地震是对人类社会极具威胁的自然灾害,历次地震震害表明,强烈地震会引起大量建筑毁坏和人员伤亡,造成巨大经济损失并严重影响社会正常发展。寻求工程结构在地震灾害下的安全性以及尽可能降低地震灾害带来的经济损失和社会影响是地震学界一直探讨的重要核心问题。近年来,地震学界逐渐从传统的结构抗震研究转移到结构的震后可恢复性研究,试图通过提升结构的震后可恢复性以尽可能降低地震灾害的长期影响。我国很多区域处在断裂带附近,地震危险性比较高。因此,开展既有结构的抗震恢复性评估与提升方法研究对于确保人民生活财产安全和社会发展具有重要意义。本文以我国广泛采用的钢筋混凝土框架为研究对象,尝试建立起较为系统的结构抗震恢复性评估与提升方法。在深入分析既有研究不足的基础上,分别从构件层次的可靠抗震分析模型,结构整体层次的地震易损性分析与震后经济损失分析开展相关研究,并以此为基础尝试建立混凝土框架抗震恢复性评估框架与提升方法。具体研究内容如下:（1）本文首先进行了能考虑锈蚀退化影响和弯剪耦合作用的混凝土柱抗震分析模型研究。基于宏观单元层次耦合的思路,在弯曲单元的基础上引入新的宏观剪切单元从而实现弯剪耦合的模拟。分别基于修正压力场理论和25根锈蚀柱的试验数据建立起了剪剪切滞回本构模型的定义方法。通过与试验结果的对比分析,验证了本文模型的模拟精度。同时基于本文模型,初步探讨了锈蚀对混凝土柱破坏模式以及抗震性能的具体影响。（2）开展了考虑锈蚀影响的钢筋混凝土框架时变地震易损性分析方法研究。在既有的框架地震易损性分析基础上考虑锈蚀的影响并进行时间尺度上的扩展,基于所提出的混凝土柱数值模型,建立能体现锈蚀影响的框架结构整体分析模型,进而建立起锈蚀影响下混凝土框架时变地震易损性分析方法。通过对一案例框架的时变地震易损性分析,探讨了锈蚀和地震动特征对混凝土框架地震易损性的影响。（3）进行了混凝土框架震后经济损失估计方法研究。基于HAZUS整体损失估算模型,进行了考虑残余位移过大时结构需要拆除带来的损失的修正,从而建立了一种较为简便和精确的框架震后损失估算方法。通过对案例框架的震后经济损失分析,探讨了地震动特征以及残余位移对经济损失评估结果的影响。（4）基于以上理论工具,进行了既有混凝土框架抗震恢复性评估方法的研究。以残余功能、经济损失以及恢复时间作为混凝土框架抗震恢复性评价指标,将地震动不确定性、结构不确定性、震后残余功能不确定性以及震后修复行为不确定性纳入到结构抗震恢复性评估框架当中,以给出更为可靠的评估结果。通过对一案例框架的抗震恢复性分析,探讨了地震动特征以及锈蚀程度对框架抗震恢复性的具体影响。（5）提出了能考虑近断层地震危险性以及环境锈蚀危险性的既有混凝土框架抗震恢复性提升方法。该方法以框架的抗震恢复性作为加固效果的最终评价指标,采用近断层概率地震危险性分析的方法考虑近断层地震动的影响,并纳入到框架损伤及恢复性量化计算当中;采用锈蚀模拟的方法以考虑锈蚀危险性。以一案例框架进行了加固前后的恢复性对比分析,探讨了近断层区域框架恢复性的“断层距”效应。最后系统总结了全文研究的主要结论,并简要讨论可进一步研究的方向。

在实际工程中,理想的铰接和刚接是不存在的,节点半刚性是装配式结构研究中不可避免的问题,也是装配式结构非等同现浇设计的重要内容。因此在研究装配式结构时,可以研究考虑节点半刚性的计算方法和设计理论。本文主要从以下四个方面改进装配式框架结构的性能:（1）对节点的半刚性程度进行量化控制,进行装配式节点非等同现浇的优化设计,增强框架结构设计布置合理程度;（2）实现节点损伤破坏可控,增强其震后可修复能力;（3）运用全干式施工方法,增强其施工效率;（4）运用钢-混凝土混合节点,结合钢结构和混凝土结构优点,加入节点阻尼器进行消能减震,增强结构抗震能力。本文提出了一种刚度可控型装配式节点,其位于梁端部,构造简便,易于施工。刚度可控即节点具有半刚性特征,可以控制半刚性的程度。之后通过理论计算,有限元模拟,进行足尺实验分析该种节点性能,并分析运用此种节点的框架性能。在实际应用中,对于一些刚度过大,难以满足强柱弱梁、强节点弱构件抗震要求的框架结构,可采用这种梁端刚度可控节点。通过控制节点半刚性程度,适当放大框架的弹性变形,以此来增加结构的延性、塑性变形性能和震后可修复能力。本文主要研究内容和成果如下:（1）运用半刚性节点理论,对节点的半刚性程度进行量化。