建筑科学与工程学报

温度与地震作用组合值系数取值研究

2025年11月25 00:00

为合理确定超长结构的温度与地震作用组合值系数,基于中国6个城市1974年至2023年期间的月平均最高气温、月平均最低气温和年平均气温观测资料,得到正、负温差的概率分布函数,通过卷积公式得到地震与温度作用组合工况随机变量的概率分布,进而根据50年基准期相应的分位值确定温度与地震作用的组合值系数,在此基础上考察相应的可靠指标。结果表明:正温差和负温差均符合极值Ⅰ型分布; 在常见地震和温度作用以及合龙温度的值域范围内,温度与地震作用组合值系数的平均值为0.304 4; 对于温度与多遇地震作用组合工况,当温度与地震作用组合值系数为0.3时,各类结构构件可靠指标的平均值为1.644,高于中国现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)的目标可靠指标,处于较为合理的水平。

再生砖骨料地聚物混凝土梁柱节点组合件抗震性能试验研究

许力,陈俊,颜桂云,张鹏起,刘如月 — 2025年11月25 00:00

为了综合利用建筑废弃黏土砖和工业废渣,提出了钢筋再生砖骨料地聚物混凝土(RRBGC)梁-钢管再生砖骨料地聚物混凝土(RBGCFT)柱框架结构体系,以再生砖骨料取代率和轴压比为研究参数,对4个RRBGC梁-RBGCFT柱边节点组合件进行低周往复荷载试验,分析其抗震性能。结果表明:梁柱节点组合件的破坏形态为梁铰机制破坏,梁端塑性铰具有良好的塑性变形能力,能够充分耗散能量; 砖骨料取代率r对梁柱节点组合件承载力和耗能影响不大,砖骨料取代率从0%增至50%和100%时,峰值荷载M_u分别降低3.2%和2.3%,累积耗能分别下降6.4%和16.3%; 尽管再生砖骨料显著降低了混凝土的弹性模量,但在正常使用阶段砖骨料取代率为50%和100%的试件,其刚度仅比取代率为0%的试件分别低12%和17%。

装配整体式混凝土框架U型梁-柱中节点抗震性能研究

2025年11月25 00:00

为解决底筋锚入式连接节点核心区钢筋堵塞问题,提出一种装配整体式混凝土框架U型梁-柱节点,其U型梁的梁底纵向钢筋和腰筋不伸出梁端,分别与U型梁空腔内设置的附加连接钢筋和附加腰筋通过无接触间接搭接,代替梁底纵向钢筋和腰筋直接伸入节点核心区,实现荷载传递。为研究该新型节点的抗震性能,对2个足尺梁柱中节点试件进行拟静力试验,包括1个新型节点试件和1个现浇对比节点试件。同时,基于有限元软件ABAQUS建立了新型节点的精细化模型,通过与试验结果进行对比,验证模型的有效性。结果表明:所有试件均为“梁铰”机制破坏,新型节点试件表现出不弱于现浇对比节点试件的抗震性能; 无接触间接搭接传力可行,现浇对比节点试件梁下部应力由梁底纵向钢筋承担,而新型节点试件转为附加连接钢筋承担; 在保证钢筋与混凝土黏结性能的前提下,改变附加连接钢筋无接触间接搭接长度和后浇混凝土强度等级对新型节点承载能力无明显影响,提高附加连接钢筋直径可有效提高新型节点承载能力。

宽柱双梁框架结构体系地震模拟振动台试验研究

王文海,曹大富,费亚东,刘嘉琪,张颖 — 2025年11月25 00:00

为研究宽柱双梁框架结构体系在地震作用下的受力机理、破坏特征及整体抗震性能,采用微粒混凝土、镀锌铁丝、黏土砖等材料制作了缩尺比例为1:4的三层宽柱双梁框架结构体系模型,分别进行了X向、Y向水平地震作用下的振动台试验,得到了模型结构在不同工况地震作用下的破坏形式、破坏过程及动力特性等。结果表明:该结构在输入峰值加速度0.055g(g为重力加速度)及0.15g地震作用下基本处于完好状态,在0.31g地震作用下发生轻微破坏,经历多次0.4g地震作用后,模型结构发生严重破坏而未倒塌,且仍保持一定的承载能力; 结构最严重的破坏部位发生在外贴墙纵横向相交的墙角处,但外贴墙与框架仍保持较好连接,结构体系合理可靠,具有足够的抗侧刚度和良好的抗震性能,可达到7度区“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设防目标。

