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2023年 第53卷 第3期
2023, 53(3): 1-11,20.
doi: 10.13204/j.gyjzG22083114
摘要:
对应力影响下预应力筋腐蚀性能的相关研究进行了综述,从腐蚀现象和腐蚀效应两方面总结了相关研究的成果。腐蚀现象的研究关注腐蚀起始和点蚀形成、点蚀演化和裂纹成核、裂纹扩展和金属断裂的整个发展过程。预应力筋中的应力影响钝化膜的形成和破坏,进而影响点蚀敏感性。因点蚀演化在蚀坑处形成微裂纹是应力腐蚀开裂的典型特征,分析裂纹扩展模式和断口形貌可以确定该断裂模式。腐蚀效应的研究重点关注有应力历史的腐蚀预应力筋的力学性能退化,研究表明强度和延性均有不同程度的降低,关于应力水平/应力幅对性能退化的影响规律仍需进一步研究。
对应力影响下预应力筋腐蚀性能的相关研究进行了综述,从腐蚀现象和腐蚀效应两方面总结了相关研究的成果。腐蚀现象的研究关注腐蚀起始和点蚀形成、点蚀演化和裂纹成核、裂纹扩展和金属断裂的整个发展过程。预应力筋中的应力影响钝化膜的形成和破坏,进而影响点蚀敏感性。因点蚀演化在蚀坑处形成微裂纹是应力腐蚀开裂的典型特征,分析裂纹扩展模式和断口形貌可以确定该断裂模式。腐蚀效应的研究重点关注有应力历史的腐蚀预应力筋的力学性能退化,研究表明强度和延性均有不同程度的降低,关于应力水平/应力幅对性能退化的影响规律仍需进一步研究。
2023, 53(3): 12-20.
doi: 10.13204/j.gyjzG22082911
摘要:
预应力混凝土双T板集预制结构特性和良好力学性能于一体,在国内外各类大跨度工业及公共建筑中广泛应用。基于国内外预应力混凝土双T板研究与应用现状,对其结构性能研究与工程应用进展进行了总结,介绍了受力性能、连接方式、抗灾性能等重点领域的研究进展,简介了双T板工程应用的设计计算要点和若干具有代表性的工程应用,探讨了高性能材料、新型截面形式、配套工艺等重点发展方向,以期为预应力混凝土双T板的进一步应用及研究方向提供一定的参考。
预应力混凝土双T板集预制结构特性和良好力学性能于一体,在国内外各类大跨度工业及公共建筑中广泛应用。基于国内外预应力混凝土双T板研究与应用现状,对其结构性能研究与工程应用进展进行了总结,介绍了受力性能、连接方式、抗灾性能等重点领域的研究进展,简介了双T板工程应用的设计计算要点和若干具有代表性的工程应用,探讨了高性能材料、新型截面形式、配套工艺等重点发展方向,以期为预应力混凝土双T板的进一步应用及研究方向提供一定的参考。
2023, 53(3): 21-28.
doi: 10.13204/j.gyjzG22083007
摘要:
针对预应力碳纤维增强复材(CFRP)板加固钢筋混凝土梁开展了一系列试验研究,对比了现有的外贴预应力加固法和新型跨中顶撑张拉加固法对未损伤梁及损伤梁的加固效果。试验结果表明,新型跨中顶撑张拉加固法可有效提升被加固混凝土梁的开裂荷载和极限承载力,开裂荷载最大提升100%,承载力最大提高48%,均优于传统的外贴预应力加固法。同时,新型加固方法实现了较好的延性,使得用高强弹脆性材料加固的混凝土梁在受弯中产生了较长的屈服平台,为进一步研究高性能材料在结构中的应用提供了参考。
针对预应力碳纤维增强复材(CFRP)板加固钢筋混凝土梁开展了一系列试验研究,对比了现有的外贴预应力加固法和新型跨中顶撑张拉加固法对未损伤梁及损伤梁的加固效果。试验结果表明,新型跨中顶撑张拉加固法可有效提升被加固混凝土梁的开裂荷载和极限承载力,开裂荷载最大提升100%,承载力最大提高48%,均优于传统的外贴预应力加固法。同时,新型加固方法实现了较好的延性,使得用高强弹脆性材料加固的混凝土梁在受弯中产生了较长的屈服平台,为进一步研究高性能材料在结构中的应用提供了参考。
2023, 53(3): 29-34,28.
doi: 10.13204/j.gyjzG22081301
摘要:
为了研究新型干湿混合式局部后张预应力装配式混凝土框架节点的抗震性能,采用ABAQUS软件对两种不同预应力筋形式的节点构件,即预应力筋为钢拉杆或高强钢筋,建立实体有限元模型进行数值模拟分析,并通过试验结果进行验证,最后对混凝土强度等级、预应力筋张拉力、轴压比等相关因素进行了参数分析。研究结果表明:考虑钢筋滑移的有限元模型模拟结果与试验结果基本吻合,钢拉杆节点的累计耗能约为高强钢筋节点的41%;混凝土强度由C30提高到C50时,两种节点的承载能力提高均不到5%;相比于高强钢筋节点,预应力筋张拉力的增加能够明显减小钢拉杆节点的屈服位移,提高其前期刚度、延性;在轴压比0.6内,轴压比的增大仅对高强钢筋节点的极限承载力有所提高。
为了研究新型干湿混合式局部后张预应力装配式混凝土框架节点的抗震性能,采用ABAQUS软件对两种不同预应力筋形式的节点构件,即预应力筋为钢拉杆或高强钢筋,建立实体有限元模型进行数值模拟分析,并通过试验结果进行验证,最后对混凝土强度等级、预应力筋张拉力、轴压比等相关因素进行了参数分析。研究结果表明:考虑钢筋滑移的有限元模型模拟结果与试验结果基本吻合,钢拉杆节点的累计耗能约为高强钢筋节点的41%;混凝土强度由C30提高到C50时,两种节点的承载能力提高均不到5%;相比于高强钢筋节点,预应力筋张拉力的增加能够明显减小钢拉杆节点的屈服位移,提高其前期刚度、延性;在轴压比0.6内,轴压比的增大仅对高强钢筋节点的极限承载力有所提高。
2023, 53(3): 35-40.
