模块化钢结构建筑凭借标准化、集成化和工业化等优势，迅速得到了学术界和工程界的青睐。以模块间连接节点强度不足、相邻构件协同工作性能差和结构鲁棒性弱这3个问题为切入点，归纳了国内外模块化钢结构建筑中采用的半刚接和刚接节点，从力学机理和施工安装两个维度论述了现有模块间连接节点的发展与不足，提出了“梁端-柱端混合式连接”的解决思路。针对模块化钢结构建筑的模块间梁-梁、柱-柱协同工作，分析其与钢-混凝土组合梁和格构柱的异同，在考虑建筑装修及施工的基础上提出了非连续连接组合梁（柱）的解决思路，然后总结了模块化钢结构建筑鲁棒性的影响规律。基于现有研究成果，建议在模块间刚性连接节点、非连续连接组合构件及体系分析方面开展更为深入的研究。
为研究冷弯薄壁不锈钢拼合箱形截面短柱的受力性能，对14根拼合箱形截面短柱、6根单肢U形或C形截面短柱及5根腹板开孔拼合截面短柱进行了轴压试验研究，试件材料为S30408奥氏体不锈钢。通过试验得到了不锈钢材料的力学性能指标和轴压试件的极限承载力、荷载-位移曲线，分析了试件的屈曲模式和破坏特征。试验结果表明：试件拼合方式对其极限承载力有显著影响，其中CC截面试件承载力最大，UU截面试件承载力最小；UU截面拼合箱形截面柱的极限承载力大于单肢组成构件的承载力之和；当腹板开孔率小于0.5时，试件极限承载力几乎无削弱。将美国规范ASCE/SEI 8-22现有计算方法与试验结果进行了对比，试验值低于计算方法的计算值，ASCE/SEI 8-22规范方法不能直接用于计算冷弯薄壁不锈钢拼合箱形截面轴压短柱承载力。
反应釜工作时会对搭载其的钢框架施加较大的高频动荷载，但是目前此类钢框架结构的设计主要采用静力方法，忽略了反应釜运转对其的影响。提出了一种质量点和梁单元结合的模拟反应釜动力体系及其与钢框架连接的简化方法，可高效获得反应釜运转时钢框架的动力响应。基于现行标准《容器支座 第4部分：支承式支座》（NB/T 47065.4—2018），分析了反应釜支座底部节点与整体框架的承载能力，以及不同反应釜搅拌叶片旋转方向下的动力响应，并进行了该类结构的优化设计研究。结果表明：按现行标准设计的反应釜支座与连接节点为结构的薄弱部位，而基于钢材S-N疲劳曲线进行优化设计的支座能够使结构在正常工作范围内保持弹性；采用“相邻各异”的搅拌方向可以使反应釜搭载结构具有最小的弹性变形。研究结果可为相关设计工作提供参考。
相较于分块预制桥面板，横向全宽预应力预制桥面板的整体性更好，施工更快捷，因此在装配式组合梁桥中具有较好的应用前景。负弯矩作用下预制桥面板的湿接缝连接是受力的关键部位，因此对负弯矩作用下全宽预应力预制桥面板组合梁的力学性能进行研究，考察了横向预应力筋数量、预应力筋布置方式、剪力连接程度、接缝处材料对结构破坏模式、开裂荷载、抗弯承载力、荷载-位移曲线等力学特性的影响，揭示了预制板接缝处的应力分布规律；针对完全剪力连接的预制桥面板组合梁，提出了负弯矩作用下挠度计算的改进有效惯性矩叠加法，该方法考虑了纵横向预应力的影响，与数值分析结果吻合较好；针对部分剪力连接组合梁，对比了国内外相关规范，发现我国《钢结构设计标准》的适用性更强。
