古塔是宝贵的建筑遗产。开展古塔地震损伤机理与分析模型的研究，提出有效的抗震分析与鉴定方法，是文物保护的关键性工作。本项目以汶川地震受损古塔为典型，研究受损结构动力特性的变化规律，探讨古塔地震损伤机理与特征的表达方法，主要内容为：（1）基于无损测试的古塔隐蔽工程参数和损伤状态的识别与模拟技术；（2）综合古塔结构组成、场地环境等地震作用影响因素的整体结构动力学模型的构建方法。 经过课题组三年来的努力，各项研究工作按计划执行，并取得以下四项代表性成果。 （1）基于砖石古塔震害程度的地震烈度评价参考标准。以汶川地震灾区的六十多座砖石古塔的统计分析资料为依据，针对古塔的建筑结构特征、地震损伤规律以及文物修复的特定要求，确立了古塔震害分级定义；提出了蕴含中国历史文化特色的，与现行《建筑抗震设计规范》设防烈度相对应的，基于砖石古塔震害程度评价地震烈度的参考标准。 （2）基于无损测试的古塔隐蔽工程和损伤状态的识别模拟技术。针对砖石古塔构造特征与砌体结构裂缝规律，建立了探地雷达（GPR）图谱特征与古塔内部构造、残损状况的对应关系，编制了基于MATLAB的GPR测试结果模拟分析程序；根据古塔的结构类型、材料特征及场地状况，归纳了环境脉动测试与计算机模拟综合确定古塔动力特性的方法，提出了考虑地基作用的古塔有限元建模方法。 （3）地震作用下砖石古塔破坏机理的理论与试验研究。研究了传统砖砌体的材料破坏准则，提出了采用显式积分法对砖石古塔进行非线性动力分析的方法及技术参数，模拟出砖石古塔地震破坏的时序与空间分布特征。应用弹塑性时程分析法对砖石古塔在地震作用下的动态反应进行分析计算，归纳出变形与内力反应规律, 揭示出砖石古塔竖向中轴截面劈裂、顶部1/3以上脱落、局部压溃的破坏机理；首次进行了小尺度砖石古塔模型的振动台试验，对古塔在地震作用下的破坏机理进行了验证研究。 （4）现代建筑材料加固砖石古塔的工艺与抗震性能研究。针对古塔震害特征和环境因素，研究钢材、砌体以及粘接材料的风化腐蚀作用规律，优选了材料配方；完成了古塔灌浆围箍加固砌体墙的抗震性能试验，确定了加固材料的合理设置方法；针对砖石古塔竖向劈裂的震害现象，提出了预应力碳纤维板围箍加固古砖塔的工艺，研制了碳纤维板的张拉锚固一体化装置。 本项目的研究成果将有利于建筑遗产减灾理论体系的建设，也可为我国众多亟待鉴定和加固的古塔提供有益的参考。 2100433B

砖石古塔融合了中外文化与建筑艺术的精华，是人类宝贵的遗产。开展古塔地震损伤机理与分析模型的研究，提出有效的抗震分析与鉴定方法，是地震区文物防灾减灾的关键性工作，具有重大的经济价值和社会意义。本项目以汶川地震受损古塔为典型，重点研究受损结构动力特性响应的变化规律，探讨古塔地震损伤机理与损伤特征的表达方法，主要内容为：（1）基于无损测试与模态拟合的古塔隐蔽工程参数和结构损伤状态的识别与模拟技术；（2）综合古塔结构组成、建筑特征、场地环境等地震作用影响因素的整体结构动力学模型的构建方法。通过研究，将进一步完善我国古塔防震减灾的理论分析体系，推动现代测试模拟技术在古建筑保护中的应用。项目的研究成果可为众多亟待检测和加固的古塔提供有益的参考，并可为国家制定相应的规范提供基本的依据。

年代久远、自然环境恶化不仅加剧了古塔结构的损坏和老化，更严重的是导致古塔结构变形日趋严重并逐渐呈现结构失稳状态。古塔是古代的高层建筑，其变形是结构稳定性评估最重要的评判指标。本项目通过砖石古塔基本特点的分析，对影响其变形的主要因素进行研究，采用各种不均匀应力水平状态下土体流变的计算方法，根据塔身材料在应力和环境偶合作用下的衰减规律，建立砖石古塔结构变形预测模型。通过对砖石古塔结构变形突变点的预测，达到评估古塔结构安全性和稳定性的目的，为评估古塔安全提供依据，为维修和管理提供参考。本项目首次从单体研究上升为规律性的结构变形预测模型研究，并用信息扩散技术解决数据不足的问题，具有重要的科学意义。该研究的成果可以直接应用于我国的古塔保护，具有明显的实用价值。 2100433B

