新刊精选 |《建筑结构学报》2019年第9期

 2019年第9期导览 

1钢框架-轻木剪力墙混合结构抗震性能振动台试验研究

何敏娟¹，罗琪¹，董翰林¹，李征¹，李明浩²

1. 同济大学 土木工程学院

2. 坎特伯雷大学

摘要：为研究钢框架-轻木剪力墙混合结构的抗震性能，设计了缩尺比为2/3的钢木混合结构模型，并对其进行了振动台试验。试验中选取汶川、Canterbury、El Centro和Kobe共4条地震波，并考虑多遇、设防和罕遇3个地震水准，相应的地震加速度峰值分别为0.14g、0.40g和0.80g。通过振动台试验获得了钢木混合结构的地震响应和破坏模式。结果表明：钢木混合结构在多遇地震作用下最大层间位移角为0.15%，罕遇地震作用下最大层间位移角为0.85%，均能满足规范对结构变形的要求；在试验过程中，结构的钢框架部分和钢木连接没有出现损伤，其主要破坏模式表现为轻木剪力墙面板钉节点的破坏，破坏部位主要位于墙体覆面板的边缘；多遇地震作用下，轻木剪力墙承担了结构地震剪力的55.1%以上，有效地提高了结构抗侧承载力；随着输入地震加速度峰值的增大，剪力墙刚度逐渐退化，其分担的地震剪力有所降低，但即使在罕遇地震作用下，轻木剪力墙分担剪力的比例仍能达到39.9%以上。

关键词：钢木混合；轻木剪力墙； 多层建筑； 振动台试验； 抗震性能； 钉节点破坏； 刚度退化； 剪力分配

专家点评

该研究将钢框架和轻型木结构剪力墙相结合，形成新型的混合结构，具有健康可持续、建筑工业化程度高、结构性能优等特点，创新性较强。文章主要通过四层缩尺模型的振动台试验，深入研究了结构响应、破坏模式、抗震性能和协同工作机理等，为木材在多高层结构中的应用提供了新的体系类型，具有重要的科学意义和实践价值。

2考虑局压效应的榫卯节点力学性能研究

陆伟东^1,2，许奉妍¹，刘开封¹，张坤¹，刘杏杏¹，刘伟庆^1,2

1. 南京工业大学 土木工程学院

2. 南京工业大学 现代木结构研究所

摘要：木结构榫卯节点在受力过程中处于局部受压状态，通过木材横纹、顺纹方向的中部局压、端部局压、全截面受压性能的试验研究，得到了相应的材性参数；设计了钢榫头-木卯口、木榫头-钢卯口、木榫头-木卯口三组不同形式的分离式直榫节点试件，通过单调加载试验，对局部受压区域的应变分布特征进行了研究；基于试验研究得出的榫卯节点受力机理，建立了考虑局压效应的直榫节点力学模型。研究结果表明：木材横纹局压的抗压强度和弹性模量均高于全截面受压，顺纹局压与全截面受压的材性参数基本一致；榫卯节点受力区域的榫头应变远大于卯口应变，榫卯节点的受力挤压变形主要集中在榫头，而卯口变形可忽略；考虑局压效应的榫卯节点力学模型计算结果比未考虑局压效应所得的结果更符合试验结果。

关键词：榫卯节点；局压效应； 静力试验； 理论分析； 力学性能； 力学模型

3低周反复荷载下传统风格建筑钢筋混凝土-钢管混凝土组合框架抗震性能研究 

薛建阳¹，翟磊¹，李海博¹，赵轩¹，吴琨²

1. 西安建筑科技大学 土木工程学院

2. 中国建筑西北设计研究院有限公司

摘要：对一缩尺比为1/2的传统风格建筑钢筋混凝土(RC)-钢管混凝土(CFST)组合框架模型进行了低周反复加载试验，研究了模型结构的破坏过程、破坏特征，得到了结构的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、应变特征、延性、耗能性能、刚度退化与承载力退化。试验分析表明：乳栿为模型结构的第一道抗震防线；模型结构的滞回曲线呈现出“捏缩”效应，表现出剪切滑移特征；试件破坏时，其等效黏滞阻尼系数为0.146，小于常规现代混凝土框架结构；模型框架的位移延性系数大于3.0，极限位移角为1/27，表现出良好的变形能力及抗倒塌能力。由应变分析可知，金柱纵筋先于檐柱纵筋屈服；混凝土柱纵筋先于方钢管屈服。基于试验结果，采用ABAQUS软件对模型进行了有限元分析，计算结果与试验实测结果吻合较好。在此基础上对模型进行参数分析，结果表明：随组合柱轴压比和CFST柱与RC柱线刚度比的提高，模型框架的水平承载力增大，但延性变差；随混凝土柱纵筋配筋率的增大，模型框架的水平承载力和延性均明显提高。

