护结构的拱顶沉降和净空收敛主要集中在上台阶下部分土体的开挖过程中，由于梁柱支撑作用，中导洞的拱顶沉降甚微，各洞室上台阶水平向收敛相对明显，中台阶和下台阶的水平收敛很小。左右导洞上台阶封闭成环后，更有利于结构受力，随着后续土方开挖，结构将承担更大外荷载，应力将不断增加，在中导洞和左右洞施工时，部分临时结构拆除，导致既有初期、临时支护结构的应力增加，其中待左右洞二次衬砌混凝土终凝后，应力逐渐转移到二次衬砌上。在自重和纵梁重力作用下，立柱左右侧应力相当，属于轴心受压构件，中导洞开挖后立柱往结构中线倾斜，在中间临时钢管柱横支撑的预加荷载下，立柱往两侧偏移，中导洞顶部的二次衬砌使立柱偏心量增大，而左右纵梁受力出现明显差异性，左右洞施工后立柱偏移量则减小。

关键词：地铁车站；柱洞法；现场测试；支护受力；立柱偏移