ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
结构形态学从整体上研究结构形式与其受力性能之间的关系，研究内容较广泛，具有多学科交叉的特点，但尚未形成基本理论体系。空间结构是典型的形效结构，而且形式丰富多样，如何实现新颖结构形式与合理结构性能之间的协调统一是空间结构设计中的关键问题。因此，结构形态学的研究对空间结构的创新发展具有重要意义。通过对结构形态学的研究范畴与发展脉络的阐述，为结构形态学提出一个较为明确的定义；结合张力结构、自由曲面结构、自由拓扑结构等现代空间结构形式对结构形态学的研究进展情况进行评述，重点介绍了作者团队近年来在这方面的研究与实践。
环形索桁结构根据车轮辐条原理演变而来，该结构体系轻质、美观，在大跨度钢结构中具有明显的优势。对该结构体系的体系构成和受力性能进行分析，根据建筑造型和受力原理对其分类，采用多种延拓手段，对结构体系进行变异和拓展，得到初步的结构体系库，以便为工程应用提供参考。同时总结环形索桁结构在国内外的应用现状，并分析典型工程案例结构体系特点，得出该结构体系的主要应用范围及其分类，并对每类结构体系的自平衡受力体系进行分析。阐述该类结构体系分析的要点，通过对找形分析、基本参数的选择与分析、施工张拉等分析要点的论述，给出环形索桁结构工程应用的基本过程以及软件应用和分析流程等分析手段，说明环形索桁结构工程应用的可行性。
基于对混凝土构成性质的随机性与受力行为非线性的认识，对混凝土本构关系与结构非线性分析方法进行了系统的研究，形成了混凝土随机损伤力学的理论体系。研究发现：混凝土的非线性、随机性及二者的耦合对材料和结构的力学行为有深刻的影响；在细观-宏观以及本构-结构等不同尺度上，随机要素的传递、演化以及在演化过程中的涨落，均需要合理而细致地加以考虑；混凝土在细观层次的随机性直接影响结构的动力灾变行为。混凝土随机损伤力学的发展和完善，为实现基于可靠性的混凝土结构设计与控制提供了基础。
根据对冷弯薄壁型钢结构体系传力路径的分析，承受和传递水平、竖向荷载的组合墙体的受力性能对整个结构的抗震性能至关重要。按照从局部到整体的顺序，依次对国内外开展的墙体龙骨、墙面板连接件和组合墙体的抗震性能的研究进行综述。结合对国内外具有代表性的剪力墙受剪试验结果进行的统计分析，分别给出墙面板、墙面板连接件、钢龙骨框架、墙体高宽比、墙体开洞及加载类型对墙体受剪承载力的影响。部分墙体受剪试验结果与中国规范相应的设计参考值进行对比，指出按线性内插得到的由大间距连接件连接的墙体受剪承载力规范参考值趋保守。按照中国规范给出的抗力分项系数值进行可靠度计算，计算结果表明规范的设计参考值不能很好的符合目标可靠度为3.2的要求。按文献建议调整抗力分项系数后的计算结果与目标可靠度吻合良好，但应进行更多的研究寻求合理的抗力分项系数值。最后对该类结构体系抗震性能研究领域需要深入研究的问题提出了建议。
逆吊实验法是一种基于力学平衡原理的零弯矩结构形态创建方法，在结构形态学早期发挥了重要作用。为克服逆吊实验存在的模型相似律和测试精度等问题，提出一种将逆吊实验思想与数值模拟方法相结合的“数值逆吊法”，利用非线性有限元技术来实现逆吊结构形态的数值创建。该方法采用柔性索膜单元模拟逆吊结构，通过引入可变弹性模量技术并结合二分法实现对逆吊结构形状的精确控制。利用该方法对一逆吊实验模型进行数值模拟，并与试验结果进行比较，证明数值方法的精确性。在此基础上，通过调整各种约束条件研究了实现逆吊结构形态多样化的途径。利用所提方法对实际工程进行形态创建分析，证明了该方法在实际工程应用方面可行。
