ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
为研究空间网格结构遭遇局部初始破坏后的结构响应、倒塌过程与倒塌机制，以单层球面网壳结构为研究对象，进行了1个直径为4.2m，矢跨比为1/7的凯威特型网壳结构整体模型的连续性倒塌试验。施加节点集中荷载，采用自主研发的杆件破断触发装置使网壳模型的1根经向杆件发生突然破断，并以采样频率100Hz采集网壳模型各位置杆件的高频动应变响应，基于高速摄像测量技术（帧频200fps）获取模型节点的高速动位移响应。初始破坏发生后，网壳模型呈现出自破坏局部向周围逐步扩展的连续性破坏，最终整个模型完全翻转并在一系列最外层杆件断裂后部分坠落。试验结果表明：尽管单层球面网壳结构杆件众多，但单根杆件的失效仍可能触发连锁反应，导致整体结构的连续性倒塌；单根杆件破坏后，局部内力重分布导致的杆端节点出现点失稳，并引发周围节点顺次向下运动，这也是单层球面网壳结构遭遇局部初始破坏后倒塌的主要模式。
鄂尔多斯东胜体育场的巨拱与水平面垂线倾斜6.1°，采用中承式拱桥的设计理念，通过巨拱的23组钢索牵拉屋盖，使得大跨度屋盖的刚度显著提高，桁架高度有效降低，受力合理。通过对圆弧、2次抛物线、8次抛物线和三铰拱轴线的弯矩分布进行分析比较，选择三铰拱轴线作为巨拱的初始轴线。考虑活动屋盖位形影响，将全开与全闭状态索力的平均值作为加载工况，使巨拱偏心弯矩最小，经过迭代计算与样条插值处理后，最终确定巨拱的轴线坐标。屋盖桁架布置与巨拱、钢索和谐统一，钢索对屋盖形成多点支承，满足活动屋盖运行对轨道刚度的要求。在不同荷载组合工况作用下，结构变形与杆件应力均满足规范相关要求，钢索不会发生破断或松弛，结构整体稳定性能优越。在巨拱邻近拱脚部分弦杆采用钢管混凝土构件，可以显著提高其抗震性能。断索分析结果表明，与断索同侧的相邻钢索的索力增加较为明显，对其他钢索、巨拱和屋盖杆件的影响较小，可以满足结构安全以及钢索更换要求。
以西安高铁站候车大厅D区楼盖为研究对象，进行了动力特性现场实测。分析了影响舒适度分析模型的结构、非结构参数，如楼面有效质量、装饰面层、上弦杆线刚度等。将模型分析结果与各工况下实测值进行了对比，结果表明：以承载能力为基准的有限元模型不适用于舒适度分析。在进行结构舒适度分析时，应考虑活荷载的实际分布情况和装饰面层的影响，阻尼比可取2%~3%，并应适当调整楼盖混凝土弹性模量取值。
轮辐式张拉结构因其优良的受力性能，在大型体育场馆结构体系的应用中具有独特的优势。为了适应建筑形态的变化，对轮辐式张拉结构几何形态进行了系统分析和研究，以达到结构型式与建筑形态的融合。分别对轮辐式张拉结构的平面形态、屋面形态和飞柱高度等进行了研究，并针对轮辐式张拉结构内拉环边界和建筑内环不重合情况，提出了内拉环作为建筑椭圆边界的内切圆和外切圆两种处理方法。通过分析可知，对于EC型（内环平面为圆形，外环平面为椭圆形）结构，外压环短轴与长轴之比应大于0.8，对于CE型（外环平面为圆形，内环平面为椭圆形）结构，内拉环短轴与长轴之比应大于0.8；屋面马鞍形高差小于15 m 时，宜采用双层轮辐式张拉结构，且高差越小结构的受力性能越好，屋面马鞍形高差大于 15 m 时，宜采用单层轮辐式张拉结构，且高差越大结构的受力性能越好；对于体育场跨度为230~250 m，屋盖悬挑长度为55~60 m，内拉环飞柱的高度宜取14~18 m，飞柱高度12 m以下的结构，其受力性能较差，不建议采用。
