ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
在传统螺栓连接节点的基础上，提出一种可根据梁高在一定范围内调节节点连接高度的可变梁高装配式钢框架节点，适用于节点所连钢梁高度出现小范围变化时的情况。结合4个足尺试件在低周往复荷载作用下的试验研究及有限元分析，对采用不同L形连接件加强构造以及梁柱连接对中方案时，节点的失效模式、滞回性能以及L形连接件的滑移情况进行了分析。结果表明，L形连接件的刚度将改变节点的受力性能，其椭圆螺栓孔构造会使节点在受力时产生一定的滑移，但该滑移对节点滞回性能的影响不明显；可忽略梁柱连接对中方案对节点受力性能的影响；通过提高L形连接件的刚度，可使节点具有良好的滞回性能以及设计所期望的破坏模式；文中所采用的有限元分析方法可有效模拟节点滞回性能。该类节点可方便地应用于轻型装配式钢框架结构。
采用双半跨单柱型梁柱子结构，通过静力加载试验考察了圆钢管柱外环板节点与方钢管柱内隔板节点在中柱失效连续性倒塌工况下的破坏模式，并以梁柱子结构竖向抗力来评估梁柱节点的鲁棒性。试验参数包括连接方式、螺栓布置、梁端构造与跨高比。试验结果表明，在柱顶施加竖向位移的过程中，梁柱子结构的破坏均出现在梁柱节点部位，不同的连接构造呈现出不同的损伤演化机制。节点破坏模式可分为梁端连续性破坏、梁端间断性破坏与柱身破坏三类。当节点破坏发生在梁端，采用全焊连接的节点发生梁端连续性破坏，采用栓焊混合连接的节点发生梁端间断性破坏。柱身破坏模式的发生前提为下层内隔板与柱身脱离，与腹板连接方式无直接关系。在梁端间断性破坏或柱身破坏的演化过程中，节点在初始断裂后仍可保持有效的梁柱拉结作用，悬索机制得以开展并为梁柱子结构提供稳定的后期承载力，节点具有较好的鲁棒性。节点若发生梁端连续性破坏，梁端截面面积逐步减小导致梁柱拉结作用削弱，梁柱子结构无法有效开展悬索机制，节点鲁棒性能较差。
对一榀单跨两层半刚性框架-密肋网格复合钢板剪力墙结构进行了低周反复荷载作用下的试验研究。系统分析了结构的受力机制、破坏模式和耗能机理，得到了承载力、刚度、延性及耗能能力等指标，评价了该种结构体系的抗震性能。结果表明：结构在弹性工作阶段主要依靠墙板的剪切机制承担水平荷载，非弹性阶段区格中钢板的对角拉力带为结构提供侧向承载能力；密肋网格的设置有效限制了内嵌钢板的面外变形值，提高了结构的弹性刚度，克服了滞回曲线的“捏缩”效应，减小了钢板的噪音及震颤，显著增强了结构的耗能能力；框架与钢板墙协同工作良好，结构塑性变形能力强，安全储备高，是一种优良的抗侧力体系；破坏模式为各区格中的钢板撕裂，拉力带效应明显，边框架柱脚及边框架梁端形成塑性铰。
通过对一榀几何比例为1∶3的两层单跨半刚性框架-无黏结十字加劲钢板剪力墙结构在低周往复水平荷载作用下的试验研究，得到了循环荷载下结构的滞回曲线及各关键部位的受力变形情况。分析其承载能力、破坏形式、耗能能力、刚度退化、承载力退化、延性等指标。在此基础上，分析了无黏结十字加劲内嵌钢板与半刚性框架的相互作用。结果表明：该结构具有良好的延性和耗能能力，安全储备高；半刚性框架与内嵌钢板协同工作良好；无黏结加劲构件的设计避免了焊缝的应力集中，降低了钢板墙在加工过程中对工艺的要求；加劲构件的设置改善了钢板墙的受力模式，提高了钢板墙体系的承载力及刚度，减轻了滞回曲线的“捏缩”现象。研究结果可为半刚性框架-无黏结十字加劲钢板剪力墙结构进一步的工程应用和理论研究提供参考。
采用理论分析和有限元方法，针对两边连接屈曲约束钢板剪力墙的受力机理和传力规律进行研究。提出了钢板墙边缘约束区的概念并确定了边缘约束区的宽度，分析了钢板墙的屈服形状、钢板墙内各部分应力流的分布规律和钢板墙与梁连接处的受力特点等。在此基础上提出了两边连接屈曲约束钢板剪力墙等效支撑模型，对不同尺寸、不同层数的框架屈曲约束钢板剪力墙结构和框架等效支撑结构在水平荷载作用下的力学性能进行分析，并对两种结构的荷载位移曲线进行了对比。分析表明，所提出的等效支撑模型在结构刚度和承载力方面具有较好的准确性，无论是单调加载还是反复加载均能准确地模拟两边连接屈曲约束钢板剪力墙结构的受力行为。
