結構工程師

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結構分析

考慮混凝土徐變收縮的超高層偏心核心筒-框架結構水平變形和結構內力分析

魯正, 周映旻, 王遠航, 王超, 張富文

2023, 39(3): 1-8.

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核心筒偏置的框架-核心筒結構在平面上不對稱,可能在水平方向產生較大的不利變形。采用混凝土徐變收縮B3模型,在ETABS中對某偏心核心筒-框架結構進行施工分析,計算了結構在不同時期的水平變形,并分析了水平變形對結構內力的影響。計算中考慮了鋼管混凝土柱中鋼管的環箍效應,以及鋼管與混凝土的應力重分布、施工工序等因素。計算結果表明,偏心核心筒-框架結構的水平變形沿結構高度呈“中間大、兩頭小”分布。研究結果顯示徐變和收縮引起的水平變形隨時間明顯增加,部分幅值在后期大于彈性變形;合理規劃施工順序可有效降低結構構件內力。通過與實測數據的對比,驗證了所用模型的準確性。

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結構分析

RC框架防連續倒塌設計的多尺度建模方法

邱璐, 林峰

2023, 39(3): 9-15.

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提出一種改進的多尺度建模方法,采用該方法對RC梁板拆柱動力試驗進行模擬,關鍵點變形的模擬誤差為2.5%,證明改進的多尺度建模方法可用于模擬結構的非線性動力響應。通過算例比較簡化建模、多尺度建模和精細建模方法的計算精度和效率。結果表明,改進的多尺度建模方法在保證計算精度與精細建模相似的前提下,提高計算效率近3倍。最后給出多尺度建模方法的參數取值建議。

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結構分析

基于Bullet物理引擎的鋼筋混凝土框架結構倒塌模擬

王愷祥, 吳曉涵, 王俊

2023, 39(3): 16-24.

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地震作用下結構物的倒塌不但會使結構內部的財產遭受損失,而且會使周邊道路產生堵塞,影響后續救援人員的進入,甚至危害生命,對社會造成巨大損失。提出了一基于Bullet物理引擎的結構倒塌模擬方法,通過非線性彈簧連接梁、柱、板等剛體單元,用彈簧的破壞來判斷相應構件的破壞,從而進行結構的倒塌模擬。并對該方法進行構件上和結構上的驗證,最后以一棟八層框架結構為例進行倒塌模擬。結果表明,該方法較為有效,八層混凝土框架結構在地震作用下倒塌后的廢墟雖然大部分分布在原結構的周邊,但是距離原結構最遠可達到20.42 m,會導致相鄰建筑的倒塌和周邊道路的堵塞,影響后續救援。

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結構分析

持續受壓銹蝕柱構件軸壓性能預測

吳濤洮, 陳惟珍, 徐俊, 張博珊

2023, 39(3): 25-31.

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以往研究表明,如果柱構件在銹蝕過程中持續受壓,軸壓性能會發生變化。提出了單軸混凝土的受壓應力-應變曲線折減模型,該模型使用四個折減系數來描述持續受壓柱內部鋼筋銹蝕后混凝土的力學行為。使用支持向量回歸（Support Vector Regression,SVR）模型對既有試驗數據進行回歸,并采用十折交叉驗證法評估SVR的泛化能力。將SVR預測的混凝土折減后的應力-應變關系輸入受壓柱有限元模型,模擬銹蝕柱構件的靜力加載過程,有限元模擬結果與試驗結果接近,說明提出的方法能夠較好地預測持續受壓銹蝕柱構件軸壓性能。

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結構分析

考慮SSI效應的框架-搖擺墻結構響應數值計算研究

何東毅, 李培振

2023, 39(3): 32-38.

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采用理論模型計算了考慮土-結構相互作用（SSI）效應的框架-搖擺墻結構的地震響應。所提出的模型可以在結構初步設計完成后,進行結構響應及參數設定的分析驗證。根據所提出的理論模型,對固定地基的框架結構（RF）、考慮SSI效應的框架結構（SF）、固定地基的框架-搖擺墻結構（RW）以及考慮SSI效應的框架-搖擺墻結構（SW）四種模型進行了時域分析,并考慮了5種不同的土性。結果表明,SSI效應會增大框架-搖擺墻結構的響應,框架-搖擺墻結構對土體條件變化的敏感度比框架結構更高。因此,在框架-搖擺墻結構的抗震設計中,需要考慮SSI效應。如果不能準確地確定地基特性,可能會導致對響應的錯誤評估。

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結構分析

應急功能模塊組合模式與評估分析

谷子, 盧文勝, 楊劍華

2023, 39(3): 39-45.

