大跨度屋盖结构在风的作用下展现出复杂的空气动力效应，风荷载的时频特性难以用解析的形式表达。结合大量典型大跨屋盖结构的风洞试验数据，从频域角度对屋盖表面的脉动风压进行了定量化研究，建立了风压谱模型参数与风振响应和等效静风荷载的联系，提出了一套基于风压谱的大跨屋盖结构抗风设计理论。主要内容及成果包括：（1）对五种典型大跨屋盖（平屋盖、悬挑屋盖、柱面屋盖、球面屋盖、鞍形屋盖）的1730组工况18048个样本的风洞测压数据进行频谱分析，总结出一种形式统一的风压谱工程模型。（2）探讨大跨屋盖表面风荷载分区原则，在K-means聚类分析方法基础上建立风荷载分区方法，并通过MATLAB编制风荷载分区程序。（3）提出了“阵风响应包络法”以表达大跨屋盖结构的等效静风荷载。对上述五种典型大跨屋盖的不同的空间网格结构形式，进行了23940组工况的参数化风振响应分析，考察了屋盖几何特征、来流条件及结构参数对背景及共振效应系数的影响。通过统计分析，总结了典型屋盖结构等效静风荷载的取值建议。（4）为了能充分利用数据库中的风荷载数据，确定了基于数据挖掘技术进行风荷载预测的基本流程。针对典型的大跨度空间屋盖形式，分别建立了风荷载预测模型，基于MATLAB搭建了大跨度空间结构风荷载预测平台。(5) 在上述研究的基础上，开发并集成为大跨屋盖结构抗风设计软件（WRDS）。其中，将风压谱建模作为一种高效的风洞试验数据预处理及数据压缩手段，并将风压谱模型参数作为数据训练及预测、风振响应分析、等效静风荷载估计、随机模拟等功能模块的重要输入参数，为大数据时代大跨屋盖结构的智能化抗风设计发展奠定了基础。 2100433B

大跨屋盖形体多样，绕流特性复杂，风荷载描述难以统一，这在一定程度上制约了其抗风设计理论的发展。通过对大量已有风荷载数据的统计挖掘，提取共性规律，建立普适风荷载模型是解决该问题的有效途径。而风荷载数据具有量大、维数高、格式复杂等特点，常规的数据统计方法难以整理。为此本项目拟引入大数据理论，力求在风荷载数据的挖掘、参数化建模和风荷载预测等方面有所突破。具体内容包括：研究风荷载数据有效信息筛选及信号降噪、高维数据挖掘算法等关键应用技术；对风荷载统计量与频谱的参数化建模、基于聚类算法的风荷载参数分区和基于多元统计学的风荷载参数敏感性分析等问题进行深入研究，提出风荷载参数化模型的统一表达形式；结合CFD数值模拟、神经网络预测和数据仓库技术，探讨数据集成标准，实现风荷载数据库拓展升级，建立大跨屋盖风荷载智能预测系统。希望通过本研究，形成较为完整的大跨屋盖风荷载知识体系，并为工程抗风设计提供有力支撑。

大型复杂结构地震灾变机理的分析理论是当前和今后结构抗震研究的热点和难点。课题组围绕大跨混凝土桥梁地震灾变机理和抗震性能，进行了理论研究和试验验证。研究内容涉及：1）文献分析，指出当前大型复杂桥梁结构地震灾变研究手段的局限性；2）理论模型，根据大跨桥梁震害机理分析的需求，发展了基于损伤本构理论模型的分析方法，给出了计算大型桥梁地震损伤分析的纤维梁模型；3）数值算法，发展了基于变分理论的损伤本构算法，编制了基于大型商业软件的二次开发子程序；4）考虑结构灾变过程中的多重非线性效应（材料、几何、损伤以及阻尼、支座等边界非线性）；5）试验验证，根据理论研究是需要，设计了21个正方形实心和空心、矩形空心截面桥墩模型，进行了拟静力试验研究，关于试验过程的数值模拟显示，给出的理论模型是合理的。 2100433B

针对大跨结构中网格屋盖与支承结构及地基的协同工作进行理论分析与试验研究，探索适用于大跨结构的整体抗震分析方法。研究涉及大跨网格屋盖-支承结构-地基协同工作精细化模型的建立、振动台试验研究、结构动力特性和抗震性能分析等内容。协同工作精细化模型研究重点解决结构与地基的相互作用问题，确定适用于大跨网格结构地基的边界条件，为结构整体分析提供理论基础；振动台试验围绕试验模型的相似规律，设计出合理的试验模型，对结构的动力特性和抗震性能进行全面测试，考察地基与结构相互作用对结构抗震性能的影响；结合精细化模型和试验结果，对结构动力方程开展算法研究，解决协同工作计算中的收敛性与速度问题，并基于现有的有限元软件进行二次开发，编制专用分析程序进行参数分析，考察基础土体参数、基础形式、屋盖结构及支承结构刚度、地震动输入激励等因素对结构抗震性能的影响；最后基于参数分析，提出实用分析方法，使项目研究成果便于工程应用。