结构工程师

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抗震与抗风

基于数-物模型混合交互反馈的结构近实时震害评估理论框架

熊青松, 熊海贝, 袁程, 孔庆钊

2024, 40(1): 1-10.

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科学合理的结构震害评估对于提升城市抗震韧性与运维智慧具有重要意义。针对韧性城市构建现阶段的实际需求与重要难题,面向“全域、动态、实时”的结构震害评估新范式,以基于数模的多模态特征融合和基于物模的多层次数值仿真模拟为理论架构的两大基本要素,依托深度学习、数字孪生、数物融合等新技术,提出了基于数-物模型混合交互反馈的结构近实时震害评估理论框架,并对该框架中的主要研究内容与关键科学问题进行了详细阐述。所提出的理论架构有望提升结构震害评估的实时性与智能性,助力推进韧性城市构建以及城市系统的智慧运维。

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抗震与抗风

三维振震双控支座在地铁上盖结构中的减振效果研究

陆德成, 周颖, 王睿, 马开强, 王梁坤

2024, 40(1): 11-21.

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地铁振动带来的舒适度问题已经成为地铁上盖开发的重要制约因素,对地铁上盖结构设计提出了更高的要求。三维振震双控支座可以兼顾对水平向地震和竖向地铁振动响应进行控制,在地铁上盖开发中具有重要的研究和应用价值。提出了一种基于橡胶隔震支座和碟形弹簧的三维振震双控支座,并通过原型支座试验对其竖向刚度和解耦效果进行了验证。在此基础上,以某地铁上盖结构工程项目为背景,采用现场振动测试获得的地铁振动时程作为激励,建立了三维振震双控结构模型并进行了时程分析。计算结果表明,设置三维振震双控支座后,该结构水平向隔震效果显著;竖向Z振级减小,有效提高了地铁上盖结构的舒适度。

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抗震与抗风

对数律和指数律风剖面的差异分析及其对桥梁抗风性能评价的影响

毛汇, 杨詠昕, 朱进波, 郑史雄, 葛耀君

2024, 40(1): 22-28.

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现有的公路桥梁抗风设计采用指数律风速剖面来计算各个基准高度的平均风速,然而气象学实践和一些国家规范中早已采用对数律风速剖面,两种风速剖面在不同高度处的平均风速差异及其对桥梁抗风的影响应当值得关注。对比了不同地表粗糙类型下对数律模型和指数律模型在不同高度处的风速差异,并采用ANSYS有限元软件计算了实桥在风荷载下的位移和桥塔弯矩差异。结果表明,在地表粗糙度较大和离地高度较大时,对数律和指数律模型的风速差异较为明显,风荷载的差异对桥梁内力和位移造成的影响不可忽略。有必要进一步研究这两种风速剖面模型在高空处的准确性,以更好地指导桥梁的抗风设计。

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抗震与抗风

抗震钢支座中新型钢板簧的优化

蔡佳骏

2024, 40(1): 29-37.

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钢弹体抗震钢支座是一种新型抗震支座,其通过在传统球型钢支座外侧增设的新型钢板簧为支座提供必要的地震恢复力以及地震耗能,在小震下保证了支座在震后的基本复位;强震作用下吸收地震能量,并可实现支座在震后的部分复位,满足基本的通车要求。首先,对该新型钢板簧进行了力学性能试验,建立了有限元模型,并利用试验结果验证了支座有限元模型的有效性。其次,对单个钢板簧和钢支座整体结构进行了动力特性分析,研究了新型钢板簧对抗震耗能的贡献;同时,对新型钢板簧结构进行了参数分析,找出各参数的影响规律。最后,对新型钢板簧的刚度和尺寸参数进行了多参数拟合,得到拟合函数,完成了新型钢板簧尺寸的结构优化,达到了节省材料、缩小结构空间的目的。

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结构分析

地铁车辆基地全框支剪力墙结构层间位移角限值讨论

许名鑫, 周越洲, 陈志城, 李加成

2024, 40(1): 38-45.

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车辆基地全框支剪力墙结构是新型的结构形式,在工程实践中有对底部框架侧向刚度控制得过于严格的现象,相关设计标准中要求底部框架层间位移角不宜大于1/2 000。讨论了控制上部剪力墙结构层间位移角的依据、目的和计算中存在的问题,比较了底盘平面大小对底部框架层间位移角的影响。建议车辆基地全框支剪力墙结构上部剪力墙的层间位移角限值按广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》（DBJ/T 15-92—2021）取为多遇地震作用下1/450;在保证上部剪力墙先于底部框支框架屈服的前提下,大幅度放松底部框架层间位移角限值及非两区八类建筑全框支剪力墙减隔震结构层间位移角限值,也取为多遇地震作用下1/450。实现合理的屈服机制尤为重要。

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结构分析

地下室顶板开洞对高层建筑嵌固效应的影响分析

张能伟

2024, 40(1): 46-52.

