ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
建筑结构的抗震能力、尤其是抗倒塌能力设计目标应根据其所在场地未来一定设计使用年限内可能遭遇的地震危险性来设定。首先介绍了基于动力增量分析（IDA）的结构倒塌易损性分析方法，随后结合地震危险性分析，分别给出了结构抗倒塌能力和结构所面临地震危险性的概率模型，进而根据结构在未来一定设计使用年限内的倒塌概率，对建筑结构的抗地震倒塌风险进行定量评价，并给出了相应的计算方法。以一座7度抗震设防的RC框架结构为例，计算了该RC框架结构在3个同为7度抗震设防而地震危险性不同地区的地震倒塌风险，指出仅以抗震设防烈度作为建筑结构抗震设计的依据所存在的不足，建议应基于一致倒塌风险进行结构抗震设计，并提出了相关结构抗震设计方法需开展的研究工作。
针对小震丙类、小震乙类、中震不屈服和中震弹性4个性能目标，采用增量动力时程分析方法（IDA）对钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力进行了分析。以小震丙类建筑为基准，研究结果表明：抗震措施和地震作用是影响结构抗震性能的重要因素；严格按照抗震规范设计的框架结构，具有较高的安全储备，基本上能够达到“大震不倒”的性能目标；6度设防时，按乙类建筑提高抗震措施或按中震性能目标提高设计地震作用，对结构的抗倒塌能力影响不大；7度设防时，按中震性能目标设计能显著提高结构的抗倒塌能力；8度设防时，提高抗震措施等级和提高设计地震作用都能够大幅提高结构的抗倒塌能力，尤其按中震设计的钢筋混凝土框架结构能够抵御加速度峰值1000gal以上的地震作用。
通过引入基于结构广义刚度的构件重要性指标，提出了考虑构件重要程度差异的RC框架结构抗震优化设计方法。根据“构件重要性越大，承载力储备也越大”的结构系统设计策略，以构件的重要性程度由小到大逐渐发生损伤破坏的破坏模式为目标，根据现有一般构件的安全储备取值，建议了基于构件重要性指标的安全储备表达式。以广义结构刚度损失率作为结构失效判定依据，通过一RC框架结构抗震设计算例，分别对采用基于构件重要性指标方法和现行规范方法设计的结果进行对比，结果表明，建议方法的设计结果，其配筋分布更加合理，抗震性能得到显著改善，且总用钢量略有降低。
针对梁柱刚接的防屈曲支撑钢框架，根据能量平衡的概念提出基于能量的抗震设计方法，使结构在罕遇地震作用下满足给定的目标位移。设计方法以钢框架与防屈曲支撑在目标位移下耗散的能量之和等于地震输入能量为准则进行能量分配。地震输入能量以原钢框架的地震输入能量为基准，计入结构周期和延性变化的影响进行调整后得到，并以结构在位移幅值下循环1周耗能作为总耗能。建立防屈曲支撑的耗能需求曲线和目标位移下的耗能能力曲线，求得防屈曲支撑的截面面积。应用此方法设计3跨5层的防屈曲支撑钢框架结构，采用ANSYS软件建立有限元模型，对所设计的钢框架结构进行罕遇地震作用下的时程分析，结果表明：应用此方法设计的梁柱刚接防屈曲支撑框架在地震作用下最大层间位移角与给定的设计目标较为一致，所设计的结构安全可靠。
介绍了基底地震剪力的影响因素及美国、新西兰、加拿大及欧洲抗震规范采用振型分解反应谱法进行分析时的基底地震剪力最小需求，并从中美规范剪力系数所考虑因素的对比及高阶振型对长周期结构基底地震剪力影响的分析中发现，剪力系数应满足2个必要条件：剪力系数应与反应谱形状（由场地类型等因素决定）相关；剪力系数应反映高阶振型的影响，即满足单调性条件。根据SEAOC的研究报告，针对我国GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》剪力系数计算式存在的不足，提出了修正建议。对比分析表明，修正后的剪力系数计算式更符合基底地震剪力的特性，且工程适用范围更广，可为抗震规范今后的修订提供参考。
