目前国内外应用最为广泛的钢塔筒与刚性混凝土基础风机结构体系力学性能存在局限性，同时对其抗震性能的研究明显不足，其应用于山区风场时存在运输困难和成本高的问题。本研究拟开展新型预应力砼-钢组合塔筒与柔性基础风机结构体系的性能及优化研究。首先，采用混凝土塑性损伤本构模型分析该结构体系的静力弹塑性性能，研究其承载力、破坏模式与机理，重点关注连接段混凝土的复杂应力状态，探讨预应力水平对其力学性能的影响，通过模型试验校验数值模型。其次，开展基于精细化有限元模型推覆分析和比例模型拟静力试验研究其抗震性能，关注其破坏模式。再次，建立考虑该结构体系造价及其动力性能的多目标函数，考虑强度、稳定性及疲劳等约束条件，基于粒子群优化算法，研究在风及地震荷载共同作用下结构体系的优化问题。最后，对优化结构体系进行数值模拟和比例模型试验验证。本研究将为我国风资源丰富的偏远山区以及地震区新型风电结构的应用奠定基础。

随着风电机单机功率与塔架高度的不断提高，在山区风场建设中，传统钢塔筒与刚性钢筋混凝土基础风机结构体系存在构件运输困难、风险高、道路建设等附加成本高和环境破坏等问题。本项目研究提出了一种新型预应力混凝土-钢组合塔筒与柔性基础风机结构体系，通过比例模型试验和数值模拟研究了结构整体以及连接性能，并开展了该结构体系的优化研究，具有重要的工程应用价值。主要成果如下：（1）建立了预应力混凝土-钢组合塔筒与柔性基础结构体系。通过试验和数值模拟研究了该结构体系的力学行为，特别是预应力混凝土、钢塔段及连接段的受力特征；（2）建立了考虑土-结构相互作用的组合塔筒精细化模型，研究了不同地基条件下钢塔筒及组合塔筒应力状态及振动特性；（3）提出了三种新型预应力混凝土-钢组合塔筒连接段结构方案，通过试验和数值模拟研究了这三种方案的受力行为和变形特点，数值模拟结果与试验结果吻合良好。三种新型连接段结构方案可有效控制混凝土最大拉应力；（4）对组合塔筒及连接段缩尺模型进行了抗震性能试验研究。结果表明，组合塔筒塑性变形能力较强，抗震性能好；（5）开展了基于压电陶瓷的混凝土-钢组合风电塔架连接段的缩尺模型的损伤监测试验研究，结果表明，基于压电陶瓷测量信号的分析可对混凝土风电塔架初始裂缝的产生及裂发展进行有效监测；（6）建立综合考虑结构造价以及结构受力特性（特别是动力特性）的优化目标函数，基于粒子群智能优化算法，对预应力混凝土-钢组合塔筒结构体系进行优化研究，通过数值模拟对优化结果进行了验证，为该结构体系的实际应用和优化设计提供了基础。各预定工作均按计划完成，相关成果以期刊与国际会论文以及授权发明专利等形式体现。 2100433B

钢－混凝土组合结构体系能够充分发挥钢材与混凝土的性能，应用于超高层建筑结构具有显著的经济技术效益和社会效益。目前，国内外对组合构件已开展了大量的研究工作，但在结构体系层次上的研究还不成熟。本项目通过对超高层结构的优化分析，提出组合筒体－组合框架结构、巨型组合框架结构、钢－混凝土组合转换层和组合加强层结构等新型结构体系。通过对这些新型结构体系及其关键部位的试验，并结合数值计算和参数分析，将重点研究新型组合结构体系考虑滑移效应的空间计算理论，建立考虑二阶效应的局部与整体稳定分析理论，并提出系统的抗震设计理论。在总结上述研究成果的基础上，将建立新型钢－混凝土组合结构体系及其关键部位的设计方法，并提出相应的构造措施。项目的研究成果将有利于进一步提升我国超高层建筑结构的科技含量，对促进我国建筑行业的创新与发展有所贡献。 2100433B

主要研究由薄壁多边形钢管和冷弯薄壁型钢与混凝土组合而成的梁、柱等轻钢组合构件的静力工作性能；研究由上述组合构件组成的单层、中低层房屋建筑的高效结构体系；研究新型结构体系的节点构造方法和静、动力工作性能；探索薄钢组合构件的抗火性能。薄钢组合结构是近年来才发展起来的新型结构。外包薄壁型钢可兼做梁、柱的模板，还可起到部分受力钢筋或约束箍筋的作用；混凝土的存在提高了薄壁钢构件的局部屈曲强度和结构的抗火及防腐性能。由于它兼具了薄钢和混凝土结构的优点，在国外受到了较为广泛的关注。但国内外的研究主要集中在薄钢组合构件的构造形式和工作性能上。本课题的重点是结合我国国情，研究开发具有自主知识产权的低成本新型高效薄钢组合结构体系和相应的节点构造形式，使其综合经济指标接近于相应的砖混结构体系，为发展国民经济特别是中西部和广大农村经济,改善人居环境，实现城镇建设的结构现代化做贡献。