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。

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。

为了研究7075-T6高强铝合金方管的轴心受压承载力，制作了9个试件进行轴心受压试验，得到了试件的极限承载力、破坏模式和荷载-轴向位移曲线。进行了试件的有限元数值分析，并将数值分析结果与试验结果对比，验证了有限元数值分析的准确性。采用有限元数值分析进行参数分析，获得了适用于7075-T6高强铝合金方管构件的整体稳定系数-相对长细比曲线，讨论了当相对长细比变化时局部屈曲对承载力的影响。结果表明，7075-T6高强铝合金方管具有一定的延性；建立的有限元模型可以精确模拟试件加载的全过程以及极限承载力；文中提出的整体稳定系数-相对长细比曲线的准确性比弱硬化曲线的准确性更好；对于同种截面，相对长细比不同的试件，局部初始几何缺陷对于试件极限承载力的影响是不同的。

ALC墙板已成为装配式建筑结构中一种常用的墙体形式，但在正常使用中经常出现墙体开裂，对建筑的美观和耐久性产生了不利影响。为研究内嵌ALC墙板抗裂性能及其对钢框架受力性能的影响，本文设计两榀足尺单层单跨刚接钢框架-内嵌ALC墙板试件并进行拟静力试验，墙体与钢框架分别使用内置锚连接和管卡连接两种方式，同时变化不同墙体饰面做法，经过实测得到试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线并观察试验现象。试验结果表明，两个试件的滞回曲线都是比较饱满的滞回环，内置锚试件的承载力略高于管卡试件的承载力，两种试件都具有良好的协同工作能力。综合考虑承载力和刚度，内置锚试件的抗侧性能优于管卡试件。采用改性双组分MS胶作为ALC墙板和钢框架连接材料，比采用聚氨酯发泡作为连接材料墙体开裂更晚，说明MS胶具有良好的变形能力，有助于提高墙体的抗裂性能。

基于模块墙轻钢混凝土框架结构体系，提出了一种适用于该体系的轻钢混凝土组合柱-H型钢梁节点。为研究此节点的力学性能，对3组梁柱节点试件进行了单调加载试验。试验结果表明，在梁端单调荷载作用下，节点呈现出明显的半刚性特征。节点的破坏表现为型钢拼合柱内钢材的屈服变形和混凝土的开裂，并且随着顶角钢弯曲变形加大和加劲肋焊缝裂缝发展，最终节点失效。应用ABAQUS有限元软件进行了精细化模拟。结果显示有限元模型的变形过程和破坏特征与试验结果相吻合。考虑H型钢梁截面高度、C型钢厚度和角钢厚度三个关键参数，进行了参数分析。结果显示，通过增大梁截面高度和角钢连接件厚度能显著提高节点的抗弯承载力和初始转动刚度。相反，增加C型钢厚度对节点的抗弯承载力影响有限，对初始转动刚度的影响也较小。

为高强钢在低温环境下的应用提供试验数据和建议，本文重点围绕焊接热输入和接头母材的不同交货状态这两个关键影响因素，选取控轧控冷（TMCP）和调质（QT）两种交货状态的20 mm厚Q550D和Q690D高强钢，分别进行1.0 kJ·mm^-1、1.5 kJ·mm^-1和1.9 kJ·mm^-1三种常见的气保焊焊接热输入的接头制备、韧性试验检测和对比分析，进行了不同交货状态下对接接头的母材、焊缝区和热影响区（HAZ）的夏比冲击功及其变化规律，以及韧脆转变温度的研究。结果表明：焊接热输入对接头各位置冲击韧性的影响不明显，而交货状态不同则接头呈现出不同的冲击韧性，其中QT态钢板焊接接头热影响区的冲击韧性要优于母材和焊材，而TMCP态钢板焊接接头热影响区的冲击韧性则低于母材和焊材；对控制工况下的韧脆转变温度的研究表明，本文所用的高强钢低温敏感性较好。

