ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
地震剪力系数是结构抗震设计的重要参数，我国现行抗震设计规范对最小地震剪力系数有明确的限值要求，当楼层的最小地震剪力系数不满足要求时，需调整结构基底剪力和各楼层的水平地震剪力使其满足规范的要求，当基底剪力与规范限值相差较多时，尚需调整结构布置或改变结构体系使其满足要求。工程实践表明，对于基本周期较长的超高层建筑一般很难满足最小剪力系数限值要求，若采用调整结构布置的方法，往往会导致材料用量大幅增加。以位于8度抗震设防区的某超高层建筑结构为例，分别采用三种不同的楼层地震剪力系数控制方案建立三个模型，并对其进行了多遇地震弹性分析、罕遇地震弹塑性分析和材料用量对比。研究表明，改变结构布置使所有楼层的计算地震剪力系数满足规范要求设计的结构（模型A），刚度最大，材料用量最大；对不满足最小地震剪力系数要求的楼层，采用放大地震剪力按规范验算位移，并进行构件设计的结构（模型B），其刚度和材料用量均低于模型A；不改变结构布置，先按规范验算位移，再对不满足最小地震剪力系数要求的楼层放大地震剪力使之满足规范要求并进行构件设计的结构（模型C），其刚度和材料用量均略低于模型B。在罕遇地震作用下结构弹塑性响应方面，三个模型均能满足规范要求，模型B与模型C的位移响应较为接近，模型A的位移响应略小。
基于结构系统可靠度理论，提出了一种基于结构典型失效模式的地震侧向倒塌易损性分析方法。该方法通过将结构体系近似假设为串-并联混合体系，从而将确定结构体系的地震倒塌概率这一复杂问题简化为确定不同典型失效模式的发生概率。以一栋5层钢筋混凝土框架结构为例对所提出方法进行了应用研究。研究考虑了屈服失效、极限变形失效和剪切失效3类失效机制，共计选取了7种结构典型失效模式。通过与基于增量动力分析（IDA）方法得到的结构地震倒塌易损性曲线对比发现：随着地震动强度的增加，基于典型失效模式计算得到的地震倒塌易损性曲线一直处于基于IDA方法得到的地震倒塌易损性曲线的上方。这表明该方法计算得到的地震倒塌易损性结果高估了结构在地震作用下发生倒塌的可能性，可将其视为倒塌易损性真实结果的上限值。
选取44条远场地震波和20条近场大速度脉冲型地震波作为输入，对双线性单自由度系统进行非线性时程分析、总输入能量谱分析及滞回耗能谱分析。基于等延性准则建立了适用于长周期弹塑性结构的滞回耗能谱模型，模型由一个新的参数——特征滞回耗能系数来反映滞回耗能与总输入能量的比值、屈服力系数及位移延性系数之间的关系。基于能量谱模型及能量平衡原理提出了非弹性单自由度系统的位移预测方法。采用一个计算实例比较了所提出的平衡式与秋山宏能量平衡式、Leelataviwat能量平衡式的计算精度，验证了所提出的模型及方法的有效性。最后将提出的能量谱模型应用到某10层隔震结构算例中，结果表明分析过程简捷高效，且计算结果较为理想。
为研究配置高强度钢筋的混凝土框架的抗震性能，以抗震设防烈度8度区加速度0.3g为例，利用Perform-3D程序进行了5栋配置不同强度等级钢筋的混凝土框架结构在双向罕遇地震作用下的非线性动力反应分析。分析模型以一栋配置强度335 MPa级钢筋的框架结构为基础，分别以钢筋等强代换和规范要求为原则，设计了4栋分别配置强度500 MPa级和600 MPa级钢筋的框架结构。非线性动力反应分析结果表明：随着配筋强度等级的提高，框架的最大顶点位移、最大层间位移角虽有所增大，但仍小于规范的限值，梁端进入屈服较晚，梁端塑性铰的数量也有所减少，表明高强钢筋混凝土框架的整体抗震性能良好。分析结果还表明，以位移延性系数作为衡量构件延性的指标时，配置高强钢筋构件的位移延性系数限值应低于配置普通强度钢筋的构件；而当以极限位移角作为衡量构件的延性指标时，构件的极限位移角限值应随钢筋强度的提高而增大。