冷弯薄壁型钢梁-水泥纤维板组合楼盖振动性能试验研究

2025年11月25 00:00

为研究冷弯薄壁型钢梁-水泥纤维板组合楼盖的振动性能,开展了该组合楼盖足尺试件的振动性能试验,并采用ABAQUS有限元软件构建了试件模型,通过对比试验结果与有限元结果验证了模型的合理性。在试验基础上,对冷弯薄壁型钢梁-水泥纤维板组合楼盖的固有频率、不同工况激励下的组合楼盖振动响应以及组合楼盖振动舒适度的变化特征进行了分析。利用ABAQUS有限元模型进行参数化分析,探究边界条件、水泥纤维板厚度、檩条间距、边梁形状等参数对组合楼盖振动性能的影响。结果表明:冷弯薄壁型钢梁-水泥纤维板组合楼盖的固有频率满足相关规范的限制要求,但峰值加速度不满足相关规范限值,振动舒适度还有待提升; 适当增强边界约束,增大水泥纤维板厚度,减小檩条间距,优化组合楼盖边梁横截面形状均可提升组合楼盖的振动舒适度; 研究成果可为冷弯薄壁型钢梁-水泥纤维板组合楼盖的设计应用和方案优化提供参考。

U型钢包覆混凝土组合梁受弯性能试验与设计方法研究

2025年11月25 00:00

为研究新型U型钢包覆混凝土组合梁的受弯性能和破坏模式,对4根U型钢包覆混凝土组合梁进行受弯性能试验,揭示了试件的荷载-跨中挠度曲线、荷载-应变曲线规律,探究了组合梁受弯机理和协同工作模式,并根据其破坏模式分析了组合梁的受力性能。试验中采用插筋作为组合梁抗剪连接件,研究了组合梁在正、负弯矩作用下的受弯承载力以及榫卯搭接构造的影响。基于试验数据提出了新型U型钢包覆混凝土组合梁的受弯承载力计算方法。结果表明:U型钢包覆混凝土组合梁试件呈现出正截面受弯破坏模式且具有良好的受弯性能与延性; 同等条件下,正弯矩作用下组合梁受弯承载力比负弯矩作用下高且延性好,前者抗弯承载力比后者高30%～40%,延性高20%～30%; 榫卯搭接构造能实现完全共同工作且能有效提高组合梁的整体受弯承载力,含榫卯搭接构造的组合梁试件抗弯承载力比不含榫卯搭接的组合梁高20%～30%,但前者延性比后者低50%～55%; 基于换算截面法提出的组合梁正、负弯矩作用下受弯承载力计算方法准确可靠,可应用于实际工程中。

装配式钢管混凝土节点抗倒塌性能试验研究

2025年11月25 00:00

为研究钢管混凝土节点的抗倒塌性能,提升装配式钢管混凝土节点在中柱失效工况下的承载能力,研究了节点拉弯性能和转动能力对结构抗倒塌能力的影响。设计节点连接处螺栓孔分别开设圆孔和长圆孔的两个试件,开展线性拟静力荷载试验,通过试验现象探究节点关键部位的受力情况与应变分布情况。通过对节点内力进行分解,分析节点的抗弯机制和悬链线机制对竖向承载力的作用。同时对节点的延性性能进行等效动力分析,在DoD规范的基础上提出符合钢管混凝土节点的动力放大系数计算公式,并讨论其准确性。结果表明:远离节点核心区的梁截面在加载过程中始终处于弹性状态; 节点产生大位移前由钢梁发挥抗弯性能抵抗荷载,节点产生大位移后通过发挥悬链线效应抵抗荷载; 连接处螺栓孔开设长圆孔的节点通过削弱部分抗弯性能,更加充分地发挥了悬链线效应,提高了节点的延性、转动能力与承载力,且试验加载过程中应力分布均匀,不易产生应力集中破坏; 提出的动力放大系数计算公式可以较好地预测节点悬链线阶段的动态效应,更符合钢管混凝土结构连续倒塌工况下延性的发展趋势。

