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建筑结构 2024年第19期54卷 44-50,65页

作者：陈志华滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072

索结构已经成为现代大跨度建筑结构的首选体系之一。梳理了七十年以来我国索结构的发展历程,将其分为起步、缓慢发展和快速发展三个阶段,并对每个阶段进行了详细分类和阐述。对建筑索结构中的拉索构件和节点构件进行了归纳和总结,系统... 详细信息

索结构已经成为现代大跨度建筑结构的首选体系之一。梳理了七十年以来我国索结构的发展历程,将其分为起步、缓慢发展和快速发展三个阶段,并对每个阶段进行了详细分类和阐述。对建筑索结构中的拉索构件和节点构件进行了归纳和总结,系统地列举了各类构件的主要形式。此外,综述了悬索结构、索膜结构、张弦(弦支)结构及索穹顶结构等典型结构形式的特点、受力机理及代表性工程,进一步展示了索结构在实际工程中的广泛应用和显著优势。这些结构形式不仅体现了索结构的创新性和灵活性,也证明了其在满足大跨度建筑需求方面的卓越性能。在可持续绿色发展的要求下,随着科技的不断进步,索结构在建筑领域的应用前景愈发广阔。我国的索结构将继续在大跨度建筑领域中扮演重要角色,为实现更加高效、环保和创新的建筑设计提供有力支持。

关键词：建筑索结构拉索构件索节点悬索结构索膜结构张弦结构索穹顶结构

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玄武岩纤维网格增强磷酸镁水泥砂浆复合材料力学性能

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复合材料学报 2024年第10期41卷 5492-5503页

作者：谢剑刘家旺李伟金凌翼天津大学建筑工程学院滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350 北京市既有建筑改造工程技术研究中心(天津分中心) 天津300350 兰州交通大学土木工程学院兰州730070

为了研究钢纤维与玄武岩纤维(BFRP)网格对磷酸镁水泥砂浆(MPCM)力学性能的增强效果,制备了BFRP网格MPCM复合材料(GRMM)。通过轴向拉伸试验和四点弯曲试验,研究材料复合方式(钢纤维增强、BFRP网格增强、复合增强)、BFRP网格厚度(1 mm、2... 详细信息

为了研究钢纤维与玄武岩纤维(BFRP)网格对磷酸镁水泥砂浆(MPCM)力学性能的增强效果,制备了BFRP网格MPCM复合材料(GRMM)。通过轴向拉伸试验和四点弯曲试验,研究材料复合方式(钢纤维增强、BFRP网格增强、复合增强)、BFRP网格厚度(1 mm、2 mm、3 mm)和BFRP网格表面形式(未处理、粘砂)对复合材料拉伸应力-应变曲线、弯曲应力-挠度曲线与关键力学参数的影响规律,以及钢纤维、BFRP网格在GRMM中的作用机制。结果表明:钢纤维主要在GRMM受力前期发挥作用,可以有效地抑制裂缝的产生,起到了增强、增韧的作用,钢纤维的掺入使拉伸试件与弯曲试件承载力分别提高了24.23%与215.33%,并提高了两类试件的抗裂性能、变形与耗能能力;BFRP网格作为拉应力的主要承担者,作用于GRMM整个受力过程,使两类试件的峰值变形提升了70倍以上,但试件中BFRP网格与MPCM受力并不协调;两种材料复合增强下,GRMM综合了钢纤维对基体的增强效果与BFRP网格的良好变形性能,其抗裂性能、强度、变形性能及耗能能力均得到提升;随着BFRP网格厚度的增加,GRMM试件强度与耗能能力得到进一步提升;BFRP网格表面进行粘砂处理对GRMM各项性能影响并不明显。

关键词：磷酸镁水泥砂浆玄武岩纤维网格纤维增强拉伸性能弯曲性能

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考虑下部结构单层球面网壳的地震动参数与易损性分析

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地震工程与工程振动 2024年第3期44卷 29-40页