doi: 10.13204/j.gyjzG22083020
摘要:
为研究地震动持时对具有半刚性特征的自复位预应力混凝土(SCPC)框架动力响应的影响,以一8度设防地区的摩擦耗能型SCPC框架为分析算例进行分析。利用OpenSees有限元分析软件建立其有限元模型,基于规范反应谱拟合生成2组(20条)持时分别为20 s和60 s的地震波为激励,对结构进行设防烈度地震和罕遇地震下的非线性动力时程分析。结果表明:设防烈度地震水平,持时对结构动力响应的影响较小,结构可较好地实现震后立即使用的性能目标;罕遇地震水平,短持时地震作用下SCPC框架可较好地实现震后可修的性能目标,而长持时地震会导致SCPC框架的下部楼层侧移和残余位移过大,梁柱损伤加剧,结构不易实现"大震可修"性能目标。
为研究地震动持时对具有半刚性特征的自复位预应力混凝土(SCPC)框架动力响应的影响,以一8度设防地区的摩擦耗能型SCPC框架为分析算例进行分析。利用OpenSees有限元分析软件建立其有限元模型,基于规范反应谱拟合生成2组(20条)持时分别为20 s和60 s的地震波为激励,对结构进行设防烈度地震和罕遇地震下的非线性动力时程分析。结果表明:设防烈度地震水平,持时对结构动力响应的影响较小,结构可较好地实现震后立即使用的性能目标;罕遇地震水平,短持时地震作用下SCPC框架可较好地实现震后可修的性能目标,而长持时地震会导致SCPC框架的下部楼层侧移和残余位移过大,梁柱损伤加剧,结构不易实现"大震可修"性能目标。
2023, 53(3): 41-47.
doi: 10.13204/j.gyjzG22062205
摘要:
在安全壳结构整体性试验中,安全壳变形主要由试验压力引起,同时受环境温度、太阳辐射等综合环境因素的影响。为提高试验的变形测量精度,并对其进行合理的修正,通过有限元模拟分析,研究了环境温度、太阳辐射、辐射换热以及不同热边界条件施加方法对安全壳变形的影响规律。结果表明,安全壳位移随环境温度近似呈正弦曲线变化,较环境温度变化滞后约2 h。当忽略太阳辐射的影响时,穹顶竖向位移平均幅值降低了约49%,筒身水平径向位移平均幅值降低了约21%,说明环境温度和太阳辐射是影响安全壳变形的主要环境因素,应在安全壳结构整体性试验时对变形测量结果进行合理的修正。辐射换热是影响安全壳结构变形的次要环境因素,为保障模拟精度,建议考虑该因素的影响。当采用不同热边界条件施加方法时,安全壳变形几乎相同。
在安全壳结构整体性试验中,安全壳变形主要由试验压力引起,同时受环境温度、太阳辐射等综合环境因素的影响。为提高试验的变形测量精度,并对其进行合理的修正,通过有限元模拟分析,研究了环境温度、太阳辐射、辐射换热以及不同热边界条件施加方法对安全壳变形的影响规律。结果表明,安全壳位移随环境温度近似呈正弦曲线变化,较环境温度变化滞后约2 h。当忽略太阳辐射的影响时,穹顶竖向位移平均幅值降低了约49%,筒身水平径向位移平均幅值降低了约21%,说明环境温度和太阳辐射是影响安全壳变形的主要环境因素,应在安全壳结构整体性试验时对变形测量结果进行合理的修正。辐射换热是影响安全壳结构变形的次要环境因素,为保障模拟精度,建议考虑该因素的影响。当采用不同热边界条件施加方法时,安全壳变形几乎相同。
2023, 53(3): 48-52.
doi: 10.13204/j.gyjzG22082909
摘要:
陆上风电超高装配式混凝土塔筒采用中空基础,与后张预应力梁式混凝土结构的受力特点不同,针对此特点提出一种分阶段同步对称张拉的施工方法,同时利用有限元分析软件对不同张拉方案进行数值模拟,通过比较各张拉阶段中索力的变动情况和结构的应力响应,对比塔筒结构最大拉应力值及其应力分布的均匀性,对各方案进行综合评价和筛选,确定较合理的张拉方法以指导现场施工,以促进这一种新型的风电基础及类似结构的推广应用。
陆上风电超高装配式混凝土塔筒采用中空基础,与后张预应力梁式混凝土结构的受力特点不同,针对此特点提出一种分阶段同步对称张拉的施工方法,同时利用有限元分析软件对不同张拉方案进行数值模拟,通过比较各张拉阶段中索力的变动情况和结构的应力响应,对比塔筒结构最大拉应力值及其应力分布的均匀性,对各方案进行综合评价和筛选,确定较合理的张拉方法以指导现场施工,以促进这一种新型的风电基础及类似结构的推广应用。
2023, 53(3): 53-61.
