主要研究方向-土木工程防灾国家创新研究群体

1、1. 工程结构抗震及振动控制各类建筑结构 , 特种结构, 各类设备支架点在地震作用下的动力分析与设 计 理论,高层建筑结构的抗震控制研究及应用 包括结构的主动控制 , 被 动控制 , 混合控制和半主动控制 .2. 钢筋混凝土结构根本理论及应用钢筋混凝土结构非线性有限元分析 , 各类新型混凝土结构体系的开发与研 究, 钢筋混凝土结构的分析与设计理论研究与应用 .3. 高层建筑结构分析与设计理论钢筋混凝土超高层建筑抗震分析与抗震试验研究 ,组合结构 钢管混凝土 结构 , 劲性钢筋混凝土结构 的抗震分析与设计理论 , 钢筋混凝土筒体结 构的延性研究 与非线性分析理论与应用 .4. 结构检测与加固的新

2、技术新方法研究 各类工程结构的检测与分析评估理论和方法 , 用新型材料加固现有结构 的分析方法 , 重大工程结构的检测与加固实例研究 .5. 重大工程的平安监控研究与应用重大工程的平安监控中的数据分析方法研究 , 重大工程的平安性评估理论 与方法, 重大工程的平安监控系统的实现及典型实例研究 .6. 核电设备及厂房系统的抗震研究核反响堆本体及各类附属设备的抗震分析与设计理论 , 核电设备的楼层反 应谱 分析, 核电设备厂房的抗震研究 , 主厂房及核电设备与地基的相互作 用研究.7. 结构抗震试验技术研究与应用结构抗震模型试验的相似理论研究 ,结构拟动力试验方法研究 , 结构抗震 试验中 的数据

3、分析方法研究 , 典型重大工程的实验实例分析 .创新群体吕西林小组 20042006年研究进展1结构与地基的动力相互作用研究方面，取得了以下研究进展：1. 通过模拟地震振动台试验，考察了土结构相互作用体系中不同软基土 在地震鼓励下超孔隙水压力的变化特性， 以及重复加载过程中的影响， 探讨了地 震动力下不同地基土的超孔隙水压力变化机理；2) . 在较大频响范围内， 通过实测加速度传递函数和 ANSYS 有限元分析， 对 一个 1:10 的土桩基结构振动台试验模型在动力过程中的模态变化规律进行 了考察。分析了软基土结构相互作用体系中软基对上部结构动力特性的影响， 得出了在土、 结构相对动刚度比足够

4、小时， 软基土结构相互作用体系的动力特 性，具有一阶模态化的开展趋向；3) . 在试验研究根底上，提出了软基土结构相互作用体系的一个广义简化 动力计算模型， 得出了模型参数的反演算法， 同时以试验土结构相互作用体系 为例，给出了简化计算模型下的物理参数结果，并讨论了其合理性。4) . 推导出了平面二维单向、双向无限元单元计算公式，提出了几种不仅能 与平面 4节点、 8节点、空间 8 节点、20 节点有限单元耦合，而且还能与周围的 单向及多向无限元保持位移协调的静态二维、 三维全匹配型无限映射单元， 可实 现对无限体的全域不遗漏计算， 其单元网格亦可根据需要进行任意规那么或不规那么 划分，可用于

5、半无限地基上的受力经典问题数值分析、 土弹性根底板 ( 筏) 相互 作用分析以及承受轴、剪、 弯等荷载作用形式的单 ( 群)桩土静力反响计算， 为 后续的动力分析打下根底；5) . 在无限单元静态分析的根底上，进一步提出了土根底相互作用动态分 析方法， 导出了具有不同波动组合位移衰减型式的二维、三维谐振无限元， 在桩 基静态分析的根底上， 进一步建立了土桩根底相互作用动态分析模型， 并将其 应用到单、群桩的动力计算中；6) . 研究了考虑 SSI 效应三维结构体系的简化动力有限元数值分析，可在不 对上部结构作过多简化的情况下直接进行时程分析， 有益于工程实际应用。 采用 通用有限元程序 ANS

