学术前沿 | 走访西安建筑科技大学高性能钢-混凝土组（混）合结构团队

西安建筑科技大学高性能钢-混凝土组（混）合结构团队主要致力于高层复杂建筑、大型工业结构、大跨空间结构中高性能钢-混凝土组合、混合结构体系抗震理论和设计技术研究，以及古建筑木结构抗震性能与加固方法、现代木结构设计理论研究。

经过三十余年的发展，目前形成了以白国良教授为学术带头人，由15位具有博士学位，1位具有硕士学位的全职教师组成的研究团队其中正高7名，副高4名，讲师5名；团队中有国家“万人计划”领军人才、国家百千万人才工程专家和国家级教学名师各1名，全国师德标兵和全国五一劳动奖章获得者各1人，宝钢教育基金会优秀教师奖获得者4人，陕西省教学名师2人，陕西省杰出青年科学基金获得者2人，陕西省青年科技奖获得者1人，陕西省青年科技新星4人，省级优秀留学回国人员1人，全国建筑结构行业杰出青年1人。

西安建筑科技大学高性能钢-混凝土组（混）合结构团队重视基础理论创新与工程应用相结合。近年来，先后承担了国家科技支撑计划项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金及省部级重点科研项目等50余项；获国家科学技术进步二等奖3项，省部级科学技术奖一等奖4项、二等奖9项；获国家教学成果奖二等奖1项，省部级教学成果奖一等奖3项、二等奖2项。近5年来，获国家发明专利授权70余项、实用新型专利授权90余项、软件著作权11件。在各类学术刊物上发表科研论文近600篇，其中SCI收录论文170余篇，EI收录论文380余篇，出版专著10部、教材7部，主编国家和行业标准2部，参编国家、行业和地方标准11部，培养博士、硕士研究生350余名。

2019年12月3日下午，《建筑结构学报》编辑部一行4人走访了西安建筑科技大学高性能钢-混凝土组（混）合结构团队。团队负责人白国良教授，团队骨干成员薛建阳教授、杨勇教授、朱丽华教授、徐亚洲教授、谢启芳教授、刘超教授、吴耀鹏副教授、隋?高级工程师、郭昕高级工程师、刘祖强副教授、苏宁粉讲师、于云龙工程师参加了本次交流活动。

交流会上，白国良教授对编辑部的到访表示了热烈欢迎，并介绍了团队的基本情况，薛建阳教授介绍了团队目前的主要研究工作。

▲ 交流现场

团队目前的主要研究方向包括型钢混凝土组合结构基本理论与设计方法研究，大型、复杂钢-混凝土混合结构体系抗震理论与设计技术，装配式钢-混凝土组合结构与混合结构抗震性能，典型大宗建筑、工业固废资源化与再生混凝土组合结构应用技术，古建筑木结构、传统民居木结构抗震保护技术与现代新型木结构研发，具体如下：

一 型钢混凝土组合结构基本理论与设计方法研究

1 钢-混凝土共同工作机理与界面黏结滑移性能研究

型钢与混凝土之间的黏结作用是保证型钢混凝土组合构件共同工作的基础，黏结滑移本构关系的确定是组合结构数值分析中的关键技术。团队研发了型钢混凝土界面滑移的直接测量方法，建立了考虑多参数影响的黏结强度计算公式和考虑位置函数的黏结滑移本构关系；提出了型钢混凝土黏结滑移数值模拟技术，建立了考虑黏结滑移关系的型钢混凝土组合构件设计计算方法。

2 复杂受力下型钢混凝土组合构件计算理论与设计方法研究

复杂受力下型钢混凝土构件承载力与变形性能是型钢混凝土理论研究的核心问题。团队系统完成了250余个型钢混凝土试件，包括梁、柱、节点和子结构框架的静力、拟静力、拟动力和地震模拟振动台试验，建立了压-弯-剪复合受力下型钢混凝土构件承载力计算方法；提出“混凝土刚心区”理念，考虑型钢对其内部混凝土的约束作用，建立了受弯构件刚度和裂缝宽度计算方法；提出钢桁架模型和钢“框架-剪力墙”力学模型，建立了型钢混凝土框架节点受剪承载力计算公式，其方法较简单叠加法更符合实际结构受力状况。

3 高性能钢-混凝土组合结构力学行为及设计方法研究

提出适应于现代结构工程的高性能和超高性能钢-混凝土组合结构及相应具有良好抗震性能的构件形式，包括外包钢板箍约束构件、高强螺旋筋-型钢复合约束高强混凝土组合构件、钢管-型钢多重约束高强混凝土组合构件、复杂非共面组合节点、巨型多腔型钢混凝土组合翼柱等新型组合结构形式。研究了高轴压比条件下结构的抗震延性，揭示其受力机理和地震作用下构件损伤演变规律，建立了基于性能需求的高性能钢-混凝土组合结构计算理论和设计方法。

