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2023年 第53卷 第5期
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2023, 53(5): 1-6.
doi: 10.13204/j.gyjzG22031905
摘要:
为研究L形方钢管再生混凝土组合异形柱的轴压力学性能,在试验基础上,对L形方钢管再生混凝土组合异形柱进行了数值模拟,通过与试验结果对比,验证了模拟结果的准确性。分析表明,当再生粗骨料取代率超过40%时,异形柱的弹塑性阶段不明显,有直接进入塑性阶段的趋势。考虑钢材强度、钢材厚度、方钢管宽度和连接板宽度等因素,对L形方钢管再生混凝土组合异形柱进行了参数化分析。参数化分析结果表明:随着钢管内再生混凝土粗骨料取代率的提高,异形柱的峰值承载力减小,刚度降低,延性降低;相同粗骨料取代率下,随着钢材强度提高、钢材厚度的提高和方钢管宽度的增加,异形柱的峰值承载力逐渐增大;而连接板宽度对试件的峰值承载力影响不大。
为研究L形方钢管再生混凝土组合异形柱的轴压力学性能,在试验基础上,对L形方钢管再生混凝土组合异形柱进行了数值模拟,通过与试验结果对比,验证了模拟结果的准确性。分析表明,当再生粗骨料取代率超过40%时,异形柱的弹塑性阶段不明显,有直接进入塑性阶段的趋势。考虑钢材强度、钢材厚度、方钢管宽度和连接板宽度等因素,对L形方钢管再生混凝土组合异形柱进行了参数化分析。参数化分析结果表明:随着钢管内再生混凝土粗骨料取代率的提高,异形柱的峰值承载力减小,刚度降低,延性降低;相同粗骨料取代率下,随着钢材强度提高、钢材厚度的提高和方钢管宽度的增加,异形柱的峰值承载力逐渐增大;而连接板宽度对试件的峰值承载力影响不大。
2023, 53(5): 7-16,173.
doi: 10.13204/j.gyjzG22042402
摘要:
为研究内置PBL的宽肢L形钢管混凝土组合柱(W-LCFST柱)抗震性能,基于已有试验结果,对内置PBL的L形钢管混凝土组合柱进行了数值模拟,考虑了钢材延性断裂失效的影响,模型结果可以很好地预测启裂点位置、开裂路径及荷载-位移曲线等。进一步对PBL隔板数量、PBL孔间距、PBL孔径大小、边柱尺寸、轴压比和钢管厚度等参数开展了对比分析,结果表明:PBL隔板数量从2个增加至6个后,提高了对核心混凝土的约束作用,位移延性系数提高了14.5%;PBL孔径大小和孔间距仅对塑性阶段有影响,达到峰值荷载前,孔径51 mm的PBL隔板容易在不利位置破坏而引起W-LCFST柱承载力降低,达到峰值荷载后,孔径17 mm的PBL隔板内的混凝土榫更容易受剪破坏,承载力下降较快;轴压比在0.25~0.55范围内,W-LCFST柱承载力先提高后下降;增加边柱尺寸和钢管厚度可以提高初始刚度和峰值承载力,边柱尺寸由100 mm×100 mm增大至140 mm×100 mm时,初始刚度提高了13.7%,钢管厚度从6 mm提升至8 mm后,正向峰值承载力提升了21.8%。
为研究内置PBL的宽肢L形钢管混凝土组合柱(W-LCFST柱)抗震性能,基于已有试验结果,对内置PBL的L形钢管混凝土组合柱进行了数值模拟,考虑了钢材延性断裂失效的影响,模型结果可以很好地预测启裂点位置、开裂路径及荷载-位移曲线等。进一步对PBL隔板数量、PBL孔间距、PBL孔径大小、边柱尺寸、轴压比和钢管厚度等参数开展了对比分析,结果表明:PBL隔板数量从2个增加至6个后,提高了对核心混凝土的约束作用,位移延性系数提高了14.5%;PBL孔径大小和孔间距仅对塑性阶段有影响,达到峰值荷载前,孔径51 mm的PBL隔板容易在不利位置破坏而引起W-LCFST柱承载力降低,达到峰值荷载后,孔径17 mm的PBL隔板内的混凝土榫更容易受剪破坏,承载力下降较快;轴压比在0.25~0.55范围内,W-LCFST柱承载力先提高后下降;增加边柱尺寸和钢管厚度可以提高初始刚度和峰值承载力,边柱尺寸由100 mm×100 mm增大至140 mm×100 mm时,初始刚度提高了13.7%,钢管厚度从6 mm提升至8 mm后,正向峰值承载力提升了21.8%。
2023, 53(5): 17-27.
doi: 10.13204/j.gyjzG22072605
摘要:
不锈钢管混凝土柱在海港工程、海洋工程等腐蚀环境下具有较好的应用前景。为进一步提升此类结构的性能,提出了一种组合结构,即内置钢骨的不锈钢管超高性能混凝土柱。同时,以径厚比、长径比和含骨率等为参数设计制作了6个短柱和8个中长柱试件,进行了轴心受压试验和有限元模拟分析,研究了试件的破坏形态、破坏机理,以及相关参数对试件力学性能的影响规律。结果表明:试件的承载力及延性随着径厚比和长径比的减小而增大,随着含骨率和内置钢骨强度的增加而增加;试件延性随着核心混凝土强度增大而降低,承载力与之相反。根据试验和有限元的分析结果,提出了内置钢骨的不锈钢管超高性能混凝土柱的承载力预测模型,为此类结构的工程应用提供了参考。
不锈钢管混凝土柱在海港工程、海洋工程等腐蚀环境下具有较好的应用前景。为进一步提升此类结构的性能,提出了一种组合结构,即内置钢骨的不锈钢管超高性能混凝土柱。同时,以径厚比、长径比和含骨率等为参数设计制作了6个短柱和8个中长柱试件,进行了轴心受压试验和有限元模拟分析,研究了试件的破坏形态、破坏机理,以及相关参数对试件力学性能的影响规律。结果表明:试件的承载力及延性随着径厚比和长径比的减小而增大,随着含骨率和内置钢骨强度的增加而增加;试件延性随着核心混凝土强度增大而降低,承载力与之相反。根据试验和有限元的分析结果,提出了内置钢骨的不锈钢管超高性能混凝土柱的承载力预测模型,为此类结构的工程应用提供了参考。
2023, 53(5): 28-34.