为了解内凹形轮辐式张拉结构的受力性能，建立内凹形结构体系的初始预应力与构型的近似关系，实现结构的初始预应力快速估算，采用参数化设计软件并编制的找形分析插件，找到合理的结构形态和预应力分布。同时对结构基本体系的关键参数进行分析，得出关键参数的合理取值范围。分析结果表明，索桁架的上、下径向索在控制矢跨比的条件下可以采用悬链线、抛物线和圆弧线；根据建筑造型和受力性能分析，在实际工程中建议索桁架的上、下径向索采用抛物线；结构上径向索的矢跨比合理取值范围为1/40~1/20,下径向索的矢跨比合理取值范围为1/40~1/30；内凹形轮辐式张拉结构径向索桁架合理取值为32~44榀；结构外压环与上、下内拉环的高差比值 c1/c2 合理取值范围为1.0~1.5，在该取值范围内，上、下径向索的预应力值相差在30%以内，结构内力分布比较均匀，刚度较好。
基于萤火虫算法的基本原理及相应的改进策略，研究了离散变量杆系结构的拓扑优化问题。通过对初始萤火虫位置和位置更新公式进行离散，以使该算法适用于离散变量优化问题；同时，为克服在优化初期寻优速度慢的问题，对公式中的吸引力项进行改进，提出一种兼顾寻优效果和收敛速度的改进萤火虫算法。以基结构法为结构初始拓扑生成方法，以杆件截面为优化变量，以结构质量最轻为优化目标，提出了一种基于改进萤火虫算法的杆系结构拓扑优化方法。利用该方法分别对平面桁架和空间桁架结构进行拓扑优化分析，证明了所提方法的可行性和高效性。
在向量式有限元三角形薄壳单元的基本理论中，引入薄壳结构碰撞、断裂和穿透等复杂不连续行为的模拟机制。采用“点-三角形”检测和罚接触力法模拟碰撞检测和碰撞响应，获得薄壳结构碰撞接触的全过程；采用塑性失效应变准则和质点分裂方式，获得薄壳结构断裂和破碎的全过程；进而结合碰撞检测、碰撞响应、失效应变准则以及质点分裂处理方式，获得刚体穿透薄壳结构的全过程。基于此，编制了向量式有限元考虑薄壳结构的碰撞、断裂和穿透行为的分析程序，并通过算例分析验证了理论推导和所编制程序的有效性和可靠性，体现了向量式有限元方法在薄壳结构复杂不连续行为分析领域的优势。
黏滞阻尼墙是一种性能良好的消能减震部件，可用于多层、高层和超高层建筑结构的抗风和减震。为分析黏滞阻尼墙变形，将阻尼墙的变形分解为4个部分，即结构层间剪切变形、梁柱节点转角、柱轴向变形及阻尼力作用下梁段局部变形引起的变形，为阻尼墙的应用研究提供了有效途径。根据阻尼墙的变形分解，研究了阻尼墙在结构中的布置，包括相同跨间布置、不同跨间布置、竖向连续式和棋盘式布置以及不同楼层布置。结果表明：阻尼墙在同一跨间布置时，跨中布置减震效果最好；不同跨间布置时，中跨和边跨布置减震效果优于角跨布置；不同竖向布置方式的减震效果与阻尼墙阻尼力引起的变形所占比例有关；根据无阻尼墙结构各部分变形的特点，可确定阻尼墙较优的楼层布置位置，以达到最佳减震效果。
针对耗能型屈曲约束支撑（BRB）在结构设计中遇到的突出问题开展理论和案例研究，讨论并整理了耗能型BRB在结构方案选型时主要考虑的因素和技术参数，对BRB屈服荷载与轴向刚度的合理匹配以及屈服变形与支撑长度的合理匹配进行分析，定义了两组参数匹配系数，并分别建议了合适的取值区间。通过案例分析了BRB屈服耗能可能对结构整体指标产生的不利影响，提出应在设计中评估设防地震及罕遇地震作用下结构可能产生的性能突变，不宜同时考虑BRB调整结构刚度和耗能双重作用的发挥，建议限制BRB在超过设防烈度地震作用以后再进入耗能阶段。