6、YS ，针对上海地区土箱基一高层建筑结构进行了三维有 限元分析，研究了土体边界位置、土性、根底埋深、根底形式以及上部结构刚度 等参数对动力相互作用体系的动力特性及地震反响的影响。2在建筑结构的地震破坏和倒塌过程模拟方面取得了以下研究进展：1) . 进行了高轴压比框架柱恢复力模型试验研究，在 7 个钢筋混凝土框架柱 试件的低周反复荷载试验的根底上， 建立了能够考虑柱轴压比参数对滞回特性影 响的框架柱剪力侧移恢复力模型。 进行了转换大梁与剪力墙暗柱节点低周反复 荷载试验和框架节点反复荷载下的受力性能试验研究， 为建立相关的恢复力模型 提供了试验依据。2) . 在梁柱单元、单片墙单元的根底上提出了一

7、种筒体墙单元，该单元考虑 了材料非线性， 并采用较为精确的方法考虑了结构的二阶效应， 并将此单元应用 于高层混凝土结构推覆分析中。 理论与试验结果比照分析说明， 该筒体墙单元具 有精度高、 计算稳定和自由度少等特点， 为复杂体型高层结构的弹塑性分析提供 了高效的模型。3) . 进行了延性需求谱和弹塑性位移反响谱及其应用的研究，对四种场地类 别上的 641条地震记录以特征周期为界，划分为 12 组，进行了大量单自由体系 的弹塑性时程分析， 建立了延性需求谱计算公式及有关参数， 最后结合标准的弹 性反响谱构建了弹塑性位移反响谱， 为结构弹塑性位移反响的求解提供了简化计 算方法，为基于性态的抗震设计

8、提供了根底。4) . 提出了矩形钢管混凝土各组成材料的等效单轴应力 - 应变滞回本构模型， 其中钢模型考虑了钢管壁局部屈曲的等效， 并考虑了内填混凝土与钢管壁之间的 粘结和滑移，为进行钢管混凝土结构整体非线性分析提供了根底。5) . 将二阶柔度法有限单元模型和纤维模型相结合， 并采用了虚拟阶步法和 改良的滞回路径追踪方法等具体措施， 对基于柔度法的钢筋混凝土结构非线性分 析方法进行了改良， 不仅消除了柔度法单元模型在用于位移法有限元程序时截面 刚度不能求逆从而导致计算中断的隐患， 而且大大增强了程序的收敛稳定性。 采 用编制的程序对 16 根矩形钢管混凝土柱进行了仿真分析，计算结果与试验结果

9、吻合较好，在此根底上对矩形钢管混凝土柱的各项力学性能进行了计算研究。6) 建立了框架结构的离散单元计算模型。在数值求解过程中，采用同步动 态松弛法确立与求解结构单元平衡关系， 防止了动态松弛法由于路径相关性所造 成的误差， 对框架结构进行了地震反响时程分析， 为建立强烈地震下建筑结构倒 塌过程的分析方法奠定了根底。7) 根据钢筋混凝土框架结构的特点， 在已有的杆段离散单元模型的根底上， 借鉴纤维模型，建立了杆段多弹簧模型， 并研究了所提模型的滞回特性、 结构时 步、结构几何非线性等问题。运用多弹簧模型，对钢筋混凝土梁柱构件的平面、空间压弯耦合以及剪切变形的滞回特性进行了分析。8) . 初步研制

