面对目前土木工程中传统材料不能解决或不能很好解决的技术难题,开发或利用高性能结构材料,继而提高结构性能已经成为土木工程学科和行业发展的必然趋势。对此,以碳纤维增强复合材料（CFRP）为研究对象,着眼于土木工程用CFRP材料性能研究、CFRP在土木工程领域应用中的关键性能研究以及CFRP（尤其是CFRP索）在我国土木工程领域的新应用,对目前国内外的相关研究及应用现状进行了总结分析,旨在为推动CFRP在土木工程领域的规模化应用提供新思路。

为满足建筑使用要求,某办公塔楼采用了钢桁架与钢拉索组合悬挂体系。对典型的高层悬挂体系整体结构进行了小震弹性分析、中大震等效弹性分析、大震弹塑性分析,并进行了钢拉索承载力分析、楼板舒适度分析、关键节点受力分析等专项分析,分析结果表明,核心筒悬挂结构悬挑转换体系具有较高的安全储备,经合理设计可以作为高层建筑的一种结构形式应用于实际工程。此外,针对悬挑转换结构的特点,提出了可行的施工方案。

部分地锚式悬索桥作为一种新型结构体系,可有效应对传统悬索桥在软土地基中修建时存在的局限性问题,但尚未有研究充分论证侧土压力对减小锚碇规模的贡献。提出了考虑侧土压力作用下部分地锚式悬索桥的锚碇设计基本流程。基于某工程案例展开设计对比,结果表明在设计中考虑侧土压力可以显著提高锚碇基础的承载能力,减小锚碇的体量达22%,大幅增加工程经济性。进一步讨论了规范对于运营期间锚碇基础变位的要求,并分析了锚碇基础变位对结构性能的影响。明确了部分地锚式悬索桥的锚碇设计方法,论证了该桥型的经济性能优势,提供了运营期间的锚索力调整的建议,对该桥型的建设运营具有参考意义。

大跨弧形连廊结构内力分布、支座反力等特点与直线型连廊不同。以实际工程案例为背景,详细介绍了弧形连廊结构的计算分析过程,给出结构内力和支座反力的分布特点,设计了固定或滑动支座。大跨度连廊结构跨度较大、刚度较小,对该结构在使用阶段的舒适度进行了分析,并设置了TMD减震器以满足舒适度要求。

原高层框架-剪力墙结构办公楼改造为养老机构,抗震设防类别由标准设防类提高到重点设防类,结构抗震等级提高一级;同时按现行规范进行加固设计时荷载和地震作用均有所增加。通过增设黏滞阻尼器,采用消能减震技术进行加固,采用抗震性能化设计方法,控制罕遇地震下的位移角不大于中等损伤限值,结构整体抗震性能明显提高,从而降低一度采取抗震构造措施,避免大范围的构造性加固;同时黏滞阻尼器提供附加阻尼,降低地震作用,减少主体结构的加固量。对抗震设防要求提高的改造项目有借鉴意义。

在地下综合管廊的设计和施工过程中,节点是管廊结构中的关键部位。本文以郑州某地下综合管廊区间为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,探究地下综合管廊各个节点的受力和变形情况。首先将该区间简化为三跨非对称框架结构,基于结构力学求解器对管廊节点进行荷载计算,得出其弯矩、剪力以及轴力图,然后利用Flac3D软件对该地下综合管廊进行数值模拟及受力状态分析。研究结果表明：理论计算结果与数值模拟结果基本吻合,且基于朗肯主动土压力的侧向土压力较数值模拟结果偏小,建议对地下综合管廊进行内力和变形分析时采用静止土压力;三跨非对称框架在受到土层自重和侧向土压力时,所受到的弯矩大致呈对称分布,且顶板两侧的最大弯矩会随着跨度的增加而增加。

软土路基堆载和微型桩复合地基将打破原有的土体应力场,对既有隧道产生不利影响。现有路基堆载引起隧道的变形理论忽略了固化土层的影响。基于此,提出一种简化计算方法,将既有隧道简化为一搁置于Winkler地基上的Euler-Bernoulli梁,建立平衡微分方程,导入应力及位移边界条件,获得挠曲函数表达式,并将其与实测结果对比,验证了该方法的适用性。结果表明：隧道水平最大位移与堆载高度近似线性正相关;桩置换率对水平位移影响明显;桩土应力比对隧道变形影响明显。

