ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
以结构高度为632 m的上海中心大厦结构为工程背景，建立其二维非线性简化分析模型，提出主要构件的简化分析方法，并与上海中心大厦结构精细有限元分析模型的模态、静力和弹塑性时程分析结果进行比较，对简化分析模型的准确性进行验证。结果表明：建立的简化分析模型能较好地反映上海中心大厦的基本动力特性，近似反映结构的地震响应。以FEMA P695推荐的22组远场地震动记录为基本输入，基于简化模型的弹塑性时程分析结果，分析不同地震强度下上海中心大厦结构不同构件对塑性滞回耗能的贡献及其总耗能沿高度的分布。分析表明：由于高阶振型影响显著，上海中心大厦结构的总塑性耗能主要集中在结构上部的4个区段，且伸臂桁架是主要的塑性耗能构件。本研究可为进一步完善超高层建筑结构抗震设计理论提供参考。
在实际工程中采用虚拟激励法（pseudo excitation method，PEM）往往需要编写复杂计算程序，为方便工程应用，建立了一种对应单点和多点荷载输入的虚拟激励法实用求解模式。考虑地震作用、风荷载等多种随机荷载，提取单点和多点荷载输入下计算结构虚拟响应的实用求解模式，并利用常规有限元分析软件的谐振稳态分析完成PEM核心计算，最后通过线性组合重新构建结构虚拟响应和功率谱密度函数的求解公式，从而在常规有限元分析软件中实现了PEM算法。由于采用建议方法可将PEM算法的核心计算交由有限元分析软件完成，在保持PEM高效准确计算优势的前提下显著提高了工作效率，避免了编写复杂计算程序，方便实际工程应用。通过两个典型数值算例验证了建议方法的正确性与有效性，并且指出其对于多种荷载工况的计算效率具有一定优势。
基于天际线查询的最不利地震动选取方法，用于重要结构的弹塑性时程分析。首先，介绍了天际线的概念和天际线查询算法；其次，提出基于天际线查询的最不利地震动选取方法，并提出了能综合反映地震动对特定结构破坏力的五维向量式地震动强度指标来定义地震动的支配关系。然后，以3个剪切层模型为例说明选波步骤，算例模型在天际线子集输入下的地震响应验证了该方法和向量式地震动强度指标筛选最不利地震动的有效性。最后，通过对地震动反应谱形状的分析，以及天际线查询的最不利地震动选取方法与其他最不利地震动选取方法的比较，进一步验证了天际线查询的最不利地震动选取方法能够有效筛选出对特定结构具有高破坏力的小样本地震动集合。
以基于性能的抗震设计与评估理论为基础，考虑既有钢筋混凝土结构性能特点，结合我国现行抗震设计规范，对国内外规范及相关研究成果进行对比分析，给出既有建筑地震作用取值方法、抗震设防性能目标及性能指标的量化标准。给出既有建筑结构有限元分析模型的建立方法，形成较为系统的既有建筑抗震性能评价体系，其实用性及有效性通过对某一实际工程进行的抗震性能评估得以验证。分析结果表明：既有建筑结构抗震性能较拟建之初有明显降低，有必要建立既有建筑结构有限元分析模型。在进行抗震性能评估时，为获得较合理的评估结果，应根据后续使用期确定相应地震作用取值。结合给出的抗震性能目标、性能指标及其量化标准，该评价体系能够对既有钢筋混凝土结构进行合理、可靠的抗震性能评估。