钢管碱激发混凝土叠合柱黏结滑移性能研究

任志刚,许天恩,李旗,冯逸轩 — 2025年11月25 00:00

为研究钢管碱激发混凝土叠合柱界面黏结性能,对10个钢管碱激发混凝土叠合柱试件进行推出试验,分析钢纤维体积率、含管率、体积配箍率对钢管碱激发混凝土叠合柱界面黏结性能的影响。试验加载过程中,仔细观察试件的裂缝发展和破坏形态,并得到了试件的荷载-滑移曲线,通过对荷载-滑移曲线分析和归类,总结出具有典型形式的荷载-滑移曲线。深入分析了各变化参数对特征黏结强度的影响规律,运用灰色关联理论建立了特征黏结强度计算式。结果表明:推出试验后的试件整体较为完整,外部混凝土表面无明显裂缝,加载端面混凝土有一定损伤,荷载-滑移典型曲线分为3类; 特征黏结强度随钢纤维体积率和体积配箍率的增加而增加; 残余黏结强度随含管率的增加而减小,存在最佳截面尺寸范围,使极限黏结强度达到最大值; 灰色关联理论能够较好地反映特征黏结强度与各影响因素之间的关系,其中钢纤维体积率与极限黏结强度相关性最强,含管率与残余黏结强度相关性最强。

带PC填充墙装配式剪力墙抗侧性能试验研究

2025年11月25 00:00

为研究带预制混凝土(PC)填充墙剪力墙的抗震性能,完成了8个缩尺比为1/2的剪力墙试件拟静力往复加载试验,研究了试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度、耗能和延性等性能。结果表明:带窗洞填充墙试件易发生弯剪破坏,剪力墙破坏变得更为严重; 相比无填充墙试件,带填充墙试件的极限承载力和刚度明显提高,滞回曲线普遍呈弓形; 考虑门洞填充墙试件的耗能及延性与纯剪力墙相差不大; 考虑窗洞填充墙试件的延性与纯剪力墙相差不大,但耗能能力有较为明显的提高; 当同时考虑门洞和窗洞填充墙时,试件的破坏形态与单窗试件相同,耗能有所降低,延性与纯剪力墙试件相同; 窗洞口给试件提供了足够的变形能力,窗台则提供了较大的刚度和承载力; 填充墙结构相比于现浇结构整体性较差,无法充分发挥材料的耗能能力,当墙体中填充部分太多时,无填充墙试件耗能能力反而大于同时带有门洞和窗洞填充墙的试件。

陆上风机混凝土塔筒基础结构受力机理研究

2025年11月25 00:00

针对陆上风机混凝土塔筒基础(简称“混塔基础”)结构因预应力锚固要求而在基础中心设置空腔造成基础结构受力复杂,以及规范对此覆盖不够完善的问题,提出了基于有限元模型从内力视角开展混塔基础关键截面受力机理的分析方法。建立了两类有限元分析模型,一类是基于基床系数法的有限元基础-弹簧模型,另一类是基于规范基底线性反力假定的基础-反力模型。通过两类模型分析结果的对比,验证基础-弹簧模型的合理性。结果表明:随着基床系数的增加,基底脱开区由弓形向扇形转变,基底最大反力位置向基础中心移动,基础关键截面内力呈减小趋势; 基础外环板、空腔底板、环壁以及牛腿各截面除承受弯矩外,还承受轴向力,其中外环板环向截面、空腔底板径向和环向截面、环壁和牛腿环向截面均为拉-弯截面且拉力水平较高,对混凝土结构不利; 现有简化计算方法无法考虑截面轴力,致使拉-弯截面配筋不足,需引起工程界重视。

