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2015年 第45卷 第8期
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2015, 45(8): 1-9.
doi: 10.13204/j.gyjz201508001
摘要:
张弦结构按照其受力本质可分为平面、可分解型空间和不可分解型空间张弦结构。首先,分别对平面张弦结构中的张弦梁、张弦桁架,可分解型空间张弦结构和不可分解型空间张弦结构中的弦支穹顶、弦支筒壳、弦支网架、弦支混凝土屋盖、弦支拱壳、弦支网壳等结构类型进行介绍,对其研究进展、工程应用和需要进一步研究的问题进行阐述。随后,对张弦结构关键构件拉索的研究进展和存在问题进行论述。最后,对张弦结构的整体发展进行了概括,并说明了张弦结构的发展前景和研究方向。
张弦结构按照其受力本质可分为平面、可分解型空间和不可分解型空间张弦结构。首先,分别对平面张弦结构中的张弦梁、张弦桁架,可分解型空间张弦结构和不可分解型空间张弦结构中的弦支穹顶、弦支筒壳、弦支网架、弦支混凝土屋盖、弦支拱壳、弦支网壳等结构类型进行介绍,对其研究进展、工程应用和需要进一步研究的问题进行阐述。随后,对张弦结构关键构件拉索的研究进展和存在问题进行论述。最后,对张弦结构的整体发展进行了概括,并说明了张弦结构的发展前景和研究方向。
2015, 45(8): 10-13.
doi: 10.13204/j.gyjz201508002
摘要:
不同张力构件的热膨胀性能存在明显区别。为了研究张力构件热膨胀性能对张力穹顶温度响应,以肋环型张力穹顶为例,分别开展不同特性张力构件布置方式对索穹顶温度响应影响规律研究。结果表明:在正常设计范围内,改变预应力水平,仅能改变张力穹顶中极限温度作用,不能改变各张力构件内力对温度敏感性;在升温过程中下部张力杆件的热膨胀性能对各张力构件温度敏感性影响较大;在一致温度场中,张力穹顶最外圈的脊部张力构件是温度敏感性最高的构件。
不同张力构件的热膨胀性能存在明显区别。为了研究张力构件热膨胀性能对张力穹顶温度响应,以肋环型张力穹顶为例,分别开展不同特性张力构件布置方式对索穹顶温度响应影响规律研究。结果表明:在正常设计范围内,改变预应力水平,仅能改变张力穹顶中极限温度作用,不能改变各张力构件内力对温度敏感性;在升温过程中下部张力杆件的热膨胀性能对各张力构件温度敏感性影响较大;在一致温度场中,张力穹顶最外圈的脊部张力构件是温度敏感性最高的构件。
2015, 45(8): 14-19.
doi: 10.13204/j.gyjz201508003
摘要:
借助6个初始预张力、矢跨比、支座连接条件、下部结构对称性以及下部结构刚度不同的弦支穹顶结构模型,考察该类结构在强震作用后索杆系统的索力变化及相应的上部网壳残余变形情况。当各模型中网壳杆件截面分别满足7度多遇地震弹性、8度多遇地震弹性、8度设防烈度地震不屈服以及8度设防烈度地震弹性验算时,对结构在设防烈度地震与罕遇地震后的索力损失差异进行讨论。研究表明:强震作用后弦支穹顶结构的索杆系统一般会造成预张力损失,且多出现于内圈索;索力变化对下部结构对称性、支座连接方式及上部网壳矢跨比等结构参数较为敏感;设防烈度地震作用后环索索力变化相对较小,基本低于10%,而罕遇地震作用后环索索力变化明显,个别甚至出现松弛;采取设防烈度地震弹性设计的结构模型索力损失明显降低。
借助6个初始预张力、矢跨比、支座连接条件、下部结构对称性以及下部结构刚度不同的弦支穹顶结构模型,考察该类结构在强震作用后索杆系统的索力变化及相应的上部网壳残余变形情况。当各模型中网壳杆件截面分别满足7度多遇地震弹性、8度多遇地震弹性、8度设防烈度地震不屈服以及8度设防烈度地震弹性验算时,对结构在设防烈度地震与罕遇地震后的索力损失差异进行讨论。研究表明:强震作用后弦支穹顶结构的索杆系统一般会造成预张力损失,且多出现于内圈索;索力变化对下部结构对称性、支座连接方式及上部网壳矢跨比等结构参数较为敏感;设防烈度地震作用后环索索力变化相对较小,基本低于10%,而罕遇地震作用后环索索力变化明显,个别甚至出现松弛;采取设防烈度地震弹性设计的结构模型索力损失明显降低。
2015, 45(8): 20-24.
doi: 10.13204/j.gyjz201508004
摘要:
虽然盖格式索穹顶构造简单、施工方便,在国内外圆形平面场馆中均取得了成功的应用,但在椭圆形平面场馆中的应用较少。结合力密度法及整体可行预应力概念,以天津理工大学索穹顶前期设计为背景,探索了椭圆形盖格式索穹顶初始预应力的确定方法,通过对三种不同索杆布置形式的初始预应力值的对比,可知:边界不等高且环索随边界坡度变化的盖格式索穹顶通过采取合理的改进措施后,更能适用于椭圆形屋面。
虽然盖格式索穹顶构造简单、施工方便,在国内外圆形平面场馆中均取得了成功的应用,但在椭圆形平面场馆中的应用较少。结合力密度法及整体可行预应力概念,以天津理工大学索穹顶前期设计为背景,探索了椭圆形盖格式索穹顶初始预应力的确定方法,通过对三种不同索杆布置形式的初始预应力值的对比,可知:边界不等高且环索随边界坡度变化的盖格式索穹顶通过采取合理的改进措施后,更能适用于椭圆形屋面。
2015, 45(8): 25-29.