通过附加阻尼比计算式的推导和参数分析，明确了BRB耗能效果的基本规律特征：附加阻尼比大小受结构自身和BRB参数双重影响，BRB分担的楼层地震剪力比例是主要影响参数，且随着地震作用的增大附加阻尼比并非一直增大，而是对应某一地震作用水平具有最大值。分析了BRB多遇地震耗能与大震变形控制问题，给出不同结构体系中保证支撑罕遇地震作用下使用安全的变形要求，并提出采用改进型BRB构造形式的建议，以满足在多遇地震耗能的同时保证罕遇地震作用下使用安全的特殊需求。研究结论为耗能型屈曲约束支撑在工程中的合理、高效应用提供理论参考。
为了研究自立式高耸钢结构的黏滞阻尼减振技术及其设计方法，根据自立式高耸钢结构的特点，设计了曲率相关的黏滞阻尼减振装置，并推导了其力学模型；建立了自立式高耸钢结构黏滞阻尼减振体系的动力学方程，并编制程序进行了结构风振控制分析；基于等效阻尼比的概念和我国规范的抗风设计方法，建立了自立式高耸钢结构黏滞阻尼减振的设计方法，并针对数值算例，进行了控制装置设计，并通过时程分析方法验证了该方法的有效性。研究结果表明：所设计的曲率相关黏滞阻尼减振装置适用于钢烟囱类自立式高耸钢结构的振动控制；通过数值算例分析，简化设计方法与时程分析的结果误差仅为2.5%，具有较高的精度。
针对目前常规剪切钢板阻尼器防屈曲构造措施的不足，提出3种改进型防屈曲构造方案，即夹板防屈曲、肋板防屈曲、边框防屈曲方案，以减小焊接残余应力影响和钢板面外变形，改善剪切钢板受力性能。推导了改进型防屈曲剪切钢板阻尼器的基本性能参数（弹性刚度、屈服荷载、屈服位移）理论计算式；通过有限元分析，模拟其单调加载受力性能，分析结果表明其剪切钢板应力分布更加均匀，全截面基本屈服；对改进型防屈曲剪切钢板阻尼器进行低周往复加载试验，结果表明改进型阻尼器约束构造有效。主要参数的理论计算值、有限元分析值和试验值基本吻合，具有稳定的耗能能力和抗低周疲劳性能。
采用自主研发的LAC-I无线加速度传感器，对高度441.8m的深圳京基100 (KK100)的加速度响应进行了为期5年的连续监测。选取了2011年至2015年间的4次主要台风（纳沙、杜苏芮、维森特和天兔）经过时的加速度观测数据以及常态弱风和环境激励下的加速度数据，进行结构动力参数识别以及验证与风洞试验结果的一致性。结果表明：各工况下自振频率的识别结果具有很好的一致性，与其在设计阶段对结构进行有限元分析得到的相应结果约大21%；阻尼比的识别结果表现出一定的离散性，x、y 两个方向的阻尼比分别在0.6%~0.9%和0.33%~0.71%之间变化，但阻尼比与振幅并不存在明显的相关性；在风场条件基本一致的情况下，实测结果与风洞试验结果具有良好的一致性；在振幅较大的横风向，实测和风洞试验得到的结构顶部峰值加速度响应相差4.2%，说明了风洞试验的可靠性。同时近5年来的连续观测遇到了与深圳地区10年重现期风压相当的最大风速，测得的瞬时峰值加速度仅为0.123 m/s2，表明该建筑的舒适度能够满足要求。
大跨度屋盖结构脉动风荷载特性复杂，一般需要通过风洞试验确定。典型屋盖的风洞试验数据的积累为相似体型屋盖结构风荷载取值提供了依据。为拓展典型屋盖风洞试验数据的应用范围，基于广义回归神经网络，结合典型球面屋盖系列风洞试验建立了大跨度球面屋盖的风荷载预测模型。其中，风荷载由平均风压系数、脉动风压系数、偏度、峰度、3个自功率谱密度参数（包括高频段衰减斜率、无量纲谱峰值和无量纲峰值频率）以及互功率谱密度相干指数8个特征参数描述。通过交叉验证和试算确定了广义回归神经网络模型中的平滑因子取值。以安庆电厂球面网壳结构为例进行了风荷载预测，通过对比预测风荷载与风洞试验得到的风振分析结果，验证了预测方法的可行性。