在框架薄弱层进入塑性工作阶段后，地震反应将大幅衰减，如地震持续作用，或者再遭遇较大余震时，结构可能会倒塌。通过分析钢筋混凝土框架薄弱层承载力退化和刚度退化，探讨发生落层倒塌的内部原因和外部条件，揭示框架薄弱层倒塌临界状态应遵循的变形准则和稳定准则。通过分析试验数据，阐述基本原理，推导计算公式，提出了基于Pushover分析的钢筋混凝土框架抗层屈服倒塌能力评价方法。研究结果表明，钢筋混凝土柱端弹塑性损伤是薄弱层承载力和刚度退化的内在原因，竖向荷载引起的等效负刚度是抗侧刚度丧失的外部条件；影响抗倒塌能力的主要因素包括竖向动力放大系数λ、刚度退化系数βu和刚重比ζ，当λ=βu ζ 时，框架薄弱层处于倒塌临界状态。最后提出了抗地震倒塌需进一步研究的问题。
高铁客站采用钢桁架-圆钢管混凝土柱结构，其连接构造复杂、用钢量大，且具有不同于传统梁柱节点的受力性能。对该类连接进行构造改进，取消钢管内部的加劲板，并对改进后的连接区段进行了往复加载试验。试验结果表明：改进后的大跨度钢桁架-圆钢管混凝土柱连接构造简单、合理有效；连接区段的柱与桁架之间的强弱关系对破坏模式与抗震性能有较大影响；高铁客运站柱轴压比较小，使连接区段的钢管混凝土柱适当弱于桁架可获得更好的变形与耗能能力。基于叠加原理，提出了连接区段的简化理论分析模型，预测的承载力及荷载-位移关系与试验吻合较好。
斜交网筒结构具有较大的抗侧刚度，但其延性较差，通过设置屈曲约束支撑可改善斜交网筒结构延性。以30层的斜交网筒结构模型为研究对象，分别对普通斜交网筒结构和设置屈曲约束支撑斜交网筒结构进行静力弹塑性推覆（Pushover）分析。结果表明：屈曲约束支撑可有效改善斜交网筒结构延性。此外，对立面中部、立面角部、底部楼层、上部楼层共4种局部区域布置屈曲约束支撑的方案进行了结构延性分析。局部设置屈曲约束支撑斜交网筒结构的设计应确保斜柱处于弹性工作状态，屈曲约束支撑率先进入塑性耗能状态。建议采用立面中部布置屈曲约束支撑的方案，可实现在保证结构受剪承载力的前提下，较好地改善斜交网筒结构的延性，避免结构发生脆性破坏。
通过对1榀柱中内置型钢和1榀梁柱均内置型钢的预应力型钢混凝土框架的竖向反复荷载试验, 研究预应力型钢混凝土框架的破坏机制、滞回特性、延性、刚度和耗能等性能。结果表明：预应力型钢混凝土框架梁是梁铰破坏机制，极限状态时 “拱效应”提高了框架梁的承载能力；预应力型钢混凝土框架梁滞回曲线饱满，变形恢复能力小于普通预应力混凝土框架梁；预应力型钢混凝土框架梁位移延性系数均值为4.8，普通预应力混凝土框架梁的为4.18，均有较好的延性；等效黏滞阻尼系数介于0.258~0.323之间，说明2个试件破坏时截面具有良好的耗能能力；参数分析表明，试件延性系数受含钢率影响不大，随内置型钢截面高度与梁截面高度比值增大而增大。
通过对高层隔震结构模型在刚性地基和软土地基条件下进行对比振动台试验，研究软土地基上高层隔震结构的地震反应特性和隔震效果。采用叠层剪切型土箱以减小边界影响，采用粉质黏土作为模型土，考虑基底压力的相似，采用高宽比为4的5层钢框架作为上部隔震结构模型，设计了软土地基上高层隔震结构、非隔震结构以及刚性地基上隔震、非隔震结构的振动台试验模型。试验结果表明：土-结构相互作用（SSI）效应对隔震结构的影响程度较非隔震结构轻；SSI效应显著降低了隔震结构模型的自振频率、增加了体系的阻尼；软土地基上隔震结构能够有效减轻结构的地震反应，但是相对于非隔震结构的加速度反应比值增大，隔震效果降低；SSI效应可能增加也可能减小隔震结构的地震反应，不仅与地震动类型有关还与输入地震动强度相关；软土地基上高层隔震结构基础输入地震动与自由场地震动在反应谱水平上基本一致，采用自由场地震动确定基础输入地震动是可行的，且偏于安全，而非隔震结构基础输入地震动则与地基更深层的地震动接近。