为充分实现框架结构的“强柱弱梁”耗能机制，需要考虑填充墙、现浇T形截面梁及其翼缘现浇板内与梁肋平行配置的钢筋对结构整体超强系数的影响。考虑抗震设防烈度、结构层数等因素，严格按我国抗震规范设计了15个典型钢筋混凝土框架结构，对结构进行Pushover 分析，得到了各种结构在非弹性阶段由于内力重分布而形成的超强性能。结果表明：结构设计考虑填充墙、现浇楼板的影响，会提高结构的整体超强能力，结构整体超强系数均随着抗震设防烈度的增高而减小，且先随结构层数的增大而减小，结构层数大于8层后，又随结构的层数的增大而增大。可以保守地认为，分别按抗震设防烈度6，7，8度设计的结构，同时考虑填充墙和现浇板影响时，结构整体超强系数分别至少要达到5.0，3.0，2.0。
提出一种钢板装配式屈曲约束支撑，支撑的各部件由钢板装配而成，在一字形核心单元局部进行了开孔，以实现定点屈服和多点屈服耗能，外约束单元端部采取了局部加强措施，以避免端部局部失稳破坏。设计、制作了3个试件，对其进行低周反复加载试验，研究核心单元开孔、支撑端部构造以及支撑固接和铰接连接形式对屈曲约束支撑滞回性能的影响。研究结果表明：该种支撑的滞回曲线饱满，耗能性能稳定，等效黏滞阻尼比在0.37~0.48之间；支撑延性好，累计塑性变形能力强；在设计位移下支撑拉压不均匀系数能够满足规范要求；支撑恢复力模型可采用双线性模型模拟；核心单元开孔可实现定点屈服和多点屈服耗能；支撑端部的加强措施对端部起到了保护作用；端部无论采用固接还是铰接都可以保证支撑的工作性能。
U形钢阻尼器与橡胶隔震垫安装在隔震层中能够有效减小上部结构地震响应。隔震层在多维地震作用下可产生双向变形，导致安装在隔震层中的U形钢阻尼器能同时承受纵向与横向的变形。为了研究U形钢阻尼器在同时承受双向变形时的力学性能，设计了5个试件，并进行了拟静力试验。试验加载沿实验体斜向45°方向进行。试验结果表明，阻尼器的长度及宽度对于其承受双向变形时的性能有较大影响，在循环荷载作用下耗能钢板表现出显著的几何非线性工作性质，产生不可恢复的平面外变形，在一定程度上导致其承载力下降。基于试验结果建立并校核了有限元分析模型，对阻尼器的几何参数进行了优化，有效控制了阻尼器的平面外变形，使其在工作过程中可以保持稳定的承载力。
基于压电材料的逆压电效应，将压电陶瓷驱动器与被动摩擦阻尼器结合，设计了一种新型压电摩擦阻尼器，通过施加电压来改变摩擦片间的滑动摩擦阻尼力，从而实现结构的实时半主动控制。分析了该阻尼器的工作原理和构造方法，推导了相应的阻尼力模型。采用遗传算法对空间桁架模型结构进行了不同数量下压电摩擦阻尼器布置位置的优化研究，并利用基于线性二次型经典最优控制（LQR）算法的半主动控制策略，分析了不同数量压电摩擦阻尼器在随机布置和优化布置下对结构地震反应的控制效果。结果表明，新型压电摩擦阻尼器对空间桁架模型结构的地震反应有较好的抑制效果，采用遗传算法进行阻尼器优化布置后，最大控制效果可达57%，相比随机布置阻尼器时控制效果可提高近8%。