为实现均匀层间位移的目标，提出了基于均匀层间位移的梁贯通式支撑钢框架简化抗震设计方法，设计了梁贯通式支撑钢框架。在地震作用下，作为耗能构件的只拉不压中心支撑抵抗大部分水平作用，而主体钢框架则因其可忽略的抗侧刚度而保持弹性。只拉不压支撑单元的滞回耗能作用可等效为结构的黏滞阻尼，同时支撑和框架的抗侧刚度比对结构的地震响应影响较大。基于均匀层间位移响应提出设计方法的3个性能目标，并合理考虑刚度比和等效阻尼比，给出具体设计流程。分别设计了4层和6层平面支撑钢框架模型，通过Pushover分析和弹塑性时程分析验证了该方法的合理性。分析结果表明：支撑与框架抗侧刚度比最优取值为4~6。
为研究三柱变两柱交叉斜柱钢结构转换节点的受力性能，对2个相同的转换节点试件进行竖向力和水平力等比例静力加载试验，对节点的承载力、刚度、延性、传力机制进行研究。结果表明：节点在竖向力和平面外水平力作用下承载能力高、延性好，可靠性较高。加载过程中没有出现焊缝开裂的情况，说明腹板数量变化时，使用Y形连接件可避免焊缝过于集中，保证焊接质量。建立相应的有限元分析模型，分析结果表明，水平荷载比例和加载偏心是影响节点变形的主要因素。各竖向板件可协同受力，加载后期细腰附近局部受力由受压力状态转为平面应力状态，水平板件主要承担拉应力。
以方钢管柱隔板贯通式节点为研究对象，为提高其抗连续倒塌性能，提出了采用改进型全螺栓连接和加固型栓焊连接的钢框架梁柱刚性节点设计方法。通过试验及有限元模拟分析，考察不同连接构造的节点在中柱失效工况下的性能。结果表明：改进型全螺栓连接构造能够延缓下翼缘断裂，使节点子结构在更大的变形下保持传力截面的完整性，弯曲机制和悬索机制提供的抗力能同时发展至较大的值；加固型栓焊连接构造保证下翼缘连接板件在焊接连接失效后继续有效传力，且使螺栓孔壁局部承压塑性破坏优先发生，传力截面在更大的变形下能保持其完整性，梁端轴力可达到全截面轴拉屈服承载力，悬索机制提供的抗力可充分发展。因此，改进型全螺栓连接构造与加固型栓焊连接构造可提高结构的抗连续倒塌能力，验证了设计方法的可行性。
设计了采用FEMA 350过焊孔构造的1个普通栓焊连接和2个加强型（盖板和翼缘加强型）栓焊连接的钢框架梁柱节点子结构试件，对试件进行落锤冲击来模拟结构的动态倒塌过程，考察栓焊节点加强方式对钢框架梁柱节点抗冲击性能的影响。通过试验获得节点试件的破坏形态及其冲击作用和位移时程曲线，分析试件冲击作用和位移时程响应规律以及子结构动态转角和耗能变化趋势。试验结果表明：节点试件的主要破坏形态是显著整体弯曲变形和钢梁上翼缘塑性铰截面附近处受压屈曲，采用FEMA 350标准过焊孔构造的节点试件具有良好的抗冲击转动能力，3个试件的极限转角均达到了FEMA 350规范抗震设计的转角限值（普通栓焊节点为θ=0.054 rad、加强型节点为 θ=0.070 rad）要求；改进后的盖板加强型和翼缘加强型节点试件的抗冲击能力均得到显著提高，优于普通栓焊节点。通过分析冲击过程中试件截面内力发展规律可知，由于节点过早破坏，限制了悬链线效应的形成，所有试件最终还处于塑性受弯向悬链线发展阶段。
