新刊精选 | 《建筑结构学报》2023年第2期

2023年第2期导览

滑动查看

01

深圳岗厦北地下综合交通枢纽站桥合建大跨度组合结构复杂节点受力性能研究

张素梅¹，李爱东²，王玉银³，郭兰慧³，罗贤志¹，杨欣然²，张晨明²，张磊²，孙大伟³，杜韬³，邓如江³

1. 哈尔滨工业大学(深圳) 土木与环境工程学院

2. 中国铁路设计集团有限公司

3. 哈尔滨工业大学 土木工程学院

摘要：深圳岗厦北综合交通枢纽核心换乘区设有51.2 m×48.0 m的无柱超大跨度中庭，其跨度在世界范围内的明挖施工地下车站结构中居于前列。枢纽大跨度地下结构与上部跨度72 m的市政立交桥合建，站桥合建(转换)节点涉及钢管混凝土柱、型钢混凝土梁、型钢混凝土柱、钢箱梁和钢筋混凝土梁共5种不同的构件形式并承受复杂超大荷载作用。为检验上述复杂节点的可靠性，对站桥合建结构进行简化，逐步由原型结构简化为9柱、5柱、3柱和3柱并考虑空间作用的结构，设计并制作了缩尺比1∶5的站桥转换节点模型，对其进行静力试验研究，分别在框架平面内、外进行6点加载和1点加载以考虑空间作用，获得节点在复杂荷载作用下的工作过程及力学响应。采用ABAQUS有限元软件对节点力学响应进行数值进行节点的全场变形和应力分布。试验和数值分析结果表明：设计荷载作用下，型钢混凝土转换梁跨中和两侧悬臂端混凝土有裂缝开展，内置型钢和钢筋应力均远小于钢材屈服应力(即屈服强度)，最大竖向挠度为1/930，承载力和变形均满足结构设计要求，节点设计安全可行；当外荷载增加至1.5倍设计值时，转换梁裂缝继续发展、开裂范围扩大，内部型钢和钢筋应力相应增大，但仍小于钢材屈服强度和混凝土抗压强度，结构继续处于弹性工作状态；扭矩会显著增大转换梁应力和变形，加剧下部型钢混凝土柱偏心受压程度。

关键词：地下大跨度结构；组合结构；站桥合建；转换梁；静力试验；受力性能

作者简介

张素梅，出生于1963年，女，工学博士，教授，主要从事组合结构和钢结构研究。email：[e-mail]

通信作者

罗贤志，出生于1996年，男，博士研究生，主要从事组合结构研究。email：[e-mail]

专家点评

该文针对深圳岗厦北综合交通枢纽地下车站结构的复杂受力站桥转换节点的力学性能开展试验研究及数值模拟，通过施加面外荷载模拟结构的空间作用，得到型钢混凝土转换梁开裂、型钢和钢筋应力和变形的情况，验证了结构设计的可行性，研究目标明确，研究思路清晰，试验设计正确，结果可靠，分析较为详尽，具有较好的工程参考价值。