车辆撞击下钢拱塔斜拉桥力学性能及损伤分析

2025年11月25 00:00

为了分析双钢拱塔斜拉桥结构在车辆撞击下的受力性能,结合试验和ANSYS/LS-DYNA建立实际车辆全尺寸精细化模型,对撞击部位进行多尺度精细化处理,研究不同吨位车辆撞击不同位置时的局部损伤破坏特征和碰撞力时程曲线; 采用MIDAS Civil进行桥梁结构整体建模,分析整体结构在车辆撞击下的动力反应,并定义了体积损伤率这一指标来反映钢拱塔的损坏程度。结果表明:撞击力的强度与车辆结构的刚性分布密切相关,车辆对桥梁实际撞击力远超规范公式预测值; 钢拱塔的外壳和内部填充混凝土协同变形,提高了钢拱塔刚度,有效降低了撞击过程中的侵入深度,钢拱塔在抵抗车辆撞击方面具有优异性能; 随着车辆质量和速度增加,钢拱塔的体积损伤率增加,但增长速度逐渐减缓; 塔梁结合处等薄弱部位在车辆撞击下受力显著,撞击点附近的区域受影响尤其显著,靠近撞击点的斜拉索受影响最大; 钢拱塔在车辆撞击下有明显的横向位移,特别是腰部区域出现最大变形。

砂层浅埋暗挖连拱隧道复合式半曲墙承载特性研究

2025年11月25 00:00

为研究浅埋暗挖连拱隧道复合式半曲中隔墙的承载特性,依托西安市建元路-开元路通道工程,通过现场试验研究了半曲墙在开挖过程中底部与顶部压力、主筋轴力、弯矩、墙身沉降的演化规律,在验证模型有效性的基础上,采用数值模拟的方法进一步研究了两侧不同填料高度与不同开挖工法下中隔墙的位移变化规律。结果表明:中隔墙顶部和底部压力呈现两端大、中间小的现象,基底压力大于顶部压力; 中隔墙左侧主筋轴力大于右侧,将轴力值带入内力计算公式得到中隔墙不同截面处的弯矩,轴力、弯矩分布特征均为中部最大、底部次之、顶部最小,中部横截面为受力最不利位置,且在左洞施工时墙身弯距较大,右洞开挖后,围岩压力的释放起到了一定的纠偏作用; 墙身顶部向左洞偏移,墙底向右洞偏移,呈现出逆时针偏转的趋势,因此在中隔墙施工完成后,主洞开挖前应考虑采取两侧回填或增加横向支撑的防护措施; 对于土质松软的砂土地层,可采用中隔墙两侧不回填及开挖断面较小的三台阶法施工,能够减小中隔墙的竖向位移; 研究成果可为砂土地层浅埋暗挖连拱隧道的设计与施工提供参考。

锚索微型桩群在顺层岩质边坡加固中的抗滑特性对比研究

2025年11月25 00:00

对锚索微型桩群与普通微型桩群在滑坡推力作用下的受力机制开展了数值模拟研究,其中微型桩的建模充分考虑了其塑性变形的特性,并以贵州省德江至习水高速公路沿线的顺层岩质边坡治理工程为实际案例进行分析。对比了锚索微型桩群和普通微型桩群在抗滑性能上的差异,重点分析了两者在受力分布、荷载转移和稳定性方面的表现。结果表明:通过锚索和微型桩的协同作用显著提高了边坡稳定性和抗滑能力,在相同加载条件下,锚索微型桩群结构相比普通微型桩群加固后的边坡安全系数提高了14.7%,桩顶水平位移减小52.9%; 桩身最大正负弯矩均减小,其中最大正弯矩减少11.52%,最大负弯矩减少7.51%,最大弯矩点位置向远距离滑动面的桩体两侧移动,横向受力更为均匀,二者桩侧土压力最大比值为1:0.97; 桩-锚荷载分担比呈现出先增大后减小的趋势,最终趋于稳定; 提出的锚索微型桩群结构较好地结合了锚索与微型桩的力学性能,具有一定的工程参考价值。