doi: 10.13204/j.gyjzG22012008
摘要:
为探明再生粗骨料100%取代率下配筋对圆形钢管再生混凝土(RACFST)短柱受力性能的改善作用,进行了以不同纵筋配筋为参数的配筋RACFST(R-RACFST)的轴压试验。对比分析破坏模式、荷载-位移曲线、刚度、屈强比和组合效应等关键力学特性后发现:钢管与钢筋骨架的双重约束作用能有效改善核心再生混凝土的脆性,明显提升峰值荷载和塑性变形能力,有效减缓刚度退化;就屈强比与组合效应而言,并非配筋率越大越好,在一定配筋率范围内时,可使构件各部分组合效应更好,并能充分发挥钢筋的性能。由此得出结论:配置少量钢筋既可保证构件在再生骨料取代率100%时的各项力学性能,又可达到再生骨料100%利用的目的;推荐R-RACFST合理配筋率范围为0.84%~3.9%;修正的承载力计算式稳定可靠。
为探明再生粗骨料100%取代率下配筋对圆形钢管再生混凝土(RACFST)短柱受力性能的改善作用,进行了以不同纵筋配筋为参数的配筋RACFST(R-RACFST)的轴压试验。对比分析破坏模式、荷载-位移曲线、刚度、屈强比和组合效应等关键力学特性后发现:钢管与钢筋骨架的双重约束作用能有效改善核心再生混凝土的脆性,明显提升峰值荷载和塑性变形能力,有效减缓刚度退化;就屈强比与组合效应而言,并非配筋率越大越好,在一定配筋率范围内时,可使构件各部分组合效应更好,并能充分发挥钢筋的性能。由此得出结论:配置少量钢筋既可保证构件在再生骨料取代率100%时的各项力学性能,又可达到再生骨料100%利用的目的;推荐R-RACFST合理配筋率范围为0.84%~3.9%;修正的承载力计算式稳定可靠。
2023, 53(5): 35-40,117.
doi: 10.13204/j.gyjzG21022307
摘要:
为研究组合十字形钢管混凝土柱承压性能(轴压、偏压)和承载力计算方法,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,结合已有的6个试件的实测数据,并以偏心距、长细比、截面含钢率、混凝土强度等级和钢材屈服强度为变化参数进行了26个试件的拓展分析,探讨了各影响参数对组合十字形钢管混凝土柱承压性能的影响,分别研究了组合十字形钢管混凝土柱轴心受压柱和偏心受压柱的极限承载力计算方法,并提出实用设计算式。研究结果表明:组合十字形钢管混凝土柱极限承载力随着偏心距和长细比的增加而降低,随着含钢率、混凝土强度和钢材屈服强度的提高而提高,其中偏心距和混凝土强度较小时承载力退化较快,承载力随含钢率的增加呈近线性增长,槽钢强度的提高更能提高试件的承载能力。基于约束混凝土理论提出的组合十字形钢管混凝土承压(轴压、偏压)极限承载力计算方法有较好的适用性。
为研究组合十字形钢管混凝土柱承压性能(轴压、偏压)和承载力计算方法,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,结合已有的6个试件的实测数据,并以偏心距、长细比、截面含钢率、混凝土强度等级和钢材屈服强度为变化参数进行了26个试件的拓展分析,探讨了各影响参数对组合十字形钢管混凝土柱承压性能的影响,分别研究了组合十字形钢管混凝土柱轴心受压柱和偏心受压柱的极限承载力计算方法,并提出实用设计算式。研究结果表明:组合十字形钢管混凝土柱极限承载力随着偏心距和长细比的增加而降低,随着含钢率、混凝土强度和钢材屈服强度的提高而提高,其中偏心距和混凝土强度较小时承载力退化较快,承载力随含钢率的增加呈近线性增长,槽钢强度的提高更能提高试件的承载能力。基于约束混凝土理论提出的组合十字形钢管混凝土承压(轴压、偏压)极限承载力计算方法有较好的适用性。
2023, 53(5): 41-47,6.
doi: 10.13204/j.gyjzG21043002
摘要:
为研究钢混非对称摩擦连接件(Steel-Concrete Composite Asymmetric Friction Connection,SCCAFC)的抗震性能,考虑螺栓直径、螺栓预紧力、摩擦垫片材料因素,对7组采用AFCs钢混连接进行往复加载试验研究。试验结果表明:各组试件的滞回曲线饱满,产生双滑移平台很明显,达到预期的非对称摩擦耗能特点;预紧力增大、螺栓直径增大都会对试件的承载力、刚度、耗能有明显的提升;试件在加载前期刚度退化较为明显,后期刚度退化趋于平缓;各组能量耗散系数Ed分布在1.52~2.55之间,构件峰值荷载下的等效黏滞阻尼比he在0.242~0.406之间,其中PSC-6承载力、耗能能力最优,PSC-7最差,PSC-2和PSC-6所得各项数据差距不大,实际工程可以使用成本低的耐磨钢。
为研究钢混非对称摩擦连接件(Steel-Concrete Composite Asymmetric Friction Connection,SCCAFC)的抗震性能,考虑螺栓直径、螺栓预紧力、摩擦垫片材料因素,对7组采用AFCs钢混连接进行往复加载试验研究。试验结果表明:各组试件的滞回曲线饱满,产生双滑移平台很明显,达到预期的非对称摩擦耗能特点;预紧力增大、螺栓直径增大都会对试件的承载力、刚度、耗能有明显的提升;试件在加载前期刚度退化较为明显,后期刚度退化趋于平缓;各组能量耗散系数Ed分布在1.52~2.55之间,构件峰值荷载下的等效黏滞阻尼比he在0.242~0.406之间,其中PSC-6承载力、耗能能力最优,PSC-7最差,PSC-2和PSC-6所得各项数据差距不大,实际工程可以使用成本低的耐磨钢。
2023, 53(5): 48-56,143.