doi: 10.13204/j.gyjz201508005
摘要:
张弦结构体系中拉索的预应力损失会对张弦结构的安全性能产生严重影响。通过对张弦结构体系全寿命期间的预应力损失因素进行分析,包括:锚固损失、分批张拉损失、摩擦损失、松弛损失、徐变损失和温度损失,对各因素造成的预应力损失的计算方法和补偿措施进行论述。最后,建立了包括短期影响的且发生在安装阶段的预应力损失和长期影响的具有时变效应且发生在使用阶段的预应力损失两部分的张弦结构体系全寿命预应力损失模型,并通过算例分析得到在设计阶段需考虑第二类预应力损失、施工阶段需考虑第一类损失。
张弦结构体系中拉索的预应力损失会对张弦结构的安全性能产生严重影响。通过对张弦结构体系全寿命期间的预应力损失因素进行分析,包括:锚固损失、分批张拉损失、摩擦损失、松弛损失、徐变损失和温度损失,对各因素造成的预应力损失的计算方法和补偿措施进行论述。最后,建立了包括短期影响的且发生在安装阶段的预应力损失和长期影响的具有时变效应且发生在使用阶段的预应力损失两部分的张弦结构体系全寿命预应力损失模型,并通过算例分析得到在设计阶段需考虑第二类预应力损失、施工阶段需考虑第一类损失。
2015, 45(8): 30-36.
doi: 10.13204/j.gyjz201508006
摘要:
目前对弦支穹顶结构抗震计算一般基于刚性地基假定,但由于基础周围土体并非刚性,在地震作用下会产生变形。为研究弦支穹顶结构在地震作用下考虑土结构相互作用动力响应,建立跨度为92 m的弦支穹顶结构土-结构相互作用有限元模型。基于修正S-R(Sway-Rocking)方法的土体简化模型,分析土-结构相互作用下弦支穹顶结构的自振特性及地震响应特征。研究表明:考虑土-结构相互作用后,弦支穹顶结构的自振频率明显减小;在地震作用下,弦支穹顶上部网壳结构的杆件最大压应力和节点最大位移明显增大,而撑杆最大压应力和斜拉杆及环索的最大拉应力均有所减小。
目前对弦支穹顶结构抗震计算一般基于刚性地基假定,但由于基础周围土体并非刚性,在地震作用下会产生变形。为研究弦支穹顶结构在地震作用下考虑土结构相互作用动力响应,建立跨度为92 m的弦支穹顶结构土-结构相互作用有限元模型。基于修正S-R(Sway-Rocking)方法的土体简化模型,分析土-结构相互作用下弦支穹顶结构的自振特性及地震响应特征。研究表明:考虑土-结构相互作用后,弦支穹顶结构的自振频率明显减小;在地震作用下,弦支穹顶上部网壳结构的杆件最大压应力和节点最大位移明显增大,而撑杆最大压应力和斜拉杆及环索的最大拉应力均有所减小。
2015, 45(8): 37-42.
doi: 10.13204/j.gyjz201508007
摘要:
广饶国际博览中心展厅屋盖具有跨度较大、结构高度受限的特点。经过方案选型分析后,综合考虑确定采用一种新型弦支网架结构。经过对比分析发现:该种结构体系用钢量较省,结构刚度较大,同时动力性能明显优于平板网架。对该体系进行预应力优化、钢材种类及网格尺寸优化设计,以加设斜拉杆方式解决了高支托平面外失稳问题,并对关键节点进行设计。
广饶国际博览中心展厅屋盖具有跨度较大、结构高度受限的特点。经过方案选型分析后,综合考虑确定采用一种新型弦支网架结构。经过对比分析发现:该种结构体系用钢量较省,结构刚度较大,同时动力性能明显优于平板网架。对该体系进行预应力优化、钢材种类及网格尺寸优化设计,以加设斜拉杆方式解决了高支托平面外失稳问题,并对关键节点进行设计。
2015, 45(8): 43-47.
doi: 10.13204/j.gyjz201508008
摘要:
以河北师范大学体育馆为工程背景,针对张弦梁-混凝土板组合楼盖结构的预应力施工进行施工全过程数值模拟及监测。通过详细介绍监测方法、监测内容,对比数值模拟理论值与施工监测值,验证所采用的施工全过程数值模拟方法的合理正确性,同时结合理论值与监测值,揭示张弦梁-混凝土板组合楼盖结构主要构件在各个施工阶段的受力及变形规律,明确该结构体系在施工过程中的力学性能。
以河北师范大学体育馆为工程背景,针对张弦梁-混凝土板组合楼盖结构的预应力施工进行施工全过程数值模拟及监测。通过详细介绍监测方法、监测内容,对比数值模拟理论值与施工监测值,验证所采用的施工全过程数值模拟方法的合理正确性,同时结合理论值与监测值,揭示张弦梁-混凝土板组合楼盖结构主要构件在各个施工阶段的受力及变形规律,明确该结构体系在施工过程中的力学性能。
2015, 45(8): 48-52.
doi: 10.13204/j.gyjz201508009
摘要:
天津体育中心自行车馆为双层弦支穹顶结构。为了保证该屋盖在使用期间的安全,并对结构的受力性能和温度分布进一步研究,对天津体育中心自行车馆屋盖弦支穹顶结构在使用过程中的温度和应力进行监测。采用热电偶法直接测量杆件表面温度,用振弦计测量了结构关键杆件的应变,获得大量有关天津体育中心自行车馆屋盖结构温度及应力分布状态的数据。通过对这些数据分析表明:正常使用中的钢结构尤其是大跨度空间结构的应力变化主要受温度控制;构件温度与环境温度基本一致,最高温度可取为当地日最高气温;结构最低温度,在能够保证供暖的条件下,高于当地平均最低温度,可以根据实际情况取值。
天津体育中心自行车馆为双层弦支穹顶结构。为了保证该屋盖在使用期间的安全,并对结构的受力性能和温度分布进一步研究,对天津体育中心自行车馆屋盖弦支穹顶结构在使用过程中的温度和应力进行监测。采用热电偶法直接测量杆件表面温度,用振弦计测量了结构关键杆件的应变,获得大量有关天津体育中心自行车馆屋盖结构温度及应力分布状态的数据。通过对这些数据分析表明:正常使用中的钢结构尤其是大跨度空间结构的应力变化主要受温度控制;构件温度与环境温度基本一致,最高温度可取为当地日最高气温;结构最低温度,在能够保证供暖的条件下,高于当地平均最低温度,可以根据实际情况取值。
2015, 45(8): 53-56.