理论中的黏弹性阻尼器以黏弹性材料的纯剪切变形来耗散能量,而实际工程中,黏弹性阻尼器通常处于剪力、轴力、弯矩及其组合下的复杂受力状态。黏弹性阻尼器的实际工作状态比理论的工作状态更复杂,这对结构的刚度和耗能有较大的影响。基于此,将黏弹性阻尼器的复杂受力状态下的变形分解为平动和转动剪切变形,提出剪-扭耦合的力学模型。通过足尺性能试验,研究了剪-扭耦合下黏弹性阻尼器特有的力学参数。试验结果表明,剪-扭耦合的试验结果与数值分析及力学模型匹配较好,试验结果验证了剪-扭耦合力学模型的正确性。同时,提出的扭矩修正系数的试验值与理论值偏差小于5%,表明扭矩修正系数的试验值与理论值基本一致。在变形和频率相关性试验中,验证了本试验中剪切与扭转变形相对恒定的关系。

部分结合是指在钢-混组合连续梁桥的正弯矩区保持钢梁与混凝土桥面板的完全结合,而在负弯矩区削弱钢梁与混凝土间的连接以改善负弯矩区混凝土板开裂等问题的构造,通常可以通过焊钉包裹低弹性模量材料或增大焊钉间距实现。目前尚未有比较两种部分结合方法效果的研究。本文设计制作了4根梁试件（普通组合梁、预应力组合梁、采用橡胶-焊钉组合焊钉的部分结合组合梁以及负弯矩区焊钉间距增大的部分结合组合梁）,通过静力加载试验测试了部分结合组合梁的受力性能,并比较了两种部分结合方法对钢-混组合梁受力性能的影响。试验结果表明：采用橡胶-焊钉组合连接件的钢-混组合梁相比普通钢-混组合梁,其抗弯承载力及抗弯刚度分别降低了17%及12%。虽然部分结合构造对钢-混组合梁的抗弯承载力以及整体刚度有削弱,但其对于预防混凝土桥面板在负弯矩区的开裂有着极其显著的作用。因此,采用部分结合构造能够有效提升组合梁的受力性能,节约建造成本。

针对西安火车站高架候车室一斜交边跨节点,设计了一个1∶4缩尺的型钢混凝土梁柱节点,进行了双向荷载作用下的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究。试验发现：随着荷载的增加,节点的主要破坏形式有柱端出现塑性铰发生破坏、梁端出现塑性铰发生破坏和节点核心区剪切破坏三种类型;试件的荷载-位移滞回环相对饱满,总体抗震性能良好。通过叠加原理和弹性理论计算试件的开裂荷载,并与试验的开裂荷载进行对比,发现差值在20%以内,说明计算的开裂荷载有较好的精度,可以为工程实际提供参考。

地下连续墙圆形基坑具有空间性能好的特点,尤其在软土地区更适用于作为超深地下构筑物的基坑围护体系。深大圆形基坑以环向受力为主,由于地质条件、施工精度、荷载等的不均匀性,使其薄弱的接头部位呈偏心受压状态,随着深度加深与直径增大,其环向稳定性问题逐渐凸显。而目前对于分幅圆形地下连续墙空间失稳形态与机理尚不明确,现行基坑设计规范对环向稳定性的判断尚不完善,为此本文以某25万m³ LNG地下薄膜罐的圆形地连墙基坑（直径约92 m,深度约50 m）为原型开展模型试验。依相似原理设1∶50几何相似比,制作3个不同分幅、含T形接头与圆形钢环梁的模型,设计4组荷载工况,研究均匀围压和偏压荷载下不同分幅圆形地下连续墙的环向稳定性问题。结果表明：①各工况最大加载量有较大差别,失稳形态有局部屈曲、T形接头破坏;②径向位移顶大底小,梯形均载位移小于偏载位移;③环向为压应力,竖向应力梯形围压下内压外拉;经临界压力分析,试验模型临界破坏荷载是Mises公式值的3.99~8.31倍,而原型承载力更强;④深大地下连续墙圆形基坑的环向稳定性属压弯强度破坏,非稳定性破坏。本文试验方法和结论对此类问题有较好的工程参考价值。