doi: 10.13204/j.gyjzG22082506
摘要:
为改善组合梁负弯矩区的开裂问题,提出UHPC-窄幅钢箱组合梁新结构,采用超高性能混凝土材料(UHPC)部分替换翼板中的普通混凝土(NC),对其受力性能进行研究,设计了2根不同配筋率的UHPC-窄幅钢箱组合梁以及1根NC-窄幅钢箱组合梁试件,采用反向加载的方式进行全过程静力加载试验。研究表明,随着试验梁配筋率的提高,其开裂荷载、屈服荷载以及组合梁的刚度均有明显的提升;普通混凝土组合梁翼板中NC界面之间的相对滑移相比于UHPC组合梁翼板中NC-UHPC层之间的界面滑移更加明显;翼板中采用UHPC材料可以显著地提高梁的开裂荷载,有效地改善组合梁负弯矩区的开裂问题。提出了弹性阶段弯矩以及极限承载力计算方法,与试验值吻合较好;运用ABAQUS软件对3根试验梁进行非线性模拟分析,得到模拟值与试验值基本吻合。
为改善组合梁负弯矩区的开裂问题,提出UHPC-窄幅钢箱组合梁新结构,采用超高性能混凝土材料(UHPC)部分替换翼板中的普通混凝土(NC),对其受力性能进行研究,设计了2根不同配筋率的UHPC-窄幅钢箱组合梁以及1根NC-窄幅钢箱组合梁试件,采用反向加载的方式进行全过程静力加载试验。研究表明,随着试验梁配筋率的提高,其开裂荷载、屈服荷载以及组合梁的刚度均有明显的提升;普通混凝土组合梁翼板中NC界面之间的相对滑移相比于UHPC组合梁翼板中NC-UHPC层之间的界面滑移更加明显;翼板中采用UHPC材料可以显著地提高梁的开裂荷载,有效地改善组合梁负弯矩区的开裂问题。提出了弹性阶段弯矩以及极限承载力计算方法,与试验值吻合较好;运用ABAQUS软件对3根试验梁进行非线性模拟分析,得到模拟值与试验值基本吻合。
2023, 53(5): 57-64,157.
doi: 10.13204/j.gyjzG22112904
摘要:
以提高居住建筑辐射热利用效果与质量为目标导向,应用正交试验和敏感性分析,在DesignBuilder软件模型上,采用"性能反馈循环"的技术工作思路,细化分析、比较建筑师可控的平面布局、立面窗墙比、围护结构等设计要素中的能耗敏感因子。在太阳辐射资源富集条件下,探索了便于建筑师操作的住宅节能性能化设计方法,将建筑节能的技术过程转换为具体的设计方法,建立了能耗模拟计算与方案设计推敲间的互馈关系。研究表明,在太阳能富集地区,合理的能耗敏感因子搭配可实现住宅能耗降低30%以上,具有良好的节能潜力。
以提高居住建筑辐射热利用效果与质量为目标导向,应用正交试验和敏感性分析,在DesignBuilder软件模型上,采用"性能反馈循环"的技术工作思路,细化分析、比较建筑师可控的平面布局、立面窗墙比、围护结构等设计要素中的能耗敏感因子。在太阳辐射资源富集条件下,探索了便于建筑师操作的住宅节能性能化设计方法,将建筑节能的技术过程转换为具体的设计方法,建立了能耗模拟计算与方案设计推敲间的互馈关系。研究表明,在太阳能富集地区,合理的能耗敏感因子搭配可实现住宅能耗降低30%以上,具有良好的节能潜力。
2023, 53(5): 65-72.
doi: 10.13204/j.gyjzG22013001
摘要:
明清时期,西江流域虽远离中原的政治中心,却有着重要的战略地位。从明代开始建设了大量的军事防御型聚落,这些聚落既具有符合防御原理的共性,同时又具有与西南地区水系密切相关的乡土聚落个性。以类型学和比较方法研究该类型聚落,总结出该类型聚落的两类选址方向,并对聚落形态的5个方面进行论述,总结出西江流域军事防御型聚落5个层面的防御策略。西江流域众多的军事防御型聚落从选址到形态形成,均体现出多层次、多向度的防御策略。各聚落扼守着水陆网络体系的关键节点。依据先天和后天不同的环境和条件,综合运用多层级的防御策略,通过宏观层面围蔽、迷宫、集聚等原理与微观层面城垣、城门、护城河、瓮城、炮台、碉楼、瞭望孔、射击孔等军事防御设施的组合运用,形成丰富多彩、特色鲜明的聚落防御形态。聚落的系统完整,抵抗力稳定性高,形成了较强的防御灾害的能力。
明清时期,西江流域虽远离中原的政治中心,却有着重要的战略地位。从明代开始建设了大量的军事防御型聚落,这些聚落既具有符合防御原理的共性,同时又具有与西南地区水系密切相关的乡土聚落个性。以类型学和比较方法研究该类型聚落,总结出该类型聚落的两类选址方向,并对聚落形态的5个方面进行论述,总结出西江流域军事防御型聚落5个层面的防御策略。西江流域众多的军事防御型聚落从选址到形态形成,均体现出多层次、多向度的防御策略。各聚落扼守着水陆网络体系的关键节点。依据先天和后天不同的环境和条件,综合运用多层级的防御策略,通过宏观层面围蔽、迷宫、集聚等原理与微观层面城垣、城门、护城河、瓮城、炮台、碉楼、瞭望孔、射击孔等军事防御设施的组合运用,形成丰富多彩、特色鲜明的聚落防御形态。聚落的系统完整,抵抗力稳定性高,形成了较强的防御灾害的能力。
2023, 53(5): 73-79,87.
