ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
依据日本防灾科学技术研究所（NIED）地震动数据库的宽频数字记录，统计地震波的傅立叶谱平均周期Tm和加速度反应谱平均周期Tr，分析长周期地震动的主要影响因素；并根据Tm的双拐点震源谱衰减计算式，统计分析地震动峰值加速度和峰值速度比xa/v与Tr之间的关系。结果表明，场地、震中距和震级是形成长周期地震动的主要因素，Tr适合用来评价长周期地震动，Tr和xa/v呈幂指数衰减，并分别给出了震级为6.1、7.2和9.0的三次地震的拟合系数。
对带悬臂梁段拼接连接和栓焊连接的两类节点进行理论计算、试验研究和数值分析，研究节点域和拼接区两部分的受力性能，探讨带悬臂梁段连接的梁柱节点的刚度及其初始转动刚度计算模型。基于相关性对带悬臂梁段连接节点进行不确定性结构灵敏度分析，构建只含几何参数的节点初始转动刚度计算模型。分析表明，两类连接节点和全焊接连接节点具有一定半刚性；在拼接区具有足够连接强度时，带悬臂梁段连接节点与全焊连接节点的弹性阶段初始转动刚度表现出较好的一致性，弹塑性阶段力学性能也相近；从计算模型中可以直接看出各参数对初始转动刚度的敏感程度。通过计算实例表明，对钢框架进行设计时，按半刚性设计比考虑节点域剪切变形的刚性设计偏于安全；依据提出的节点初始转动刚度计算模型进行带悬臂梁段连接的钢框架半刚性设计较为准确。
基于生物动力学中的双足步行模型研究人体-结构相互作用，采用Lagrange方程推导人体-结构相互作用系统的运动方程。提出时变阻尼假定，使支撑脚刚接触地面时人体产生的地面反力为零。通过施加水平控制力的反馈机制保持行走中的步态稳定。采用自编Matlab程序进行数值分析，将基于双足模型的两座人行天桥的人体-结构相互作用计算结果与基于时域的外激励模型的计算结果进行对比。研究结果表明，对于柔度较大的人行天桥，人体结构相互作用较大，每一步的人体动力响应有所不同，步行中产生的桥面反力也随着行人向跨中移动而逐渐增大，需要施加更大的水平控制力来保持步态稳定。
为有效评估故宫太和殿结构的抗震性能，对其开展罕遇地震作用下的有限元分析。基于榫卯节点、斗拱、柱础平摆浮搁等构造特征，考虑柱-填充墙之间的接触关系，建立太和殿结构的非线性有限元分析模型。通过响应谱分析，研究8度罕遇地震作用下，太和殿结构内力及变形的总体分布特征；通过时程分析，得到太和殿结构典型节点的内力及变形响应曲线，进一步评价了太和殿的抗震性能。结果表明：8度罕遇地震作用下，太和殿墙体易产生受力破坏，明间屋顶部位变形较大，但木构架整体完好，可满足“墙倒屋不塌”的要求；此外，柱础平摆浮搁、榫卯节点、斗拱等构造有利于减小太和殿结构的地震作用响应。
为改善某高度为450 m的超高层建筑结构的风振舒适性，基于线性滤波法模拟研究了该结构顺风向和横风向脉动风荷载时程，采用非线性黏滞阻尼器和调频质量阻尼器相结合的混合减振技术对其开展了风致振动控制研究。结果表明，线性滤波法能够用于模拟超高层结构的脉动风荷载时程，模拟功率谱函数与目标功率谱具有良好的吻合性；混合减振技术不仅有效降低了该超高层建筑结构的风致振动反应，大量耗散风振输入能量，改善结构风振舒适度，而且充分利用结构自身资源设计了调频质量阻尼减振装置，既节省空间，又在一定程度上提高了结构的经济性。
为了合理改善混凝土核心筒体的抗震性能，提出设置边框柱以及型钢弱框架的措施，以形成对混凝土核心筒的强约束。对高宽比为3.14的内置型钢弱框架的约束混凝土核心筒试件进行拟静力试验，研究其破坏机理、滞回性能、承载力、弹塑性变形能力、刚度退化及耗能能力。试验结果表明，混凝土核心筒设置边框柱及型钢弱框架后，由于墙体处于强约束状态，混凝土破坏推迟，使其达到极限荷载后的水平承载力下降缓慢，变形性能好，耗能能力强，其内部的型钢弱框架可作为筒体自身的后备抗震防线，是确保核心筒具有良好而稳定的后期抗震性能的有效措施。