doi: 10.13204/j.gyjz22011409
摘要:
在当今复杂性理论和审美意向不断拓展的时代背景下,许多建筑的空间、形态、表皮设计与数字化技术结合,突破原有范式和设计方法的束缚呈现出复杂性及多样性趋势。尤其建筑形态及表皮的生成逻辑和表现形式呈现出非线性和动态变化的复杂特征。以建筑的复杂性为切入点,对复杂性建筑的形态及表皮设计方法进行研究和剖析,具体结合大型公共建筑如体育活动中心设计实践,将复杂性理论中的"几何分形"及"涌现生成"作为主要设计理念,探究复杂性建筑形态和表皮的数字化设计过程及优化内容;在技术方法上强调基于该设计理念的数字化设计程序对建筑整体形态及表皮的塑造作用,研究其符合当代技术美学的表达方式,结合数字化设计方法为复杂性建筑形态和表皮的设计策略提供借鉴。
在当今复杂性理论和审美意向不断拓展的时代背景下,许多建筑的空间、形态、表皮设计与数字化技术结合,突破原有范式和设计方法的束缚呈现出复杂性及多样性趋势。尤其建筑形态及表皮的生成逻辑和表现形式呈现出非线性和动态变化的复杂特征。以建筑的复杂性为切入点,对复杂性建筑的形态及表皮设计方法进行研究和剖析,具体结合大型公共建筑如体育活动中心设计实践,将复杂性理论中的"几何分形"及"涌现生成"作为主要设计理念,探究复杂性建筑形态和表皮的数字化设计过程及优化内容;在技术方法上强调基于该设计理念的数字化设计程序对建筑整体形态及表皮的塑造作用,研究其符合当代技术美学的表达方式,结合数字化设计方法为复杂性建筑形态和表皮的设计策略提供借鉴。
2023, 53(3): 62-71.
doi: 10.13204/j.gyjzG21050202
摘要:
村镇聚落空间格局演变特征是优化村镇地域要素配置的重要依据。以承德中心城区及周边区域的村镇聚落为研究对象,运用ENVI软件将多源遥感数据数字化,通过GIS的标准差椭圆法、最近邻指数法(ANN)、核密度估计法(KDE)分析不同城乡关系影响下的村镇聚落空间格局演变特征,发现:受地形地貌、河流水系等内部驱动力,道路交通、经济发展等外部驱动力,以及城乡发展矛盾的综合驱动力的影响,村镇聚落呈现"向心集中—外围扩散、中心位置偏移、聚集程度减弱"的发展趋势,总体空间格局逐渐由单中心布局模式转为多中心布局模式,最终将转变为多个"核心—外围"结构组成的复杂均衡的网络式空间格局。
村镇聚落空间格局演变特征是优化村镇地域要素配置的重要依据。以承德中心城区及周边区域的村镇聚落为研究对象,运用ENVI软件将多源遥感数据数字化,通过GIS的标准差椭圆法、最近邻指数法(ANN)、核密度估计法(KDE)分析不同城乡关系影响下的村镇聚落空间格局演变特征,发现:受地形地貌、河流水系等内部驱动力,道路交通、经济发展等外部驱动力,以及城乡发展矛盾的综合驱动力的影响,村镇聚落呈现"向心集中—外围扩散、中心位置偏移、聚集程度减弱"的发展趋势,总体空间格局逐渐由单中心布局模式转为多中心布局模式,最终将转变为多个"核心—外围"结构组成的复杂均衡的网络式空间格局。
2023, 53(3): 72-78.
doi: 10.13204/j.gyjzG21083010
摘要:
针对既有住宅改造实践中缺乏科学系统评估和评价方法的状况,综合利用调查研究、专家意见征询、专家赋权以及层次分析法等方法,构建了既有住宅宜居改造效果评价体系,包含10个一级指标、28个二级指标、86个三级指标,并对指标权重、分值计算进行详尽的研究。最后,运用该体系在5个示范工程,共计50余万m2的改造项目中进行试评价,论证了该评价体系的可操作性。
针对既有住宅改造实践中缺乏科学系统评估和评价方法的状况,综合利用调查研究、专家意见征询、专家赋权以及层次分析法等方法,构建了既有住宅宜居改造效果评价体系,包含10个一级指标、28个二级指标、86个三级指标,并对指标权重、分值计算进行详尽的研究。最后,运用该体系在5个示范工程,共计50余万m2的改造项目中进行试评价,论证了该评价体系的可操作性。
2023, 53(3): 79-87,196.
doi: 10.13204/j.gyjzG21061101
摘要:
郑州市第二砂轮厂(简称"二砂厂")旧址是郑州西部老工业基地的重要组成部分,见证了老工业基地的兴衰演变,在城市更新的进程中,通过对"二砂厂"历史文脉研究,保留场地内的物质环境要素,并结合工业文化记忆激活旧工业区的公共空间品质,建立积极的周边社区关系,将"二砂厂"打造成郑州老城区活力新地标。以存量体系控制作为研究方法,针对"二砂厂"的改造从物质性、时间性和操作性三个层面着手,通过空间互补、活力塑造以及多元融合的规划策略,呈现新旧建筑之间的开放融合与多元重生。在规划设计中尊重旧工业区原有空间格局,营造特色的场地公共空间布局,再现现代主义的包豪斯建筑风貌,通过更新改造给"二砂厂"赋予新的功能与意义,也为研究工业遗产的淬炼、重生在空间层面的落实提供一定借鉴。
郑州市第二砂轮厂(简称"二砂厂")旧址是郑州西部老工业基地的重要组成部分,见证了老工业基地的兴衰演变,在城市更新的进程中,通过对"二砂厂"历史文脉研究,保留场地内的物质环境要素,并结合工业文化记忆激活旧工业区的公共空间品质,建立积极的周边社区关系,将"二砂厂"打造成郑州老城区活力新地标。以存量体系控制作为研究方法,针对"二砂厂"的改造从物质性、时间性和操作性三个层面着手,通过空间互补、活力塑造以及多元融合的规划策略,呈现新旧建筑之间的开放融合与多元重生。在规划设计中尊重旧工业区原有空间格局,营造特色的场地公共空间布局,再现现代主义的包豪斯建筑风貌,通过更新改造给"二砂厂"赋予新的功能与意义,也为研究工业遗产的淬炼、重生在空间层面的落实提供一定借鉴。
2023, 53(3): 88-95.