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建筑工程的嵌固端选择直接影响结构的安全、经济等评价指标,规范要求地下室顶板作为上部结构的嵌固端时应避免开设大洞口。实际工程中,由于建筑功能的要求,地下室顶板开洞不可避免。以上海某高层建筑为例,从地下室顶板应力和位移两方面分析开洞对嵌固效应的影响。同时对比分析地下室顶板开洞和不开洞两种情况下的结构振动特性和顶点位移,并对两种模型进行静力弹塑性分析,对比塑性铰的位置、数量和损伤程度,查看是否满足强度嵌固的要求。结果表明：本工程中,地下室顶板开洞后仍能满足其对上部结构的嵌固要求。

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结构分析

悬索桥基频影响因素的参数化分析与实用计算

杨詠昕, 徐浩骏, 杨虎晨, 葛耀君

2024, 40(1): 53-61.

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桥梁设计师常常采用简化（实用）公式估算桥梁基频,用以在大跨桥梁设计的前期阶段估算其动力性能。但是随着桥梁建设的发展,部分公式的精度已无法满足要求;在实际使用时各公式易用性也存在较大差异。本文在分析各基频估算公式误差来源的基础上,选择关键变量、采用参数化有限元模型分析各控制因素的影响效应,据此选择改进策略,同时在分析各参数相互关系的基础上进行变量精简,提升估算公式的易用性。经实测和计算基频值的验证,改进实用计算公式在提高了易用性和适用性的同时,有效控制了基频估算结果的整体误差极值,提升了基频估算公式的工程应用价值。

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结构分析

框架-摇摆墙结构损伤后受力性能分析

林坚豪, 陈跃, 李青倩

2024, 40(1): 62-71.

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基于已有的离散-连续参数模型,对损伤后框架-摇摆墙结构的受力性能进行了研究。假定损伤只发生在框架结构上,没有实现“强柱弱梁”的损伤方式,损伤以柱端产生塑性铰的形式出现。研究结果表明：相比未损伤前,损伤后结构的侧向变形有一定的增加,结构最大内力有增有减,二者数值大小的变化与产生塑性铰楼层位置和塑性铰的形式有关。对于框架-摇摆墙结构,有目的地设置薄弱层,对降低结构内力,使层间相对变形趋于均匀是有利的。

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结构分析

某超高层建筑混凝土梁开裂原因分析与处理

张彦博, 胡克旭, 胡晓依

2024, 40(1): 72-80.

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现浇钢筋混凝土结构在我国的超高层建筑中大量应用。混凝土开裂是目前许多现浇混凝土结构中较易发生的质量问题。混凝土开裂不仅影响美观,也易引起内部钢筋锈蚀,降低结构的耐久性,甚至会影响结构安全。本文基于某新建超高层建筑中混凝土梁普遍开裂的实例,通过现场调查、检测,以及对设计和施工资料的分析,分析混凝土梁的开裂原因,并结合现场实际情况提出相应的处理意见,以期对类似的工程质量问题的检测、鉴定和处理提供参考。

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试验研究

叠层厚橡胶支座力学性能及其震振双控性能分析

张增德, 温玉君, 周颖, 徐骁航, 马开强

2024, 40(1): 81-88.

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为实现地铁上盖建筑的震振双控效果,可将叠层厚橡胶支座用于该类结构体系转换层。与普通橡胶支座相比,叠层厚橡胶支座的单层橡胶厚度较大,既可用于水平隔震,又可减小上部结构的竖向振动。为准确评估其在地铁上盖建筑中的效果,设计了第一形状系数为6.82的叠层厚橡胶支座,并对足尺支座开展竖向压缩、水平剪切、竖向拉伸和高面压稳定性能试验。探究了竖向压应力、剪应变和加载频率等对支座力学性能的影响规律,得到了设计阶段叠层厚橡胶支座竖向压缩刚度、水平等效刚度、等效阻尼比和拉应力值等性能指标。基于试验力学性能指标,建立了固接模型、普通橡胶支座和叠层厚橡胶支座的地铁上盖结构模型,分别以选取的地震波和实测三向地铁振动为激励,通过时程响应分析,验证了叠层厚橡胶支座的震振双控效果,为地铁上盖建筑的震振双控提供技术方案。

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试验研究

榫卯灌浆钢管框架节点抗震性能试验研究

张鹏程, 陈洲武, 胡乐朋

2024, 40(1): 89-98.