为了研究内置型钢桁架高强混凝土中高剪力墙的抗震性能，采用不同的暗柱类型及不同的暗柱和暗支撑型钢配钢率，设计制作了3片1/4缩尺、剪跨比1.8、混凝土强度等级为C70的内置型钢桁架高强混凝土中高剪力墙试件，对其进行水平往复加载试验，比较3片高强混凝土中高剪力墙试件的受力过程、破坏形态、滞回性能、位移延性以及侧向刚度退化特征。试验结果表明：内置型钢桁架高强混凝土中高剪力墙试件的最终破坏形态主要为弯曲型破坏，相比于普通高强混凝土中高剪力墙，其位移延性以及后期侧向刚度退化都有明显改善；增加暗柱型钢配钢率能提高试件的水平承载力，但会降低延性性能；增加暗支撑型钢配钢率能显著改善试件的延性，但承载力变化不明显，说明型钢暗支撑对改善高强混凝土中高剪力墙的抗震性能更为有效。
T形柱框架边节点的核心区截面薄弱，是异形柱结构的抗震薄弱部位。为改善节点抗震性能，提出一种T形柱框架边节点区及相邻梁端一定范围内采用聚丙烯纤维混凝土替代普通混凝土的增强方法。通过梁端反复荷载作用下4个纤维增强范围不同的T形柱框架边节点试件的试验结果，对比试件滞回特性、承载能力和变形能力、延性和耗能能力、刚度退化、残余变形等抗震性能指标，确定最佳的纤维增强范围，提出纤维增强T形柱框架边节点受剪承载力的设计计算方法。对比分析结果表明，纤维增强T形柱框架边节点破坏程度减轻，承载能力和变形能力、耗能能力增强，刚度退化和残余变形减小，纤维最佳掺入范围是节点核心区至邻近1倍梁高范围。考虑纤维增强作用，提出T形柱框架边节点受剪承载力的计算模型并与节点受剪承载力试验值进行对比验证，结果表明模型计算式形式简单，用于结构设计具有足够的安全性。
为研究混凝土的冲击损伤性能，采用落锤冲击试验机，首先对混凝土棱柱体试件进行冲击试验，之后对其进行轴心受压试验，获得不同损伤程度混凝土试件的应力-应变关系曲线。通过24个混凝土试件的试验，考察了强度等级、落锤高度和落锤重量等试验参数对其损伤性能的影响，描述了超声波损伤指标与混凝土峰值应力、峰值应变和弹性模量之间的关系。结果表明：超声波检测冲击损伤具有较高的灵敏度；受冲击混凝土弹性模量、抗压强度均有所降低；受冲击混凝土试块破坏形态因损伤发生了显著的脆性破坏。
通过实验室模拟沿海氯环境和钢筋混凝土结构服役工作条件。使初始裂缝宽度分别为0、0.07、0.10、0.14 mm的钢筋混凝土(RC)偏压柱试件受到100次海水干湿循环作用，观察裂缝发展情况，然后对柱试件进行静力偏压加载试验，并测量受拉区混凝土的氯离子含量。结果表明，不同初始裂缝宽度的RC柱试件经过100次海水干湿循环后，其屈服荷载、极限荷载和延性均随初始裂缝宽度的增加而降低；按规范计算的偏压承载力均高于试验值。与偏压极限荷载试验值相比，当初始裂缝宽度小于0.10 mm时，规范计算极限荷载值的相对误差小于5%，裂缝宽度为0.10 mm及以上时，规范计算极限荷载值的相对误差大于16%。柱试件混凝土受拉表层（0~10 mm）的氯离子含量随初始裂缝宽度的增加而增大；当裂缝宽度小于0.10 mm时，受拉混凝土内层（10~30 mm）的氯离子含量差别不大；裂缝宽度为0.10 mm及以上时，受拉混凝土内层（10~30 mm）的氯离子含量近乎成倍增加。
为研究具有不同初始损伤的方钢管梁在粘贴碳纤维复合材料（CFRP）板后的受弯性能，设计3组共6根不同初始损伤的方钢管梁试件，以梁跨中截面底部不同深度的切口表征其初始损伤，对其进行三点受弯静力试验研究。对3组试件的试验过程、破坏特征进行比较，并绘出相应的荷载挠度曲线，得到修补前后的屈服荷载和极限荷载以及不同荷载水平下CFRP板上的应变分布情况。研究结果表明：CFRP板修补损伤方钢管梁能够有效提升钢梁的屈服荷载，但只能有限提高其极限荷载；当初始损伤增大时，CFRP板的修补效果更显著；梁最终破坏模式没有因修补而改变。为了避免CFRP板过早剥离，需要在板端采用机械锚固的方式确保CFRP板与钢梁的共同工作。
