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基于台风过程的建筑围护结构设计风压估算方法

发布于：2021-01-25 11:40:25 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

1 基于台风过程的建筑围护结构设计风压估算方法

王竟成 ^1,2 ，全涌 ² ，顾明 ²

1. 国网上海电缆公司

2. 同济大学土木工程学院

摘要：为了降低基于台风过程的建筑围护结构设计风压估算方法——Storm passage方法的复杂性且不减弱其高精度，假定各次风暴引起的结构风荷载极值之间相互独立，得到了形式更加简洁更易于理解的用于Storm passage方法的结构风压年极值概率分布表达式。并从理论上将改进前后的Storm passage方法进行了对比，以证明两者在高重现期下的精度基本相同。在此基础上，结合一工程实例，将改进方法、原Storm passage方法、未考虑台风过程的Monte Carlo模拟方法以及三种工程上常用的简算方法进行了对比。研究结果表明，对于50年重现期设计风压，改进方法与原Storm passage方法之间误差极小，可忽略不计；不考虑台风过程将导致结构设计风压估值偏小，大部分结果的偏小程度在10%以内；工程中常用的最不利法过分保守，有时甚至可偏大100%；风向折减因子法可给出经济性和安全性都适当的结果，但应谨慎使用，不合理的风向折减因子取值可能导致估计结果的安全性不足。

关键词：围护结构；台风过程；设计风压；风向性

作者简介

王竟成，出生于1991年，男，工学博士，主要从事结构风工程研究。email: 1432292wangjingcheng@tongji.edu.cn

通信作者

全涌，出生于1971年，男，工学博士，教授，主要从事结构风工程研究。 email: quanyong@tongji.edu.cn

2 下击暴流移动增大效应及带协同流壁面射流模拟方法

钟永力 ¹ ，晏致涛 ^1,2 ，汪之松 ¹ ，方智远 ¹

1. 重庆大学土木工程学院

2. 重庆科技学院建筑工程学院

摘要：目前对移动型下击暴流的研究主要基于冲击射流模型，但研究中通常考虑的平移速度较低且缩尺比较小。为此，通过风洞试验与数值模拟方法，研究移动冲击射流风场中平移速度对出流段平均风场的影响，得到了平移速度对下击暴流出流段最大风速增大效应的经验表达式。同时考虑到采用壁面射流方法能够得到较大尺度的下击暴流出流段风场，但并未考虑下击暴流移动增大效应。因此，改进了壁面射流模型，通过协同流模拟下击暴流雷暴云平动。采用数值模拟方法研究了协同流对壁面射流平均风剖面特征长度以及特征速度的影响，得到了协同流速度对壁面射流最大风速增大效应的经验表达式。结果表明：随着平移速度的增大，冲击射流出流段的最大平均速度的增幅可达13.3%以上，并且最大风速产生的位置更靠近壁面；在壁面射流方法中引入协同流，能够有效地模拟移动增大效应，通过建立协同增大效应与平移增大效应的对应关系，可较为准确地采用壁面射流方法得到下击暴流任意水平移动速度下的最大平均风剖面。

关键词：下击暴流；冲击射流；壁面射流；计算流体动力学；移动增大效应

作者简介

钟永力，出生于1989年，男，工学博士，讲师，主要从事结构风工程的研究。email: yonglizhong@qq.com

通信作者

晏致涛，出生于1978年，男，工学博士，教授，主要从事结构风工程的研究。email: zhitaoyan@qq.com

专家点评

下击暴流是近地面短时破坏性很强的一种特异风，风速很大，并对近地面的建筑物具有极大的危害，本文中研究其流动特性及模拟方法，对改善此类风作用下结构的设计风荷载取值和抗风性能具有重要意义。

