鑽石舞台

張素梅1，李愛東2，王玉銀3，郭蘭慧3，羅賢志1，楊欣然2，張晨明2，張磊2，孫大偉3，杜韜3，鄧如江3

1. 哈爾濱工業大學(深圳) 土木與環境工程學院

2. 中國鐵路設計集團有限公司

3. 哈爾濱工業大學 土木工程學院

摘要：深圳崗廈北綜合交通樞紐核心換乘區設有51.2 m×48.0 m的無柱超大跨度中庭，其跨度明挖施工地下車站結構中居於世界前列。樞紐大跨度地下結構與上部跨度72 m的市政立交橋合建，站橋合建(轉換)節點涉及鋼管混凝土柱、型鋼混凝土梁、型鋼混凝土柱、鋼箱梁和鋼筋混凝土梁共5種不同的構件形式並承受複雜超大荷載作用。為檢驗上述複雜節點的可靠性，對站橋合建結構進行簡化，逐步由原型結構簡化為9柱、5柱、3柱和3柱並考慮空間作用的結構，設計並製作了縮尺比1∶5的站橋轉換節點模型，對其進行靜力試驗研究，分別在框架平面內、外採用6點加載和1點加載以考慮空間作用，獲得節點在複雜荷載作用下的工作過程及力學響應。採用ABAQUS有限元軟件對節點力學響應進行數值分析，得到全場變形和應力分布。試驗和數值分析結果表明：設計荷載作用下，型鋼混凝土轉換梁跨中和兩側懸臂端混凝土有裂縫開展，內置型鋼和鋼筋應力均遠小於鋼材屈服應力(即屈服強度)，最大豎向撓度為L/930，承載力和變形均滿足結構設計要求，節點設計安全可靠；當外荷載增加至1.5倍設計值時，轉換梁裂縫繼續發展、開裂範圍擴大，內部型鋼和鋼筋應力相應增加，但仍小於鋼材屈服強度和混凝土抗壓強度，結構繼續處於彈性工作狀態；扭矩會顯著增大轉換梁應力和變形，加劇下部型鋼混凝土柱偏心受壓程度。

關鍵詞：地下大跨度結構；組合結構；站橋合建；轉換梁；靜力試驗；受力性能

張素梅，出生於1963年，女，工學博士，教授，主要從事組合結構和鋼結構研究。email：smzhang@hit.edu.cn

羅賢志，出生於1996年，男，博士研究生，主要從事組合結構研究。email：luoxianzhi_hit@163.com

趙小芹1，左志亮2，陳慶軍2，蔡健2，劉達鑫2,3

1. 廣州城市理工學院 土木工程學院

2. 華南理工大學 土木與交通學院

3. 廣州市設計院集團有限公司

摘要：為實現不同截面形式的斜柱與支柱的可靠連接，提出一種Y形鋼管混凝土轉換節點，其雙斜柱和支柱採用插接式連接。以斜柱鋼管壁厚、支柱直徑、斜柱插入深度以及斜交區是否設置加勁肋為參數，設計8個雙肢方形截面斜柱和圓形截面支柱轉換節點，通過豎向荷載下的靜力試驗，研究其破壞模式、承載力、變形特點和受力機理。研究結果表明：在豎向荷載作用下，插接式節點的核心區能有效傳力，其頂面承受局部壓力作用，局部壓力擴散範圍延伸至支柱；斜交區混凝土受約束作用大，對該區域的變形和承載能力有利；斜柱插入深度是影響節點受力性能的關鍵參數，隨着插入深度的增加，節點承載力最大提高18%，鋼管首先達到屈服應變和發生局部屈曲的部位改變；斜交區設加勁肋能夠提高斜交區的剛度和承載力，使薄弱位置轉移。基於試驗獲得的節點各區域受力特徵，提出適用於雙肢方形截面斜柱與圓形截面支柱插接式Y形轉換節點在對稱豎向荷載作用下的承載力計算公式。承載力計算結果與試驗結果之比的平均值為0.879，標準差為0.049，計算結果偏安全，離散性較小。