doi: 10.13204/j.gyjz201508010
摘要:
以老工业基地城市内企业大院用地为研究对象,首先依据所用地自身的空间结构特征,指出在城市功能转型、企业制度、土地制度改革驱动下,用地更新的必要性;随后从城市用地布局整体协调的视角出发,在充分尊重企业大院混合用地结构、社区文化认同等特征的基础上,提出将其更新为城市街区的规划策略;最后通过实例,探索从企业大院到城市街区溶解的规划实现途径。
以老工业基地城市内企业大院用地为研究对象,首先依据所用地自身的空间结构特征,指出在城市功能转型、企业制度、土地制度改革驱动下,用地更新的必要性;随后从城市用地布局整体协调的视角出发,在充分尊重企业大院混合用地结构、社区文化认同等特征的基础上,提出将其更新为城市街区的规划策略;最后通过实例,探索从企业大院到城市街区溶解的规划实现途径。
2015, 45(8): 57-61.
doi: 10.13204/j.gyjz201508011
摘要:
通过梳理解析杭嘉湖地区近现代丝绸工业的发展概况,界定了该地区近现代丝绸工业遗产考察研究的范畴,包括时间、空间和类型。据此进行信息数据调研,收集整合了相关图形信息和属性信息。在此基础上,对遗产案例样本的整体分布、年代-空间分布、类型-空间分布、文物保护单位-空间分布等特征进行分析;并对杭州绸业会馆旧址、国家厂丝储备杭州仓库、嘉兴绢纺厂老厂区、诸桥茧站等具有典型意义的遗产案例进行分析。
通过梳理解析杭嘉湖地区近现代丝绸工业的发展概况,界定了该地区近现代丝绸工业遗产考察研究的范畴,包括时间、空间和类型。据此进行信息数据调研,收集整合了相关图形信息和属性信息。在此基础上,对遗产案例样本的整体分布、年代-空间分布、类型-空间分布、文物保护单位-空间分布等特征进行分析;并对杭州绸业会馆旧址、国家厂丝储备杭州仓库、嘉兴绢纺厂老厂区、诸桥茧站等具有典型意义的遗产案例进行分析。
2015, 45(8): 62-66.
doi: 10.13204/j.gyjz201508012
摘要:
在全球一体化进程中,地域趋同现象日益严重,地域特征的保护意识正在逐步加强,然而保护工作的开展并不全面。安徽沿江地区的历史街区地域性特征是北方建筑特征和南方建筑特征的融合与叠加,以桐城老街为例,通过分析桐城孔城老街街区形成的背景、原因、街区特征以及建筑特征,解析沿江地区历史街区的地域性特征,并思考如何将孔城老街这一沿江地带少有的水乡自然风光得到更好的保护与利用。
在全球一体化进程中,地域趋同现象日益严重,地域特征的保护意识正在逐步加强,然而保护工作的开展并不全面。安徽沿江地区的历史街区地域性特征是北方建筑特征和南方建筑特征的融合与叠加,以桐城老街为例,通过分析桐城孔城老街街区形成的背景、原因、街区特征以及建筑特征,解析沿江地区历史街区的地域性特征,并思考如何将孔城老街这一沿江地带少有的水乡自然风光得到更好的保护与利用。
2015, 45(8): 67-72.
doi: 10.13204/j.gyjz201508013
摘要:
考虑不同的的孔洞大小,对剪弯段开孔混凝土梁及采用水泥基灌浆材料(CGM)填补孔洞与碳纤维布加固孔边两种情况下的开孔梁进行了试验研究。研究结果表明:梁开孔致使其挠度增长加快,裂缝宽度增大,承载力显著降低,破坏形态变为脆性的剪切破坏,严重影响梁的安全性,且孔洞越大,破坏越严重;当孔洞尺寸在一定范围内时(d00.4h),采用CGM灌浆料填补孔洞及采用碳纤维布加固孔边,均可有效提高开孔梁的承载力,减缓跨中挠度的增长速度,并使底部钢筋达到屈服,梁的破坏形态恢复至弯曲破坏,其各项力学性能都可恢复至未开孔梁的状态,从而可保证开孔梁的安全性。但采用碳纤维布加固后,随着孔洞的增大,破坏时孔洞处裂缝宽度增大。
考虑不同的的孔洞大小,对剪弯段开孔混凝土梁及采用水泥基灌浆材料(CGM)填补孔洞与碳纤维布加固孔边两种情况下的开孔梁进行了试验研究。研究结果表明:梁开孔致使其挠度增长加快,裂缝宽度增大,承载力显著降低,破坏形态变为脆性的剪切破坏,严重影响梁的安全性,且孔洞越大,破坏越严重;当孔洞尺寸在一定范围内时(d00.4h),采用CGM灌浆料填补孔洞及采用碳纤维布加固孔边,均可有效提高开孔梁的承载力,减缓跨中挠度的增长速度,并使底部钢筋达到屈服,梁的破坏形态恢复至弯曲破坏,其各项力学性能都可恢复至未开孔梁的状态,从而可保证开孔梁的安全性。但采用碳纤维布加固后,随着孔洞的增大,破坏时孔洞处裂缝宽度增大。
2015, 45(8): 73-77.
doi: 10.13204/j.gyjz201508014
摘要:
对4个十字形梁柱节点试件分别进行了正、负弯矩作用下的受力全过程试验,考虑不同套管布置应力释放方案对节点性能的影响,结合GB 500102010《混凝土结构设计规范》分析计算构件的受弯极限承载力、裂缝和挠度。结果表明:此体系节点的承载能力基本与现浇结构相当。正常使用荷载作用下最大裂缝宽度和加载点挠度值的理论计算结果与试验值一致,均能满足GB 500102010要求。梁端加设套管能有效减小梁顶混凝土的应力峰值,提高其抗裂性能,在满足预拉区梁顶混凝土不开裂的情况下,应力释放的套管布置越少越好。
对4个十字形梁柱节点试件分别进行了正、负弯矩作用下的受力全过程试验,考虑不同套管布置应力释放方案对节点性能的影响,结合GB 500102010《混凝土结构设计规范》分析计算构件的受弯极限承载力、裂缝和挠度。结果表明:此体系节点的承载能力基本与现浇结构相当。正常使用荷载作用下最大裂缝宽度和加载点挠度值的理论计算结果与试验值一致,均能满足GB 500102010要求。梁端加设套管能有效减小梁顶混凝土的应力峰值,提高其抗裂性能,在满足预拉区梁顶混凝土不开裂的情况下,应力释放的套管布置越少越好。
2015, 45(8): 78-85.
