ISSN 1000-6869 CN 11-1931/TU
摘要：为研究典型张拉膜结构在风荷载作用下的受力特点，对鞍形、伞形 、双跨脊谷式及拱支式4种张拉膜结构进行了系统的数值分析。基于雷诺时均法的k-kl-ω湍流模型对某一鞍形膜结构进行了数值分析，并将其结果与试验结果进行对比分析，验证了采用数值方法的准确性。对4种张拉膜结构进行数值模拟，分析了风向角、矢跨比、跨高比及跨度对结构平均风压分布的影响规律。结果表明：风向角对风压分布的影响最大，不同风向角下膜面最大风吸力出现的位置也不同，说明气流在屋盖前缘产生的漩涡脱落作用是影响屋面风荷载特性的主要因素；矢跨比的影响次之，迎风前缘的风压变化明显，其余区域变化较小。根据4种张拉膜结构的结构型式及风压分布特点将屋面分区，并依据本文的数值模拟结果给出了屋面各区域的风载体型系数，以期为工程设计提供参考。
通过刚性模型风洞测压试验，对长边迎风和短边迎风时，矩形高层建筑表面风压脉动的非高斯特性进行研究。基于所测得风压时程的三阶矩和四阶矩，划分了建筑表面风压脉动的高斯区和非高斯区。结果表明，在迎风面，非高斯区主要位于迎风边缘及角部。在侧风面，长边迎风时，非高斯区主要集中在迎风前缘附近；短边迎风时，非高斯区位于靠近背风边缘的旋涡再附区。采用Hermite级数法、全概率迭代法及Sadek-Simiu法分别计算了非高斯区内风压时程的峰值因子。结果表明，全概率迭代法和Sadek-Simiu法计算所得非高斯区内的峰值因子较为接近，数值介于3.7~5.7之间；Hermite级数法所给出的峰值因子偏于保守，数值介于3.5～7.0之间。在风压极值的保证率方面，Hermite级数法、全概率迭代法和Sadek-Simiu法所对应的风压极值保证率均值分别为99.99%、99.94%和99.87%。相较于Hermite级数法和全概率迭代法，根据Sadek-Simiu法计算所得的非高斯区风压极值可确保围护结构设计安全。
基于Fluent软件平台，进行了平滑流场内不同雷诺数情况下半圆球形屋盖结构非定常绕流大涡模拟计算。数值模拟中，以来流平均风速和半圆球屋盖直径定义的3个雷诺数 Re 为6.6×104、3.0×105和2.0×106。将数值模拟所得屋盖表面平均和脉动风压与已有文献风洞试验结果进行对比，验证了文中数值模拟结果的有效性，并分析了不同大涡模拟参数对数值模拟结果的影响。比较分析了3个雷诺数下半圆球形屋盖结构周围的平均流场和瞬态涡结构分布规律，研究半圆球屋盖结构风荷载的形成机理。结果表明：在保证第1层网格到壁面的无量纲距离y+≤5.0情况下，进一步加密网格对屋盖表面风压分布影响不明显，而亚格子模型对屋盖表面风压分布影响显著。随着雷诺数的增加，屋盖表面流动分离点逐渐下移，地面上的流动再附点则逐渐前移，上游回流区和下游分离泡均逐渐变小；屋盖表面流动分离区剪切涡形状随雷诺数的增大逐渐变得不规则。
某千米级摩天大楼是由类正三角形布置的外围三个椭圆形塔楼和中心一个圆形塔楼组成的巨型组合结构，其平动频率和扭转频率比较接近，因此结构风致扭转振动非常显著。为准确确定该大楼的风致响应和设计风荷载，基于相似理论确定了气弹模型参数，采用等效结构方法设计制作了该大楼的气弹模型，对其进行锤击试验，识别得到模型的前3阶自振频率、振型和阻尼比，并与理想模型进行比较，验证了气弹模型的准确性。对气弹模型进行风洞试验，得到了不同风向角下100年一遇风速作用下的结构顶点位移极值响应和10年一遇风速作用下的结构顶点加速度极值响应，分析可得结构顶点角部的最大合成位移极值和加速度极值分别为1.461mm（90°）和0.127m/s2（330°），均远小于JGJ 99—2015《高层民用建筑钢结构技术规程》的相应限值，可为该类结构抗风设计提供参考。
采用CFD数值模拟方法研究了树木对低矮房屋风荷载的遮挡作用。首先，将树冠等效为多孔介质，并通过附加源项分别修正动量方程、湍动能方程和耗散率方程，用以模拟树木的挡风性能。通过与实测结果对比，验证了该方法的有效性。分析了树冠疏透率、形状对树木下游风速剖面的影响。结果表明：在距树木2H范围内（H为树木高度），树木的遮挡效应显著，但受窄道效应影响，在树木下游遮挡区底部树干高度处存在风速反而增大的反流区，该区域疏透率越小，风速反而越大；树木下游2H范围外，反流消失，疏透率越大，风速越大。在此基础上，以典型双坡低矮房屋为例，分析了树冠疏透率、树木高度、树木距房屋距离对树木遮挡下低矮房屋风压分布的影响。结果表明，低矮房屋风致灾害最为严重的屋盖，树冠疏透率为40%时，屋盖整体风压系数最小；树冠疏透率为30%时，屋盖风压系数最值达到最小。当树木高度大于房屋高度时，树木对低矮房屋的遮挡作用随其高度的增加而减小。在树木下游2H范围内，除迎风墙面，距离对风压的影响较小。
随着建筑高度的增加，结构的侧向变形和舒适度问题逐渐突出。传统方法通过改进结构体系、提高结构刚度、强度和延性来提高结构抗震和抗风能力，其造价随结构高度的增加成倍增长。为探寻更优的解决思路，结合具体的工程案例，提出安装黏滞阻尼伸臂和黏滞阻尼墙的组合阻尼减震方案。结构分析结果表明，与传统的提高结构刚度方法相比，组合阻尼减震方案具有更好的综合性能。另外，对案例结构阻尼伸臂和阻尼墙的布置位置和参数进行优化分析，得出较优的布置位置和阻尼参数。最后，对结构进行了罕遇地震下的结构响应分析，证明了组合阻尼减震方案的有效性。组合阻尼减震方法可为类似的工程设计提供有益参考。
黏滞阻尼伸臂桁架是针对核心筒-伸臂桁架结构将黏滞阻尼器竖向布置于伸臂桁架端部的一种消能减震技术，对位于高烈度抗震设防区的超高层框架核心筒结构，采用该技术不仅可以有效地降低地震作用，还可以避免传统刚性伸臂桁架所带来的不利影响。为研究黏滞阻尼伸臂在超高层结构中的减震规律，对设置黏滞阻尼伸臂的超高层框架-核心筒结构进行减震作用分析，同时研究伸臂桁架刚度以及阻尼器参数对减震效果的影响。结果表明：黏滞阻尼伸臂具有附加阻尼和等效动刚度双重减震作用；综合考虑减震效果和经济性，伸臂桁架存在最优刚度；阻尼指数越小，减震效果越好；阻尼系数存在较优区间，使得黏滞阻尼伸臂取得较好的减震效果。