二 大型、复杂钢-混凝土混合结构体系抗震理论与设计方法

1 动力环境下混合结构-设备动力相互作用与结构减振控制研究

建立了工业建筑结构-设备耦合系统的动力计算模型，推导了结构-设备耦合系统随机地震响应；完成了结构-设备耦合系统模型拟动力试验与静力推覆试验，提出了结构-设备耦合系统强震倒塌破坏机理；建立了设备系统计算模型及其破坏准则、结构-设备耦合系统的破坏准则与破坏机制、地震作用下的性能水准和抗震性能目标；建立了结构-设备耦合系统抗震设计方法。

研究了工业建筑混合结构振动中扰力识别、调谐作用、非经典阻尼、振动限值等，建立了结构与工业设备共同作用分析、振动测试与治理、安全性评估理论。完成了汽轮发电机组框架式基础的振动性能和振动反应试验，测试并对比分析了不考虑汽轮发电机组设备质量时框架式基础、汽轮发电机组和基础复合体系的振动性态，并进行了转子-轴承-基础的联合动力分析以及弹簧减振分析，基于结构与设备动力相互作用进行了动力优化分析。

2 型钢混凝土柱-分散式剪力墙混合结构抗震性能与设计方法研究

研发了型钢混凝土框架-钢筋混凝土分散剪力墙新型混合结构体系，提出了基于包络扭转效应的振型分解反应谱法计算高烈度区型钢混凝土框架-钢筋混凝土分散剪力墙结构体系的抗震设计方法；研究了混凝土框排架结构体系关键构件与异型节点性能及设计方法，针对传统框排架结构体系中普遍的深梁和强梁弱柱现象，研发了空腹式型钢混凝土梁及其梁-梁与柱弱化式连接，改善了结构受力，有效地提高了结构体系的抗震性能；提出不同场地、设防烈度和功能条件机组容量、“内容物”高度等下型钢混凝土框架-钢筋混凝土分散剪力墙混合主厂房结构体系选型的技术原则、适应条件。

3 大型钢-混凝土混合结构体系创新与抗震设计研究

提出了空冷钢-混凝土混合承重结构体系的抗震构造技术；研发了新型混凝土管柱-钢桁架＋斜撑式混合结构和大直径混凝土管柱-钢桁架＋下沉鱼腹式混合结构两种新型空冷承重体系，建立了适用于不同机组容量空冷结构体系、不同抗震设防目标和场地条件下，空冷钢-混凝土混合承重结构体系选择和地震作用下结构内力计算方法；提出了综合考虑空冷结构和“工业设备内容物”系统耦合效应的设计理论，研究了环境多因素作用下空冷结构体系性能及设计方法；提出了结构-设备耦合系统强震倒塌破坏机理；建立了设备系统计算模型及其破坏准则、结构-设备耦合系统的破坏准则与破坏机制、地震作用下的性能水准和抗震性能目标；建立了结构-设备耦合系统抗震设计方法。该项研究打破了大型空冷结构体系设计被国外长期垄断的局面，实现了自主化设计和国产化应用。

4 型钢混凝土异形柱结构体系和SRC-RC竖向混合结构体系

提出了型钢混凝土异形柱结构体系，创新设计了4种型钢混凝土异形柱截面形式，以及型钢混凝土异形柱与钢筋混凝土梁、型钢混凝土梁和钢梁的连接方式；开发了型钢混凝土异形柱的正截面压弯承载力计算程序，提出了构件在单向和双向受剪作用下的斜截面受剪承载力计算公式；揭示了型钢混凝土异形柱与梁连接节点的破坏机制和受力机理，提出了节点的受剪承载力计算公式，以及角节点的剪扭承载力计算公式；明确了型钢混凝土异形柱框架的地震灾变机理和倒塌机制，提出了结构的五个性能水平及其对应的层间位移角限值，以及混凝土最小保护层厚度和轴压比限值等构造要求，建立了结构基于性能的抗震设计方法。

对SRC-RC竖向混合结构中的转换柱进行了系统研究，分析了SRC-RC转换柱的破坏形态和受力机理，揭示了转换柱的内力传递机制，提出了型钢最小延伸长度和合理延伸长度的确定方法及避免失稳破坏和“短柱型”破坏的截面配钢方式，明确了SRC-RC转换柱的轴压比限值，建立了转换柱黏结破坏、剪切破坏和弯曲破坏对应的受剪承载力计算公式；对SRC-RC竖向混合结构进行了整体受力性能分析，提出了加强薄弱层、减小承载力和刚度突变的技术措施。研究成果为SRC-RC竖向混合结构的设计和应用提供了理论基础和科学依据。