doi: 10.13204/j.gyjzG21110407
摘要:
以目前入选中国历史文化名村、名镇的14个藏族聚落为对象,对实地调研和地理信息数据进行可视化表达,通过ArcGIS中的统计工具进行数据的整合和运算。运用基于分形理论和领域分割理论的量化方法,从斑块单体和整体两个层面,分别探究藏族传统聚落建筑斑块的秩序化特征和组织特征,对于促进未来藏族村镇的新型城镇化建设和乡村振兴战略的良性发展具有积极意义。在斑块单体尺度上,藏族历史文化村镇的聚落规模越小,建筑斑块平面越单一,样式多为简单矩形;反之,则斑块平面更具多样化。在斑块整体层面上,藏族聚落建筑斑块整体上呈聚集分布。综合来看,平均最近邻距离越小的聚落其聚集分布结构越紧凑,建筑斑块密度指数越高,建筑斑块破碎度越高;域内宗教文化对两者均影响深远,宗教文化影响越衰落的聚落,聚落规模就越小,建筑斑块组织秩序性呈弱化趋势,其斑块的随机性趋势愈大,且斑块形状特征更趋于简单;基于藏族社群的共同宗教信仰和民族文化,藏族历史文化村镇斑块具有趋同性特征。
以目前入选中国历史文化名村、名镇的14个藏族聚落为对象,对实地调研和地理信息数据进行可视化表达,通过ArcGIS中的统计工具进行数据的整合和运算。运用基于分形理论和领域分割理论的量化方法,从斑块单体和整体两个层面,分别探究藏族传统聚落建筑斑块的秩序化特征和组织特征,对于促进未来藏族村镇的新型城镇化建设和乡村振兴战略的良性发展具有积极意义。在斑块单体尺度上,藏族历史文化村镇的聚落规模越小,建筑斑块平面越单一,样式多为简单矩形;反之,则斑块平面更具多样化。在斑块整体层面上,藏族聚落建筑斑块整体上呈聚集分布。综合来看,平均最近邻距离越小的聚落其聚集分布结构越紧凑,建筑斑块密度指数越高,建筑斑块破碎度越高;域内宗教文化对两者均影响深远,宗教文化影响越衰落的聚落,聚落规模就越小,建筑斑块组织秩序性呈弱化趋势,其斑块的随机性趋势愈大,且斑块形状特征更趋于简单;基于藏族社群的共同宗教信仰和民族文化,藏族历史文化村镇斑块具有趋同性特征。
2023, 53(5): 80-87.
doi: 10.13204/j.gyjzG22070115
摘要:
为了改善小跨高比连梁的抗震性能,对3个混杂纤维混凝土连梁和1个普通混凝土连梁进行了拟静力试验,分析了连梁的破坏形态、滞回性能、受剪承载力和延性等性能,研究了连梁基体材料和连梁截面宽度对其抗震性能和受剪承载力的影响。试验表明:混杂纤维混凝土有利于连梁的多裂缝开展,3个混杂纤维混凝土连梁均表现为弯曲剪切型破坏;跨高比和配筋相同的混杂纤维混凝土连梁的受剪承载力和位移延性系数比普通混凝土连梁分别提高了53.66%和29.31%。同时,应用ABAQUS有限元分析软件探究了跨高比和箍筋间距对混杂纤维混凝土连梁受剪承载力的影响规律。在此基础上,基于分项叠加思想,建立了同时考虑混凝土、纵筋、箍筋和纤维贡献的混杂纤维混凝土连梁受剪承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好,可为该类构件设计及其相关领域研究提供参考。
为了改善小跨高比连梁的抗震性能,对3个混杂纤维混凝土连梁和1个普通混凝土连梁进行了拟静力试验,分析了连梁的破坏形态、滞回性能、受剪承载力和延性等性能,研究了连梁基体材料和连梁截面宽度对其抗震性能和受剪承载力的影响。试验表明:混杂纤维混凝土有利于连梁的多裂缝开展,3个混杂纤维混凝土连梁均表现为弯曲剪切型破坏;跨高比和配筋相同的混杂纤维混凝土连梁的受剪承载力和位移延性系数比普通混凝土连梁分别提高了53.66%和29.31%。同时,应用ABAQUS有限元分析软件探究了跨高比和箍筋间距对混杂纤维混凝土连梁受剪承载力的影响规律。在此基础上,基于分项叠加思想,建立了同时考虑混凝土、纵筋、箍筋和纤维贡献的混杂纤维混凝土连梁受剪承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好,可为该类构件设计及其相关领域研究提供参考。
2023, 53(5): 88-94.
doi: 10.13204/j.gyjzG22081819
摘要:
提出一种新型的带斜梁空间刚架模型,可用于混凝土箱梁结构在线弹性阶段的空间受力分析。以带斜梁空间刚架模型和真实平板在面内轴压、面内纯剪、面外纯弯这三种基本荷载作用下变形的相对误差绝对值作为目标函数,以该模型中纵横梁和斜梁的截面特性作为可变参数,以目标函数达到最小值作为优化目标,通过求解该最优化问题,建立空间性能最优化的带斜梁空间刚架模型。采用集中荷载下的悬臂梁和均布荷载下的简支箱梁作为示例,对提出的模型进行了验证,结果表明:带斜梁空间刚架模型不受平截面假定的限制,可较准确地模拟空间结构的弯曲刚度和面内剪切刚度,其变形计算结果和计入剪切变形的材料力学理论解、实体模型结果基本吻合。
提出一种新型的带斜梁空间刚架模型,可用于混凝土箱梁结构在线弹性阶段的空间受力分析。以带斜梁空间刚架模型和真实平板在面内轴压、面内纯剪、面外纯弯这三种基本荷载作用下变形的相对误差绝对值作为目标函数,以该模型中纵横梁和斜梁的截面特性作为可变参数,以目标函数达到最小值作为优化目标,通过求解该最优化问题,建立空间性能最优化的带斜梁空间刚架模型。采用集中荷载下的悬臂梁和均布荷载下的简支箱梁作为示例,对提出的模型进行了验证,结果表明:带斜梁空间刚架模型不受平截面假定的限制,可较准确地模拟空间结构的弯曲刚度和面内剪切刚度,其变形计算结果和计入剪切变形的材料力学理论解、实体模型结果基本吻合。
2023, 53(5): 95-100.