doi: 10.13204/j.gyjzG22080111
摘要:
从价值认知、政策驱动和自然架构的角度,对传统聚落空间的地理位置和生态环境进行了理论研究,结合传统文化保护的国家方针政策,因地制宜提出了"以点成线,以线带面,面面相连"的聚落数字连片保护方案。通过BIM与GIS技术对传统民居进行了数字化的建模和创新性应用,实现聚落空间文化在传承中发展、在保护中活化。
从价值认知、政策驱动和自然架构的角度,对传统聚落空间的地理位置和生态环境进行了理论研究,结合传统文化保护的国家方针政策,因地制宜提出了"以点成线,以线带面,面面相连"的聚落数字连片保护方案。通过BIM与GIS技术对传统民居进行了数字化的建模和创新性应用,实现聚落空间文化在传承中发展、在保护中活化。
2023, 53(3): 96-104.
doi: 10.13204/j.gyjzG21100101
摘要:
2014年,大运河被列入《世界遗产名录》,同时,我国已将大运河保护、传承和利用作为国家战略。纵观运河全域,运河沿线古镇空间是运河文化传承和发展的重要物质载体,而民居建筑空间则是古镇空间的核心构成,鲁运河古镇民居建筑空间在发展演变过程中形成了具有运河文化特征的典型性空间范式和运河历史文化特征元素,但未被系统的识别和归纳。以鲁运河古镇民居建筑空间为研究对象,通过调研和文献分析,从民居建筑不同尺度层级下分别分析合院建筑空间形态特征和建筑空间中屋顶、墙体和门窗特征,定位运河文化下民居建筑空间形态的基本特征,提出民居建筑空间的设计引导策略,并指导民居建筑空间保护和修缮实践。将运河文化融入民居建筑空间,以期推动鲁运河古镇空间的历史价值研究,消除运河文化与古镇空间的割裂发展状态。
2014年,大运河被列入《世界遗产名录》,同时,我国已将大运河保护、传承和利用作为国家战略。纵观运河全域,运河沿线古镇空间是运河文化传承和发展的重要物质载体,而民居建筑空间则是古镇空间的核心构成,鲁运河古镇民居建筑空间在发展演变过程中形成了具有运河文化特征的典型性空间范式和运河历史文化特征元素,但未被系统的识别和归纳。以鲁运河古镇民居建筑空间为研究对象,通过调研和文献分析,从民居建筑不同尺度层级下分别分析合院建筑空间形态特征和建筑空间中屋顶、墙体和门窗特征,定位运河文化下民居建筑空间形态的基本特征,提出民居建筑空间的设计引导策略,并指导民居建筑空间保护和修缮实践。将运河文化融入民居建筑空间,以期推动鲁运河古镇空间的历史价值研究,消除运河文化与古镇空间的割裂发展状态。
2023, 53(3): 105-114.
doi: 10.13204/j.gyjzG22082104
摘要:
侗族民居是我国西南地区少数民族最为典型的传统居住类型,其空间形态具有鲜明的地域性及民族特色。以广西柳州市三江侗族自治县和湖南邵阳市隆回县的侗族民居为研究对象,选取典型的27栋侗族民居进行测绘与调研,提取其功能分布以及空间连接特点,进行基于空间句法的拓扑结构分析及运算。从空间和文化双重角度对民居进行空间拓扑关系分析,通过空间句法"凸空间模型"测算出核心功能空间,并将其归纳为四种类型:堂屋中心型、廊道中心型、院落中心型,复合分布型,总结不同核心功能空间所代表的居民生活方式以及地域建筑的平面空间特征,将不同的平面空间组合方式与"居中为尊的堂屋文化""聚房而居的宗族文化""四水归堂的思想""崇拜祖先的火塘文化"等文化进行耦合对应,揭示侗族民居建筑空间组合背后的文化内涵。
侗族民居是我国西南地区少数民族最为典型的传统居住类型,其空间形态具有鲜明的地域性及民族特色。以广西柳州市三江侗族自治县和湖南邵阳市隆回县的侗族民居为研究对象,选取典型的27栋侗族民居进行测绘与调研,提取其功能分布以及空间连接特点,进行基于空间句法的拓扑结构分析及运算。从空间和文化双重角度对民居进行空间拓扑关系分析,通过空间句法"凸空间模型"测算出核心功能空间,并将其归纳为四种类型:堂屋中心型、廊道中心型、院落中心型,复合分布型,总结不同核心功能空间所代表的居民生活方式以及地域建筑的平面空间特征,将不同的平面空间组合方式与"居中为尊的堂屋文化""聚房而居的宗族文化""四水归堂的思想""崇拜祖先的火塘文化"等文化进行耦合对应,揭示侗族民居建筑空间组合背后的文化内涵。
2023, 53(3): 115-121.
doi: 10.13204/j.gyjzG22031112
摘要:
由于超高性能混凝土(UHPC)的受力性能有别于普通混凝土,配筋UHPC构件的设计无法直接沿用普通钢筋混凝土构件的设计方法,故有必要进行针对性的研究。基于有限条带法建立了关于截面弯矩和曲率的分析模型并采用MATLAB软件编制了相关计算程序,通过与试验数据对比,验证了计算程序的适用性,并进行了参数的扩展分析,研究参数包括配筋率、UHPC占比及填充区域。研究发现:在配筋率适中的情况下,推荐将一部分UHPC同时配置于截面的受压区和受拉区。而对于较高配筋率的情况,为保证构件延性,应尽量采用全截面UHPC方案。
由于超高性能混凝土(UHPC)的受力性能有别于普通混凝土,配筋UHPC构件的设计无法直接沿用普通钢筋混凝土构件的设计方法,故有必要进行针对性的研究。基于有限条带法建立了关于截面弯矩和曲率的分析模型并采用MATLAB软件编制了相关计算程序,通过与试验数据对比,验证了计算程序的适用性,并进行了参数的扩展分析,研究参数包括配筋率、UHPC占比及填充区域。研究发现:在配筋率适中的情况下,推荐将一部分UHPC同时配置于截面的受压区和受拉区。而对于较高配筋率的情况,为保证构件延性,应尽量采用全截面UHPC方案。
2023, 53(3): 122-129,52.
