装配式板柱钢结构体系建筑产业化技术与示范

针对我国装配式钢结构建筑推广应用过程中的标准化、模块化和产业化需求,提出了一种竖向承重体系和抗侧力体系相分离的新型组合结构体系,并基于这一概念提出了一系列适用于多层和高层住宅建筑的高性能结构方案.通过大比例试验、高效数值模拟和性能评价等方法对该种新型体系的抗震性能开展了深入研究,充分证明了其在地震区应用的可行性.另外,开展了与该新型结构体系相配套的集成式楼盖和一体化外围护墙板的研究,分别围绕集成式楼盖及节点的力学机理和一体化外围护墙板的保温性能、隔声性能、受弯性能以及与结构的协同受力性能展开了系列研究.目前,与装配式板柱钢结构体系相配套的一个示范产业园区和两条示范生产线均已建成,相关研发成果已成功应用在两项示范工程中,取得了良好的示范效果.     

多层重力-侧力系统可分组合结构体系力学性能分析

针对装配式组合结构的发展需求,提出了一种多层重力-侧力系统可分组合结构体系,通过梁端铰接实现了结构的竖向承重系统与水平抗侧力系统的分离,提升了装配式组合结构的标准化程度.根据该结构体系的布置方案,设计并完成了3个大比例体系试验,与传统刚接组合框架对比,分析了新型结构体系在竖向楼面荷载和水平滞回荷载作用下的力学性能,对两种结构体系开展了抗震性能评价.利用通用有限元软件MSC.Marc建立了新型结构体系的有限元模型,通过与试验结果对照分析了节点建模方式对计算结果的影响.研究结果表明,新型结构体系在水平地震作用下的安全裕度高于传统刚接组合框架,新型结构体系的节点表现出显著半刚性,其对结构竖向承载刚度和侧向刚度均有明显影响.     

中国土木结构工程科技2035发展趋势与路径研究

中国城镇化亟须从"高速推进"转向"品质提升"的新阶段,土木结构工程作为城镇化的重要载体和标志,创造人居环境,将成为中国城镇化品质提升的核心突破口之一。从现在到2035年将是我国土木结构工程领域的关键转型期和重要机遇期。本文综述了世界上土木结构工程领域科技的先进水平,总结了面向2035年土木结构工程科技的发展方向和趋势,识别了土木结构工程领域我国需要解决的重大问题及其对工程科技的需求,提出了土木结构工程领域的关键技术与发展路径,指出了面向2035年土木结构工程领域需要国家层面部署的重大工程。     

传统纤维模型的一些新发展

纤维模型是结构体系模拟技术发展中的重要里程碑,它具有简单、高效、通用的特点,近年来得到了广泛应用,但其基本假定决定了其在许多结构体系关键效应的模拟方面存在显著缺陷。该文综述了研究团队近7年来针对若干体系计算的关键难点对传统纤维模型进行的大量改进和发展工作。首先在通用有限元程序MSC.MARC平台上开发完成了传统纤维模型并将其拓展至组合框架结构的模拟。随后针对四个体系模拟的关键难点,包括组合框架的楼板空间组合作用、核心筒连梁的非线性剪切和滑移效应、构件端部锚固纵筋滑移效应和钢筋混凝土梁柱构件开裂全过程行为,在对机理和规律充分研究的基础上,分别提出了考虑楼板空间组合作用的纤维模型、考虑剪切和滑移非线性的连梁纤维模型、考虑端部锚固纵筋滑移效应的纤维模型和裂缝宽度全过程定量预测的纤维模型等四个新型纤维模型。这些模型既保持了传统纤维模型的优点,同时能够较准确地考虑上述复杂效应,模拟结果得到了大量试验数据和精细有限元的充分验证。基于上述成果,团队同时开发了一套涵盖钢筋混凝土结构、钢结构以及组合结构等工程常用结构形式的非线性分析程序COMPONA-MARC,为结构体系的精细化模拟提供了强大的平台和工具。     

新型海上超大型钢-混凝土组合箱式浮体平台结构设计与分析

钢-混凝土组合结构在大型海上人工岛的建设中具有重要的应用价值和发展潜力。该文针对传统钢结构和混凝土结构用于超大型海上浮式平台的不足,提出一种新型超大型钢-混凝土组合浮箱式平台结构,并总结了该类结构整体方案的设计流程。为实现设计流程中的水弹性力学分析,在开源水动力学程序包NEMOH的基础上基于Fortran语言开发了三维水弹性响应计算程序包THhydro,并采用日本学者Yago和Endo的试验结果验证了程序的准确性。通过水弹性响应分析与结构强度分析,对新型超大型钢-混凝土组合浮箱式平台进行了整体结构方案设计,并与传统钢结构方案设计结果进行了对比讨论。结果表明:组合结构应用于海上超大型浮式平台具有可行性;在吃水深度和应力控制水平相当的情况下,组合结构平台相比传统钢结构平台可显著降低结构用钢量;钢与混凝土之间的配比会显著影响结构用钢量和载重量等指标;波浪产生的结构效应占总效应的比例达20%~60%,可见可靠的水弹性力学分析对该类结构设计非常重要。最后,对组合结构应用于超大型海上浮式平台仍需进一步开展的研究工作进行了展望。     

