为进行结构抗风可靠度分析，需对作用在结构上平稳随机脉动风场进行模拟。 采用谱表达法描述脉动风场往往涉及成千上万个随机变量，会造成 “维数灾难”问题。 基于此，本文提出一类高维概率空间选点法保障模拟的精度和效率，主要由 3 个步骤组 成: 高维概率空间的分解、正交子空间选点和随机配对得到高维概率空间离散代表点及 赋得概率。采用本文的方法模拟了某 30 层框架剪力墙结构上沿高度变化的水平风场， 研究表明: 本文的方法在二阶统计意义上具有很高的模拟精度和效率，可用少量的代表 性样本构建完备的概率集合，进一步结合概率密度演化法可对结构风振响应进行精细化 概率评价。

传统水平集方法通过在初始设计中布置一定数量的孔洞来克服其不能自动开孔 的缺陷，但孔洞布置方式的差异造成了强烈的初始设计依赖性，改进的参数化水平集方 法可以自动开孔，但初始设计对优化结果仍存在一定的影响。水平集带方法可以将水平 集方法与变密度法相结合，在零水平集附近引入一个水平集带区域，区域内的材料密度 通过水平集函数进行插值。在迭代过程中通过减小水平集带宽度可以逐渐去除中间密度 材料，使结构最终收敛到 0-1 解。引入水平集带可以通过结合变密度法思想提高目标函 数和约束函数在拓扑变化中的连续性，从而减轻初始设计对优化结果的影响。通过柔顺 度最小化问题验证了该方法可以有效减轻优化结果的初始设计依赖性，并且能够得到更 优的目标函数值。此外还探究了水平集带带宽减小速度对优化结果的影响，并将该方法 拓展到不规则设计域优化问题中，得到了合理的优化结果。

为探讨拉剪共存应力下织物膜材面内撕裂力学及强度规律，针对典型的经编织 物膜材，结合试验与细观数值方法，进行了系列应力比、应力水平、增强膜样式及耦合 应力下膜材撕裂破坏特征及强度规律研究，重点挖掘了行为拉剪耦合应力对撕裂强度及 破坏特征的影响机制。结果表明不同切缝角度及应力比下，可形成 3 类膜材裂口: “一”、“十”及 “Z”型，而破坏模式均为经或纬纱断裂，未出现两向杂糅; 经纬应力 存在相互协同作用，且对撕裂强度影响显著，不同切缝参数下破坏强度分布曲线在应力 空间中差异明显且存在向 1∶ 1 强化的特征。增强膜配合应力状态可明显干扰膜材撕裂破 坏模式及裂口位置，且增强膜补强效果因应力比高低存在稍许差异。另外撕裂过程中拉 剪应力存在耦合关联性，且以拉应力效应为主，而剪应力对裂纹延展及演变的影响不明 显。所得结论可为织物膜材局部裂纹止裂及膜结构的安全性评估提供参考。

我国南方大都处在亚热带地区，高温高湿环境会降低预应力 CFＲP 加固 ＲC 结 构的性能。为了探究湿热环境对预应力 CFＲP 加固 ＲC 结构耐久性的影响，文中依据湿 热环境和疲劳荷载共同作用下加固梁主筋失效和 CFＲP-混凝土界面脱粘剥离两种破坏模 式，分别建立了主筋失效和 CFＲP-混凝土界面脱粘剥离破坏准则，对湿热环境下预应力 CFＲP 加固 ＲC 梁的疲劳性能进行了数值分析。研究结果表明，湿热环境会降低加固梁 的疲劳性能，提高 CFＲP 的预应力度对梁预测寿命的影响呈现两种情况，当 ＲC 梁是因 主筋失效破坏时，预应力的增大可以显著提高 ＲC 梁预测寿命; 而当 ＲC 梁是因界面剥 离破坏时，过高的预应力度反而会降低 ＲC 梁的预测寿命。

为避免模态跃迁现象、振型遴选方式不合理等问题对损伤评估结果精度的不利 影响，提出一种考虑多模态贡献的空间网格结构地震损伤评估方法。首先，从模态推覆 分析的思路出发并结合结构动力学理论推导，得到对应于单位地震力作用下考虑多阶模 态贡献的等效静力位移表达式。随后，根据原结构与震损结构等效静力位移的差异构造 结构地震损伤程度的表征参数，即结构整体损伤参数。最后，根据结构整体损伤参数的 数值大小与变化规律，评估结构震后损伤状态与性能退化程度。单层网壳结构算例数值 分析结果表明，根据本文方法计算得到的结构整体损伤参数在考虑多阶模态贡献的基础 上，可较为准确地评估空间网格结构地震损伤状态，所得结果与结构特征响应对比具有 较好的一致性，同时在严重损伤情况下也可保证评估结果的准确性。 