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为探索建筑钢结构低能耗循环利用技术,研究方钢管柱-矩钢管梁采用榫卯连接、砂浆灌浆阻滑的钢框架节点的抗震性能。对榫卯灌浆节点及传统全焊接节点进行了低周往复荷载试验,对比分析其破坏形态、荷载-位移滞回曲线、延性系数以及极限承载力,并建立有限元分析模型,与试验结果进行对比。研究表明：榫卯灌浆节点在弹性阶段的承载力与全焊接节点相当,但榫卯灌浆节点的极限承载力高于全焊接节点,塑性发展平台更长;榫卯灌浆节点的破坏方式为砂浆磨损挤碎,钢构件损伤小;摩擦耗能效果好,滞回曲线饱满,且震后砂浆易修复。

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试验研究

轻钢龙骨混凝土复合外挂墙板力学性能试验研究

魏晓斌, 郭建祥, 汤东婴, 孙正华, 汪晟

2024, 40(1): 99-106.

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复合墙板性能关系着结构的安全,在新设计建造的轻钢龙骨复合墙板投入使用前应进行力学性能试验,以评估其安全性能。为研究墙板的受力变形过程及破坏形态,对两片不同的轻钢龙骨混凝土复合外挂墙板分别进行四点弯曲试验和低周反复荷载试验。弯曲试验结果表明,弯曲过程中墙板出现裂缝时的计算等效均布荷载大于建筑风荷载标准值,抗弯性能满足受力要求。墙板经历了弹性阶段、弹塑性变形阶段和屈服破坏阶段,主要通过钢材屈服后的弹塑性变形和材料的破坏来实现耗能,屈服前耗能占总耗能的6.19%,屈服后累计耗能呈现二次抛物线增长,这一结果体现了墙板良好的抗震能力。研究结果可为实际应用提供依据。

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试验研究

节段预制拼装箱梁桥抗剪性能试验研究

曹洪亮, 刘帅, 殷涛, 黄宛昆

2024, 40(1): 107-114.

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湿接缝纵向拼装的方法在节段预制拼装桥梁中得到广泛应用,但是湿接缝结合面抗剪受力性能研究较为缺乏。以某高速公路20 m装配式预应力混凝土简支箱梁桥为背景,设计了节段预制拼装箱梁桥的抗剪性能足尺模型试验,对桥梁湿接缝节段的抗剪性能进行了研究,建立了试件的有限元计算模型。研究结果表明,现浇接缝和相邻节段预制箱梁的挠度在试验初期变形基本一致;当荷载超过600 kN时,挠度差明显增大;当试验荷载达到1 100 kN时,湿接缝与箱梁混凝土的结合面失去传递荷载的能力,试验模型发生破坏;采用节段预制拼装的箱梁桥,其破坏模式是先结合面开裂后湿接缝混凝土开裂破坏;施加并提高纵向预应力,可以提高拼接箱梁桥结合面开裂后的承载能力。

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试验研究

近地端水平冲击作用下RC桥墩的动力响应试验研究

张谧

2024, 40(1): 115-124.

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为了研究钢筋混凝土（RC）桥墩在近地端水平冲击作用下的动力响应,采用水平撞击试验设备,对3根圆形截面RC桥墩进行了试验研究。本试验以撞击速度为研究变量,得到了桥墩的撞击力时程曲线、位移时程曲线、变形曲线和最终损伤状态。试验结果表明：桥墩在1.70 m/s、2.68 m/s和3.32 m/s三种撞击速度下呈现出轻微损伤、中等损伤和严重损伤三种破坏形态,桥墩的破坏模式为撞击部位与墩底之间的局部剪切破坏,撞击速度对桥墩冲击动力响应和破坏机制有显著影响。本试验可以为车辆撞击桥墩问题的有限元数值模拟提供数据支撑。

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试验研究

管道撞击钢筋混凝土板试验研究与数值模拟

朱景创, 胡文军, 陶俊林, 徐国飞, 张方举, 盛峰

2024, 40(1): 125-134.