doi: 10.13204/j.gyjzG22013101
摘要:
为研究预装修模块化箱体建筑体系中双皮拼装剪力墙的抗震性能,设计了4个双皮拼装剪力墙和1个现浇剪力墙,在一定轴压比下对其进行低周往复加载试验,研究灌浆料强度、插筋直径以及轴压比对其破坏形态、承载力、延性、刚度及耗能的影响。试验结果表明:灌浆料、软索拉环、插筋能将双皮拼装剪力墙连接成整体;双皮拼装剪力墙的破坏形态与现浇墙类似,墙体形成X形交叉裂缝并且低部混凝土压碎;在同一条件下,现浇墙体与双皮拼装剪力墙的极限荷载基本相等;随着轴压比的提高,双皮拼装剪力墙体刚度随之提高。最后,对双皮拼装剪力墙的破坏机理和底部钢筋应变进行了分析。
为研究预装修模块化箱体建筑体系中双皮拼装剪力墙的抗震性能,设计了4个双皮拼装剪力墙和1个现浇剪力墙,在一定轴压比下对其进行低周往复加载试验,研究灌浆料强度、插筋直径以及轴压比对其破坏形态、承载力、延性、刚度及耗能的影响。试验结果表明:灌浆料、软索拉环、插筋能将双皮拼装剪力墙连接成整体;双皮拼装剪力墙的破坏形态与现浇墙类似,墙体形成X形交叉裂缝并且低部混凝土压碎;在同一条件下,现浇墙体与双皮拼装剪力墙的极限荷载基本相等;随着轴压比的提高,双皮拼装剪力墙体刚度随之提高。最后,对双皮拼装剪力墙的破坏机理和底部钢筋应变进行了分析。
2023, 53(3): 130-138.
doi: 10.13204/j.gyjzG22040210
摘要:
自复位结构具备良好的耗能和自复位性能,能控制结构地震响应,减小结构残余层间位移角,降低结构损伤。对新型装配式干连接自复位节点性能进行研究,介绍有限元建模过程,同时设置现浇节点进行对比研究。通过有限元模拟,研究节点强度、刚度、应力分布及破坏机理、抗震性能和节点性能影响参数。研究表明:干连接自复位节点初始刚度与现浇节点相当,具有较强的耗能能力和自复位性能,同时节点性能主要受预应力筋初始预拉力和耗能螺栓屈服强度影响。
自复位结构具备良好的耗能和自复位性能,能控制结构地震响应,减小结构残余层间位移角,降低结构损伤。对新型装配式干连接自复位节点性能进行研究,介绍有限元建模过程,同时设置现浇节点进行对比研究。通过有限元模拟,研究节点强度、刚度、应力分布及破坏机理、抗震性能和节点性能影响参数。研究表明:干连接自复位节点初始刚度与现浇节点相当,具有较强的耗能能力和自复位性能,同时节点性能主要受预应力筋初始预拉力和耗能螺栓屈服强度影响。
2023, 53(3): 139-145,71.
doi: 10.13204/j.gyjzG22032505
摘要:
为研究套筒灌浆缺陷对装配整体式混凝土剪力墙抗震性能的影响,设计并制作了3个缺陷程度递增的足尺寸剪力墙试件和1个无缺陷对比试件,对其进行拟静力试验并对试件破坏过程、承载力、刚度和耗能能力进行分析。结果表明:相对于无缺陷试件,灌浆缺陷对开裂荷载的影响不大,但会导致试件的滞回曲线产生不同程度的捏缩;随着缺陷程度的增加,试件的屈服荷载、峰值荷载及耗能能力均会下降,屈服荷载分别下降了3%、8%、15%,峰值荷载下降了5%、12%、14%,总能耗分别下降了4%、8%、12%。
为研究套筒灌浆缺陷对装配整体式混凝土剪力墙抗震性能的影响,设计并制作了3个缺陷程度递增的足尺寸剪力墙试件和1个无缺陷对比试件,对其进行拟静力试验并对试件破坏过程、承载力、刚度和耗能能力进行分析。结果表明:相对于无缺陷试件,灌浆缺陷对开裂荷载的影响不大,但会导致试件的滞回曲线产生不同程度的捏缩;随着缺陷程度的增加,试件的屈服荷载、峰值荷载及耗能能力均会下降,屈服荷载分别下降了3%、8%、15%,峰值荷载下降了5%、12%、14%,总能耗分别下降了4%、8%、12%。
2023, 53(3): 146-151,78.
doi: 10.13204/j.gyjzG22060106
摘要:
某中学体育馆为大跨度弦支混凝土结构。通过改变混凝土强度等级、撑杆数量、垂跨比等结构参数,对单榀弦支混凝土梁的静力性能进行了研究,运用多重Ritz向量法分析了弦支混凝土结构的自振特性,在此基础上分别研究了单向、三向地震作用对弦支混凝土结构动力响应性能的影响。研究结果表明:改变撑杆数量和垂跨比对结构的静力性能影响较大;大跨度弦支混凝土结构的基频较小,且低阶频率分布密集;地震作用下,结构的竖向弹性位移响应最大值均出现在跨中处,位移值满足规范要求;单向和三向地震作用下,撑杆轴力与拉索索力相差较小。
某中学体育馆为大跨度弦支混凝土结构。通过改变混凝土强度等级、撑杆数量、垂跨比等结构参数,对单榀弦支混凝土梁的静力性能进行了研究,运用多重Ritz向量法分析了弦支混凝土结构的自振特性,在此基础上分别研究了单向、三向地震作用对弦支混凝土结构动力响应性能的影响。研究结果表明:改变撑杆数量和垂跨比对结构的静力性能影响较大;大跨度弦支混凝土结构的基频较小,且低阶频率分布密集;地震作用下,结构的竖向弹性位移响应最大值均出现在跨中处,位移值满足规范要求;单向和三向地震作用下,撑杆轴力与拉索索力相差较小。
2023, 53(3): 152-157,166.