doi: 10.13204/j.gyjzG23022114
摘要:
为了消除装配式混凝土结构的安装湿作业,提升建筑节能性能,研发一种适用于村镇低层超低能耗房屋建造的装配式混凝土格栅复合墙体结构,提出经过优化的六边形洞口格栅复合墙体、条形夹芯保温楼板、螺栓连接的企口接缝以及构件间的连接方式。通过对墙构件的数值模拟,研究了格栅复合墙体结构与连接节点的传力特点与破坏模式。为了提高计算效率,提出了一种基于壳单元的格栅复合墙简化模型,该模型将格栅墙体精简为无洞口的匀质壳单元墙体,将螺栓进行非实体简化。通过参数分析发现,格栅墙体六边形洞口采用保温材料填充后,实现了结构自重轻、用材少、经济环保的目的,可满足村镇低层住宅结构的承载力要求,为村镇住宅的建造提供了一种新型结构体系。
为了消除装配式混凝土结构的安装湿作业,提升建筑节能性能,研发一种适用于村镇低层超低能耗房屋建造的装配式混凝土格栅复合墙体结构,提出经过优化的六边形洞口格栅复合墙体、条形夹芯保温楼板、螺栓连接的企口接缝以及构件间的连接方式。通过对墙构件的数值模拟,研究了格栅复合墙体结构与连接节点的传力特点与破坏模式。为了提高计算效率,提出了一种基于壳单元的格栅复合墙简化模型,该模型将格栅墙体精简为无洞口的匀质壳单元墙体,将螺栓进行非实体简化。通过参数分析发现,格栅墙体六边形洞口采用保温材料填充后,实现了结构自重轻、用材少、经济环保的目的,可满足村镇低层住宅结构的承载力要求,为村镇住宅的建造提供了一种新型结构体系。
2023, 53(5): 101-108.
doi: 10.13204/j.gyjzG21122104
摘要:
对可更换抗侧耗能装置的钢框架结构体系构造进行阐述,建立可更换抗侧耗能装置的柱脚节点有限元模型并验证其正确性。在此基础上建立可更换抗侧耗能装置的钢框架结构有限元模型,采用22条地震波分别对传统刚接框架结构(RSF)和可更换抗侧耗能装置的钢框架结构(LRED-SF)进行基于增量动力分析方法(IDA)的地震易损性分析,对比两种结构的易损性曲线和抗倒塌储备系数,并分析抗侧剪切件截面宽度、厚度和柱脚横梁刚度比对可更换抗侧耗能装置的钢框架结构地震易损性的影响。研究表明:经过合理设计的可更换抗侧耗能装置的钢框架结构不仅可以满足结构的抗震性能要求,而且其抗震性能优于传统钢框架结构体系;抗侧剪切件宽度越大,结构抗倒塌能力越强,但当抗侧剪切件宽度增加到一定程度时,结构抗倒塌能力会下降;柱脚横梁刚度比越大,结构抗倒塌能力越强。
对可更换抗侧耗能装置的钢框架结构体系构造进行阐述,建立可更换抗侧耗能装置的柱脚节点有限元模型并验证其正确性。在此基础上建立可更换抗侧耗能装置的钢框架结构有限元模型,采用22条地震波分别对传统刚接框架结构(RSF)和可更换抗侧耗能装置的钢框架结构(LRED-SF)进行基于增量动力分析方法(IDA)的地震易损性分析,对比两种结构的易损性曲线和抗倒塌储备系数,并分析抗侧剪切件截面宽度、厚度和柱脚横梁刚度比对可更换抗侧耗能装置的钢框架结构地震易损性的影响。研究表明:经过合理设计的可更换抗侧耗能装置的钢框架结构不仅可以满足结构的抗震性能要求,而且其抗震性能优于传统钢框架结构体系;抗侧剪切件宽度越大,结构抗倒塌能力越强,但当抗侧剪切件宽度增加到一定程度时,结构抗倒塌能力会下降;柱脚横梁刚度比越大,结构抗倒塌能力越强。
2023, 53(5): 109-117.
doi: 10.13204/j.gyjzG22011501
摘要:
研究了铝摩擦板开孔形式、螺栓预紧力对摩擦耗能新型连接节点力学性能的影响,为预制混凝土(PC)外挂墙板节点的设计与工程应用提供参考。为获得PC外挂墙板与框架间摩擦耗能新型连接节点的力学性能,选取了4组典型的试验试件进行拟静力加载试验。试验加载过程中观察到长圆孔铝摩擦板随着中心钢板水平位移的增加而滑动,圆孔铝摩擦板未观察到明显的滑动现象,加载结束后,铝摩擦板表面观察到明显的磨损现象,长圆孔铝摩擦板相对挤出4.5 mm,而圆孔铝摩擦板相对位置保持不变。研究表明:对于采用圆孔铝摩擦板的节点,随着预紧力的增加,临界摩擦系数减小,节点处相对滑移减小;摩擦耗能新型连接节点采用单圆孔铝摩擦板时综合性能更加优异;虽然摩擦系数和平均摩擦系数在加载过程中不恒定,但是整体耗能性能不衰减,表明该类摩擦耗能型节点具有很好的耗能性能。
研究了铝摩擦板开孔形式、螺栓预紧力对摩擦耗能新型连接节点力学性能的影响,为预制混凝土(PC)外挂墙板节点的设计与工程应用提供参考。为获得PC外挂墙板与框架间摩擦耗能新型连接节点的力学性能,选取了4组典型的试验试件进行拟静力加载试验。试验加载过程中观察到长圆孔铝摩擦板随着中心钢板水平位移的增加而滑动,圆孔铝摩擦板未观察到明显的滑动现象,加载结束后,铝摩擦板表面观察到明显的磨损现象,长圆孔铝摩擦板相对挤出4.5 mm,而圆孔铝摩擦板相对位置保持不变。研究表明:对于采用圆孔铝摩擦板的节点,随着预紧力的增加,临界摩擦系数减小,节点处相对滑移减小;摩擦耗能新型连接节点采用单圆孔铝摩擦板时综合性能更加优异;虽然摩擦系数和平均摩擦系数在加载过程中不恒定,但是整体耗能性能不衰减,表明该类摩擦耗能型节点具有很好的耗能性能。
2023, 53(5): 118-123.