在外包钢板-混凝土组合连梁试验研究的基础上，对组合连梁试件和不同参数取值的补充模型进行了非线性有限元分析。有限元分析得到的滞回曲线与试验曲线吻合良好，能较好地模拟组合连梁的受力行为。通过应力分析，发现内填混凝土的工作机制类似于斜压杆，其压力沿着连梁对角线方向从一端的受压侧传递到另一端的受压侧。外包钢板承担的剪力比例和弯矩比例的范围分别为0.36~0.76和0.57~0.82；混凝土的剪力与轴压力之比和连梁的高跨比近似相等。连梁的侧向位移由节点区变形引起的梁端转角、连梁的弯曲变形与剪切变形产生；在常用的跨高比范围内，剪切变形产生的侧向位移在总位移中占有较大比例，且受跨高比的影响很大。
联肢剪力墙弹性阶段的内力分布、抗侧刚度等工作性能主要受墙肢与连梁刚度的影响。为了准确分析外包钢板-混凝土联肢组合剪力墙的受力性能，对外包钢板-混凝土组合连梁的刚度进行了分析。基于钢板与混凝土无相对变形和忽略混凝土抗拉强度的基本假定，建立了组合连梁钢与混凝土无滑移的截面内力与变形之间的关系，并推导了截面刚度的计算公式。对于常用工程设计参数范围内的组合连梁，考虑滑移后得到的抗侧刚度相比无滑移情况减小了10%~24%。通过对无滑移组合连梁刚度公式中的混凝土部分贡献的折减(折减系数为0.5)，得到了无特殊界面构造的外包钢板混凝土组合连梁的刚度计算公式。通过与有限元分析和试验结果的对比，验证了公式的准确性。
提出了用于混合框架的钢梁腹板贯通、翼缘部分切除的钢梁钢筋混凝土柱（RCS）中节点构造形式。通过对节点试件的低周往复加载试验，研究了6种不同构造措施下节点试件的破坏过程、破坏形态和抗震性能。分析了该类混合节点试件的承载力、变形能力、滞回曲线、骨架曲线、强度退化、刚度退化和耗能特性等。结果表明，该6个节点试件的破坏形态可分为两类：一类为柱端混凝土和节点区内部混凝土的局压破坏；另一类为节点核心区的剪切破坏。局压破坏的试件滞回曲线呈弓形，且曲线下降段较陡，而剪切破坏的试件滞回曲线呈反S形，曲线下降段较缓。局压破坏的试件承载力退化大，刚度退化较快。研究表明，所提出的混合节点具有良好的抗震性能，合理的节点构造措施可增强内外混凝土的共同工作性能，从而提高节点的受剪承载力和变形能力。
为了研究型钢混凝土十形截面柱-梁框架节点在平面受力与空间受力状态下受低周循环荷载作用的滞回性能，以柱截面配钢形式和水平加载角度为变化参数，进行了4个平面和3个空间十形截面柱-梁节点的低周反复加载试验。比较研究了两类节点在破坏形态、滞回曲线、承载能力、耗能能力及变形延性等抗震性能指标上的差异。研究结果表明：型钢混凝土十形截面柱平面节点主要发生核心区混凝土的剪切斜压破坏，垂直于加载方向左右两侧的柱肢对斜裂缝的发展有一定的抑制作用，而空间节点则发生核心区混凝土剪切斜压伴随黏结裂缝的破坏模式；与平面节点相比，空间节点的滞回环饱满，延性和耗能能力更大，但其承载力有所下降。基于试验与理论分析结果建立型钢混凝土十形截面柱-梁平面与空间节点的受剪承载力计算式，其计算结果与试验结果吻合较好。
介绍了3片剪跨比为2.13的钢筋混凝土剪力墙试件在特定轴压比下的拟静力试验，其中1片为现浇试件CW-1，另外2片为采用预制墙板，两端暗柱与水平齿槽现浇混凝土在墙体底部实现与之连接的预制试件。预制试件的主要区别是一片在齿槽内不设竖向分布钢筋的试件PW-1，另一片齿槽内竖向分布钢筋自由搭接的试件PW-2。试验结果表明：通过齿槽连接的预制墙体，其破坏形态与现浇试件基本相同，墙体两端暗柱底部混凝土受压破坏、竖向钢筋受拉屈服；预制试件的极限位移角为1/48~1/53；齿槽式连接能够保证剪力墙在正常工作状态下的受剪承载力；预制试件PW-2的滞回曲线饱满，受剪承载力与现浇试件相当，其延性性能满足抗震要求，齿槽区域墙体竖向分布钢筋自由搭接的连接方式在一定轴压比下可行，经进一步的试验和分析研究后可推广应用。