具体通过一五层框架的算例,通过计算分析不同节点转动刚度R对框架抗震性能的影响,来划分节点半刚性属性。认为当节点转动刚度R在10000kN.m/Rad到150000kN.m/Rad区间内时,地震作用相对于节点转动刚度R变化明显,需考虑半刚性影响。对节点存在半刚性的五层框架结构进行抗震计算分析,与普通框架进行对比。计算其自振周期,地震荷载,与地震层间位移。发现刚度可控节点框架结构的自振周期小于普通框架,同时其弹性侧移大于普通框架,说明其结构弹性刚度小于普通框架。（2）根据一个三层框架结构,设计一种半刚性节点,可以控制其半刚性程度。节点由4部分组成,分别为拉弯受力板、节点柱端、节点梁端、中间销栓与螺栓。保证节点柱端、节点梁端、中间销栓的强度与刚度,拉弯受力板中间为其薄弱破坏处,使其先于其他部件失效。结构破坏模式均为拉弯板失效,节点发生转动。可更换拉弯板,通过改变板厚来调节控制节点转动刚度,同时可实现结构破坏后可修复。建立理论模型,计算理想情况下节点的理论转动刚度,并得到转动刚度和拉弯板厚度关系。运用ANSYS有限元软件建立了三种节点的精细化模型,分析其受力情况和破坏机理。对不同板的厚度进行了模拟分析,得到节点弯矩转角曲线和节点转动刚度,并与理论计算值对比,节点转动刚度的有限元计算结果小于理论20%左右。原因在于理论计算是理想情况,认为只有拉弯板中部区域承受荷载,拉弯板其他部分和梁柱节点端的钢板保持刚性;有限元计算时,分析的受力部分包括了整个节点端,考虑的节点区其他部分的受力变形情况,同时考虑了板受压屈曲情况。因此有限元计算的变形结果大于理论分析的变形结果,节点转动刚度R小于理论分析。（3）进行刚度可控型框架节点的实体制作,并用拟静力实验分析其抗震性能。实验的具体量测主要分为三个方面,一是测量结构位移,主要为梁端位移。二是测量拉弯板应变,量化拉弯板的破坏程度。三是测量混凝土应变,本文创新使用分截面的方法来测量混凝土钢筋的应变,可以直观看出各个截面的形变程度。整理实验结果,与理论和有限元分析的结果进行对比。实验结束后,混凝土梁柱均没有发现裂缝,钢筋均未屈服,梁端节点失效破坏均发生在拉弯受力板上。说明混凝土仍然可以正常使用,只要替换拉弯板,节点仍可以正常工作。拉弯板的破坏模式均为板中部受压凸出,发生失稳屈曲破坏;可以实现节点的破坏可控和破坏可修复。该节点位移加载时,没有发生脆性破坏,其塑性刚度较大,延性性能较好。加载的位移荷载滞回曲线较为饱满,耗能性能较好。在开始加载时拉弯板与梁柱端的钢构件发生了相对滑动,导致其初始刚度较小;经过对单个滞回环和骨架曲线修正后,减去其初始螺栓滑动位移,得到了3种构件的节点转动刚度,其数值与理论和有限元计算较为接近,结果较为理想。（4）运用Etabs软件对一个三层框架结构和一个十层框架结构进行模拟分析,分析使用刚度可控节点后框架的抗震性能,与普通混凝土结构进行对比。发现刚度可控框架在低地震烈度下层间侧移大于普通框架,说明其弹性变形刚度较小;但在高地震烈度下层间侧移小于普通框架,说明其在结构进入塑性变形后,结构性能较好。因此可认为刚度可控结构在高地震作用下,结构承受较大侧向荷载时,有一定的优点。（5）对刚度可控节点的性能进行总结,分析刚度可控型节点的优势与不足,找到其需要改进的地方,并提出改进的方法。如对于节点的初始滑移问题,可增加拉弯板接触面粗糙度和螺栓预紧力,通过增大截面摩擦力来提高节点初始刚度。最后对前景进行展望,可建立装配式刚度可控框架体系,把其分为横向连接,竖向连接,对这两种连接进行改进。

碳纤维增强聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP）由于其轻质、高强、耐久性能优良等优点,在结构加固领域已经得到广泛的应用。近年来,外贴CFRP加固钢结构技术引起了学者强烈的兴趣,同时也展开了一些关于CFRP加固钢结构的研究。研究表明,CFRP与钢结构之间粘结界面的性能对加固效果有决定性的影响,因此CFRP-钢界面粘结性能就成为外贴CFRP加固钢结构技术的基础和核心研究内容。但目前对CFRP-钢界面粘结性能的研究大多集中在正常服役环境下且以粘结剂内聚破坏模式为主,对于极端服役环境及常见的基于CFRP板层间剥离破坏和混合破坏模式的界面粘结性能研究还非常少。