对大跨度钢结构抗连续倒塌动力分析中的关键问题进行研究，运用等效荷载瞬时卸载法对结构进行抗连续倒塌的动力分析，并借鉴美国规范对等效荷载提出取值方法建议。分析表明，应用等效荷载瞬时卸载法分析结构抗连续倒塌的精度主要取决于加载的时程曲线。根据动力学知识推导出求解结构关键构件失效前等效荷载最小作用时间的计算式，并与实际工程算例进行比较，其结果吻合较好。同时通过有限元数值分析，提出等效荷载卸载的最长时间为构件失效后模型的第1阶竖向自振周期的1/10。通过实际工程算例介绍抗连续倒塌动力分析的承载力和变形判定准则，分析在关键构件失效瞬间结构的应力比和变形能否满足设计要求。结果表明，应用等效荷载瞬时卸载法模拟大跨度钢结构关键构件失效后的受力和变形情况可行，与静力法相互补充可对大跨度钢结构进行抗连续倒塌分析。
为研究拱形立体桁架结构在强震作用下的破坏模式，以一实际工程为背景，对拱形立体桁架结构进行缩尺比例为1/15的振动台试验。对模型相似比的选取、模型设计以及加载方案、测点布置等进行说明，得到各级人工波作用下，模型自振频率、阻尼比、加速度反应、位移反应以及杆件应变，研究模型自振特性的变化规律，获得拱形立体桁架结构在强震作用下的破坏模式。研究表明，随地震波峰值加速度的增大，结构各向自振频率和等效刚度降低，结构阻尼比增大。地震波向模型顶部传播过程中，加速度和位移响应随结构高度逐渐放大。当输入峰值加速度达到0.8 g时，结构刚度迅速下降，主桁架斜腹杆大量屈曲；当输入峰值加速度达到1.0 g时，结构刚度下降50%，发生平面内反对称变形。
基于向量式有限元基本理论，通过三角形常应变CST薄膜单元和三角形离散基尔霍夫DKT薄板单元的线性叠加组合，推导三角形薄壳单元的基本理论计算式。通过逆向运动获得单元节点纯变形位移，进而由变形坐标系求解单元节点内力。通过不同变形坐标系与整体坐标系之间的反复转换，解决膜元部分和板元部分的质点位移和内力、单元应变和应力在时间步末的叠加和下一时间步初的分离这一关键问题，同时对单元节点内力计算提出先沿厚度采用Neuton-Cotes积分，再采用Hammer积分方案进行平面内积分。在此基础上编制薄壳单元的计算分析程序，算例分析表明，所编制的向量式有限元薄壳单元程序可以较好地完成薄壳结构的静力、动力分析和考虑大变形大转动的屈曲分析，验证理论推导和所编制程序的有效性和正确性。
薄壳结构的力学行为分析往往涉及显著的材料非线性效应，对爆炸、冲击等高速动力问题还需进一步考虑高应变率效应的影响。基于此，将可同时考虑应变硬化和应变率效应的Cowper-Symonds黏塑性材料本构模型（简称C-S模型）引入向量式有限元三角形薄壳单元，以实现金属薄壳结构的动力非线性分析。推导C-S模型的弹塑性增量分析步骤，并将其作为单独的计算分析模块引入薄壳结构的向量式有限元分析程序，适用于线弹性、理想弹塑性、双线性弹塑性和率相关C-S模型等4种材料模型条件下的薄壳结构分析。算例分析表明，所编制的向量式有限元程序可以有效实现非线性材料情况下薄壳结构的静、动力分析以及爆炸冲击作用下的非线性动力响应分析，验证了文中C-S模型理论推导和程序的正确、可靠。
为建立复合荷载作用下简支钢梁弹性弯扭屈曲的设计理论，提出不同类型、不同作用点的横向荷载和不等端弯矩共同作用下的弯扭屈曲总势能方程。采用Rayleigh-Ritz法推导复合荷载作用下临界弯矩Mcr的通用计算式及系数（参数）C1′、C2′a、C3′的计算式，并得到复合荷载作用的C1′、C2′a、C3′与单一荷载作用的系数C1、C2、C3的关系。采用Rayleigh-Ritz法推导临界荷载的通用计算式，并通过数值算例验证其正确性，最后分析钢梁自重对弯扭屈曲临界荷载的影响。研究表明：复合荷载作用下的临界弯矩Mcr通用计算式可完全采用单一荷载作用下的Mcr通用计算式表示；钢梁自重对其弯扭屈曲临界荷载的影响较小，计算中可忽略不计。