作者：韩庆华孙明阳徐杰天津大学中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

目前大跨空间球面网壳结构的地震动参数研究与易损性分析多关注于上部结构,忽视了下部支承体系对整体结构的影响。为选取适于评估带下部结构肋环斜杆型单层球面网壳响应的地震动参数,以6个不同矢跨比、不同下部结构的单层球面网壳为模型... 详细信息

目前大跨空间球面网壳结构的地震动参数研究与易损性分析多关注于上部结构,忽视了下部支承体系对整体结构的影响。为选取适于评估带下部结构肋环斜杆型单层球面网壳响应的地震动参数,以6个不同矢跨比、不同下部结构的单层球面网壳为模型,研究下部支承体系对球面网壳动力特性的影响,选取多条三维地震动作为输入对模型进行增量动力分析,从相关性、有效性和充分性三个方面对18个地震动参数进行分析评估。并基于大量算例失效时刻的特征响应,建立了考虑下部结构的单层球面网壳的地震损伤模型。结果表明:有无下部支承对结构基频影响较大,随着下部结构高度的增加,结构基频不断减小,无支承柱结构与带10 m支承柱结构的基频相差高达24%;加速度谱强度、峰值加速度与结构地震响应的相关性、有效性及充分性均优于其它地震动参数,可作为考虑下部结构肋环斜杆型单层球面网壳易损性分析的地震动参数。与此同时,在下部支承结构相同时,矢跨比小的网壳结构抗震性能更好,所致结构倒塌的临界荷载更大;支承高度对网壳抗震性能的影响并非呈线性关系,因此,在结构设计时应合理选取下部支承结构高度。

关键词：下部结构肋环斜杆型球面网壳地震动参数损伤模型易损性分析

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2021年漾濞6.4级近断层宽频地震动模拟:一种改进的FK方法

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岩土工程学报 2023年第4期45卷 709-719页

作者：巴振宁刘悦赵靖轩张郁山梁建文中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室(天津大学) 天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350 中国地震灾害防御中心北京100029

将基于物理的地震动模拟从现有已实现的1~2 Hz分辨率拓展到工程结构敏感的5~10 Hz更高频率,是现代地震工程近断层地震动模拟的重要发展方向。建立一种改进的频率波数域(FK)方法,结合GP14.3混合震源模型,实现了0~10 Hz的近断层地震动高... 详细信息

将基于物理的地震动模拟从现有已实现的1~2 Hz分辨率拓展到工程结构敏感的5~10 Hz更高频率,是现代地震工程近断层地震动模拟的重要发展方向。建立一种改进的频率波数域(FK)方法,结合GP14.3混合震源模型,实现了0~10 Hz的近断层地震动高效模拟。方法建立修正动力刚度矩阵法求解理论格林函数,有效解决了一维地壳速度结构传播高频地震波的问题;有限断层面上低频确定性成分及高频随机成分的合理结合,有效解决了断层破裂过程辐射出高频地震波的问题。将方法应用于2021年5月21日云南漾濞6.4级浅源破坏地震模拟,通过与8个台站(涵盖了近场、中场和远场)强震记录及相应反应谱的比较显示,模拟结果与强震记录的波形、持时、幅值均吻合良好,与反应谱在各频段上均表现良好的一致性,很好地验证了该方法及模型的适用性及模拟频率带宽的可靠性。最后,模拟了漾濞地区100 km×100 km范围内的地面运动场,给出了地面运动峰值分布和波场快照,提出了与震中距相关的PGA和PGV经验衰减公式,获得了地震动频谱特征衰减规律。结果表明:①2021年漾濞6.4级地震呈现明显近断层地震集中性效应和破裂方向性效应;②近场20 km范围内,地震动峰值衰减较快,PGA最大衰减93.1%、PGV最大衰减83.3%;③近场范围内频谱成分主要包含0~10 Hz的宽频成分,震中距超过20 km后频率成分主要集中在0~4 Hz范围内。