为提高腹板开孔轻钢龙骨外围护墙体的装配化程度，实现该类墙体的整片式吊装，提出了该类墙体与钢框架之间的外挂式连接方案。考虑钻尾钉、长螺栓两种连接型式及墙体厚度的影响，设计5片外挂于足尺钢框架的墙体标准单元，试验研究连接在风压与风吸荷载作用下的可靠性。采用ABAQUS有限元分析软件建立实体有限元模型，在验证了有限元模型合理可靠的基础上，分析风压与风吸荷载作用下，不同厚度墙体与钢框架连接的应力状态与传力路径。在此基础上，对2组外挂于钢框架的3 m×3 m足尺腹板开孔轻钢龙骨墙体进行了滞回试验，其中一组外挂墙体开设窗洞口，窗墙面积比为0.3，验证外挂式连接在地震作用下的可靠性。研究表明，钻尾钉难以保证风吸荷载作用下墙体连接的受力性能；当腹板开孔轻钢龙骨墙体与钢框架间采用外挂式连接时，建议采用长螺栓连接型式。长螺栓外挂式连接传力明确、施工方便；在风压、风吸及面内水平荷载作用下，墙体发生破坏时，连接区域材料未屈服，龙骨未发生局部屈曲，不会发生脆性破坏，在常用墙体厚度范围内均留有较高的安全储备，能够达到“强连接弱构件”的设计理念。
为研究螺栓端板连接方钢管柱的低周疲劳性能，进行了29个连接试件等幅位移循环加载试验，分析了以钢管管壁变形和螺栓塑性拉伸变形为主的两种典型破坏模式及其滞回特征，对比分析了连接的低周疲劳寿命，提出了描述该类连接构造损伤的分析模型。研究结果表明：以钢管管壁变形为主要破坏模式的试件具有一定耗能能力，而以螺栓塑性拉伸变形为主要破坏模式的试件表现出显著的承载力和刚度退化，耗能能力较低。当发生以钢管管壁变形为主的破坏时，连接件的低周疲劳寿命受构造几何参数影响较大。连接件折算应力幅与疲劳寿命的关系同GB 50017—2003《钢结构设计规范》中斜率为3的 S-N 曲线关系具有一定的可比性，可从偏于安全角度按7类细节类别来评价该类连接的低周疲劳寿命。针对连接件的破坏模式，采用刚度和耗能组合的损伤模型能较好地对其损伤发展过程进行预测。
为研究螺栓端板连接方钢管柱的承载力，进行了11个连接件的单调静力试验，分析了钢管和螺栓的3种典型破坏模式，以及钢管管壁厚度、螺栓列距与直径、盲孔螺栓Hollo-bolt构造等因素对连接件承载力的影响，提出了预测该类连接承载力的改进屈服线计算模型。研究结果表明：螺栓端板连接方钢管柱的破坏模式与钢管管壁厚度以及螺栓列距相关，承载力随钢管厚度以及螺栓列距和直径的增大而增大；通过连接件整体位移和钢管管壁连接面竖向位移与荷载关系，按双线性屈服模型得出的承载力预测值与试验值相近；由连接件试验结果折算得到的预测结果可用于此类节点的屈服弯矩计算。基于屈服线理论建立的连接件承载力的计算模型的计算结果，与试验结果比较，二者吻合较好。
为研究高强铝合金轴心受压构件整体稳定性能，对42根7A04高强铝合金L形截面柱进行轴压整体稳定性能试验，其中包含2种截面和7种长细比。对L形截面柱的破坏形态、稳定承载力和荷载位移曲线进行研究，并将试验结果与GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》计算结果进行对比。试验中，长细比为80~100的L形截面柱发生弯曲失稳破坏，长细比为30~60的L形截面柱发生弯扭失稳破坏，长细比在30以下的L形截面柱发生局部失稳破坏。研究结果表明：对于宽厚比较大的长柱，GB 50429—2007中过多地考虑了局部稳定的影响，进而低估其承载能力。