doi: 10.13204/j.gyjzG21013001
摘要:
为研究负载下T形圆钢管外加劲肋加强节点轴向受压承载性能,根据支管与主管的外径之比β不同(分别为0.25、0.50 和0.73),分成三组进行对比试验。详细介绍了试件尺寸设计、预应力的加载过程、加载制度、持载过程中的焊接工作、破坏形态等。试验出现两种失效模式:节点破坏和平面外倾斜。试验结果表明:当β=0.25时,负载下节点的破坏模式为加劲肋处节点屈服;当β=0.5或0.73时,节点都出现不同程度上的平面外倾斜;焊接加固顺序对负载下T形圆钢管的温度作用变形发展具有重要影响;焊接热作用时,杆件的竖向位移增大,千斤顶力的作用相对减少;焊接冷却后,杆件的竖向位移出现回弹,千斤顶荷载传感器显示的作用力增加,初始荷载对于节点承载性能的影响随β的不同产生不同的影响,当β=0.25时,随着初始荷载的增大,极限承载力出现滞后,结构总位移加大,但承载力的大小没有明显的变化,从250.7 kN提升为250.9 kN;当β=0.5时,随着初始荷载的增大,极限承载力从350.3 kN降低到324.6 kN,降低了7.3%,节点刚度变小;当β=0.73时,由于T3-60的平面外倾斜过大,试验提前停止,但可以看出,随着初始荷载的增大,极限承载力从499.7 kN增大到566.2 kN,增大了13.3%,节点刚度无明显变化。
为研究负载下T形圆钢管外加劲肋加强节点轴向受压承载性能,根据支管与主管的外径之比β不同(分别为0.25、0.50 和0.73),分成三组进行对比试验。详细介绍了试件尺寸设计、预应力的加载过程、加载制度、持载过程中的焊接工作、破坏形态等。试验出现两种失效模式:节点破坏和平面外倾斜。试验结果表明:当β=0.25时,负载下节点的破坏模式为加劲肋处节点屈服;当β=0.5或0.73时,节点都出现不同程度上的平面外倾斜;焊接加固顺序对负载下T形圆钢管的温度作用变形发展具有重要影响;焊接热作用时,杆件的竖向位移增大,千斤顶力的作用相对减少;焊接冷却后,杆件的竖向位移出现回弹,千斤顶荷载传感器显示的作用力增加,初始荷载对于节点承载性能的影响随β的不同产生不同的影响,当β=0.25时,随着初始荷载的增大,极限承载力出现滞后,结构总位移加大,但承载力的大小没有明显的变化,从250.7 kN提升为250.9 kN;当β=0.5时,随着初始荷载的增大,极限承载力从350.3 kN降低到324.6 kN,降低了7.3%,节点刚度变小;当β=0.73时,由于T3-60的平面外倾斜过大,试验提前停止,但可以看出,随着初始荷载的增大,极限承载力从499.7 kN增大到566.2 kN,增大了13.3%,节点刚度无明显变化。
2023, 53(3): 158-166.
doi: 10.13204/j.gyjzG22011606
摘要:
为研究考虑钎焊残余应力分布的不锈钢芯板楼板的受力性能,拟采用钻孔法和X射线衍射法对25个芯板单管试件进行钎焊残余应力测定,提出不锈钢芯板钎焊残余应力的建议简化分布模型。简化分布模型将初始缺陷引入到不锈钢芯板楼板三点弯曲试验的有限元模型中,对比考虑钎焊残余应力分布和无钎焊残余应力分布有限元模型的计算结果与芯板楼板试验结果来验证简化分布模型的可靠性,并对其有限元模型进行参数化分析。试验与研究结果表明:简化分布模型的拉应力峰值建议值为0.6σ0.2;考虑钎焊残余应力分布的有限元模型能够更准确地模拟芯板楼板受跨中集中荷载情况下的力学性能;考虑钎焊残余应力分布的有限元模型的计算剪切刚度更加准确。
为研究考虑钎焊残余应力分布的不锈钢芯板楼板的受力性能,拟采用钻孔法和X射线衍射法对25个芯板单管试件进行钎焊残余应力测定,提出不锈钢芯板钎焊残余应力的建议简化分布模型。简化分布模型将初始缺陷引入到不锈钢芯板楼板三点弯曲试验的有限元模型中,对比考虑钎焊残余应力分布和无钎焊残余应力分布有限元模型的计算结果与芯板楼板试验结果来验证简化分布模型的可靠性,并对其有限元模型进行参数化分析。试验与研究结果表明:简化分布模型的拉应力峰值建议值为0.6σ0.2;考虑钎焊残余应力分布的有限元模型能够更准确地模拟芯板楼板受跨中集中荷载情况下的力学性能;考虑钎焊残余应力分布的有限元模型的计算剪切刚度更加准确。
2023, 53(3): 167-172,179.