關鍵詞：鋼管混凝土柱；Y形節點；豎向荷載；靜力試驗；破壞模式；承載力計算

趙小芹，出生於1985年，女，工學碩士，講師，主要從事組合結構方面的研究。email：56982189@qq.com

左志亮，出生於1982年，男，工學博士，副教授，主要從事組合結構方面的研究。email：ctzlzuo@scut.edu.cn

王靜峰1,2，劉偉1，沈奇罕1,3，李景哲1

1. 合肥工業大學 土木與水利工程學院

2. 合肥工業大學 先進鋼結構技術與產業化協同創新中心

3. 合肥工業大學 土木工程結構與材料安徽省級重點實驗室

摘要：橢圓鋼管混凝土由於其力學性能優越，近年來被廣泛應用於實際工程中，然而目前相關研究及設計均未考慮其脫空缺陷問題。為此，設計並製作10個帶環向脫空橢圓鋼管混凝土短柱，並通過軸壓試驗研究鋼材強度和脫空率對其破壞形態、軸壓強度、初始剛度及延性的影響規律，獲得帶環向脫空橢圓鋼管混凝土軸壓短柱的典型荷載-位移曲線和脫空影響特徵。試驗研究結果表明：環向脫空使鋼管缺乏混凝土支撐作用而產生局部內凹及鼓曲，而約束作用的削弱造成混凝土出現脆性壓潰和斜剪面破壞，進而導致試件的承載力、剛度和延性顯著降低。環向脫空缺陷(脫空率在2.1%~6.5%)導致橢圓鋼管混凝土短柱軸壓承載力下降20.6%~34.5%，初始剛度下降10.8%~17.8%，位移延性係數下降8.0%~30.4%。利用ABAQUS有限元分析軟件建立帶環向脫空橢圓鋼管混凝土軸壓短柱有限元模型，並基於試驗結果對模型進行驗證；在試驗結果基礎上，利用有限元模型研究了材料與幾何等參數對其軸壓性能的影響，明確環向脫空缺陷對橢圓鋼管-混凝土界面接觸應力的影響。分析結果表明，隨着脫空率的增大，橢圓鋼管混凝土軸壓承載力和初始剛度明顯減小，但當脫空率大於0.5%時，降幅不再顯著。提出了帶環向脫空橢圓鋼管混凝土短柱軸壓承載力計算公式，並與試驗和有限元參數分析結果進行對比分析，驗證了該式計算結果具有較高的準確性，可為帶環向脫空橢圓鋼管混凝土構件的理論研究和設計提供參考。

關鍵詞：橢圓鋼管混凝土；短柱；環向脫空；軸壓試驗；有限元分析；軸壓性能

王靜峰，出生於1976年，男，工學博士，教授，主要從事鋼結構與組合結構研究。email：jfwang008@163.com

沈奇罕，出生於1991年，男，工學博士，講師，從事鋼結構與組合結構研究。email：QihanShen667@hfut.edu.cn

孫寶印1，孫天舒2，申偉3，古泉4，歐進萍2,5

1. 河海大學 土木與交通學院

2. 大連理工大學 土木工程學院

3. 廣西大學 土木建築工程學院

4. 廈門大學 建築與土木工程學院

5. 哈爾濱工業大學(深圳) 土木工程學院

摘要：為充分利用建築結構在地震作用下的局部非線性特徵，採用數值子結構方法將原本複雜的非線性結構分析轉化為主結構等效線彈性分析和屈服構件隔離子結構非線性分析，可有效兼顧計算效率和模擬精度。然而，該方法中主結構串行計算，其應用於超大規模結構的非線性分析中仍有一定局限性。為此，將數值子結構方法與傳統的區域分解法相結合，提出了數值子結構並行計算方法。將整體結構劃分為若干彈性子域，各子域同時進行等效線彈性分析，子域內屈服構件由隔離子結構進行非線性分析。在子域回代求解時，設計了降階的牛頓迭代算法，以子域內屈服構件單元的位移場作為基本未知量，可進一步降低子域迭代分析的矩陣運算規模。以一15層3跨平面鋼框架結構的地震彈塑性全過程分析為例進行數值模擬，結果表明，所提出的方法準確、可靠，當應用於具有局部材料非線性的大規模結構分析時，該方法可以大幅降低矩陣運算規模，顯著提高計算效率，將大問題簡化為若干小的子問題，可實現更大、更複雜結構的非線性分析。

