新刊精选 |《建筑结构学报》2019年第8期

 2019年第8期导览 

1弯剪破坏与轴力附加弯矩对钢筋混凝土柱极限变形能力的影响综述

刘力维， 易伟建

湖南大学 土木工程学院

摘要：钢筋混凝土（RC）柱变形能力计算是实现基于性能的抗震设计的基本条件。为此结合我国规范，针对弯剪破坏模式相关研究成果进行总结与评述。讨论了以经验公式为主的RC柱极限变形计算方法，揭示了参数模型的不足；指出对于弯剪破坏模式，剪切作用和轴力二阶效应是造成变形计算离散的重要原因。塑性铰长度不是一个典型的统计量，基于等效塑性铰长度模型得到的极限变形计算值离散性大。考虑塑性铰区弯剪相互作用，才能正确反映柱的抗剪需求，但简化计算方法存在争议，且缺乏有效方法评价剪切作用对柱变形性能的影响。GB50010—2010《混凝土结构设计规范》中，对考虑地震作用的受剪承载力计算公式的修正能够有效避免RC柱在大位移下发生剪切破坏，但对不同位移延性下剪切破坏构件的安全储备不同且离散性增大。轴力二阶效应导致相同的试验柱在不同试验装置下剪力需求和极限变形不同，对弯剪破坏柱与弯曲破坏柱的影响也不相同。最后，结合极限变形计算的现状，建议我国规范补充基于回归方法建立的极限变形下限值经验公式，以完善基于性能设计方法。

关键词：RC柱；基于性能的设计；极限变形；弯剪破坏；剪力需求；轴力二阶效应

专家点评

本文较全面的梳理、总结了压弯剪耦合作用下的钢筋混凝土柱的极限承载力和极限变形计算理论的发展，总结全面且具有一定的深度，对今后研究具有一定的启发和借鉴意义。作者针对RC柱极限变形能力这一基础性问题，主要结合现有的RC柱的试验数据库，展开进一步的理论分析工作，研究成果对于深入了解RC柱在弯矩、剪力以及大变形三者作用下损伤发展、应力和应变状态的迁移、失效模式的转换，以及对极限变形的影响十分有价值。

2装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙共同工作性能试验研究

曹万林，刘子斌，刘岩，张宗敏，王如伟

北京工业大学 建筑工程学院

摘要：提出了一种装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙抗震节能结构。为研究轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作性能，进行了3榀足尺装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙试件与1榀足尺装配式轻型钢管混凝土纯框架的低周反复荷载试验。复合墙分为无洞口墙，带窗洞口墙和带门洞口墙。对比研究了结构的承载力、刚度、延性、滞回特性和耗能，分析了轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作机理，提出了结构水平承载力的实用计算方法。结果表明：在合理装配连接条件下，装配式轻型钢管混凝土框架与复合墙共同工作性能良好；装配式轻型钢管混凝土框架-复合墙结构比纯框架结构水平承载力高，耗能能力强，刚度退化快，变形能力好；复合墙洞口面积及洞口类型对结构性能有显著影响，门窗洞口降低了结构水平承载力和初始弹性刚度，而对结构的累积耗能影响不明显；提出的实用计算方法能够较好地计算结构的承载力。

关键词：装配式轻型钢管混凝土框架；复合墙；抗震节能结构；洞口；低周反复荷载试验；共同工作；水平承载力

专家点评

该文研究的新型钢框架复合墙板体系对新农居的建设具有较高的指导价值，具有抗震性能优、建设速度快、成本低、易操作、节能效果好等特点。文章对钢管再生混凝土柱+H型钢梁框架填充发泡混凝土复合墙板进行了拟静力试验研究，考察了门窗洞口对该新型体系抗震性能的影响，提出了结构整体水平极限承载力的实用计算方法，具有较高的工程应用价值。另外，轻型钢管混凝土框架由轻型钢管再生混凝土柱、H型钢梁与双L型带加劲肋节点组成，均是螺栓连接，现场无焊接，创新性较强。