通过对24根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱试件的拟静力试验，考察了其抗震性能，分析纤维种类、轴压比、剪跨比、纵向配筋率和体积配箍率等因素对试件抗震性能的影响。结果表明：柱的剪跨比、纤维种类和轴压比是试件破坏形态的主要影响因素，而柱的配箍率和配筋率的影响较小；当轴压比n t≥0.308时，混杂纤维的掺入可使试件的抗震承载力提高15%~20%；配箍率对柱的受弯承载力的影响可通过在约束条件下混凝土强度的提高予以体现。在此基础上，针对柱的弯曲、弯剪破坏形态，考虑柱端约束和箍筋约束的作用，建立了柱的受弯承载力计算公式；针对其剪切破坏形态，提出混凝土双向受力简化分析模型，建立了柱的受剪承载力计算公式，其计算值与试验值均吻合良好。
采用具有受拉应变硬化性能的新型纤维增强混凝土（FRC）能改善受力钢筋的变形能力，对提高剪力墙抗震性能有显著作用。为了建立更为合理的FRC剪力墙试件荷载-变形能力分析方法，用以分析平面复杂应力状态下，轴力、弯矩和剪力之间的相互作用机理，基于单轴弯剪模型，提出一个修正的纤维模型，其模拟结果与试验结果吻合较好。研究表明，建议模型能较为准确地预测单调荷载作用下纤维增强混凝土剪力墙的变形能力，其显著特点为变形分量计算明确，耦合作用机理清晰；并且可通过受压软化系数，较为直观地反映出混凝土性能差别对墙体变形能力的影响，同时展示出FRC优良的受剪和受压性能。
钢板-砖砌体组合结构是一种新型的托换改造技术。为了研究钢板-砖砌体组合异形柱的轴心受压性能，共完成了6根组合异形柱试件的静载试验，考虑了施工过程中常用的L形、T形两种截面形式，螺栓间距为300，400 mm两种情况以及螺栓约束对组合柱轴压承载力的影响，探讨了组合柱受压破坏的机理。试验结果表明：钢板-砖砌体组合异形柱的破坏始于外包钢板的局部弹性屈曲；不同侧面的钢板屈曲存在先后顺序，但通过截面应力重分布，在接近极限荷载时其应力水平基本接近；对拉螺栓对异形截面组合柱的影响要远大于矩形截面柱；对拉螺栓失效后构件存在二次刚度；局部冷弯处理的钢板连接方式能够有效提高构件的延性。此外，给出了可供此类型柱进行轴压承载力的计算公式。
多层砌体结构底层窗下墙被拆除的情况较为普遍，拆除窗下墙会造成砌体墙抗震能力降低，增加地震时拆改结构破坏的风险。为了解拆除窗下墙对砌体墙抗震性能的影响，进行了5片足尺砌体墙的低周反复荷载试验，获得了原型砌体墙试件、拆除两侧窗下墙试件、拆除一侧窗下墙试件的主要破坏过程及破坏形态，对比分析了各片墙体的承载力、变形及抗侧刚度等抗震性能的差异。试验研究表明：拆除窗下墙后砌体墙高宽比变大，水平荷载作用下转动变形在总变形中所占比重增加，破坏形态可由水平剪切破坏向斜压破坏、竖向剪切破坏等其他破坏形式转变；拆除两侧窗下墙的试件其承载力、抗侧刚度较原型砌体墙试件的有较大幅度降低；拆除一侧窗下墙的试件其未拆除侧的承载力、抗侧刚度与原型砌体墙试件的基本相同，拆除侧的则较原型砌体墙试件的有较大幅度降低。研究结果为进一步研究拆除窗下墙对砌体结构整体抗震性能的影响提供了试验数据。