本文采用试验和理论相结合的方法,对基于CFRP板层间剥离破坏和混合破坏模式的CFRP-钢界面在正常服役环境及冻融循环、拟静力往复荷载、快速荷载等极端服役环境下的界面粘结性能进行了系统的研究,主要研究内容及研究成果包括:（1）进行了一系列CFRP-钢单剪测试,研究了不同类型粘结剂（具有不同的极限抗拉强度和弹性模量）、不同类型CFRP板（具有不同的层间剪切强度）对CFRP-钢界面粘结性能的影响。采用三维数字图像相关（3D-DIC）的方法获得试验数据,得到了基于CFRP板层间剥离破坏的双折线粘结-滑移关系和基于混合破坏的三折线粘结-滑移关系。研究表明,当发生混合破坏时,界面粘结性能仅与粘结剂性能有关;而发生CFRP板层间剥离破坏时,界面粘结性能与粘结剂及CFRP板的性能均有关。（2）通过试验研究了粘结剂类型、粘结剂厚度、CFRP板类型、CFRP板厚度等因素对CFRP-钢界面粘结性能的影响。得到了基于混合破坏模式的CFRP-钢界面粘结-滑移参数模型,发现此模型与基于粘结剂内聚破坏的模型类似,均由粘结剂性能决定;通过引入CFRP板层间剪切强度及CFRP板层间剪切耗能两个指标,提出了基于CFRP板层间剥离破坏模式的CFRP-钢界面粘结-滑移参数模型,并通过试验数据验证了模型的精度。（3）对CFRP-钢单剪试件在冻融循环作用下进行一系列测试,揭示了基于不同破坏模式的CFRP-钢界面的退化规律及退化机理。通过引入冻融循环损伤因子,建立了冻融循环作用下CFRP-钢界面粘结-滑移关系参数的退化模型,并提出冻融循环作用下CFRP-钢界面粘结-滑移关系的理论退化模型,并通过试验数据验证了模型的合理性。（4）对CFRP-钢单剪试件在拟静力往复荷载作用下进行了一系列测试,研究了粘结剂类型、粘结剂厚度及加载方式对CFRP-钢界面粘结性能的影响。定义了基于界面刚度降低的损伤参数,并通过分析归一化能量耗散与损伤参数之间关系及归一化滑移与损伤参数关系,揭示了不同类型CFRP-钢界面在拟静力往复荷载作用下的损伤机理并得到了界面的阈值荷载。（5）对CFRP-钢单剪试件在快速荷载作用下进行了一系列测试,发现加载速率对粘结剂、CFRP板及CFRP-钢界面的性能都会产生很大的影响。基于加载速率对各种材料性能的影响,提出了考虑加载速率影响并基于CFRP板层间剥离破坏和粘结剂内聚破坏模式的CFRP-钢界面的粘结-滑移参数模型,并通过试验数据验证了模型精度。

我国自本世纪提出建筑工业化发展方向以来,装配式建筑在国内整体建筑数量所占比例不断上升,装配式建筑使得整个建筑业未来逐步走向绿色化、高性能化、信息化、自动化,体现了其为建筑工业化践行绿色发展之路作出的重要贡献。现有的装配式结构可以根据梁-柱的节点核心区是否存在现浇混凝土分为“湿式”连接装配式结构和“干式”连接装配式结构。在装配式发展早期,“湿式”连接结构因为其等同现浇等优秀性能被广泛研究和应用,然而在新的绿色化、信息化、自动化时代,“湿式”连接装配式结构在施工现场依然存在湿作业,而“干式”连接装配式结构则可以更为高效地在现场进行组合拼装,进一步将装配式建筑的特性发挥到极致,是未来建筑工业自动化发展的必要建筑形式。由于“干式”连接装配式结构在梁-柱核心区具有多种连接方式,现有的关于“干式”连接装配式节点研究主要聚焦在各类连接形式的节点性能试验上,相对而言,其理论体系和设计规程和方法、工程应用等均不够完善,针对该类节点及结构的抗震性能分析及地震易损性分析等相关研究还有待开展;其次,由于核心区的连接形式与一般现浇或“湿式”结构的组成原理的不同,楼板效应在该类节点和结构中提供的力学行为影响和位移响应的影响尚为未知,而现有的研究鲜少考虑楼板对其抗震性能的影响。基于以上两个研究不足的基本要点,同时也作为研究目的,本文拟在考虑楼板效应的影响下对“干式”连接装配式混凝土结构的抗震性能展开相关研究和分析,所涉及的主要内容和结论如下:1)基于清华大学陆新征团队在Open SEES平台上所开发的分层壳单元,结合现已有不考虑楼板的二维“干式”连接混凝土节点的建模方法,本文新提出了一种三维考虑楼板的“干式”连接节点的建模方法,并通过两篇已有的文献中五个试件对应的试验数据,针对节点试件的滞回曲线所体现的各类抗震性能指标进行了对比和讨论,验证了该类建模方法的有效性;并且根据模拟的结果,提出楼板对于该类预应力连接的节点性能产生了材料的不对称效应,尤其体现在边节点的预应力轴力发展过程、节点自复位能力、梁端上下部分的混凝土弹塑性发展趋势、节点整体的耗能能力等方面,指出不考虑楼板在该类节点中的作用可能错误估计边节点的各项性能指标;2)基于上述提出的三维建模方法,以已有文献试验中A2试件为参考试件,选取楼板的厚度、宽度和配筋率三项指标进行了参数分析,结果表明楼板厚度和宽度对结构的刚度、耗能能力和承载力影响显著,配筋率影响相对较弱。