结构工程师

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设计方法研究

四川大学多学科交叉融合平台及艺术教育中心超限高层建筑结构设计

王建峰,鄢兴祥,虞终军

2018, 34(2): 1-8.

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介绍了四川大学多学科交叉融合平台及艺术教育中心结构设计的主要内容,包括基础和地下室设计、结构布置、超限情况及采取的主要措施、主要计算结果和基于性能的抗震设计等。本项目具有体型复杂、连体、大跨度、大悬挑的特点,结合上述特点叙述了本项目的结构设计要点及方法。该分析方法及结论可供类似工程参考。

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设计方法研究

李自健美术馆钢结构基于性能的抗震设计

于晓露,舒兴平

2018, 34(2): 9-15.

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李自健美术馆采用巨型框架-支撑钢结构体系,圆环工作室以3个巨型柱悬挑的17榀主桁架为受力骨架,主桁架通过内、外环桁架连系为一个整体,环向最大跨度44.6 m。采用基于性能的抗震设计方法,提出适合该工程实际情况的抗震性能目标和不同构件的抗震性能设计指标。对结构进行小震弹性、中震弹性和中震不屈服验算,以及大震作用下的弹塑性分析。结果表明,仅支撑和巨型柱柱底出现塑性铰,数量不多,塑性发展不大。结构整体抗震性能良好,关键构件的抗震性能指标满足预设的性能要求。

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设计方法研究

大跨度钢结构设计中常见问题的研究与探讨

张月强

2018, 34(2): 16-22.

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随着我国建筑事业的发展,大跨度钢结构在我国开始大规模的建造,一方面促进了大跨度钢结构设计技术的提高,另一方面也突显出钢结构设计中的一部分常见问题。论述了大跨度钢结构设计的基本步骤,研究和探讨了设计过程的结构设计中的弹塑性分析和结构形态对极限承载力的影响,同时总结了结构细部设计中关于支座选型和节点细部对结构受力性能的影响,提出对这些常见问题设计中注意事项和改进措施。

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设计方法研究

某高宽比超限住宅抗震设计与分析

张朕磊

2018, 34(2): 23-32.

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针对塔楼高宽比超限而引起的结构抗倾覆能力不足、抗侧力刚度不足以及墙肢抗拉强度不足等问题,采取改变结构平面布置方式,将高塔楼与相邻低塔楼连接形成底部呈“L”形的组合塔楼,增加结构底部等效抗倾覆力臂。根据组合塔楼引起的多项平面及竖向不规则情况,设定相应抗震性能目标,采取对楼板薄弱部位和立面收进部位进行小震和中震下楼板应力分析、塔楼在大震下的静力弹塑性推覆分析和动力弹塑性时程分析,对结构在设计大震作用下的非线性性能给出定量解答,研究结构单体在罕遇地震作用下的变形形态、构件的塑性及其损伤情况,以及整体结构的弹塑性行为,并根据计算结果对结构的抗震性能给出评价、指导结构后续设计。

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设计方法研究

某超限高层框架-核心筒结构优化设计

钟建敏

2018, 34(2): 33-40.

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以某超限高层框架-核心筒结构为例,以结构刚度、重量、造价等为控制目标并满足结构规范和超限审查要求,对原结构设计的计算参数、结构荷载、柱、墙、梁、板、屋顶钢结构支架和筏板基础进行全方位优化。采用PKPM软件分别对原设计和优化后的结构重量、刚度、抗震性能、造价等进行了分析与比较,结果表明通过建筑结构优化后,各项指标均满足规范要求,结构自重减轻,地震作用降低,刚度分配更趋合理,结构延性增加,结构安全度相应提高。同时也取得了增大室内使用空间、缩短施工工期和节约建设成本2 294.68万元的效益。

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结构分析

评价桥墩地震自恢复能力的新指标及其应用

刘笑显,上官甦,李建中

2018, 34(2): 41-49.