目录

前言

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 结构损伤模型研究与发展 3

1.2.1 材料层次损伤模型 3

1.2.2 构件层次损伤模型 7

1.2.3 结构层次损伤模型 8

1.3 高层建筑结构构件计算模型 9

1.3.1 梁柱构件的模拟 10

1.3.2 剪力墙的模拟 12

1.4 高层建筑结构地震损伤分析方法的研究与发展 14

1.4.1 有限单元数值封算方法 15

1.4.2 离散单元数值计算方法 15

1.4.3 有限元-离散元棍合数值计算方法 16

1.5 高层建筑结构地震失效模式优化理论的研究与发展 16

1.6 高层建筑结构基于MR阻尼器的地震损伤控制理论研究与发展 17

参考文献 19

第2章 高层建筑结构竖向构件地震损伤分析 36

2.1 考虑损伤累积效应的钢柱损伤演化分析 36

2.1.1 损伤模型 36

2.1.2 损伤累积效应的影响 42

2.1.3 损伤演化规律 45

2.2 钢筋混凝土柱基于易损性的地震损伤评估 48

2.2.1 精细化分析模型 48

2.2.2 地震损伤评估 50

2.3 钢筋混凝土柱基于能量阔值的地震损伤分析 54

2.3.1 基于能量的损伤模型 55

2.3.2 损伤演化分析 59

2.4 钢筋混凝土剪力墙损伤演化分析 63

2.4.1 损伤模型 63

2.4.2 损伤演化分析 66

参考文献 71

第3章 高层铜框架结构地震损伤分析 75

3.1 考虑损伤累积效应的地震倒塌分析 75

3.2 Benchmark钢框架结构倒塌模拟分析 77

3.2.1 分析模型 77

3.2.2 失效极限荷载 78

3.2.3 失效路径与倒塌过程模拟 83

参考文献 86

第4章 高层铜框架-混凝土核心筒结构地震损伤分析 89

4.1 基于等效刚度的地震损伤模型 89

4.2 地震损伤演化分析 90

4.2.1 分析模型 90

4.2.2 响应分析 92

4.2.3 损伤演化规律与倒塌分析 98

4.3 钢-混凝士结构地震损伤演化过程振动台试验 102

4.3.1 试验模型 102

4.3.2 试验工况 104

4.3.3 试验结果 107

4.3.4 基于等效刚度的整体损伤模型应用 119

4.3.5 损伤演化与失效过程分析 123

4.4 基于贝叶斯理论的地震损伤演化分析 134

4.4.1 贝叶斯理论 134

4.4.2 基于贝叶斯理论的地震易损性分析方法 139

4.4.3 试验模型结构基于贝叶斯理论的地震损伤分析 141

参考文献 154

第5章 高层钢结构基于等抗震性能的地震失效模式优化 158

5.1 基于等抗震性能的优化设计 158

5.1.1 设计理论 158

5.1.2 损伤准则 159

5.1.3 抗震性能指标 162

5.1.4 优化流程 162

5.2 失效模式单目标优化设计与分析 164

5.2.1 分析模型 164

5.2.2 优化过程 167

5.2.3 优化分析 171

5.3 失效模式多目标优化设计与分析 179

5.3.1 铜板剪力墙数值模拟方法 179

5.3.2 分析模型 180

5.3.3 优化过程 181

5.3.4 优化分析 182

参考文献 188

第6章 高层钢结构基于性能的地震失效模式识别与优化 190

6.1 基于损伤与越能的结构失效模式识别与多目标优化 190

6.1.1 损伤指数 191

6.1.2 能量指标 194

6.1.3 失效模式优化 194

6.1.4 算例分析 195

6.2 基于概率的结构主要失效模式识别方法 204

6.2.1 各失效模式下结构失效概率 204

6.2.2 失效模式识别步骤 205

6.2.3 算例分析 206

6.3 基于截面损伤指数的结构失效模式多目标优化 215

6.3.1 截面损伤指数 216

6.3.2 失效模式多目标优化 217

6.3.3 算例分析 217

参考文献 230

第7章 高层钢结构基于MR阻尼器的非线性地震损伤控制 232

7.1 非线性半主动控制平台 232

7.1.1 半主动控制流程 232

7.1.2 基本控制方程 234

7.1.3 MR阻尼器的出力模型 235

7.1.4 半主动控制律 236

7.1.5 MR阻尼器优化设计 237

7.2 高层钢框架结构非线性地震损伤控制 238

7.2.1 分析模型 238

7.2.2 损伤控制效果 239

7.3 钢板剪力墙结构非线性地震损伤控制 244

7.3.1 分析模型 244

7.3.2 动力时程响应 246

7.3.3 损伤控制效果 251

参考文献 256

第8章 高层铜-混凝土结构基于MR阻尼器的非线性地震损伤控制 257

8.1 钢筋混凝土剪力墙损伤准则 257

8.2 算例分析 259

8.2.1 混合结构的数值模拟 259

8.2.2 分析模型 259

8.2.3 动力晌应 261

8.2.4 损伤控制效果 263

参考文献 268

第9章 钢混摄土结构非线性地震损伤控制模型试验 269

9.1 半主动控制系统设计 269

9.2 模型设计与试验工况 270

9.2.1 试验模型 270

9.2.2 试验工况 273

9.2.3 MR阻尼器 273

9.3 试验结果与分析 275

9.3.1 峰值响应控制效果 275

9.3.2 动力响应控制效果 278

9.3.3 能量耗散控制效果 282

9.3.4 损伤控制效果 285

9.4 试验模型结构损伤演化数值模拟 289

9.4.1 混凝土损伤本构模型 289

9.4.2 应变反演 290

9.4.3 等效纤维单元模型 292

9.4.4 数值模拟结果 294

参考文献 297

索引 2992100433B

本书系统地总结和阐述了高层建筑结构地震损伤演化分析、失效模式识别与优化、基于磁流变阻尼器的非线性地震损伤控制的原理与方法等。主要内容包括高层建筑结构竖向构件地震损伤分析，高层钢框架结构、高层铜框架温凝土核心筒结构地震损伤分析，高层钢结构基于等抗震性能的地震失效模式优化，高层钢结构基于性能的地震失效模式识别与优化，高层钢结构、高层钢泪凝土结构基于MR阻尼器的非线性地震损伤控制，以及钢棍凝土结构非线性地震损伤控制模型试验等。