为研究墙板开洞对加劲钢板剪力墙抗侧承载力的影响，首先建立了梁壳混合弹塑性有限元单层墙板模型，研究了极限状态下影响开洞加劲墙板受剪承载力的关键因素。在此基础上，通过大量有限元计算和参数分析，提出了用于计算开洞加劲墙板受剪承载力折减率的简化计算式，并与有限元计算结果进行对比，精度满足要求。以3个加劲钢板剪力墙试件的低周往复荷载试验研究为基础，建立了精细有限元分析模型，有限元分析结果与试验结果吻合良好，证明了模型的合理性和准确性。提出了加劲钢板剪力墙结构抗侧承载力的理论模型和计算公式，理论计算结果与有限元分析结果吻合良好。
通过对阻尼砌体填充墙框架、空框架和普通砌体填充墙框架的低周反复加载试验，对比研究阻尼砌体填充墙框架结构的滞回性能、承载能力、变形能力、延性、刚度退化、耗能性能和破坏特征等。结果表明：阻尼砌体填充墙通过砌体单元往复剪切阻尼层参与结构的滞回耗能，具有良好的耗能效果，阻尼砌体填充墙框架结构滞回曲线饱满，耗能能力强，等效黏滞阻尼系数在0.1以上；阻尼砌体填充墙能为框架提供一定的抗侧力和抗侧刚度，但其对框架提供的抗侧刚度和约束效应较普通砌体填充墙大为削弱，避免了框架柱产生剪切破坏；阻尼砌体填充墙框架结构的承载力衰减速率和刚度退化速率明显较普通填充墙框架结构缓慢，极限层间位移角与空框架的基本相同，具有良好的延性和变形能力。
在两端铰接的防屈曲支撑中，内核构件的端部构造不仅影响端部构件段的承载力，而且影响支撑的整体受力性能。通过理论推导与有限元分析，对内核构件端部具有外伸屈服段、加强段的两端铰接防屈曲支撑的破坏形式以及整体受力性能进行了研究。研究表明：在轴压力作用下，内核构件外伸屈服段、加强段会发生侧向变形，进而对外围约束构件产生附加偏心距，对外围约束构件的受力不利；当内核构件外伸段过长时，外伸段会发生弯折破坏。对端部局部内核构件段隔离体作受力分析，可得到一种简化计算模型，采用迭代算法，可偏于安全地确定内核构件外伸段变形对外围约束构件端部产生的附加偏心距。考虑附加偏心距的影响，给出了两端铰接防屈曲支撑的整体设计方法。
防屈曲支撑通常采用刚接节点与框架结构相连，而内核构件端部构造形式复杂，常出现外伸屈服段与加强段等，端部构造形式复杂，由此形成的复杂边界约束条件将对防屈曲支撑的整体性能产生显著影响。通过理论推导与有限元分析，对两端刚接边界条件下端部构造形式对防屈曲支撑整体受力性能的影响进行了研究。研究表明：相比于铰接边界条件，刚接边界条件能有效防止外伸段发生过大的侧向变形，两端刚接防屈曲支撑比两端铰接防屈曲支撑表现出更好的受力性能，即使在实际框架结构中防屈曲支撑两端出现转角时亦然。基于理论推导与有限元分析，提出了内核构件端部段的简化计算模型，采用迭代算法，可用于近似确定内核构件端部外伸段转角及变形在外围约束构件两端产生的不利附加偏心距；框架结构中防屈曲支撑两端转角不同，可用等效附加偏心距系数将两端不等附加偏心距的情况等效为两端等附加偏心距的情况；考虑等效附加偏心距的影响，给出了适用于两端刚接防屈曲支撑的整体设计方法。