doi: 10.13204/j.gyjz201508015
摘要:
为研究如何提高装配整体式组合楼板的空间作用,以及能否取代楼板现浇面层以减轻结构质量,采用拟动力试验方法对按1/4比例缩小的两跨、3层的现浇楼盖板-框架剪力墙结构(SJ1)和在楼盖板下加X水平斜撑的装配整体式楼盖板-框架剪力墙结构(SJ2)两个模型进行了弹性比较试验。试验结果表明:X水平斜撑能够提高装配式结构的空间协调作用,在水平力作用下能够满足框架结构的整体协同受力要求,并且有效地减小水平荷载作用下框架结构的侧向位移。由试验还得出:结构的水平剪力主要由剪力墙承担,装配式楼板的后浇面层在设防烈度8度以下的地区可以建议取消,试验验证了X水平支撑传递水平荷载的有效性。
为研究如何提高装配整体式组合楼板的空间作用,以及能否取代楼板现浇面层以减轻结构质量,采用拟动力试验方法对按1/4比例缩小的两跨、3层的现浇楼盖板-框架剪力墙结构(SJ1)和在楼盖板下加X水平斜撑的装配整体式楼盖板-框架剪力墙结构(SJ2)两个模型进行了弹性比较试验。试验结果表明:X水平斜撑能够提高装配式结构的空间协调作用,在水平力作用下能够满足框架结构的整体协同受力要求,并且有效地减小水平荷载作用下框架结构的侧向位移。由试验还得出:结构的水平剪力主要由剪力墙承担,装配式楼板的后浇面层在设防烈度8度以下的地区可以建议取消,试验验证了X水平支撑传递水平荷载的有效性。
2015, 45(8): 86-90.
doi: 10.13204/j.gyjz201508016
摘要:
为研究S形非规则高架曲线桥梁在地震作用下的抗震性能,制作一座相似比为1/20的模型桥梁,对该模型桥梁测试过程的试验现象、动力特性、加速度及位移测试数据进行详细分析研究。结果表明:S形曲线桥梁在整个测试过程中结构自振频率下降明显,阻尼比显著增大;多遇地震输入时墩底加速度峰值小于墩顶加速度峰值,罕遇地震输入时,由于墩梁扭转十分严重,导致墩顶加速度峰值小于墩底加速度峰值;多遇地震时,墩梁径向相对位移大于切向相对位移,罕遇地震作用下,墩梁径向相对位移小于切向相对位移。
为研究S形非规则高架曲线桥梁在地震作用下的抗震性能,制作一座相似比为1/20的模型桥梁,对该模型桥梁测试过程的试验现象、动力特性、加速度及位移测试数据进行详细分析研究。结果表明:S形曲线桥梁在整个测试过程中结构自振频率下降明显,阻尼比显著增大;多遇地震输入时墩底加速度峰值小于墩顶加速度峰值,罕遇地震输入时,由于墩梁扭转十分严重,导致墩顶加速度峰值小于墩底加速度峰值;多遇地震时,墩梁径向相对位移大于切向相对位移,罕遇地震作用下,墩梁径向相对位移小于切向相对位移。
2015, 45(8): 91-98.
doi: 10.13204/j.gyjz201508017
摘要:
采用有限元软件建立不同结构特性的型钢混凝土(SRC)框架-钢筋混凝土(RC)核心筒结构,考虑结构设计参数为墙整体系数、轴向变形系数及刚度特征值。为考察设计参数对框架-核心筒结构耗能及损伤模式的影响,进行罕遇双向地震作用下的弹塑性时程分析和非线性Pushover分析。研究表明:对于轴向变形系数越小、墙整体系数越大且刚度特征值越小的结构,在罕遇地震作用下其剪力墙可能发生不可控的耗能分布;通过分析结构中各类构件的屈服顺序及屈服发展形势,提出框架-核心筒结构的合理损伤模式,并给出设计建议。
采用有限元软件建立不同结构特性的型钢混凝土(SRC)框架-钢筋混凝土(RC)核心筒结构,考虑结构设计参数为墙整体系数、轴向变形系数及刚度特征值。为考察设计参数对框架-核心筒结构耗能及损伤模式的影响,进行罕遇双向地震作用下的弹塑性时程分析和非线性Pushover分析。研究表明:对于轴向变形系数越小、墙整体系数越大且刚度特征值越小的结构,在罕遇地震作用下其剪力墙可能发生不可控的耗能分布;通过分析结构中各类构件的屈服顺序及屈服发展形势,提出框架-核心筒结构的合理损伤模式,并给出设计建议。
2015, 45(8): 99-103.
doi: 10.13204/j.gyjz201508018
摘要:
采用计算机层析成像(CT)技术和常规直剪试验,探讨干湿循环作用下膨胀土的细观结构及其强度变化规律。基于CT数定义损伤变量,据此建立了干湿循环作用引起的结构变化与强度参数变化的联系。研究结果表明:第1~4次干湿循环对膨胀土结构变化影响较大,内部裂隙发育明显;第7、第8次干湿循环对结构影响甚微;经干湿循环作用后,膨胀土的强度衰减主要是黏聚力大幅度降低,而内摩擦角则无明显变化;随着干湿循环次数的增加,试件损伤变量逐渐增加,其细观结构损伤演化是一种非线性累积过程;膨胀土黏聚力与CT损伤变量具有良好的指数衰减关系。
采用计算机层析成像(CT)技术和常规直剪试验,探讨干湿循环作用下膨胀土的细观结构及其强度变化规律。基于CT数定义损伤变量,据此建立了干湿循环作用引起的结构变化与强度参数变化的联系。研究结果表明:第1~4次干湿循环对膨胀土结构变化影响较大,内部裂隙发育明显;第7、第8次干湿循环对结构影响甚微;经干湿循环作用后,膨胀土的强度衰减主要是黏聚力大幅度降低,而内摩擦角则无明显变化;随着干湿循环次数的增加,试件损伤变量逐渐增加,其细观结构损伤演化是一种非线性累积过程;膨胀土黏聚力与CT损伤变量具有良好的指数衰减关系。
2015, 45(8): 104-109.