为了达到震后快速加固修复和建筑节能改造等综合加固改造目的，提出采用三明治式预制自保温钢筋混凝土墙板（PISW）对震损钢筋混凝土框架进行快速加固的方法。开展了4榀采用预制自保温钢筋混凝土墙板加固震损框架模型的低周往复加载试验，研究了预制自保温钢筋混凝土墙板与损伤框架之间的连接构造以及墙板配筋率对加固效果的影响，分析了试件的破坏特征、滞回性能、骨架曲线、耗能能力等。结果表明：采用预制自保温钢筋混凝土墙板加固方法可大幅度提高震损框架的承载能力；预制自保温钢筋混凝土墙板与损伤框架之间的界面强度是影响加固试件承载能力的主要因素；由于墙板破坏不充分，墙板配筋率的变化并未对承载力产生明显影响。基于试验研究结果提出了预制自保温钢筋混凝土墙板加固震损框架受剪承载力计算方法。
共完成22块钢筋混凝土无腹筋简支单向板的受剪试验，分析了有无柱头、剪跨比、纵向配筋率对试验板的受剪承载力和破坏模式的影响，并采用非线性有限元软件ATENA对试验结果进行模拟；结合试验数据和收集到的无腹筋单向板、梁（有效高度大于500 mm）试验数据，对中国规范GB 50010—2010、美国规范ACI 318-11、欧洲规范EN 1992-1-1:2004的受剪承载力计算公式的准确性进行评估。结果表明：剪跨比、纵向配筋率等因素对单向板受剪破坏的影响与其对梁受剪破坏的影响类似；有限元分析结果能够从受力机理上反映柱头对单向板受剪承载力的影响；对于截面有效高度约150 mm的单向板，上述各规范的计算公式偏于安全，但是对于截面有效高度大于500 mm的厚板，特别是在配筋率较低的情况下，规范中的公式均存在不同程度的安全隐患。
为研究型钢超高强混凝土柱的抗震性能，开展了27根型钢超高强混凝土柱试件的低周反复加载试验。试件设计参数为剪跨比、轴压力水平、配箍、型钢和栓钉配置情况。针对不同设计参数的试件的破坏特征、滞回曲线、水平承载力、耗能能力及变形能力、承载力及刚度退化等进行了分析，得到了各设计参数的影响规律。试验结果表明：型钢超高强混凝土柱的滞回曲线饱满且较稳定；剪跨比较大、轴压比较低、箍筋有效约束指标较大、配置H型或十字型钢的试件具有更好的抗震性能；型钢在箍筋约束效果较好时，能更充分地发挥提高柱抗震性能的作用；通过配置高强度八边形复合箍筋，能有效避免型钢超高强混凝土短柱发生脆性剪切破坏，使得其最终破坏形态为弯曲破坏，从而改善其抗震性能；配置栓钉能提高柱的抗震性能，且当柱的变形能力较强时效果更明显；试验轴压比为0.38或0.45的试件仍具有较强的耗能能力和变形能力，即型钢超高强混凝土柱具有较好的抗震性能。
为研究核心型钢混凝土(CSRC)柱轴压性能及轴力分配规律，进行了5根CSRC柱和2根钢筋混凝土(RC)柱的足尺轴压静力试验。试验结果表明：CSRC柱的承载力和变形能力随配钢率的增加而明显增加；设置配钢率为2.5%和3.2%的核心型钢，试件轴向承载力可分别提高12.7%和23.4%，试件变形能力分别提高36.0%和33.1%。试件各组成部分所承担的轴力占总轴力的比例随轴向变形的发展呈非线性变化。在弹性阶段，试件各部分承担轴力基本按材料弹模与相应截面积的乘积线性分配；在塑性阶段，混凝土承担轴力占总轴力比例逐渐降低，核心型钢承担轴力占总轴力比例逐渐增大，最大可达40.1%。CSRC柱轴压承载力可采用考虑箍筋约束作用的简单叠加法进行计算。
在基于能量的结构性能设计方法中，需要根据耗能需求对构件进行能力设计，而了解位移历程和配筋状况对构件滞回耗能能力的影响规律是实现这一步骤的基础。通过对22根钢筋混凝土梁试件分别采用稳态变幅加载和任意变幅加载，分析位移历程、配箍率和配筋率的变化对钢筋混凝土梁滞回衰变规律的影响。研究表明，常幅滞回条件下，增加配箍率能够延缓钢筋混凝土梁滞回耗能能力的衰变过程，其延缓效果随滞回幅值的增大而降低；配筋率的变化对构件耗能能力的衰变过程未见规律性的影响；相对于配箍率与配筋率，滞回位移幅值的影响更为明显且更具规律性，滞回位移幅值越小，构件衰变至稳定的过程会更快，而衰变稳定后的残余耗能能力将更高。变幅滞回条件下，钢筋混凝土梁在某个半滞回的耗能能力决定于历史最大位移和已累积耗散的滞回能量，即钢筋混凝土梁的滞回耗能能力受最大历史位移和累积耗能的双控。基于这一双控规律，通过量化箍筋与滞回位移幅值对构件滞回耗能能力衰变的影响，提出了钢筋混凝土梁变幅滞回耗能能力的估计方法。