钢骨混凝土柱-钢桁梁组合节点抗震性能试验研究

结合中国科学技术新馆工程对钢骨混凝土柱-钢桁梁组合节点进行抗震性能试验研究。根据两组四个试件的低周往复试验结果,对节点的强度、刚度、延性、耗能能力和变形性能进行综合评估,结果表明钢骨混凝土柱-钢桁梁组合节点具有良好的承载能力、延性、耗能能力和变形恢复能力,抗震性能优越。同时,还讨论了不同破坏模式对节点抗震性能的影响以及栓钉布置对钢骨和混凝土协同工作的影响,结果表明梁端弯曲破坏模式的抗震性能优于节点区剪切破坏模式,钢骨混凝土柱是否布置栓钉对钢骨和混凝土之间的协同工作影响不大。试验研究为中国科学技术新馆工程整体结构弹塑性时程分析提供依据,是结构整体抗震性能评估的重要基础,研究结论可为钢骨混凝土柱-钢桁梁组合节点在工程中的应用提供参考。     

非对称钢梁截面组合框架梁端极限状态下有效翼缘宽度研究

针对工程中常用的上翼缘小而下翼缘大的非对称截面钢梁，为了得到对应的混凝土楼板的有效翼缘宽度，基于已有对于对称钢梁截面情况的研究与相应的公式，通过精细化有限元参数分析修正相关系数，在有限元软件MSC.MARC(2018)中建立精细化数值模型，识别出影响极限状态有效翼缘宽度的主要变量，包括钢主梁的上下翼缘宽度、钢横梁的上翼缘宽度。对数值算例结果进行回归分析，得出非对称钢梁截面组合框架梁梁端极限状态有效翼缘宽度的计算方法。结果表明：建议公式计算的正弯矩和负弯矩下的有效翼缘宽度均满足工程精度要求，与已有研究和规范公式对比，研究中的建议公式计算得出的相对误差和离散性均最小。     

考虑楼板空间组合效应的组合框架体系纤维模型

将正常使用极限状态和承载能力极限状态有效宽度公式与传统纤维模型相结合，通过修正楼板钢筋和混凝土材料的单轴本构关系，实现了一种改进的考虑楼板空间组合效应的纤维模型，利用该模型可以在组合框架体系非线性分析中采用高效的全杆系单元合理地考虑复杂楼板空间组合效应的影响。基于考虑楼板空间组合效应的纤维模型，开发了一套较为完整的组合结构非线性有限元分析程序COMPONA-MARC (Version 1.0)。最后，将开发程序应用于多个组合框架抗震试验的模拟，结果表明了本文模型可较为准确地模拟组合框架弹塑性全过程的楼板空间组合效应。     

钢管混凝土柱-钢梁节点核心区受剪承载力计算对比研究

对近年来国内外进行的部分钢管混凝土柱与钢梁连接节点试验数据进行了统计,将试验结果与AIJ规范公式、Fukumoto方法和Nishiyama方法的计算结果进行了对比分析。计算结果表明：Fukumoto方法和Nishiyama方法的核心区受剪承载力计算方法较AIJ规范更加准确可靠。通过参数分析,证实了3种受剪承载力计算方法对不同轴压比、不同节点形式、不同柱截面的钢管混凝土节点具有较广泛的适用性。建议AIJ规范的适用钢材强度和混凝土强度分别不超过450MPa和70MPa,3种方法的适用钢材屈服强度与混凝土抗压强度标准值之比不小于8。对特殊类型节点的核心区受剪设计,也给出了修正计算式。     

大跨钢-混凝土空间组合结构的研究与应用

近年来,钢-混凝土组合结构在大跨空间结构中得到了越来越多的应用,本文简要介绍了在传统结构基础上发展起来的几种新型大跨空间组合结构,包括单向、双向组合梁板结构以及组合转换结构,并对其研究情况进行了综述.通过四个大跨空间结构的工程实例,论述了组合结构在大跨空间结构中应用的优势.钢-混凝土组合结构由于其结构高度小、自重轻、承载力高、刚度大、施工快速方便、受力性能优越等特点,在大跨空间结构中具有广阔的应用前景.