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现有的评价桥墩自恢复能力的指标主要依据桥墩中弹性单元的恢复力和弹塑性单元的能量耗散力的比值,由于该指标要求恢复力和能量耗散力的贡献可以分别求解,较难推广到实际结构中。以一个由双线性弹性弹簧和双线性弹塑性弹簧并联的理想旗帜形滞回模型为背景,提出了实用的评价桥墩自恢复能力的指标。该指标考虑了恢复力、能量耗散力和屈后刚度对自恢复能力的贡献,可以通过分析桥墩的力-位移滞回曲线得到。采用新指标和残余位移对设置无粘结预应力钢筋的桥墩进行分析。拟静力循环推拉分析和非线性时程分析结果显示增大预应力钢筋的预拉力、降低纵筋配筋率、采用分散的预应力钢筋布置能在不同程度上提高桥墩的自恢复能力。

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结构分析

交错桁架-钢板剪力墙结构体系抗震性能分析

蒋峰,李春祥

2018, 34(2): 50-55.

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为适应大跨度钢结构的应用和发展,在混合式交错桁架结构的基础上提出了一种更先进的钢结构-交错桁架钢框架-钢板剪力墙结构体系。然后,运用SAP2000有限元软件,对两个不同的跨度分别建立4个计算模型,对其进行反应谱分析、时程分析、用钢量分析等,得出新型结构体系比传统混合式交错桁架具有更优越的抗震性能和经济价值。

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结构分析

水平荷载作用下框架-自复位墙结构受力分析

祝小青,胡晓斌

2018, 34(2): 56-62.

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采用“刚体-多自由度”模型,考虑框架与自复位墙的协同工作,分别建立了水平荷载作用下框架－自复位墙结构铰接体系及刚接体系的基本方程,给出了位移与内力的解析表达式,并对其力学性能进行了初步研究。结果表明:框架-自复位墙结构水平位移曲线沿高度呈直线,其层间位移角沿高度不变;布置预应力筋及阻尼器,可明显地增加框架－自复位墙结构的整体刚度,降低框架部分的剪力需求;连梁的约束作用也可有效地降低水平荷载作用下框架-自复位墙结构的反应;水平荷载作用下框架－自复位墙结构的受力性能介于框架-剪力墙结构及框架结构之间。

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抗震与抗风

一种摩擦滑移组合隔震系统力学性能及应用分析

李轩,何毅,卢文胜,张瑞甫

2018, 34(2): 63-69.

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摩擦滑移隔震是一种较为常见的隔震加固形式,具有减震效果好、构造简单等优点,但由于其大震下隔震层位移偏大、震后残余变形大的缺点,从而限制了其应用发展。针对软土地基长周期木结构既有建筑隔震加固需求,基于摩擦滑移组合隔震性能,设计一种以弹性滑板支座为主,辅以少量厚层橡胶隔震支座及黏滞阻尼器的隔震系统,即主要通过摩擦滑移形成频域较宽的有效隔震能力,设置厚层橡胶支座减少隔震层震后残余变形,而黏滞阻尼器则用于降低隔震层最大位移。提出多水准隔震结构等效自振周期概念及计算方法,分析了此组合隔震系统的力学性能。分析表明,该方法取得了良好的隔震效果,验证了该组合隔震系统的有效性,对今后类似的隔震加固工程具有一定的参考价值。

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抗震与抗风

近场地震下采用板式橡胶支座的简支梁桥横向位移控制

龚恋,徐略勤,李建中,姚凯

2018, 34(2): 70-78.