新型T形头单向螺栓能够有效解决传统高强螺栓无法直接应用于钢梁-钢管柱栓接节点的问题。然而，采用此类新型螺栓连接的梁柱节点中各组件承载机理尚不明确，有待进一步探索。T形头单向螺栓连接节点的特征在于端板及钢管柱壁上具有栓孔形状。为探索此类新型连接节点中端板及钢梁组件的力学响应与承载机理，文章基于组件法，通过有限元分析软件ABAQUS对T形件节点的抗拉性能展开了系统的数值分析。主要研究内容和结论如下：建立了精确的节点三维有限元模型，研究了T形头单向螺栓连接T形件节点中翼缘出现的5种典型屈服线模式，并开展了广泛的参数分析。最后基于虚功原理及屈服线理论，给出T形头单向螺栓连接T形件节点的屈服承载力计算公式。

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。

在型钢混凝土组合结构中使用超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，简称UHPC）可以提高结构的承载能力、减小截面尺寸，同时能改善结构中因密集配置箍筋和剪力件而导致的施工复杂等问题。目前对于型钢UHPC组合梁在进行有限元仿真分析时，主要集中在受弯性能的参数化定性分析方面，而忽略了型钢与UHPC间黏结滑移方面的研究，缺少对其界面黏结性能和组合效应的评估，对UHPC受拉区的受力性能也缺乏深度讨论。本文对型钢UHPC组合梁开展基于ABAQUS的受弯性能有限元仿真分析，对UHPC的强度、型钢强度、纵向配筋率和配钢率进行参数分析。研究了荷载-跨中挠度曲线、截面应变分布，界面黏结应力分布以及UHPC受拉区性能。结果表明：（1） 组合梁在加载过程中可分为完全弹性阶段、损伤工作阶段、塑性强化阶段和延性发展阶段四个阶段；（2） 受拉区的UHPC在处于峰值荷载状态时仍可以在一定程度上参与截面抗弯，基于参数分析提出了UHPC受拉区等效应力折减系数的取值建议；（3） 型钢上的翼缘黏结应力主要集中在加载处，下翼缘黏结应力分布则受裂缝开展的控制，应在设计中通过设置剪力连接件或在型钢表面进行处理等方式改善型钢与UHPC界面的黏结性能；（4） 组合梁在设计过程中应限制型钢的强度和配置率，以保证组合梁具有良好的延性和受拉区UHPC具有良好的抗拉性能。

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。

大跨度屋盖钢结构采用分块分步整体提升的施工工艺，施工过程中结构体系和边界条件存在突变，且整体提升为动态施工过程，整个过程结构的受力状态存在突变。针对整体提升等动态施工过程，基于时间序列一阶差分，提出应力和变形变化率指标；根据施工过程模拟结果和3σ准则，提出应力和变形的三级预警机制和预警阈值。对某K6网壳静力加载试验进行全过程构件应力和结构变形监测，并对监测结果进行分析和预警。结果表明，网壳结构在发生整体坍塌前，结构受力状态具有明显的非线性特征。提出的应力和变形变化率指标及预警机制能在网壳结构发生整体坍塌前，对受力状态的非线性变化进行有效预警，提醒使用人员提前做好应急措施。将提出的变化率监测指标和预警机制应用于上海松江站屋盖钢结构整体提升过程中，验证提出方法的可行性和有效性。结果表明，变化率指标及其预警机制，可对提升过程中的荷载和边界条件突变导致的结构受力性能突变有效预警，验证了本文提出方法的适用性。