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基于快速模塊化建造應用實踐,研究探索應急功能模塊類型及其組合模式;開展以功能目標為導向的應急功能模塊選擇、生產及運維的全過程功能演化分析;對突發公共事件下的功能模塊目標達成度與功能余量提出了評估分析方法,并給出了案例驗證其可行性。

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結構分析

基于多源數據的教室活荷載實測與統計分析

陳哲瑤, 陳雋, 李洋

2023, 39(3): 46-53.

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并行使用傳統稱重方法和大數據方式對某大學教學樓進行活荷載實際調查,從建筑圖紙、設備照片、視頻、圖像識別、網絡匹配以及課表等多源渠道收集教室活荷載的相關數據。采用單因素方差分析,討論了上課學期、樓宇差異、教室朝向以及樓層等因素對教室活荷載的影響。利用數理統計方法,研究了教室任意時點持久性活荷載和臨時性活荷載的概率分布和統計參數。K-S檢驗表明,二者均服從極值I型分布,據此建立了設計基準期T=50年時教室持久性和臨時性活荷載最大值的概率分布模型,并通過Turkstra組合規則得到教室活荷載標準值。以此為例證明了在大數據時代,基于多源數據開展建筑活荷載調查的可行性。

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抗震與抗風

灌漿缺陷對套筒灌漿連接剪力墻抗震性能影響研究

曹棟, 潘鉆峰, 顧征宇, 楊毅超

2023, 39(3): 54-60.

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灌漿套筒這種濕式連接方法已被廣泛應用于裝配式結構系統,控制灌漿密實度是保證裝配式結構施工質量的關鍵。為了分析灌漿缺陷對裝配式剪力墻抗震性能影響,以灌漿缺陷程度和灌漿缺陷套筒的位置為變化參數,基于OpenSees展開存在套筒灌漿缺陷的裝配式混凝土剪力墻有限元模擬,分析灌漿缺陷對剪力墻滯回曲線、承載力、位移延性和能量耗散等重要抗震性能指標的影響規律。結果表明,灌漿缺陷對剪力墻抗震性能存在顯著的影響。灌漿套筒連接剪力墻邊緣構件對灌漿缺陷的敏感性較高。

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抗震與抗風

土-綜合體結構相互作用體系地震反應影響因素研究

唐元辰, 陳清軍

2023, 39(3): 61-71.

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為探究土-綜合體結構相互作用體系地震反應的影響因素,以典型綜合體結構為工程背景,利用ABAQUS軟件建立土-綜合體結構相互作用體系三維有限元模型,采用等效線性化方法考慮土體非線性;選用1995年阪神地震Port Island波,通過反演獲取相互作用體系的底部輸入地震動。在此基礎上,對土-綜合體結構相互作用體系進行了地震反應分析,探討了土-綜合體結構接觸面模擬、豎向地震波作用效應以及土-結構柔度比對綜合體結構地震反應的影響。分析結果表明：土-綜合體結構采用接觸面模擬方法較共用節點法使得地下結構中柱軸力、剪力、彎矩均有一定程度減小,側墻軸力、剪力、彎矩則有所增大;考慮豎向地震動作用使得地下結構中柱和側墻的內力有所增大,其中中柱軸力增幅約達20%;在本文算例中,當土-結構柔度比小于12時,土-綜合體結構相互作用效應明顯。

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抗震與抗風

消能減震技術在裝配式結構中的應用

任紅梅, 安東亞

2023, 39(3): 72-84.

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消能減震技術與裝配式結構結合有利于提升裝配式建筑的抗震性能。與其在傳統現澆結構中的應用相比,消能減震技術在裝配式結構中的應用形式更為靈活,應用效果更難把控。首先對常見的裝配式結構消能減震技術進行分類;然后從技術特征、構造特點以及減震效果等方面分別對各類消能減震技術的研究現狀進行介紹;最后總結了當前研究和應用中存在的問題,并提出裝配式結構消能減震技術未來發展的若干建議。

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抗震與抗風

基于等效線性土體模型的地基與結構整體地震響應模擬

鄧捷程, 呂龍, 孫海忠, 呂璽琳

2023, 39(3): 85-91.