为准确评估钢管混凝土拱桥地震损伤，将拱桥系统视为串-并联体系，即将拱桥系统各关键体系进行串联，而不同关键体系的单个构件之间则分别采用串联或并联形式。以某钢管混凝土拱桥为研究对象，通过时程分析和神经网络预测获得拱桥各构件的地震响应值，基于Copula函数分别得到拱桥各关键体系易损性和整体系统易损性，并与基于一阶界限法得到的系统易损性进行对比。研究结果表明：通过神经网络预测可以获得准确的拱桥结构地震响应值，当地震动峰值加速度A PG为0.4g时，预测准确率超过90%，并且随着A PG的增大，准确率逐渐提高；拱桥各关键构件体系中，拱上立柱体系失效概率最高，在抗震设计时应对其采取减隔震措施，风撑体系的失效概率最低，进行拱桥系统易损性分析时可忽略风撑体系的影响；基于串-并联体系的拱桥系统易损性介于一阶界限法的上界和下界之间，当A PG=0.3g时，轻微、中等和严重损伤状态下串-并联体系的系统失效概率分别为98%、94%及25%，与一阶界限法上界的相对偏差分别为-1.4%、-3.1%及-16%，与下界的相对偏差分别为0.6%、3%及11%，钢管混凝土拱桥采用串-并联体系进行系统易损性分析明显更合理。
为解决钢管混凝土柱与柱连接节点现场焊接导致的污染严重、建设效率低等问题，结合十字形芯筒方便加工和施工的优点，在课题组提出的自攻螺栓芯筒式柱节点的基础上，提出一种新型连接节点，即内置十字形芯筒方钢管混凝土柱全螺栓装配式连接节点。基于该连接节点的拟静力试验结果，利用ABAQUS软件建立数值分析模型，以验证模拟方法的可靠性，并针对自攻螺栓、加劲肋和十字形芯筒的不同构造组合开展参数化分析。研究结果表明：数值分析结果与试验结果吻合较好，验证了数值分析方法的可靠性；自攻螺栓有效抑制了法兰板的翘曲变形和相对开口，使节点抗弯承载力平均提高了19.94%，延缓了节点的刚度退化；加劲肋抑制了法兰板变形，使节点抗弯承载力平均提高了3.70%，但增大了法兰板发生相对开口的可能性；十字形芯筒有效抑制了法兰板的翘曲变形和柱壁局部鼓曲，提高了节点承载力和刚度，延缓了刚度退化。总体来说，加劲肋对该节点抗弯承载力的影响不大，且增大了上下法兰板的相对开口。因此可将方钢管混凝土柱全螺栓装配节点优化为芯筒和自攻螺栓的组合形式，十字形芯筒与自攻螺栓和混凝土之间具有良好的协同工作机制，优化前后的节点均能实现“强节点、弱构件”的性能化设计目标，可在实际工程中应用。
提出了一种四边连接圆形压痕钢板剪力墙，采用数值方法评估了其滞回性能，并与传统平钢板剪力墙和开圆孔钢板剪力墙的滞回性能进行了对比分析。此外，系统地研究了压痕孔径、压痕孔距、压痕深度、钢板厚度、钢材强度和压痕布置方式等参数对四边连接圆形压痕钢板剪力墙滞回性能的影响。分析结果表明：该压痕钢板剪力墙的抗侧刚度和水平承载力介于传统平钢板剪力墙与开圆孔钢板剪力墙的相应值之间，通过优化压痕设置，可实现其抗侧刚度与抗剪承载力的合理匹配。钢板厚度和钢材强度对压痕钢板剪力墙滞回性能影响显著，随着钢板厚度、钢材强度等级的增加，其水平承载力呈增大趋势。压痕孔径、压痕孔距和压痕深度对压痕钢板剪力墙滞回性能有一定影响，随着压痕孔径的增加，其水平承载能力呈下降趋势；随着压痕孔距的增加，其水平承载力与抗侧刚度呈增大趋势；随着压痕深度的增加，其水平承载力、抗侧刚度均呈降低趋势，但耗能能力呈增大趋势。压痕布置方式对压痕钢板剪力墙的滞回性能、抗侧刚度及水平承载力影响不显著。
为实现双钢板混凝土组合剪力墙构件在地震荷载下的精细化数值模拟，提出了可以考虑钢板局部屈曲和失效的单轴材料模型CFSTsteel，该模型可以隐式计算钢板在循环荷载作用下，由于板件局部失稳所表现出的具有路径依赖特性的循环强化和软化效应。基于OpenSees开源计算软件，建立了双钢板混凝土组合剪力墙的纤维模型，并利用该模型对两个足尺双钢板混凝土组合剪力墙试件在罕遇地震动加载制度下的滞回行为进行了模拟，计算结果表明：相较于采用传统的不考虑循环退化的钢材单轴本构Steel02，采用CFSTsteel的纤维模型可以更好地模拟双钢板混凝土组合剪力墙构件在低周往复荷载作用下的刚度和承载力退化行为。CFSTsteel单轴材料模型已被添加至OpenSees单轴材料模型库中。