通过对快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的改进，提出了基于阻尼器空间优化布设的抗震加固方法。采用成对单点交叉改进NSGA-Ⅱ算法的交叉算子，利用基因数匹配改进变异算子，使所有个体含某特定基因的个数在进化迭代过程中始终保持不变，以分析阻尼器个数保持不变情况下的最优布设位置。针对多目标优化可能得到多个Pareto最优解以及地震动输入特性不同导致不同优化布设方案的问题，采用重复概率最大化确定最终的抗震加固方案。单跨混凝土框架结构数值算例分析结果表明，改进NSGA-Ⅱ算法布设的阻尼器能有效减小结构的最大层间位移角和加速度响应；从布设跨数来看，阻尼器通常优先布设在边榀框架和中间榀框架中；从布设层数来看，阻尼器优先布设在中间层。
为研究设计参数对铅黏弹性阻尼器力学性能的影响，采用ABAQUS有限元软件对铅黏弹性阻尼器进行数值模拟，在验证了有限元分析结果正确性的基础上，对22组不同参数的铅黏弹性阻尼器进行有限元数值模拟分析，研究了黏弹性层面积、铅芯直径、铅芯布置形式、薄钢板与单层橡胶层厚度比、复合黏弹性层厚度以及橡胶剪切模量等参数对阻尼器力学性能的影响。结果表明：黏弹性层面积越小，屈服后刚度越小，等效黏滞阻尼比越大；铅芯直径越大，屈服荷载和屈服位移越大，滞回曲线越饱满；四铅芯布置形式更有利于铅芯屈服耗能；薄钢板与单层橡胶层厚度比以及复合黏弹性层厚度越大屈服后刚度越小；橡胶剪切模量越大屈服后刚度线性增大；最后给出了铅黏弹性阻尼器各设计参数的建议值：黏弹性层边长可取400 mm；铅芯直径大小应根据阻尼器所需要的屈服荷载确定，宜采用4个铅芯布置形式；薄钢板与单层橡胶厚度比宜控制在0.2~0.7之间；复合黏弹性层厚度宜取28~40 mm；橡胶剪切模量宜取0.3~0.6 MPa。
基于金属屈服型阻尼器和以双线性滞回模型表示的主体结构侧向变形骨架曲线，提出了一种用于结构减震控制的直接基于位移的弹塑性设计方法。建立了单自由度减震系统稳态响应下的等价阻尼比和等价刚度的计算式，推导了平均阻尼比的显式表达式，并将平均阻尼比作为地震作用下减震结构滞回耗能的等价阻尼比。考虑阻尼器不仅向结构系统提供附加阻尼还提供附加刚度，提出了减震结构在目标位移下的等价刚度与层剪力成比例的分配条件，以实现目标位移下结构刚度的分布优化。为考虑高阶振型的影响，提出对基于1阶振型的设计结果的修正方法。采用层剪切模型，对28种具有不同弹性刚度、2次刚度比和屈服位移角分布形式的结构进行减震设计，对非控制结构和控制结构实施了共计336种工况的弹塑性时程分析。结果表明，控制结构的层间位移角较好地控制在目标位移角以内，且各层位移角均匀分布，基本达到预期的变形目标。同时，控制结构的残余变形角更小，离散程度也更小。所提方法可有效地应用于结构的减震控制设计。
以某实际工程为例，建立了地铁车站-上盖钢框架计算模型，分析了该体系结构的地震响应。分析中设计了5种计算工况，通过对各工况计算结果的对比分析，研究地铁车站结构与上盖钢框架结构地震响应的相互影响，以及地铁车站结构与上盖建筑物对场地土地震响应的影响。分析表明：较小尺寸的地下结构以及较轻的上盖建筑物对场地土动力特性和体系地震响应规律的影响均较小。同时，由于受土体的约束，地表框架结构与地下地铁车站结构是否相连，对体系地震响应的影响也不显著。
针对中、小型铁路客站典型钢网架大开间、大开洞混凝土框架混合结构体系，选取8条天然地震波，以地面峰值加速度为地震动强度指标，最大层间位移角为结构损伤指标，采用增量动力分析法，开展了地震灾变行为研究,进行地震易损性评估。结果表明：分析混合结构体系在地震作用下的位移响应时，宜采用三向或水平双向地震动输入；强震下混合结构体系的破坏主要集中在下部混凝土框架结构，钢屋盖的塑性发展滞后于下部结构；1/450、1/280、1/95和1/45可作为中、小型铁路客站站房结构OP、IO、LS和CP四个性能水准对应的层间位移角限值。
基于对废旧橡胶的循环利用，提出了土工格室加筋橡胶砂垫层隔震方法。用废旧橡胶颗粒和河砂，构造厚度0.2m、橡胶质量配比为30%的土工格室加筋橡胶砂垫层，考虑满铺和方铺两种铺设方式，基底压力50 kPa和100 kPa，在瞬时冲击和牵引释放两种激励方式下，开展了隔震试验研究。结果表明：土工格室加筋橡胶砂垫层具有良好的隔震效果，减震系数随着基底压力和激励强度的增大而减小，不同铺设方式对加速度时程隔震效果影响较小，但对加速度频域特性隔震效应影响较大，垫层方铺时使得加速度基频幅值增大。建议的减震系数随输入加速度幅值指数衰减的估计公式与试验结果吻合良好。
对于大跨空间结构（混合结构）的等效阻尼比目前还没有统一的取值方法，一方面是因为混合结构由不同材料组成，其各部分的阻尼机理和振动特性不同，导致混合结构阻尼机理更为复杂；另一方面目前常用的复阻尼理论中，由于复刚度矩阵的存在最后往往得出复数，计算复杂。因此，文中从阻尼比的本质出发，以能量的角度计算开合屋盖混合结构的阻尼比，并以国家网球馆——钻石球场为工程背景，对其开合屋盖结构在地震作用下的结构特性进行分析，研究开合屋盖结构处于不同开合状态下的阻尼比发现，一致阻尼比的均值都小于模态阻尼比的均值。其中开合屋盖全闭状态时两者的差值最小，在其他几种开合状态下，两者相差在2%~7%范围内，说明一致阻尼比的方法更能反映结构的耗能特性，同时可以考虑结构的质量和刚度等参数，从而能够得到更加合理的结构阻尼比。研究结果可为精确计算开合屋盖结构的阻尼比以及同类开合屋盖结构在地震作用下地震响应分析提供参考。
将带初始角度的摩擦摆支座应用到单层球面网壳结构中，通过有限元分析，研究了单层球面网壳结构的受力性能。选取El Centro波、Taft波，在水平、竖向和三维地震作用下分析带初始角度的摩擦摆支座对单层球面网壳结构抗震性能的影响。结果表明：静力荷载作用下，随着摩擦摆支座初始角度的增大，支座提供的水平支承力增加，单层球面网壳结构的内力和变形减小；当摩擦摆支座的初始角度小于15°时，在水平和三维地震作用下，网壳结构的减震效果相近，而在竖向地震作用下，随着摩擦摆支座初始角度的增大，网壳结构的减震效果增加；建议摩擦摆支座的初始角度小于15°。
为构建节点及杆件类型少、可快速搭建的单层球面网壳结构，将正十二面体的12个面心与正二十面体的12个顶点同心贯穿得到三十二面体。以三十二面体构成方法为基础，分析其基元特征，根据拓扑学和空间几何理论，沿三十二面体基元五边形边和节点拓扑展开后，过平面基元向其外接球面进行拓扑映射变换，即可得到由12个正五边形和若干正六边形组成的三十二面体变体，以及从中引出的新型组合多面体网壳结构。对其进行了空间计算和节点、杆件类型分析，并采用Unigraphics NX软件进行节点座、杆件以及连接件设计和三维可视化装配。研究表明：与传统肋环型网壳结构相比，本文中提出的组合多面体网壳结构节点、杆件类型少，经工厂预制后可快速构建不同跨度的空间网壳结构。
