长宽比对矩形截面高层建筑表面风压分布的影响研究

为了研究长宽比对矩形截面高层建筑表面风压分布的影响,进行7个长宽比建筑的风洞试验,分析长边和短边正迎风时各立面的风压分布,从短边正迎风时侧风面的风压分布研究气流的分离和再附,计算得到面体型系数,并将面体型系数与荷载规范值进行比较。研究表明:短边正迎风时,迎风面的风压分布与长宽比无关,背风面风压比较均匀,长宽比越大负平均风压系数绝对值越小;当长宽比大于4∶1时,侧风面负风压绝对值由大变小再变大,气流发生分离、附着、再分离。试验获得的迎风面体型系数随着深宽比的增大而增大,背风面体型系数随深宽比的分布总体上与荷载规范一致。     

矩形截面高层建筑的横风向基底弯矩系数均方根值研究

利用高频天平技术,在4种不同风场中对71种不同外形尺寸的矩形截面高层建筑刚性模型进行风洞试验,测得高层建筑横风向基底弯矩系数,考察建筑厚宽比、长细比及所处风场类型对高层建筑横风向基底弯矩系数均方根值的影响。试验结果表明,厚宽比的影响效果最显著,长细比的影响可以忽略不计,风场类型的影响随着厚宽比的不同而不同。基于这些风洞试验数据,给出基底弯矩系数均方根值的拟合公式并对拟合公式进行误差分析,通过与国内外相关研究成果的比较,验证拟合公式的精度与合理性,可以为荷载规范的修订和补充提供很好的参考。     

深圳京基金融中心横风向气动阻尼试验研究

针对439 m的深圳京基金融中心（KFT）工程,采用气动弹性模型技术研究其横风向气动阻尼特性。根据工程地址的100 a重现期风速、缩尺比例以及前期刚体模型同步测压所得到结构风敏感风向（东西向）的广义力功率谱密度特征确定气弹模型试验的风速范围,通过风洞试验获取不同风速下气动弹性模型敏感风向的顶部加速度响应数据,应用随机减量技术计算分析横风向气动阻尼随折算风速的变化规律,试验考虑结构模态阻尼对气动阻尼的影响。结果表明：在折算风速为4~14的范围内,结构气动阻尼值均大于0且随风速的增大而增大,上游地王大厦(DWT)的干扰效应对气动阻尼未产生不利影响,KFT的基本频率和DWT脱落在尾流中的漩涡频率一致的100 a重现期风速时的气动阻尼比为1.25%,表明前期采用刚性模型试验对KFT进行抗风设计时,不考虑气动阻尼影响计算得到的结构风致荷载和风致响应偏于保守和安全。     

不同长宽比矩形基础承载变形特性宏细观研究

采用基于数字化摄影测量技术的试验方法,对不同长宽比(L/B)矩形基础地基的承载特性、位移场、应变场发展规律及破坏模式进行深入研究。研究结果表明:矩形基础地基极限承载力随着基础长宽比的增大而减小,并逐渐趋于稳定;L/B较小矩形基础地基最大剪应变沿基础长度方向形成贯通的应变泡,基础正下方弹性变形区呈三角形,地基呈整体破坏模式;L/B较大矩形基础地基沿基础长度方向最大剪应变局限于板边附近,未能形成贯通的应变泡,基础正下方弹性变形区呈倒梯形,地基沿基础长度方向呈局部破坏模式;不同长宽比矩形基础下地基沿着基础宽度方向呈整体破坏模式。     

高层矩形建筑横风向风力特性试验研究

在边界层风洞中对10个典型超高层建筑模型进行测压试验,获得了测点层的顺风向、横风向和扭转方向的风荷载,整理了横风向风荷载的功率谱、相关系数和水平、竖向相干函数,分析了流场绕流的特点,总结了横风向风力对扭转的贡献。得到如下结论:选取分离点作为参考点时,横风向水平相关性随厚宽比增加变化较大,通过确定其零点位置可以定量确定再附点位置;横风向风力竖向相关性受所选基点位置影响程度较小;竖向相干性随厚宽比增大而降低;模型厚宽比大于1.5时,结构扭矩谱几乎全部由横风向贡献。     

带凹角矩形截面高层建筑风荷载体型系数研究

采用CFD技术,对典型带凹角矩形截面高层建筑在群体建筑干扰环境下的平均风荷载进行数值模拟研究。首先对CAARC标准模型进行了数值模拟,以验证本文计算方法及参数设置等的合理性。然后基于两个风向角下的数值模拟结果,分析了该建筑物主塔楼表面上各区域体型系数的分布特征,并与我国荷载规范和文献中风洞试验给出的值进行了比较;同时,还计算了顺风向风荷载。研究发现,迎风侧凹角处的体型系数会出现较大的负值,与规范取值差别较大,这也将使得计算出的结构顺风向风荷载明显降低,造成该结果的主要原因是在迎风侧凹角处产生了较强烈的分离流和漩涡。除了气动外形以外,周边建筑的干扰也会对体型系数分布造成不可忽视的影响。     