关键词：宽频地震动模拟近断层地震动模拟频率波数域方法混合震源模型漾濞地震

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综合管廊天然气泄漏爆炸的定量风险评估

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建筑结构学报 2023年第11期44卷 129-136页

作者：师燕超么志远袁明德谢常领丁阳天津大学建筑工程学院天津300072 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072 深圳市市政设计研究院有限公司广东深圳518029

合理考虑综合管廊的天然气泄漏爆炸风险,对我国天然气入廊的安全性至关重要。为此,基于流体力学的FLACS气体爆炸计算软件,以综合管廊发生天然气泄漏爆炸的后果评估为目标,建立了一种定量风险评估方法。通过建立等效可燃气云与爆炸后果... 详细信息

合理考虑综合管廊的天然气泄漏爆炸风险,对我国天然气入廊的安全性至关重要。为此,基于流体力学的FLACS气体爆炸计算软件,以综合管廊发生天然气泄漏爆炸的后果评估为目标,建立了一种定量风险评估方法。通过建立等效可燃气云与爆炸后果的相关关系,提出了一种适用于受限空间的单参数累积点火概率模型,能够反映可燃气云发展过程与时间因素的影响,最终得到天然气泄漏爆炸超压峰值与冲量的超越概率曲线。结合规范给出如下建议:当风险接受水平取1×10^(-7)时,根据超越概率曲线,超压峰值可取200~300 kPa,冲量可取100~152 kPa·s。

关键词：综合管廊天然气泄漏爆炸定量风险评估超越概率曲线

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盾构隧道渗漏对地表沉降和管片受力影响研究

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地下空间与工程学报 2023年第S01期19卷 423-435页

作者：加瑞李青茁杨岗许敬明天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350

盾构隧道管片接缝漏水会引起地表沉降,并对管片的受力造成不利影响。通过数值模拟系统分析了渗漏时间、渗漏程度、渗漏位置和渗漏面积对土体中的孔压分布、地表沉降、管片变形和管片内力的影响。数值模拟结果表明:(1)对孔压分布的影响,... 详细信息

盾构隧道管片接缝漏水会引起地表沉降,并对管片的受力造成不利影响。通过数值模拟系统分析了渗漏时间、渗漏程度、渗漏位置和渗漏面积对土体中的孔压分布、地表沉降、管片变形和管片内力的影响。数值模拟结果表明:(1)对孔压分布的影响,盾构隧道渗漏会使土体中的孔压降低,渗漏时间越长、渗漏程度越严重、渗漏位置越靠近拱底、渗漏面积越大,孔压降低的幅值越大。(2)对地表沉降的影响,渗漏引起的孔压降低会使土体竖向有效应力增加,引起地表沉降;渗漏时间越长、渗漏程度越严重、渗漏面积越大,地表沉降越大;渗漏位置会影响地表最大沉降点的位置和最大沉降量。(3)对管片变形的影响,渗漏会使管片发生下沉,由于渗漏点处的总应力减小管片还发生了向渗漏点的偏移以及一定的椭圆化变形。(4)对管片内力的影响,接头2、接头3、全接头和整环渗漏时,由于拱顶竖向应力和拱腰水平应力的差值增大,管片的横向椭圆化变形增大,管片的弯矩增大,拱腰轴力增大,接头1渗漏时,管片的弯矩减小,拱顶轴力增加;渗漏对管片变形和管片内力的影响随渗漏时间、渗漏程度和渗漏面积的增加而增大。

关键词：盾构隧道隧道渗漏地表沉降管片内力管片变形

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SMA-摩擦阻尼器对索穹顶结构减震性能分析及设计方法

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2023年第10期56卷 1078-1089页

作者：芦燕罗奇星王明威王月中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室(天津大学) 天津300350 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学) 天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学滨海工业研究院有限公司天津300452