關鍵詞：超大規模結構；數值子結構方法；局部非線性；隔離子結構；地震分析

孫寶印，出生於1989年，男，工學博士，講師，主要從事建築結構非線性分析。email：sunbaoyin@hhu.edu.cn

歐進萍，出生於1959年，男，工學博士，教授，中國工程院院士，主要從事結構監測、控制與防災減災領域的研究。email：oujinping@hit.edu.cn

高勁洋1，聶鑫1，丁然1，樊健生1，范重2

1. 清華大學 土木工程系

2. 中國建築設計研究院

摘要：鋼-混凝土豎向混合結構由上部鋼結構和下部鋼筋混凝土結構組成，通過轉換節點實現上下結構的連接和轉換。傳統節點鋼管下插長度大，現場焊接量大，節點域施工困難且不利於施工質量控制。為解決上述問題，在已有研究基礎上對鋼管柱-混凝土框架轉換節點構造進行改進優化，提出鋼管柱-混凝土框架非下插轉換節點。該節點鋼管柱僅下插至節點域，梁底縱筋貫通，混凝土柱縱筋採用間接搭接方式與鋼柱連接。製作4個縮尺比1∶2.5的鋼管柱-混凝土框架非下插轉換節點並進行往復加載試驗，對其抗震性能進行研究。試驗結果表明：鋼管柱-混凝土框架非下插轉換節點滯回曲線飽滿，耗能能力及延性良好，具有很好的抗震性能；在軸壓比為0.05~0.40範圍內，增大軸壓比可顯著提升節點抗震性能，而節點域上部混凝土對抗震性能影響很小；對比分析了鋼管柱-混凝土框架非下插轉換節點與普通鋼管柱-混凝土框架轉換節點的承載力、剛度、耗能能力等性能，證明鋼管柱-混凝土框架轉換節點構造並未削弱其抗震性能，且間接搭接的連接方式傳力可靠有效。

關鍵詞：混合結構；轉換節點；間接搭接；低周反覆加載試驗；抗震性能

高勁洋，出生於1995年，男，博士研究生，主要從事組合結構研究。email：gaojinyangqwe@sina.cn

聶鑫，出生於1985年，男，工學博士，副教授，主要從事組合結構研究。email：xinnie@tsinghua.edu.cn

吉蔚1，李國強1,2，樓國彪1,2

1. 同濟大學 土木工程學院

2. 同濟大學 土木工程防災國家實驗室

摘要：為了解決實際火災救援中火災場景、荷載水平等不確定因素對倒塌預警準確性的影響，基於可靠度理論提出了預測受火建築倒塌剩餘時間的方法。採用經試驗驗證的三維有限元模型對火災下門式鋼剛架結構倒塌進行仿真模擬，基於火災下門式鋼剛架結構四種倒塌模式和三級倒塌預警指標，研究升溫工況、柱腳剛性、荷載比等因素對倒塌剩餘時間預測的不定性影響，通過蒙特卡羅抽樣，研究考慮各種影響的火災下門式鋼剛架倒塌預警指標概率統計參數。結果表明：倒塌剩餘時間比僅與可靠度和倒塌模式有關，不受火災現場的各種不確定性因素影響，可以在火災發生前通過理論分析提前計算得到；火災中採用可靠度60%~80%對應的倒塌剩餘時間比可以快速合理地預測受火剛架的剩餘倒塌時間。