3 基于增量动力分析的梁贯通式支撑钢框架地震易损性研究

王伟 ^1,2 ，胡书领 ^1,2 ，邹超 ²

1. 同济大学土木工程防灾国家实验室

2. 同济大学建筑工程系

摘要：为了得到梁贯通式支撑钢框架节点刚度及承载力设计方法，基于增量动力分析(IDA)方法，研究了节点性能对多层梁贯通式支撑钢框架地震易损性的影响，得到了不同节点刚度和承载力设置下四种模型(刚接、全强度半刚接、半强度半刚接和铰接模型)的易损性曲线，定量评价了各模型超越各极限状态的概率和倒塌储备系数。研究结果表明：无论节点刚度和承载力如何设置，在8度罕遇地震(地面峰值加速度为0.4 g )作用下，该结构发生倒塌的概率均小于1%，能够满足规范规定的“大震不倒”的要求。当节点刚度达到4倍相邻柱线刚度时，无论节点设置为柱端达到全截面屈服或部分屈服，结构在罕遇地震下的地震易损性相差不大，倒塌储备系数均高于FEMA P695中的建议水平；而铰接结构模型的抗倒塌能力则明显低于其他三种结构模型。基于分析结果，建议梁贯通支撑钢框架梁柱节点刚度应不小于相邻柱线刚度的4倍，节点承载力需不小于柱端全截面屈服弯矩的50%。

关键词：支撑钢框架；梁贯通；增量动力分析；节点刚度；节点承载力；地震易损性分析；倒塌储备系数

作者简介

王伟，出生于1977年，男，工学博士，教授，主要从事钢结构抗震研究。email: weiwang@tongji.edu.cn

通信作者

胡书领，出生于1994年，男，博士研究生，主要从事钢结构抗震研究。email: hushuling@tongji.edu.cn

专家点评

地震易损性作为一种评估结构地震安全的重要手段，已经得到了地震工程和结构工程领域研究人员的广泛关注。目前，地震易损性已经被应用于不同类型结构的地震安全评估中。尽管如此，继续将地震易损性应用于更为广泛类型的结构安全评估中也是一项很有益的工作。近年来装配式结构得到了广泛的关注，但其抗震性能一直存疑。针对这一问题，本文中提出采用地震易损性来评估装配式钢框架结构的抗震安全，是一个比较合理也比较恰当的研究方法。值得指出的是，本文中研究的装配式钢框架结构形式是本文作者前期提出的，这使得本文具有了很好的科研延续性，这种研究思路很值得提倡。

4 外包陶粒混凝土H型钢梁受弯性能研究

张爱林 ^1,2 ，朱涛 ¹ ，刘学春 ^1,2

1. 北京工业大学建筑工程学院

2. 北京工业大学北京市高层和大跨度预应力钢结构工程技术研究中心

摘要：提出一种外包陶粒混凝土H型钢梁，将腹板开圆孔的H型钢外包陶粒混凝土，通过U形箍筋使两者具有更好地黏结性能。在质量增加不大的情况下，发挥陶粒混凝土保温性能好、传热系数低、泌水性能好的特点，提高钢梁防火防腐的能力。为了研究其承载能力和混凝土包裹效果，设计了两组不同截面的外包混凝土钢梁进行静力性能试验和有限元分析。结果表明：内置型钢与外包陶粒混凝土黏结良好，外包混凝土对梁承载力有所贡献，相比腹板未开孔的纯钢梁可提高约10%；整体刚度相比于腹板未开孔的纯钢梁变化不大；试验中外包混凝土H型钢梁具有与钢筋混凝土适筋梁类似的弯曲性能，且外包混凝土的方式有效避免了钢梁翼缘局部失稳的问题。依据试验验证的有限元模型，通过改变有限元参数，分析了开孔直径、开孔间距以及U形箍筋间距对构件受弯承载力的影响。在符合GB 50017—2017《钢结构设计标准》规定的条件下，腹板开孔直径小于60%梁截面高时承载力高于腹板未开孔的纯钢梁；开孔间距和U形箍筋间距对受弯承载力基本没有影响。最后，推导并验证了外包混凝土钢梁设计承载力计算公式，采用该公式可以较准确地预测该类梁的受弯承载力。