以环向波浪形网壳结构为分析对象，对其形态生成方法进行介绍，并对选用该类形态的凯威特网壳进行力学性能分析。由环向波浪曲面几何特征提取几何参数并构建型值点阵，通过B样条曲面插值与网格映射生成网壳结构。将波浪形网壳形态基本几何参数与脊线调节参数选为设计变量，利用ANSYS通用有限元软件，计算结构的力学性能指标。结果表明：结构高跨比对结构的体型规模影响较大，宜取1/4~1/2；底部内外半径差表征波浪的横向波幅，其值增大有利于改善结构整体受力性能；底部内外高差系数表征波浪的竖向波幅，宜取0.3~0.4；脊线调节参数对结构水平支反力等力学性能指标具有较大影响；环向波浪形网壳选型时应优先确定结构高跨比等基本几何参数，再确定脊线调节参数。
以平均模态应变能系数作为振型衡量指标，对网壳结构地震响应的主导振型进行识别；在此基础上，提出了考虑更多结构自振特性和地震动频谱成分的加速度反应谱S*a作为地震动强度参数；以20条一维水平地震动作为输入，对Kiewitt-8型单层球面网壳结构进行增量动力分析；对增量动力分析的结果进行对数线性回归，并从相关性、有效性及充分性三方面对S*a进行评估。结果表明：与其他11个常用的地震动强度参数相比，S*a与网壳结构的地震响应具有更强的相关性，同时具有较好的有效性和充分性，可作为网壳结构地震性能评估的地震动强度参数。
以某火车站的大跨张弦桁架雨棚结构为例，采用有限元软件ANSYS建立模型，且利用减小构件截面积模拟弦杆和拉索的多种损伤工况。采用模态置信因子(MAC)法、坐标模态置信因子(COMAC)法和曲率模态法对结构进行损伤识别。结果表明：MAC法可以进行初步损伤判断，但不能进行有效的损伤定位；COMAC法仅在损伤超过50%时才具有较好的诊断和识别效果，COMAC法理论上可实现杆件损伤定位，但需要较多阶振型数据才能判断，实际应用成本偏高；曲率模态法对张弦桁架具有较好的识别效果，无论是弦杆和拉索截面出现损伤，曲率模态指标在损伤处产生突变，按其突变程度大致判断损伤程度，可作为大跨张弦桁架结构损伤识别的有效方法。
以弦支筒壳预应力空间结构为研究对象，基于静力平衡法，提出一种以控制结构水平侧移来确定其初始预张力的设计方法，通过迭代计算，使其支座处水平侧移趋于零时，索中所对应的内力值为其理想初始预张力设计值。试验中研究了1∶15的缩尺模型，验证了静力平衡法求解弦支筒壳结构初始预张力的合理性。将此原理引入到索力测量中，依据索杆节点汇交力系的平衡关系，推导出各段索力的计算式，仅需测出撑杆内力、端部索段内力及索杆间夹角，即可测算出其他各段索的内力值。试验结果表明，该方法测量索力是可行的。
预应力网壳结构在张拉时索力互相影响，需要分级、多次张拉才能达到设计索力值，给施工带来困难。根据位移法原理和静力平衡条件，提出了张拉控制的预应力影响矩阵法。该方法通过计算预应力影响矩阵和竖向荷载下的索力值，建立相应的控制方程，求解各索在张拉过程中目标张力值对应的初始应变。利用预应力影响矩阵法对一工程实例进行了计算，结果表明：利用该方法计算出的初始应变对索进行一次张拉就能得到满足工程设计和施工精度要求的张力控制值，实现控制点相应位移的精确控制，验证了该计算方法的正确性和工程应用的可行性，可为类似工程的张拉控制提供参考。
提出一种用于钢结构的外挂墙板装配方案，为研究此种装配方案的外挂墙板钢框架的抗侧力性能及抗震性能，采用ABAQUS有限元软件建立装配式外挂墙板钢框架整体模型及对比模型，分别对其进行了单向加载和低周往复加载有限元分析。结果表明：外挂墙板连接节点能够保证外挂墙板与钢框架间的连接，结构在侧向荷载作用下发生较大变形时，能够限制墙板与框架间的传力，保证墙板处于弹性状态，适应框架侧向变形，避免墙板破坏掉落；外挂墙板与连接节点组成的围护体系显著改善了钢框架的受力性能，结构的初始刚度提高了1.18倍，承载力增加了30%以上；该外挂墙板装配方案能够增强结构的抗震性能，在模拟低周往复加载时，外挂墙板钢框架模型最终破坏时总耗能与纯框架模型相比增加90%以上。
介绍了基于数值有限元分析、图形静力学和Maxwell荷载路径等经典理论的结构优化工具，及其在深圳中信金融中心项目中的应用。结合使用了商用结构优化软件和自开发程序，以期得到深圳中信金融中心项目结构最佳几何形式。在结构优化过程中考虑结构性能标准，如整体刚度最大化、给定点变形最小化、目标周期、屈曲因子最大化、应力分布均匀等。最佳几何形式在最小化结构材料的前提下实现结构刚度最大化，整个优化过程是基于材料线弹性假定，为保证结构体系在地震作用下的延性，塔楼角部设置延性框架梁耗能。优化后的斜交网格结构体系效率高，相比核心筒提供更大的抗侧力刚度，但也使得节点层楼板拉应力增大，并且优化使得体系冗余度下降，因此需要注重楼板拉应力控制和抗连续倒塌设计。
通常钢结构火电主厂房结构质量、刚度分布不均匀，不利于保证结构的抗震性能，且目前大多数钢结构主厂房只进行多遇地震作用下的承载力和变形验算，因此，有必要对此类结构在罕遇地震作用下的抗震性能进行分析。对典型钢结构主厂房的弹塑性时程分析发现，钢结构主厂房普遍存在罕遇地震作用下抗震性能不满足规范要求的情况。在分析其原因的基础上，根据每层柱、支撑的等效抗侧刚度比确定相应的优化方案，通过控制支撑的轴压比和柱的塑性强度使结构满足罕遇地震作用下的性能要求。通过两个算例验证了方案的有效性，该方案避免了复杂繁琐的弹塑性分析，可大幅提高结构设计效率，提出的方案也可为同类钢结构的抗震设计提供参考。
装配式模块结构作为典型的工业化建筑具有良好的发展和应用前景，为了获得结构的整体性能，掌握该类结构体系特点，采用新尺寸箱体模块，设计了7层标准户型的装配式模块住宅结构，并对该结构方案建立了有限元模型，与增加辅助立柱、横梁和设置侧向辅助拉索的对比方案进行对比分析，考察不同构造措施对结构抗侧刚度的影响；同时对其节点刚接和铰接两种不同模型进行分析，考察节点刚度对结构的性能影响，分析结果表明，增加侧向辅助拉索对提高结构侧向刚度作用更加明显，节点刚度对结构性能影响较大，节点刚接能有效提高结构的抗侧移刚度，改善结构的受力性能。最后给出了合理的7层装配式模块结构方案，为多层装配式模块结构的设计和应用提供了参考。