但除此之外,在楼板厚度超过现有混凝土规范规定的有效翼缘宽度后,其对节点各项指标的影响也大幅降低;3)指出前文所提出的三维考虑楼板建模方法在编程建模、计算效率和计算收敛性三个方面的局限性,为后续能够进行“干式”连接装配式结构的整楼模型分析,根据参数分析的相关结果,进一步提出了一种简化的T形纤维截面建模方法,并根据相关实验数据对比验证了其有效性;4)参考日本压着工法与潘鹏等人提出的节点形式,分别设计了5层和10层的预应力连接“干式”装配式混凝土结构,并根据是否考虑楼板,分为5F/5F-slab和10F/10F-slab四个模型,采用前文所提出的简化建模方法进行结构建模。而后依次对这四个模型进行结构的模态分析、pushover分析、多遇和罕遇地震下的时程分析,并以最大顶层位移、最大层间位移角和残余层间位移角等指标进行了对比分析,结果指出该类结构可以较好地符合现有规范的抗震能力弹塑性要求,具有良好的自复位能力;并且不考虑楼板的整楼模型可能低估结构整体的承载力和刚度,错误估计结构各振型的自振周期,错估地震动响应的幅值和幅值出现的时间点、结构较为薄弱的楼层位置,以及该类结构的自复位能力等;5)基于动力增量分析方法（IDA）得出该类结构各个模型的IDA曲线,对比分析了多、高层结构在考虑和不考虑楼板的条件下的16%、50%和84%的IDA分位曲线,结果显示,考虑楼板的模型拥有更优的计算可靠性,较不考虑楼板的模型而言在同一IM指标下更难进入塑性发展;并通过IDA分析的相关数据结果和地震易损性分析原理,对DM和IM指标进行了对数处理和线性回归分析,根据回归系数得到了各个模型的易损性分析曲线,结果表明考虑楼板的结构模型在不同的性能水准限值下拥有更低的超越概率,即有着更高的安全冗余度,且不考虑楼板的结构模型可能对其在大震作用下的自复位能力产生错估。

本文在三种新型装配整体式混凝土梁柱节点和现浇梁柱节点拟静力试验的基础上,建立了相应节点的精细化有限元数值分析模型。基于经试验验证的梁柱节点模型,建立了相应的完好结构与底层中柱拆除后的损伤结构的整体框架结构分析模型,采用IDA方法对各结构的抗震能力进行分析,并由此得到各结构的易损性曲线,最后选用不同的鲁棒性评价指标,对各框架结构的鲁棒性进行分析。主要研究内容如下:（1）分别从定性研究与定量研究层面,系统回顾结构鲁棒性的研究进展,将结构鲁棒性的定性研究划分为基于构件强度和延性的研究、基于节点性能的研究和基于结构冗余度的研究三类,将结构鲁棒性的定量研究划分为基于结构属性、基于确定测度结构性能、基于概率测度结构性能和基于风险四类;（2）采用在梁柱节点区域添加零长单元和节点单元两种不同的建模方式对梁柱节点试验进行模拟,通过对比试验和模拟的滞回曲线及骨架曲线,验证建模方式的准确性,并分析试验与模拟存在差别的原因,经对比发现,采用在节点区域添加零长单元的建模方式,模拟的效果更好;（3）选用在节点区域添加零长单元的建模方式,建立对应于不同节点的完好框架结构及拆除底层中柱的损伤框架结构,从PEER网站上选取22条地震波对各框架结构进行IDA分析,并由此得到各结构的易损性曲线,进一步可以得到结构的抗倒塌储备系数,通过比较各结构的易损性曲线和抗倒塌储备系数,发现装配整体式框架结构和现浇框架结构均具有较好的抗倒塌能力,装配整体式框架结构基本可以实现等同现浇的设计目标;（4）选取基于确定性结构性能和基于失效概率或可靠度的鲁棒性评价指标,对各框架结构的鲁棒性进行分析,研究发现采用不同的评价指标,结构鲁棒性的分析结果存在一定的差异性。