采用二阶弹塑性有限单元法对竖向荷载和水平荷载共同作用下的圆形截面两铰抛物线钢管拱的平面内稳定承载力进行研究。考虑材料非线性、残余应力、初始几何缺陷、矢跨比和长细比等因素对钢管拱平面内力稳定承载力的影响。结果表明：残余应力对其竖向承载力影响很小；初始几何缺陷会显著降低中等长细比钢管拱的承载力；矢跨比和长细比是影响钢管拱承载力的重要因素，但拱的竖向承载力并不随矢跨比和长细比的均匀变化而变化。研究竖向荷载和水平荷载共同作用下两铰抛物线钢管拱达到平面内极限状态时的N-M相关关系，并拟合两铰压弯抛物线钢拱承载力N-M相关关系统一表达式。提出了竖向荷载为全跨均布和半跨均布荷载，同时考虑水平方向荷载作用的两铰抛物线钢拱平面内整体稳定承载力设计建议，可供相关设计问题参考应用。
以2个方钢管柱-H形梁内隔板式刚性连接节点试件为研究对象，采用双半跨单柱型梁柱子结构，通过静力加载试验研究梁柱节点在中柱失效的连续性倒塌条件下的力学性能。试件梁柱节点采用栓焊混合连接方式，2个试件的腹板分别采用不同的螺栓排列形式。结果表明，试件的破坏均出现在节点区，发生于梁弦转角达到0.06 rad之后。最不利梁截面破坏时，首先发生下翼缘断裂，采用螺栓单列布置的试件发生下排螺栓孔壁局部承压与冲剪顺序破坏，而采用螺栓双列布置的试件发生剪切板内列螺孔处净截面开裂。梁柱子结构在加载前期主要通过受弯机制提供竖向抗力，在加载后期逐渐转变为依靠悬索机制抵抗上部荷载，且悬索机制最终可提供的竖向抗力高于前期受弯机制提供的竖向抗力。与梁柱节点采用腹板螺栓中部集中布置形式相比，腹板螺栓沿梁高度分散布置更利于梁翼缘开裂后剩余截面发展轴向拉力，可提高悬索机制竖向抗力与节点鲁棒性。
设计了2种过焊孔构造（扇形和扩大型过焊孔）的3个钢框架梁柱节点子结构试件，采用落锤冲击的加载试验方法模拟结构的动态倒塌过程。通过试验获得节点试件的破坏形态及其冲击荷载和变形时程曲线，分析试件冲击荷载和位移时程响应规律以及子结构动态转角和耗能变化趋势。结果表明：过焊孔构造对节点在冲击荷载作用下的破坏形态和力学性能有显著影响，补强焊缝可有效改善扩大过焊孔节点的上翼缘压曲；与扇形过焊孔相比，扩大型过焊孔节点试件具有更好的抗冲击转动能力，其极限转角满足FEMA 350中的转角限值（θ=0.064 rad）要求；通过分析冲击过程中试件截面内力发展规律可知，由于节点过早破坏限制悬链线效应的形成，该类型节点子结构由于节点转动能力不足不能充分发挥悬链线效应。
对H形薄柔截面构件组成的钢框架结构的极限承载性能及变形性能进行研究。首先对H形薄柔截面钢构件的破坏机制、承载能力、变形及耗能能力等特性进行总结，表明薄柔截面构件延性虽弱，在抗震设计中仍可以被用于耗散能量。针对薄柔截面构件的承载和变形特性，阐述屈曲铰的特征和实现条件。通过引入屈曲铰，对薄柔截面构件钢框架的非线性发展过程进行数值分析。分析结果表明，由“弱延性”构件组成的超静定框架可以实现非线性变形发展条件下的内力重分布，并使框架结构表现出一定的延性。基于结构的最终破坏机构模型，对薄柔构件利用屈曲铰模型，采用极限状态分析法预测框架结构的极限承载能力，并通过2个框架试验验证该方法的可行性。
对3个齐平式端板螺栓连接节点试件进行低周反复荷载试验，其中1个为普通钢端板节点试件，另2个为Q690高强钢端板节点试件。通过改变端板和柱的尺寸与材料，得到普通钢与高强钢端板节点、刚性柱和非刚性柱节点的性能差别，并与欧洲规范EC3的计算结果进行对比。结果表明：Q690高强钢端板节点的受弯承载能力比Q345钢端板节点高30%，但因其端板弹性变形能力较强，易于导致螺栓破坏，因此，需提高螺栓的承载力以提高其延性；刚性柱节点的受弯承载能力与非刚性柱节点基本相同，但其转动能力、延性、耗能能力等抗震性能明显优于非刚性柱节点；EC3组件法普通钢节点承载能力的预测公式可直接用于高强钢端板节点，但转动刚度及破坏模式的预测方法并不适用于高强钢端板节点。