doi: 10.13204/j.gyjzG20060803
摘要:
为提升纵肋与横隔板构造细节的疲劳性能,将横隔板在一定区域范围内与纵肋底板进行焊接连接,加强两者的协同受力,进而改善其疲劳性能,在此基础上发展了两种纵肋与横隔板新型构造细节并对其疲劳性能进行系统研究。结果表明:在纵向移动荷载作用下,纵肋与横隔板普通开孔构造细节的主导疲劳开裂模式为纵肋腹板围焊焊趾开裂并沿纵肋腹板扩展且以承受拉-拉循环应力为主;两种纵肋与横隔板新型构造细节的主导疲劳开裂模式均以承受压-压循环应力为主,其中以新型构造细节1的受力最为合理,其主导疲劳开裂模式为纵肋底板围焊端部焊趾开裂并沿纵肋底板扩展,相较于纵肋与横隔板普通开孔构造细节,其应力幅值降低约12.4%,疲劳性能得到有效提升。
为提升纵肋与横隔板构造细节的疲劳性能,将横隔板在一定区域范围内与纵肋底板进行焊接连接,加强两者的协同受力,进而改善其疲劳性能,在此基础上发展了两种纵肋与横隔板新型构造细节并对其疲劳性能进行系统研究。结果表明:在纵向移动荷载作用下,纵肋与横隔板普通开孔构造细节的主导疲劳开裂模式为纵肋腹板围焊焊趾开裂并沿纵肋腹板扩展且以承受拉-拉循环应力为主;两种纵肋与横隔板新型构造细节的主导疲劳开裂模式均以承受压-压循环应力为主,其中以新型构造细节1的受力最为合理,其主导疲劳开裂模式为纵肋底板围焊端部焊趾开裂并沿纵肋底板扩展,相较于纵肋与横隔板普通开孔构造细节,其应力幅值降低约12.4%,疲劳性能得到有效提升。
2023, 53(5): 124-131.
doi: 10.13204/j.gyjzG22070208
摘要:
为研究再生粗骨料的掺入对两跨连续钢-混凝土组合梁长期性能的影响,考虑混凝土收缩徐变等影响,基于ABAQUS软件建立组合梁长期性能有限元模型,采用现有的3组两跨连续钢-混凝土组合梁长期试验数据验证模拟的可靠性。在此基础上,对两跨连续钢-再生混凝土组合梁进行参数分析,量化各因素对其长期性能的影响。研究结果表明:采用龄期调整的有效模量法考虑构件的长期持荷效应、采用温度场考虑混凝土的收缩效应,所建立的两跨连续组合梁跨中挠度的有限元结果与试验结果最大相差11.7%、中支座负弯矩有限元结果与试验结果相差3.77%;与普通混凝土试件相比,再生粗骨料取代率为50%和100%时,两跨连续钢-再生混凝土组合梁长期挠度增加5.52%~9.72%和12.98%~20.39%;与采用钢筋混凝土楼板(承受均匀收缩徐变影响)的试件相比,采用开口型和闭口型组合楼板的试件(承受非均匀收缩徐变影响)长期挠度与瞬时挠度的比值减少8.04%~19.56%,故应针对不同的楼板类型选用不同的收缩徐变模型。
为研究再生粗骨料的掺入对两跨连续钢-混凝土组合梁长期性能的影响,考虑混凝土收缩徐变等影响,基于ABAQUS软件建立组合梁长期性能有限元模型,采用现有的3组两跨连续钢-混凝土组合梁长期试验数据验证模拟的可靠性。在此基础上,对两跨连续钢-再生混凝土组合梁进行参数分析,量化各因素对其长期性能的影响。研究结果表明:采用龄期调整的有效模量法考虑构件的长期持荷效应、采用温度场考虑混凝土的收缩效应,所建立的两跨连续组合梁跨中挠度的有限元结果与试验结果最大相差11.7%、中支座负弯矩有限元结果与试验结果相差3.77%;与普通混凝土试件相比,再生粗骨料取代率为50%和100%时,两跨连续钢-再生混凝土组合梁长期挠度增加5.52%~9.72%和12.98%~20.39%;与采用钢筋混凝土楼板(承受均匀收缩徐变影响)的试件相比,采用开口型和闭口型组合楼板的试件(承受非均匀收缩徐变影响)长期挠度与瞬时挠度的比值减少8.04%~19.56%,故应针对不同的楼板类型选用不同的收缩徐变模型。
2023, 53(5): 137-143.
doi: 10.13204/j.gyjzG22032005
摘要:
花岗岩红土是华南地区广泛分布的一种区域性特殊土,游离氧化铁是影响其胶结特性的重要因素,研究游离氧化铁含量变化对土胶结强度的影响具有重要意义。以广州典型的花岗岩红土为研究对象,采用盐酸淋溶方法去除胶结物,对淋溶前后的土样分别进行直剪试验及含量分析,在此基础上探讨去胶结前后土强度的变化规律。研究表明:随着游离氧化铁含量的降低,土体的抗剪强度呈下降趋势,通过对胶结强度与游离氧化铁含量进行回归分析,其结果具有明显的二项式特征。胶结强度与含水量呈负相关性,与胶结物含量具有正相关性,以含水量和游离氧化铁含量为自变量,胶结强度为因变量,通过二元回归分析,建立的胶结强度算式,能较好地反映土胶结强度水平,具有一定应用价值。
花岗岩红土是华南地区广泛分布的一种区域性特殊土,游离氧化铁是影响其胶结特性的重要因素,研究游离氧化铁含量变化对土胶结强度的影响具有重要意义。以广州典型的花岗岩红土为研究对象,采用盐酸淋溶方法去除胶结物,对淋溶前后的土样分别进行直剪试验及含量分析,在此基础上探讨去胶结前后土强度的变化规律。研究表明:随着游离氧化铁含量的降低,土体的抗剪强度呈下降趋势,通过对胶结强度与游离氧化铁含量进行回归分析,其结果具有明显的二项式特征。胶结强度与含水量呈负相关性,与胶结物含量具有正相关性,以含水量和游离氧化铁含量为自变量,胶结强度为因变量,通过二元回归分析,建立的胶结强度算式,能较好地反映土胶结强度水平,具有一定应用价值。
2023, 53(5): 144-149.