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考慮動力荷載下土體的非線性和遲滯性,建立了基于等效線性理論的層狀地基三維有限元動力分析模型。通過設置黏彈性人工邊界實現無限域地基和等效地震荷載模擬,并對計算方法的可靠性進行了驗證。進一步建立地震作用下結構和地基相互影響的整體分析模型,模擬得到了結構的地震響應。結果表明,相比根據場地地震反應分析理論建立的模型,基于土體等效線性的動力模型能有效考慮結構與地基的相互影響。建立的模型可用于結構三維動力問題分析,進而為結構抗震模擬分析提供了一個新思路。

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抗震與抗風

主變壓器雙重耗能隔震技術研究

夏懿, 薛國斌, 董倩, 馮燕軍, 王寧, 胡安龍, 施衛星

2023, 39(3): 92-98.

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為提升針對主變壓器等電力設備系統的隔震效率,提出一種具備雙重耗能機制的新型隔震支座（Frictional Laminated Rubber Bearimg,FLRB）,在不同地震作用下分別體現摩擦耗能或鉛芯耗能。對應用FLRB的單質點模型進行了時程分析,結果顯示FLRB支座在地震作用較小時摩擦耗能起主導作用,地震作用較大時,摩擦耗能和鉛芯耗能作用相當。與鉛芯橡膠支座LRB相比,同一地震作用下,FLRB可消耗更多的能量,整體水平位移更小,具備更高的水平變形儲備。研究結果可應用于高烈度地震作用下電力設備或建筑結構的隔震設計,極罕遇地震作用下FLRB具備顯著優勢。

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抗震與抗風

樓板開孔時地鐵車站端頭井結構抗震分析

卿袁奇, 何肖健

2023, 39(3): 99-108.

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結合上海軟土地區某疊合墻地鐵車站,利用Midas Gen數值軟件,對端頭井樓板按照實際開孔布置和超大開孔布置分別建立三維數值模型并采用反應位移法計算分析。結果表明,隨著樓板開孔寬度占比增加,樓板結構、端頭井結構在水平面內抗側剛度僅小幅減小,影響有限,但會直接削弱樓板對側墻的約束作用致側墻跨中彎矩顯著增加。樓板開孔寬度超限并不會直接導致設防、罕遇地震作用下端頭井結構層間位移角超限,其抗震變形仍滿足規范限值要求,而設防地震作用下結構截面、配筋設計等仍由靜力工況控制,抗震工況非控制工況,但必要時應采用土層-結構時程分析法并計入豎向地震作用,確保地鐵端頭井結構抗震承載力和變形滿足要求。

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抗震與抗風

雙拱形皮帶輸送機防護罩風壓特性研究

時瑛, 張中盤, 李寧鋼, 史震, 萬書亭

2023, 39(3): 109-116.

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現代大型皮帶輸送機設備一般設有拱形緊身封閉防護罩,拱形防護罩通常成對出現并安裝于棧橋之上,由于棧橋柵欄和護罩間的干擾,其風壓特性尚不明確。對雙拱形防護罩風壓特性進行了風洞試驗研究,研究了不同棧橋傾角、不同風場下,雙拱形防護罩的升阻力系數、平均及脈動風壓系數和極值風壓系數,給出了其風壓分布規律,并得出了A類地貌下,雙拱形防護罩的分區體型系數。研究結果表明：棧橋傾角對風荷載（包括平均、脈動風壓系數和升阻力系數）的影響較小,基本可忽略;不同風場對升力系數影響較為明顯,其中A類風場整體升力系數低于均勻流場;由于遮蔽效應,防護罩迎風側的平均風壓系數降低了約50%。研究結果可為該類結構強度設計和結構優化提供理論支撐。

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試驗研究

鋼管桁架拱-混凝土框架柱連接節點受力性能試驗設計

王利輝, 張興, 李振寶, 柳坤, 曹憲鋒, 李亞凱

2023, 39(3): 117-125.

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以某大跨桁架結構拱腳處弦桿鋼管彎曲或采用節點板轉換后豎直插入地下鋼筋混凝土框架柱2個節點試驗為原型,采用有限元數值模擬方法探討了試件選取范圍、邊界條件以及加載模式等對節點試驗結果的影響。結果表明：節點試件中鋼管弦桿和腹桿長度取3倍直徑、外包RC的CFST柱和RC梁長度取節點域外1倍截面高度作為試件范圍合理;弦桿和腹桿加載端自由、梁和柱端近似固接的邊界條件符合試驗節點的受力條件;在弦桿受力較大、腹桿受力較小情況下采用固定荷載或變動荷載加載對節點承載力影響不大,采用分配梁加載時分配比例對試驗結果影響較大。結論可為類似工程中復雜節點試驗方案設計提供參考。

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試驗研究

CFRP補強含表面裂紋鋼板受拉疲勞試驗研究

李筑軒, 陳濤

2023, 39(3): 126-134.