为了研究腹板开孔对不同截面形式冷弯薄壁型钢受弯构件稳定性能的影响，对腹板开孔的复杂卷边槽钢(B1截面)、Σ形复杂卷边槽钢(B2截面)共计8个简支梁试件进行稳定性试验研究，其中研究纯弯的试件4个，非纯弯的试件4个。试验结果表明：B2截面试件的受弯承载效率均高于B1截面试件，B1截面试件受开孔的影响较大，而B2截面试件由于腹板加劲肋的设置减弱开孔对截面的影响，两者在开孔处均发生明显的剪切变形。与相同条件下不开孔试件的试验结果对比表明：开孔试件的极限荷载均有不同程度的降低，非纯弯状态的下降幅度大于纯弯状态的；开孔试件的失稳模式基本不变，但破坏位置多发生在孔洞截面处。对试验进行有限元模拟分析，计算结果与试验结果吻合良好。在此基础上，利用有限元模拟对比相同截面腹板开孔和不开孔受弯构件的应力分布云图，结果表明，孔洞的存在改变了构件的应力分布，使孔洞周边区域发生应力集中现象，B1截面开孔受弯构件最大应力主要集中在弯剪段孔洞附近，而B2截面开孔后最大应力则主要集中在荷载作用点附近的受压翼缘上。
对采用铸钢件连接钢框架梁柱节点中的螺栓受拉性能及相关计算方法进行研究。变换铸钢件水平肢、竖肢和肋板厚度对铸钢件螺栓连接进行受拉试验，研究铸钢件变形对螺栓内力的影响，获得螺栓内力与外荷载关系。试验结果表明：随铸钢件竖肢和肋板厚度的增加，螺栓内力减小，竖肢影响更显著。撬力的存在显著增大螺栓的内力，并且由于拉力的偏心，产生不可忽略的弯矩。采用ANSYS有限元分析软件进行扩大参数分析，对影响螺栓截面内力的因素进行研究，获得螺栓截面拉应力和弯曲应力变化规律，随着外荷载的增大，螺栓截面弯曲应力占总应力的比重不断增大。采用拟合方法提出适用于文中铸钢件形式的螺栓内力计算式。该式计算螺栓内力及应力与有限元分析结果吻合较好，应力相对误差小于10%，可用于此类连接受拉螺栓截面应力验算。
为对比结构消(耗)能元件芯材SN490B在单调和循环荷载作用下的本构关系，研究其在循环荷载作用下的力学特性，对20个SN490B钢材试件分别进行单调加载和16种加载制度下的循环加载试验，并对3种试件断口进行断口电镜扫描试验，分析SN490B钢材的单调性能、滞回性能和破坏形态，并采用Ramberg-Osgood模型拟合钢材的循环骨架曲线。试验结果表明：SN490B材料自身延性好，循环加载导致的材料累积损伤使其延性变差；循环荷载作用下，材料出现包辛格效应、循环硬化等现象，各滞回曲线均稳定饱满，具有较好的滞回性能；试件试验段伴随明显塑性变形而形成断口，断口微观为有微孔的波纹断裂表面，属延性破坏；应用Ramberg-Osgood模型拟合效果较好。SN490B钢材在循环荷载作用下的本构关系不同于单调荷载作用，采用单调荷载作用下材料的本构关系计算循环荷载作用下材料的反应不够准确。
对Q345B热轧无缝钢管加工的光滑和缺口圆棒试件进行单调加载试验，获取其应力-应变关系、载荷-位移曲线及基本材料参数，研究GTN损伤模型参数取值范围，采用逆推法识别GTN参数，在ABAQUS中利用自编GTN损伤模型UMAT用户子程序实现圆棒试件试验过程的数值模拟，依据数值分析结果比较孔洞的初始体积分数f0、形核孔洞体积分数fn和表征材料失效时的孔洞破坏体积分数f F三个损伤参数对断裂预测结果的影响。结果表明：试件失效点位置随着f0和fn的增大提前出现，而f F越大，试件断裂后下降段斜率则越小,并据此确定Q345B热轧无缝钢管材GTN损伤模型参数，所识别参数可以较准确预测钢试件的断裂点。
弹塑性分析方法是基于性能抗震设计的重要手段，由于影响该计算结果的因素较多，对分析结果可靠性的合理评判至关重要。从理论角度给出了高层建筑结构在地震作用下刚度退化系数和弹塑性耗能附加阻尼的定量关系，在此基础上推导了结构的内力响应和位移响应随刚度退化而发生变化的计算式，并分析了结构自振周期、初始阻尼比及场地特征周期等参数的影响规律。同时讨论了内力响应与位移响应趋势不一致以及弹塑性分析的基底剪力响应大于相应弹性结果等两类不满足基本规律的特殊问题。最后，通过对一个实际工程进行罕遇地震作用下的弹性与弹塑性时程分析，得到基底剪力和位移的响应，同时运用本文推导的理论计算式进行计算，结果显示，计算结果与有限元分析结果基本吻合。研究成果可为基于性能抗震设计以及弹塑性时程分析的结果评判提供参考。