装配式混凝土框架结构为常见的装配式结构形式之一,而节点性能是决定框架结构抗震性能的重要因素。本文基于一种新型的半刚性装配式节点,进行数值模拟并进行刚度优化分析,以期获得此种新型节点的最佳抗震性能。此外分别在仅考虑主震及考虑主余震作用的情况下,对现浇及半刚性结构采用基于IDA方法的震后易损性分析,验证新型半刚性节点的实际应用优势,以期为后续的实际生产及应用提供理论基础。本文研究的新型节点由上、下两部分钢板连接承受弯矩、中间销栓连接承受剪力,受力途径明确,改变连接钢板厚度即可实现节点刚度可控,从而优化结构抗震性能。为有效模拟此种半刚性节点的节点性能,采用Open Sees有限元分析软件,分别进行节点建模分析验证数值模拟合理性及结构抗震性能的相关计算进行最优化分析,主要研究内容如下:（1）研究学习此种新型刚度可控型节点的构造形式、受力原理及优势分析,学习相应的拟静力试验方案及结果,进行新型节点的理论刚度计算方法推导。（2）节点层次的数值模拟并求解连接钢板的优化厚度区间。运用Open Sees分别进行节点的精细化建模及简化建模:运用精细化建模方式进行节点的厚度区间优化而简化建模方式进行后续结构的整体抗震分析。同时将两种建模方式与已有试验数据拟合分析,验证数值模拟可行性。最后对钢板厚度进行梯度变化从而初步确定节点层次的拉弯受力板的优化厚度取值区间。（3）结构层次的数值模拟验证新型节点满足抗震规范要求且具备抗震优势。运用Open Sees建立五层及十层现浇及半刚性钢筋混凝土框架结构,以最大层间位移角为性能评估指标,分别进行小震、中震和大震作用下的结构震后结果对比,分析不同情况下的结构震后结果变化趋势及差异,验证半刚性节点的设计符合抗震规范并具备优越性能。（4）考虑主震作用下的钢筋混凝土结构易损性分析。为研究半刚性节点的采用对结构在地震作用下达到某种特定极限状态的概率影响,运用Open Sees分别建立五层及十层钢筋混凝土框架结构,进行抗震易损性分析,并对照对应的现浇结构,可以发现半刚性结构的失效概率低于现浇结构,且随着地震动作用的增大,两者的易损性曲线出现明显差别,即地震动作用越大,半刚性结构的抗震性能越优越。五层结构中IO、LS和CP状态下现浇及半刚性结构的失效概率最大差别分别为3.27%、4.31%和5.38%;十层结构中IO、LS和CP状态下现浇及半刚性结构的失效概率最大差别分别为18.03%、25.47%和32.73%。（5）考虑主余震作用下结构的震后性能分析。已有研究表明,余震作用会造成结构的进一步严重破坏,而本文研究的半刚性节点属于震后可更换结构即可以在主震作用后即使对受损节点进行更换从而恢复结构抗震性能,所以为验证本种半刚性结构在考虑主余震作用下较现浇结构的可修复特性,本文进一步探讨对比主余震作用下现浇与半刚性结构的震后性能,结果表明考虑主余震作用下半刚性结构表现出了更大的抗震优势。五层结构中IO、LS和CP状态下主余震现浇及余震半刚性结构的失效概率最大差别分别为9.71%、20.82%和32.73%;十层结构中IO、LS和CP状态下主余震现浇及余震半刚性结构的失效概率最大差别分别为23.93%、34.51%和44.57%。

现代化城市建筑有着多方面的内涵与需求,不仅需要较高的结构性能水平以避免在地震等重大灾害下产生巨大的综合损失,还要符合一系列的建筑使用方面的要求。悬挂建筑结构能满足以上需求:其竖向构件受拉,能采用截面较小的钢结构构件,具有通透的视觉效果;在首层能形成大空间,对于银行总部等高级办公室,有很好的适用性。当主结构和次结构相对运动时,能形成“结构-大型调频质量阻尼器（tuned mass damper,TMD）”减震系统,能降低主结构位移和次结构加速度,同时避免位移敏感损伤和加速度敏感损伤;面对结构参数的扰动和地震动频谱成分的变化,具有稳定的减震效果;在一定范围内随着次结构质量增加,主结构位移响应和次结构加速度响应进一步减小;因为次结构具有建筑功能,其质量的增加还可以视为主结构原有质量的减小。综合性能优秀。现有悬挂建筑减震结构体系中,主次结构之间的相对运动主要依赖于次结构内部变形的开展,将使次结构内部的非结构构件易受损伤。传统的做法通过增加次结构刚度限制其内部变形,然而刚度的增加将制约主次结构相对位移充分开展,制约主次结构的调频关系。为克服上述缺点,本研究提出次结构模块化的新型悬挂结构,采用预制的三维模块作为被悬挂的次结构,并在每层模块之间采用柔性连接,在次结构内部形成新型层间位移模式,使其层间位移可以充分开展而不受损伤,进而放松次结构内部变形限制,在主次结构之间形成更优的调频-耗能减震机理,旨在充分提升结构体系的减震性能。主要进行了以下方面的工作。1)分析并优化其频域响应特性。