doi: 10.13204/j.gyjzG22011702
摘要:
为研究不同含量蒙脱石和土体状态对膨胀土收缩特性的影响,采用能够反映土体状态的试样(泥浆样、预固结样和压实样)进行收缩特性试验。试验结果表明:随着蒙脱石含量的增大,泥浆样的收缩变形逐渐增大;预固结样在蒙脱石含量在某一范围时,收缩变形相差不大,随着蒙脱石含量的增大,预固结样会产生明显的收缩变形;对于泥浆样和预固结样,当蒙脱石含量超过一定值时,土体收缩特性曲线(SSCC)残余收缩段的曲率会不断减小;对比图解缩限,计算缩限更接近真实缩限,当SSCC为一条折线时,计算缩限与图解缩限相等;蒙脱石含量对膨胀土收缩特性的影响要大于土体状态。
为研究不同含量蒙脱石和土体状态对膨胀土收缩特性的影响,采用能够反映土体状态的试样(泥浆样、预固结样和压实样)进行收缩特性试验。试验结果表明:随着蒙脱石含量的增大,泥浆样的收缩变形逐渐增大;预固结样在蒙脱石含量在某一范围时,收缩变形相差不大,随着蒙脱石含量的增大,预固结样会产生明显的收缩变形;对于泥浆样和预固结样,当蒙脱石含量超过一定值时,土体收缩特性曲线(SSCC)残余收缩段的曲率会不断减小;对比图解缩限,计算缩限更接近真实缩限,当SSCC为一条折线时,计算缩限与图解缩限相等;蒙脱石含量对膨胀土收缩特性的影响要大于土体状态。
2023, 53(5): 150-157.
doi: 10.13204/j.gyjzG22042007
摘要:
采用广义SMP强度准则理论,结合非相关联流动法则、土体弹塑性交界面上的边界条件和土体体积守恒定律,推导了不排水条件下球孔扩张弹塑性区的应力场、应变场和扩孔压力的解析式,并将其应用于地层注浆中,得到了在注浆过程中土体发生劈裂破坏时的注浆压力解析表达式。将该解析解与已有文献中球孔扩张理论解对比验证并进行了参数分析。最后,利用隧道注浆模型试验注浆压力实测值与理论值进行对比,结果表明:黏聚力、剪胀角和扩孔半径对劈裂注浆压力值影响较大,实际注浆压力值与劈裂注浆理论计算值较为吻合。
采用广义SMP强度准则理论,结合非相关联流动法则、土体弹塑性交界面上的边界条件和土体体积守恒定律,推导了不排水条件下球孔扩张弹塑性区的应力场、应变场和扩孔压力的解析式,并将其应用于地层注浆中,得到了在注浆过程中土体发生劈裂破坏时的注浆压力解析表达式。将该解析解与已有文献中球孔扩张理论解对比验证并进行了参数分析。最后,利用隧道注浆模型试验注浆压力实测值与理论值进行对比,结果表明:黏聚力、剪胀角和扩孔半径对劈裂注浆压力值影响较大,实际注浆压力值与劈裂注浆理论计算值较为吻合。
2023, 53(5): 158-164.
doi: 10.13204/j.gyjzG22010413
摘要:
为研究超高性能混凝土(UHPC)预制拼装综合管廊在静力荷载作用下的抗剪承载力,通过分析现有箱型混凝土结构的抗剪计算方法,考虑钢纤维对结构的抗拉作用,提出UHPC预制拼装综合管廊抗剪承载力计算方法。结合对UHPC管廊双向荷载作用下的静力试验,对所提出的抗剪承载能力计算式进行分析、比较和验证。结果表明:考虑UHPC中钢纤维对于结构抗剪能力的贡献,参考箱型结构"内力拱"受力计算模型,计算得到的管廊试件破坏时顶板和侧墙抗剪承载力计算值与实测值较为接近,计算结果精度较高,计算误差在7%以内,较现有计算法的计算精度更高。
为研究超高性能混凝土(UHPC)预制拼装综合管廊在静力荷载作用下的抗剪承载力,通过分析现有箱型混凝土结构的抗剪计算方法,考虑钢纤维对结构的抗拉作用,提出UHPC预制拼装综合管廊抗剪承载力计算方法。结合对UHPC管廊双向荷载作用下的静力试验,对所提出的抗剪承载能力计算式进行分析、比较和验证。结果表明:考虑UHPC中钢纤维对于结构抗剪能力的贡献,参考箱型结构"内力拱"受力计算模型,计算得到的管廊试件破坏时顶板和侧墙抗剪承载力计算值与实测值较为接近,计算结果精度较高,计算误差在7%以内,较现有计算法的计算精度更高。
2023, 53(5): 165-173.
doi: 10.13204/j.gyjzG20090803
摘要:
对连云港码头所处海洋环境下的混凝土结构的耐久性进行了概率分析,采用了一种预测混凝土结构使用寿命的概率分析方法,建立了考虑参数统计特征的混凝土结构耐久性评估模型。结合连云港码头的长期现场检测数据以及国内外参考文献,详细分析了模型参数的统计特性,采用蒙特卡罗模拟方法计算了混凝土结构不同暴露时间下的失效概率及可靠指标,提出了综合考虑GB/T 50476—2019《混凝土结构耐久性设计标准》、最优可靠度以及可靠指标差值Δ三者的概率分析方法。研究了混凝土保护层厚度和氯离子扩散系数对混凝土结构使用寿命的影响。结果表明:混凝土保护层厚度和氯离子扩散系数都对混凝土结构使用寿命有重要影响,相比之下,混凝土结构使用寿命对混凝土保护层厚度的变化更为敏感。
对连云港码头所处海洋环境下的混凝土结构的耐久性进行了概率分析,采用了一种预测混凝土结构使用寿命的概率分析方法,建立了考虑参数统计特征的混凝土结构耐久性评估模型。结合连云港码头的长期现场检测数据以及国内外参考文献,详细分析了模型参数的统计特性,采用蒙特卡罗模拟方法计算了混凝土结构不同暴露时间下的失效概率及可靠指标,提出了综合考虑GB/T 50476—2019《混凝土结构耐久性设计标准》、最优可靠度以及可靠指标差值Δ三者的概率分析方法。研究了混凝土保护层厚度和氯离子扩散系数对混凝土结构使用寿命的影响。结果表明:混凝土保护层厚度和氯离子扩散系数都对混凝土结构使用寿命有重要影响,相比之下,混凝土结构使用寿命对混凝土保护层厚度的变化更为敏感。
2023, 53(5): 174-178.