以某高73 m、直径19 m的非对称开口的上部布置有重型设备的大型脱硫吸收塔结构为原型，制作相似比为1∶20的吸收塔结构缩尺模型并进行室内振动台试验。基于精细化有限元模型，研究了不同类型地震波、不同地震波输入角度和不同塔内液面高度作用下吸收塔结构的动力响应。研究结果表明：在加速度反应谱的卓越周期相对较短的内陆直下型地震波作用下吸收塔结构动力响应（位移、加速度、应力响应）最大，该类吸收塔有“头重脚轻”结构的特点，受近场地震波频谱特征影响大。数值模拟与振动台试验对比显示，结构最大响应出现在地震波输入方向为90°时，主要原因是90°方向上塔体下部有大尺度开口，使吸收塔整体结构在该方向刚度减小。随着塔内脱硫浆液高度增加，塔体动力响应呈减小趋势，主要是由于脱硫浆液吸收了一部分地震能量，转化为脱硫浆液的振动，脱硫浆液的存在起到一定减振作用。
采用能量法研究简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性整体稳定性，推导了满跨均布荷载作用下简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩公式，通过引入波浪腹板H形截面钢梁的等效翘曲惯性矩和绕虚轴等效惯性矩，得到均布荷载作用下简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩表达式与普通H形截面简支钢梁形式相同。采用有限元方法对均布荷载作用下简支波浪腹板H形钢梁进行模拟分析，与本文公式计算结果对比验证了所提公式准确有效。均布荷载作用下不同参数简支波浪腹板H形截面钢梁的有限元分析表明，简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩大于平腹板H形截面钢梁；随着波浪腹板波幅的增大、翼缘宽度和翼缘厚度的增大，简支波浪腹板H形截面钢梁的整体稳定临界弯矩增大。
为研究梁端翼缘削弱型节点钢框架的抗震性能，设计钢框架试验加载装置，进行1∶3缩尺比例的2榀2层1跨梁端翼缘削弱型节点空间钢框架的低周往复荷载试验，研究其受力特点及破坏形态，对模型框架结构的荷载位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、承载力退化、塑性耗能能力等抗震性能进行分析。试验结果表明：空间钢框架的8个梁端翼缘削弱型节点塑性铰均外移至圆弧削弱区域，所有节点的梁柱连接焊缝均未出现裂缝，荷载位移滞回曲线饱满，破坏时结构位移延性系数介于305~3.82之间，等效黏滞阻尼系数介于0.34~0.41之间，弹塑性极限位移层间转角介于0.035 5~0.044 5 rad之间。钢框架梁柱连接采用圆弧削弱型节点可使梁端应力平缓过渡，避免梁柱连接焊缝处产生应力集中现象，钢框架塑性内力重分布后对圆弧削弱型节点的耗能性能没有明显影响。圆弧削弱型节点在钢框架中表现出较好的延性性能，提高了钢框架整体结构的抗震性能及塑性耗能能力。
全偏心钢结构梁-柱节点由于偏心而引起应力集中，其受力性能较为复杂。首先对偏心连接梁柱钢结构节点的受力特征进行分析，证明偏心节点核心区存在明显的三维扭转效应，导致偏心钢节点核心区的剪力相对于非偏心节点存在增大效应。通过有限元分析，研究了节点主要构造参数对核心区剪力增大系数的影响规律。分析表明：核心区板件厚度、梁柱腹板厚度对核心区剪力增大系数的影响较为显著，梁柱翼缘厚度对剪力增大系数具有一定影响，梁高、梁宽和柱高，对剪力增大系数具有一定的影响。通过数值算例，得到了剪力增大系数计算式并进行了验证。提出了适用于全偏心钢节点核心区的剪力计算式，可供工程设计参考。
圆柱壳容器发生内部爆炸时，爆炸流场的作用会引起容器结构的运动与弹塑性变形，其运动和变形又会反作用于爆炸流场，进而改变容器壁面上爆炸作用的大小与分布，因而爆炸冲击作用的确定属复杂的双向流固耦合问题。通过ANSYS Workbench仿真平台建立了可有效模拟可燃气体爆炸流场与容器壁面结构相互作用的流固耦合分析模型，获得了考虑耦合效应的超压时程与相应的结构动力响应。进一步考察了流固耦合效应对爆炸冲击作用的影响，研究表明：在耦合与非耦合的情况下，容器壁面上爆炸作用的变化趋势大致相同，而非耦合情况下的超压峰值大于耦合情况，设计计算时考虑耦合情况的爆炸冲击作用更为准确，不考虑流固耦合效应的爆炸作用取值偏于安全保守。
针对梁板式钢抗爆门空腔降低其抗爆性能的问题，提出了将抗冲击性能良好的活性粉末混凝土（RPC）填充于钢抗爆门空腔，以提高其抗爆能力的方法。基于LS-DYNA有限元平台，对钢板-RPC抗爆门进行动态响应有限元模拟，并与试验数据进行对比，验证了模型的正确性。分析结果表明：钢板-RPC抗爆门抗爆能力明显优于钢抗爆门和钢板混凝土抗爆门；增加钢板内肋数量、增大门扇钢板厚度能够显著减小抗爆门门扇中心位移；而钢板内肋厚度、RPC强度等级对抗爆门的动态响应影响相对较小。基于分析结果，提出了不同抗爆等级下钢板-RPC抗爆门的设计建议，可供抗爆工程设计选用。
为了获得不同型式混凝土贮液结构的液-固耦合地震响应，利用有限元软件ADINA分别建立壁板厚度、液体高度完全相同的矩形和圆形混凝土贮液结构，考虑混凝土弹塑性特性及液体重力波影响，应用液-固耦合求解器模拟了不同类型混凝土贮液结构的地震响应。结果表明：在不同烈度的双向地震作用下，矩形与圆形贮液结构的壁板位移、液体晃动波高、等效应力峰值均随地震烈度的增大而不断增大；矩形贮液结构的壁板位移峰值均大于圆形贮液结构的壁板位移峰值，即圆形贮液结构的抗震性能较强于矩形贮液结构；矩形贮液结构内的液体晃动幅度均大于圆形贮液结构，但矩形贮液结构的等效应力峰值均小于圆形贮液结构的等效应力峰值。
为验证灌注混凝土后的柱头节点受力性能是否满足工程建设的要求，以甘肃桥湾750kV变电站为背景，按照顶板和剪切板厚度不同，设计了2个1∶2缩尺节点，并对其进行了静力试验。结果表明：两种节点均能满足工程要求，且有较高的安全储备和延性，节点最终破坏模式符合“强节点弱杆件”的设计原则；剪切板较薄的节点，其剪切板与钢管之间的焊缝处有裂纹，而剪切板较厚的节点，并没有出现此现象；顶板厚度对节点受力性能影响不明显，其设计可参考现行规程的规定。此外，对试验节点的有限元分析表明，非线性有限元方法可以较好地模拟节点的受力性能。