为了研究新型十字型轻钢混凝土组合异形柱的受压力学性能,本文首先对其开展了轴心受压试验,试验发现十字型组合柱的破坏形式主要为弯曲破坏,轴压承载力高,变形能力良好。基于试验结果建立了精细化有限元模型,并进行了数值化模拟分析。然后,将有限元分析结果和试验测试结果进行对比,两者吻合较好,验证了所建立有限元模型的正确性。最后,采用经过验证的有限元计算模型,进行了混凝土强度、型钢厚度、偏心率以及长细比四个参数对组合柱受压性能的影响分析。结果表明：试件承载力和初始刚度随偏心率的增加而降低,随混凝土强度和型钢厚度的增加而增大,但对刚度的提升效果不显著且增幅不断缩小。十字型组合柱的变形能力主要受长细比的影响较大,试件延性和极限承载力随长细比的增加而降低。

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete,RPC）是一种超高性能水泥基复合材料。再生微粉是由废弃混凝土和废弃烧结砖经破碎、粉磨制成的微细粉末,其含有未水化的活性颗粒,可作为补充胶凝材料掺于RPC中。本文研究了养护条件对再生微粉RPC力学性能的影响。试验研究了蒸汽养护和标准养护条件下再生微粉RPC 3 d、7 d和28 d龄期的抗折强度、抗压强度和28 d龄期的轴心抗压强度、杨氏模量。试验结果表明,蒸汽养护对再生微粉RPC的3 d、7 d的抗折、抗压强度提升作用明显,可提高28 d抗压强度和轴心抗压强度,但是会降低28 d抗折强度,对28 d弹性模量影响不大。此外,蒸汽养护会降低试件折压比,即降低试件的韧性和抗裂性能。利用有限元软件ANSYS在细观层次上对再生微粉RPC受力性能进行模拟,模拟结果与试验结果较吻合。

采用低周反复加载试验研究了型钢-高强混凝土剪力墙在高轴压比下的抗震性能。利用ABAQUS子程序UMAT接口对混凝土和钢材本构模型进行二次开发,建立了墙体试件的数值模型。基于试验验证后的数值模型完成了型钢-高强混凝土剪力墙变参数分析。试验结果表明型钢-高强混凝土剪力墙在高轴压比下具有较好的变形以及耗能性能。建立的数值模型可准确地模拟墙体试件的滞回特性和抗震性能。变参数分析结果表明在保证墙体滞回性能前提下,提高混凝土强度（C60→C80）可有效降低墙体配钢率（约66.7%）;提高墙体的轴压比（0.4→0.6）,墙体的变形性能降低（极限位移角2.96%→4.70%）,墙体峰值点后承载力显著下降;提高墙体的配钢率（2%→10%）,墙体的承载力略有提升,对墙体的变形性能影响较小。

大跨度桥梁具有轻质柔性的特点,在台风下动力参数会发生变化,通过分析这些变化可以确定参数的阈值,为桥梁状态评估提供重要依据。本文基于某大跨度斜拉桥多年采集的健康监测数据,分析了代表台风的特性,以及不同参数随台风变化的趋势和原因。分析方法采用的是作者团队所开发的快速贝叶斯FFT方法,该方法可以同时对模态参数的最可能值（MPVs）和后验不确定性（c.o.v.s）进行理论估计,因此对模态参数的变化具有更全面的评估。分析结果表明,不同参数对于台风强度以及桥梁的振动幅度均具有较强的相关性,台风作用下桥梁的动力性能与日常运营状态不同,因此分析及修正台风时期的参数变化范围,可以更准确有效地对桥梁异常状态进行预警,并进行合理的状态评估。