基于Pasternak地基模型的微型桩群计算方法研究

2025年11月25 00:00

为得到更精确的微型桩群位移及内力计算结果,引入Pasternak地基模型中的剪切刚度G来考虑桩周土体受力变形的连续性,结合微型桩群计算理论及滑坡推力分布函数,基于Pasternak地基模型推导了适应多种滑坡推力分布形式的微型桩桩身挠曲微分方程解析解; 通过算例对解析解的准确性进行了验证,并结合工程实例对微型桩群进行了拆分计算,最后研究了剪切刚度G对计算精度的影响。结果表明:建立的基于Pasternak地基模型的微型桩群计算模型解析解与有限元解及试验值的位移变化趋势大致相同,且位移最大值均出现在桩顶位置,说明解析解有效; 相较于Winkler地基模型,基于Pasternak地基模型的微型桩群前后排桩解析解的计算结果精度更高。

预制管桩加固软土路堤高速公路改扩建工程效果的离心模型试验研究

2025年11月25 00:00

为揭示软土地区高速公路改扩建工程中预制管桩处理效果与新老路堤变形协调问题,依托芜合高速公路改扩建工程,采用土工离心模型试验方法,研究了新老路堤荷载下地基的变形特性,分析新路拓宽后对既有老路堤产生的附加影响,并结合沉降预测评估了预制管桩对新老路堤的变形协调控制效果。结果表明:对于芜合高速公路改扩建工程,采用预制管桩处理拓宽路堤下软基,可将拓宽路堤作为附加荷载引起的老路工后沉降控制在5 cm以内; 拓宽路基处治后新路总沉降量小于15 cm,且工后沉降小于5 cm; 新老路基之间的差异沉降得到有效控制; 由于预制管桩处理地基的应力集中效应,显著降低了桩间土承担的拓宽路堤附加荷载,宏观表现为加速了地基的固结速率,降低了工后沉降; 研究成果可为软土地区高速公路改扩建工程预制管桩加固技术的设计与施工提供依据。

非对称荷载作用下基坑受力变形特性试验研究

2025年11月25 00:00

通过1g(g为重力加速度)室内模型试验,以基坑两侧荷载差值为主要参数,研究非对称荷载作用下内撑式深基坑开挖过程中的受力变形情况。结果表明:在非对称荷载作用下,内撑式深基坑呈现两头大、中间小的“鼓肚型”变位模式; 在基坑荷载较小侧荷载为0的情况下,随着基坑两侧非对称荷载差值的增大,荷载较大侧支护结构位移随之增大,同时荷载较小侧位移减小,甚至可能出现“推回位移”; 非对称荷载差值增大会影响支护桩两侧的土压力,荷载较大侧支护桩被动土压力随荷载差值增大呈现出显著的非线性,主动土压力随荷载差值增大而减小,荷载较小侧支护桩被动土压力分布的非线性较弱,主动土压力随荷载差值增大而增大; 在设计中可以通过优化桩长来提高基坑的经济性与安全性; 对于坑外地表沉降,荷载较大侧随荷载增大显著增长,荷载较小侧基本不受荷载差值影响; 研究成果可为类似非对称基坑设计、施工提供参考。

基于单元追踪法的上软下硬地层深基坑施工期变形特性研究

2025年11月25 00:00

为研究降水影响下软-硬复合地层中深基坑变形特性,解决传统单元生死法建模精度低、易出现非真实回弹的问题,以广州市棠溪综合枢纽铁路部分的基坑工程为背景,结合多孔弹性模型与修正剑桥模型建立数值模型。采用单元追踪法(通过共节点单元复制与材料属性动态分配,实现围护结构、地层和内支撑的协同建模)模拟了降水引发的渗流效应和施工对基坑变形的影响,分析了降水对土体孔压及变形的影响。结果表明:基坑变形主要由降水固结与坑内土体卸载共同作用引起; 围护结构侧向变形从线性向“C形”非线性变化,最大位移位于39.65～43.51 mm之间,墙后地表沉降显著增加,最大沉降达到45.69 mm,且沉降影响区范围为开挖深度的1.0倍～1.5倍; 降水条件下支撑轴力变化显著,第二道支撑的轴力在两种工况下分别达到2 126.3 kN和2 189.3 kN,施加300 kN预应力后基坑变形得到有效控制,验证了该方案的合理性与实践价值。