根据古砖塔竖向开裂的震害特征，提出了预应力碳纤维板围箍加固工艺，研制了相应的张拉锚固装置。通过六边形古砖塔缩尺模型的围箍加固试验，研究了碳纤维板、砌体在围箍力作用下的应变随时间的变化规律。研究结果表明：张拉碳纤维板可对塔身产生有效的环向约束，碳纤维板的张拉应变和砌体的压应变与预应力度基本成正比；采用超张拉工艺可以降低碳纤维板与砌体之间摩擦阻力的影响，改善应变分布的不均匀状况；在长期保持预应力的状态下，碳纤维板和砌体的应变在14 d后趋于稳定，变化趋势符合对数分布规律。
在建筑物移位工程中，对上部结构进行托换是其关键技术。为研究砌体托换结构的受力性能及破坏形态，设计了9个足尺砌体承重墙双梁式托换结构，对其进行静力加载试验，研究不同托换梁截面高度及纵筋配置对托换结构受力性能及破坏形态的影响。试验结果表明：托换结构出现了两种破坏形态，即砌体墙与托换梁界面冲切滑移破坏及砌体墙斜压或局压破坏；随着托换梁截面高度增加，从界面冲切滑移破坏向砌体墙斜压或局压破坏发展，而砌体墙的破坏现象与砌体结构中的墙梁破坏特征相似。根据试验结果，建议托换梁与墙体界面剪切强度取值为0.6 MPa。
武汉中心大厦建筑总高度438 m，基底压力不小于1 000 kPa，现场开展了桩径为1 000mm、桩长64.0~68.0 m、以微风化泥岩为桩端持力层的4根嵌岩桩承载能力的静载试验，并对桩身轴力与变形进行了量测。试验结果表明：3根桩（试桩STZ1、STZ2、STZ2A）的荷载沉降曲线为缓变型，1根桩（试桩STZ1A）受桩端沉渣影响，其荷载沉降曲线为陡降型。最大荷载作用时各试桩的桩顶沉降25.14~33.7 mm，桩端沉降0.8~3.2 mm，桩身压缩量占桩顶沉降量90%以上，呈现超长桩特征。超长软岩嵌岩桩的侧摩阻力发挥特性与非嵌岩超长桩的侧摩阻力发挥特性有较大差异。4根试桩的端阻比介于19.8%~28.1%。软岩嵌岩桩实测桩端阻力高于岩石单轴抗压强度，采用JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》中的方法计算将低估其实际承载力。静载试验结果为本工程超长软岩嵌岩桩设计提供了依据，同时可为武汉地区超长软岩嵌岩桩实践与理论研究提供参考。
后注浆技术作为灌注桩补强技术，已在工程中得以应用，但有关后注浆桩体水平承载特性的研究较少。针对深厚土层中后注浆超长灌注桩的水平承载问题，结合工程实例，研究了后注浆单桩水平承载规律。通过现场水平静载试验，实测得到了试桩桩顶位移、转角、残余变形与水平荷载的关系，分析了后注浆桩身内力及桩侧土抗力分布特点，比较了有无后注浆情况下的单桩临界水平承载力大小。结果表明：已有规范方法可以对后注浆单桩临界水平承载力、极限水平承载力给出合理的判定，水平加载条件下后注浆桩侧土体抗力比例系数与桩顶位移呈非线性关系，桩侧桩端后注浆技术可显著提高灌注桩单桩临界水平承载力，较无后注浆桩体提高约20%。
基于弹性半空间的Mindlin位移解的数值积分，结合叠加原理的Poulos弹性理论方法，对群桩进行沉降分析，但在工程应用中，对大型群桩的沉降结果偏大。为了得到合理的桩基沉降值，提出了三桩模型方法，该模型考虑了群桩加筋效应。为了进一步提高群桩加筋效应的计算效率，提出了加筋系数的概念，并推导了群桩加筋系数的矩阵表达式，进而提出了考虑遮拦群桩加筋效应的群桩加筋系数分析法，并进行了相关的算例分析。结果表明：分析小型群桩沉降时，文中方法与Poulos法和Butterfield的边界元解结果均吻合较好；分析上海中心大厦的大型群桩沉降时，与Poulos法相比文中方法更接近实测值。