矩形截面剪力墙轴压比限值研究与截面变形能力设计

通过理论分析和数值计算,研究了设置约束边缘构件的矩形截面剪力墙轴压比限值。研究结果表明,影响混凝土剪力墙轴压比限值的主要因素为约束箍筋的配箍特征值、剪力墙的高宽比和顶点目标位移角值,据此提出了确定轴压比限值的方法,同时也给出了剪力墙截面变形能力的设计方法。通过10个剪力墙试件理论计算与试验目标位移角的对比分析,说明了该方法的可靠性。     

矩形钢管混凝土截面温度场的试验研究

分别在日照和阴凉条件下对一个矩形钢管混凝土试件进行截面温度场连续的试验观测,并结合有限元方法,在实测温度数据基础上分析矩形钢管混凝土截面温度场的分布规律。结果表明:截面温度场在时间和空间上的非线性分布明显;测点越靠近截面中心点,温度越低且变化越缓和;截面温度场在日照作用下比阴凉条件下整体偏高;日照作用下截面靠近管壁点与中间点最大温差为5.2℃,阴凉处最大温差为3.2℃;靠近管壁点的最高温、最低温和最大温差均比中间点和气温高,其变化趋势与中间点和气温相近;有限元计算结果与实测结果相符。     

大高宽比方形截面高层建筑的横风向风荷载及风致响应研究

基于一栋高层建筑的刚性模型表面压力测量风洞试验数据,分析了高宽比较大且截面为方形的高层建筑横风向风效应的共同特征。得到如下结论:高层建筑横截面为方形时,其横风向风荷载主要由规则性旋涡脱落导致的尾流激励构成,为窄带随机激励;当高层建筑的高宽比较大时,基阶固有频率相对较低;当高层建筑兼具方形截面和大高宽比这两个特征时,其基阶固有频率可能接近其尾流的旋涡脱落频率,从而发生剧烈的横风向涡激共振。建筑结构截面的小幅增大可使这种剧烈的横风向涡激共振得到有效控制。上部外形的适当处理,也可能有效降低高层建筑的横风向等效风荷载。低矮群楼的出现将在一定程度上影响高层建筑的风荷载。     

矩形截面超高层建筑风荷载体型系数试验研究

试验分析了7种不同宽深比情况下矩形截面高层建筑风荷载体型系数,并与现行荷载规范对比,结果显示随着截面宽深比的变化,矩形截面高层建筑风荷载体型系数发生比较显著的变化。在截面宽深比为1．5时,建筑整体体型系数为1．47,超过荷载规范建议值,在建筑结构设计过程中应该引起足够的重视。本文通过回归分析,得出矩形截面高层建筑风荷载体型系数随着其截面宽深比变化的经验公式,可供参考。     

采用矩形或圆形截面对RC矩形柱进行抗震加固的试验研究

设计并制作了五组经过加固或未经加固的试件,在轴向压应力为5·6MPa的情况下,进行了水平反复加载试验。试验结果表明,RC矩形柱用外包钢或碳纤维以矩形或圆形截面形式加固后,变形性能得到明显的改善;由于轴压比不大,极限承载力提高不太明显;圆形截面的承载力加固效果好于矩形截面的;外包钢加固试件的耗能能力比碳纤维加固的稍大。     

智能碳纤维板嵌入式加固矩形截面钢筋混凝土梁试验研究

将碳纤维增强复合材料(CFRP)与光纤光栅(OFBG)的传感特性结合,研制出智能碳纤维(CFRP-OFBG)板。共对6根梁进行试验,其中5根为CFRP-OFBG板嵌入式加固矩形截面钢筋混凝土梁,1根未加固矩形截面钢筋混凝土梁作为对比,通过试验监测CFRP-OFBG板的中心波长变化来推算出CFRP-OFBG板的应变值,并将CFRP-OFBG板的中心波长变化与同一位置处CFRP-OFBG板的应变值进行绘图分析。结果表明:CFRP-OFBG板的中心波长变化与同一位置处CFRP-OFBG板的应变值呈现出良好的线性关系,且拟合得到的CFRP-OFBG板灵敏度系数约为1. 2pm/με,与CFRP-OFBG板的应变传感灵敏度1. 281pm/με吻合良好,为结构健康监测和结构可靠性分析提供了一种方法。     

附加电涡流阻尼TMD的高层建筑结构振动台试验研究

电涡流阻尼系统(Eddy-Current System)是一种广泛应用在机械工程和航空航天领域的减振控制技术,将电涡流阻尼系统与传统的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)相结合而成的新型电涡流阻尼TMD(EC-TMD)在土木工程中的应用还处于起步阶段。通过附加电涡流阻尼TMD的五层钢框架结构振动台试验,考察了该装置对高层建筑结构的减振控制效果。试验结果表明:附加电涡流阻尼TMD可以明显减少主体结构的加速度、位移、最大层间位移角等响应;电涡流阻尼TMD的控制效果受输入激励特性的影响,也和本身的质量比、电涡流阻尼比有关;与传统TMD相比,电涡流阻尼TMD可以更快速的抑制结构振动,并能将自身摆幅控制在较小范围内。     