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對碳纖維增強復合材料（CFRP）補強含表面裂紋鋼板進行系列試驗,主要研究了表面裂紋深度、長度和CFRP單雙面補強對疲勞壽命和裂紋擴展的影響,分析補強前后裂紋深度方向擴展速率的規律以及相關應變變化規律。試驗研究結果表明,裂紋深度增加會顯著降低疲勞壽命,CFRP補強可在一定程度上提高疲勞壽命并減緩裂紋擴展,最高可提升疲勞壽命至未補強試件的兩倍。對于含表面裂紋鋼板試件而言,雙面CFRP補強效果與單面補強效果近似,兩者相差不大。

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試驗研究

預應力CFRP板加固混凝土橋梁靜力試驗研究

李陽

2023, 39(3): 135-140.

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采用預應力技術加固橋梁結構是目前公認的有效方法,而CFRP板施加預應力的加固技術解決了張拉和錨固技術問題的同時又具有極佳的加固效果。針對采用CFRP預應力板加固的橋梁進行了加固前后結構性能的監測和對比,驗證了CFRP預應力板加固效果。相關橋梁加固方案和靜載試驗過程可供類似工程參考。

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試驗研究

強沖擊荷載作用下鋼結構建筑毀傷后果研究

高永紅, 王子聰, 張偉, 辛凱, 王巍, 段亞鵬

2023, 39(3): 141-149.

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為研究現行典型鋼結構建筑受強沖擊荷載下毀傷情況和毀傷機理,開展了典型裝配式鋼結構工業廠房原型試驗,并對強沖擊荷載作用下試驗廠房毀傷模式進行了模擬分析。研究表明：現行建筑標準下裝配式鋼結構工業廠房整體抗強沖擊荷載能力較弱,墻面鋼板在強沖擊荷載作用時發生持續振動導致鋼板連接處發生撕裂,振動頻率與沖擊荷載值成正相關關系。研究成果可為鋼結構建筑抗強沖擊荷載防護設計及加固提供參考。

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地基基礎

考慮非極限土壓力的增量空間m法在深基坑開挖計算中的應用

林東, 李子騫, 楊友彬, 鄭俊杰

2023, 39(3): 150-157.

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針對傳統m法土壓力荷載施加不合理以及不考慮基坑施工過程的缺陷,在工程設計分析軟件SAP2000中實現了用于基坑開挖計算的增量空間m法,并對基坑外的主動土壓力進行插值修正,使用非極限狀態土壓力作為基坑外荷載來提升傳統m法的計算精度。使用該方法和有限差分軟件（FLAC3D）對武漢某基坑工程進行計算對比,并改變基坑內支撐的剛度進行參數分析計算。結果表明使用非極限主動土壓力作為基坑外荷載后,圍護結構側移曲線與FLAC3D軟件的計算結果相比具有好的一致性。

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地基基礎

滇池流域軟土災害效應分析及應對措施

潘繼強, 阮永芬, 劉克文, 蔡龍, 郭宇航

2023, 39(3): 158-164.

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滇池流域湖相沉積的軟土中有分布范圍廣深厚的泥炭質土,因其具有壓縮性高、強度低及蠕變量大等特點,此類場地上的工程建設中事故頻發。收集此類場地上的深基坑、樁基及地基等方面的案例,對其事故產生的原因、災害效應、治理措施及效果進行研究分析,探索事故災害效應的控制及防范措施。分析結果表明：土方開挖要遵循分塊、分段、分層、平衡、時效原則;此類軟土蠕變量大,基坑內支撐結構要有足夠的剛度,先撐后挖,臨空面暴露時間不能長;軟土蠕變會造成錨索錨拉力不足,支護樁傾斜變形;內支撐要控制立柱樁變形,防止土質太軟立柱樁變形大,造成內撐結構破壞;要控制場地周圍堆載范圍及高度,不當會造成軟土場地產生深層滑移等。本研究可為此類場地上的工程設計及施工提供參考。

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工程施工

波形腹板鋼箱梁的全流程智能制造技術

袁文金, 姜紅, 張潮忠

2023, 39(3): 165-172.