采用欧拉-伯努利梁组合体建立连续化数值模型,建立动力平衡方程组进行数值求解,分析在地面加速度和风荷载激励下的频域动力响应幅值曲线,对关键参数（刚度比、质量比、阻尼值、阻尼分布方式、次结构段数）进行分析,揭示主次结构调频机理以及次结构保有其内部多个模态的作用。建立11层二维模型,设置3个子构型代表不同减震策略,以主要响应的频域均方值为目标函数,针对次结构层间刚度和阻尼器阻尼值,采用遗传算法进行单/多目标最优化;结果显示主结构位移响应下降55%,但次结构层间位移需求达到主结构层间位移需求的15倍,次结构模块化具有必要性;频域传递函数曲线和复模态信息表明了采用模块层间阻尼器的子构型具有最好的主次结构调频效果。进一步地,利用模块化次结构允许结构参数竖向不规则分布的特点,针对次结构层间刚度和阻尼器阻尼值参数的竖向分布向量,进行频域响应最优化,结果显示随着次结构参数竖向分布不规则程度约束条件放松,主结构最大弯矩可进一步下降50%.进行了非平稳响应特性统计分析、时域响应最优化分析以及时-频域最优结果校核等系列补充分析。2)通过动力试验验证上述减震效果和机理。完成本结构体系的1:15缩尺的振动台试验。试件由T形的钢结构组合体作为主结构,以开洞钢板条+圆钢销轴+悬挂模块连接件形成悬摆机理,并以空气阻尼器和机械弹簧提供可调的层间阻尼值和层间刚度。针对3种次结构构型,根据预先优化结果设置18个具有不同参数组合的模型,以及2个非减震对照模型。证明了该体系的地震响应（位移、加速度、应变）相对于未减震体系减小50%以上,并具有衰减速度快的特点。选取每种构型的代表性模型,进而对比得出3个构型各自的响应分布特点、减震机理、以及对次结构层间位移的不同程度的需求（其中主结构响应最低的构型在0.1 g PGA的激励下,次结构层间位移达到了3.75%）。提出基于试验现象的建模策略,其核心为建立区域瑞雷阻尼、提出建议值、进行观察-猜想-验证工作。采用Open Sees建立结构的数值模型,并对阻尼器和结构分别进行校正,然后组合两部分得到完整结构模型;该模型无须调整,其数值模拟时程曲线与试验实测值具有高度吻合的效果,证明了建模方式的合理性。3)考察结构非线性对减震机理的影响。采用上述的经过试验验证的数值建模策略,建立具有不同层数、阻尼器类别和主结构非线性的系列数值模型,进行三目标三参数/两目标两参数的非线性时程最优化计算。考察了前述因素的影响;证明了主结构进入弹塑性阶段后,主次结构之间的调频的重要性下降,次结构层间刚度和阻尼值的最优取值分别下降;分析了重力悬摆刚度对调频的影响和制约。4)采用易损性分析以及基于可靠度的最优化计算,综合定量评价本新型体系在最优化后的性能。采用了最优参数和上述建模策略,并引入模块层间阻尼器和机械弹簧退出工作的机制,以及地震动、结构参数以及承载力的随机性。采用FEMA P695推荐的远场地震波进行多条形方法（multi-stripe analysis,MSA）易损性计算,对多个构件组分别定义极限状态函数,并提出专门的构件-构件组-系统损伤指标对应规则,得到系列易损性曲线、易损性分布图以及时间-极限状态超越概率曲线,证明了本新型体系相对于普通悬挂结构、框架结构以及带有粘滞阻尼器的框架结构的减震性能优势（其中50年周期内可修复极限状态超越概率下降到普通悬挂结构的23%/带有粘滞阻尼器的普通框架结构的40%,防止倒塌极限状态超越概率下降到普通悬挂结构的50%/带有粘滞阻尼器的普通框架结构的71%）。采用基于可靠度的最优化计算方法,以结构在50年设计周期内四个极限状态超越概率的加权平均值的最小化为第一目标进行最优化,通过单目标最优化得到各个模型的最优参数,并针对a)激励类别、b)耗能方式和c)各种现实因素（包括:模块内部滞回行为、主次结构之间的碰撞和主次结构间的保险丝式连接）共3组8个模型展开了分析研究,证明二维模型的结论可全面推广到三维模型,并揭示了碰撞和保险丝式连接对减震性能的制约机理,其中碰撞为首要制约因素,建议预留宽为1 m的碰撞缝,而保险丝式连接的启动位移相比保险丝式连接刚度起到了更显著的制约作用。