均匀风场中矩形高层建筑脉动风力阻塞效应试验研究

基于同步测压技术,对阻塞度为4.1%、6.1%、8.4%和10.1%的矩形单体高层建筑模型在均匀风场中分别进行了阻塞效应试验研究。对比了各模型层脉动风力随高度的变化、层风力功率谱密度、相关性和相干性。研究结果表明:随着阻塞度的增大,层脉动阻力和升力系数均增大,升力系数增幅更为显著;层阻力功率谱在2倍斯托罗哈数处出现谱峰;层升力功率谱峰值更加突出,且斯托罗哈数有所增大;层升力的竖向相关性和相干性以及层阻力的竖向相干性均增强;而在建筑1/2高度以上的层阻力竖向相关性降低。     

厚壁矩形中空截面冷弯型钢纵向残余应力试验研究

对壁厚超过6mm的厚壁矩形中空截面冷弯型钢进行试验研究。矩形中空截面采用两种成型方法:直接法(直接形成矩形)和间接法(先形成圆形,再转换成矩形)。采用两种方法(钻孔法和X射线衍射法)计算纵向残余应力的大小和分布。研究了沿截面周长方向和厚度方向的纵向残余应力的大小和分布。结果显示,沿厚度方向的纵向残余应力在外表面为拉力,内表面为压力,表现出类似于正弦曲线的非线性特性。此外,讨论了厚壁矩形中空截面冷弯型钢的成型过程和截面几何尺寸对残余应力的大小和分布的影响。最后,针对厚壁矩形中空截面冷弯型钢两种不同成型过程,分别给出相应的残余应力分布情况。     

配置高强钢筋的混凝土矩形截面柱抗震性能试验研究

对10个配置HRB335、HRB500E、HRB600钢筋的混凝土矩形截面柱进行水平低周反复荷载作用下的拟静力试验,对比分析钢筋等体积和等强度代换时,纵筋强度、箍筋强度、混凝土强度等因素对试件破坏状态、滞回曲线、骨架曲线、受弯承载力及延性性能的影响。结果表明:配置不同强度钢筋的矩形截面柱试件均发生典型的弯曲破坏,柱底形成塑性铰,纵筋断裂,试件具有较好的变形能力和延性性能;钢筋等体积代换时,纵筋强度对试件承载力和变形能力影响较大,箍筋强度影响较小;钢筋等强度代换时,试件抗震性能基本保持不变,采用高强钢筋可以减小钢筋用量;随着混凝土强度的提高,试件刚度增大,导致屈服位移减小,位移延性系数增大。     

箍筋约束ECC矩形截面短柱轴心受压试验研究

通过箍筋约束ECC矩形截面短柱的轴心受压试验,研究了箍筋约束作用对ECC应力-应变曲线的影响。研究结果表明:接近峰值荷载前,箍筋应变增长较快,试件达到峰值荷载时箍筋均已屈服,约束效果明显;体积配箍率较高、箍筋间距与直径较小及截面高宽比较小的ECC试件,箍筋的约束效果好,试件破坏后整体性较好;箍筋约束作用对ECC峰值应力与峰值应变的提高幅度不大,但约束ECC应力-应变曲线的下降段更为平缓,试件延性明显改善。     

双锥型变截面矩形钢管的试验研究及承载力分析

双锥型变截面矩形钢管是指两端为锥型变截面、中间为等截面的组合矩形钢管构件。首先推导双锥型变截面矩形钢管的强度最不利破坏截面位置的判断公式,阐述双锥型变截面矩形钢管在压弯和压弯扭试验中不同加载方式下试件的破坏模式、塑性区发展过程及承载力结果,并结合大量有限元模型分析,进行不同弯压比下构件承载能力的比较。研究表明,双锥型变截面矩形钢管与等截面构件相比,在弯矩作用下具有更高的承载力,且塑性铰位置避开构件端节点,使整体结构延性得到增强。     

基于试验数据的矩形截面钢筋混凝土剪力墙抗剪承载力研究

建立了一个包含259个矩形截面钢筋混凝土剪力墙的试验数据库,将数据分类筛选后与中国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)、美国规范ACI 318-11、新西兰规范NZS 3101∶2006以及欧洲规范Eurocode 8的抗剪承载力公式进行对比。结果表明,各规范抗剪承载力公式的计算结果与试验实测结果的比值离散性均较大,中国规范JGJ 3—2010和美国规范ACI 318-11的抗剪承载力公式较为安全准确,欧洲规范Eurocode 8抗剪承载力公式最为离散。经分析发现,对于上述四种规范,抗剪承载力公式中混凝土部分抗剪公式过于保守和不准确是导致整个抗剪承载力公式离散性较大的一个重要原因。在中国规范JGJ 3—2010的抗剪承载力公式的基础上,基于数据库对混凝土部分抗剪公式进行调整,调整后的抗剪承载力公式的准确性比原有公式有明显提高。