为研究纤维束编织网增强混凝土加固钢筋混凝土梁的疲劳性能，首先制作10根钢筋混凝土梁试件，并对其中的9根用纤维束编织网增强混凝土进行加固，1根作为对比梁未进行加固，然后采用三分点弯曲加载对试件施加疲劳荷载。试验研究了加固方式、配网率、配筋率、损伤程度等4个因素对加固梁的疲劳裂缝扩展及变形发展的影响。试验结果发现：纤维束编织网增强混凝土加固可以显著提高RC梁的受弯疲劳寿命。加固梁的裂缝数量多于非加固梁，裂缝宽度小于非加固梁。在疲劳荷载作用下，加固梁的裂缝及挠度发展都呈现初始发展、稳定发展、迅速发展三个阶段。针对加固形式，三面加固对斜裂缝的控制优于单面加固。加固前的静力损伤会影响加固梁的裂缝宽度，静力损伤越大，疲劳加载时的裂缝宽度越宽。配网率会影响加固梁最终破坏时的挠度，当配网率大于某一值时，加固梁最后破坏时的挠度明显增加；配筋率的增加可以延长挠度的稳定发展阶段。最后通过回归分析，得到了加固梁的疲劳刚度的算式，由该式计算的结果与试验结果符合良好，可为工程使用提供理论依据。
为了研究上海地区近地台风与季风湍流特性的差异，基于高度10、20、30、40m处上海浦东风工程实测基地获得的风速风向数据，对台风“梅花”与季风作用下浦东地区近地湍流特性进行了对比分析。结果表明：台风“梅花”和季风作用下近地湍流度和阵风因子均随平均风速的增大而减小，不同的是前者变化速率随平均风速的增大而减小，而后者变化速率基本不变；相同高度处季风作用下各向湍流度和阵风因子均大于台风“梅花”作用下的结果，并给出了湍流度和阵风因子剖面的经验表达式；季风和台风影响下自相关系数均随迟滞时间的增大而逐渐减小，且高度越高衰减速率越慢，在相同高度处台风下的衰减速率明显比季风的大。
利用设置在福建省霞浦县牙城镇的观测点，成功测得了2013年超强台风“苏力”的近地脉动风场数据，在此基础上对台风的湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度和功率谱进行了分析。研究结果表明：湍流强度和阵风因子随平均风速的增大而减小，当平均风速大于10 m/s时，数值趋于稳定；台风风场的横风向、竖直向湍流强度分量显著增强，顺风向、横风向、竖直向湍流强度分量比值达到1∶0.8∶0.55；台风风场的湍流积分尺度离散性较大，与平均风速、湍流强度无明显相关性，实测的台风脉动风功率谱与von Karman谱比较接近。
为研究大跨度柱面网壳结构受特征湍流影响的风荷载特性，在大气边界层风洞中对一大跨度柱面网壳干煤棚结构进行刚性模型同步测压试验，获得了结构表面测点在36个风向角下的测压数据。根据测试结果分析了结构的平均、脉动风压分布特性，脉动风荷载谱以及测点间脉动风荷载的相关性等。结果表明：结构在不同风向角下，特征湍流的影响情况不同，平均风压和脉动风压最大值出现的位置和范围存在较大差别；结构迎风位置测点脉动风荷载无量纲功率谱数值较大，且频谱成分复杂，随着气流向尾流区域发展，无量纲功率谱谱峰宽度及对应的无量纲频率具有增大的趋势，且高频段的衰减速度变缓；测点间脉动风荷载相关性随着频率及测点间空间距离的增加而减小，当频率达到30 Hz时，其相干函数值快速衰减，可以近似认为不相关。
为克服传统研究风压极值方法忽略带宽参数影响的不足和改进概率密度函数拟合效果，结合曲面拟合方法获得一种改进Hermite级数，提出了引入带宽参数的改进Hermite峰值因子法。采用改进Hermite峰值因子法和以往常用方法对开孔屋盖风压的峰值因子进行研究。结果表明：基于高斯分布的Davenport的峰值因子明显偏离非高斯峰值因子；忽略带宽参数的传统Hermite峰值因子法高估了风压的正负峰值因子；改进Hermite峰值因子法相应于传统Hermite方法和修正Hermite方法和Sadek-Simiu方法，估计的开孔屋盖风压的峰值因子最为安全准确，与观测峰值因子总体上最为接近。