试验设计了2个几何尺寸相同的全钢屈曲约束支撑(BRB)试件，其中1个试件在核心板和约束部件之间采用无黏结材料，另1个试件未采用无黏结材料。通过低周往复加载试验，分析了无黏结材料对全钢BRB滞回性能、失效模式、受压承载力调整系数和残余变形等的影响。结果表明：采用和未采用无黏结材料的全钢BRB均表现较好的低周疲劳性能，但采用无黏结材料后，全钢BRB在等幅加载中的循环次数增加了21%，低周疲劳性能略有提高；未采用无黏结材料的全钢BRB的受压承载力调整系数远大于采用无黏结材料的全钢BRB；无黏结材料减小了全钢BRB核心板和约束板之间的摩擦力，避免核心板磨损；核心板和约束板间的摩擦力导致核心板屈服段中部收缩、两端膨胀，未采用无黏结材料的全钢BRB残余变形更为显著，且核心板端部膨胀会挤压填充板条。
以单层柱面网壳试验模型为背景进行损伤定位研究，采用ANSYS软件对其螺栓松动损伤进行了有限元分析，利用神经网络的模式分类功能进行了螺栓松动的分步损伤定位，即首先以整体结构为研究对象，采用面向子结构的损伤定位，确定结构是否存在损伤及损伤的大致位置；然后采用面向节点的损伤定位法，确定子结构中螺栓松动损伤的节点位置。研究结果表明：损伤识别的成功率与杆件灵敏度密切相关，为了保证识别结果准确性，其灵敏度达到2%以上才能正确识别，当杆件的灵敏度过低时将无法通过动力测试识别；采用分步损伤定位方法可以显著减少损伤精确定位时训练样本的数量，适合于不完备的模态数据，利用低阶模态数据即可准确识别损伤的子结构与节点位置。
弧形构件经历冷弯成形获得设计所需的曲线形状，冷弯成形工艺所产生的残余应力以及材性的改变受到普遍关注。采用有限元分析软件ANSYS研究弧形圆管的典型冷弯成形工艺，实现冷弯成形过程的有限元模拟，并研究成形荷载与构件塑性变形和回弹量之间的关系，分析成形后残余应力及应变的分布规律，以及校核成形后构件的椭圆度。分析结果表明：弧形圆管的冷弯回弹对构件成形精度影响明显；冷弯成形会导致构件内部产生明显的残余应力与应变，且残余应力水平很高；冷弯成形引起圆管椭圆度变化较小。
针对不同的洞口尺寸和洞口位置，按拓扑优化中的遗传演化算法构造拉压杆模型和我国规范推荐的经验方法，设计了4组共8个钢筋混凝土开洞深梁试件。通过静载试验对两种方法设计的试件进行对比，结果表明：按拉压杆模型方法设计的试件不仅具有较高的受剪承载力、较充分的裂缝开展和较好的延性，而且有效解决了按经验方法设计的试件纵筋不能充分利用的问题。通过比较实测的受剪承载力和按材料标准值计算的设计受剪承载力，结果表明：拉压杆模型方法可以得到偏于安全的承载力预测值，而经验方法的预测结果偏差较大；开洞深梁的破坏形态，洞口尺寸较小时由“瓶形”斜压杆两侧的斜裂缝开展起控制作用，而洞口尺寸较大时，虽然也由斜裂缝控制破坏，但显现一定的弯曲破坏特征。
为研究圆钢管再生混凝土界面黏结的失效机理，以再生粗骨料取代率、混凝土强度等级及长径比为变化参数，设计了4组共15个圆钢管再生混凝土试件进行推出试验。通过试验获取了界面黏结的荷载滑移曲线、黏结应变和黏结力分布规律。运用相关计算模型对圆钢管再生混凝土的黏结强度进行对比计算，回归得到圆钢管再生混凝土的黏结强度计算式。研究结果表明：加载端首先出现滑移，此后滑移发展至自由端；在加载初期和加载后期的圆钢管纵向应变分别呈负指数分布和线性分布；长径比较大试件的峰值荷载均大于长径比较小的试件；界面黏结损伤的发展随再生粗骨料取代率的增加而提前；界面埋置长度的增加有利于其黏结滑移能量耗散。
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