对一单层2×2跨的钢筋混凝土板柱结构进行连续倒塌模拟试验研究，模型缩尺比为1∶2.34。通过静载试验来模拟板柱结构下层中柱失效。在板面预加2倍标准荷载的重力荷载，采用静力方式卸除中柱考察板柱结构抗倒塌性能。随后对中柱施加向下的集中力直至破坏，模拟板柱结构在均布荷载和上柱传力下的倒塌过程。研究结果表明：楼面荷载主要通过板的挠曲和薄膜作用传递。平板历经弹性阶段、压力薄膜阶段和拉力薄膜阶段。基于常规设计，通过完善构造措施等，可以保证中间区格钢筋混凝土板柱结构在经历中柱破坏后仍具有足够的抗连续倒塌能力。
设计制作两种开孔三重钢管防屈曲耗能支撑和一种不开孔三重钢管防屈曲耗能支撑试件，并对其进行低周反复加载试验，研究开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的性能、核心钢管开孔与否防屈曲耗能支撑性能的差异、开孔排数对支撑性能的影响以及支撑的恢复力模型和破坏特征，并采用ABAQUS有限元软件对其进行分析。研究结果表明：开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的滞回性能稳定，耗能能力强；核心钢管开孔后降低了支撑的屈服点且增大了支撑的延性；开孔三重钢管防屈曲耗能支撑的恢复力模型可采用对称的双线性模型来描述；试验结果与有限元分析结果基本吻合。
完成3个方钢管混凝土柱-组合梁空间节点模型的抗震性能试验，重点研究不同加载路径下空间组合节点的受力特征、滞回性能和破坏机理，比较平面加载组合节点和空间加载组合节点的受力特征，分析双向加载作用的耦合关系。结果表明，双向受力对钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力、变形、延性以及刚度、强度退化等性能有较大影响；与平面内加载的组合节点相比，双向加载条件下空间组合节点的承载力最多可降低20%，延性降低10%；由于双向荷载的相关作用，梁变形在总变形中所占的比例有所降低，而柱变形及节点域剪切变形所占的比例增大，在节点核心区受剪设计时应考虑双向受力的不利影响。
对两边连接钢板-混凝土组合剪力墙和两边连接钢板剪力墙进行了拟静力试验，研究了组合剪力墙在反复荷载作用下的力学性能，分析了混凝土板对组合剪力墙承载力和耗能能力的影响。采用有限元软件ANSYS分析了两边连接钢板-混凝土组合剪力墙的力学性能。研究结果表明：钢板剪力墙和组合剪力墙均表现出良好的延性；组合剪力墙中混凝土板的存在明显提高了其承载力和耗能能力，有效限制了钢板的平面外屈曲变形；在文中分析的参数范围内，当混凝土板厚度超过一定限值时能有效限制钢板的平面外变形，两边连接钢板混凝土组合剪力墙的承载力主要与跨高比有关，随着跨高比的增加，组合剪力墙的承载力逐渐提高。
为研究型钢高强高性能混凝土框架柱的抗震特性，基于已进行的9榀型钢高强高性能混凝土框架柱低周反复加载试验结果，进一步分析了其滞回特性，并将其骨架曲线简化为带下降段的理想三折线型骨架曲线模型，给出了骨架曲线的确定方法，同时简化了滞回环。通过引入基于损伤的循环退化指数对构件在反复荷载作用下的屈服荷载、硬化刚度、卸载刚度、再加载刚度以及承载力等各项力学性能指标的退化规律进行了描述，建立了基于损伤的型钢高强高性能混凝土框架柱的恢复力模型，给出了具体的滞回规则。结合试验结果，对恢复力模型的有效性进行了验证。研究结果表明：该模型能够较好地描述型钢高强高性能混凝土框架柱在反复荷载作用下的滞回特性，研究结果可为该类结构的弹塑性时程分析提供理论参考。