通过研究给定的立面分布荷载在建筑结构楼面上的作用点位置对结构反应的影响，提出了荷载相关的结构刚度中心概念，荷载相关刚心同时依赖于结构的刚度性质和荷载分布。为了全面衡量结构的变形和内力反应，选取结构的总应变能作为扭转反应的量化指标，通过结构总应变能的极小化导出了荷载相关刚心的计算式。算例表明：当沿立面分布的水平荷载的作用位置由“传统刚心”移动到与其对应的“荷载相关刚心”上时，结构的扭转变形将明显减小，故结构中各楼层质心与其荷载相关刚心之间的偏心距可作为衡量地震作用下结构抗扭布局合理性的有效指标，并可用于指导结构的抗震设计。
提出一种基于典型失效模式可靠度分析的柱端弯矩增大系数（column overdesign factor）ηc的概率评定方法。该方法利用可靠度理论对结构典型失效模式的发生概率进行分析，获得能使结构最可能发生“强柱弱梁”破坏的最优ηc取值。以一栋五层钢筋混凝土框架结构为例，对提出方法进行应用研究，考虑屈服失效、极限变形失效和剪切失效3类失效机制，选取7种典型失效模式。研究结果表明：我国现行规范建议的ηc取值无法保证钢筋混凝土框架结构最大可能发生“强柱弱梁”破坏，而当ηc取值大于3.1时，钢筋混凝土框架结构发生“强柱弱梁”破坏的概率最大。
基于钢筋混凝土构件抗震性能指标限值，建立构件抗震性能与整体结构抗震性能的判别关系准则，提出基于构件性能的结构抗震评估方法。分别利用基于位移的抗震评估方法和文中推荐的抗震评估方法，对3个典型的填充墙框架在罕遇地震作用下的抗震性能进行评估。结果表明：基于构件性能的抗震评估方法能够考虑结构构件和非结构构件损伤对结构整体抗震性能的影响，解决规范推荐的抗震评估方法中存在的整体结构抗震性能与构件自身损伤关系不明确的问题；是否考虑填充墙损伤的影响对结构抗震性能评估结果差别较大，在实际工程中应考虑填充墙的损伤对结构抗震性能的影响。
以全跨永久荷载和半跨雪荷载组合作用下的轻钢拱结构与重力荷载和水平地震组合作用下的钢筋混凝土框架柱两类典型情形为研究对象，采用现行相关设计规范中的承载力计算式推导其失效方程。采用相应结构实例对两类典型情形下的失效方程复杂特性进行分析，表明轻钢拱结构具有较大的雪荷载效应比值和钢筋混凝土大偏压柱失效方程具有较高程度非线性。考虑以上特性，对两类典型情形进行可靠度校准分析，结果表明：雪荷载组合作用下轻钢拱结构的可靠度较低，建议雪荷载分项系数值取为1.75；钢筋混凝土框架柱在不同抗震承载力设计情形下其失效概率会有较大的差异，且无法通过将柱端弯矩增大系数简单增大到某一值而消除，同时在轴压力荷载效应比值为负的情形下现行设计方法会偏于不安全。
试验设计并制作了2组4个几何尺寸及构造相同但橡胶剪切模量不同的扇形铅黏弹性阻尼器，对其进行低周反复荷载作用下的滞回性能试验。研究阻尼器的滞回性能、骨架曲线与恢复力模型、疲劳性能及大变形能力，分析不同应变幅值、不同加载频率、不同橡胶剪切模量对其性能的影响，并通过有限元软件对阻尼器进行有限元分析，对比有限元分析结果和试验结果。研究结果表明：该阻尼器滞回曲线饱满、耗能能力较强，具有良好的抗疲劳性能和大变形能力；阻尼器的橡胶材料剪切模量和试验加载幅值对其性能参数有一定的影响；试验加载频率对其性能参数影响较小；阻尼器恢复力模型可采用双线性模型来描述；试验和有限元分析结果吻合较好，验证了该阻尼器有限元模拟分析方法的合理性。
为了研究边界条件对叠层橡胶支座水平刚度的影响，定义了四类边界条件，采用弯剪模型，用直接积分法推导了在压剪作用下叠层橡胶支座的水平刚度方程。通过算例分析支座顶面与底面的转动约束参数k0和kh以及竖向荷载p对叠层橡胶支座水平刚度的影响，对比了不同边界条件下水平刚度的变化。结果表明：边界条件对于叠层橡胶支座的水平刚度影响明显，在相同参数k0和kh以及竖向荷载p作用下，边界条件一(k0≈∞和kh≈∞)时水平刚度KR,I最大，边界条件四(k0和kh较小)时水平刚度KR,IV最小，当边界条件相同时随着参数k0和kh的增大，边界条件二、三、四下叠层橡胶支座的水平刚度增大且向边界条件一接近，随着竖向荷载p的增大各类水平刚度降低。