10、了剪切型钢筋混凝土框架结构离散单元模型倒塌仿真分析的可 视化图形显示系统，可用于倒塌仿真分析计算结果的观测研究。3在建筑结构的消能减震理论研究与技术开发方面取得了下述进展：1) . 开发了金属屈服阻尼器和油阻尼器组合耗能技术以及橡胶支座和油阻尼 器组合耗能技术， 并进行了系统的振动台试验， 研究了组合耗能系统的工作机理、 阻尼器参数对结构动力特性的影响、 耗能减震的效能等， 提出了组合耗能系统的 分析模型，为建立设计标准提供了试验和理论根底；2) . 对组合根底隔震系统中叠层橡胶支座和滑动摩擦隔震支座的恢复力特点 进行了研究，提出并分析了叠层支座的粘弹性模型和滑动摩擦隔震支座的粘刚塑 性模型，

11、 即叠层橡胶支座采用弹性恢复力模型和粘滞阻尼力模型， 滑动摩擦隔震 支座采用双线性库仑摩擦阻尼恢复力模型和粘滞阻尼恢复力模型， 用提出的分析 模型对振动台隔震试验房屋模型进行了三维非线性动力时程分析， 取得了计算与 实验吻合良好的结果，为进一步的研究和工程应用提供了理论指导；3) . 进行了消能减震结构设计参数的研究，并进行了试验验证。设计参数的 研究内容包括消能部件的支撑刚度、层间最大阻尼力与结构层间屈服力比值等。 通过对消能装置的耗能特性理论分析， 导出了消能装置产生的层间等效阻尼比与 这些参数的关系曲线， 给出了这些参数的合理取值范围， 为消能减震结构的工程 实际应用和合理设计提供了依据

12、。4) . 针对两个重大工程，建立了三维空间分析模型，对增设粘滞阻尼器等减 震装置前后的结构进行非线性地震反响分析， 研究了阻尼减震结构的非线性动力 特性和减震效果；对粘滞阻尼器的阻尼刚度、 粘滞阻尼器的个数、 各层的总阻尼 力占各层层间总剪力的比例等对减震效果的敏感性进行了研究。5) . 考虑钢筋混凝土的非线性和粘滞阻尼器的非线性，探索性地进行了罕遇 地震作用下结构非线性动力时程分析， 考查了规模较大的复杂高层钢筋混凝土结 构的非线性动力分析的可行性和收敛性能， 初步探讨了钢筋混凝土的非线性特征 对减震效果的影响。上述研究进展与其他成果汇总在一起，获得了 2005 年度上海市科技进步一 等奖

13、和 2006年度国家科技进步二等奖( 2007年 7月网上公示)4在复杂高层结构抗震研究、新型抗震结构体系开发和性能研究方面的进展：1) . 模型试验设计方面，提出了通过参数的幂指数列变换来确定待求参 数相似常数的简便“似量纲分析法 。根据该方法，以正截面抗弯等效和斜截面 抗剪等效为原那么， 推导出了能考虑混凝土强度和钢筋强度不同相似常数影响的模 型配筋公式，被应用于复杂高层整体模型结构的设计，并通过了试验验证。2) . 进行了混合结构体系高层建筑模拟地震振动台模型试验研究，对一混合 结构体系的复杂超高层建筑进行了 1/35 模型的模拟地震振动台试验，分析模型 结构的动力特性和不同烈度地震作用

14、下加速度、 位移和应变反响， 然后根据相似 关系推算出原型结构的动力特性和反响， 研究了其在各水准地震作用下的破坏机 理和破环形式，为混合结构体系的开发应用，提供了试验与理论依据。3) . 以某一复杂高层建筑工程(消能减震高层方钢管混凝土框架结构)为研 究对象，进行了振动台模型试验研究和整体结构在地震作用下的动力弹塑性时程 分析，研究了结构在不同地震作用下的地震反响和抗震性能， 对阻尼器参数取值 和减震效果进行了深入研究， 并在粘滞阻尼器减震效果分析的根底上， 提出了一 种优化设计方法，以寻求阻尼器参数和位置的较优配置方案。4) . 进行了多个大型复杂工程的模拟地震振动台试验、节点试验和非线性分 析，研究了该类型结构的动力特性和破坏机理， 建立了分析方法， 主编了全国第 1 本由政府批准发布的?超限高层