为考虑台风风速、风向随时间变化对建筑损伤的影响,以沿海地区常见的低矮建筑为研究对象,结合风洞试验获得的低矮建筑屋面极值风压系数概率分布和基于Yan Meng风场模型获得的台风时程,利用蒙特卡洛模拟方法,提出了基于台风过程的低矮建筑屋面覆盖物损伤研究方法,考察了在多次模拟台风作用下屋面损伤随时间的变化。基于这一方法计算了考虑台风风速和风向变化的低矮建筑不同屋面的损伤,并与仅考虑台风极值风速时刻的损伤进行比较。结果表明,低矮建筑屋面损伤持续时间与台风持续时间呈线性关系,最大损伤发生时刻往往与极值风速时刻不一致,采用传统的损伤分析方法会低估屋面损伤程度,平均误差在20%左右,在某些模拟中低估程度甚至达到60%。

高层和超高层建筑在震后会造成严重的经济损失和社会影响。然而,现有的建筑抗震韧性评价方法在超高层建筑上的适用性还有待探讨。本文采用国内外建筑抗震韧性评价方法（即《建筑抗震韧性评价标准》（GB/T 38591—2020）（下文简称“《国标》”）和Seismic performance assessment of buildings （FEMA P-58）对一幢超高层办公楼进行抗震韧性评价,探究两种评价方法得到的评价结果的不同之处、对超高层建筑进行韧性评价的适用性以及目前将其用于超高层建筑所存在的不足,并提出相应的改进措施。研究结果表明：两种方法在韧性指标计算方法上有一定差异;两种方法均考虑了规模效应对修复费用和修复时间的折减,而FEMA P-58折减相较于《国标》更为显著;构件尤其是结构构件较高的修复工时和总工作量折减上的差别使得《国标》计算得到的修复总工时较高;尽管FEMA-58给出的结构构件建造成本较低,但在韧性指标计算上的差别使其总修复费用高于《国标》。在应用《国标》对超高层建筑进行抗震韧性评价时,应当对目前的楼层影响系数、层内和层间的修复策略进行修正,并规定更明确的工人数量确定方法,以获得更合理的修复时间值。

近年来,桥梁养护工程中发现部分预应力混凝土小箱梁桥在通车多年后,腹板出现了大量竖向裂缝,且经过维修加固处理后效果仍不明显。为探究运营过程中小箱梁腹板竖向裂缝的形成原因,以实际工程为例,重点从收缩、徐变非一致性和温度梯度效应两方面探究了梁截面纵向自应力对小箱梁腹板的影响,并利用Midas Fea软件对不同腹板厚度的小箱梁实际运营状态进行数值模拟,分析了在不同运营年限下腹板纵向应力的变化规律。研究发现,由于小箱梁截面厚度沿梁高变化较大,因此收缩、徐变以及温度梯度效应等对截面的非一致分布影响显著,均会引起腹板的纵向自拉应力,使腹板的压应力储备降低,增加开裂风险;由于制作或安装误差等原因导致的腹板实际厚度不足在一定程度上有利于增大腹板纵向压应力的储备,但随着运营年限的增加,腹板拉应力也会逐渐增大,且增长幅度随腹板厚度的削减明显增大;当腹板局部厚度削减20%时,待运营5年后,其腹板纵向拉应力已超过混凝土抗拉强度标准值,导致腹板出现竖向裂缝,这也与桥梁实际情况基本一致,验证了小箱梁截面纵向自应力是导致腹板竖向裂缝的重要原因之一。

为研究钢筋混凝土压弯构件的疲劳特性,在梳理现行规范中钢筋混凝土受弯构件的疲劳计算方法的基础上,基于平截面假定和换算截面方法推导了钢筋混凝土压弯构件的实用疲劳计算方法。基于提出的疲劳计算方法,应用工程实例说明按压弯构件进行疲劳计算的必要性,并研究了轴压力、受拉钢筋面积、混凝土强度等级对疲劳计算结果的影响,以及疲劳荷载对结构挠度的影响。研究结果表明：对于钢筋混凝土压弯构件,按受弯构件疲劳计算方法会明显高估受拉区的钢筋应力幅和受压区边缘的混凝土纤维最大应力;截面弯矩不变时,截面轴力增大能有效降低受拉钢筋的疲劳应力,提高钢筋的疲劳应力幅限值,但对受拉钢筋的疲劳应力幅基本无影响;提高受拉区配筋面积可有效降低疲劳应力,受压区配筋面积和混凝土强度等级对疲劳应力基本无影响;混凝土规范中考虑荷载长期作用的挠度增大影响系数不能充分反映长期疲劳荷载的影响。