doi: 10.13204/j.gyjzG22112903
摘要:
氧化石墨烯(GO)已被证明可显著改善水泥复合材料的力学性能,而GO的分散性是影响复合材料性能增强的关键因素。以阿拉伯树胶(GA)为分散剂,采用光学显微镜、紫外分光光度计(UV-vis)和透射电镜(TEM)分析了GO在不同溶液中的分散稳定性,并制备了水泥复合材料。结果表明:高碱度和Ca2+是导致GO在水泥浆料中团聚的主要因素;添加阿拉伯树胶可确保GO在水泥模拟孔隙溶液中稳定分散;在阿拉伯树胶做分散剂的情况下,掺杂0.03%GO可使水泥复合材料的28 d抗折和抗压强度分别提高24.85%和42.11%;微观形貌显示阿拉伯树胶处理下的GO可促进水泥内部棒状晶体的形成,增强了结构密实性;以上均表明该分散方式可用于制备GO增强水泥复合材料。
氧化石墨烯(GO)已被证明可显著改善水泥复合材料的力学性能,而GO的分散性是影响复合材料性能增强的关键因素。以阿拉伯树胶(GA)为分散剂,采用光学显微镜、紫外分光光度计(UV-vis)和透射电镜(TEM)分析了GO在不同溶液中的分散稳定性,并制备了水泥复合材料。结果表明:高碱度和Ca2+是导致GO在水泥浆料中团聚的主要因素;添加阿拉伯树胶可确保GO在水泥模拟孔隙溶液中稳定分散;在阿拉伯树胶做分散剂的情况下,掺杂0.03%GO可使水泥复合材料的28 d抗折和抗压强度分别提高24.85%和42.11%;微观形貌显示阿拉伯树胶处理下的GO可促进水泥内部棒状晶体的形成,增强了结构密实性;以上均表明该分散方式可用于制备GO增强水泥复合材料。
2023, 53(5): 179-186.
doi: 10.13204/j.gyjzG22112002
摘要:
不锈钢-碳钢复合钢筋是一种由碳钢芯筋和不锈钢覆层组成的新型耐腐蚀钢筋。通过热轧等工艺实现两者的冶金结合,使其兼有芯筋的强度和覆层的耐腐蚀性能,在实际工程中有广阔的应用前景。以S30408不锈钢-HRB400碳钢复合钢筋为研究对象,根据钢筋真实服役状态设计了均匀腐蚀、覆层破损腐蚀和非均匀腐蚀三种腐蚀类型。通过电流加速腐蚀试验得到了三种腐蚀形态的不锈钢-碳钢复合钢筋试样,并对以上试样进行单调拉伸试验。研究表明:腐蚀导致不锈钢-碳钢复合钢筋力学性能呈线性下降。腐蚀后试件的应力-应变曲线形态也发生改变。其中,覆层破损腐蚀试样的屈服平台消失最早发生。通过预测模型定量地描述了三种腐蚀形态的不锈钢-碳钢复合钢筋的力学性能和韧性的演化规律,并可以预测任一腐蚀程度下三种腐蚀形态的不锈钢-碳钢复合钢筋的力学性能和韧性。最后根据试验结果和GB/T 1499.2—2018的要求,建议不锈钢-碳钢复合钢筋的腐蚀程度限制在10.7%以内,以保证结构的服役性能。
不锈钢-碳钢复合钢筋是一种由碳钢芯筋和不锈钢覆层组成的新型耐腐蚀钢筋。通过热轧等工艺实现两者的冶金结合,使其兼有芯筋的强度和覆层的耐腐蚀性能,在实际工程中有广阔的应用前景。以S30408不锈钢-HRB400碳钢复合钢筋为研究对象,根据钢筋真实服役状态设计了均匀腐蚀、覆层破损腐蚀和非均匀腐蚀三种腐蚀类型。通过电流加速腐蚀试验得到了三种腐蚀形态的不锈钢-碳钢复合钢筋试样,并对以上试样进行单调拉伸试验。研究表明:腐蚀导致不锈钢-碳钢复合钢筋力学性能呈线性下降。腐蚀后试件的应力-应变曲线形态也发生改变。其中,覆层破损腐蚀试样的屈服平台消失最早发生。通过预测模型定量地描述了三种腐蚀形态的不锈钢-碳钢复合钢筋的力学性能和韧性的演化规律,并可以预测任一腐蚀程度下三种腐蚀形态的不锈钢-碳钢复合钢筋的力学性能和韧性。最后根据试验结果和GB/T 1499.2—2018的要求,建议不锈钢-碳钢复合钢筋的腐蚀程度限制在10.7%以内,以保证结构的服役性能。
2023, 53(5): 187-195.
doi: 10.13204/j.gyjzG23012910
摘要:
针对既有网壳结构损伤构件位置分布难以完全测定的问题,提出了一种用于既有网壳结构显著损伤构件识别的改进残余力分解法(RFD)。基于定义的沿构件轴向投影方向上的无量纲模态变形参数,将所测得的特征向量采用RFD方法转化为一组多元线性方程组,用以定位具有显著刚度折减的构件。针对方程组可能存在无穷解的情况,利用Ritz向量的灵敏度分析和模态保证准则(MAC)进行网壳结构构件重要性判定,筛选出在当前荷载模式下对结构刚度贡献最小的构件,将其作为附加约束条件引入计算方程,使方程组具备唯一解的条件。同时建立了网壳结构模型进行计算分析,详述了RFD方法的计算过程并验证了其有效性。
针对既有网壳结构损伤构件位置分布难以完全测定的问题,提出了一种用于既有网壳结构显著损伤构件识别的改进残余力分解法(RFD)。基于定义的沿构件轴向投影方向上的无量纲模态变形参数,将所测得的特征向量采用RFD方法转化为一组多元线性方程组,用以定位具有显著刚度折减的构件。针对方程组可能存在无穷解的情况,利用Ritz向量的灵敏度分析和模态保证准则(MAC)进行网壳结构构件重要性判定,筛选出在当前荷载模式下对结构刚度贡献最小的构件,将其作为附加约束条件引入计算方程,使方程组具备唯一解的条件。同时建立了网壳结构模型进行计算分析,详述了RFD方法的计算过程并验证了其有效性。