对杭州国际博览中心飘带网架结构安装方案进行对比，确定采用分条分块安装方案。在该方案下模拟分块单元的吊装状态，提出了吊装分析的静力分析方法。根据吊索汇合点与重心在水平面内的投影重合的原理建立了分块单元吊装时的分析模型，得到不同吊点、不同索长时分块单元的结构响应。通过对结构的应力比、节点竖向位移、索长、索力的分析，得出了合理的吊装方案。分析结果表明：反力法和定义法两种重心位置计算方法都可行，实际施工可按条件选取适合的方法进行计算；吊装吊点的布置，应以重心为参考，尽量均匀布置，索长可根据现场条件设置。
根据杭州国际博览中心超半球单层球面网壳结构特点及施工要求，确定“分条或分块安装”施工方案，并对分块吊装过程中的标准单元进行吊装分析，考察各吊装单元在吊装过程中的力学特性，采用所开发的施工全过程模拟技术建立了整个结构的施工仿真模型，并对其拼装方案和卸载方案进行了施工全过程分析，研究结构在施工过程中的力学响应规律。分析结果表明：吊装过程中吊装单元的应力比较低，结构处于弹性工作状态，吊装方案可以满足施工安全和装配精度的要求；结构拼装与卸载过程中最大应力比均在0.3以下，应力比较低，变形满足小于跨度的1/400的规范控制要求；所制定的施工方案合理，研究成果可以为结构施工安全和精度控制提供理论指导，也可为类似工程施工积累经验。
结合某实际结构工程，对三分叉铸钢节点进行有限元分析。首先设计并应用SOLIDWORKS建立考虑管径、壁厚、倒角半径、分叉角度等因素影响的计算模型，然后应用ANSYS计算轴力和弯矩共同作用下节点的应力状态，分析节点应力分布特征及最大应力出现的位置，并对影响节点受力性能及破坏模式的参数进行分析。研究结果表明：弯矩对节点最大应力的影响显著；三分叉铸钢节点主要存在主管轴向屈服、主分管交界处局部屈曲、分管撕裂破坏等3种破坏模式，节点受轴力作用且管壁相对较厚的情况下，发生主管轴向屈服破坏；节点受轴力作用、支管直径相对较大而管壁较薄的情况下，发生主分管交界处局部屈曲破坏；节点弯矩作用较大的情况下发生分管撕裂破坏。
为探讨加强板构造形式对节点抗震性能的影响，针对盖板、翼缘过渡板、腋板以及肋板等4种不同构造形式加强型节点进行试验及有限元分析，对其承载力、荷载-位移滞回性能、塑性变形能力、耗能、破坏形态等进行研究。结果表明：在低周循环荷载作用下，4种不同构造形式的节点试件均形成塑性铰并远离梁柱连接焊缝位置，塑性铰处的梁翼缘和腹板均产生较大塑性变形，耗能效果明显，达到塑性铰外移设计要求，梁柱节点焊缝没有出现脆性破坏。加强板的构造形式对节点承载力、延性及耗能能力有较大的影响，腋板及肋板加强节点试件的承载力高于盖板和翼缘过渡板加强型节点，而后两种节点的延性和耗能能力大于前两种节点。设计中应综合考虑加强板构造形式对节点抗震性能影响。综合比较试验及有限元分析结果可知，翼缘过渡板、腋板加强型节点具有较高的承载力以及较好的延性和耗能能力，建议在高烈度抗震设防区使用。
对单侧CFRP布加固含焊趾裂纹非承重十字焊接接头进行研究，分析裂纹尖端处应力强度因子KI 随CFRP层数、初始裂纹长度、CFRP弹性模量和黏结剂弹性模量的变化。钢板中性轴位置随上述因素发生改变，引起次弯矩，使未加固侧裂纹尖端处KI发生变化。有限元分析结果表明：增加CFRP层数可以减小加固侧裂纹尖端处KI，但增大了未加固侧裂纹尖端处 KI；增加初裂纹深度会较大程度地增大同侧裂纹尖端处 KI，减小异侧裂纹尖端处 KI；提高CFRP和黏结剂的弹性模量可以减小加固侧裂纹尖端处 KI，增大未加固侧裂纹尖端处 KI。为保证加固的效果，进行单侧CFRP加固时需要考虑两侧裂纹尖端处 KI，确保两侧都满足要求。
通过直线梁单元以折代曲建立有限元分析模型，对工形截面钢拱结构进行弹塑性大位移分析。跟踪结构在荷载作用下的平衡路径全过程，得出结构在重力荷载、类雪荷载、半跨分布荷载作用下的破坏模态为失稳破坏，在风荷载作用下的破坏模态为强度破坏。研究结果表明：残余应力会降低结构的承载力，初始几何缺陷会改变结构的失稳模态，并降低稳定承载力；一般情况下，钢拱结构在全跨荷载作用下的稳定承载力高于半跨荷载，但当矢跨比大于0.4时，后者的稳定承载力高于前者；铰支及固支钢拱结构的优化矢跨比取值为0.2~0.3。