为促进建筑工业化和住宅产业化，提高框架-支撑结构体系的抗震性能，提出了部分包覆钢-混凝土组合（partially encased composite， PEC）支撑。对3个采用PEC支撑的PEC框架试件和1个采用钢支撑的PEC框架试件进行了低周往复加载试验，研究了各试件的破坏模式、初始刚度、极限承载力、耗能能力等指标。结果表明：PEC框架与PEC支撑之间协同工作性能良好；相较于纯钢支撑，PEC支撑更具优势，初始刚度提升了24%~41%、极限承载力提升了29%~36%，耗能能力提升了7%~17%。基于试验结果，采用ABAQUS软件进行非线性有限元分析，还原了试件的局部屈曲和整体失稳等几何非线性行为，有限元模拟与试验得到的屈服荷载和峰值荷载的误差均小于10%，表明该模型可以较准确地模拟试件的承载特性。有限元分析结果表明：PEC支撑会先于框架梁和柱进入塑性阶段，符合预期的结构破坏顺序；在钢支撑节点腹板两侧浇筑混凝土或增设钢板加劲肋均能有效抑制此处发生应力集中和钢板局部屈曲。
为了探讨较大长宽比的超高层框-筒结构加强层数量的确定以及加强层构件的布置，并得到既满足结构需要，又能尽量降低加强层引起的结构竖向刚度和内力突变所带来的不利影响的加强层设置方案，以青岛海天中心T2塔楼作为研究对象，基于ETABS软件建立三维结构模型进行分析。在对比了按照传统原则设置的加强层方案和改进方案后，提出了基于该结构的一种较大长宽比超高层框筒结构加强层的设置原则：在刚度较小的方向上布置伸臂桁架和腰桁架，在刚度较大的方向上不布置伸臂桁架，只在两端跨内布置腰桁架，这样既能满足结构对侧移和层间位移角的需求，又能使层间位移角突变和内力突变降低，同时减小加强层处两个主轴方向的刚度差异，对结构最有利。
钢螺旋楼梯结构因其特殊的异形结构，受力情况复杂，使得在进行稳定性设计时，尤其是在确定计算长度时，无法通过传统线性分析来准确预测其力学响应。引入直接分析法以克服这些限制，综合考虑结构整体性和构件初始缺陷，为此类结构的分析和设计提供一种高效且安全的解决方案。以一个具体工程为例，使用NIDA软件进行直接分析法的稳定性研究，并将所得结果与一阶线性分析的结果进行对比。研究考察了在全跨满载、左半侧满载、右半侧满载和不同扇形组合活荷载分布下楼梯结构的力学响应，以及不同支座条件对楼梯结构响应的影响。结果表明，直接分析法得到的最大构件应力比一阶线性分析结果高，应力比达到0.993，相应的竖向位移更为显著，最大为0.348 m，印证了二阶效应的重要性。在设计钢螺旋楼梯结构时，应特别考虑活荷载的不利分布，左半侧满载条件下的设计更为不利。对于活荷载的扇形分布，位于楼梯中跨的扇形区域3和4的影响最大。此外，顶部支座刚度的增加有助于降低应力比，但同时会导致二阶弯矩因二阶效应而增大。研究结果对于指导钢螺旋楼梯结构的分析和设计具有重要意义。
提出了一种新型免拆模钢筋桁架楼承板（PFCB-钢筋桁架楼承板），该楼承板由钢筋桁架和纤维水泥底板通过自攻螺钉和连接件预制连接而成。为研究PFCB-钢筋桁架楼承板在施工阶段的受力性能，并考虑施工时混凝土砂浆中水分或降水天气对纤维水泥板底模的影响，对PFCB-钢筋桁架楼承板进行了饱水状态下的承压能力试验。采用有限元软件对楼承板结构进行了参数化分析，得到了楼承板极限承载力与刚度的变化规律，发现PFCB-钢筋桁架楼承板在均布设计组合荷载以及集中荷载下性能良好，极限荷载下跨度为 3 600 mm试件的挠度控制在6~8 mm；改变自攻螺钉间距与钢筋桁架高度对试件的承载力影响比较显著。
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