土体在长期的地质作用下，饱和渗透系数表现出天然的空间强变异性。为探究饱和渗透系数变异性对边坡破坏概率的影响。对Green-Ampt模型进行改进，确定了湿润峰深度、边坡安全系数与降雨历时的关系式，利用蒙特卡罗法建立了饱和渗透系数变异性分析框架，探讨了不同降雨强度作用下，饱和渗透系数变异性对边坡破坏概率的影响。结果表明:在降雨初期，饱和渗透系数变异系数越小，边坡表现出的失稳破坏概率越小；随着降雨历时增加，边坡破坏概率逐渐升高，且随着饱和渗透变异系数增大，边坡破坏概率反而越小。在临界降雨区间内，边坡破坏概率会骤然上升，且临界降雨区间随着降雨强度的增大而变得集中。

针对地震作用下结构参数识别及未知输入反演问题，本研究提出一种仅观测部分自由度绝对加速度响应识别结构参数及反演未知输入的方法。首先，该方法基于变换空间法和最小二乘法，直接识别一层以上的结构阻尼和刚度参数；然后，利用识别得到的模态信息，求解一层刚度参数；最后，将动力方程转变到变换空间内，建立相邻采样时刻地震动输入的相关关系模型，提出一种简化的地震动输入反演算法。两层钢筋混凝土框架大尺度模型振动台试验及数值模拟结果表明:所提出的地震动输入反演方法对线性系统具有较高的精度及鲁棒性；对于非线性系统，反演得到的地震动输入时程能够较好地反映地震波低频特性，可进而用于区域结构及建筑群的抗震性能演绎分析。

为寻求较优方法识别简支梁初始抗弯刚度,根据“虚拟分割”的思想,首先将梁体分段,直接测试或间接得到预制梁在已知静力荷载作用下的分段截面处转角,通过建立转角与分段梁体抗弯刚度之间的关系式,反向求解各段梁体抗弯刚度值。利用有限元数值方法和试验数据验证了所提方法的正确性及有效性。采用矩阵条件数分别分析了梁体分段数量、作用力大小、类型、个数及作用位置5个因素对识别方程组稳定性的影响规律,并考察了转角测量误差对识别精度的影响。分析结果表明:梁体分段数量、作用力个数和作用位置是影响识别方程组稳定性的关键因素;梁的分段数量越少，测试传感器精度越高,能接受的转角测量噪声程度越高;在加载和测试方法得当的前提下,所提方法具有良好的鲁棒性,可用于简支梁的初始抗弯刚度识别;所提方法不需要复杂反演算法、有限元数值模型的配合，也无须已知梁截面尺寸、配筋和材料特性等,具有简便实用的特性。

地聚物相比于普通波特兰水泥，具有节能环保、快硬早强、收缩小、粘结性能好等优点。为探究地聚物砂浆作为植筋锚固胶的可行性，本研究开展了地聚物砂浆植筋后锚固试件的拉拔试验，考察了基体类型（混凝土、花岗岩）、锚固长度、钢筋直径（d）、加载方式（单调加载和重复加卸载）对地聚物砂浆植筋锚固性能的影响，并与普通水泥砂浆、商业有机植筋胶的相应性能进行了试验比较，还与文献中的无机胶粘结强度进行了对比。结果表明，地聚物砂浆的植筋锚固性能远优于水泥砂浆，与商业有机植筋胶相近。以地聚物砂浆作为植筋胶，使用直径为16mm的带肋钢筋在混凝土基体和花岗岩基体中进行植筋时，达到12d的构造锚固深度即可满足规范中关于植筋胶的粘结锚固质量要求。同时，在经历不超过70%峰值荷载水平的多次重复加卸载后，地聚物砂浆植筋的粘结锚固性能没有显著退化。因此，地聚物砂浆可作为混凝土基体和花岗岩基体中的一种植筋锚固材料应用于实际工程中。