02

竖向荷载作用下插接式Y形钢管混凝土转换节点的承载力试验研究

赵小芹¹，左志亮²，陈庆军²，蔡健²，刘达鑫^2,3

1. 广州城市理工学院 土木工程学院

2. 华南理工大学 土木与交通学院

3. 广州市设计院集团有限公司

摘要：为实现不同截面形式的斜柱与支柱的可靠连接，提出一种Y形钢管混凝土转换节点，其双斜柱和支柱采用插接式连接。以斜柱钢管壁厚、支柱直径、斜柱插入深度以及斜交区是否设置加劲肋为参数，设计8个双肢方形截面斜柱和圆形截面支柱转换节点，通过竖向荷载下的静力试验，研究其破坏模式、承载力、变形特点和受力机理。研究结果表明：在竖向荷载作用下，插接式节点的核心区能有效传力，其顶面承受局部压力作用，局部压力扩散范围延伸至支柱；斜交区混凝土受约束作用大，对该区域的变形和承载能力有利；斜柱插入深度是影响节点受力性能的关键参数，随着插入深度的增加，节点承载力最大提高18%，钢管首先达到屈服应变和发生局部屈曲的部位改变；斜交区设加劲肋能够提高斜交区的刚度和承载力，使薄弱位置转移。基于试验获得的节点各区域受力特征，提出适用于双肢方形截面斜柱与圆形截面支柱插接式Y形转换节点在对称竖向荷载作用下的承载力计算公式。承载力计算结果与试验结果之比的平均值为0.879，标准差为0.049，计算结果偏安全，离散性较小。

关键词：钢管混凝土柱；Y形节点；竖向荷载；静力试验；破坏模式；承载力计算

作者简介

赵小芹，出生于1985年，女，工学硕士，讲师，主要从事组合结构方面的研究。email：[e-mail]

通信作者

左志亮，出生于1982年，男，工学博士，副教授，主要从事组合结构方面的研究。email：[e-mail]

03

考虑环向脱空影响的椭圆钢管混凝土短柱轴压性能研究

王静峰^1,2，刘伟¹，沈奇罕^1,3，李景哲¹

1. 合肥工业大学 土木与水利工程学院

2. 合肥工业大学 先进钢结构技术与产业化协同创新中心

3. 合肥工业大学 土木工程结构与材料安徽省级重点实验室

摘要：椭圆钢管混凝土由于具其力学性能优越，近年来被广泛应用于实际工程中，然而目前相关研究及设计均未考虑其脱空缺陷问题。为此，设计并制作10个带环向脱空椭圆钢管混凝土短柱，并通过轴压试验研究钢材强度和脱空率对其破坏形态、轴压强度、初始刚度及延性的影响规律，获得带环向脱空椭圆钢管混凝土轴压短柱的典型荷载-位移曲线和脱空影响特征。试验研究结果表明：环向脱空使钢管缺乏混凝土支撑作用而产生局部内凹及鼓曲，而约束作用的削弱造成混凝土出现脆性压溃和斜剪面破坏，进而导致试件的承载力、刚度和延性显著降低。环向脱空缺陷(脱空率在2.1%~6.5%)导致椭圆钢管混凝土短柱轴压承载力下降20.6%~34.5%，初始刚度下降10.8%~17.8%，位移延性系数下降8.0%~30.4%。利用ABAQUS有限元分析软件建立带环向脱空椭圆钢管混凝土轴压短柱有限元模型，并基于试验结果对模型进行验证；在试验结果基础上，利用有限元模型研究了材料与几何等参数对其轴压性能的影响，明确环向脱空缺陷对椭圆钢管-混凝土界面接触应力的影响。分析结果表明，随着脱空率的增大，椭圆钢管混凝土轴压承载力和初始刚度明显减小，但当脱空率大于0.5%时，降幅不再显著。提出了带环向脱空椭圆钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式，并与试验和有限元参数分析结果进行对比分析，验证了该式计算结果具有较高的准确性，可为带环向脱空椭圆钢管混凝土构件的理论研究和设计提供参考。

关键词：椭圆钢管混凝土；短柱；环向脱空；轴压试验；有限元分析；轴压性能

作者简介

王静峰，出生于1976年，男，工学博士，教授，主要从事钢结构与组合结构研究。email：[e-mail]

通信作者

沈奇罕，出生于1991年，男，工学博士，讲师，从事钢结构与组合结构研究。email：[e-mail]