装配整体式框架结构的结构特性使得预制构件的装配连接与传统现浇结构施工有着本质不同,这使其建造成为一项既复杂又精细的系统工程。许多施工阶段的问题实际上是由于设计阶段的不足所引起的。深入分析了装配整体式框架结构中的梁与柱、主梁与次梁等部位的连接节点构造做法,通过探讨实际工程案例、引用相关标准和图集以及结合工作实践经验,提出了基于充分依据和明确观点的设计注意事项。这些注意事项被系统地归纳为四个结构布置要点、十一个连接节点要点和三个构造设计要点,较为全面地涵盖了装配整体式框架结构梁柱连接设计的主要内容。此外,对同一连接节点采用不同处理方法的优缺点进行了详尽分析,阐明了提出建议做法的理由,目的是让装配式建筑领域的技术人员能够深入理解原理并掌握关键技术,以便在设计阶段预见并避免潜在问题,从而提高装配式结构的安全性和施工效率。

索塔是斜拉桥的关键承载构件,而超低边中跨比混合梁斜拉桥索塔与常规斜拉桥桥塔受力不同,其对斜拉桥受力的影响具有独特的特点。为了厘清索塔高度对混合梁斜拉桥体系的影响,结合某超低边中跨比混合梁斜拉桥开展计算分析,详细研究了索塔高度对主梁、索塔和斜拉索的受力性能以及桥梁稳定性的影响规律。研究表明,对于超低边中跨比混合梁斜拉桥,索塔高度增加对中跨钢主梁、索塔、斜拉索受力是有利的,但当索塔高度超过一定限度后,改善幅度的影响变得十分有限;索塔高度对边跨混凝土主梁受力无显著影响;而斜拉桥稳定系数随索塔高度增加先增加后减小。

将K型方钢管节点的弦杆与支杆连接部位焊接波纹板,形成新型波纹板加强K型方钢管节点,以提升钢结构输煤栈桥的抗倒塌性能。对试验节点进行有限元建模验证,在验证有限元模型正确性的基础上,建立112个新型波纹板加强K型方钢管节点的数值计算模型,研究不同参数下节点的破坏模式,揭示各参数对节点抗倒塌性能的影响规律。结果表明,新型波纹板加强节点的破坏模式可分为受拉支杆根部未断裂下的弦杆剪切失效、受压支杆屈曲以及受拉支杆根部断裂下的弦杆剪切失效、受压支杆屈曲。支弦杆宽度比、波纹板厚度均与节点刚度、极限承载力、破坏荷载呈正相关。当支弦杆径厚比小于0.75时,增加支杆厚度可显著提升节点的极限承载力。波纹板弧度对节点刚度、极限承载力影响较小,但对节点的破坏模式影响较大。波纹板对K型节点的极限荷载、破坏荷载、延性均有显著提高,可有效提升K型方钢管节点的抗倒塌性能。

钢框架结构是110 kV和220 kV全室内变电站首选的结构形式。钢柱与基础的连接对于钢框架结构整体的力学行为至关重要,外包式钢柱脚具有承载力和刚度大、施工较为便捷等特点,但在弯剪作用下受力机制复杂,钢柱与外包混凝土之间的相互作用随着钢柱水平挠曲变形的发展而不断变化。进行了外包式钢柱脚的有限元建模分析,主要影响参数包括外包高度、荷载形式、轴压比等。数值模拟结果表明,提出的黏聚模型可准确模拟外包钢柱脚的力学行为,外包高度较低的柱脚在压弯作用下受压侧翼缘可发生局部屈曲,导致结构的承载力降低。外包混凝土的顶面和底面均可能出现较大的剪力。因此,仅按照规范进行顶部箍筋的加密是不够的,还需加强底部箍筋的配置。

实测已建建筑物的动力特性并对相关周期预测公式进行检验,对于城市更新中既有建筑物的状态评估有重要的意义。为此,对同济大学四平路校区内22栋不同结构类型的建筑开展了脉动法测试,由随机减量法识别建筑物的自振周期与阻尼比,汇总了识别结果。将建筑物自振周期实测值与17个自振周期预测公式的结构相比较,根据对比结果推荐了针对不同结构类型的周期预测公式。

