结构工程师

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结构分析

基于双目视觉空间投影恢复的圆柱形构件裂缝检测方法

张玉栋, 丁丽荣, 潘钻峰

2025, 41(2): 1-8. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0001

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提出了一种基于双目视觉空间投影恢复的圆柱形构件裂缝检测方法,该方法以裂缝边缘点在左相机成像平面上的对应像点为投影点,以圆柱形构件的侧表面为投影圆柱面,基于获得的投影点世界坐标及投影圆柱面的方程,通过计算原点和投影点的连线与投影圆柱面的交点获得实际裂缝边缘点的世界坐标,从而实现裂缝空间形态恢复,基于此可进行裂缝特征值的检测。该方法可实现对裂缝图像的倾斜拍摄,真实地还原裂缝原始空间形态和尺寸,提高识别精度;同时仅需一次双目相机标定及对有限个特征标识点的特征匹配即可获得全部所需参数,计算效率高,匹配效果好,检测精度对光照变化不敏感,克服了传统双目视觉三维重建技术较难直接在恢复出的结构面三维点云模型上提取裂缝边界的困难,适用于对圆柱形构件开裂表面的裂缝识别和参数提取。

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结构分析

钢制无柱梁式螺旋楼梯舒适度分析

刘劲辉, 曹国珍, 陈建锋, 高秀秀

2025, 41(2): 9-17. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0002

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基于脉动法测试了某钢制无柱梁式螺旋楼梯的动力特性,试验得到了该钢梯的固有频率和阻尼比,并在试验基础上建立了数值模型,研究了钢制无柱梁式螺旋楼梯舒适性及影响因素。研究结果表明：该钢梯设计舒适度满足现行规范要求,改变钢梯端部约束方式和内外弧梁刚度均会对钢制无柱梁式螺旋楼梯的舒适性产生较为显著的影响。此外,为便于设计,在以上分析基础上,进一步提出一种无柱梁式螺旋钢楼梯自振频率近似计算公式,可用于初步设计阶段估算无柱梁式螺旋楼梯自振频率,预判结构舒适度,为今后类似楼梯的设计及舒适度判断提供参考。

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结构分析

双平臂抱杆腰环拉线受力分析

翟光林, 吕猛, 吴明春, 石伟, 王爽, 刘铃

2025, 41(2): 18-26. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0003

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抱杆腰环拉线的布置方案对特高压输电铁塔组立施工的效率和安全性具有重要影响。为研究得到经济合理、安全可靠的抱杆腰环拉线布置方案,根据GGTY2×7 t/16-1000型落地电动旋转双平臂抱杆的真实尺寸,运用有限元分析方法,建立了特高压输电铁塔组立工况下的抱杆-腰环-拉线耦合力学分析模型,计算得到了不同工况、不同典型腰环拉线布置方案时抱杆和拉线的力学特性,通过对抱杆位移和拉线张力的分析,得到了最优的抱杆腰环拉线布置方案。研究得到的抱杆-腰环-拉线耦合计算方法和分析结论可为特高压输电铁塔组立提供技术支撑,提升施工组立的效率与安全性。

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结构分析

纤维网格增强超高韧性水泥基复合材料单轴受拉性能模拟与承载力计算方法

陈雨洋, 豆香香, 江佳斐

2025, 41(2): 27-39. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0004

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纤维网格增强超高韧性水泥基复合材料（TR-UHDCC）是一种高强度、高延性、抗裂能力与耐久性能好的复合材料。与传统砌体结构加固用材相比,TR-UHDCC的性能更优。基于已有的试验研究结果,通过引入可考虑纤维网格损伤行为的Hashin损伤准则,建立了TR-UHDCC的三维有限元模型。该模型能够准确模拟TR-UHDCC的应力-应变曲线及其相应的特征点（开裂应力和开裂应变、峰值应力和峰值应变、极限应力和极限应变）。在此基础上,研究了纤维网格配网率和UHDCC抗拉强度对TR-UHDCC特征点的影响规律。最后,建立了基于截面力平衡关系的TR-UHDCC的抗拉承载力理论计算模型,该模型计算值与试验和参数化分析结果吻合较好,平均误差仅为3.63%。