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为了解决采用板式橡胶支座的梁桥在近场地震作用下横向位移过大的问题,在现有试验研究基础上,考虑板式橡胶支座的滑移效应、钢筋混凝土挡块和X型钢挡块的滞回力学性能,建立某典型简支梁桥的非线性模型。以汶川地震和国内外典型近场地震波为激励,对比研究了挡块类型、强度、间隙等参数对桥梁位移控制效果的影响。研究表明:传统的钢筋混凝土挡块无论提高强度还是改变间隙,在近场地震下都无法发挥控制桥梁横向位移的作用;在相同强度下,钢挡块的位移控制效果良好,说明变形能力和延性水平是挡块限位能力的关键指标。挡块会增大墩柱的地震响应,挡块强度越高,增幅越大,说明挡块限位能力越强,对墩柱地震响应越不利。因此,采用挡块控制位移时,其强度应进行优化。

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抗震与抗风

填充墙竖向不规则布置对框架结构抗震性能的影响

刘资玉,肖亚明,门雨

2018, 34(2): 79-85.

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填充墙的竖向不规则布置会对框架结构产生不利的影响。采用等效斜撑建立了基SAP2000的三种填充墙竖向不规则布置的等效模型,从结构的整体位移响应和破坏机制等方面对其进行了分析。结果表明,填充墙竖向不规则布置易导致结构薄弱层的凸显;填充墙对结构塑性铰的发展有一定的抑制作用,其竖向不规则布置会使得结构的塑性变形在薄弱层集中发生。针对以上分析,对地震响应最大的模型的竖向不规则布置提出改进方案,并通过pushover分析进行了有效性验证。

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抗震与抗风

一类光伏电站架构体系的风荷载特性及折减分析

周炜,何斌,蔡晶,邓霞,刘丹

2018, 34(2): 86-94.

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太阳能光伏发电已成为全球绿色能源开发利用的重要组成部分,拉索式架构体系光伏电站由于诸多优点备受关注。风是光伏电站架构体系中光伏板的重要荷载因素,采用二维计算流体动力学数值模拟技术研究阵列排放光伏板的风荷载特性,针对正向风载、背向风载两种极限工况,分析了光伏板倾角、板间距和板高度等因素对光伏板的风荷载及其折减特性的影响。相关分析方法和结论可为光伏电站架构体系的结构强度设计提供载荷依据。

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抗震与抗风

冷却塔塔筒内力影响面与风荷载效应分析

张军锋,田家安,辛思远,赵林

2018, 34(2): 95-99.

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以某大型双曲冷却塔为例,借助塔筒内力的影响面,分析了表面荷载对塔筒内力的影响,便于理解塔筒表面风压分布与内力的关系。研究发现:冷却塔的环向内力和子午向弯矩的影响面具有显著的局部效应,即上述内力仅受所在位置附近荷载的影响;子午向轴力影响面的局部性最弱,即受到整个塔筒高度范围荷载的影响;剪力和扭矩则介于上述两者之间;各个内力影响面的局部性在环向的表现较子午向更为明显,都主要受左右两侧各60°环向范围荷载的影响。正因塔筒内力影响面在环向的局部性,使风荷载作用下的内力环向分布表现出与风压分布类似的特征。

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试验研究

木网壳节点半刚性研究

周烨楠,陆伟东,孙小鸾

2018, 34(2): 100-108.

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木网壳节点多数介于刚接和铰接的一种半刚性节点,选择一种螺栓钢填板节点,进行JD1、JD2两组节点抗弯试验,通过改变节点的螺栓排数体现节点弹性阶段抗弯刚度的不同,得到其荷载-位移曲线和弯矩-转角曲线。在此基础上,建立节点多段梁模型,根据力法计算模型弹性段跨中位移理论值。利用Beam189的非线性广义梁截面特征模拟节点域和杆件之间的连接部位,建立有限元模型,得到分析值,将其结果与试验值和理论值对比,验证简化模型的合理性。最后将多段梁模型运用到木网壳半刚性模型中,考虑节点刚度对网壳极限承载力的影响。

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试验研究

椭圆钢管压弯构件滞回性能试验研究

吴威,周锋,方成

2018, 34(2): 109-115.