04

高层结构地震弹塑性全过程分析的数值子结构并行计算方法

孙宝印¹，孙天舒²，申伟³，古泉⁴，欧进萍^2,5

1. 河海大学 土木与交通学院

2. 大连理工大学 土木工程学院

3. 广西大学 土木建筑工程学院

4. 厦门大学 建筑与土木工程学院

5. 哈尔滨工业大学(深圳) 土木工程学院

摘要：为充分利用建筑结构在地震作用下的局部非线性特征，采用数值子结构方法将原本复杂的非线性结构分析转化为主结构等效线弹性分析和屈服构件隔离子结构非线性分析，可有效兼顾计算效率和模拟精度。然而，该方法中主结构串行计算，其应用于超大规模结构的非线性分析中仍有一定局限性。为此，将数值子结构方法与传统的区域分解法相结合，提出了数值子结构并行计算方法。将整体结构划分为若干弹性子域，各子域同时进行等效线弹性分析，子域内屈服构件由隔离子结构进行非线性分析。在子域回代求解时，设计了降阶的牛顿迭代算法，以子域内屈服构件单元的位移场作为基本未知量，可进一步降低子域迭代分析的矩阵运算规模。以一15层3跨平面钢框架结构的地震弹塑性全过程分析为例进行数值模拟，结果表明，所提出的方法准确、可靠，当应用于具有局部材料非线性的大规模结构分析时，该方法可以大幅降低矩阵运算规模，显著提高计算效率，将大问题简化为若干小的子问题，可实现更大、更复杂结构的非线性分析。

关键词：超大规模结构；数值子结构方法；局部非线性；隔离子结构；地震分析

作者简介

孙宝印，出生于1989年，男，工学博士，讲师，主要从事建筑结构非线性分析。email：[e-mail]

通信作者

欧进萍，出生于1959年，男，工学博士，教授，中国工程院院士，主要从事结构监测、控制与防灾减灾领域的研究。email：[e-mail]

专家点评

振动台试验成本高昂并且需要将结构缩尺，往往不能定量分析结构抗震性能，高效的数值分析方法是解决大型工程结构抗震性能分析的有效途径。因此，目前针对高层建筑结构抗震性能的研究主要通过模型振动台试验或数值分析方法展开。本文中针对复杂高层结构数值模拟难度大、耗时长等问题，将数值子结构方法与传统的区域分解法相结合，提出数值子结构并行计算方法，通过算例对改进方法的准确性和高效性进行了严密论证。论文理论深厚，逻辑推理严密，分析过程明确，计算结果可靠性较高，对超高层结构的模拟具有重要意义。

05

钢管柱-混凝土框架非下插转换节点抗震性能试验研究

高劲洋¹，聂鑫¹，丁然¹，樊健生¹，范重²

1. 清华大学 土木工程系

2. 中国建筑设计研究院

摘要：钢-混凝土竖向混合结构由上部钢结构和下部钢筋混凝土结构组成，通过转换节点实现上下结构的连接和转换。传统节点钢管下插长度大，现场焊接量大，节点域施工困难且不利于施工质量控制。为解决上述问题，在已有研究基础上对钢管柱-混凝土框架转换节点构造进行改进优化，提出钢管柱-混凝土框架非下插转换节点。该节点钢管柱仅下插至节点域，梁底纵筋贯通，混凝土柱纵筋采用间接搭接方式与钢柱连接。制作4个缩尺比1∶2.5的钢管柱-混凝土框架非下插转换节点并进行往复加载试验，对其抗震性能进行研究。试验结果表明：钢管柱-混凝土框架非下插转换节点滞回曲线饱满，耗能能力及延性良好，具有很好的抗震性能；在轴压比为0.05~0.40范围内，增大轴压比可显著提升节点抗震性能，而节点域上部混凝土对抗震性能影响很小；对比分析了钢管柱-混凝土框架非下插转换节点与普通钢管柱-混凝土框架转换节点的承载力、刚度、耗能能力等性能，证明钢管柱-混凝土框架转换节点构造并未削弱其抗震性能，且间接搭接的连接方式传力可靠有效。

关键词：混合结构；转换节点；间接搭接；低周反复加载试验；抗震性能

作者简介

高劲洋，出生于1995年，男，博士研究生，主要从事组合结构研究。email：[e-mail]

通信作者

聂鑫，出生于1985年，男，工学博士，副教授，主要从事组合结构研究。email：[e-mail]