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结构分析

传统木结构榫卯节点BIM参数化建模

王佳辰, 董菁良, 宋晓滨

2025, 41(2): 40-48. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0005

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传统木结构建筑是我国优秀传统文化的结晶,其以榫卯节点为代表的建造技艺具有重要的历史文化价值。近年来,基于BIM技术的结构参数化设计正在被逐步推广和应用。通过数字驱动模型实现项目全生命周期中的数据资源共享,在传统木结构保护领域具有良好的应用前景。总结了传统木结构建筑中典型榫卯节点的形制特点,完成了各类榫卯节点的参数化表征,并基于Revit平台搭建了相关榫卯节点的动态族库,提高了传统木结构建模效率及准确性。

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抗震与抗风

基于条件均值谱选取地震动对RC框架结构地震易损性分析的影响

魏世龙, 韩建平, 金兆鑫

2025, 41(2): 49-58. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0006

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地震动谱形特征对钢筋混凝土（RC）框架结构地震易损性分析具有重要意义。考虑条件均值谱不同设定参数,选取9组地震动记录作为激励,对一5层RC框架结构进行增量动力分析,并利用增量动力分析结果,得到不同损伤状态相对应的地震易损性曲线和结构倒塌安全储备系数,给出不同损伤状态50%超越概率对应的最大残余层间位移角的统计值和不同抗震性能等级对应的性能指标限值。结果对比表明：条件均值谱不同谱形参数、震级、震中距的选取对结构地震易损性影响显著;结构损伤较小时,设定的谱形参数、震级和震中距对最大残余位移角有较明显的影响,但当损伤较大时,此影响不再明显。

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抗震与抗风

承插式公路空心桥墩的抗震性能分析

苗宝栋, 王志刚

2025, 41(2): 59-65. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0007

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近年来,桥梁预制拼装理念已由上部结构扩展到下部结构,并向全预制拼装桥梁方向快速发展。作为桥墩墩柱模块化预制构件的一种主要形式,离心预制钢筋混凝土管墩已实现工业化制造,但其在侧向低周反复荷载作用下的力学性能尚缺乏必要的研究。本文采用数值模拟方法分析比较了承插式离心预制管墩和普遍采用的整体现浇实心墩在侧向低周反复荷载作用下的抗震性能,并使用实测数据对有限元模型进行了校核。结果表明,承插预制墩柱具有与整体现浇墩柱相当的抗震性能,因此在装配式桥梁建设中具有很广的工程应用范围。最后研究分析了影响离心预制管墩抗震性能的主要因素,并给出在实际工程中应用时改善其抗震性能的建议。

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抗震与抗风

水平地震作用下医院建筑内轮式医疗设备滑移易损性研究

李莹辉

2025, 41(2): 66-73. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0008

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医院建筑内大量的医疗设备为安置有脚轮的移动式设备,地震下易发生较大滑移而断开电源插头或发生碰撞而失效,从而对医院的医疗功能产生不利影响。本文基于刚体块的滑移响应计算公式,对不同脚轮状态的轮式医疗设备进行了大量的增量动力时程分析,水平激励输入考虑了典型医院建筑（隔震、非隔震）在不同场地特征周期地震动下不同楼层的楼面加速度响应。分析结果表明,采用楼面峰值速度PFV作为轮式医疗设备的楼面运动强度指标可以有效减小易损性数据的离散性。场地特征周期、楼层位置和建筑结构动力特性对轮式医疗设备的易损性影响较小,而脚轮状态对其影响较大,脚轮锁定时的轮式设备更不易损坏。最后提出了轮式医疗设备的易损性曲线参数,可供后续对医院建筑抗震韧性评价时使用。

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试验研究

钢锭铣削型纤维增强混凝土的弯曲性能及韧性评估

刘诗琪, 刘玉擎, 李永君, 徐骁青

2025, 41(2): 74-82. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0009

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为探究钢锭铣削型钢纤维对普通混凝土受弯开裂行为和弯曲韧性的影响,对掺入不同钢纤维体积分数（0%、0.6%、1%、1.4%）的强度等级为C50的混凝土进行四点弯曲试验,分析钢锭铣削型钢纤维增强混凝土的弯曲行为、开裂形式及破坏机理,探究国内外规范中现有纤维混凝土弯曲韧性评价方法的适用性。研究结果表明,钢锭铣削型钢纤维增强混凝土的最大等效抗弯强度为普通混凝土的1.8倍;纤维体积掺量超过临界值1%后,材料表现出多缝开裂特性,增至1.4%后出现挠度硬化行为;JG/T 472—2015《钢纤维混凝土》规范中的方法适用于表征钢锭铣削型钢纤维增强混凝土弯曲韧性,纤维体积掺量的增加可以提高混凝土的弯曲变形能力,改善小挠度区间裂后弯曲韧性。