目前国内外对明挖湖底隧道抗拔桩受力缺乏系统分析，导致抗拔桩布置存在不合理之处。基于合肥市方兴湖隧道工程设计与实践，对湖底隧道抗拔桩受力进行现场测试与数值分析，探究了双向框架式湖底隧道抗拔桩受力特征，提出抗拔桩布置优化方法。研究结果表明，方兴湖隧道左右边墙下抗拔桩承受压力，管廊下抗拔桩承受较小拉力，只有左右洞室跨中下抗拔桩较好地发挥了抗拔作用。根据内力和抗裂验算，受拉的抗拔桩具有一定的安全盈余。建议去掉左右边墙和管廊下未发挥抗拔作用的桩体，使抗拔桩数量减少20%，隧道结构-桩-土数值分析结果表明，抗拔桩结构体系得到明显优化，抗拔桩抗拉强度得到有效利用，而且上部主体框架结构的安全性变化不大，满足结构安全要求。
为准确模拟台山核电站筏基混凝土温度场，在有限元模拟分析筏基混凝土水化温度场时，同时考虑了龄期、温度和施工过程的影响。基于混凝土等效龄期和水化度概念，利用绝热温升曲线，确定了混凝土等效龄期水化度曲线。利用ABAQUS有限元软件模拟筏基温度场，通过HETVAL子程序实现由等效龄期水化度曲线确定的混凝土水化生热率，以此考虑龄期和温度对混凝土水化放热过程的双重影响。根据筏基施工方法及形状特性，采用1/2模型，并结合ABAQUS软件中的模型改变交互功能实现模拟施工过程。结果表明：采用等效龄期水化度，可模拟温度和龄期对水泥水化放热过程的双重影响；采用1/2模型和ABAQUS软件中模型交互功能，可模拟筏基混凝土温度场对称分布并受施工过程影响的特性；考虑施工过程模拟温升起始时刻、模拟最高温度及其对应时刻均与实测值吻合较好。
介绍了一种针对半刚性连接钢框架的直接分析法，该方法可以同时考虑结构和构件的初始缺陷、几何非线性(包括-P-Δ,P-δ效应)、材料非线性以及半刚性连接（支座）对结构受力性能的影响。建立了可同时考虑初始缺陷、半刚性连接以及塑性铰的弯曲稳定函数单元（CSF单元），推导了CSF单元的二阶单元刚度矩阵，并扩展为三维单元刚度矩阵。采用弹簧单元对半刚性连接和塑性铰单元的非线性行为进行了模拟，确定了塑性铰出现的判断准则以及弹簧刚度的取值，定义了结构破坏准则。利用NIDA程序对3组半刚性连接框架结构进行了直接分析，并与试验结果进行了对比。对比分析表明：利用NIDA程序得到的结果与试验结果吻合较好，验证了直接分析法对半刚性连接钢框架进行结构分析的有效性和可靠性。
提出一种新型的竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁，对其进行受弯性能试验研究。试件包括3根普通胶合木梁、12根竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁及3根横嵌CFRP板增强的胶合木梁。研究了其不同的破坏形态，破坏机理及受弯性能等，按不同的配筋率、不同的配筋截面形式及不同CFRP板增强方式等影响因素对试件的受弯承载力、刚度、延性等结构性能进行分析比较。试验结果表明，相比普通胶合木梁，增强后试件受弯承载力提高了34.2%~52.3%，刚度提高了8%~28.5%，增强后试件破坏形式由脆性受拉破坏转变为塑性受压破坏；对比传统横嵌CFRP板增强方式，竖嵌CFRP板条层板增强的胶合木梁的受弯承载力及极限变形均有明显提高。结合力学模型提出了三种破坏形态的受弯承载力计算公式，并与实际试验结果进行对比，理论计算结果与试验结果吻合较好。
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