关键词：H型钢梁；外包陶粒混凝土；静力试验；有限元分析；弯曲性能；承载能力

作者简介

张爱林，出生于1961年，男，工学博士，教授，主要从事装配式钢结构研究。email: zhangal@bjut.edu.cn

通信作者

刘学春，出生于1974年，男，工学博士，教授，主要从事装配式钢结构研究。email: liuxuechun@bjut.edu.cn

专家点评

本文的研究对象为外包陶粒混凝土H型钢梁，其试件实际上是对钢骨混凝土梁进行了适当地改造，该形式具有一定的创新性，在装配式建筑中有一定的应用价值。论文中采用试验和有限元相结合的方法，分析了陶粒混凝土外包腹板开圆孔H型钢的承载能力，工作量比较饱满。

5 基于桩-土界面脱开效应及摩阻力增强效应影响的水平荷载作用下桩受力机理研究

竺明星 ^1,2,3 ，王洋 ² ，龚维明 ² ，卢红前 ³

1. 江苏科技大学土木工程与建筑学院

2. 东南大学土木工程学院

3. 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司

摘要：为研究桩侧摩阻力和桩端阻力对水平受荷桩承载性能的影响，在考虑桩侧变法向土抗力作用的基础上分别提出桩-土界面的摩阻力增强效应模型与脱开效应模型。以此为基础，分别推导得出桩竖向侧摩阻力作用下单位长度桩身抗力矩的数值解与简化公式；在双曲线型的桩端阻力-位移模型及摩阻力增强效应基础上，进一步推导得到基底水平阻力与基底抗力矩的数值解和简化公式。并将单位长度桩身抗力矩、基底抗力矩以及基底水平阻力分别代入四弹簧Winkler地基梁模型，采用传递矩阵法得到桩身响应解。通过多组算例对比分析，不但验证了所建议的理论公式正确性，也证明了简化公式的适用性。参数影响分析结果表明：桩顶水平变形降低幅度随着柔性系数的增加、长径比的减小而提高；同时，随着柔性系数的减小，基底抗力矩和水平阻力对基桩水平承载特性的影响逐渐减弱，当为柔性桩时可忽略不计。

关键词：水平受荷桩；桩-土界面脱开效应；摩阻力增强效应；四弹簧模型；传递矩阵法；受力机理

作者简介

竺明星，出生于1985年，男，工学博士，副教授，主要从事海洋与深水基础工程理论及应用研究。 email: zhumingxing@seu.edu.cn

6 高频免共振法沉桩对周围土体影响的现场测试与分析

王卫东 ^1,2 ，魏家斌 ¹ ，吴江斌 ² ，周蓉峰 ³

1. 同济大学地下建筑与工程系

2. 华东建筑设计研究院有限公司上海地下空间与工程设计研究院

3. 上海市机械施工集团有限公司

摘要：为研究高频免共振法沉桩对周围土体振动和变形的影响，以国家会展中心(上海)双层改造工程为例进行了现场测试。该改造工程中桩基施工环境敏感，沉桩在室内进行且邻近地铁和燃气管道。试桩采用开口钢管桩(桩径700 mm，桩长60 m)，测试了沉桩过程中激振力、地面振动以及土体的竖向和水平变形等。结果表明：每根试桩沉桩用时23~37 min(不包括现场接桩时间)，沉桩速度较快；三节桩沉桩用时和所需激振力幅值随着沉桩深度增加而逐渐增大；地面最大振动速度在水平距离约1.5倍桩径处为13.32 mm/s，3.5倍桩径处为8.51 mm/s，随水平距离增加呈指数衰减；在水平距离约1.5倍桩径处，竖向和水平变形明显，分别产生最大沉降35.0 mm和最大挤压变形14.96 mm，其他水平距离处则影响较小。实测数据与工程实践表明，高频免共振法沉桩对周围土体振动和变形的影响程度低、衰减快、范围小。本研究可为敏感环境桩基施工提供新的方法。