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针对管道破裂对邻近建筑结构的影响,开展了管道撞击钢筋混凝土板试验研究,获得了端部封闭和未封闭管道垂直撞击钢筋混凝土靶的开坑深度及不同位置的应变时间历程曲线及加速度时间历程曲线,并利用有限元软件进行了仿真计算,分析了管道撞击速度和撞击角度对钢筋混凝土板冲击响应和破坏形态的影响。结果表明：端部未封闭管道垂直撞击造成的钢筋混凝土开坑面积和开坑深度最大,钢筋混凝土板出现钢筋被剪断的现象;端部未封闭管道撞击角度的变化会对撞击力和撞击位置上下两侧的开坑深度均有影响,且上侧的开坑深度对角度的变化更为敏感。研究结果可为建筑物内管道设计和维护提供参考。

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试验研究

新型砂轻混凝土的工作性和力学性能研究

沈子牛, 苏宇峰

2024, 40(1): 135-141.

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针对装配式建筑中混凝土构件自重过大的问题,本文采用黑曜岩轻骨料,试验配制新型砂轻混凝土,研究和分析了新型砂轻混凝土工作性和力学性能的影响因素。结果表明：新型砂轻混凝土可采用绝对体积配合比设计方法;影响新型砂轻混凝土工作性和力学性能的最主要因素是水灰比和水泥掺量;在试验最佳配合比时,制备的干表观密度为1 500 kg/m³砂轻混凝土,在50 ℃下快速养护3 d,抗压强度可达47.2 MPa,抗折强度达6.9 MPa,能适应装配式建筑用预制构件轻量化和高强的发展要求。

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地基基础

降水对超深基坑围护结构的影响分析

段凯, 石广

2024, 40(1): 142-149.

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以润扬长江公路大桥北锚碇超深基坑为例,利用三维有限元软件建立基坑模型,对基坑进行施工模拟,并将计算结果与现场监测成果进行比较,验证数值模拟计算的准确性。在此基础上,分析不同降水时段及降水深度对围护结构变形及内力分布的影响。结果表明：基坑开挖数值模拟手段合理,符合实际工况;改变降水时段,对各层水平支撑受力分配影响明显;改变降水深度,对中上部水平支撑受力分配影响很小,主要影响下部水平支撑受力;工程中应结合实际情况制定合理的降水方案,减小围护结构变形,优化坑内水平支撑受力分配,确保基坑稳定,节约工程成本。

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工程施工

无合龙段变高度连续钢箱梁桥顶推施工关键技术研究

李小祥

2024, 40(1): 150-157.

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以某实际工程为背景,介绍了适用于大跨变高度连续钢箱梁桥在跨中不具备设置临时墩条件下的顶推施工方法以及结构内力、线形控制技术。针对主梁梁高变化大和梁底曲线的结构特点,通过主梁立面姿态旋转的方法降低顶推抄垫高度,并采用步履机顶设置转动球冠和调整楔形块的方式适应梁底曲线与顶推设备的贴合需求。针对顶推施工过程中主梁端部挠度过大、合龙口相对高差明显、悬臂根部负弯矩显著增大的问题,基于无应力状态法思想,研究采用了两侧对顶加临时扣索辅助合龙的工艺,优化了结构成桥内力状态,降低线形控制风险;并对顶推过程中钢箱梁底板局部稳定、纵向倾覆稳定性等问题进行了计算分析,提出了相应控制措施。

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结构加固与改建

索道桥加固方法研究

谢辉, 张耀, 史进

2024, 40(1): 158-164.

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索道桥新桥建设技术已较为成熟,索道桥达到使用年限时大多选择弃置,加固索道桥可促进欠发达地区的人员交流和物资运输,但目前有关索道桥加固方法的研究较少。以某索道桥作为工程背景,介绍索道桥加固主要流程和理论计算方法,通过索道桥静载试验说明索道桥维修后的运营能力,提出索道桥养护建议,研究成果可为今后索道桥加固提供借鉴。

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结构加固与改建

体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的理论与数值分析

强旭红, 胡文清, 胡郭辉, 姜旭, 唐永康

2024, 40(1): 165-174.