關鍵詞：門式鋼剛架；火災；倒塌模式；預警方法；蒙特卡羅；可靠度

吉蔚，出生於1997年，男，博士研究生，主要從事鋼結構抗火研究。email：weiji@tongji.edu.cn

李國強，出生於1963年，男，工學博士，教授，主要從事多高層鋼結構、鋼結構抗火、抗震、抗爆研究。email：gqli@tongji.edu.cn

石宇1,2，羅澤巧1,2，周緒紅1,2，薛暄譯1,2，李軍3

1. 重慶大學 土木工程學院

2. 重慶大學 山地城鎮建設與新技術教育部重點實驗室

3. 攀鋼集團研究院有限公司

摘要：鈦-鋼複合鋼是一種擁有良好力學性能和耐腐蝕性能的雙金屬材料。為了準確評估火災後鈦-鋼複合鋼的剩餘服役能力，對高溫後不同冷卻條件下鈦-鋼複合鋼的力學性能進行了試驗研究。試驗結果表明：經過高溫和冷卻處理後，鈦-鋼複合鋼的複合界面保持有效連接；在拉伸試驗過程中，頸縮之前復層TA1與基層Q235保持協同變形；過火溫度和冷卻方式對鈦-鋼複合鋼斷裂模式有較大影響，根據基層和復層斷裂順序分為基層和復層基本同時斷裂、復層先於基層斷裂、基層先於復層斷裂等3種破壞模式。與已有其他鋼材試驗結果的對比分析表明：與不鏽鋼S30408、S31608不同，鈦-鋼複合鋼的彈性模量基本不受過火溫度和冷卻方式影響；高溫後自然冷卻條件下，鈦-鋼複合鋼屈服應力顯著高於常溫的，而極限應力基本不受過火溫度影響；水冷條件下，過火溫度不超過600℃時，過火溫度對鈦-鋼複合鋼力學性能基本沒有影響，而過火溫度超過600℃後，隨着過火溫度升高鈦-鋼複合鋼屈服應力和極限應力顯著提高，這與其他鋼材略有區別。基於試驗結果擬合了鈦-鋼複合鋼的三段式非線性本構模型，採用模型的預測結果與試驗結果吻合較好。

關鍵詞：鈦-鋼複合鋼材；高溫後；冷卻方式；力學性能；本構模型

石宇,出生於1978年,女,工學博士,教授,主要從事輕鋼結構研究。email:shiyu7811@163.com

薛暄譯,出生於1994年,男,助理研究員,主要從事鋼結構研究。email:xuexuanyi@126.com

陳偉1,2，張夢1，葉繼紅1,2，姜健1,2，劉琨1，秦雅菲3

1. 中國礦業大學 江蘇省土木工程環境災變與結構可靠性重點實驗室

2. 中國礦業大學 徐州市工程結構火安全重點實驗室

3. 寶山鋼鐵股份有限公司

摘要：高溫蠕變會加速熱軋型鋼構件受火失效，而對冷成型鋼構件的高溫蠕變性能研究有待深入。為此，對厚1.0 mm的Q345冷成型鋼進行了8個試驗溫度(200~700℃)下的高溫蠕變試驗，每個試驗溫度設置2~8個應力水平(應力比0.10~1.1)，總計41個試驗工況，最長持時240 min。得到了不同溫度和不同應力比下的蠕變曲線，並與已有的Q345熱軋型鋼高溫蠕變曲線進行對比。結果表明：相同溫度及應力比下，冷成型鋼蠕變發展要快於熱軋型鋼，在實際工程中，應區別對待熱軋型鋼與冷成型鋼的蠕變特性。基於高溫下試件進入加速蠕變階段的最小應力水平，給出了Q345冷成型鋼在溫度為400~700℃下的蠕變斷裂臨界應力比，其中，溫度為400~500℃和700℃時，蠕變斷裂臨界應力比高於屈服強度折減係數；而溫度為550~600℃時，蠕變斷裂臨界應力比低於屈服強度折減係數，Q345冷成型鋼可能會在達到高溫屈服強度之前發生蠕變破壞，不利於結構安全。根據複合時間強化模型和穩態蠕變速率與應力比的定量關係，分別給出Q345冷成型鋼高溫蠕變曲線預測模型和穩態蠕變速率預測模型，預測值與試驗值均較為接近，適用於預測Q345冷成型鋼在溫度為200~700℃下的蠕變和穩態蠕變速率。

