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地震作用计算是结构抗震设计首先要解决的问题。我国自89抗震规范开始采用按多遇地震(小震)计算地震作用。国际上主要抗震国家和我国78抗震规范都采用按设防烈度地震(中震)计算地震作用。随着抗震规范在修订、发展和使用中不断暴露出来的各种问题,学术界和工程界多次提出恢复到按中震计算地震作用,以解决现行抗震规范及其它结构设计规范中存在的一系列问题。近年来,随着基于性能抗震设计方法的发展,这一问题又再次被提出。2004年编制出版的《建筑工程抗震性态设计通则》采用的是按中震计算地震作用。在介绍两种地震作用计算方法的基础上,讨论了两种方法的优缺点,并基于性能抗震设计的发展,提出了我国地震作用计算方法的研究方向。
研究了上海浦东机场(二期)候机楼的地震行波效应。在有限精度内和现实意义地震波速范围内,给出了屋面空间结构有代表意义的节点位移和杆件轴力的行波效应连续变化曲线以及柱钢-混凝土节点和Y型钢节点的弯矩和轴力的行波效应连续变化曲线,探讨了这些节点和杆件的相关物理量在地震行波作用下的变化规律,得出了一些有工程实践意义的结论。
以足尺框架-剪力墙结构试验为基础,讨论了几种不同的剪力墙宏观模型,通过计算与试验结果的比较发现,纤维墙模型在大震下的计算稳定性较差,单分量模型、多弹簧模型以及所提出的等效纤维柱模型可适用于不同地震水平下剪力墙结构的地震反应分析。探讨了核心筒结构的建模方法以及上述模型在不同地震水平下的适用性。
凯纳商务广场主楼54层,高184m,采用全部落地剪力墙结构体系,超过B级最大适用高度22.7%。剪力墙结构体系自重大,抗侧刚度大,导致地震作用较大。为保证结构的延性,工程采用基于性能的抗震设计方法,针对超限情况和结构体系,提出性能设计目标,并采用不同的计算软件进行结构分析,以提高设计的可靠性,避免抗震安全隐患。结果表明,工程抗震性能较好,结构体系安全可行。
对6根剪跨比为3.5的碳纤维约束柱及2根未约束的对比柱进行了伪静力试验研究,考察了轴压比、碳纤维包裹方式、混凝土强度等参数对碳纤维约束高强混凝土圆柱破坏机理及抗震性能的影响规律。试验结果表明,高轴压比下高强混凝土圆柱在塑性铰区采用碳纤维约束后的破坏形态主要表现为弯曲破坏模式,柱的承载力和延性得到较大提高;对于剪跨比大于3的高强混凝土圆柱,当塑性铰区碳纤维布包裹长度为1.2D~1.8D(D为柱直径)范围内时,其抗震性能即可达到较好的效果,且对较高强度等级混凝土的约束效果更好。
分别对框架结构中安装耗能减震装置前后进行了水平地震作用的推覆分析,揭示了由于耗能支撑的安装使框架柱轴力明显增加这一现象。这种轴力的增加,可能会超过柱轴力设计允许值。提出了验算耗能支撑带给框架柱附加轴力的计算方法及验算过程,同时改进了耗能减震结构的设计流程,使得耗能减震技术进一步完善。数值算例揭示了耗能支撑的安装对框架柱轴力的影响,轴压比过大引起框架柱延性降低,柱端过早出现塑性较,设计中应引起足够的重视。
采用ANSYS软件建立了非线性有限元分析计算模型,对侧板加强式梁柱节点的抗震性能进行了研究,分析了侧板长度对连接性能的影响。结果表明,侧板加强节点滞回性能优于普通无侧板节点,节点承载力也大大提高。侧板加强节点滞回曲线稳定、饱满,这种连接表现出了较好的耗能能力。
武汉天河机场新航站楼设计中,采用后张有(无)粘结预应力混凝土技术有效解决了主体结构大空间、大跨度、相邻变跨度、大跨度悬挑和超大平面未设温度变形缝等关键技术问题,介绍了其预应力混凝土梁的计算分析和配筋设计,以及无粘结预应力地下室顶板的设计。为国内类似规模建筑的楼面设计提供了成功经验。