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随着服役时间的增长和车辆荷载的增加,老旧的钢筋混凝土桥梁面临承载力不足、变形超限等问题,采用体外预应力CFRP筋对其加固是一种有效的解决方法。采用有限元分析软件ABAQUS对某跨度24 m的铁路桥梁进行数值模拟与参数分析,其中,根据不同的CFRP预应力筋的直径（31 mm、43 mm、61 mm）和预应力大小（250 MPa、500 MPa、750 MPa、1 000 MPa、1 250 MPa）,获得模型梁的开裂弯矩、梁底钢筋屈服弯矩以及梁开裂时的跨中变形。将《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）等现行规范的理论计算结果与数值模拟结果进行对比,发现两者吻合良好,误差在15%以内,从而验证了规范中钢筋混凝土梁开裂弯矩计算公式、正截面承载力计算公式以及跨中挠度计算公式对于体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的适用性与准确性,为实际工程加固设计提供参考。

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结构加固与改建

上海市《既有建筑改造技术标准体系表》修订介绍

马泽峰, 王平山, 李承铭

2024, 40(1): 175-186.

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基于《上海市城市更新条例》及《上海市工程建设标准（2021—2025）中长期发展规划》等政策法规,通过对国内外相关标准体系与专项技术现状及发展趋势的调研,引入系统工程方法论进行体系多维度分析,梳理归纳了既有建筑改造技术标准体系表编制的愿景目标、范围边界与指导原则,形成上海市《既有建筑改造技术标准体系表》,并对2025年前上海市既有建筑改造标准体系的完善提出近期建议。

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设计方法与研究

郑许市域铁路节段预制胶接拼装桥梁设计研究

何伟, 姜文恺, 黄晶晶, 王博

2024, 40(1): 187-195.

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郑许市域铁路是中原城市群城际轨道交通的重要组成部分,该线路高架桥主梁部分采用了节段预制胶接拼装建造技术。介绍了项目工程概况、主要技术标准、桥梁标准节段截面设计、节段划分、预应力设计、剪力键设计、节段拼装施工过程等设计方案;根据目前胶接缝数值方法的不足,并考虑环氧树脂胶缝对桥梁结构的影响,提出采用环氧树脂胶-混凝土复合单元模拟节段梁间胶缝,建立桥梁有限元模型,进行了结构验算。计算结果表明,各工况下主梁结构强度、节段梁的刚度与残余徐变位移、胶接缝应力、强度与抗裂性等均满足规范要求,郑许市域铁路高架桥节段预制胶拼桥梁设计方案合理,可为节段拼装桥梁在市域铁路工程中的应用提供参考。

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设计方法与研究

混凝土结构设计中常见的稳定问题

刘建飞, 周袁凯, 袁媛

2024, 40(1): 196-204.

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混凝土结构的稳定问题受重视程度不及钢结构,本文对比中国、欧洲、美国和新西兰的混凝土设计规范中关于结构整体稳定、构件稳定的条文,并结合示例和公式推导,给出相关设计建议。对于整体稳定,刚重比数值受侧向合力位置、建筑重力大小及位置的影响,不应简单地以刚重比的数值来评判不同建筑的整体稳定性。对于构件稳定,分析了几个常见而易被忽视的问题。穿层柱及支撑连桥的框架柱宜考虑二阶效应;对于大跨度梁和长悬臂梁可借鉴外国规范,控制梁的高宽比和侧向无支撑长度;通过数值屈曲分析来反算柱子计算长度时,应正确施加荷载;国内对墙肢的稳定限制较严,对比墙肢的稳定等效荷载与轴压比限值荷载,给出了楼梯间外墙和L形剪力墙的截面由稳定控制的临界高度。

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文献综述

建筑减隔震技术应用综述

王流, 王新娣, 刘卓

2024, 40(1): 205-216.

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随着我国《建设工程抗震管理条例》于2021年9月1日的颁布施行,减隔震技术在“两区八类”建筑上已作为强制性的执行技术措施。对现阶段国内外常用的结构减隔震技术的应用情况进行了总结,分别介绍了减隔震的产品体系、减隔震结构的工作原理及减震效果、减震与隔震的经济性等对比,以及如何做到满足设防地震作用下正常使用要求。

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文献综述

模块化钢结构建筑体系应用与研究进展

刘常振, 黄杰, 邓恩峰, 邱明熠, 张雷, 孙钢柱

2024, 40(1): 217-226.

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近年来,模块化钢结构建筑以其施工高效、绿色环保等优点,逐渐成为国家大力推广的新型装配式建筑体系,国内外学者针对模块化钢结构建筑受力性能做了大量研究。从模块连接节点、模块单元抗侧力体系、模块柱受力性能、结构整体性能分析等方面,系统综述了近年来模块化钢结构建筑体系的应用与研究成果。结合现有模块化钢结构建筑相关规程和标准,给出该领域的研究方向及未来发展趋势,为工程实践和科学研究提供一定参考。

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