關鍵詞：Q345冷成型鋼；穩態蠕變速率；臨界應力比；高溫蠕變試驗；高溫蠕變預測模型；穩態蠕變速率預測模型

陳偉，出生於1985年，男，工學博士，副教授，主要從事鋼結構抗火、綠色與工業化建築研究。email：chenweiseu@163.com

夏子祺1,2，馬臨原1,2，單伽鋥1,2，呂西林1,2

1. 同濟大學 結構防災減災工程系

2. 同濟大學 土木工程防災國家重點實驗室

摘要：地震災害中，對建築物外牆立面損傷狀況進行快速檢測有利於災情評估與災後重建。為實現建築外牆立面剝落和裂縫的自動化非接觸式檢測，提出了一種結合深度學習與圖像處理的外牆損傷定位與量化評估的兩階段檢測方法。通過建立並標定北川老縣城地震破壞房屋數據集，採用基於損失函數模型FocalLoss的目標檢測網絡定位破損區域目標框，並克服小尺度區域的正負樣本不均衡問題。根據提取的目標破損區域單幅圖像，提出圖像濾波、閾值分割和形態學操作的組合處理流程，進行貼面磚牆面下剝落和裂縫的像素級別分割與提取。進一步結合像素尺度與物理尺度的映射關係，完成剝落面積、裂縫寬度等關鍵破損信息的計算與識別。結果表明，該方法對震後建築物外牆立面的牆面剝落和裂縫可進行較好地定位和提取，對牆面損傷可實現像素級分割並準確地識別損傷關鍵物理參數，能實現對建築物震後損傷的準確和快速檢測。

關鍵詞：建築外牆；裂縫檢測；剝落檢測；損傷評估；計算機視覺；數字圖像處理

夏子祺，出生於1995年，女，工學碩士，主要從事防災減災工程及防護工程研究。email：ziqi.xia@hotmail.com

單伽鋥，出生於1986年，男，工學博士，研究員，主要從事結構健康監測與智能防災研究。email：jzshan@tongji.edu.cn

周凱鵬1,2，易偉建1,2，周雲1,2

1. 湖南大學 土木工程學院

2. 湖南大學 湖南省工程結構損傷診斷重點實驗室

摘要：在GB 50010—2010《混凝土結構設計規範》中鋼筋基本錨固長度計算以鋼筋屈服強度為基本變量，但抗震等級為三級及以上的結構所使用鋼筋應滿足強屈比不小於1.25的要求，鋼筋基本錨固長度應保證鋼筋進入強化階段後仍能可靠錨固。為驗證規範中彎折鋼筋錨固相關規定的安全性並研究彎折鋼筋錨固機理，在滿足規範最低構造要求的條件下，採用鋼筋表面開槽貼應變片的方法測量鋼筋的應變分布，以鋼筋強度等級、混凝土強度、保護層厚度、箍筋配置、軸壓比、節點形式等為變量，對16個中間層樑柱端節點進行彎折鋼筋屈服後錨固試驗研究。研究表明：大部分角柱節點發生側保護層剝落破壞；屈服後錨固承載力隨着軸壓比、混凝土強度、鋼筋屈服強度和側向約束程度增大而增大；最不利條件下，滿足規範要求的彎折鋼筋錨固長度不能滿足強屈比達到1.25的要求。為滿足GB 50011—2010《建築抗震設計規範》中對鋼筋錨固性能的需求，建議增設彎折鋼筋錨固長度修正係數k，對於彎折鋼筋錨固在邊柱節點或軸壓比不小於0.3的角柱節點，k=1.0；其餘情況，k=1.1。

關鍵詞：鋼筋混凝土框架；樑柱端節點；彎折鋼筋；設計規範；屈服後錨固試驗；錨固長度；強屈比；屈服滲透

周凱鵬，出生於1995年，男，博士研究生，主要從事混凝土結構設計及基本理論研究。email：627320241@qq.com

易偉建，出生於1954年，男，工學博士，教授，主要從事混凝土結構設計及基本理論研究。email：wjyi@hnu.edu.cn