doi: 10.13204/j.gyjz201508019
摘要:
土工合成材料对加筋土结构的界面直剪特性具有重要的影响。通过一系列大型直剪试验对不同筋材下的Sandwich型加筋土筋土界面的直剪特性进行研究,研究不同竖向应力下不同种类加筋材料对Sandwich型加筋土界面直剪特性的影响。试验结果表明:土工格栅的加筋效果最佳,两种格栅的加筋界面抗剪强度明显高于土工织物;随着竖向应力的增加,筋土界面抗剪强度提高。结合理论分析,对不同的土工格栅进行直剪试验,得出土工格栅横、纵肋对界面剪切强度的提高值分别为15.3%和4.1%。
土工合成材料对加筋土结构的界面直剪特性具有重要的影响。通过一系列大型直剪试验对不同筋材下的Sandwich型加筋土筋土界面的直剪特性进行研究,研究不同竖向应力下不同种类加筋材料对Sandwich型加筋土界面直剪特性的影响。试验结果表明:土工格栅的加筋效果最佳,两种格栅的加筋界面抗剪强度明显高于土工织物;随着竖向应力的增加,筋土界面抗剪强度提高。结合理论分析,对不同的土工格栅进行直剪试验,得出土工格栅横、纵肋对界面剪切强度的提高值分别为15.3%和4.1%。
2015, 45(8): 110-115.
doi: 10.13204/j.gyjz201508020
摘要:
在高速公路桥梁工程中,预应力高强混凝土(PHC)管桩在水平荷载作用下的承载特性十分重要,然而对于其主要影响因素以及群桩效应的研究较少。通过对PHC管桩单桩在水平荷载作用下的承载特性的分析,对影响PHC管桩的主要影响因素进行讨论,并与方桩、圆桩的承载特性进行比较;而后研究了PHC管桩的群桩效应,并比较了不同桩型水平荷载作用下的承载特性。结果表明:PHC管桩具有较强的抗水平位移性能、较大抗弯截面模量和群桩效应系数。
在高速公路桥梁工程中,预应力高强混凝土(PHC)管桩在水平荷载作用下的承载特性十分重要,然而对于其主要影响因素以及群桩效应的研究较少。通过对PHC管桩单桩在水平荷载作用下的承载特性的分析,对影响PHC管桩的主要影响因素进行讨论,并与方桩、圆桩的承载特性进行比较;而后研究了PHC管桩的群桩效应,并比较了不同桩型水平荷载作用下的承载特性。结果表明:PHC管桩具有较强的抗水平位移性能、较大抗弯截面模量和群桩效应系数。
2015, 45(8): 116-120.
doi: 10.13204/j.gyjz201508021
摘要:
为确保混凝土筏基的抗裂性能满足结构的耐久性、地下结构的抗渗漏性及外观质量要求,有必要按相关技术标准的要求验算并控制裂缝最大宽度。目前结构设计中,对允许带裂缝工作的混凝土筏基,通常主要凭经验预留温度后浇带控制裂缝,而较少按最不利工况验算裂缝最大宽度,或验算条件与内力组合有误,这是近年常见混凝土筏基局部裂损的重要原因。基于技术分析,结合实际工程设计复核,对混凝土筏基抗裂验算中的组合拉应力、地下水浮力作用、裂缝宽度控制标准、温度后浇带效能等诸问题进行研究和讨论。
为确保混凝土筏基的抗裂性能满足结构的耐久性、地下结构的抗渗漏性及外观质量要求,有必要按相关技术标准的要求验算并控制裂缝最大宽度。目前结构设计中,对允许带裂缝工作的混凝土筏基,通常主要凭经验预留温度后浇带控制裂缝,而较少按最不利工况验算裂缝最大宽度,或验算条件与内力组合有误,这是近年常见混凝土筏基局部裂损的重要原因。基于技术分析,结合实际工程设计复核,对混凝土筏基抗裂验算中的组合拉应力、地下水浮力作用、裂缝宽度控制标准、温度后浇带效能等诸问题进行研究和讨论。
2015, 45(8): 121-124.
doi: 10.13204/j.gyjz201508022
摘要:
基于等效线性化法对并联复合隔震体系进行了简化计算分析。首先通过推导,将由基底剪力和位移表达的恢复力模型转化为基底剪力系数和位移模型;然后依据最新的建筑抗震设计规范,对简化分析方法的应用进行阐释;最后结合基底剪力系数和位移的结果,对并联复合隔震体系的隔震性能进行了分析,重点考察了不同刚度系数、摩擦承压比、场地特征周期的影响。结果表明:简化分析方法可以便捷有效地用于并联复合隔震体系的初步设计,为并联复合隔震体系的推广和应用奠定了基础。
基于等效线性化法对并联复合隔震体系进行了简化计算分析。首先通过推导,将由基底剪力和位移表达的恢复力模型转化为基底剪力系数和位移模型;然后依据最新的建筑抗震设计规范,对简化分析方法的应用进行阐释;最后结合基底剪力系数和位移的结果,对并联复合隔震体系的隔震性能进行了分析,重点考察了不同刚度系数、摩擦承压比、场地特征周期的影响。结果表明:简化分析方法可以便捷有效地用于并联复合隔震体系的初步设计,为并联复合隔震体系的推广和应用奠定了基础。
2015, 45(8): 125-128.
doi: 10.13204/j.gyjz201508023
摘要:
利用电化学试验,研究了Q235B型钢梁、ML15型栓钉、电弧熔焊焊肉及以栓钉杆为参照而组成的不同电偶对在模拟雨水和不同氯离子含量的饱和Ca(OH)2溶液中的腐蚀特性。试验结果表明:电弧熔焊焊肉的腐蚀敏感性最高,其次是冷墩栓钉头,再次为栓钉杆和钢梁;在本试验模拟的试验溶液中,焊肉与栓钉或钢梁间均具有形成电偶腐蚀的热力学条件,且随溶液腐蚀性增强,电偶对的电偶电流也随之变大;电偶腐蚀一旦发生,则焊肉的电偶腐蚀速率要高于其自腐蚀速率至少一个数量级。
利用电化学试验,研究了Q235B型钢梁、ML15型栓钉、电弧熔焊焊肉及以栓钉杆为参照而组成的不同电偶对在模拟雨水和不同氯离子含量的饱和Ca(OH)2溶液中的腐蚀特性。试验结果表明:电弧熔焊焊肉的腐蚀敏感性最高,其次是冷墩栓钉头,再次为栓钉杆和钢梁;在本试验模拟的试验溶液中,焊肉与栓钉或钢梁间均具有形成电偶腐蚀的热力学条件,且随溶液腐蚀性增强,电偶对的电偶电流也随之变大;电偶腐蚀一旦发生,则焊肉的电偶腐蚀速率要高于其自腐蚀速率至少一个数量级。
2015, 45(8): 129-134.