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以研究椭圆钢管压弯构件的滞回性能为目的,通过4个椭圆钢管压弯构件的滞回试验,以水平力加载方向以及轴压比为设计参数,根据试验所得结果分析了椭圆钢管压弯构件的破坏模式,滞回曲线,骨架曲线和延性系数。试验结果和分析表明:椭圆钢管压弯构件的主要破坏为钢管的鼓曲破坏,轴压比越大,试件承载力越低,延性越差;绕强轴弯曲的试件较绕弱轴弯曲的试件承载力更高,但延性更差。

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试验研究

基于ABAQUS模拟的速接式轻钢构造柱研究

董岩,肖亚明,关群

2018, 34(2): 116-121.

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为研究应用于砌筑填充墙的速接式轻钢构造柱的受力性能及约束能力,以轻钢构造柱与混凝土构造柱的对比试验为基础,利用ABAQUS软件模拟轻钢构造柱填充墙试验,根据模拟得到的墙体损伤云图与试验填充墙裂缝开展比较;并将有限元模拟分析得到的墙体位移、构造柱位移、墙体拉结筋应力与试验结果对比,验证了有限元模型分析的可靠性。经试验及有限元分析表明:轻钢构造柱的整体性好、位移较小,轻钢构造柱与拉结筋连接可靠,能够有效约束住墙体避免墙体倾覆。由于轻钢构造柱施工方便,能有效控制施工质量,故轻钢构造柱替代混凝土构造柱具有良好的应用前景。

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试验研究

冻融循环下古砖砌体的受压破坏研究

曹新宇,逯兴邦,汤永净,徐金明

2018, 34(2): 122-128.

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环境变迁对古砖砌体受力性能有直接影响。基于大气环境实验舱对山西某地古砖进行了不同次数的冻融循环抗压试验,运用图像处理技术分析了试件裂缝的特征,分析了不同冻融循环次数对古砖砌体抗压性能的影响。结果表明,古砖砌体中部产生的裂缝宽度最小;冻融循环次数为20次时古砖砌体的开裂荷载和破坏荷载较大;开裂荷载与破坏荷载差值大于190 kN时,裂缝平均宽度在1.8 mm上下波动;经冻融循环的古砖砌体,破坏特征的第一阶段显著提前出现,进入第一阶段时对应的荷载与破坏荷载百分比平均值为35.16%。研究成果对古建筑受力性能评估具有一定的参考价值。

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试验研究

基于试验的锈蚀桥梁钢构件疲劳评估方法

林照远,杨建喜,孙宝民

2018, 34(2): 129-133.

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为研究锈蚀对构件疲劳寿命的影响,确保老钢桥的安全,以浙江路桥大修工程为依托,利用该桥报废的锈蚀钢构件进行疲劳试验,对试验数据进行分析找出锈蚀对疲劳影响的规律,并在试验数据基础上给出偏安全的评估建议曲线,以及相应的锈蚀钢构件疲劳寿命等级计算公式。结果表明:锈蚀失厚率越大,则疲劳寿命越低,且前者与后者的对数成负相关的关系;提出偏保守的疲劳寿命折减计算规则以及计算锈蚀构件等效疲劳细节的方法,由此根据Miner准则保守估计锈蚀构件的疲劳寿命。

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地基基础

地下结构抗震设计和分析的反应剪力法

禹海涛,张正伟

2018, 34(2): 134-144.

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针对反应位移法在地下结构抗震设计和分析中存在的诸多问题,依据反应位移法的基本原理,在充分考虑土－结构相互作用及地层剪应力分布模式的基础上,提出一种基于地层－结构模型的反应剪力法。考虑到地震动作用下土体与结构间多为均匀剪切作用,反应剪力法把地震荷载等效为地层剪力,将地层剪力施加在地层－结构模型上,通过静力计算求解结构地震反应。以动力时程分析法为基准,通过参数化分析确定反应剪力法的模型边界尺寸,同时评价了反应剪力法对不同场地条件和不同结构断面形式的适用性。结果表明,当地层－结构模型边界尺寸取为结构尺寸的5倍时,反应剪力法在不同场地条件和不同断面形式下都有较好的计算精度。相比反应位移法,反应剪力法具有更广泛的场地条件和结构形式适用性,设计分析流程也更为简便,可为地下结构抗震设计和分析提供新的计算方法。

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地基基础

关于反应位移法中地层变形模式的讨论

禹海涛,张正伟,朱春成,段科萍,张帆

2018, 34(2): 145-151.