深圳金港大厦工程是建造在7度抗震设防烈度区的大底盘、多塔楼、多重连体的多项“超限”工程。通过对连接体与塔楼的连接方式(强连接、弱连接)进行对比分析，并根据项目的特点，最终确定强连接为最佳连接方式。采用基于性能设计的抗震方法，对连体结构中重要构件，如连接体钢构件、节点及与连接体相连的竖向构件抗震性能目标定为设防烈度地震作用弹性、罕遇地震作用不屈服；底部加强区剪力墙抗震性能目标定为设防烈度地震作用受剪弹性、受弯不屈服；应用SATWE、MIDAS及ABAQUS等有限元分析软件，对结构在多遇地震、设防烈度地震和罕遇地震作用下进行计算分析。结果表明：整体模型各项指标满足规范要求，能够实现设定的抗震性能目标。
为解决传感器优化布置中的信息冗余问题，提出了一种信息冗余度函数，将其与三维模态置信准则（TMAC）相结合，建立了一种既能保证模态振型可观性又能保证模态振型可区分性的传感器三维模态置信准则。为提高算法的求解效率，提出了一种等级划分狼群算法，采用双重编码的方式，克服了原狼群算法只能求解连续变量优化的问题；通过人工均匀法进行狼群数据的初始化，以保证初始数据的均匀性；并采用等级划分方法，避免群体内狼个体与头狼等级相似，增加狼群的多样性，提高算法的搜索效率。以一个桥梁基准模型为数值算例，进行参数敏感性分析以及三维传感器优化布置方案的选择。结果表明：等级划分狼群算法的搜索能力较原狼群算法有了大幅提高，能较好地解决传感器优化布置问题。
对胶合竹（格鲁斑Glubam）材料应用于框架结构房屋进行简要介绍，根据实际工程选取代表性框架，进行了4榀螺栓连接胶合竹梁柱框架试件的水平加载试验，获得单调及往复荷载作用下试件承载力与变形关系，研究螺栓连接节点的受力性能。试验结果表明，节点螺杆群中的螺杆受力不均，而节点的破坏是由作为基材的胶合竹撕裂引起。在构造合理的条件下，受力较小的螺杆也可参与抗震耗能。参照GB 50005—2003《木结构设计规范》以及美国规范ANSI/AF&PA NDS-2012等方法分析了节点承载力，与试验结果对比表明，中国及美国木结构规范的设计值均与试验结果差异较大，但在设计中可以参考，且可比较偏于保守地按规范取值。
通过20个复式钢管高强混凝土柱试件的轴心受压试验，对其破坏形态、受力机理、刚度和承载力进行研究。结果表明：内外钢管在轴压力作用下同时屈服，从主要承受竖向压力转变为主要承受环向拉力，内外层混凝土因受套箍约束而具有更高的抗压强度；随着等效套箍指标的增大，试件承载力与屈服荷载的比值增大、峰值后曲线趋于水平，破坏形态从剪切破坏转变成腰鼓形破坏；混凝土抗压强度、钢管屈服强度、内外管直径比、外管厚径比和内管厚径比是影响复式钢管高强混凝土柱轴心受压承载力的主要因素。试验结果及有限元分析表明，理想弹塑性本构模型适宜作为钢管混凝土轴压柱中钢管的本构模型。利用非线性有限元分析软件ABAQUS进行有限元分析，其结果与试验结果吻合良好。通过对试验结果的统计分析，提出了复式钢管高强混凝土柱轴心受压承载力实用计算式，可供实际工程设计参考应用。
对8个含有废弃混凝土块体的薄壁U形外包钢再生混合梁及4个全现浇组合梁进行受弯试验，研究废弃混凝土块体取代率、U形外包钢壁厚、梁底纵筋配筋率等参数对试件受弯性能的影响，给出试件受弯承载力的简便计算式，在总用钢量基本一致的情况下对比薄壁U形外包钢再生混合梁和常规钢筋混凝土梁的受弯承载能力。结果表明：废弃混凝土块体取代率在0~40%之间变化对薄壁U形外包钢再生混合梁的初始刚度、延性、受弯承载力、U形外包钢与内部混凝土之间的相对滑移、应变发展特征无明显影响；为提高薄壁U形外包钢再生混合梁的受弯承载力，增配梁底纵筋比增加外包钢壁厚更为经济有效，同时梁底纵筋还使试件的屈服前刚度有所提高；梁底配置纵向钢筋可显著减小U形外包钢与混凝土之间的相对滑移，此时梁端截面为相对滑移最小截面；根据塑性理论给出的计算式可较好地预测薄壁U形外包钢再生混合梁的受弯承载力，在总用钢量基本相同的情况下该类构件具有与常规钢筋混凝土梁几乎相当的受弯承载力。