针对已有的配置圆环箍筋和螺旋箍筋的方钢管约束混凝土轴压短柱试验研究成果，采用ABAQUS有限元软件对该类方钢管约束混凝土轴压短柱进行三维实体非线性有限元分析，探讨相同截面含钢率下配置圆环箍筋和螺旋箍筋对方钢管和核心混凝土受力性能的影响，分析在方钢管含钢率相同的前提下，方钢管混凝土中配置圆环箍筋对方钢管力学性能的影响，对有限元模拟得出的混凝土中部截面的应力云图进行简化，根据截面静力平衡理论，通过大量参数分析建立方钢管约束混凝土短柱承载力计算式，结果表明，承载力计算式计算结果与试验结果吻合较好。
基于钢管约束混凝土的概念，将钢管对核心混凝土的横向约束应力直接转化为围压应力，施加在核心混凝土外侧面上，对方钢管约束混凝土短柱进行数值模拟；同时依据围压应力比概念，建立围压应力比与套箍指标的数学关系式。基于已有钢管约束混凝土柱试验研究成果，将有限元模拟结果与之进行对比，两者接近，从而验证数值模拟方法的正确性。利用此模型研究尺寸不同、混凝土强度不同及钢材强度不同时，围压应力比与核心混凝土轴压承载力之间的关系，结果表明：随着围压应力比的增大，核心混凝土轴压承载力也逐渐增大；根据模拟结果，提出钢管约束混凝土短柱的承载力计算公式。
为研究洞口偏置装配式钢管混凝土组合剪力墙结构的抗震性能，对3片两层单跨缩尺比为1∶3的开洞剪力墙进行了拟静力试验。剪力墙的主要变化参数为洞口位置，洞口偏心率分别为0、30%、60%，对比分析了剪力墙的承载能力、滞回性能、耗能性能及刚度退化等。研究结果表明：洞口偏置导致正负向加载时剪力墙的承载力、刚度、延性以及连梁受力不同；洞口偏心率为0和30%的剪力墙，表现出较好的抗震性能，随着偏心率的增大，剪力墙的承载力、延性及耗能能力均显著降低，刚度退化快；当2个墙肢截面高度相差3倍以上时，含钢管混凝土暗柱的小墙肢会过早出现受拉破坏，为此应避免开边洞情况。
提出一种以焊接H形钢梁为骨架，钢梁翼缘外表面黏结木板组成工字形截面的钢-木组合梁。以组合梁中的木板厚度、钢梁翼缘厚度及宽度、腹板高度为参数，对9根钢-木组合梁进行弯曲性能试验，观察在各级荷载作用下钢板和木板的应变变化、组合梁挠度的发展、破坏过程及破坏形态，探讨其受弯承载力和抗弯刚度等弯曲性能。结果表明，H形钢和木板整体工作性能好，组合效应显著，构件跨中横截面应变呈线性分布。试件荷载-跨中挠度曲线呈弹性和弹塑性两个阶段，最终以下翼缘木材跨中断裂而破坏。随着木板厚度、钢梁翼缘厚度及宽度、腹板高度的增大，试件的承载力呈现不同程度的提高。提出了计算钢木组合梁跨中挠度及受弯承载力的简化计算式，将其计算结果与试验结果进行对比，结果表明计算式精度较高，可以为钢-木组合梁的应用提供设计依据。
初步应用内嵌光纤光栅应变感知元件的CFRP板开展预应力加固混凝土梁试验研究。首先，利用张拉反力架对利用碳纤维-光纤光栅拉挤成型工艺生产的复合板的感知性能进行了标定测试，得到了该智能部件的静态应变灵敏度，验证了感知元件与CFRP材料的协同变形能力。其次，基于OFBG-CFRP 智能板对拟加固混凝土梁进行短期预应力损失测试，其应变数据与电阻应变片测试结果吻合良好，并以此针对新型夹片式锚具变形和CFRP板内缩值进行了修正。然后，进行了有黏结预应力CFRP板加固目标混凝土梁的加载破坏试验，验证了CFRP智能板及配套加固系统的加固效果。最后，理论推导了CFRP板监测应变与加固构件荷载效应关系，将其应用于目标混凝土梁加载全过程承载状态的反馈。试验结果表明，考虑到工程现场施工条件和人为因素，该智能部件可对加固系统进行原位测评，在此基础上，该系统能够对加固构件最不利荷载位置的承载状态实施监测与评估。
为研究由薄壁钢桁架和轻骨料混凝土形成的组合楼板的受力性能，对4块具有不同构造特征的两端简支组合楼板试件进行了均布荷载和局域荷载作用下的受力性能试验研究。结果表明：以壁厚为1mm的冷弯薄壁钢制成的钢桁架作为承重骨架的组合楼板试件具有较大的整体刚度，当受到的等效均布荷载达到3kN/m2时，其跨中挠度远小于L/400（L为试件跨度）。用周边设有凹槽的轻骨料混凝土预制板形成的组合楼板试件，其整体刚度和屈服荷载均高于用周边无凹槽的预制板块所制成的组合楼板试件，且钢桁架斜腹杆厚度的变化对组合楼板整体受力性能也有较为显著的影响。
作为工业厂房屋面板的圆弧夹芯板在使用过程中经常受风荷载、均布活荷载、雪荷载以及恒荷载的作用。在正常使用极限状态下应保证其挠度不宜过大，而在上述荷载作用下，可将其等效为径向均布荷载以及竖向均布荷载。考虑核心剪切变形的一般壳模型及经简化后得到的扁壳模型，得到此两种荷载作用下圆弧夹芯板的跨中挠度表达式，并将两种荷载作用下的跨中挠度表达式进行统一。挠度计算式的计算结果与采用ANSYS有限元分析软件中的SHELL 91单元模拟的结果相比较，两者吻合较好。对挠度表达式的参数进行分析，发现与平面夹芯板不同，提高芯材厚度并不能有效提高圆弧夹芯板的受力性能，而改变面板的厚度对圆弧夹芯板的受力性能影响较大。通过对比分析发现，圆弧夹芯板比平面夹芯板具有更高的承载力。
为了研究直榫节点的受弯性能，设计了3个相同尺寸的直榫节点。通过单调加载试验，获得了节点的弯矩转角、拔榫量转角关系曲线以及节点破坏形态。运用有限元分析软件ABAQUS，采用实体单元对榫头的变形状态、应力分布进行有限元分析。结合有限元分析和试验研究，建立了节点弯矩转角关系的简化力学模型。研究结果表明：直榫节点的主要破坏形态为脱榫破坏，极限转角约为0.29 rad；缝隙对节点的受弯性能有着较大影响，且上侧缝隙影响较大，顶端缝隙影响相对较小；节点受弯时的抵抗力矩主要由榫头下侧局部压应力和摩擦力合成的弯矩提供；扣除滑移段后，直榫节点的弯矩转角关系曲线可以简化为双折线模型，即上升段和下降段。
采用有限元方法，研究古塔在整体平移前后的动力特性及抗震性能。考虑塔檐、塔刹以及开洞等构造，建立古塔平移前后的三维实体有限元模型，分别对平移前后模型进行模态分析和时程分析，对比在多遇地震与罕遇地震作用下古塔结构的位移时程反应、加速度时程反应以及应力分布。结果表明：平移后古塔主体结构的频率小于平移前的频率；在地震作用下平移后古塔的位移、加速度和应力相比平移前均增大；古塔塔刹的位移反应明显大于塔身，古塔的最大层间位移角随层高增加而增大；多遇地震作用下古塔结构主体完好，罕遇地震作用下平移前古塔塔刹轻微破坏，平移后塔刹严重破坏；古塔底层墙体以及2层墙体与塔檐连接处应力较大，底层墙角处最大应力值已超过材料抗拉强度。