关键词：传统风格建筑； RC-CFST组合框架；低周反复加载试验；有限元参数分析；抗震性能

专家点评

文章对某三开间带檐柱歇山式传统风格建筑RC-CFST组合框架缩尺模型进行了低周反复加载试验，得到了模型在往复荷载作用下的破坏过程和破坏特征，并得到了模型框架的滞回曲线、骨架曲线、承载力及位移延性、耗能能力、刚度退化、承载力退化等，然后利用有限元模型对轴压比、RC柱纵筋配筋率、CFST柱与RC柱线刚度比进行了参数分析。最后给出了RC-CFST组合框架抗震能力评估与设计建议。研究成果对古建筑的重建具有一定的参考价值。

4矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱轴压性能试验研究

计静^1,2, 徐智超^1,3, 姜良芹¹, 刘迎春¹, 于殿友¹, 杨毛毛¹

1. 东北石油大学 黑龙江省高校防灾减灾工程与防护工程重点实验室

2. 香港理工大学 土木与环境工程系

3. 东北林业大学 工程技术学院

摘要：为研究矩形钢管混凝土翼缘-蜂窝钢腹板H形截面组合短柱(STHCC)的轴压性能，进行了16根STHCC短柱的轴压静力试验。主要研究参数包括约束效应系数、混凝土立方体抗压强度、翼缘钢管腹板厚度和柱长细比。通过轴压试验得到STHCC短柱试件的试验现象和破坏形态、荷载-位移曲线、钢管翼缘和蜂窝钢腹板的荷载-应变曲线，分析了四参数对STHCC短柱轴压承载力的影响规律及受力机理。结果表明：钢管的外表面会产生吕德尔滑移线，所有试件钢管混凝土翼缘均呈剪切型破坏；试件荷载-位移曲线大致可分为弹性、弹塑性、荷载下降和残余变形等四段。随着约束效应系数和蜂窝钢腹板厚度的增加，试件的轴压承载力逐渐提高；随着长细比的增大，试件的轴压承载力却逐渐下降。最后，通过引入组合效应修正系数和综合影响变量，建立了与试验结果吻合较好的STHCC短柱轴压承载力计算式，并给出了该类轴压短柱的设计建议。

关键词：组合截面短柱；钢管混凝土； 蜂窝钢腹板； 轴压试验； 承载力

专家点评

该论文详细介绍了矩形钢管混凝土翼缘的H型蜂窝组合轴压短柱的静力性能试验研究成果及组合柱轴压承载力的计算方法，具有一定的创新性和较好的工程实用价值。通过15根STHCC轴压短柱静力性能的试验研究，考察不同参数对该类组合短柱的影响规律，基于试验统计回归出该类组合短柱轴压性能的影响规律，给出了该类组合短柱的轴压承载力计算公式，计算结果安全可行。

5矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区受力性能试验研究

刘永健¹，王康宁¹，刘彬^1,2，姜磊^1,3，马印平¹，王文帅¹

1. 长安大学 公路学院

2. 中国市政工程西北设计研究院有限公司

3. 女王大学 土木工程系

摘要：矩形钢管混凝土组合桁梁由混凝土板和矩形钢管混凝土桁架组成，在竖向荷载作用下，其正弯矩区可充分发挥混凝土板和桁架的组合作用，但负弯矩区的力学性能较为薄弱且受拉混凝土板容易开裂。针对这一问题，提出了在负弯矩区混凝土板施加预应力以及布置局部释放剪切作用的剪力钉相结合的组合桁梁结构形式。采用跨中施加反向集中荷载模拟连续梁支点反力的方法，对2榀承受负弯矩的矩形钢管混凝土组合桁梁进行了静力加载试验，对其荷载-位移关系、裂缝发展规律、混凝土板应变分布、桁梁荷载-应变关系、钢与混凝土界面滑移及承载力进行了分析。还根据组合桁梁的简化力学模型对不同加载阶段的结构特征荷载进行了讨论。结果表明：采用局部释放剪切作用的剪力钉和混凝土板施加预应力的组合桁梁结构形式可有效提高其抗裂性能，但对受弯承载力影响较小；在加载过程中混凝土板的开裂和杆件的屈服导致结构塑性变形增大，最终节点处焊缝撕裂，组合桁梁丧失承载力；由简化力学模型计算得到的结构特征内力与实测值吻合较好，可为矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区的设计和计算提供参考。