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為了推進鋼結構橋梁向智能制造領域快速轉型升級,本文結合G312清水驛至傅家窯段改建工程,對結構復雜、焊接難度高的波形腹板鋼箱梁結構智能制造過程進行分析。首先將標準箱體拆分成各個獨立的單元件,然后將各單元件進行智能化組焊,最后將完整的單元件通過自動化設備進行拼裝焊接形成完整的箱體。同時針對該類結構的生產成本與生產效率同傳統制造方式進行了對比,總結了新型波形腹板鋼箱梁的全流程智能制造技術的優勢及推廣價值,為今后鋼結構橋梁傳統制造向智能制造推廣應用提供經驗。

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工程施工

大跨混凝土連續箱梁橋無縫拓寬受力分析與方案設計

牛新華, 陳冠飛

2023, 39(3): 173-179.

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橋梁拓寬作為線路改造升級中的重要節點和手段,其在工程中的應用越來越多,然而無縫拓寬時出現的縱縫開裂等問題卻仍無法根治,大跨徑橋梁這一問題更加嚴重。針對混凝土橋梁拓寬接縫縱向破壞病害問題,以某預應力混凝土橋梁為例,通過有限元分析既有橋梁原始受力狀態和拓寬后整體受力狀態的改變,探究橋梁無縫拓寬時在拼接縫處產生的不同應力及其影響,分析了相應的應力產生原因,并針對端部及跨中變形差較大導致應力較大區間的結構性能變化,提出了增加剛性梁過渡方案,可改善變形差和應力不利情況,相關成果可為今后橋梁拓寬接縫處理提供了參考。

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結構加固與改建

高層建筑附屬裙房地基基礎不均勻沉降加固方法研究

陳昌清, 張偌涵, 劉玉康, 張瑞云

2023, 39(3): 180-186.

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某高層建筑附屬裙房地基基礎與主體結構之間發生了相對沉降,上部結構出現開裂。為了消除地基基礎下沉,結合高層附屬裙房結構特點,分析了高層建筑附屬裙房產生不均勻沉降的原因,提出了“室外人工挖孔灌注樁+基礎下方土體注漿”的綜合地基基礎加固止沉的方法,給出了詳細的加固方案和加固計算思路。對加固后地基基礎進行沉降觀測,對加固效果進行了分析。結果表明,“室外人工挖孔灌注樁+基礎下方土體注漿”的綜合加固方案是可行的。提出的地基加固方案對類似工程具有參考價值。

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設計方法與研究

長春大眾星耀活力城結構設計

余志偉

2023, 39(3): 187-193.

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長春大眾星耀活力城項目是一個典型的商業綜合體建筑,結構具有扭轉不規則、樓板局部不連續、豎向收進、結構超長等特點,經過詳細全面的小震彈性計算、中震及大震驗算,并對結構的溫度應力、局部躍層柱的穩定、基礎的抗浮進行了專項分析研究。分析結果表明,結構各項指標均能較好地滿足規范的相關要求,結構布置合理可行。對這些關鍵問題分析,可供同類項目設計參考。

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設計方法與研究

某大高寬比超高層住宅結構抗震設計要點分析

劉哲

2023, 39(3): 194-202.

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結合某工程實例,對存在扭轉不規則、大高寬比且超B級高度的超高層結構進行分析,并根據超限水平、結構特點及經濟性評價等綜合因素,選定結構的抗震性能目標。詳細闡述主體結構在多遇地震、設防地震及罕遇地震作用下的設計控制指標及設計要點。通過計算分析,驗證了結構在不同工況下的整體指標滿足規范要求,發現結構薄弱部位并采取相應的加強措施,以達到設計提出的性能目標,結構具備一定的安全儲備和良好的抗震性能。

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設計方法與研究

某金融中心項目地下車庫高壓噴射擴大頭錨桿抗浮設計

徐洪濤, 余術剛

2023, 39(3): 203-210.

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介紹了某金融中心項目大底盤地下車庫采用高壓噴射擴大頭錨桿的抗浮設計的流程。采用有限元分析軟件對錨桿拉力、基礎底板變形及內力進行分析。分析結果表明,采用高壓噴射擴大頭錨桿的抗浮設計方案與常規抗拔樁抗浮設計方案相比,可有效降低基礎底板水浮力作用效應,基礎底板內力和變形分布更加均勻合理,可較大幅度降低基礎底板的鋼筋用量。

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