利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土钢丝骨架夹芯墙有限元模型，分析了单独冲击波作用、单独破片作用及二者复合作用下混凝土钢丝骨架夹芯墙位移响应的差异，探究了不同混凝土轴心抗压强度、钢丝骨架屈服强度、聚苯乙烯泡沫密度、斜插丝角度及布置方式、两侧混凝土及泡沫厚度、炸药比例距离和高度以及破片尺寸对混凝土钢丝骨架夹芯墙位移响应的影响。通过试验进行了对比验证，结果表明：建模方式是可靠的；单独冲击波作用下墙体的位移要大于单独破片作用及二者复合作用下的位移，但是在二者复合作用下墙体会产生更严重的损伤破坏；随着混凝土轴心抗压强度以及两侧混凝土厚度的提升，结构抗爆性能增强；钢丝骨架屈服强度及聚苯乙烯泡沫密度对结构抗爆性能的影响微弱；不同斜插丝角度及布置方式对结构抗爆性能影响较大；炸药高度位置对墙体损伤影响不大；当炸药比例距离一定时炸药量越大墙体损伤越严重；从墙体损伤角度分析时破片尺寸越大墙体损伤越严重。

为评价不同加劲措施的效果，对比研究了加劲和未加劲薄壁高强方钢管混凝土短柱的轴压性能。首先，设计并完成了加劲试件和未加劲对比试件的轴压试验，考察了钢管屈服强度和加劲措施类型对试件的破坏形态、荷载-轴向位移(应变)曲线及承载力、组合弹性模量和延性系数等力学指标的影响。结果表明，与未加劲试件相比，加劲措施可以改变试件的破坏进程与钢管的破坏形态，并改善试件的轴压性能，但不存在可以全面提高试件力学指标的加劲措施。然后，基于合理的钢材与核心混凝土本构模型，建立了轴压荷载作用下加劲和未加劲薄壁高强方钢管混凝土短柱的有限元模型，并通过试验验证了模拟结果。最后，利用有限元模型进一步分析了主要参数对加劲薄壁高强方钢管混凝土短柱轴压性能的影响。结果表明，不同加劲组合短柱的荷载-轴向位移曲线不同阶段分界点与力学指标存在差异，带圆孔斜拉钢板肋的加劲措施对提高承载力和延性更为有效，而双排钢板肋加劲措施对提高组合弹性模量更为有效。

钢结构的主要破坏形式之一为疲劳破坏，这类破坏往往伴随着钢材的突然断裂；目前针对Q690D高强钢材的疲劳性能研究还比较缺乏。为了得到Q690D高强钢的疲劳特性曲线，本研究开展了Q690D高强钢的高周疲劳试验，根据试验的结果拟合出Q690D高强钢的应力-寿命（S-N）疲劳曲线，并与规范疲劳公式和其他强度等级钢材已有的疲劳试验曲线进行对比。试验结果表明：Q690D高强钢的疲劳性能远高于普通钢，且比美国钢结构规范（ANSI/AISC 360-10）和欧洲钢结构规范（BS EN 1993-1-9）的计算值要大，说明Q690D高强钢的疲劳性能比较优越，规范计算值偏保守；钢材的疲劳曲线与其屈服强度高度相关，且离散性很强。

为了分析脱层界面的接触对含脱层复合材料层合板的影响，采用考虑了脱层界面接触效应的四分区精确模型，对含单一贯穿脱层层合板的自由振动进行研究，通过对精确模型的结果进行分析，采用基于刚度等效的等代化模型，将脱层区等效成一个尺寸相同、铺设方式相同，但刚度折减的无脱层完善子板。然后进行算例分析，对等代化模型、精确模型和有限元模型给出的固有频率进行比较，证明了等代化模型的正确性。在此基础上，运用等代化理论和有限元模型对含多个贯穿宽度方向脱层的复合材料层合板的自由振动问题进行研究，通过参数分析发现：对于含有多个水平脱层的层合板，脱层总长度越大，层合板的固有频率越小；对于含有多个竖直向脱层复合材料层合板，脱层沿厚度均匀分布层合板的固有频率最小；一般来说，脱层数目越多，层合板的固有频率越小，但层合板的固有频率同时受脱层间相对深度的影响。研究结果表明,基于等代化理论给出的多脱层层合板的固有频率与ABAQUS有限元解非常吻合，证明了等代化理论的合理性，可为工程领域正确评估含损伤层合结构的剩余承载能力提供技术参考。