关键词：组合桁梁；矩形钢管混凝土；负弯矩区； 静力试验； 受力性能

6装配整体式地铁车站纵断面方向梁板柱中节点抗震性能研究

杜修力¹，刘洪涛¹，许成顺¹，金浏¹，罗富荣²，李松梅³

1. 北京工业大学 城市与工程安全减灾教育部重点实验室

2. 北京市轨道交通建设管理有限公司

3. 北京市轨道交通设计研究院有限公司

摘要：结合北京某装配整体式地铁车站纵向梁板柱中节点的构造形式，设计制作了1个足尺预制拼装梁板柱中节点和1个作为对比的现浇整体梁板柱中节点试件。采用低周循环加载试验研究了两者的破坏形态、滞回特性、承载力、变形能力以及节点核心区的受力模式等。结果表明：预制拼装梁板柱中节点试件和现浇整体梁板柱中节点试件的变形能力基本相当；预制拼装梁板柱中节点试件的加载刚度明显高于现浇整体梁板柱中节点试件的，且位移延性系数约为现浇整体梁板柱中节点试件的1.65倍；预制拼装节点的拼装缝提高了其变形能力，但两者的破坏形态明显不同；现浇整体梁板柱中节点试件的裂缝密集均匀，主要分布在梁端、板端及节点核心区，而预制拼装梁板柱中节点试件的裂缝分布较为集中，主要分布在预制构件搭接拼装位置，尤其是叠合板结合面出现了劈裂破坏；梁端牛腿增加了节点核心区抗剪面积，提高了构件整体承载力；节点核心区受剪面积的增加以及梁端拼接缝的存在对“强节点弱构件”的抗震概念设计原则较为有利。

关键词：装配整体式地铁车站；梁板柱中节点； 低周循环加载试验； 抗震性能

专家点评

本文基于装配整体式地铁车站的抗震性能出发，研究了装配整体式地铁车站梁板柱中节点的抗震性能。文中采用足尺试件进行的研究，尤其是对于地下结构而言，其构件尺寸较大，因此试验数据非常难得，论文研究成果对装配式地铁车站的结构关键节点设计具有重要的实用价值。

7无黏结预应力型钢混凝土框架梁静力性能试验研究及有限元模拟

姚刚峰¹，熊学玉^1,2

1. 同济大学 建筑工程系

2. 同济大学 先进土木工程材料教育部重点实验室

摘要：为研究无黏结预应力型钢混凝土(UPSRC)框架梁的静力性能，对4榀UPSRC框架梁试件进行了竖向静载试验，主要的变化参数为框架梁中普通钢筋用量、型钢用量以及框架柱尺寸。对其裂缝发展、破坏模式、荷载-位移曲线、普通钢筋及型钢应变、无黏结筋应力变化等进行了分析。结果表明：UPSRC框架梁整体呈“梁铰”破坏机制，梁端及跨中出现塑性铰，截面转动能力强；达到极限荷载时，跨中及梁端受拉钢筋均屈服，部分受压钢筋屈服，型钢受拉翼缘基本屈服，受压翼缘则处于弹性工作状态；极限荷载后，UPSRC框架梁仍有较高的承载能力；无黏结筋应力增量与跨中挠度呈良好线性关系，且已有规范计算方法低估了UPSRC构件达到极限状态时无黏结筋的应力增量值；与型钢用量及框架柱截面尺寸相比，改变普通钢筋直径对UPSRC框架梁的极限荷载以及裂缝宽度的影响最为显著。利用ABAQUS有限元软件对试验进行了数值模拟。经分析发现，该模型可较好地模拟竖向荷载作用下UPSRC框架梁的力学性能。

关键词：预应力型钢混凝土框架；无黏结预应力； 静载试验； ABAQUS有限元模拟

8古建筑砖-土结构力学性能及裂缝成因分析

朱才辉，刘钦佩， 周远强

西安理工大学 岩土工程研究所

摘要：古建筑中砖-土结构材料的劣化与古建筑裂缝扩展关系密切。以现役西安明代城墙及钟楼等古建筑为研究对象，对其墙体开裂特征及开裂原因开展了现场调研，并采用室内试验、回弹试验、面波测试和环境激励法对比分析了砖墙砌体及夯土材料的等效力学参数及其合理的取值范围。提出了考虑损伤的砌体力学模型，通过室内试验获取了夯土软化期间力学参数与饱和度的关系，采用数值分析方法对比分析了砖-土结构材料在劣化或软化期间古建筑基座的受力和变形特征。研究结果表明：夯土软化会诱发古建筑基座裂缝由上向下扩展，砌体劣化会导致裂缝由下向上扩展，且夯土软化效应对古建筑的稳定性影响更大；为了加强古建筑基座的稳定性，应采取有效的防、排水措施防止水分入渗，控制基座内夯土的饱和度低于75%，对外墙砌体结构开裂位置采取相应的加固措施，控制现役状态下的砌体损伤因子低于0.6。

关键词：古建筑；砖-土结构；有限元分析； 裂缝成因分析; 力学性能

专家点评

本文中以现役西安明代城墙及钟楼等古建筑为研究对象，探明了墙体开裂特征及开裂机理，采用多种适用方法对比分析了砖墙砌体及夯土材料的等效力学参数及其合理的取值范围，提出将损伤系数引入到砌体力学模型中来描述其损伤破坏程度，应用数值分析方法对比分析了砖-土结构材料在劣化或软化期间古建筑基座的受力和变形特征，结果认为：夯土软化会诱发古建筑基座裂缝“由上向下”扩展，砌体劣化会导致裂缝“由下向上”扩展，表现出砖-土结合结构裂纹发展的复杂性，对此类古建筑保护有较大的参考价值。

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