设计了竹斜撑、钢箍和钢支撑3种榫卯节点木框架加固方法，完成了4榀足尺单层单跨平面木框架拟静力试验。研究了不同加固方式对榫卯节点木框架抗震性能的加固效果，分析了未加固木框架和不同加固方式木框架的破坏特征、水平承载力、延性、刚度及承载力退化性能、耗能能力和榫头应变。结果表明：竹斜撑加固、钢箍加固和钢支撑加固木框架的正向峰值荷载较未加固木框架分别提高了105.2%、246.6%和68.1%，而反向峰值荷载仅分别提高了-8.7%、57.7%和12.4%；与未加固木框架相比，竹斜撑加固木框架和钢支撑加固木框架的初始刚度分别提高了82.4%和38.3%，钢箍加固木框架提高有限，仅为3.3%；在水平反复荷载作用下，各加固木框架的整体刚度均随位移及循环次数的增加而逐步下降，进入塑性阶段后，各加固木框架刚度下降较为平缓且与对比木框架差异较小；钢箍加固木框架的耗能能力显著大于未加固木框架，竹斜撑加固木框架和钢支撑加固木框架正向加载时的耗能较未加固木框架提高明显，但反向加载时基本没有增加。
采用静力加载试验方法，研究了CFRP布墩接加固底部糟朽柱根的轴压承载性能。以故宫某古建檐柱为例，制作了6根1∶2试验模型，含1根完好试件，5根CFRP布墩接加固木柱柱根试件，进行了竖向轴压静力加载试验。基于试验结果，获得了木柱墩接加固前后的荷载-变形曲线、延性系数、极限承载力、荷载-应变曲线、轴压刚度等，讨论了CFRP布墩接加固木柱柱根的轴压受力机理，评价了CFRP布加固效果。结果表明：CFRP布墩接加固糟朽木柱柱根后，木柱轴压承载力提高幅度约为0.2%~8.3%，环向极限压应变可恢复到完好木柱的109.6%~126.5%，纵向极限应变可恢复到完好木柱的108.6%~160.7%，木柱变形能力得到提高，且木柱进入破坏阶段的轴压刚度提高，刚度退化不明显。因此，CFRP布墩接加固底部糟朽木柱柱根具有较好的效果。
以河南某高速公路东孟姜女河预应力混凝土板桥为工程实例，在各板底部0、L/4、L/2、3L/4和L(L为预应力板长度)处安装了数码位移传感器，采用铺石子、堆土袋和加水袋的方式在桥梁中间10m处施加均布荷载并使桥梁接近极限状态，然后卸载并采用纵向和横向体外预应力钢铰线对其进行加固，最后堆置高速公路废弃的混凝土路缘石和沥青混凝土混合料直至桥梁破坏，记录了整个过程的裂缝和挠度发展。结果表明：原桥的荷载挠度曲线大致可分成两段，分界点对应的荷载略大于开裂荷载；在略大于开裂荷载的恒载作用下，挠度会继续增长；当荷载接近极限承载能力时，裂缝由中间向两端发展至L/4和3L/4位置；纵向和横向体外预应力加固能够加强桥梁各板之间的横向联接，降低各板之间的挠度差异，提高桥梁的受弯能力，减小各板的挠度。
利用多重叠合梁模型对CRTSⅡ型无砟轨道板进行分析，确定了纵向失效和横向开裂失效2种失效模式的极限状态方程，建立了考虑多失效模式的CRTSⅡ型无砟轨道板结构可靠性的概率故障树分析模型，并采用蒙特卡罗抽样模拟求解。将轨道板混凝土弹性模量、弹性地基系数、轮载作为随机变量，分别计算了2种失效模式下的失效概率，并通过敏感性分析，得到随机变量的敏感性。结果表明：可靠度指标可以作为定量化的指标来反映无砟轨道结构失效概率，实现对各失效模式的路径识别，利用可靠度理论得出无砟轨道板在荷载作用下纵向失效会先于横向失效发生；通过因素敏感性分析，获得不同因素对CRTSⅡ型轨道板综合失效概率的影响，各因素影响程度从大到小依次为：弹性地基系数、轮载、混凝土弹性模量。
以列车-轨道-桥梁系统动力学理论为基础，选择某城市轻轨工程为研究对象，在有限元软件ANSYS单一平台实现车桥耦合复杂非线性系统的过桥动力学分析，研究不同车速下连续梁桥线形变化(桥墩沉降、梁体下挠/上拱)对轻轨列车运行性能影响规律。结果表明：建立的有限元模型具有求解稳定、建模可视、方便拓展分析等特点；线形相同时，伴随车速增加，轻轨列车运行舒适性、安全性降低；在运营速度段(≤80km/h)，线形变化对舒适性指数无显著影响，桥墩沉降(≤30mm)、梁体下挠/上拱(≤20mm)对列车运行安全有显著影响但不起控制作用；在检算速度段(≥100km/h)，桥墩沉降(负值)所致凹陷、梁体上拱对车体竖向加速度有显著影响，线形成为列车运行安全主控因素。
蜂窝梁截面根据孔边受力状态的不同一般可分为墩和桥两个不同的区域，其中桥截面正应力分布较为复杂。结合ANSYS有限元分析，研究了在纯弯荷载、集中荷载和均布荷载作用下简支蜂窝梁桥截面正应力的分布规律，并对前苏联和日本规范推荐方法的计算结果进行了分析对比。结果表明，蜂窝梁孔高比较大时，前苏联和日本规范方法在计算简支蜂窝梁桥截面正应力时误差较大。在有限元分析结果的基础上，对前苏联规范中桥中截面和桥趾截面正应力计算公式进行修正，提出了考虑孔洞参数和荷载状况的蜂窝梁桥截面正应力的改进算法。大量算例表明，文中提出的计算方法对于孔高比在常用范围（0.5~0.8）的蜂窝梁具有较好的精度和实用性。
为考虑曲线梁桥的不均匀碰撞问题，以西南山区高速公路常用的双柱式桥墩曲线梁桥为工程背景，采用ABAQUS软件建立了曲线梁桥三维实体单元有限元模型。采用多尺度法划分网格，接触碰撞部分采用较小的网格尺寸。结合罚函数法和接触搜索算法，建立能考虑曲线桥相邻构件间不均匀碰撞的三维接触碰撞分析模型，通过非线性动力时程方法，分析曲线梁桥的碰撞响应。分析发现强震作用下曲线梁桥极易发生碰撞，且碰撞瞬间产生很大的碰撞力，导致相邻构件损伤。考虑碰撞响应显著增加了主梁的径向位移，对墩顶位移和墩底扭矩也有明显影响，进一步加剧了桥墩的破坏。因此在曲线梁桥抗震设计中应考虑碰撞响应对结构的影响，并积极采取减轻碰撞响应的措施。
地震作用下隧道结构响应与周围岩土介质特性密切相关，而岩土材料参数具有空间相关性，为此采用随机场理论对岩土介质的空间相关性进行模拟。利用谱分析方法，生成土体弹性模量随机场，与隧道-土体相互作用有限元模型相结合，对隧道在强震作用下的响应进行了分析，分析中考虑土体弹性模量竖向波动范围分别为1.0、4.0、10.0、16.0、64 0 m以及均匀场6个工况。分析结果表明：不同工况下隧道结构的内力分布具有相似的规律，隧道的仰拱与侧墙交界处及拱肩为隧道受力最不利的部位，不同工况对结构响应的影响不明显，在波动范围接近隧道直径时，结构响应稍大；随机响应结果表明，隧道结构的轴力响应幅值与均值场结果相比，上下波动约50%，随机场分析结果可以包络均值场分析结果。