承插式连接中桥墩采用预制墩，待桥墩插入承台预留孔洞后，在桥墩插入端外围灌入高强速凝灌浆料以密实预留孔洞，连接的结构可靠性主要取决于后期灌注的灌浆料和承插深度。文中对承插试件和现浇试件进行拟静力试验和ANSYS数值模拟，研究灌浆料的粘结性能、弹性模量和填充厚度对承插试件整体力学性能的影响。结果表明：在承插深度足够的情况下，灌浆料粘结良好时,承插试件具有和现浇试件基本一致的水平抗推刚度、极限承载力；灌浆料粘结失效后，桥墩和承台之间产生新的传力路径，仍然具有良好的水平抗推刚度和水平承载力，但承台底板的配筋需做强化以提高承台的受力性能；灌浆料的弹性模量和厚度基本不影响试件的极限承载力；试件的水平抗推刚度不受灌浆料的厚度影响，但随着灌浆料弹性模量的增加而增加。

提出了基于单位脉冲解析响应的显式时域法，将其应用于模拟与我国《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)中规定的反应谱吻合的人造地震波和建筑结构的抗震随机模拟分析。首先推导了单自由度和多自由度动力系统基于单位脉冲解析响应的显式时域表达式；然后将单自由度系统的显式时域表达式应用于求解地震动的随机动力方程，利用其能快速求解动力响应的特点，通过迭代，可以高效模拟指定强度的人造地震波和与规范反应谱吻合的人造地震波；接着将模拟得到的地震波和多自由度动力系统的显式时域表达式应用于结构抗震随机模拟分析；最后通过算例进行了验证。基于现有的地震动模型和单位脉冲的显式时域表达可以高效模拟与规范反应谱吻合的地震波；基于单位脉冲的显式时域法结合振型叠加法，在结构抗震随机模拟分析中具有足够的精度和较高的效率，可用于建筑结构抗震时程分析。

在超高层建筑结构抗风研究中，风场的准确模拟是重要的前提条件。文中综合利用WRF（中尺度天气预报）模式可以模拟高空大气环流、小尺度CFD模拟具备高时空分辨率的特点，选取深圳气象塔周边地带作为一典型丘陵地貌风场研究区域，基于四维数据同化（FDDA）技术的WRF模式，以及平衡态大气边界层CFD模拟，进行这一复杂地形局部风场的多尺度耦合仿真分析。风场仿真结果验证了WRF模拟中AN（分析松弛法）与SAN（近地面分析松弛法）同化方案的适用性，相对而言，AN方案模拟精度更高；相较单一的中尺度WRF模拟，WRF-CFD多尺度耦合模式结果与气象实测数据更吻合，表明多尺度耦合模拟中，由于中尺度WRF模式可为小尺度的CFD模型提供更准确的入口边界条件，并通过网格嵌套实现边界层内的降尺度精细化模拟，从而可以提升风场本身的模拟精度。基于WRF-CFD边界层风场的多尺度耦合模拟将是提高高层建筑结构风效应模拟分析精度的有效途径。

为了研究对流换热边界条件对钢箱梁温度场分布的影响，提出了一种基于对流换热系数修正的钢箱梁温度场数值模拟方法。首先，基于商用软件Fluent计算了钢箱梁截面附近的风速分布，其次，以Fluent计算得到的钢箱梁截面各表面风速修正对流换热系数，并基于ANSYS有限元软件进一步对比研究了不同工况下钢箱梁温度场的分布特征。钢箱梁表面风场计算结果表明：与入口风速相比，钢箱梁截面各表面的风速呈现出不同程度的降低，其中背风侧风嘴上板表面风速降低95.5%，底板表面风速降低17.7%。钢箱梁温度场计算结果表明：与不考虑对流系数修正的钢箱梁温度场相比，考虑对流系数修正后，钢箱梁的横、竖向正温差明显增大，在计入桥面附属设施的影响后钢箱梁横截面的竖向正温差会进一步加剧。桥面铺装对钢箱梁横截面的竖向温差几乎没有影响，仅将最大温差出现的时间延后1h。此外，由于横隔板的导热性较好，横隔板的存在会明显减小钢箱梁截面的日温差。因此，在钢箱梁温度场计算中，钢箱梁表面风场、桥面附属设施以及横隔板对钢箱梁温度场的影响不能忽略。