碎石土高陡填方边坡冻融特性离心试验研究

翁效林,党博涵,杨连祥,胡继波 — 2025年11月25 00:00

以涞源国家跳台滑雪训练基地项目为背景,研究冻融作用对于碎石土高陡填方边坡的影响。采用离心模型试验方法分析了冻融作用下边坡不同位置的温度、孔隙水压力以及坡顶竖向位移等参数的变化规律,研究了冻融作用下碎石土高陡填方边坡的响应,并讨论了碎石土填料级配对边坡物理性质的影响,进而得到冻融作用下碎石土高陡填方边坡填料的最优级配。结果表明:不同埋深处的碎石土温度变化趋势基本一致,但温度变化速率随埋深增大而降低,坡面处的冻结速率和融沉速率显著高于坡脚与坡顶; 冻融过程中碎石土的温度、孔隙水压力均表现出“快速下降-缓慢下降-快速升高-缓慢升高”的变化规律,温度变化最大处位于坡面,孔隙水压力变化最复杂处位于坡脚; 坡顶竖向位移呈现“快速冻胀-缓慢冻胀-快速融沉-缓慢融沉”的变化规律,最大竖向位移发生在坡顶中线附近; 碎石土填料中的粗颗粒含量对冻融过程中孔隙水压力的变化有显著影响,粗颗粒含量越多,孔隙水压力变化幅度越小; 适当减少碎石土填料中细颗粒成分的占比,增大中粗颗粒的含量,使细、中、粗颗粒含量比约为6:3:1时,可提高冻融作用下坡脚处的最低温度,降低坡脚处的初始孔隙水压力,减少坡顶处的冻胀融沉和边坡整体变形。

饱和冻土-钢界面三轴剪切试验及本构模型

董旭光,王振波,吕江飞,唐少容 — 2025年11月25 00:00

为揭示三维应力状态下冻土与结构物界面的力学特性及其影响机制,预制含一定倾角斜面的钢块与饱和土组合为圆柱试样,利用温控三轴仪对试样进行不同应力路径的加载试验,探究界面粗糙度、温度和围压对试样界面剪切力学特性的影响机制; 通过试验应力-位移曲线和考虑粗糙度影响的饱和冻土与钢界面本构模型拟合对比,验证模型的合理性。结果表明:剪切破坏主要发生在界面处,且剪应力-剪切位移曲线表现出应变软化的特征; 界面抗剪强度随粗糙度和温度线性增加,温度对峰值强度的影响远大于残余强度; 温度为-2～-5 ℃时粗糙度对残余强度的影响显著,粗糙度越大,残余强度越大; 温度为-8～-11 ℃时,粗糙度对残余强度影响不大; 试验结果可为多年冻土区桩基和锚固等工程建设中结构与土的相互作用提供一定的参考。

基于正交设计的岩石相似材料力学性质试验研究

2025年11月25 00:00

为了确定某公路软硬互层岩质边坡模型试验所需相似材料的合理配比,基于正交试验设计方法,选取重晶石粉和石英砂为骨料,以黄土为增塑剂,水泥为黏结剂,设计了32个配比方案,并进行密度、直剪和单轴压缩试验,采用极差法、方差法和直观分析图分析了各因素对相似材料密度、弹性模量与抗剪强度参数的影响规律。结果表明:相似材料密度介于2.05～2.51 g·cm^-3,黏聚力介于33.28 ～603.22 kPa,内摩擦角介于28.81°～56.23°,弹性模量介于13.2～310.2 MPa; 随着骨料中重晶石粉含量增加,相似材料密度增大,内摩擦角先增大后减小,黏聚力与弹性模量则随混合料中水泥含量增加而增大,而黄土含量的增大则会使密度及弹性模量减小; 经试验分析,重晶石粉、石英砂、黄土、水泥、水的配合比为70:15:10:5:15和50:10:40:15时可分别作为模拟模型试验硬岩与软岩的理想配比; 研究成果可为岩质边坡模型试验提供一定参考。