关键词：室内沉桩；敏感环境；高频免共振法；现场测试；周围土体影响

作者简介

王卫东，出生于1969年，男，工学博士，教授级高级工程师，全国工程勘察设计大师，主要从事地下工程、深基坑工程、高层建筑地基基础的设计与理论研究。 email: weidong_wang@ecadi.com

7 桩端后压浆灌注桩长期承载性能试验研究

徐艺飞 ^1,2 ，万志辉 ^1,2 ，戴国亮 ^1,2 ，龚维明 ^1,2 ，高鲁超 ^1,2

1. 东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室

2. 东南大学土木工程学院

摘要：为研究后压浆灌注桩的长期工作性能，以银川北京路延伸及滨河黄河大桥为工程背景开展试桩静载试验，通过对比不同时间后压浆桩承载力的实测结果，并结合数值模拟结果进行对比分析，研究了后压浆灌注桩的长期承载性能及桩基阻力随时间的变化规律。结果表明：桩端后压浆形成的水泥土加固体，其强度随时间的推移而增长，使桩端阻力进一步增强，桩端后压浆存在时间效应；桩端后压浆导致浆液上返而在靠近桩端的桩侧处形成浆土混合物，使桩侧摩阻力随时间推移不断增强，占极限承载力的比例逐渐增大；与未压浆桩相比，在相同荷载作用下，桩端后压浆桩基的沉降随时间增长而减小并趋于稳定。

关键词：桩端后压浆灌注桩；自平衡测试法；长期承载性状；时间效应；桩端阻力；桩侧摩阻力

作者简介

徐艺飞，出生于1996年，男，硕士研究生，主要从事桩基础与深基础工程方面的研究。email: xuyf@seu.edu.cn

通信作者

万志辉，出生于1990年，男，工学博士，助理研究员，主要从事后压浆理论与工程实践、桩基础与深基础工程等方面的科研工作。email: zhihuiwan@seu.edu.cn

8
纤维网增强混凝土复合材料约束混凝土应力-应变关系研究

张勤 ^1,2 ，李三亚 ¹ ，赵永胜 ³ ，周继凯 ¹

1. 河海大学土木与交通学院

2. 大连理工大学海洋能源利用与节能教育部重点实验室

3. 江苏大学土木工程与力学学院

摘要：为研究纤维网增强混凝土(TRC)加固层对混凝土柱的约束性能，对13根混凝土柱试件(包括10根TRC加固柱和3根对比柱)进行了轴心受压试验，分析了纤维网层数、短切纤维及混凝土强度对TRC加固效果的影响，基于试验结果提出了TRC约束混凝土应力-应变关系简化计算模型。研究结果表明：TRC加固可改善混凝土柱的轴压破坏形态；与未加固柱相比，TRC加固柱的承载能力和变形能力有不同程度提高，且提高幅度与纤维网层数、混凝土强度以及短切纤维掺入相关，纤维网层数越多、混凝土强度越低时，加固柱的承载力和延性提高幅度越大，最高可分别达67.3%和65.2%；TRC基体中掺入短切纤维有利于加固柱的承载力和延性提高；提出的TRC约束混凝土应力-应变关系计算模型与试验结果吻合较好，可用于描述TRC约束混凝土应力-应变关系曲线。

关键词：纤维网增强混凝土；加固混凝土柱；轴压试验；轴压性能；应力-应变关系

作者简介

张勤，出生于1983年，男，工学博士，副教授，主要从事钢筋混凝土结构抗震及新型结构材料应用等研究。 email: zhangqin8190@163.com

专家点评

纤维网增强混凝土（TRC）作为一种新型纤维增强复合材料，是目前国际上土木工程领域的研究热点。本文中将TRC作为补强材料加固普通混凝土柱，通过轴压性能试验，分析了纤维网层数、短切纤维及混凝土强度等因素的影响，并基于试验结果提出了加固柱的应力-应变关系简化模型，为分析TRC复材加固混凝土柱的约束性能以及抗震性能提供了理论参考。论文的创新性较强，结构层次清晰，逻辑合理，数据翔实，结果可信，有较重要的理论意义和工程应用价值。