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试验研究

钢纤维与水泥基材料粘结性能试验研究

雷天歌, 陈涛, 时慧林, 李卫超

2025, 41(2): 83-93. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0010

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含纤维水泥基材料广泛应用于工程结构中,为了研究钢纤维与水泥基体间的粘结特性,本研究对普通强度水泥胶砂和高强灌浆料中的钢纤维进行纤维拉拔试验,通过最大纤维应力、拉拔耗能,平均粘结强度等指标来评估其粘结性能。试验结果表明,高强灌浆料中的拉拔荷载-位移曲线形状与普通水泥砂浆类似;形状弯曲的纤维与基体间存在机械锚固效应,其拉拔力峰值和耗能相比平直型纤维明显增加,普通水泥砂浆基体中端钩型纤维较平直型纤维粘结强度和耗能分别提高了180.8%和126.8%,在高强灌浆料中分别提高363.3%和474.7%。埋置的钢纤维有倾角时,拉拔过程角度被拉正的过程中往往伴随着钢纤维的塑性变形和普通水泥砂浆基体的剥落。埋深增加会提高纤维拉拔过程的力和耗能,但对于弯曲型钢纤维可能会造成纤维的拉断。

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试验研究

板式橡胶支座与梁底滑动性能试验研究

冯克岩, 方圆, 陈旭

2025, 41(2): 94-101. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0011

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针对地震中出现的板式橡胶支座与梁底间滑移的典型震害现象,首先开展了支座与钢板间摩擦耗能机制的足尺拟静力试验,探究了竖向压应力、滑动速度等参数变化对板式橡胶支座力与位移关系曲线、水平剪切变形和剪切刚度,以及滑动摩擦系数的影响规律。在此基础上,开展橡胶支座-质量块支承系统的振动台试验,研究了简谐波、地震波输入情况下橡胶支座与钢板之间的摩擦耗能性能。研究结果可为采用板式橡胶支座的桥梁抗震设计提供支撑。

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试验研究

钢管-风积沙再生混凝土柱承载力及恢复力模型研究

王尧鸿, 陈康杰, 路晓凯, 李志强, 董伟

2025, 41(2): 102-112. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0012

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为研究钢管-风积沙再生混凝土柱的承载力及恢复力模型,设计五个不同风积沙取代率的试件,并开展拟静力试验,对比分析了各试件的滞回曲线、骨架曲线和刚度退化情况。试验结果表明：当风积沙取代率为30%时,试件的抗震性能相对较优。基于试验数据和建立的骨架曲线模型、卸载刚度方程,构建了柱子的恢复力模型,该模型能反映试件的滞回特性,适用于钢管-风积沙再生混凝土柱的弹塑性地震反应分析。

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试验研究

采用不同类型砂浆的屋面结构冻融性能研究

李雨桐, 黄永安

2025, 41(2): 113-119. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0013

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为研究屋面结构中砂浆的冻融性能,以屋面结构中找平层的砂浆类型为变量,对不同类型砂浆的三个屋面模型进行了冻融循环试验,分析了三类砂浆的损伤演化规律。采用精细化数值模型,对不同类型的砂浆在冻融环境下应变的发展规律进行研究,验证了试验结果的合理性。有限元模拟和试验结果表明,在冻融循环作用下,水泥砂浆的拉伸应变较大,在第50次循环时,应变值已经达到100 με,表明水泥砂浆已经开裂,并且随着冻融循环次数的增加应变峰值仍在不断变大;聚合物砂浆和聚丙烯纤维砂浆的应变峰值较小,并且在100次冻融循环内,两种砂浆的应变峰值没有随着冻融循环次数的增加而增大。因此,聚合物砂浆和聚丙烯砂浆具有更优的冻融性能。

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试验研究

局部火灾场景钢柱传热的试验与数值模拟研究

周靖罡, 周晅毅, 王伟, 丛北华

2025, 41(2): 120-129. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0014

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目前的结构抗火研究中针对局部真实火灾场景的研究相对较少,试验结果相对匮乏。本文搭建了局部火灾试验平台,并采用射流火与池火两种火源形式对H型钢柱进行加热,记录其温度结果。在数值模拟方面,有别于应用绝热表面温度概念的迭代耦合方法,本文通过将火灾分析模块与热分析模块统一采用CFD方法开展来实现流固传热的双向直接耦合。在火灾模块中探究了空间速度场与温度场的分布规律,在热模块中探究了钢柱在不同火源环境下的受热特点,并通过试验数据与模拟结果的比对验证了直接耦合方法的正确性。此外,还分别应用理论公式与经验公式对钢柱壁面对流换热系数分布规律进行了探讨。