doi: 10.13204/j.gyjz201508024
摘要:
针对大跨度深基坑工程中换撑方案工期长、成本高的弊端,提出满堂支架体系取代换撑的优化方案。采用MIDAS GTS 4.0和SAP 2000有限元软件,对南京青奥轴线J2区段大跨度基坑工程分别进行换撑和满堂支架方案施工过程数值模拟,分析两种施工方案在地下连续墙侧向位移、基坑周边地表沉降、地下连续墙的受力、钢支撑轴力等方面的差异,其中重点分析了满堂支架方案对主体结构受力和满堂支架体系受力的影响。分析结果表明:采用满堂支架方案时,支护结构的变形、受力,主体结构的受力及满堂支架体系的受力均满足要求,大跨度深基坑工程采用满堂支架方案替代换撑方案进行施工是可行的。
针对大跨度深基坑工程中换撑方案工期长、成本高的弊端,提出满堂支架体系取代换撑的优化方案。采用MIDAS GTS 4.0和SAP 2000有限元软件,对南京青奥轴线J2区段大跨度基坑工程分别进行换撑和满堂支架方案施工过程数值模拟,分析两种施工方案在地下连续墙侧向位移、基坑周边地表沉降、地下连续墙的受力、钢支撑轴力等方面的差异,其中重点分析了满堂支架方案对主体结构受力和满堂支架体系受力的影响。分析结果表明:采用满堂支架方案时,支护结构的变形、受力,主体结构的受力及满堂支架体系的受力均满足要求,大跨度深基坑工程采用满堂支架方案替代换撑方案进行施工是可行的。
2015, 45(8): 135-138.
doi: 10.13204/j.gyjz201508025
摘要:
成都市二环路高架桥工程处于繁华老城区,为了保证高支墩(均12 m)长悬臂(均10.3 m)盖梁在施工中车辆的正常通行,设计了一套完整的盖梁施工支撑体系,包括三种受力体系方案比选及优选方案的力学分析、基础设计、安全体系设计和安装工艺设计。施工结果证明:选用方案满足设计线型和清水混凝土饰面的要求,为类似市政高架墩柱盖梁施工提供了一套应用性较强的方法。
成都市二环路高架桥工程处于繁华老城区,为了保证高支墩(均12 m)长悬臂(均10.3 m)盖梁在施工中车辆的正常通行,设计了一套完整的盖梁施工支撑体系,包括三种受力体系方案比选及优选方案的力学分析、基础设计、安全体系设计和安装工艺设计。施工结果证明:选用方案满足设计线型和清水混凝土饰面的要求,为类似市政高架墩柱盖梁施工提供了一套应用性较强的方法。
2015, 45(8): 139-144.
doi: 10.13204/j.gyjz201508026
摘要:
纤维增强材料(FRP)管-混凝土-钢管构件是一种新型组合构件,由外部FRP管、内层钢管以及两者之间填充的混凝土三部分组成,三种材料的协同互补和共同工作使该组合构件具有许多优于现有组合构件的力学性能,该组合构件外管和内管同心放置可用于受压构件,偏心放置可用于受弯构件。主要综述国内外关于该组合构件的最新研究成果,主要包括轴压、偏压和受弯作用下的破坏模式、主要影响因素,以及构件承载力实用计算式等。
纤维增强材料(FRP)管-混凝土-钢管构件是一种新型组合构件,由外部FRP管、内层钢管以及两者之间填充的混凝土三部分组成,三种材料的协同互补和共同工作使该组合构件具有许多优于现有组合构件的力学性能,该组合构件外管和内管同心放置可用于受压构件,偏心放置可用于受弯构件。主要综述国内外关于该组合构件的最新研究成果,主要包括轴压、偏压和受弯作用下的破坏模式、主要影响因素,以及构件承载力实用计算式等。
2015, 45(8): 145-152.
doi: 10.13204/j.gyjz201508027
摘要:
为了便于计算V形偏心支撑钢框架结构体系的层间侧移与耗能连梁转角,更好地理解V形偏心支撑受力特点,基于结构力学基本假定,给出其在侧向力作用下的耗能连梁剪力和支撑轴力计算式;依据侧向位移拆分原则,利用连梁剪力和支撑轴力表达式,推导出V形偏心支撑结构的弹性抗侧刚度,通过30个算例对比说明,抗侧刚度算式有较高的精度;在V形偏心支撑结构弹性内力分析的基础上,对比GB 500172003《钢结构设计规范》,对支撑杆件的设计提出新的建议;基于虚功原理和小变形假定:当已知外力分布时,依据偏心支撑达到极限状态时的典型屈服机制,推导出V形偏心支撑极限承载力算式,利用SAP 2000对10层算例进行推覆分析,验证极限承载力计算式。
为了便于计算V形偏心支撑钢框架结构体系的层间侧移与耗能连梁转角,更好地理解V形偏心支撑受力特点,基于结构力学基本假定,给出其在侧向力作用下的耗能连梁剪力和支撑轴力计算式;依据侧向位移拆分原则,利用连梁剪力和支撑轴力表达式,推导出V形偏心支撑结构的弹性抗侧刚度,通过30个算例对比说明,抗侧刚度算式有较高的精度;在V形偏心支撑结构弹性内力分析的基础上,对比GB 500172003《钢结构设计规范》,对支撑杆件的设计提出新的建议;基于虚功原理和小变形假定:当已知外力分布时,依据偏心支撑达到极限状态时的典型屈服机制,推导出V形偏心支撑极限承载力算式,利用SAP 2000对10层算例进行推覆分析,验证极限承载力计算式。
2015, 45(8): 153-159.