依据强震动加速度记录快速判别土体是否发生液化及液化程度是地震实时防灾减灾的一项主要内容。目前，此类判别方法大多利用地表地震加速度记录进行判别，而对软土场地容易发生误判。针对有地表和地下加速度记录的场地提出一种基于系统辨识的方法，即在具有地表及地下加速度记录的情况下，将地下（一般为基岩位置）加速度记录作为系统输入，地表加速度记录作为系统输出，土体作为结构，利用地表及地下加速度记录组成输入、输出，计算土体的瞬时自振频率，并根据自振频率的改变判断土体液化情况。选取多组强震动记录作为样本，对提出的方法进行了验证，并用此方法对2011年东日本大地震造成的液化情况进行了判别，结果表明判别结果与日本震后的相关调查结果一致。
为研究场地类型、地震动强度、落石大小和形状等对落石运动距离的影响，进行了室内振动台试验。研究表明：不同形状的落石在远场地震作用下运动距离大于近场地震作用下的落石距离；并且随着峰值加速度的增加，不同形状的落石运动距离也逐渐增加。对边坡坡角和坡高的研究表明，当边坡角度小于50°时，随着边坡坡角的增加，不同形状的落石运动距离增大，在边坡角度达到50°后随着边坡角度的增加，不同形状的落石距离开始表现出减小趋势；随着边坡坡高H的增加，不同形状的落石的运动距离表现出增大的趋势。且考虑地震波的场地类型和频谱特性后，基于概率方法测得在1.2H~1,6H范围内落石概率达到最大值，此区间的确定可为坡脚建（构）筑物的防护设计提供参考。
基于平面节点初始转动刚度计算的组件法，对空间外伸端板连接节点的初始转动刚度进行理论和有限元分析。确定了对空间外伸端板连接节点初始转动刚度有贡献的各组件，结合已有的研究和空间节点受力性能特点，给出了各组件的刚度计算式；根据弹性阶段各组件的变形对空间外伸端板节点整体变形的贡献，提出了在对称荷载作用下空间端板连接节点初始转动刚度计算模型，并以此得到了空间端板连接节点初始转动刚度理论计算式。同时，建立了空间端板连接节点有限元模型进行参数化有限元分析，并与理论分析结果进行比较，有限元分析与理论计算结果吻合较好，验证了文中理论计算式的有效性。
对钢结构梁柱高强螺栓连接节点的T形连接件的受拉螺栓性能进行研究。改变T形连接件端板翼缘厚度、螺栓位置、螺栓直径和强度等级，同时考虑螺栓接触力偏心，对高强螺栓连接T形连接件进行受拉试验，研究弯矩对螺栓受力性能的影响。试验结果表明：随着T形连接件端板翼缘厚度降低、螺栓直径和强度等级减小以及螺栓内、外翼缘长比值远离数值1，弯曲应力占螺栓截面最大拉应力的比值上升，截面弯矩不能被忽略。采用有限元软件进行分析，分析结果和试验结果吻合较好。弯矩作用形成的拉应力最大可达总拉应力的25%。采用最小二乘法进行拟合，简化受拉T形连接件模型，得到了螺栓的弯矩和撬力计算式，可为钢结构梁柱高强螺栓连接节点设计提供参考。
为研究小截面焊接工字钢残余应力分布规律，采用分割法，对某经振动台试验后的拉链柱式中心支撑钢框架结构中18个焊接工字形小截面试件的残余应力进行了测量。基于测量数据，得到了残余应力分布和拉、压残余应力的大小，研究了板件宽厚比对残余应力的影响。结果表明，较小截面试件的残余应力与翼缘、腹板宽厚比之间并无明显规律。建议翼缘端部和腹板的中部残余压应力值取0.5fy（fy为钢材屈服强度），翼缘中部和腹板端部残余拉应力值取0.8fy。基于此，提出了小截面焊接工字钢残余应力分布的简化计算模型，并将模型计算值与试验值进行了对比，绝大部分的实测残余应力值均在简化计算模型计算值的包络范围内。
基于盲孔法测量焊接残余应力应变释放系数试验，建立三维有限元模型，对前期试验与已有文献中试验进行有限元模拟，并将模拟结果与试验结果进行对比，均吻合较好。由于屈服状态下盲孔周边产生的应力集中现象易引起塑性变形，从而影响释放系数测量值的精度，故采用基于形状改变比能参量的塑性修正法消除塑性变形的影响，使测量精度得到提高，应力值的测量范围扩大，并提出了应变释放系数随参量的修正计算式。分析了孔深孔径比值及板厚对应变释放系数的影响。结果表明：当板厚一定时，取孔深孔径比为1.25，可使得应变释放系数值较接近于通孔解，从而降低了构件钻通孔过程中的受损程度；当仅改变板厚时，应变释放系数随板厚变化的幅度较小，可忽略板厚对应变释放系数的影响。
为了获得平面X形矩形钢管相贯节点的平面外抗弯刚度计算式，基于节点局部变形特征，借鉴塑性铰线模型，建立了6杆系模型并导出节点刚度理论计算式。为了弥补6杆系模型无法反映主管上、下翼缘对节点抗弯刚度影响的不足，建立了矩形环模型并导出相应的节点刚度理论计算式。综合两个模型，结合参数分析结果对理论计算式进行改进。通过多元回归分析，获得X形矩形节点平面外抗弯刚度参数化计算式。研究结果表明：节点刚度与主管壁厚的三次方成正比，与主管截面宽高比呈线性关系，与支主管截面高度比、支管截面宽度与主管截面高度比呈较复杂且相互影响的关系；支主管截面高度比对节点刚度的影响较大，支主管壁厚比对节点刚度的影响较小；参数化计算式所得刚度值与有限元结果相差大部分小于10%。
以碳纤维增强复合材料（CFRP）补强的平面外纵向焊接接头为研究对象，对其进行疲劳性能试验。为了模拟初始损伤，在节点板两端焊趾处引入人工预制初始缺陷。分析了应力幅、单/双面粘贴和CFRP板弹性模量对试件疲劳性能的影响。试验过程中采用沙滩纹加载方式，得到了疲劳裂纹随着荷载循环次数的扩展情况。试验结果表明：试件沿着其中一条预制裂纹发生断裂破坏，另一条预制裂纹也有不同程度的扩展；普通弹性模量CFRP板补强试件发生黏结层内破坏，高弹性模量CFRP板补强试件发生CFRP板断裂破坏；采用粘贴CFRP补强方法能够有效提高焊接接头疲劳性能，其疲劳寿命延长至未补强的1.28~8.17倍；裂纹扩展速率明显减慢，在CFRP材料覆盖区域尤为明显。采用双面粘贴和高弹性模量CFRP材料可以取得更好的补强效果，试件疲劳寿命延长程度分别约为单面粘贴和普通弹性模量CFRP板补强试件的2倍和3倍。
在有机玻璃模型试验校核数值分析精度的基础上，分析了扭转刚度对交叉梁内力分布的影响；依据不同边界条件下数值模型计算结果，分析了空心楼盖截面扭转模式，并确定了对等效拟梁抗扭惯性矩产生直接影响的箱室数量；依据多箱室扭转理论，提出了等效拟梁扭转刚度的计算方法，并针对节点实心区、暗边梁、明边梁、暗内梁及明内梁建议了实用的空心楼盖拟梁建模方法。分析结果表明：扭转刚度对空心楼盖拟梁法的结果影响显著；JGJ/T 268—2012《现浇混凝土空心楼盖技术规程》基于抗弯刚度相等的拟梁方法不能正确反映拟梁的扭转刚度，造成其内力计算值与空心楼盖模拟值存在差异。基于多箱室扭转理论提出的扭转刚度计算方法和拟梁建模方法能适用于多种不同情况的空心楼盖，内力计算相对差值不超过10%，效果优于规程拟梁法。