为了建立较为完善的锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度模型,改变以往仅考虑钢筋锈蚀程度的单因素回归分析方法,对粘结强度模型进行理论分析。对钢筋与混凝土在接触面上的粘结作用机理及粘结力组成进行分析,借助弹性力学方法,建立了锈蚀前钢筋与混凝土的粘结强度理论模型。从锈蚀改变钢筋表面特征参数和混凝土保护层约束力入手,采用钢筋均匀锈蚀假定,并基于未锈钢筋与混凝土的粘结强度模型,建立了钢筋锈蚀后的粘结强度计算模型,该模型能够考虑各种因素对粘结强度的影响。通过试验数据对模型进行了验证,结果吻合较好。
介绍了1个3层1/3缩尺的钢管混凝土柱交错桁架结构水平加载试验,并应用ANSYS参数化程序设计语言APDL编制了钢管混凝土柱交错桁架结构非线性分析的命令流。有限元模拟与试验结果吻合较好,验证了有限元模型以及编制APDL命令流的正确性。应用编制的命令流,分析了柱的截面形式、桁架的刚度、高跨比、桁架的形式、荷载偏心等因素对钢管混凝土柱交错桁架结构性能的影响。
采用大挠度弹塑性有限单元法对均匀受压等截面三铰圆弧钢拱的平面内稳定性和极限强度进行研究,考虑了材料非线性、残余应力、初始几何缺陷和矢跨比的影响,得到了均匀受压工字型等截面三铰圆弧钢拱的平面内稳定性设计曲线,并与国内外钢结构设计规范轴心受压构件的稳定曲线进行了对比,得出了轴心受压构件的稳定曲线不能直接用于拱的稳定性设计的重要结论。
无梁楼盖是地下建筑中常见的结构形式,目前多采用经验系数法或等代框架法进行计算,两种计算模型与地下单层无梁楼盖结构存在假设差异。以实际工程尺寸建立力学计算模型,根据弯矩分配法推导实际内力分布情况,通过数据对比提出设计建议。
为了研究压桩和托桩下的摩阻力相关关系,在广东佛山某公路桥梁桩基的同一根钻孔灌注桩上分别进行了自平衡静载试验(模拟托桩加载)以及传统静载原位试验(模拟压桩加载),对桩侧摩阻力、荷载-位移曲线等进行了比较,结果表明托桩加载的平均摩阻力为压桩加载的0.72倍,可为类似工程提供参考。
通过振动沉管碎石桩复合地基平板载荷试验、现场堆载试验,监测沉降变形和孔隙水压力的变化规律,对复合地基的加固效果进行了分析。经过碎石桩处理后的复合地基沉降量有效减小,孔隙水压力加速消散,土体的有效应力不断增加,地基变形以垂直向的压缩固结变形为主,达到了复合地基的处理效果。
现行规范对柱基水平位移限值没有明确规定,为此对软土地区3个典型单层钢结构工业厂房的柱基水平位移情况进行了调查,提出了柱基水平位移的统计和控制指标,分析了柱基水平位移的宏观规律。结合相关工程事故经验,提出柱基水平位移的控制标准,为制定适合各种工程条件的柱基水平位移控制指标和控制标准提供参考。
针对目前我国地铁车站施工中常遇到的地下大直径管线,提出不改迁管线,遇管线处围护结构局部留缺口、将管线悬吊的方法。采用FLAC3D程序,分析了大直径地下管线对基坑围护结构整体稳定性的影响,对围护结构封闭、开口及缺口部位土体加固等方案进行了施工过程三维仿真模拟。重点讨论了基坑底的隆起变形、基坑缺口附近土体的塑性区分布及水平位移、基坑缺口外侧的地表沉陷、各层支撑承受的轴力、基坑缺口附近连续墙体的水平位移及弯矩等力学响应。结果显示,采用文中方法保护地下管线并进行围护结构缺口处土体加固是可行的。
提出了较系统的深基坑支护方案优选模式:利用层次分析法对各影响因素的权重值进行了求解,运用模糊综合评判方法对初选出的支护方案进行优选。结合具体工程实例,采用了系统工程中的层次分析法、多目标模糊决策理论等方法对该工程支护方案进行优化选型,不仅可以方便快捷地确定权重值,还可以降低层次分析法中人的主观性影响,使优选方法科学易行,较好地满足了实践要求。
对某砖石古塔的现状进行了分析,提出了相应的抗震加固措施。针对该古塔地震作用下可能的破坏形式,采用了一种单拉式SMA阻尼器,并对阻尼器的理论模型和滞回曲线进行了分析和模拟,探讨了其安放位置。通过地震反应时程分析,研究了两种加固形式在不同地震激励下的反应。结果表明,对砌体进行补强并采用SMA阻尼器可以有效减轻古塔的地震响应。