doi: 10.13204/j.gyjzG21012404
摘要:
基于框架发生侧移时呈现的杆件挠曲特征,提出一种可对框架层间变形进行有效约束的层间铰连抗侧力桁架体系(RBF体系)。采用SAP 2000程序,对RBF体系在多遇地震下的内力与变形进行分析,使用Pushover方法对罕遇地震下的屈服机制进行研究。结果显示,RBF体系具有显著的刚度增强效应,可以实现结构刚度可控退化,保证结构的抗震延性。RBF体系不会改变原结构竖向力的传递路径,还可适用于对已有建筑进行抗震加固。
基于框架发生侧移时呈现的杆件挠曲特征,提出一种可对框架层间变形进行有效约束的层间铰连抗侧力桁架体系(RBF体系)。采用SAP 2000程序,对RBF体系在多遇地震下的内力与变形进行分析,使用Pushover方法对罕遇地震下的屈服机制进行研究。结果显示,RBF体系具有显著的刚度增强效应,可以实现结构刚度可控退化,保证结构的抗震延性。RBF体系不会改变原结构竖向力的传递路径,还可适用于对已有建筑进行抗震加固。
2023, 53(3): 173-179.
doi: 10.12304/j.gyjzG22061409
摘要:
以邻近高家湾断层破碎带隧道施工为工程背景,采用理论分析、数值模拟等手段研究深大富水断层破碎带隧道掌子面防突岩体剪切失稳机理,并对防突安全厚度进行分析。研究结果表明:断层破碎带隧道突水突泥本质是施工扰动下断层破碎带围岩应力场和渗流场发生改变,在水力耦合作用下,掌子面防突厚度不足造成剪切失稳;断层带水压,掌子面涌水量、水平向位移及塑性区等失稳评价指标在隧道向断层破碎带开挖过程中均表现出明显的"稳定—发展—失稳"阶段特征,与实际施工中突水突泥发展历程基本一致。综合各失稳评价指标,确定该隧道临界防突安全厚度为0.95倍隧道等效直径;相比于断层破碎带宽度,埋深对深大富水断层破碎带隧道防突安全影响更显著,并且随着隧道埋深的增大,断层破碎带宽度对防突安全的影响也逐渐增强。
以邻近高家湾断层破碎带隧道施工为工程背景,采用理论分析、数值模拟等手段研究深大富水断层破碎带隧道掌子面防突岩体剪切失稳机理,并对防突安全厚度进行分析。研究结果表明:断层破碎带隧道突水突泥本质是施工扰动下断层破碎带围岩应力场和渗流场发生改变,在水力耦合作用下,掌子面防突厚度不足造成剪切失稳;断层带水压,掌子面涌水量、水平向位移及塑性区等失稳评价指标在隧道向断层破碎带开挖过程中均表现出明显的"稳定—发展—失稳"阶段特征,与实际施工中突水突泥发展历程基本一致。综合各失稳评价指标,确定该隧道临界防突安全厚度为0.95倍隧道等效直径;相比于断层破碎带宽度,埋深对深大富水断层破碎带隧道防突安全影响更显著,并且随着隧道埋深的增大,断层破碎带宽度对防突安全的影响也逐渐增强。
2023, 53(3): 180-187.
doi: 10.13204/j.gyjzG22011905
摘要:
刚性锚桩作为海洋结构系泊系统重要基础形式之一,常承受斜向拉拔荷载作用,其斜向抗拔承载机理相对柔性桩要更为复杂。通过数值模拟和理论分析,针对加载方式、桩土界面摩擦系数对锚桩斜向抗拔承载力的影响展开研究。基于有限元数值模型,获得不同加载方式、摩擦系数的锚桩破坏包络面,发现锚桩斜向抗拔承载力受加载方式影响较为明显;受Mohr-Coulomb模型的局限,数值模型较难准确模拟粗糙锚桩的竖向抗拔承载行为;随着摩擦系数的增大,锚桩竖向抗拔承载力会因破裂面向桩周土内部发展而增大;基于桩侧土抗力反"S"形分布假设计算所得的锚桩水平向承载力相对准确。最终建立了考虑桩土界面摩擦系数的刚性锚桩斜向抗拔破坏包络面模型。
刚性锚桩作为海洋结构系泊系统重要基础形式之一,常承受斜向拉拔荷载作用,其斜向抗拔承载机理相对柔性桩要更为复杂。通过数值模拟和理论分析,针对加载方式、桩土界面摩擦系数对锚桩斜向抗拔承载力的影响展开研究。基于有限元数值模型,获得不同加载方式、摩擦系数的锚桩破坏包络面,发现锚桩斜向抗拔承载力受加载方式影响较为明显;受Mohr-Coulomb模型的局限,数值模型较难准确模拟粗糙锚桩的竖向抗拔承载行为;随着摩擦系数的增大,锚桩竖向抗拔承载力会因破裂面向桩周土内部发展而增大;基于桩侧土抗力反"S"形分布假设计算所得的锚桩水平向承载力相对准确。最终建立了考虑桩土界面摩擦系数的刚性锚桩斜向抗拔破坏包络面模型。
2023, 53(3): 188-196.
doi: 10.13204/j.gyjzG22011403
摘要:
临河倾斜互层地质条件下深基坑开挖过程中会遇到一些特殊的岩土工程问题,且该方面的研究较少。以兰州市安宁区污水处理厂深基坑工程为例,通过现场监测并结合数值计算的方法,分析传统桩锚支护及管井降水方法下倾斜和水平互层条件下地下水渗流、周边地表位移规律的差异。结果表明:在基坑降水过程中,倾斜岩层中总水位曲线受地层不均匀影响呈阶梯形增长,且总水头低于水平岩层约2 m;开挖途中倾斜互层的桩顶竖向位移与周边地表沉降均明显大于水平互层,两者邻近建筑物一侧沉降差更大。随着倾斜互层逐步裸露,地下水存在绕流补给且坑底区域性渗水严重,加大了基坑开挖难度。因此,针对倾斜互层基坑开挖如何合理设计和优化止水及变形控制方案仍有待系统研究。
临河倾斜互层地质条件下深基坑开挖过程中会遇到一些特殊的岩土工程问题,且该方面的研究较少。以兰州市安宁区污水处理厂深基坑工程为例,通过现场监测并结合数值计算的方法,分析传统桩锚支护及管井降水方法下倾斜和水平互层条件下地下水渗流、周边地表位移规律的差异。结果表明:在基坑降水过程中,倾斜岩层中总水位曲线受地层不均匀影响呈阶梯形增长,且总水头低于水平岩层约2 m;开挖途中倾斜互层的桩顶竖向位移与周边地表沉降均明显大于水平互层,两者邻近建筑物一侧沉降差更大。随着倾斜互层逐步裸露,地下水存在绕流补给且坑底区域性渗水严重,加大了基坑开挖难度。因此,针对倾斜互层基坑开挖如何合理设计和优化止水及变形控制方案仍有待系统研究。
2023, 53(3): 197-200,95.