3设置碟形弹簧的框架-摇摆墙结构抗震性能试验研究

蒋璐，李向民，张富文，董金芝，蒋利学，许清风

上海市建筑科学研究院 上海市工程结构安全重点实验室

摘要：受控摇摆墙通常采用预应力筋的形式实现，预应力筋基础锚固施工困难，墙体摇摆幅度很小且易与基础发生碰撞。为解决上述问题，研发了一种受控摇摆墙，主要通过基于碟形弹簧的装置实现墙体的受控约束，墙体与主体框架、基础分别采用耗能连接件和V形支撑连接。设计制作了缩尺比为1∶2的对比框架与框架-摇摆墙试件，通过低周往复加载试验研究其抗震性能、破坏模式和自复位特性。结果表明，设置碟形弹簧的框架-摇摆墙较对比框架承载力提高了107.1%，且具有更好的刚度退化性能与耗能性能，框架结构的变形模式得到改善，使得各层的层间位移趋于均匀。连接件是影响框架-摇摆墙结构耗能及协调层间变形的关键，应进一步研究其改进措施及优化设计。

关键词：框架-摇摆墙；碟形弹簧；延性连接件；拟静力试验；  变形模式；耗能能力

4预应力混凝土梁-柱子结构抗连续倒塌性能试验研究

邓小芳¹，李治¹， 翁运昊¹，于晓辉²， 钱凯¹

1. 广西大学 土木建筑工程学院

2. 哈尔滨工业大学 土木工程学院

摘要：通过开展2个有黏结预应力混凝土(PC)梁-柱子结构和2个无黏结PC梁-柱子结构的拟静力Pushdown试验，对中柱缺失后PC梁-柱子结构的抗倒塌性能进行研究。通过对比有黏结和无黏结PC梁-柱子结构的Pushdown试验结果发现：有黏结预应力筋较无黏结预应力筋可以有效提高结构的屈服荷载与初始刚度；两种子结构主要依靠钢筋产生的悬链线机制抵抗倒塌。此外，PC结构中的非预应力筋配筋率对其抗连续倒塌性能的影响也较为显著。单纯增加非预应力筋配筋率会增加PC梁-柱子结构在悬链线作用阶段中对周围结构的不利影响。因此，在PC结构的抗连续倒塌设计中需考虑合理的预应力筋与非预应力筋的比例。

关键词：梁-柱子结构； 预应力混凝土； 有黏结预应力筋； 无黏结预应力筋； Pushdown试验； 连续倒塌

专家点评

论文研究在连续倒塌领域是一个很新的内容，也是对既有研究的重要补充。论文采用试验方法研究了预应力混凝土框架的抗连续倒塌性能，研究成果对抗连续倒塌研究和工程设计具有重要的参考价值。

5单层空间网格结构抗连续倒塌的多尺度有限元模型分析

魏建鹏， 田黎敏， 郝际平

 西安建筑科技大学 土木工程学院

摘要：采用多尺度有限元模型对单层空间网格结构进行抗连续倒塌分析，综合了不同类型单元在有限元分析中的优点，有利于提高计算精度，合理确定不同类型单元之间的连接是确保其计算精度的关键。以两个单层空间网格结构的典型子结构拟静力试验结果作为校验，探讨了多尺度有限元模型在空间网格结构抗连续倒塌分析中的应用，提出了基于位移一致原则的不同尺度单元之间连接关系建立方法。以此为基础，完成了Kiewitt与Geodesic单层球面网壳的抗连续倒塌分析。研究结果表明：采用所提出的位移一致原则，连接界面与微观响应区域保持适当距离，可以得到结构计算的最优近似解；多尺度有限元模型在节约计算资源的基础上能够得到正确、合理的计算结果，采用刚性节点假定能够进一步减少模型的单元数量；多尺度有限元模型分析能够更为细致地显示局部应力分布，寻求网格结构失效的起始位置。此外，由多尺度有限元模型所建立的空心球节点，能较好地模拟结构的实际受力工况。

关键词：单层空间网格结构； 连续倒塌； 有限元分析； 多尺度

专家点评

本文首先通过试验研究，分析了大跨钢结构节点的大变形行为。然后采用多尺度有限元，研究了局部构件及整体结构的连续倒塌行为，指出了采用多尺度有限元方法后对计算结果的改善。论文对结构连续倒塌研究具有较好的参考价值。