06

火灾下门式钢刚架倒塌预警可靠度研究

吉蔚¹，李国强^1,2，楼国彪^1,2

1. 同济大学 土木工程学院

2. 同济大学 土木工程防灾国家实验室

摘要：为了解决实际火灾救援中火灾场景、荷载水平等不确定因素对倒塌预警准确性的影响，基于可靠度理论提出了预测受火建筑倒塌剩余时间的方法。采用经试验验证的三维有限元模型对火灾下门式钢刚架结构倒塌进行仿真模拟，基于火灾下门式钢刚架结构四种倒塌模式和三级倒塌预警指标，研究升温工况、柱脚刚性、荷载比等因素对倒塌剩余时间预测的不定性影响，通过蒙特卡罗抽样，研究考虑各种影响的火灾下门式钢刚架倒塌预警指标概率统计参数。结果表明：倒塌剩余时间比仅与可靠度和倒塌模式有关，不受火灾现场的各种不确定性因素影响，可以在火灾发生前通过理论分析提前计算得到；火灾中采用可靠度60%~80%对应的倒塌剩余时间比可以快速合理地预测受火刚架的剩余倒塌时间。

关键词：门式钢刚架；火灾；倒塌模式；预警方法；蒙特卡罗；可靠度

作者简介

吉蔚，出生于1997年，男，博士研究生，主要从事钢结构抗火研究。email：[e-mail]

通信作者

李国强，出生于1963年，男，工学博士，教授，主要从事多高层钢结构、钢结构抗火、抗震、抗爆研究。email：[e-mail]

专家点评

火灾下门式钢钢架的火灾倒塌预警对消防救援具有重要指导意义。文中将火灾下门式钢刚架四种倒塌模式下的倒塌预警统一为三级预警，并对预警指标的定量表述进行修正；利用有限元软件ABAQUS分析不同倒塌模式下，不同影响因素对预警指标出现时间的不定性影响，结合蒙特卡罗抽样计算了各种影响的火灾下门式钢刚架倒塌预警指标概率统计参数和具有一定概率保证率的定量值；利用现有的门式钢刚架火灾试验结果验证提出方法的可行性。研究成果虽然对灭火实践的指导还有差距，但对未来门式钢刚架的倒塌预警研究和实践有较重要参考价值。

07

不同冷却条件下钛-钢复合钢材高温后力学性能和本构模型

石宇^1,2，罗泽巧^1,2，周绪红^1,2，薛暄译^1,2，李军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实验室

3. 攀钢集团研究院有限公司

摘要：钛-钢复合钢是一种拥有良好力学性能和耐腐蚀性能的双金属材料。为了准确评估火灾后钛-钢复合钢的剩余服役能力，对高温后不同冷却条件下钛-钢复合钢的力学性能进行了试验研究。试验结果表明：经过高温和冷却处理后，钛-钢复合钢的复合界面保持有效连接；在拉伸试验过程中，颈缩之前复层TA1与基层Q235保持协同变形；过火温度和冷却方式对钛-钢复合钢断裂模式有较大影响，根据基层和复层断裂顺序分为基层和复层基本同时断裂、复层先于基层断裂、基层先于复层断裂等3种破坏模式。与已有其他钢材试验结果的对比分析表明：与不锈钢S30408、S31608不同，钛-钢复合钢的弹性模量基本不受过火温度和冷却方式影响；高温后自然冷却条件下，钛-钢复合钢屈服应力显著高于常温的，而极限应力基本不受过火温度影响；水冷条件下，过火温度不超过600℃时，过火温度对钛-钢复合钢力学性能基本没有影响，而过火温度超过600℃后，随着过火温度升高钛-钢复合钢屈服应力和极限应力显著提高，这与其他钢材略有区别。基于试验结果拟合了钛-钢复合钢的三段式非线性本构模型，采用模型的预测结果与试验结果吻合较好。

关键词：钛-钢复合钢材；高温后；冷却方式；力学性能；本构模型

作者简介

石宇,出生于1978年,女,工学博士,教授,主要从事轻钢结构研究。email:[e-mail]