doi: 10.13204/j.gyjzG21122601
摘要:
通过沸石的微孔吸附特性制作重塑细粒含气土,开展一系列不同有效围压的不排水剪切试验,研究含气量对重塑细粒土孔压变化规律和应变等值线的影响。在轴向应变达到5%之前,饱和土中孔压发展速度大于含气土的孔压;在轴向应变达到5%之后,含气土的孔压大于饱和土的孔压。在达到相同的应变下,含气土中产生的孔压更大,相应抗剪强度更小。在不同的含气量下,临界状态线的斜率M值是一个常数,M=1.25。不同含气量的土体在不同围压下有效应力路径上的应变等值线可视作直线,且其斜率随着应变的增加逐渐增大,最终与临界状态线重合。
通过沸石的微孔吸附特性制作重塑细粒含气土,开展一系列不同有效围压的不排水剪切试验,研究含气量对重塑细粒土孔压变化规律和应变等值线的影响。在轴向应变达到5%之前,饱和土中孔压发展速度大于含气土的孔压;在轴向应变达到5%之后,含气土的孔压大于饱和土的孔压。在达到相同的应变下,含气土中产生的孔压更大,相应抗剪强度更小。在不同的含气量下,临界状态线的斜率M值是一个常数,M=1.25。不同含气量的土体在不同围压下有效应力路径上的应变等值线可视作直线,且其斜率随着应变的增加逐渐增大,最终与临界状态线重合。
2023, 53(3): 201-207.
doi: 10.13204/j.gyjzG22070305
摘要:
为探究混凝土表面氯离子浓度空间分布下的钢筋非均匀腐蚀规律,构建了物质传输-钢筋电化学腐蚀耦合模型。基于真实海洋环境下混凝土表面氯离子浓度分布数据,分析了内部钢筋的表面自由氯离子浓度分布、电流密度分布以及非均匀腐蚀形态。结果表明:纵向上的钢筋表面自由氯离子浓度与混凝土表面氯离子浓度分布特征基本一致,但环向上氯离子发生的迁移使钢筋与混凝土的表面氯离子浓度发展规律有差异,混凝土表面氯离子空间分布使钢筋在纵向和环向上均呈现非均匀腐蚀形态,但非均匀腐蚀程度会随时间推移呈现先增大后减小趋势。
为探究混凝土表面氯离子浓度空间分布下的钢筋非均匀腐蚀规律,构建了物质传输-钢筋电化学腐蚀耦合模型。基于真实海洋环境下混凝土表面氯离子浓度分布数据,分析了内部钢筋的表面自由氯离子浓度分布、电流密度分布以及非均匀腐蚀形态。结果表明:纵向上的钢筋表面自由氯离子浓度与混凝土表面氯离子浓度分布特征基本一致,但环向上氯离子发生的迁移使钢筋与混凝土的表面氯离子浓度发展规律有差异,混凝土表面氯离子空间分布使钢筋在纵向和环向上均呈现非均匀腐蚀形态,但非均匀腐蚀程度会随时间推移呈现先增大后减小趋势。
2023, 53(3): 208-215.
doi: 10.13204/j.gyjzG22052414
摘要:
将不同质量分数的玉米皮纤维与不同质量分数的聚苯乙烯泡沫(EPS)颗粒复掺并添加到水泥基体中,研究玉米皮纤维EPS水泥基复合材料的密度、吸水率、抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度以及抗冻性能。研究结果表明:玉米皮纤维的掺量越高,水泥基复合材料密度越低,但吸水率越高;水泥基复合材料抗压强度随着纤维掺量和EPS掺量的增加而降低,最大抗压强度为2.2 MPa,最小为0.8 MPa;EPS水泥基复合材料抗折强度随纤维掺量的增加先增大后减小,其中在纤维掺量为3%、EPS掺量为1.3%时,抗折强度最大为1.2 MPa;劈裂抗拉强度随纤维掺量的增加而增加,随EPS掺量的增加而减小,其中在纤维掺量在3%,EPS掺量在1.1%时劈裂抗拉强度最高为1.1 MPa。并且添加玉米皮纤维能够有效减少复合材料质量损失和强度损失,提高其抗冻性能。
将不同质量分数的玉米皮纤维与不同质量分数的聚苯乙烯泡沫(EPS)颗粒复掺并添加到水泥基体中,研究玉米皮纤维EPS水泥基复合材料的密度、吸水率、抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度以及抗冻性能。研究结果表明:玉米皮纤维的掺量越高,水泥基复合材料密度越低,但吸水率越高;水泥基复合材料抗压强度随着纤维掺量和EPS掺量的增加而降低,最大抗压强度为2.2 MPa,最小为0.8 MPa;EPS水泥基复合材料抗折强度随纤维掺量的增加先增大后减小,其中在纤维掺量为3%、EPS掺量为1.3%时,抗折强度最大为1.2 MPa;劈裂抗拉强度随纤维掺量的增加而增加,随EPS掺量的增加而减小,其中在纤维掺量在3%,EPS掺量在1.1%时劈裂抗拉强度最高为1.1 MPa。并且添加玉米皮纤维能够有效减少复合材料质量损失和强度损失,提高其抗冻性能。