针对大跨空间结构减震控制问题,采用了一种适用于大跨空间结构的SMA-摩擦阻尼器,该阻尼器将形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)的超弹性特性与摩擦阻尼器的高耗能特性相结合.以天津理工大学体育馆的索穹顶结构为研究对象,通过计算附... 详细信息

针对大跨空间结构减震控制问题,采用了一种适用于大跨空间结构的SMA-摩擦阻尼器,该阻尼器将形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)的超弹性特性与摩擦阻尼器的高耗能特性相结合.以天津理工大学体育馆的索穹顶结构为研究对象,通过计算附加模态阻尼比,得到了阻尼器的优先布置位置.基于多尺度有限元模型,研究了索穹顶结构的减震性能及SMA-摩擦阻尼器在地震中的力学性能.结果表明:在天津理工大学体育馆索穹顶结构中,阻尼器应优先替换内圈撑杆.随着地震动强度由0.07g增至0.40g,阻尼器滑动位移提升,减震性能增强,跨中节点竖向峰值加速度减震率平均值由11.97%增至30.35%,跨中节点竖向峰值位移减震率平均值由27.46%增至37.10%,杆件峰值应力减震率平均值由8.29%增至11.55%.该索穹顶结构一阶自振频率较低,与长周期地震动的傅里叶幅值集中区域接近,在长周期地震动下会有更大的动力响应,导致阻尼器滑动位移变大,耗能能力增强,结构竖向峰值加速度减震率和杆件峰值应力减震率平均值可达36.85%和15.13%,减震效果优于普通地震动.最后,对影响阻尼器滞回性能的力学参数高强螺栓预紧力和合金丝数量进行参数化分析,并结合阻尼器在结构中的受力,得到了阻尼器的力学参数设计方法,可供实际设计时参考.

关键词：索穹顶结构 SMA-摩擦阻尼器地震作用减震分析多尺度有限元模型

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超高性能混凝土与普通混凝土界面抗剪强度计算方法

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建筑结构学报 2024年第9期45卷 66-75页

作者：谢剑杨云涛陈玉洁朱劲松天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350 北京市既有建筑改造工程技术研究中心(天津分中心) 天津300350 上海建筑设计研究院有限公司上海200092

为提高超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)界面抗剪强度设计计算的精确性与合理性,广泛搜集国内外文献中相关的试验数据,建立了包含521组试验数据的UHPC-NC界面抗剪试验数据库,并... 详细信息

为提高超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)和普通混凝土(normal concrete,NC)界面抗剪强度设计计算的精确性与合理性,广泛搜集国内外文献中相关的试验数据,建立了包含521组试验数据的UHPC-NC界面抗剪试验数据库,并在假定界面剪切破坏机构的基础上,通过理论分析与数据拟合提出了UHPC-NC界面抗剪强度的计算方法。通过与现有规范设计方法及经验预测方法对比可知,所提出的计算方法具备更高的计算精度。同时,将所提出的计算方法用以改进界面内聚力单元的损伤起始准则,利用有限元软件ABAQUS的二次开发功能,建立UHPC湿接缝受弯试验的有限元模型。与已有研究中的试验结果对比表明,该有限元分析方法可以较精确地模拟UHPC接缝板的受力性能,可用于UHPC-NC组合构件的工程设计与优化改进。

关键词： UHPC-NC界面抗剪强度损伤起始准则 ABAQUS二次开发 UHPC湿接缝

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大型LNG储罐瓦楞型新型铝吊顶地震响应分析

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地震工程与工程振动 2023年第4期43卷 118-127页

作者：罗云标朱丽莹严加宝陈念来天津大学建筑工程学院天津300072 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072 中国寰球工程有限公司北京100102

大型LNG储罐中,铝吊顶是位于其内罐顶部,挂载保温绝热材料以形成封闭低温储存环境的大跨悬挂结构。铝吊顶在强震下的响应可能影响到储罐的安全和正常运作,值得研究和分析。建立了包含对瓦楞型新型铝吊顶精细化建模的大型LNG储罐的有限... 详细信息