可替换剪切耗能梁段作为与偏心支撑钢框架分离设计的独立耗能部件，不仅能在大震发生时将结构的塑性变形局限在耗能梁段区域内，更重要的是可以方便震后对结构的修复。文中制作了3榀该钢框架结构的缩尺模型，并对其进行了单向振动台试验，得到了结构的动力特性、塑性发展情况及破坏机理，并对模型的应力分布、位移响应、加速度响应等进行了分析研究。结果表明：该模型具备良好的耗能性能，剪切耗能梁段与防屈曲支撑构件分批耗能使得结构在地震作用下有较好的抗震性；带有可替换剪切耗能梁段的防屈曲偏心支撑钢框架构件的最大层间位移角符合规范要求，并且拥有良好的安全和强度储备；结构的变形以剪切变形为主，各层间剪力增幅相对均衡，且结构具有优良的抗震性能，大震下可降低多层结构的加速度放大系数， 有效减小结构的动力响应。

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。

通过10组轴压试验对双剪拼接角钢主材的轴心受力性能进行了研究，探究了不同节点螺栓连接长度（120 mm、180 mm、240 mm）和包钢面积比（1.08、1.22、1.31）对拼接角钢主材轴心受力性能的影响，从试验构件的受压极限破坏模式、极限承载力和荷载-位移曲线三个方面展开了对比分析，研究表明：当角钢主材无拼接节点时，其轴压极限破坏模式表现为跨中截面处发生绕主轴的弯扭屈曲破坏，平面外变形最大，扭转变形小；当角钢主材采用双剪拼接节点时，其轴压极限破坏模式分为两种情况：当双剪拼接节点处螺栓连接长度不大于120 mm或包钢面积比为1.08时，拼接角钢主材的受压破坏模式以跨中截面弯扭屈曲为主，且伴随有拼接节点破坏；当双剪拼接节点处螺栓连接长度大于120 mm且包钢面积比大于1.08时，拼接角钢主材的受压破坏模式为跨中靠近节点处弯扭屈曲与斜材处局部屈曲的耦合破坏。结合试验结果对规范现有计算方法进行了论证分析，给出了L125×10角钢主材的构造设计建议，该研究结论有利于推动输电线路结构设计技术的发展，为输电线路结构设计规范的编制完善奠定了技术基础。

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。

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。

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。

提出了一种轻钢-钢纤维再生混凝土组合柱，为研究其轴心受压性能，设计了5组不同构造的短柱试件进行轴压试验，包括1组型钢试件和4组组合柱试件。以截面构造、钢纤维体积率和再生混凝土强度为变化参数，研究不同参数对组合柱破坏特征、荷载-位移曲线、承载力、刚度、延性的影响。结果表明：提出的轻钢-钢纤维再生混凝土组合短柱可以提高轻钢柱的稳定性能，并且能显著提高轻钢柱的承载能力；轻钢-钢纤维再生混凝土组合短柱的承载能力随着钢纤维体积率的增加而提高，钢纤维对再生混凝土裂缝的发展起到约束作用，且能降低试件的损伤程度和刚度的退化程度；轻钢-钢纤维再生混凝土组合短柱的承载能力随着再生混凝土强度的提高而提高，但延性会相应降低。在参考规范后，建立了适用于轻钢-钢纤维再生混凝土组合短柱的受压承载力计算公式。

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。

在既有混凝土框架结构中引入Y形偏心钢支撑，可得到新型既有混凝土框架-Y形偏心支撑结构，其具有抗侧刚度大、抗震性能好、震后功能可恢复等特点。其中，既有混凝土梁-耗能段组合节点（ECB-SL组合节点）是实现新型结构预期性能的关键之一。基于此，设计4种基于端板连接、U形-侧面连接、U形-角钢螺栓连接、U形-三面连接的ECB-SL组合节点试件，并进行往复加载试验研究，得到各节点的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、割线刚度、耗能能力和荷载-应变曲线。结果表明，基于端板连接、U形-侧面连接、U形-角钢螺栓连接的试件承载能力不足，且节点破坏均为非预期的锚栓被拔起或混凝土被拉裂。基于U形-三面连接的试件经历了耗能段屈服、耗能段屈曲、既有梁开裂、裂缝发展和耗能段破坏阶段，其破坏模式、超强系数和塑性转角均与纯短剪切型耗能段的对应值相同，设计时建议使用。