doi: 10.13204/j.gyjz201508028
摘要:
利用大型通用软件ANSYS,对不考虑缺陷的外传力钢框架节点试件进行分析,并与1/2缩尺试验结果进行对比,证明了模型的正确性。另外在钢柱垂直度偏差为设计标准所允许值5倍的条件下,建立6组不同钢梁翼缘宽度、厚度的试件,并相应调整传力板的设计参数,通过分析荷载-位移曲线以及应力分布情况,得出所加设的传力板厚度应与钢梁翼缘厚度相同,宽度宜为钢梁翼缘宽度的0.75~1.25倍。
利用大型通用软件ANSYS,对不考虑缺陷的外传力钢框架节点试件进行分析,并与1/2缩尺试验结果进行对比,证明了模型的正确性。另外在钢柱垂直度偏差为设计标准所允许值5倍的条件下,建立6组不同钢梁翼缘宽度、厚度的试件,并相应调整传力板的设计参数,通过分析荷载-位移曲线以及应力分布情况,得出所加设的传力板厚度应与钢梁翼缘厚度相同,宽度宜为钢梁翼缘宽度的0.75~1.25倍。
2015, 45(8): 160-165.
doi: 10.13204/j.gyjz201508029
摘要:
单机功率高、风机尺寸大、轮毂高度高已成为海上风电发展的主要特点,而锥筒式塔架结构由于其局部易屈曲、施工难度大和整体刚度弱等缺点,已不能满足当前海上风电的发展要求,因此提出一种桁架式海上风电支撑结构,并对其基本静力性能、动力性能和风振效应进行分析研究,结果表明,在用钢量相同的情况下,桁架式海上风电支撑结构的水平承载力比锥筒式提高46%以上,风振系数降低19.3%以上,桁架式海上风电支撑结构的力学性能优于锥筒式海上风电支撑结构。
单机功率高、风机尺寸大、轮毂高度高已成为海上风电发展的主要特点,而锥筒式塔架结构由于其局部易屈曲、施工难度大和整体刚度弱等缺点,已不能满足当前海上风电的发展要求,因此提出一种桁架式海上风电支撑结构,并对其基本静力性能、动力性能和风振效应进行分析研究,结果表明,在用钢量相同的情况下,桁架式海上风电支撑结构的水平承载力比锥筒式提高46%以上,风振系数降低19.3%以上,桁架式海上风电支撑结构的力学性能优于锥筒式海上风电支撑结构。
2015, 45(8): 166-169.
doi: 10.13204/j.gyjz201508030
摘要:
H形截面铝合金压弯构件的设计方法在工程中往往直接应用于T形截面构件,这一现状与后者的稳定性能并不相符。根据有限元方法对腹板端受压较大的T形截面铝合金压弯构件的平面内稳定承载力进行了参数分析。分析方法中考虑了材料非线性、几何非线性和初始缺陷的影响,对三种T形截面和两种典型合金类型(弱硬化合金和强硬化合金)进行了计算,并比较了GB 504292007《铝合金结构设计规范》推荐算式、文中建议公式和数值方法所得的计算结果。结果表明:GB 504292007推荐算式偏于安全较多,而文中提出的算式更为精确并足够安全。
H形截面铝合金压弯构件的设计方法在工程中往往直接应用于T形截面构件,这一现状与后者的稳定性能并不相符。根据有限元方法对腹板端受压较大的T形截面铝合金压弯构件的平面内稳定承载力进行了参数分析。分析方法中考虑了材料非线性、几何非线性和初始缺陷的影响,对三种T形截面和两种典型合金类型(弱硬化合金和强硬化合金)进行了计算,并比较了GB 504292007《铝合金结构设计规范》推荐算式、文中建议公式和数值方法所得的计算结果。结果表明:GB 504292007推荐算式偏于安全较多,而文中提出的算式更为精确并足够安全。
2015, 45(8): 170-174.
doi: 10.13204/j.gyjz201508031
摘要:
按照实际工程构件,采用1∶0.55的缩尺比例完成了4个型钢混凝土梁板试件在偏心受拉状态下的单调静力加载试验,研究了试件的破坏模式、裂缝分布及开展宽度、承载能力等。试验结果表明:在实际工程的荷载工况组合下,试件内的短期裂缝宽度均小于GB 500102012《混凝土结构设计规范》规定的限值,符合要求。通过参考JGJ 1382001《型钢混凝土组合结构技术规程》中受弯构件的裂缝宽度计算式,并结合GB 500102012中偏心受拉裂缝宽度计算公式,整理出型钢混凝土偏心受拉构件在短期荷载作用下的最大裂缝宽度计算公式,并将计算结果与试验结果进行了对比。
按照实际工程构件,采用1∶0.55的缩尺比例完成了4个型钢混凝土梁板试件在偏心受拉状态下的单调静力加载试验,研究了试件的破坏模式、裂缝分布及开展宽度、承载能力等。试验结果表明:在实际工程的荷载工况组合下,试件内的短期裂缝宽度均小于GB 500102012《混凝土结构设计规范》规定的限值,符合要求。通过参考JGJ 1382001《型钢混凝土组合结构技术规程》中受弯构件的裂缝宽度计算式,并结合GB 500102012中偏心受拉裂缝宽度计算公式,整理出型钢混凝土偏心受拉构件在短期荷载作用下的最大裂缝宽度计算公式,并将计算结果与试验结果进行了对比。
2015, 45(8): 175-179.