通信作者

薛暄译,出生于1994年,男,助理研究员,主要从事钢结构研究。email:[e-mail]

08

Q345冷成型钢高温蠕变性能试验研究

陈伟^1,2，张梦¹，叶继红^1,2，姜健^1,2，刘琨¹，秦雅菲³

1. 中国矿业大学 江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室

2. 中国矿业大学 徐州市工程结构火安全重点实验室

3. 宝山钢铁股份有限公司

摘要：高温蠕变会加速热轧型钢构件受火失效，而对冷成型钢构件的高温蠕变性能研究有待深入。为此，对厚1.0 mm的Q345冷成型钢进行了8个试验温度(200~700℃)下的高温蠕变试验，每个试验温度设置2~8个应力水平(应力比0.10~1.1)，总计41个试验工况，最长持时240 min。得到了不同温度和不同应力比下的蠕变曲线，并与已有的Q345热轧型钢高温蠕变曲线进行对比。结果表明：相同温度及应力比下，冷成型钢蠕变发展要快于热轧型钢，在实际工程中，应区别对待热轧型钢与冷成型钢的蠕变特性。基于高温下试件进入加速蠕变阶段的最小应力水平，给出了Q345冷成型钢在温度为400~700℃下的蠕变断裂临界应力比，其中，温度为400~500℃和700℃时，蠕变断裂临界应力比高于屈服强度折减系数；而温度为550~600℃时，蠕变断裂临界应力比低于屈服强度折减系数，Q345冷成型钢可能会在达到高温屈服强度之前发生蠕变破坏，不利于结构安全。根据复合时间强化模型和稳态蠕变速率与应力比的定量关系，分别给出Q345冷成型钢高温蠕变曲线预测模型和稳态蠕变速率预测模型，预测值与试验值均较为接近，适用于预测Q345冷成型钢在温度为200~700℃下的蠕变和稳态蠕变速率。

关键词：Q345冷成型钢；稳态蠕变速率；临界应力比；高温蠕变试验；高温蠕变预测模型；稳态蠕变速率预测模型

作者简介

陈伟，出生于1985年，男，工学博士，副教授，主要从事钢结构抗火、绿色与工业化建筑研究。email：[e-mail]

专家点评

本文中采用标准稳态试验方法对开展了恒高温200~700℃和应力比为0.11~1.1作用下，Q345冷成型钢的高温蠕变试验研究，给出了不同温度下冷成型钢高温蠕变断裂的临界应力比及Q345冷成型钢高温蠕变曲线的预测模型。研究成果具有创新性和理论意义，可为采用Q345冷成型钢材的实际工程抗火性能研究和分析提供参考。

09

基于计算机视觉的建筑外墙剥落和裂缝两阶段检测方法

夏子祺^1,2，马临原^1,2，单伽锃^1,2，吕西林^1,2

1. 同济大学 结构防灾减灾工程系

2. 同济大学 土木工程防灾国家重点实验室

摘要：地震灾害中，对建筑物外墙立面损伤状况进行快速检测有利于灾情评估与灾后重建。为实现建筑外墙立面剥落和裂缝的自动化非接触式检测，提出了一种结合深度学习与图像处理的外墙损伤定位与量化评估的两阶段检测方法。通过建立并标定北川老县城地震破坏房屋数据集，采用基于损失函数模型FocalLoss的目标检测网络定位破损区域目标框，并克服小尺度区域的正负样本不均衡问题。根据提取的目标破损区域单幅图像，提出图像滤波、阈值分割和形态学操作的组合处理流程，进行贴面砖墙面下剥落和裂缝的像素级别分割与提取。进一步结合像素尺度与物理尺度的映射关系，完成剥落面积、裂缝宽度等关键破损信息的计算与识别。结果表明，该方法对震后建筑物外墙立面的墙面剥落和裂缝可进行较好地定位和提取，对墙面损伤可实现像素级分割并准确地识别损伤关键物理参数，能实现对建筑物震后损伤的准确和快速检测。