将端板螺栓连接构造引入钢混组合联肢剪力墙中，用于连接钢连梁与混凝土墙肢。设计并制作了1组（2个）小剪跨比连梁双肢组合剪力墙试件，分别采用端板螺栓连接和传统直插式的连梁墙肢连接构造形式，进行低周往复加载试验，以研究两种连接构造形式下钢连梁与混凝土墙肢连接试件的滞回性能、刚度与承载力退化特征以及破坏模式。试验结果表明：用端板螺栓连接代替直插式连接构造，能够有效减轻钢连梁墙体连接区域混凝土损伤程度，屈服后非线性变形主要集中在钢连梁端部，且钢连梁能够达到美国AISC 341-05规范要求的0.08 rad非线性转角限值，充分发挥滞回耗能作用，刚度、承载力退化不明显，延性好，与传统直插式钢连梁-墙肢连接具有相同甚至更好的抗震性能。
剪跨比是影响框架结构托换节点受力性能的重要影响因素之一。为了进一步考察托换梁剪跨比较小情况下，托换节点的承载能力及破坏特点，进行剪跨比λ（0.43≤λ≤0.70）较小的8个托换节点试件的静力加载试验研究。结果表明：随着剪跨比减小，托换节点的开裂荷载及破坏荷载均有所提高；托换梁斜剪裂缝出现较早并且发展明显，中部竖向裂缝出现较晚，且不明显，托换节点发生剪切破坏，破坏突然，为脆性破坏；梁柱结合面进行凿毛处理，试验中未发生破坏，托换节点与托换柱整体协同受力；与JGJ/T 239—2011《建（构）筑物移位工程技术规程》中托换节点承载力的理论计算公式对比表明，理论公式能够满足实际工程安全要求。
通过对20个十字形截面钢骨约束混凝土柱的轴压试验，分析钢骨翼缘宽厚比、钢骨面积与约束混凝土面积之比、钢骨翼缘约束开口大小、钢材与混凝土材性配比等参数对混凝土约束的影响，研究钢骨对混凝土约束的作用机理。试验结果表明：钢骨面积与约束混凝土面积之比和钢骨强度是影响混凝土约束的主要因素。通过有限元的校核和验证，建立以上两个因素与约束混凝土强度和延性的函数关系，提出适用于钢骨约束混凝土柱的约束混凝土本构模型。
针对现有再生混凝土徐变预测模型仅考虑再生骨料砂浆含量对再生混凝土徐变特性的影响，未计入由基体混凝土水灰比所引起的再生混凝土徐变性能的差异，在分析影响再生混凝土徐变特性主要因素的基础上，提出了考虑基体混凝土水灰比的改进再生混凝土徐变预测模型。共收集39组再生混凝土徐变试验数据，将各再生混凝土徐变模型的预测结果与试验结果进行对比。研究表明，文中所提出的再生混凝土徐变预测模型可更好地反映再生混凝土的徐变特性，当基体混凝土水灰比与新配制的再生混凝土水灰比间存在差异时，采用所提出的模型预测再生混凝土徐变变形具有更高的精度。采用不同模型预测4组8个不同加载龄期钢管再生混凝土短柱的徐变变形，通过试验数据进行对比，验证了所提出的再生混凝土徐变模型在预测钢管再生混凝土轴压构件长期静力性能时的可靠性，其中4组试件采用较低强度基体混凝土配制的较高强度的再生混凝土。结果表明，当假设混凝土体积无穷大时，采用所提出的再生混凝土徐变预测模型进行钢管再生混凝土轴压构件的徐变分析，分析结果与试验结果相差不超过8%，其分析精度高于其他再生混凝土徐变预测模型。
广州西塔(GWT)、深圳京基100(KK100)和天津高银117大楼(TJ117)是位于不同地域和外形特征不同的超高层建筑，其建筑高度分别为432.00、441.80 m和596.25 m，风荷载和居住者的舒适性是影响这3栋建筑结构设计的重要因素。采用模型的风洞试验方法分析对比这3栋超高层建筑的气动荷载特性，采用局部空气动力学措施(LAS)对其风振响应和风致荷载进行控制，并和采用调质阻尼器(TMD)方法的控制效果进行比较。结果表明：TJ117具有最佳的气动外形，GWT相比最差是由于其在敏感风向斯托罗哈数最高导致在100 a重现期风速处于涡激共振状态，从而使得采用LAS在GWT上的减振效果最好，且在控制风致荷载上LAS的控制效果甚至要略好于TMD方法，LAS对于GWT的10 a重现期加速度的控制在无干扰情况下可以接近TMD的控制效果，即使受到东塔干扰作用，其控制效果仍可达到TMD控制效果的40.5%，相比TMD实施所需的高成本，LAS是一种较为经济易行的方法。