doi: 10.13204/j.gyjz201508032
摘要:
以型钢高性能混凝土剪力墙试验研究为基础,利用有限元软件ABAQUS,考虑材料非线性,对型钢HPFRCC剪力墙构件的加载全过程进行数值模拟,其结果与试验结果吻合较好。根据该有限元模型,分析型钢混凝土剪力墙中采用高强度高延性的高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)替代混凝土后的性能特点。结果表明:在抗剪钢筋和约束钢筋相同的情况下,型钢HPFRCC剪力墙可明显提高剪力墙的抗震能力及耐损伤能力,减小震后修复费用;对于塑性铰区采用HPFRCC的型钢HPFRCC-混凝土组合剪力墙,塑性铰高度较大时,型钢HPFRCC-混凝土剪力墙的变形能力较好,但其范围有临界值,超过临界值,再增大HPFRCC的范围,剪力墙的变形能力不再增大。
以型钢高性能混凝土剪力墙试验研究为基础,利用有限元软件ABAQUS,考虑材料非线性,对型钢HPFRCC剪力墙构件的加载全过程进行数值模拟,其结果与试验结果吻合较好。根据该有限元模型,分析型钢混凝土剪力墙中采用高强度高延性的高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)替代混凝土后的性能特点。结果表明:在抗剪钢筋和约束钢筋相同的情况下,型钢HPFRCC剪力墙可明显提高剪力墙的抗震能力及耐损伤能力,减小震后修复费用;对于塑性铰区采用HPFRCC的型钢HPFRCC-混凝土组合剪力墙,塑性铰高度较大时,型钢HPFRCC-混凝土剪力墙的变形能力较好,但其范围有临界值,超过临界值,再增大HPFRCC的范围,剪力墙的变形能力不再增大。
2015, 45(8): 180-184.
doi: 10.13204/j.gyjz201508033
摘要:
采用自主研制的一套预应力碳纤维板锚固和张拉机械装置,在3根长5.6 m的混凝土梁上使用该加固系统对碳纤维板做了张拉和锚固,进行了变黏结预应力碳纤维板加固混凝土受弯构件的试验研究,对比分析了在碳纤维板和混凝土受弯构件之间使用有机胶黏结、不使用有机胶黏结和利用电加热装置使得前期有黏结而后期无黏结对混凝土受弯构件裂缝、承载力的影响情况。试验结果表明:变黏结预应力同时具有无黏结和有黏结预应力的特点。
采用自主研制的一套预应力碳纤维板锚固和张拉机械装置,在3根长5.6 m的混凝土梁上使用该加固系统对碳纤维板做了张拉和锚固,进行了变黏结预应力碳纤维板加固混凝土受弯构件的试验研究,对比分析了在碳纤维板和混凝土受弯构件之间使用有机胶黏结、不使用有机胶黏结和利用电加热装置使得前期有黏结而后期无黏结对混凝土受弯构件裂缝、承载力的影响情况。试验结果表明:变黏结预应力同时具有无黏结和有黏结预应力的特点。
2015, 45(8): 185-191.
doi: 10.13204/j.gyjz201508034
摘要:
通过对3根模型比为1/2的钢筋混凝土框架柱试件在低周水平往复荷载作用下的抗震试验,研究喷射混杂玄武岩-碳纤维增强复合材料加固震损钢筋混凝土框架柱的抗震性能及加固效果。试验结果表明:震损至纵筋屈服的框架柱经喷射加固后,其极限承载力基本可恢复到震损前框架柱的极限承载力,位移延性系数和循环累积耗能则分别提高了7.43%和22%,且软化阶段刚度退化速度明显慢于未加固框架柱。震损至极限破坏的框架柱经喷射加固后,其峰值荷载和循环累积耗能分别降低了11.9%和39%,而位移延性系数略有提高;虽然因预损程度严重,其初始刚度明显低于未加固框架柱和震损屈服后加固框架柱,但因喷射纤维增强材料FRP加固层的拉结约束作用,其刚度退化速度仍能与未加固框架柱和震损屈服后加固框架柱基本持平。喷射混杂纤维复合材料可以有效恢复甚至改善震损框架柱的抗震性能,抗震加固效果良好。喷射加固方法可以对地震区已震损框架柱进行快速加固,有效防止框架结构在地震余震中发生倒塌等严重破坏。
通过对3根模型比为1/2的钢筋混凝土框架柱试件在低周水平往复荷载作用下的抗震试验,研究喷射混杂玄武岩-碳纤维增强复合材料加固震损钢筋混凝土框架柱的抗震性能及加固效果。试验结果表明:震损至纵筋屈服的框架柱经喷射加固后,其极限承载力基本可恢复到震损前框架柱的极限承载力,位移延性系数和循环累积耗能则分别提高了7.43%和22%,且软化阶段刚度退化速度明显慢于未加固框架柱。震损至极限破坏的框架柱经喷射加固后,其峰值荷载和循环累积耗能分别降低了11.9%和39%,而位移延性系数略有提高;虽然因预损程度严重,其初始刚度明显低于未加固框架柱和震损屈服后加固框架柱,但因喷射纤维增强材料FRP加固层的拉结约束作用,其刚度退化速度仍能与未加固框架柱和震损屈服后加固框架柱基本持平。喷射混杂纤维复合材料可以有效恢复甚至改善震损框架柱的抗震性能,抗震加固效果良好。喷射加固方法可以对地震区已震损框架柱进行快速加固,有效防止框架结构在地震余震中发生倒塌等严重破坏。
2015, 45(8): 192-195.
doi: 10.13204/j.gyjz201508035
摘要:
工业建筑往往过于强调功能性,对于工作生活在其空间环境的情感因素关注度不够。以武汉1 000 k V变电站建筑设计方案为例,从尊重自然、地域化及历史文化印象三个层面探索浪漫主义在功能性建筑的表现形式,营造能激励生产人员工作热情及与人居自然环境共生的工业建筑空间环境。
工业建筑往往过于强调功能性,对于工作生活在其空间环境的情感因素关注度不够。以武汉1 000 k V变电站建筑设计方案为例,从尊重自然、地域化及历史文化印象三个层面探索浪漫主义在功能性建筑的表现形式,营造能激励生产人员工作热情及与人居自然环境共生的工业建筑空间环境。
2015, 45(8): 196-199.
doi: 10.13204/j.gyjz201508036
摘要:
空腹式张弦桁架结构是一种新型的预应力钢结构体系。上部桁架无斜腹杆,形成通透空间;下部为高强拉索。上、下两部分之间采用撑杆连接。通过工程实例,研究该类结构体系的预应力施工动态结构模型建立、施工工况仿真计算等内容。
空腹式张弦桁架结构是一种新型的预应力钢结构体系。上部桁架无斜腹杆,形成通透空间;下部为高强拉索。上、下两部分之间采用撑杆连接。通过工程实例,研究该类结构体系的预应力施工动态结构模型建立、施工工况仿真计算等内容。