岩土类工程材料在三维应力状态下表现出偏平面各向异性的强度特征，而常见的强度理论在这方面存在一定局限。文中将蛋形屈服函数从子午面扩展至平面，提出了偏平面的蛋形强度准则，整个模型仅需α2和β 2个参数，分别表征蛋形角隅函数的曲率变化以及三轴拉伸与三轴压缩强度之比。首先从数学角度论证蛋形函数作为平面形状函数的可行性，其次结合真三轴试验结果对蛋形角隅函数的有效性进行分析与讨论，相关数值比较结果表明：根据模型参数的不同，蛋形函数可表征多种不同形态的平面强度包线。在β一定的情形下，蛋形角隅函数与包括SMP准则在内的一些常见角隅函数均能较好地再现试验结果。当α2趋向于0时，蛋形强度包线与SMP准则趋于一致；而当α2趋向于1时，蛋形强度包线与Mohr-Coulomb准则趋于一致。

采用耦合欧拉-拉格朗日（CEL）有限元法分别建立单桩模型、预钻孔单桩模型、压入桩和隔离桩并存的双桩模型，研究桩周土体位移场变化规律，探讨预钻孔、隔离桩对挤土效应的控制效果。结果表明：管桩静压过程中，压桩深度不同，土体径向水平位移沿深度分布规律也不同，但其最大值始终出现在桩尖附近，且距桩尖下6~7d（d为桩径）深度以下土体不受压桩影响；当桩压入深度大于8d后，土体由浅层破坏转至深层破坏，对地表隆起的影响不再明显；压桩完成后，土体径向位移随与桩距离的增大呈指数型衰减。预钻孔深度越大，对挤土效应控制效果越好；隔离桩可以大大削弱其背侧土体的挤土变形量，且使发生最大径向水平位移的位置由桩尖附近向上转移至0.5L（L为桩长）深度处。CEL有限元法适用于静压管桩挤土效应分析，可推广应用于诸如沉桩、桩靴贯入等考虑大变形岩土工程问题的研究。

深梁是建筑结构和桥梁工程中重要的承重构件。随着基建工程的快速发展，普通混凝土深梁已不能满足某些重载工程条件下的使用。高强混凝土与不同尺寸钢纤维的混合使用，可以极大的提升材料本身的性能，得到高强度、高韧性的深梁构件。本文对1个高强混凝土深梁和4个掺入不同尺寸钢纤维（混合钢纤维）的高强混凝土深梁进行了受剪试验，通过改变混合钢纤维体积掺量和分布钢筋配筋率，研究了构件的破坏模式、承载能力、变形能力和钢筋应变，分析了混合钢纤维对试件的增强机理。试验结果表明：由于混合钢纤维的存在，试件的承载能力和变形能力得到了大幅提高，后期承载力和刚度下降减缓；试件的承载能力随着混合钢纤维含量和分布钢筋配筋率的增大而增大；试件的变形能力随混合钢纤维含量的增大而增大，但其随分布钢筋配筋率的增大呈先增大后轻微降低的趋势；短钢纤维主要起到对混凝土基体的增强作用，抑制裂缝的出现，长钢纤维主要延缓裂缝的扩展，传递并承担裂缝处的剪力，缓解抗剪钢筋的应力，两种钢纤维在试件加载过程中协同工作。在考虑两种不同尺度的钢纤维协同工作效应的条件下，对混合钢纤维高强混凝土深梁的抗剪承载力计算方法进行了改进，计算结果与试验结果吻合较好。

为研究国产日本落叶松制成的正交胶合木（CLT）墙体的耐火极限,开展了CLT板材常温材料性能试验和标准升温曲线下的CLT墙体耐火极限试验。通过材性试验获得了CLT板材的层间剪切强度、滚动剪切强度和顺纹抗压强度。耐火极限试验结果表明:墙体在常温下的破坏模式主要为屈曲破坏,三层CLT墙体的极限承载力高于五层CLT墙体;层板组成相同的条件下,CLT墙体的耐火极限随着试件的持荷比的增加而降低;持荷比相同的条件下,五层CLT墙体的耐火极限高于三层CLT墙体;CLT墙体在试验中未出现脱落。用ABAQUS进行数值模拟,得到的温度场和位移发展趋势与试验结果基本吻合。