某综合楼层2顶无粘结预应力混凝土双向板在张拉预应力筋时,发生了局部区域混凝土掀起的施工质量事故,分析表明是由张拉时该区域板混凝土实际强度过低所致。采用了放松板中被掀起区无粘结筋、凿除松动混凝土面层、重新浇筑较设计强度等级高一级的混凝土、再重新张拉无粘结筋加固处理方法。利用施工现场实际条件对加固后的无粘结预应力板进行了荷载试验,取得了板挠度实测结果。应用双向板带叠加法取得了变形的理论计算值,实测值与理论值吻合良好。加固后的预应力板满足相关标准中正常使用和承载能力极限状态要求,可验收使用。
近年来,早强型水泥引起的混凝土结构工程裂缝问题日渐突出。尤其是采用早强水泥和外加剂、养护不足且配筋不当的泵送商品混凝土现浇结构早期裂缝明显增多,对结构耐久性的影响不容忽视。结合珠海地区的工程鉴定实践对此予以阐释。
以涂层织物类膜材为主要研究对象,在膜面张力检测技术的研究与应用等方面进行了系统研究。在课题组前期研究的基础上,改进、完善了膜材张力测量仪,并应用于多项膜结构工程中,评定膜结构张拉施工质量。研制的试验设备以及经试验验证的试验方法构成了膜结构发展的相关技术储备,在建筑膜材料和膜结构力学性能方面的研究成果为膜结构的科学施工以及安全性能评价提供了技术支持。
对大型超市(欧尚超市)楼面活荷载进行了调查,收集了大量的楼面活荷载资料。采用单位面积平均荷载法和进深板带面积平均荷载法分别将楼面持久性活荷载和楼面临时性活荷载等效为楼面均布荷载,给出了楼面持久性活荷载和楼面临时性活荷载的计算结果。利用数理统计方法,研究了大型超市楼面持久性活荷载和临时性活荷载的概率分布和统计参数,建立了设计基准期T=50年时楼面持久性活荷载和楼面临时性活荷载的概率分布模型,并确定了模型参数。在此基础上,提出了我国大型超市楼面活荷载标准值的建议取值。
按现行规范及异形柱结构技术规程,设计了两栋大跨度预应力异形柱住宅结构,并采用基于柔度法的纤维模型梁柱单元计算了在不同水准地震作用下结构的响应。采用异形柱轴压比、结构弹性最大层间位移、构件截面抗震设计、结构弹塑性最大层间位移四个指标,综合考虑设计、施工及造价等因素确定了该结构体系的最大适用高度,为该结构体系设计指南的编制提供了参考依据。
论述了钢绞线预应力筋用齿合型单孔开口锚具的基本构造、工作原理、工程用途和应用技术条件。试验表明,该新产品不但满足JGJ85—2002规程和GB/T14370—2000标准的各项技术要求,而且构造合理、性能可靠、外形较小、加工成本低、工程适用性好,是混凝土楼盖新增洞口处锚固无粘结预应力断筋、超长混凝土楼盖后浇带处分段锚固无粘结预应力长筋的重要工具。
速成墙板作为新的墙体形式,墙板的设计和施工技术还处于开发阶段。为掌握该墙板的受力性能,进行了墙板和灌混凝土墙板的抗弯承载力试验、轴心受压试验及灌混凝土墙板和墙板节点的低周反复试验,结合试验结果和工程实际,给出了承重速成墙板、墙板节点、过梁的设计和墙板的施工要点,并介绍了速成墙板试点工程概况,以供工程应用参考。
对速生杨木制作的单板层积材的材料性能进行测试,材料性能测试结果表明杨木LVL可作结构材使用;在杨木LVL生产过程中采用碳纤维布与其复合,对其进行增强,并制作了一批梁试件做试验研究。通过试验分析选择了合理的梁截面形式,试验结果表明碳纤维布增强后杨木LVL梁的承载力、刚度显著提高。
对3种情况的钢构件容许长细比进行分析,指出把容许长细比和与荷载有关的计算长细比挂钩不合理。建议不对一般钢框架柱设定长细比限值。抗震设防的框架柱的容许长细比性质和非抗震设防者不同,不能贸然删除。但单阶柱上段的计算长细比不宜作为容许长细比的衡量对象。桁架受拉弦杆承担对受压腹杆的端部提供侧向支承的任务,其长细比应满足必要的要求,设计规范中的有关规定需要加以修改。