大型LNG储罐中,铝吊顶是位于其内罐顶部,挂载保温绝热材料以形成封闭低温储存环境的大跨悬挂结构。铝吊顶在强震下的响应可能影响到储罐的安全和正常运作,值得研究和分析。建立了包含对瓦楞型新型铝吊顶精细化建模的大型LNG储罐的有限元分析模型,分析了在不同类型及强度的地震激励下,铝吊顶的响应特征及规律。重点探讨了储罐基础隔震对其地震响应的影响。研究分析发现:储罐基础隔震后,吊顶主共振区后移,水平和竖向自振周期均延长0.5 s,节点水平位移减小约29.9%~40.0%,杆件应力减小约27.2%~32.5%。基于增量动力分析法(IDA)对铝吊顶进行的地震易损性分析,结果表明:在不同地震作用下,吊顶的薄弱部位为边缘吊杆区域,其材料的强度富余量较大,整体发生掉落的可能性较小;吊顶在强震中产生的水平晃动较小,与周边密封材料发生碰撞的可能性较小,建议当前设计中吊顶边缘与内罐壁的留缝距离可适当缩小以提高保冷效果。

关键词： LNG储罐瓦楞型吊顶地震响应易损性

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整体式斜交桥台-桩-土体系往复加载拟静力试验

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中国公路学报 2022年第11期35卷 73-85页

作者：赵秋红翁琴龙黄福云陈宝春天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300350 福州大学土木工程学院福建福州350108

将整体式桥台引入斜交桥中形成整体式斜交桥,可有效改善地震中桥梁上部结构纵横向耦连效应造成的面内扭转及落梁现象;但整体式桥台中主梁与桥台浇筑为一体,在地震作用下将发生复杂的桥台-桩-土相互作用。为此,以某整体式斜交桥为原型,... 详细信息

将整体式桥台引入斜交桥中形成整体式斜交桥,可有效改善地震中桥梁上部结构纵横向耦连效应造成的面内扭转及落梁现象;但整体式桥台中主梁与桥台浇筑为一体,在地震作用下将发生复杂的桥台-桩-土相互作用。为此,以某整体式斜交桥为原型,开展了斜交桥台-H形钢桩-土体系往复加载拟静力试验研究,探究了体系的抗震性能、台后土压力分布规律以及桥台和钢桩的水平变形特征等。结果表明:斜交桥台-H形钢桩-土体系具有较高的耗能能力及延性,台后土对体系的抗震性能影响显著。台后土提高了体系抗侧承载力及刚度,但亦造成正负向受力不对称性,其中正向抗侧承载力及刚度明显高于负向,但残余承载力及位移明显小于负向。在小位移(<0.01H,H为桥台高度)下,斜交桥台的台后土压力沿埋深方向近似呈三角形分布,最大土压力位于台底;沿水平方向呈抛物线形分布,最大土压力位于距桥台锐角0.25 m处;沿纵桥向呈三角形分布,最大土压力位于台背。在大位移(≥0.01H)下,台后土靠台背处出现明显扇形塌陷区域,导致桥台顶部土压力降低,沿埋深方向开始呈双折线分布,沿水平方向呈三折线分布,最大土压力位置不变;沿纵桥向呈双折线分布,最大土压力与台背距离随加载位移逐渐增加。试验结束时,桥台顶部塌陷区域深度近500 mm,宽度近600 mm。加载过程中桥台基本为刚体,出现平动及转动位移;由于部分台后土流动至钢桩前侧,钢桩顶部产生朝向台后土方向的局部累积变形,桩身水平变形在埋深0.25 m处出现拐点及最大值,而非桩顶,试验结束后无明显残余变形。

关键词：桥梁工程桥台-桩-土相互作用往复加载拟静力试验 H形钢桩整体式斜交桥台后土压力

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