针对我国现行建筑结构荷载规范规定的削角和凹角两种角沿修正形式，进行了7种截面形式高层建筑模型的风洞测压试验。定义角沿修正比为单个角沿沿主轴方向投影长度与全截面在同一方向投影长度之比，分析了角沿修正比对建筑风荷载的影响。试验结果表明：截面采用角沿修正是减小矩形截面建筑顺风向和横风向风荷载的有效方式；截面采用角沿修正比为10%的凹角修正时，建筑顺风向风力系数平均值和均方根值降低最多；截面采用角沿修正比为20%的凹角修正时，横风向风力系数均方根值降低最多；从频域来看，角沿修正对顺风向风力功率谱影响不大，而随着角沿修正比的增大，横风向风力功率谱谱峰对应的折算频率将向高频部分移动。
针对GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》(2006年版)和GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》、美国规范ASME STS-1-2006、欧洲规范BS EN 1993-3-2:2006和CICIND模式规范(Revision 1-1999)等规范关于自立式高耸结构的风振响应计算方法进行了比较研究。对比了各规范中基本风速、风速高度变化系数、湍流强度等基本风特性和结构动力特性的简化计算方法，以及自立式高耸结构顺风向和横风向的风振响应计算方法。选用高度50m和90m的两座自立式钢烟囱作为算例，开展了顺风向和横风向风振响应计算方法的数值模拟对比分析。研究表明：在设计小阻尼、高柔的自立式高耸结构时，顺风向风振响应计算方法相对较为成熟，但气动阻尼的影响不可忽略；对于横风向风振响应，我国规范和欧洲规范（方法1）得到的结果相对偏小，同时，所有方法所得结果与实际观测均有一定的差距，设计时应谨慎选择横风向风振响应计算方法。
基于计算流体动力学软件FLOW-3D，以理想孤立波模拟海啸波浪，建立模拟波浪与建筑物相互作用的三维数值水池，对不同开洞工况的低矮建筑物模型进行海啸波浪冲击模拟，对比分析建筑物迎水面开洞大小对建筑物受海啸波浪作用的影响。结果表明：海啸波浪爬坡上岸后，海啸波浪的最大速度Vmax与浪高h相关，其值介于1.5和2.5
之间；建筑物在淹没状态下，迎水面的动水压强呈梯形分布，建筑物受力随迎水面墙体开洞的增大而减小，较小开洞的工况受力最为不利；房屋底部不应布置过多的迎水墙，应在允许范围内，尽量增大迎水面门窗洞口，有利于海啸波浪的分流，减小海啸对建筑物的作用。
风荷载与波浪荷载是海上风电塔承受的主要荷载，对风电塔结构设计起着决定性作用，其动力响应极为复杂。以南通沿海3.0 MW风电机为研究对象，利用数值模拟和现场实测手段，考虑流固耦合效应，建立“基础-塔筒机舱-风轮”整机模型、风荷载模型、波浪荷载模型，研究海上风电塔在风-波浪联合作用下的结构动力响应以及不同水深对风电机系统振动频率的影响。计算结果表明：采用考虑流固耦合效应与风电塔整机模型分析得到的计算结果与实测结果较一致，可为海上风电塔结构在风-波浪联合作用下的振动分析和结构设计等提供分析方法；波浪荷载对海上风电塔的动力响应存在一定的影响，以风荷载作为主要荷载计算的结果不甚合理；水深对结构低阶振动频率影响不大，但水深对风电塔系统高阶振动频率影响较大，水深越大，高阶振动频率降幅越大。
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