三 装配式钢-混凝土组合结构与混合结构抗震性能

1 预制装配型钢混凝土结构

为充分发挥型钢混凝土结构性能优势，基于“组合＋叠合”思路，研发了部分预制装配型钢混凝土(partially prefabricated steel reinforced concrete)，简称PPSRC结构体系。PPSRC结构的主要设计思路为将型钢混凝土梁、柱、连接节点等构件按“预制部分＋现浇部分”分两步制作，首先在工厂预先制作构件外部预制部分，待运输至工地拼接后再浇筑内部混凝土，形成“免模板、免支撑、部分预制、部分现浇、叠合装配”的装配式型钢混凝土结构。经合理设计优化，PPSRC结构能够充分利用高性能材料、充分发挥型钢混凝土结构良好性能优势，实现“差异化使用材料、差异化使用构件”，具有显著性能优势和良好应用前景。

2 高性能装配式混合结构

为充分发挥高性能钢-混凝土组合结构的良好受力性能，按照“组合＋混合”思路，提出高性能装配式混合结构体系(high performance precast steel-concrete hybrid structures), 以下简称HPPH体系。HPPH体系主要思路是在结构抗侧力体系层次上对预制装配钢-混凝土组合结构、预制装配钢筋混凝土结构、预制装配钢结构进行优化组合，形成一种新型高性能装配式混合结构体系。HPPH体系能充分发挥上述三种结构的性能特点，充分体现了装配式结构工厂预制、现场拼装、灵活组合的性能优势。针对HPPH体系，先后开展了自复位装配式混合结构梁柱节点、框架结构的抗震性能试验研究和数值模拟分析，对HPPH体系的抗震性能、灾变机制和性态控制进行了研究，并将继续深入开展HPPH体系的优化设计、灾变机制和性态控制涉及的系列关键科学问题和关键技术研究。

3 装配式剪力墙结构体系

考虑钢筋强度、钢筋直径、混凝土强度、套筒材料、套筒壁厚、灌浆料强度因素对锚固长度的影响，进行了大量装配式结构中关键技术——套筒灌浆连接、约束浆锚搭接试验，提出了基于可靠度设计的安全锚固长度。采用现浇和装配式两种不同的建造技术制作了12层剪力墙模型结构，对其进行地震模拟振动台试验，研究了装配式剪力墙结构体系在强震作用下的整体性及地震损伤演化规律。对比分析表明，装配式剪力墙结构与现浇剪力墙结构整体反应趋势及破坏模式基本一致。装配式剪力墙结构的弹性及弹塑性反应均可满足规范限值要求，但其损伤分布范围较大，性能退化较早。相关连接技术和装配整体式再生混凝土剪力墙结构研究成果已纳入地方规程和行业标准。

四 典型大宗建筑、工业固废资源化与再生混凝土组合结构应用技术

1 建筑固废/矸石资源化与再生骨料混凝土制备技术

围绕大宗建筑固废—废弃砖混、大宗工业固废—矸石资源化工艺与成套装备，研发得到基于低成本属性的体积法分离技术与装备、基于高附加值属性的光电色选法分离技术与装备，解决了困扰行业20年的砖混分离难题；针对不同粒径废弃砖、废弃混凝土、废弃矸石资源化产物，开展再生粗骨料、再生细骨料与再生微粉协同制备再生混凝土技术。为实现典型大宗建筑/工业固废消纳提供了重要的技术支撑。

2 再生混凝土材料性能与基本受力行为

研究不同取代率下再生混凝土受力破坏机理，系统完成了再生混凝土抗压、抗剪、抗劈拉、静压弹模强度试验，提出了抗压、抗拉、抗剪强度设计指标。基于不同取代率，开展了80个不同混凝土强度、保护层厚度、埋置长度及体积配箍率的试件黏结滑移性能试验研究，分析了钢筋再生混凝土黏结滑移性能劣化特征、黏结应力分布规律，建立了黏结强度计算公式；通过引入位置函数，提出了沿锚固长度方向不同截面位置变化的黏结应力-滑移本构关系，为再生混凝土结构精细化分析解决了技术难题。

3 钢筋-再生混凝土结构设计方法

系统研究了再生混凝土构件受弯、受剪、压剪复合作用下极限承载力设计方法；开展3200天长期荷载作用下再生混凝土结构变形与开裂试验研究，揭示再生混凝土结构“后延性”长期特征，建立再生混凝土结构正常使用极限状态验算方法；研究再生混凝土结构地震作用下灾变特征，建立可用于高烈度区的再生混凝土结构抗震设计方法与构造技术措施。