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工程施工

高位井施工运行各阶段内力变化规律分析与应用

陈烨, 戚敏, 沈青松, 顾石磊, 杜年夫, 崔家萍

2025, 41(2): 130-136. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0015

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污水厂尾水排海高位井在不同施工阶段中内力分布复杂多变,需明确内力分布情况后才能进行相应的施工设计。本文基于嘉兴市某大型污水厂尾水排海工程高位井建设,利用软件建立高位井的数值计算模型,研究分析沉井施工运行各阶段高位井的内力分布和变化规律。结果表明,高位井施工运行过程中,井壁环向轴力从受压状态变为受拉状态,轴力大小在下沉阶段随着深度的增加线性增加,其余阶段呈现出上小下大的规律;弯矩最大值在下沉阶段较小,封底阶段大幅增加,顶管阶段水平弯矩增加、竖向弯矩减小,运行阶段和长期运行阶段弯矩均有所增加;地下段与运行阶段基本相同。根据内力计算结果,可以将井壁厚度优化为变厚度,并优化地上段钢筋为预应力钢筋,以抵抗温度差的影响。本文的内力分析结果和优化设计思路可以为今后类似工程提供参考。

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地基基础

定日镜PHC短桩基础设计及变形控制研究

刘瑞峰, 陈静, 李子建, 张振昌, 许春博, 郭昭胜

2025, 41(2): 137-147. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0016

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为确保定日镜PHC短桩基础满足桩顶变形精度要求,本文依托某工程单桩水平静载试验,采用ABAQUS有限元分析软件,进行桩顶静载作用下桩-土一体化非线性数值分析,通过数值模拟结果与试验数据的对比,验证了数值计算模型的准确性,并在此基础上进行了基础设计,提出了4种提升短桩结构抗变形能力的措施,并从桩身弯矩分布图、地面以下桩身位移分布图、桩顶荷载-位移曲线3个方面对比分析了其增强效果。通过分析得出以下结论：本文设计的基础满足变形及抗裂要求;在本工程土质条件下,当L_u小于4.66 m、L_d大于4.34 m,地面处管桩弯矩满足抗裂要求时,桩顶水平位移可满足小于25 mm的要求;本文提出的措施1、3和4可提升桩身抵抗变形的能力,措施2作用有限,工程中可根据需要参考其中一种或几种措施来提升桩体刚度,达到控制变形的目的。

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地基基础

考虑黏土小应变特性的水平受荷桩p-y曲线研究

黄宇华, 顾晓强, 俞剑

2025, 41(2): 148-157. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0017

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单桩在水平荷载作用下的受力特性是岩土工程中的一项重要课题,其中p-y曲线法因考虑了土体的非线性,对比传统m法能更准确地反映桩的水平承载特性。已有的p-y曲线模型大多基于试验数据的总结,模型参数通常物理意义不明确且取值困难。因此,从桩土相互作用机制出发,建立了合理考虑土体应力-应变特性的p-y曲线模型。首先基于Airy应力函数,得到了桩周土体的应力分布情况,再引入Duncan-Chang模型和小应变模型描述桩周土体的小应变非线性特性,通过对桩侧土体应变的积分,得到水平受荷桩的p-y曲线表达式。所需模量参数E₅₀和不排水抗剪强度S_u可由三轴固结不排水试验或现场试验获得,而小应变参数G₀和γ_0.7可由共振柱试验或波速试验获得。最后,通过与水平受荷桩现场试验、模型试验和API规范方法的对比,验证了该p-y曲线模型具有较好的精度和实用性。

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结构加固与改建

基于损伤迭代模型的高墩大跨连续刚构桥斜拉体系改造技术

贺鹏, 耿永魁, 周波

2025, 41(2): 158-167. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0018

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以云南某高墩大跨连续刚构桥加固改造为依托,提出一种基于实测桥面线形数据的有限元计算模型修正方法。通过对影响桥面线形的敏感参数进行迭代计算,将模型修正问题转变为控制目标参数值与实测数据值的误差最小优化问题,据此可预测不同时期桥梁的损伤程度,并通过实测数据证明了模型修正的准确性。重点介绍了基于零号块改造的斜拉体系加固高墩大跨连续刚构桥的设计方案,为后续同类桥梁维修加固提供借鉴。