为研究K形管板节点的受弯承载性能，对其进行静力试验和有限元分析。完成了5组K形管板节点足尺模型静力试验，以主管直径与主管壁厚为主要变化参数，分析参数变化时节点试件在受载过程中的响应及承载力。建立K形管板节点有限元分析模型，研究主管直径、主管壁厚和节点板长度等主要参数对节点受力性能的影响。试验和有限元分析结果表明，K形管板节点的受弯承载力随着主管直径的增大而减小、随着主管壁厚的增加而增大、随着节点板长度的增长而增大。在试验和理论分析基础上，通过数值回归方法提出了管板节点受弯承载力计算式，并验证了其适用性。
为研究HRB500钢筋混凝土Z形截面双向压弯柱的受力性能，采用Fortran语言编制Z形截面双向压弯柱承载力有限元计算程序，基于已进行的9根钢筋混凝土Z形截面柱试件反复加载试验结果，对程序的正确性进行验证，试验结果与计算结果吻合较好。分析了加载角度、混凝土强度等级、纵筋配筋率、轴压比和肢高肢厚比等参数对承载力的影响，得到了Z形截面双向压弯柱正截面轴力-弯矩(N-M)及双向弯矩(Mx-My)相关曲线的变化规律。研究结果表明：在轴压比、纵筋配筋率、肢高肢厚比满足限值的条件下，界限破坏时，混凝土强度等级由C45提高到C60，受弯承载力提高15.1%，受压承载力提高21.1%；配筋率由1.57%提高到2.26%，受弯承载力提高15%，受压承载力降低10.8%，加载角度对界限破坏点没有影响。配置HRB500纵筋Z形截面柱，混凝土强度等级不宜小于C50。
为确定290 mm厚砌块整浇墙刚度损伤演化规律，根据10片足尺290 mm厚全灌芯配筋砌块砌体剪力墙在压弯剪共同作用下的拟静力试验，通过两个一维细观统计损伤模型，结合墙体刚度衰减规律，建立了适用于此种墙体的刚度损伤演化方程。以细观单元体服从对数正态分布和Weibull分布来描述复合材料的非均匀性，利用模拟砌块整浇墙的骨架曲线，确定模型参数，验证了模型的合理性。研究结果表明：两种分布模式确定的刚度损伤因子存在一定差别，尤其在模拟发生弯曲破坏墙体的骨架曲线中差别较大；利用刚度统计损伤模型确定损伤因子，综合考虑了墙体在压弯剪共同作用下的受力特点，较单轴或双轴砌体受压本构模型更能全面地反映墙体的受力特征；由对数正态分布模式确定的损伤因子，更适于模拟此种墙体的骨架曲线。
受材料率敏感性的影响，钢筋混凝土构件具有率敏感效应，其刚度、承载力在不同应变率水平下均有所不同。基于试验结果，考虑应变率效应对钢筋混凝土梁柱节点受力性能的影响，通过有限元分析软件ABAQUS，采用混凝土损伤塑性模型以及考虑强化的钢筋双折线模型，进行了不同加载速率下梁柱节点受力性能的有限元分析。分析结果表明：采用混凝土损伤塑性模型，可以有效地模拟钢筋混凝土梁柱节点在快速加载情况下的应变率效应，数值分析得到的梁端荷载位移骨架曲线以及节点组合体快速加载情况下的承载力与试验结果基本吻合；快速加载下，受混凝土和钢筋率敏感性的影响，钢筋混凝土梁柱节点组合体的承载力得到提高；在屈服荷载之前，有限元分析得到的梁柱节点组合体刚度略高于试验值。
为对比悬挂式预制混凝土墙板框架与纯钢筋混凝土框架和普通砌体填充墙框架的抗震性能，采用有限元分析软件ABAQUS分别建立了3种结构模型，并对其进行反应谱分析以及时程分析。通过反应谱分析得出模型的基底剪力、楼层位移、层间位移角和最大应力位置等，通过时程分析得出基底剪力、顶点位移以及应力随时间变化等。分析结果表明：悬挂式预制混凝土墙板框架比纯钢筋混凝土框架和普通砌体填充墙框架具有更好的抗震性能，墙板部位的破坏程度比普通砌体填充墙轻；墙体对框架结构的影响比较大，不合理布置墙体容易导致框架结构出现薄弱层，对抗震极为不利，建议对框架结构进行设计时应该充分考虑墙体的影响。
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