随着超高层建筑结构的发展,经济性成为了设计中业主较为关注的重点,其中核心筒是重要的抗侧力及竖向传力组成部分,对结构成本有较大的影响。结合智能优化算法对典型超高层建筑的核心筒结构设计进行了研究,首先,搜集了多个高度为300 m左右的超高层建筑工程案例,总结出常见的超高层结构参数,并以此为基础建立典型超高层建筑结构模型,简要分析了各个优化算法的优劣性,并进行了计算效率对比。接着,提出了结合智能优化算法的核心筒设计流程,建立了约束优化的数学模型,并利用罚函数法将规范和构造相关的约束条件引入优化过程。最后,利用该方法对不同外框刚度下和不同连梁高度下的核心筒墙厚布置进行优化,给出了不同情况下优化后墙肢厚度的分布规律。

目前对学校建筑采用黏滞阻尼器进行减震设计的研究常关注教学楼、宿舍楼等主体结构,而忽略了对校园整体空间组织起着重要作用的廊空间。为了研究黏滞阻尼器在学校廊空间的应用,以上海某小学教学楼间的连廊为例进行减震设计。首先,对结构进行多遇地震分析,结果满足规范要求。其次,在设防地震下进行弹性时程分析,对比是否包含基础层、阻尼器布置在内框架或外框架、阻尼器布置数量变化和阻尼器布置楼层变化时的减震效果,并确定减震方案。最后,在罕遇地震下进行弹塑性时程分析,计算结构损伤、耗能和位移角。研究结果表明,黏滞阻尼器可以在地震作用下提供一定的耗能,是学校廊空间的一种有效减震手段。

变形适应性是整体式外挂墙板设计中的关键环节,关系到外挂墙板的抗震、抗风、防水、气密性能,墙板与主体结构之间支承系统的位移调节能力和墙板的接缝宽度对于外挂墙板平面内的对主体结构层间位移角的适应能力至关重要。首先给出了墙板与主体结构支承系统的位移调节能力计算公式,然后基于密封胶的位移能力,提出了名义剪切变形率及其计算公式,给出了考虑温度变形、地震作用、风荷载、施工误差等影响因素以及密封胶变形能力的板缝宽度计算方法,提出了设防烈度和罕遇地震作用下层间变位要求的板缝宽度验算要求,最后给出了具体算例。

以地震多发区超高塔楼为工程背景,综合黏滞减振系统的布置位置、多种变形放大连接装置、黏滞阻尼参数等关键参数进行了风振和地震双激励下的黏滞减振系统选型分析,并以一幢396 m高的超高综合塔楼为例对风振和地震双激励下黏滞阻尼减振系统设计进行了研究。研究结果表明,黏滞阻尼减振系统对于不同模态响应均有一定的控制作用,可以有效提升风振和地震情况下结构的舒适度、刚度和强度,合理的阻尼器布置位置、变形放大装置和参数选取可以获得更加高效的减振效率。

对既有墙体洞口堵砌加固后承载力进行了研究,考虑应力滞后效应、原有应力水平、开洞率、堵砌材料性能对堵砌后砌体墙承载力的影响,给出了相应的计算方法。研究结果表明,使用原有的砌筑砂浆和块材不能满足墙体的承载力要求;提高堵砌砂浆和块材强度仅能满足部分墙体的承载力需求;使用高延性混凝土加固墙体是有效的修复手段,但也有无法满足承载力需求的可能性。

以云南某高墩大跨连续刚构桥加固改造为依托,提出一种基于实测桥面线形数据的有限元计算模型修正方法。通过对影响桥面线形的敏感参数进行迭代计算,将模型修正问题转变为控制目标参数值与实测数据值的误差最小优化问题,据此可预测不同时期桥梁的损伤程度,并通过实测数据证明了模型修正的准确性。重点介绍了基于零号块改造的斜拉体系加固高墩大跨连续刚构桥的设计方案,为后续同类桥梁维修加固提供借鉴。