我国装配式建筑进入快速发展期,由于技术的不成熟、各专业之间信息链断裂等因素,导致装配式建设项目普遍出现施工进度延误和由于施工误差引起的质量问题,对装配式建筑施工过程进行有效监控是项目成功的关键因素之一。然而,目前施工现场数据的采集主要依靠人工的方式,耗时耗力、信息不全面,三维激光扫描技术的出现为采集施工现场数据提供了一条新的途径。为了更好地对装配式建筑施工过程进行管理,本文提出一种基于点云模型特征提取的装配式建筑施工过程监控方法,文章的主要内容如下:1)论文介绍了装配式建筑施工质量和进度监测的数据指标及现有获取方法、三维激光扫描基础理论,并利用三维激光扫描仪完成了施工现场点云数据的采集,获取了装配式建筑施工现场的点云数据。2)基于PCL平台对点云数据进行预处理,并完成预制构件分割及其几何特征提取与测量。针对原始点云数据存在噪声点、数据量大的问题,通过构建拓扑关系、抽稀、去噪等步骤完成预处理;根据装配式框架结构空间位置关系及几何特点,设计分割算法流程实现从整体点云中分割出柱、梁两类典型预制构件;通过对单根柱、梁构件点云数据的处理,获得预制柱、梁构件的几何尺寸信息。3)对装配式建筑施工质量进行监测。通过三维激光扫描技术来确定场地设计标高;模拟预制构件拼装施工,实现对钢筋是否弯折、偏位的快速检查;通过求取拟合平面法向量与垂直方向单位向量（?）=（0,0,1）的夹角α检测墙体的垂直度;利用点云切片提取预制柱中轴线来检测柱体的垂直度;以各点到拟合平面的中误差来表示板面平整度。4)对装配式建筑施工进度进行监测。利用Revit创建装配式建筑的BIM设计模型,通过旋转矩阵变换和链接模型坐标系完成点云模型和BIM设计模型的定位配准,将点云模型和BIM计划模型对比实现对施工进度的可视化监测。5)在上述研究的基础上,对基于点云模型特征提取的装配式建筑施工过程监控系统进行设计,并建立了监控系统数据库,为系统开发做准备。系统总体架构包括四个层次,功能应用层包括三个主要功能模块,通过各功能模块实现对装配式建筑施工过程的监控。

现有的抗震设计通过提高结构的强度和延性提升其抗震能力,但忽视了结构的可修复性。摇摆结构通过放松基础或构件之间的约束,允许结构或构件在地震作用下发生摇摆,并利用摇摆引起的局部集中变形将损伤控制在摇摆界面上,减少结构主体的损伤和残余变形,便于修复,是一种具有可持续性的损伤可控结构。本文对摇摆结构的研究进行了分类,并详细介绍了不同类型摇摆墙结构的研究及应用。针对既有研究的不足,本文创新地提出一种阻尼器可更换的带有弹性可恢复角部的新型损伤可控摇摆墙,并将该新型损伤可控摇摆墙嵌入框架中以创新地组成新型内嵌损伤可控摇摆墙-框架结构。本文通过试验研究、理论分析和有限元模拟等方法从构件和结构层面对该新型结构的抗震性能进行了分析,并创新地提出了一种该结构用于加固的设计方法。新型损伤可控摇摆墙由摇摆体、角部单元、连接梁、可更换剪切阻尼器和预应力筋等组成。通过重复使用2套钢筋混凝土摇摆体,改变剪切阻尼器、角部弹性体以及预应力等条件进行拟静力试验,本文探究了新型损伤可控摇摆墙的耗能、变形和自复位性能,验证了其损伤可控、残余位移小以及修复便捷的特征。为分析新型损伤可控摇摆墙的性能,本文将摇摆墙的运动分为摇摆前和摇摆后两个阶段。建立摇摆构件弹塑性分析模型解释角部弱化的摇摆构件在摇摆运动前的变形,提出一个损伤影响系数考虑角部弱化对摇摆构件整体的影响,并用新的有效刚度系数考虑计算中的塑性变形。用简化刚体模型推导该损伤可控摇摆墙在摇摆运动后的几何特性和滞回性能,关注预应力筋锚固位置的影响和摇摆过程中的竖向位移。将摇摆前后两阶段的分析模型调整组合为新型损伤可控摇摆墙的分段分析模型,并通过试验和模拟验证其准确性。基于分析模型得出,增大角部弹性体刚度、预应力筋面积和初始预应力可提高墙体的刚度和承载力;增强阻尼屈服力虽然可显著提高墙体的承载力和耗能能力,但会削弱墙体的自复位能力,因此阻尼的屈服力不宜过大。基于ABAQUS和PERFORM-3D两款不同的软件平台,分别对新型损伤可控摇摆墙的实体有限元模型和纤维宏观模型进行了构件层面的模拟。实体有限元模型可模拟出摇摆体在往复过程中出现的滑移和不协调转动、上连接梁的抬升转动以及预应力的变化,模型的滞回曲线与试验和理论模型基本吻合。纤维宏观模型中使用只受压不受拉的剪力墙单元模拟摇摆界面,用橡胶隔震单元模拟金属阻尼器,可基本模拟出新型损伤可控摇摆墙的运动状态,模型的滞回曲线与分析模型基本相同。明确新型损伤可控摇摆墙的性能后,本文用理想弹塑性的内嵌层间摇摆墙-框架简化分析新型内嵌损伤可控摇摆墙-框架结构的特点。