为建立适用于直接强度法的局部屈曲临界荷载实用计算式，分析了用于计算薄壁轴压构件局部屈曲极限荷载的直接强度法和有效宽度法所建立的依据，明确了两种方法中局部屈曲临界荷载 Pcr,L 的物理意义，并提出了 Pcr,L的选取准则。提出了考虑板组效应的Pcr,L 实用计算式，并通过与广义梁软件GBTUL的精确值对比，验证Pcr,L 实用计算式的精度，证实Pcr,L选取准则的正确性。基于文中的Pcr,L 实用计算式和直接强度法计算C形轴压构件的极限荷载，进一步验证了Pcr,L 实用计算式的精度，同时与GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中公式计算结果进行对比。研究表明：采用直接强度法计算极限荷载时，应选取考虑板组效应的局部屈曲临界荷载计算式，文中的Pcr,L 实用计算式的形式简单且具有较高的精度。
为了研究高强度钢材应用中的断裂敏感性增大和焊接连接等问题，基于材料断裂的微观机理与局部应力、应变，对Q460C高强度结构钢及其焊缝在单向拉伸作用下的断裂预测模型进行研究，分别对其母材、焊缝金属及热影响区材料进行了系列标准圆棒和缺口圆棒的单向拉伸试验，并结合有限元分析，标定材料单拉本构模型，以及细观力学模型中的材料参数。研究结果表明：Q460C焊接钢材焊缝区韧性参数大于母材和热影响区韧性参数，微孔扩张模型VGM和应力修正临界应变模型SMCS中韧性参数与钢材强度指标和屈强比没有明显关联，而与塑性指标有关，且韧性参数的离散系数在20%以内，验证了VGM和SMCS微观机理模型预测Q460C钢材及其焊缝延性断裂的有效性，为高强钢结构的断裂性能研究提供参考。
为了研究单轴对称焊接工字形截面残余应力分布规律，采用盲孔法对15个单轴对称工字形截面试件进行了试验研究，得到了不同试件全截面纵向残余应力分布，研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、翼缘宽度、施焊顺序等对残余应力的影响。试验结果表明：残余压应力数值与截面尺寸直接相关，残余拉应力数值受截面尺寸影响较小；腹板中靠近宽翼缘一侧的残余压应力峰值大于靠近窄翼缘一侧的压应力峰值；翼缘宽度增大时，分布于所在翼缘和腹板的残余压应力减小；施焊顺序对翼缘上的残余应力及腹板上的残余拉应力峰值有一定影响，而腹板上的残余压应力没有明显变化。基于试验结果，提出了适用于单轴对称焊接工字形截面的残余应力分布模型，该模型能够较准确反映各种因素的影响。
为研究聚四氟乙烯（PTFE）膜材的黏弹性本构关系，进行了蠕变试验和应力松弛试验，考虑了初始拉伸速率、初始应力对于PTFE膜材黏弹性性能的影响，并采用常用的黏弹性本构关系模型对试验数据进行了拟合，分析了应力松弛和蠕变之间的相互转化关系。研究表明：PTFE膜材具有明显的黏弹性性能，在设计中应予以考虑；初始应力对膜材料的黏弹性性能影响明显，初始应力越大，黏弹性越明显，而初始拉伸速率的影响相对较小；五元件广义Kelvin模型、Burgers模型、分指数模型能够较好地预测膜材料的蠕变黏弹性性能，而基于金属材料的蠕变-应力松弛转化关系不能直接用于分析PTFE膜材的黏弹性转化关系。
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