6流固耦合作用下膜结构振动频率研究

潘毅^1,2，饶明航¹， 周祎¹，王双旭¹， 林拥军¹

1. 西南交通大学 土木工程学院

2. 西南交通大学 抗震工程技术四川省重点实验室

摘要：膜结构由于自身的特殊性，其流固耦合作用较为明显。考虑到流固耦合问题的复杂性，采用简化气弹模型对其进行简化计算，并对薄膜在静风和来流风作用下的振动频率进行数值分析研究。对于开敞式薄膜结构，以升力面理论为基础，通过涡格法近似求解开敞式薄膜的振动频率；对于封闭式薄膜结构，基于势流理论建立空气与结构相互耦合的动力平衡方程，通过边界元与有限元方法求解封闭式薄膜结构振动频率。采用上述方法的计算结果与已有试验结果对比表明：所采用的分析方法适合于膜结构振动频率分析。通过对开敞式和封闭式薄膜在来流风下的振动频率特性进行研究可知，附加质量是影响薄膜结构振动频率的主要因素，附加质量随风速增大而增大，从而导致振动频率下降；封闭式薄膜的附加质量大于开敞式薄膜的附加质量，而开敞式薄膜的振动频率却没有比封闭式的大，这说明气承刚度对封闭式薄膜振动频率的影响不可忽视。

关键词：膜结构； 简化气弹模型； 升力面理论； 边界元法； 振动频率

专家点评

论文采用简化气弹模型，假定空气是不可压缩理想势流。采用升力面理论对在静风和来流风下的敞开式薄膜结构气动力进行研究，通过涡格法近似求解了敞开式薄膜的振动频率。基于势流理论，建立空气与结构相互耦合的动力平衡方程，然后通过边界元与有限元方法求解封闭式薄膜结构振动频率。论文推导合理，层次清晰，论证严密，均和已有试验进行了对比，研究创新性强，有较大的理论意义和工程实用价值。

7六杆四面体单元端板式节点受力性能研究

陈伟刚^1,2，董石麟²， 周观根¹，丁超²， 诸德熙²

1. 浙江东南网架股份有限公司

2. 浙江大学 空间结构研究中心

摘要：提出了一种可满足六杆四面体单元装配化施工要求的节点形式——端板式节点。即六杆四面体单元的弦杆与腹杆相贯焊接于端板，通过端板上的高强螺栓实现单元之间的连接。设计并制作了2个足尺节点模型，分别考察其在压弯和轴拉荷载作用下的受力性能，得到了端板节点的位移、应变发展特点及破坏形态。采用ABAQUS软件进行考虑接触非线性的有限元分析，得到了杆件、端板及高强螺栓的应力和变形。试验和有限元分析结果表明：在压弯荷载作用下，端板节点发生杆件屈曲和近节点域处鼓曲变形破坏，且杆件屈曲破坏先于节点域鼓曲破坏；节点域高应力区主要集中在三杆相贯焊接形成“谷底”处；高强螺栓在整个加载过程中最大应力约为其屈服应力的10%。轴拉荷载作用下，节点发生端板拉屈破坏；位于缺口两侧的高强螺栓发生拉弯变形，建议适当增设加劲肋和增加端板厚度，以提高端板刚度。通过数值计算得到的端板节点宏观变形、荷载-位移曲线及部分荷载-应变曲线均能与试验结果较好吻合，反映了数值分析模型的有效性与准确性。

关键词：六杆四面体单元； 端板节点； 静力试验； 数值分析； 受力性能

专家点评

六杆四面体单元是一种适宜装配化施工要求的新型空间网格结构体系，而节点的形式与受力性能是关键。论文针对既有研究工作和既有节点的受力和制作缺点，提出了一种新的节点形式——端板式节点，设计制作了2个足尺节点模型，分别考察其在压弯和轴拉荷载作用下的受力性能，进行了详细的试验和数值分析研究，取得了重要的结论和认识，对工程设计应用具有重要的价值。

8高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

王卫永^1,2，张琳博¹， 李国强³

1. 重庆大学 土木工程学院

2. 重庆大学 山地城镇建设与新技术教育部重点试验室

3. 同济大学 土木工程防灾国家重点实验室

摘要：为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能，使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系，基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型，考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响，模拟得到了钢柱的受火响应，其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明，无防护的Q690钢柱在受火20min左右发生破坏，破坏模式为整体失稳破坏；荷载比对临界温度影响较大，长细比和升温速率影响较小；Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN 1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。

关键词：高强Q690钢柱；蠕变； 受火试验； 有限元分析； 耐火性能

专家点评

论文完成了两根Q690高强度钢材的钢柱轴压试验，得到了钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系，采用有限元数值分析，得到了不同参数对钢柱临界温度的影响，进而拟合得到Q690高强度钢柱临界温度计算公式。研究成果具有理论意义和工程参考价值。

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