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结构加固与改建

既有砌体墙洞口堵砌加固后承载力计算方法研究

徐浩楠, 蒋济同, 董坤, 王春增

2025, 41(2): 168-176. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0019

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对既有墙体洞口堵砌加固后承载力进行了研究,考虑应力滞后效应、原有应力水平、开洞率、堵砌材料性能对堵砌后砌体墙承载力的影响,给出了相应的计算方法。研究结果表明,使用原有的砌筑砂浆和块材不能满足墙体的承载力要求;提高堵砌砂浆和块材强度仅能满足部分墙体的承载力需求;使用高延性混凝土加固墙体是有效的修复手段,但也有无法满足承载力需求的可能性。

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设计方法与研究

地震多发区超高塔楼双激励黏滞减振分析与设计

周丰, 汪杰, 赵昕, 杜冰洁, MORN Chornay, 严潇, 林胜忠

2025, 41(2): 177-186. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0020

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以地震多发区超高塔楼为工程背景,综合黏滞减振系统的布置位置、多种变形放大连接装置、黏滞阻尼参数等关键参数进行了风振和地震双激励下的黏滞减振系统选型分析,并以一幢396 m高的超高综合塔楼为例对风振和地震双激励下黏滞阻尼减振系统设计进行了研究。研究结果表明,黏滞阻尼减振系统对于不同模态响应均有一定的控制作用,可以有效提升风振和地震情况下结构的舒适度、刚度和强度,合理的阻尼器布置位置、变形放大装置和参数选取可以获得更加高效的减振效率。

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设计方法与研究

整体式外挂墙板变形适应性设计方法

卢家森, 张其林

2025, 41(2): 187-196. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0021

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变形适应性是整体式外挂墙板设计中的关键环节,关系到外挂墙板的抗震、抗风、防水、气密性能,墙板与主体结构之间支承系统的位移调节能力和墙板的接缝宽度对于外挂墙板平面内的对主体结构层间位移角的适应能力至关重要。首先给出了墙板与主体结构支承系统的位移调节能力计算公式,然后基于密封胶的位移能力,提出了名义剪切变形率及其计算公式,给出了考虑温度变形、地震作用、风荷载、施工误差等影响因素以及密封胶变形能力的板缝宽度计算方法,提出了设防烈度和罕遇地震作用下层间变位要求的板缝宽度验算要求,最后给出了具体算例。

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设计方法与研究

黏滞阻尼器在学校廊空间的应用

王宇

2025, 41(2): 197-207. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0022

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目前对学校建筑采用黏滞阻尼器进行减震设计的研究常关注教学楼、宿舍楼等主体结构,而忽略了对校园整体空间组织起着重要作用的廊空间。为了研究黏滞阻尼器在学校廊空间的应用,以上海某小学教学楼间的连廊为例进行减震设计。首先,对结构进行多遇地震分析,结果满足规范要求。其次,在设防地震下进行弹性时程分析,对比是否包含基础层、阻尼器布置在内框架或外框架、阻尼器布置数量变化和阻尼器布置楼层变化时的减震效果,并确定减震方案。最后,在罕遇地震下进行弹塑性时程分析,计算结构损伤、耗能和位移角。研究结果表明,黏滞阻尼器可以在地震作用下提供一定的耗能,是学校廊空间的一种有效减震手段。

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设计方法与研究

基于优化算法的超高层建筑核心筒结构设计研究

汤真

2025, 41(2): 208-214. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202502.0023

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随着超高层建筑结构的发展,经济性成为了设计中业主较为关注的重点,其中核心筒是重要的抗侧力及竖向传力组成部分,对结构成本有较大的影响。结合智能优化算法对典型超高层建筑的核心筒结构设计进行了研究,首先,搜集了多个高度为300 m左右的超高层建筑工程案例,总结出常见的超高层结构参数,并以此为基础建立典型超高层建筑结构模型,简要分析了各个优化算法的优劣性,并进行了计算效率对比。接着,提出了结合智能优化算法的核心筒设计流程,建立了约束优化的数学模型,并利用罚函数法将规范和构造相关的约束条件引入优化过程。最后,利用该方法对不同外框刚度下和不同连梁高度下的核心筒墙厚布置进行优化,给出了不同情况下优化后墙肢厚度的分布规律。

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