关键词：建筑外墙；裂缝检测；剥落检测；损伤评估；计算机视觉；数字图像处理

作者简介

夏子祺，出生于1995年，女，工学硕士，主要从事防灾减灾工程及防护工程研究。email：[e-mail]

通信作者

单伽锃，出生于1986年，男，工学博士，研究员，主要从事结构健康监测与智能防灾研究。email：[e-mail]

10

钢筋混凝土框架中间层梁柱端节点弯折钢筋锚固性能试验研究

周凯鹏^1,2，易伟建^1,2，周云^1,2

1. 湖南大学 土木工程学院

2. 湖南大学 湖南省工程结构损伤诊断重点实验室

摘要：在GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中钢筋基本锚固长度计算以钢筋屈服强度为基本变量，但抗震等级为三级及以上的结构所使用钢筋应满足强屈比不小于1.25的要求，钢筋基本锚固长度应保证钢筋进入强化阶段后仍能可靠锚固。为验证规范中弯折钢筋锚固相关规定的安全性并研究弯折钢筋锚固机理，在满足规范最低构造要求的条件下，采用钢筋表面开槽贴应变片的方法测量钢筋的应变分布，以钢筋强度等级、混凝土强度、保护层厚度、箍筋配置、轴压比、节点形式等为变量，对16个中间层梁柱端节点进行弯折钢筋屈服后锚固试验研究。研究表明：大部分角柱节点发生侧保护层剥落破坏；屈服后锚固承载力随着轴压比、混凝土强度、钢筋屈服强度和侧向约束程度增大而增大；最不利条件下，满足规范要求的弯折钢筋锚固长度不能满足强屈比达到1.25的要求。为满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中对钢筋锚固性能的需求，建议增设弯折钢筋锚固长度修正系数k，对于弯折钢筋锚固在边柱节点或轴压比不小于0.3的角柱节点，k=1.0；其余情况，k=1.1。

关键词：钢筋混凝土框架；梁柱端节点；弯折钢筋；设计规范；屈服后锚固试验；锚固长度；强屈比；屈服渗透

作者简介

周凯鹏，出生于1995年，男，博士研究生，主要从事混凝土结构设计及基本理论研究。email：[e-mail]

通信作者

易伟建，出生于1954年，男，工学博士，教授，主要从事混凝土结构设计及基本理论研究。email：[e-mail]

专家点评

钢筋在混凝土中的锚固和连接是保证钢筋混凝土结构正常工作和安全的前提。目前，国内外学者已对直钢筋在混凝土中的锚固和黏结-滑移特性进行了大量试验和理论研究，对弯折钢筋在混凝土中的锚固研究相对较少。为此，本文中完成了16个中间层梁柱端节点弯折钢筋屈服后锚固性能试验,并就《混凝土结构设计规范》中在地震作用下弯折钢筋的锚固长度进行了讨论，具有一定学术价值和工程应用参考意义。

会讯小喇叭

第七届论坛征文工作中，对来稿评审流程进行优化，截止日期前稿件审理工作分批次进行，不再等待截止日期后统一送审！

早投结果早知道！收稿后快速进入审稿环节，审理结果及时反馈

征文截止日期2023年2月15日，投他投他！

 了解更多征文信息，点击上方图片跳转第1号通知

微信编辑：刘安然

微信号：jzjgxb

《建筑结构学报》是中国科学技术学会主管、中国建筑学会主办的学术性期刊，创刊于1980年，至今已出版至第44卷。本刊被美国工程索引（EI）Compendex、Scopus数据库、《中文核心期刊要目总览》、《中国科学引文数据库》、《中国科技期刊引证报告》等国内外数据库收录。

建筑结构学报

搜索订阅号：建筑结构学报

官网：www.jzjgxb.com

电话：[phone]

点击下方话题，获取“新刊精选”专栏往期精彩内容