隔震结构采用分离式计算方法进行结构设计，由于使用统一的减震系数，部分楼层剪力调整偏大。采用振型分解反应谱法，将隔震层和上部结构作为整体结构进行分析可有效解决这一问题。然而隔震层的阻尼与上部结构显著不同，隔震结构是一个不同阻尼的组合体。采用振型分解反应谱法进行结构整体分析时，计算隔震结构的振型阻尼比，是计算地震作用的关键。采用能量法，推导出隔震结构振型阻尼比的计算公式，并对其进行简化。结合GB 50011—2010《建筑结构抗震规范》反应谱，给出了适用于隔震结构整体模型的振型分解反应谱地震作用计算方法。对一栋16层隔震框架结构地震作用分析表明，按振型分解反应谱法计算得到的结构基底剪力与时程分析的结果基本相符。
针对广州电视塔的振动控制，提出了直线电机驱动的主动质量阻尼器控制装置实现策略，分别进行了多个直线电机驱动的2个阻尼器子系统的指令力、反馈驱动力、实际驱动力、控制系统、软件限速、软件限位，以及2个子系统一致性和时滞的性能实测，提出了多个直线电机驱动单个主动质量阻尼器的纹波推力和综合阻力识别方法及计算公式。实测结果表明：提出的广州电视塔多个直线电机驱动的主动质量阻尼器控制装置实现策略可行，广州电视塔2个阻尼器子系统能稳定地接收指令力与实现指令力，软件限位及限速安全系统工作良好；提出的多个直线电机驱动单个主动质量阻尼器的纹波推力和综合阻力识别方法及计算公式能较好地识别直线电机驱动的主动质量阻尼器动力特性；2个阻尼器子系统能同步工作且时滞较小，满足广州电视塔振动控制的要求。
基于61人次2 204条实测的步行荷载曲线，提出了计算单人步行竖向荷载作用下大跨度楼盖加速度均方根响应的反应谱。以42m跨矩形板为研究对象，首先得到每条实测步行荷载的反应谱，在此基础上建立设计反应谱的分段表达式：对应于步行1阶主频范围的第1平台段（1.5~2.5Hz）、对应于步行2阶主频范围的第2平台段（3~5 Hz），以及对应于步行高阶频率的曲线下降段（5~10 Hz）。给出了2个平台段不同保证率的代表值计算方法和下降段的数学表达式。进一步研究了高阶振型、边界条件、计算跨度等因素对反应谱的影响，并给出了对应的修正方法。给出了建议反应谱的使用步骤，并应用于4个实际楼盖结构。对比分析表明，楼盖的实测响应接近或略大于反应谱75%保证率的计算结果，但均小于95%保证率下的计算结果，所建议的反映谱方法可用于计算单人步行荷载作用下大跨楼盖的加速度响应。
非线性阶段次弯矩的演化，以及承载力极限状态下是否考虑次弯矩的问题一直存在争议。为解决这一问题，拓展了预应力次弯矩的概念，使其能够适用于非线性阶段。运用变刚度法数值模拟了初始次弯矩(M2)与弹性最大荷载弯矩(Me)之比为0.15~0.36的15根有黏结预应力混凝土两跨连续梁。基于拓展后的次弯矩概念，提出了以混凝土受压区相对高度、初始次弯矩与弹性最大荷载弯矩之比为影响参数的有黏结预应力混凝土连续梁弯矩调幅公式。采用已有文献中受压区相对高度为0.35的试验梁比较了所提公式和现有的弯矩调幅公式。设计制作受压区相对高度为0.18的两跨预应力混凝土连续梁，获取单调加载下支座反力数据，检验了内力重分布程度较大时所提公式的效果。结果表明，给出的弯矩调幅公式的计算结果偏于安全，且更接近试验结果。
针对进行随机分析时采用蒙特卡罗计算法效率低，未能考虑参数之间相关性，导致在分析参变量对结构力学性能的影响时得到错误的灵敏度系数，以及原有灵敏度计算方法只能考虑局部梯度等问题，采用改进的混沌粒子群算法优化网络寻址结构，利用混合神经网络构建复杂结构响应的近似模型，通过相关参数与独立正态参数之间的等效变换建立符合参数相关性的随机序列对结构进行随机性分析，并根据文中提出的灵敏度度量方法计算随机变量的全局灵敏度系数。通过算例验证所提方法的可行性，且考虑参数之间相关关系得到的结构随机响应更符合工程实际情况。同时，利用所提出的随机灵敏度计算方法可以更好地反映各随机变量对结构响应的相关性和敏感性。
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