将框架梁约束摇摆墙抬升的能力简化为两端固支的弹性梁在某点的刚度,提出一种计算模型并通过实体有限元模型验证其准确性。提出一种用于内嵌层间摇摆墙-框架结构的纤维宏观模型,并与实体有限元模型交叉验证建模的准确性。有限元模拟的结果表明,内嵌摇摆墙使框架梁在支撑位置产生明显的竖向抬升;内嵌摇摆墙使得多层框架的层间变形趋于均匀,但结构的层间变形仍为剪切型;框架的跨度越小或内嵌摇摆墙的宽高比越大,则结构的刚度和承载力越大,多层结构的层间位移越均匀。应当控制框架的跨度不宜过小且摇摆墙的宽高比不宜过大,以防止楼板变形过大发生破坏。使用经过验证的建模方式建立实体有限元模型和纤维宏观模型,通过静力弹塑性分析和地震响应分析对比某8层框架结构和对应的包括新型内嵌损伤可控摇摆墙-框架在内的多种不同类型的墙-框架结构的抗震性能。新型内嵌损伤可控摇摆墙-框架的第一阶振型周期减小幅度明显,因而在该类结构的设计中需要考虑振型周期减小后结构所受地震力的变化。传统的剪力墙-框架结构在合适的设计下可以获得优异的结构性能,在不要求控制残余位移的情况下是简洁优异的结构形式。新型内嵌损伤可控摇摆墙-框架用于加固时,控制结构最大位移和残余位移的效果最佳,但用于新建结构时的性能与传统剪力墙-框架接近。由于新型损伤可控摇摆墙是预制构件,在工期紧张且成本允许时适合用于加固既有框架。新型损伤可控摇摆墙的上连接梁和框架梁间的约束对结构整体的性能有较大影响,在设计中应考虑实际的构造情况。本文通过多个线性多自由度体系的振型和地震响应发现,结构刚度整体按比例变化时,固有振型及其质量参与系数不变,振型周期平方的比值和结构刚度比值的倒数相等;楼层刚度自底层向顶层减小的幅度越大,分级的梯度越多,则第一阶振型的形状越接近直线,对应的质量参与系数越小。在第一阶振型占主要贡献的结构中,可通过提高横向刚度抑制结构位移的方法进行抗震加固,并根据地震力的增量设计加固构件的承载力。本文根据上述结论,借鉴利用墙体控制结构层间变形均匀的既有研究成果,考虑限制摇摆体的宽高比以控制抬升过程中对框架梁的不利影响,提出了一种新型损伤可控摇摆墙加固框架结构的设计方法。利用该设计方法对某5层框架案例进行了抗震加固,通过时程分析和易损性分析确认了设计理论的准确性和加固结果的可靠性。

耗能杆（Energy Disspation Bar,EDB）是一种利用内核圆棒发生轴向塑性变形滞回消耗地震能量的金属阻尼器,布置在装配式混凝土结构中可提升节点和结构的耗能能力。耗能杆主要由耗能内核和约束套管两部分组成,耗能内核承受轴力,约束套管为耗能内核提供侧向支承,避免耗能内核受压发生低阶屈曲破坏。因为约束套管的限制作用,耗能杆内核可以在拉压时均达到全截面屈服从而充分发挥钢材良好的滞回耗能性能。为了充分发挥耗能杆优良的抗震性能,必须防止其发生整体和局部失稳而提前破坏,而国内外相关研究较少,为此对于耗能杆的稳定性研究具有重要的现实意义。本文在课题组提出全钢部分约束耗能杆（Partially restrained Energy Disspation bar,PED）的基础上,通过理论和试验研究了影响其整体稳定与局部稳定的影响因素,主要工作如下:（1）完成了11根部分约束耗能杆整体稳定试验。试验结果表明,约束套管壁厚越大、内核弹性段与屈服段截面面积比越小,部分约束耗能杆的整体稳定性越好。此外,即使耗能杆在最大加载幅值下未发生整体失稳,耗能杆在持续的较小加载幅值下仍有可能进入整体失稳。（2）基于有限元软件ABAQUS建立了部分约束耗能杆实体模型,数值分析结果与试验结果吻合较好。接着,通过参数分析研究了内核屈服段长度、屈服段与约束套管间隙、弹性段长度等对耗能杆整体稳定的影响。在考虑部分约束与全约束约束效果差异的基础上,提出了适用于部分约束耗能杆整体稳定的设计方法。（3）完成了8根部分约束耗能杆的内核局部失稳试验,试验结果表明,加载制度、内核外伸段长度、内核弹性段与屈服段截面面积比均会影响耗能杆外伸段的局部稳定。传统设计方法中以控制截面边缘屈服作为外伸段的失稳准则低估了构件实际的承载能力,因此建议将控制截面的边缘纤维达到抗拉强度作为判定外伸段失稳的依据。（4）建立了附加耗能杆的自复位装配式混凝土梁柱节点数值模型,比较了水平布置与斜向布置、强轴布置与弱轴布置、斜向布置角度以及固接与铰接等多种布置方式对耗能杆整体稳定的影响,并提出相应的布置建议。