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反应位移法中地层位移的计算方法主要有两种:等效线性化方法和速度反应谱方法。采用基于等效线性化方法的SHAKE91程序,探讨不同地震动水平下考虑不同场地条件的地层变形模式;以SHAKE91的计算结果为基准,对比分析速度反应谱方法计算结果的差异性,从而评价其适用性。结果表明,当地层均匀且剪切波速基本一致时,地层变形模式为标准的正弦曲线形状,速度反应谱方法的适用性较好;而当地层剪切波速的差异性较大时,地层变形模式不再符合正弦曲线形状,此时速度反应谱方法的适用性较差,将不再适用于地下结构抗震设计。

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地基基础

拓扑优化方法在复合地基处理桥头跳车中的应用

韩帅,张爱军,郑艳琼

2018, 34(2): 152-159.

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在总结国内外相关研究成果基础上,结合浙江台州浃里陈大桥低强度混凝土桩地基处理方案,应用有限元的方法,分析等长桩的桩长变化对消除桥头跳车与二次跳车的影响;引入拓扑优化方法对桩体长度进行了拓扑优化分析,确定了满足桥头跳车和二次跳车需要的最优的布桩形式。分析表明:采用等长桩方案时,低强度混凝土桩对减缓桥头跳车现象效果明显,但是在减缓桥头跳车的同时却会导致路基处理段与非处理段产生“二次跳车”现象。经过拓扑优化后形成不等长布桩不仅可以减缓桥头跳车现象,还可以使路基处理段与非处理段过渡更加平缓,避免发生严重的二次跳车。

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工程施工

一种新型塔吊高空支模钢平台的研究与应用

刘玉涛,龚永庆,徐双全

2018, 34(2): 160-166.

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杭州奥体中心主体育场工程顶环梁结构复杂,支模条件恶劣,传统的支承架体难以达到功能合理、费用优化、进度保证的目标。提出并设计出一种新型塔吊标准节支承高空支模钢平台体系。通过方案对比、理论分析、有限元模拟等一系列研究计算,对该支撑体系的搭设工艺、设计方法、结构性能及构造进行充分论证,并将其运用到实际工程,圆满完成顶环梁的施工,提出几点施工要点措施,供今后类似工程借鉴应用。

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结构加固与改建

基于神经网络的钢绞线加固RC柱抗震性能评估

曹忠民,林鹤云

2018, 34(2): 167-172.

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为评估钢绞线加固RC柱的抗震性能,基于27根钢绞线加固柱在低周反复荷载作用下的试验结果,在利用灰色关联理论进行模型输入变量选择的基础上,建立了基于径向神经网络模型的延性分析模型并进行了预测,研究了轴压比、钢绞线间距、预应力水平因素对加固柱延性的影响规律。结果表明:该方法能够反映延性与影响因素间的非线性变化规律;当剪跨比较小时,预应力水平以0.6为分界点,预应力水平小于0.6时提高对延性是有利的,预应力水平大于0.6时再提高将对延性不利;评估结果可为工程实际和抗震与优化设计提供参考。

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文献综述

基于新农村建设的装配式建筑结构体系研究与思考

李卫军,苏衍江,张磊,崔国静,李泽亮,师莹莹

2018, 34(2): 173-179.

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总结了我国传统农村住宅结构体系和存在的问题,列举了几种适用于新农村建设的装配式住宅建筑结构体系,分析了阻碍农村装配式住宅发展的因素以及其成本增加原因。通过陕西关中地区村镇住宅现状和农民对住宅建设的需求的调研,提出了装配式建筑在农村住宅建设中的几点建议,为我国新农村建设工作提供参考。

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