通过试验、理论、规范和数值分析，研究了薄壁角钢在轴压荷载下的失稳模式和稳定承载力。通过试验得到薄壁角钢试件的稳定承载力，采用有限元软件ANSYS计算一阶屈曲特征值，然后与经典屈曲理论、考虑大变形和非线性项的弹性屈曲理论、国内外规范计算方法所得到的稳定承载力结果对比分析。研究表明：单轴对称的薄壁角钢轴压时发生弯扭屈曲失稳，经典的屈曲理论较为接近试验值及一阶屈曲特征值，可以作为构件稳定承载力的参考，规范得到的稳定承载力考虑了初始缺陷、二阶效应及材料弹塑性的影响，结果偏向保守。
为了求得考虑轴向压缩变形的两铰圆弧拱的平面内临界屈曲荷载精确解，需将拱的轴向刚度作为影响其面内稳定性的重要因素，对两铰圆弧拱在径向静水压力作用下的轴向压缩变形加以考虑。基于经典理论解的求解过程，结合拱的平衡微分方程及边界条件，对承受均布静水压力且考虑轴向压缩变形的圆弧拱进行了分析，求得了该条件下拱的平面内反对称临界屈曲荷载计算式。为了验证该计算式的准确性，采用非线性有限元法对均布静水压力下的圆弧拱进行了分析，并将有限元分析结果与公式解及铁木辛柯解析解进行了对比。结果表明，相同条件下该方法与有限元分析结果及解析解均吻合良好。对不同矢跨比的拱进行了参数化的对比计算，结果表明，文中推导的计算式具有普遍适用性，能满足工程的计算精度需要。
采用机械压砖机制作生土砖试块，通过抗压和抗折试验研究其力学性能。采集西北地区黄土，分别掺入质量比为0.12的水泥和质量比为0.15的砂，制作生土砖试块，外形尺寸为240 mm×115 mm×90 mm，养护至干燥状态后进行抗压、抗折试验。研究了20个不同掺料试块的试验破坏过程、极限荷载、破坏机理和变形能力，结果表明，掺水泥和掺砂的机制生土砖分别达到了混凝土砌块MU7.5和MU5的强度指标，说明通过合适的改性掺料和机械压制，生土砖可作为承重砌块使用。根据试验中测得的两类机制生土砖受压的应力-应变全曲线，提出了机制生土砖受压的应力-应变本构关系；通过对比不同制作方法试块在相同配比、养护、加载条件下的抗压试验，研究了分别采用机械压制和落锤击实的制作生土砖方法对抗压强度和离散性的影响。试验和研究结果为生土改性材料和新型生土结构的力学性能研究提供参考。
榫卯型装配式砌块是一种可以代替黏土烧结砖的新型墙体材料，具有利废、高强、环保、节能等诸多优点，但尚未系统地研究其基本力学性能。为此进行了24个足尺比例的榫卯型装配式砌块砌体轴压试验、24个抗剪试验以及12个压-剪复合受力试验。通过试验数据，研究了该种新型墙体的基本力学性能。试验结果表明榫卯型装配式砌块砌体的榫卯构造增强了砌体的抗剪能力，与传统砌块砌体抗剪机理有所不同。在试验的基础上，参照混凝土小型砌块砌体强度计算公式修正了榫卯型装配式块砌体的抗压强度平均值计算公式、抗剪强度平均值的计算公式及压剪复合作用下榫卯型装配式砌块砌体的受剪承载力计算公式，为榫卯型装配式砌块砌体力学性能的进一步研究及砌体设计提供试验成果及理论依据。
基于Park-Ang损伤模型，提出了用于钢构件的修正损伤模型。利用已有钢柱试验数据，研究了修正后的损伤模型的组合系数取值，并拟合出该系数与试件参数，如轴压比、翼缘宽厚比、等效长细比的关系式。研究结果表明：在钢构件极限破坏时，采用本文中建议的修正损伤模型较Chai损伤模型计算的损伤指标均值更接近1.0，离散性减小，可以较准确地反映钢构件的损伤性能。根据钢构件骨架曲线特性，结合相关钢构件的性能划分，将钢构件的性能点分为屈服点、峰值点和极限破坏点，对应的性能水准分别为基本运行、可修和避免倒塌，相应的损伤指标限值分别取为0.015、0.60和1.00。
利用ABAQUS有限元分析软件，建立缺口圆钢棒试件单轴拉伸材性模型。通过UMAT子程序，引入GTN微细观损伤本构模型描述材料本构关系，改变GTN损伤模型参数值，分析轴拉极限荷载和断裂位移预测结果对各GTN参数（形核时的平均等效塑性应变εn，形核应变的标准差Sn，形核粒子的体积分数fn，初始孔洞体积分数f0，考虑孔洞聚合作用引入的模型校准参数q1、q2，材料出现宏观裂纹时的孔洞体积分数fF）的敏感性。采用曲线拟合轴拉极限荷载、断裂位移与GTN参数之间的关系，获取其对各参数的敏感度。结果表明：参数变化对断裂位移的影响较极限荷载更大。各参数对极限荷载的敏感度因子值最大为0.010 7，各参数敏感性由大到小依次是εn、Sn、q1、fn、q2、f0、fF；而各参数对断裂位移的敏感度因子值最大为1.31，各参数敏感性由大到小依次是q2、q1、fn、fF、εn、f0、Sn。
为改善结构健康监测与系统辨识中的输出数据不完备问题，提出了一种时域响应重构方法，可在无需反演结构未知激励的条件下，利用部分测点的动态响应重构出其他未测试位置处的响应。基于状态空间时域模型推导了结构动态响应重构方程；利用奇异值分解技术和矩阵分析理论分析了重构方程的病态特性，并推导了方程的正则化解；将所提方法应用于1个平面桁架和1个三维框架结构以验证其有效性，同时对重构精度进行参数分析。结果表明：所提方法具有较好的适用性，可利用测试响应以较高精度重构出未测试位置处的动态响应。利用部分易于测量的平动自由度响应可重构出所需的转动自由度响应。此外，测量噪声的降低、采样频率的提高以及传感器数量增加均会提高响应重构精度。
为了有效去除实测振动信号中的噪声，改进了一种基于Kent混沌人工蜂群(KCABC)算法的振动信号小波阈值去噪方法。该算法采用Kent混沌映射初始化蜂群，引入锦标赛选择机制选择食物源，并结合混沌策略搜索最优解。基于广义交叉验证(GCV)阈值构造了目标函数，采用改进的KCABC算法搜索最优阈值，实现了不基于噪声先验知识的振动信号阈值去噪。通过对广州新电视塔4组实测振动信号的处理，比较了改进的KCABC算法与粒子群优化(PSO)算法、标准蜂群(SABC)算法以及Logistic混沌蜂群(LCABC)算法的去噪性能。结果表明：提出的KCABC算法具有较快的收敛速度和较高的搜索精度，能够有效去除高耸结构振动信号中的噪声部分。
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