为了研究Z形截面钢筋混凝土柱的抗震性能，对缩尺比为1∶2的9根试件进行了拟静力试验，2根试件进行了单调荷载试验。分析了轴压比（n取0.30、0.45）、加载方向（加载角α为0°、45°、90°、135°）、肢高肢厚比（3∶1、4∶1）、纵筋强度等级（HRB400、HRB500）等参数对其抗震性能的影响。研究了Z形截面柱的破坏特征，得到了试件的荷载-位移滞回曲线及骨架曲线、承载力、位移延性系数等力学性能指标。研究结果表明：试件在横向反复荷载作用下的主要破坏形态为弯曲型破坏，破坏主要发生在与加载方向平行的跨中截面，滞回曲线对称、饱满，试件延性好，具有良好的抗震能力。采用数值分析方法编制了Z形截面柱承载力电算程序进行计算，计算结果与试验结果吻合较好。
为了研究钢筋混凝土Z形截面柱框架节点的抗震性能，进行了8榀缩尺比为1∶2的Z形柱中间层节点的低周反复加载试验，得到了节点试件的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线，以及受剪承载力和延性系数等用以评价节点抗震性能的主要参数。将试验得到的承载力与规程公式计算结果进行比较，结果表明Z形截面柱节点的承载力可按两个L形截面柱节点的承载力公式计算，计算结果和试验结果吻合较好。分析了轴压比、节点的配箍特征值、剪压比和Z形柱肢高肢厚比等试验参数对节点的抗震性能的影响，分析表明剪压比是Z形截面柱节点延性的最主要影响因素，剪压比小的节点试件具有良好的位移延性和滞回特性，而肢高肢厚比对节点的延性影响不大。
进行了不同截面尺寸高强混凝土梁的弯曲试验，研究了梁高对其受弯性能的影响。试件采用C70高强混凝土，纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋。试件截面尺寸不同，截面长宽比、剪跨比和配筋率等参数保持一致。分析了不同截面尺寸对高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩、名义极限弯矩、延性以及塑性转动能力的影响。研究结果表明，高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩和名义极限弯矩无明显尺寸效应，而试件的位移延性系数和塑性铰区的塑性转动能力则表现出明显的尺寸效应，随截面尺寸的增大梁的位移延性系数和塑性铰区塑性转动能力有所降低。
根据钢筋混凝土双向压弯柱的受力性能，采用非线性分析方法，对16 539根方形柱截面的延性进行数值分析，研究了荷载角、轴压比及箍筋配置等因素对柱截面延性的影响，得到方形柱截面延性的主要影响因素是箍筋配置和轴压比；分析各影响因素对柱截面延性变化规律。结果表明：随着轴压比的提高，柱截面延性下降；体积配箍率相同时，采用较小的箍筋直径及箍筋间距比采用较大的箍筋直径及箍筋间距的试件延性好；箍筋间距、箍筋直径不同时，只有同时考虑箍筋间距对纵向钢筋的支撑长度，提高体积配箍率，才能有效地提高柱的截面延性。通过对柱截面延性的回归分析得到了与配箍特征值相关的方形柱的轴压比限值。
钢筋锈蚀程度具有很大的不确定性，为体现锈蚀不确定性对结构寿命预测结果的影响，将区间分析方法引入锈蚀钢筋混凝土结构的使用寿命预测。首先，对区间分析的基础知识及区间参数问题的求解方法作简单介绍，针对区间运算法则导致运算结果区间扩张的缺陷，优化方法是求解区间参数问题的有效方法；其次，基于钢筋锈蚀过程的确定性预测模型，采用区间数描述结构参数及环境参数，提出结构锈蚀损伤的区间预测方法；再根据选取的使用寿命终结标准，提出结构使用寿命的区间预测方法。工程实例分析表明，该方法分析过程简单，不需要建立不确定参数的概率模型，分析结果以区间形式给出，预测结果较概率方法更直观，易于接受。