4 再生混凝土组合结构抗震性能与设计方法

开展型钢再生混凝土界面黏结滑移破坏机理的研究，建立了其黏结滑移本构关系，确定了型钢再生混凝土构件剪切连接及黏结锚固设计方法；研究型钢再生混凝土梁的抗弯性能与抗剪性能、型钢再生混凝土柱轴压、偏压性能，提出型钢再生混凝土梁、柱承载力计算方法；揭示了型钢再生混凝土柱地震破坏机理，建立了型钢再生混凝土柱的抗震设计计算方法；研究反复荷载下型钢再生混凝土梁柱节点的受力性能及其受剪承载力计算方法。

研究了型钢再生混凝土框架、型钢再生混凝土框架-再生砌块填充墙结构、型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架的地震破坏机制及非线性行为，建立了基于位移的型钢再生混凝土组合结构的抗震性能评估方法。对钢管再生混凝土构件进行轴压、偏压力学性能以及抗震性能试验、理论与数值模拟研究，重点分析了再生骨料取代率、套箍指数、长细比、偏心距、轴压比等参数的影响，提出钢管再生混凝土柱在地震作用下的损伤分析方法及其抗震承载力计算方法。

五 古建筑木结构、传统民居木结构抗震保护技术与现代新型木结构研发

1 古建筑木结构抗震机理及性能研究

综合分析了古建筑木结构的结构特性和抗震机理，揭示了我国殿堂式古建筑木结构基础摩擦滑移隔震、榫卯节点耗能减震、斗栱节点消能减震机理。结合柱脚连接、榫卯和斗栱节点的拟静力试验和整体结构模型的振动台试验，确定了榫卯节点和斗栱节点的承载力、刚度和恢复力特性，揭示了木结构古建筑的地震灾变机理和柱脚连接、榫卯和斗栱节点的减、隔震效果，建立了古建筑木结构的抗震分析理论、动力计算模型和失效破坏准则。

2 古建筑木结构性能退化研究

提出了修缮基准期的概念，给出了古建筑木结构考虑建筑价值、修缮历史、修缮费用等因素确定修缮基准期的方法。考虑古建筑木材材料性能退化，分析了古旧木材历经年限对木材强度的影响和横向裂纹对木材抗弯强度的影响，提出了古建筑木结构修缮加固时木材材料强度的取值方法。研究了材料腐朽、榫卯节点松动、斗栱歪闪等各类残损形态，提出了古建筑木结构的残损性能评估方法。

3 古建筑木结构加固保护技术研究

创新提出了采用碳纤维布、扁钢、形状记忆合金等加固古建筑榫卯节点的方法，通过加固榫卯节点的拟静力试验和整体模型的振动台试验，分析了采用不同加固方法的加固效果，建立了相应的榫卯节点加固设计理论与方法。

4 传统民居木结构典型连接节点及其抗震性能研究

开展了传统民居木结构中通榫、钩榫、栓榫和半榫节点的低周往复加载试验，研究节点的破坏形态和力学性能变化规律；通过参数分析研究了节点松动程度、摩擦系数和木材材性对节点受力性能的影响，建立了节点弯矩-转角关系计算公式。通过穿斗式木结构房屋模型的振动台试验，研究了传统民居木结构的抗震性能。针对穿斗式木结构房屋，提出了基于增量动力分析的结构地震易损性分析方法，从概率的角度对穿斗式木结构的抗震性能进行评估。

5 现代新型木结构体系抗震性能研究

研发了现代新型木结构高效连接节点，针对现代木结构的框架及框架-墙板结构体系，采用试验研究、理论分析和有限元数值模拟相结合的方法，研究了木框架及木框架-墙板结构体系的破坏过程和破坏形态，分析了框架与墙板之间的协同工作性能，建立了结构承载力计算方法和抗震性态水平划分方法，提出了一体化预制装配式木结构设计方法和施工技术。

交流活动中，李淑春副主编就《建筑结构学报》的稿件审理流程和编辑加工过程予以介绍，并回答了老师及同学们关心的问题。双方就如何提高期刊质量、加强与科研团队合作等方面展开交流。

交流活动结束后，编辑部一行在白国良教授、薛建阳教授、谢启芳教授等带领下参观了结构与抗震实验室。

▲ 参观实验室

结构与抗震实验室充分利用先进的设备仪器和科研技术优势，积极为国家和陕西重大工程建设提供技术支持，不断发挥科研实验技术优势，为区域的经济社会发展和技术创新提供重要的支撑。

通过此次交流走访，加深了《建筑结构学报》编辑部与西安建筑科技大学高性能钢-混凝土组（混）合结构团队的相互了解。本次交流走访得到了白国良教授及其研究团队的大力支持，在此《建筑结构学报》编辑部全体工作人员深表谢意!

▲ 合影