为获得大跨度预应力混凝土箱梁腹板在双向预应力作用下的收缩徐变发展规律，分析不同预应力组合对收缩徐变效应的影响，研究了大跨度预应力箱梁腹板的常遇应力组合，并采用十字交叉梁开展了2种应力组合条件下的高强混凝土双轴徐变试验，即应力组合分别为14MPa和2MPa，6MPa和2MPa，对比开展了单轴压应力为6MPa、14MPa的高强混凝土收缩徐变试验，分析单、双轴徐变和应力组合对高强混凝土收缩徐变的影响。研究结果表明：应力组合对高强混凝土徐变影响显著，360d双轴应力条件下的徐变系数仅为相应单轴徐变系数的75%；采用现有收缩徐变预测模型不能较好预测高强混凝土的实际徐变发展过程，而采用指数函数具有较好的拟合精度。建议在大跨度连续箱梁设计和施工中，确保腹板竖向预应力水平控制在设计允许范围内。
通过对6层适量注芯混凝土小型空心砌块配筋砌体结构模型进行地震模拟振动台试验，分析结构体系的结构动力特性、加速度放大反应、最大层间位移角等，研究其在抗震设防烈度为7度构造措施条件下的结构抗震性能、屈服机制。试验结果表明：配筋砌体模型结构在地震作用下的整体变形仍以剪切变形为主；在输入不同地震波、不同峰值加速度时，结构横向所能承受的输入峰值加速度的平均值比纵向要高，横向变形大于纵向变形，说明结构纵向抗震能力要强于横向；圈梁、构造柱以及水平拉结筋构成的约束体系作用明显，结构在基本烈度地震作用下抗破坏能力较强，能够满足抗震规范规定的在7度区“大震不倒”的要求；结构在罕遇地震作用下也具有相当的抗震能力。
以一典型4跨6层纯框架为例，用有限元方法计算了该框架结构所有构件的轴向约束刚度，并且对其影响因素进行了分析：目标梁或柱构件轴向约束刚度分别主要受其所在层或所在跨的子框架构件的影响。基于以上分析，推导出了平面框架构件轴向约束刚度的近似计算方法：为目标构件选取合适的子框架，然后计算出子框架中每一根构件贡献的侧移刚度和轴向刚度，最后按照刚度的串并联法则组合计算得到目标构件的轴向约束刚度。此近似方法可以较简便而相对准确地计算出框架构件的轴向约束刚度。
通过1∶2比例穿斗式木构架结构和轻型木结构模型的振动台试验，对这两种结构的抗震性能进行了研究。结果表明：穿斗式木构架在峰值加速度在0~0.5g的地震激励下，柱顶水平加速度反应会减小，动力放大系数在0.46~0.57之间，柱顶位移会增大，在输入峰值加速度大于0.4g后，柱与础石之间会产生较大的滑移，卯榫节点也会产生较大变形，从而耗散大量的地震能量，使得该结构具有明显的减震效果；轻型木结构模型则在峰值加速度大于0.4g地震激励下，柱顶加速度动力放大系数大于1，且轻型木结构模型在峰值加速度0.5g地震激励下，仍处于弹性状态。
通过对7组14个木框架剪力墙试件进行单调和反复加载受剪性能试验研究，分析了不同墙骨连接方式、是否开设洞口及不同材料对木框架剪力墙的受剪承载力、弹性抗侧刚度、极限位移、耗能的影响。试验结果表明：墙骨柱采用榫接的连接方式，能有效避免在循环荷载作用下墙骨柱与底梁板钉接时的连接失效，保证墙体框架整体性；榫接连接对于提高墙体刚度、控制变形有显著作用；墙体开设洞口会显著降低墙体刚度，增大墙体的耗能能力。采用国产胶合板的墙体具有良好的受剪性能，可以作为进口OSB板的替代板应用于剪力墙建造。
以应县木塔中的典型斗栱为研究对象，依据试验模型的力学参数，通过对斗栱结构构造的简化，提出了基于摩擦-剪切耗能的有限元模型。该有限元模型采用三维实体单元构建，以空间牛腿结构的方式体现斗栱的构造连接和传递荷载的基本特征，在斗与栱的接触面设置摩擦接触对以实施构件摩擦-剪切耗能的基本功能。运用ANSYS软件构建了典型斗栱的有限元模型，并分别模拟了实体模型在竖向荷载以及竖向荷载与水平荷载共同作用下的试验过程。模拟分析结果表明，该有限元模型具有较好的摩擦-剪切模拟功能，可反映斗栱在竖向荷载和水平荷载共同作用下的力学特性。
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