童根树 - 浙江大学 - 建筑工程学院

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浙江大学建筑工程学院
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个人简介

童根树，男，生于1963年11月生，浙江建德人。现任浙江大学教授，博导。 1979年7月—1983年7月：浙江大学土木系结构工程专业本科生； 1983年9月—1988年6月：西安建筑科技大学建工系结构工程专业硕士生、博士生； 1988年6月获工学博士学位； 1988年7月在西安建筑科技大学建工系任教。 1993年4月定教授职称； 1994年8月至1995年2月在德国波鸿鲁尔大学建筑工程学院做高级访者。 1995年12月至今在浙江大学土木系任教。 1991年1月被国家教委和国务院学位委员会评为“做出突出贡献的中国博士学位获得者”。 1992年获“政府特殊津贴” 1997年:“宝钢高炉焦炉转炉干式煤气柜及附属设备的抗震验算”冶金部科技进步三等奖3/3 2007年“高层建筑钢结构设计技术”获浙江省科技进步二等奖，1/5 2007年：指导的2005年毕业的博士张磊获2007年全国百篇优秀博士学位论文提名奖 2009年:“现代钢结构稳定性关键技术研究与应用”2009年国家科技进步二等奖2/15 2017年，参与编制的《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015获建设部“华夏建设科学技术奖”一等奖排第四。 2018年，参与编制的《门式刚架轻型房屋技术规范》GB51022-2015获CECS协会“标准科技创新奖”一等奖，排第三。出版6本专著，参与主编《钢结构设计手册》： 1《钢结构的平面内稳定》童根树著（2005第1版，55w字） 2《钢结构的平面外稳定》童根树著（2007第1版，58w字） 3《钢结构设计方法》童根树著（2007第1版，53.7w） 4《薄壁曲梁的线性和非线性分析》童根树许强著（2004）26万字 5《钢结构的平面内稳定》童根树著（2015第2版,107.2w字） 6《钢结构的平面外稳定》童根树著（2013年第2版，95.4w字） 7《钢结构设计手册》，但泽义主编，柴昶，李国强，童根树副主编，313.7万字，主笔三章，主审6章参编规范： (1)国家规范《钢结构设计规范》GB50017-2003,2017编制组主要成员(2018.7.1实施) (2)行业规范《高层建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015(2016.5.1实施) (3)国家规范《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB50122-2015编制组主要成员(2016.8.1实施)； (4)国家规范《冷弯薄壁型钢技术规范》GB50018编制组成员（201x,进行中） (5)国家规范《温室结构设计规范》GB/T51xxx,主要成员，征求意见阶段…. (6)国家规范《工业建筑抗震设计规范》编制组成员（进行中） (7)《香港和邻近地区钢结构设计规范》顾问成员（已实施） (8)行业规程《钢拱结构设计规程》JGJ/T249-2011编制组成员（已实施） (9)行业规程《钢框架内墙墙板结构技术规程》编制组主要成员（报批阶段） (10)CECS协会标准《钢管混凝土束剪力墙组合结构技术标准》主编，T/CECS 546-2018,2019.1.1实施 (11)CECS协会标准《波纹钢管管廊技术归程》主编，征求意见阶段。 (12)地方标准《基坑工程装配式型钢组合支撑应用技术规程》,DB 33/T1142-2017编制组成员教学工作结构稳定理论（硕士生）高层钢结构设计（硕士生）薄壁结构稳定（硕士生）稳定理论基础（硕士生）钢结构（1)（普通高校本科生）高层钢结构设计（硕士生）结构稳定性理论（硕士生）薄壁结构稳定（硕士生）结构稳定理论基础（硕士生）钢结构（1)（普通高校本科生）结构稳定性理论（硕士生）结构稳定理论基础（硕士生）高层钢结构设计（硕士生）结构稳定性理论（硕士生）结构稳定理论基础（硕士生）钢结构（1)（普通高校本科生）钢结构（1)（普通高校本科生）高层钢结构设计（硕士生）结构稳定理论（硕士生）工作研究项目多高层钢结构失稳模式判定准则及其稳定性计算国家自然科学基金20081231 高频焊接H型钢等延性和滞回性能试验浙江杭萧钢构股份有限公司20061231 马鞍山高炉粗煤气系统马鞍山钢铁设计研究院20050931 永康五金城二期浙江大学设计研究院20051204 临平休闲街钢结构计算分析浙江大学建筑设计研究院20041231 东方电气重型机器有限公司钢结构项目机械部第2设计研究院20050403 变截面薄腹板梁抗剪进行强度试验浙江杭萧钢构股份有限公司20051201 国际风筝放飞场浙江大学建筑设计研究院20041231 自承式钢模板试验 20021231 Z形檩条试验 20021231 钢结构设计 20021231 钢结构设计 20021231 高层钢结构设计技术 20010631 薄壁钢曲梁的稳定极限承载力 20001231 国家自然科学基金，冷弯型钢檩条的稳定性，2014 教学与课程 1钢结构设计，本科课程 2结构稳定理论基础，专业基础课（面向全校） 3薄壁构件稳定，专业基础课（选修） 4高等钢结构原理，专业选修课 10.承担国家级科研项目情况 (1)“三种屋面系统中冷弯薄壁型钢檩条的稳定性设计方法”国家自然科学基金面上项目，编号51478421，2015.1-2018.12，应用基础研究，进行中 (2)“薄壁钢曲梁的稳定极限承载力”，国家自然科学基金面上项目，编号59778037，起迄年月1998.12000.12，应用基础研究，已经完成。 (3)“多高层钢结构失稳模式判定准则及其稳定性计算”，国家自然科学基金面上项目，批准号50578140，2006.12008.12，应用基础研究。 (4)“钢结构的延性和抗震设计理论“，国家自然科学基金面上项目，批准号51078328，2011.12013.12，应用基础研究。 (5)“十二五”国家科技支撑计划《新型钢结构民用建筑成套技术开发与应用》项目二级课题子项目“耐火钢-混凝土组合结构的抗火设计方法研究”，已完成。 (6)”十三五”科技部重点项目”绿色建筑与建筑工业化“子课题“建筑钢结构体系研究及工程示范设计方法”研究，正在进行中。出版著作 1童根树著《钢结构的平面内稳定》中国建筑工业出版社2005年10月出版,2007年6月第2次印刷ISBN 7-112-07317-0 56.5万字(本书最后附有每章习题，可作为本科生选修课和研究生必修课教材，作为结构工程硕士研究生基础教材），2次印刷 2童根树著《钢结构的平面外稳定》中国建筑工业出版社2007年1月ISBN 978-7-112-08712-9 58万字(本书也有习题，可作为结构工程钢结构方向研究生的教材，习题可以来函索取） 3童根树著《钢结构设计方法》中国建筑工业出版社2007年11月ISBN 978-7-112-09589-6 53.7万字（本书是'高等钢结构理论”的参考教材之一，是高层次专业人才继续学习的好材料，3次印刷,浙江大学“高等钢结构”课程的教材） 4童根树，许强著《薄壁曲梁的线性和非线性分析理论》科学出版社2004年1月ISBN 7-03-012404-9 26万字 5童根树著《钢结构的平面内稳定》2015年4月，国家科学技术出版基金资助；中国建筑工业出版社，107.2万字，有习题 6童根树著《钢结构的平面外稳定》2013年1月，中国建筑工业出版社，95.4万字，有习题 7《钢结构设计手册》，但泽义主编，柴昶，李国强，童根树副主编，260万字，主笔三章，主审6章主要研究成果目录（截至2007年12月) 1.在杆系结构稳定理论和非线性分析方面的贡献 1.1薄壁构件弯扭稳定新理论及其应用 1.2拱的稳定新理论 1.3能够通过“刚体检验”的平面和空间杆系弹塑性非线性分析理论和方法 1.3.1平面梁柱弹塑性大挠度分析理论：引入横向正应力的影响 1.3.2空间梁柱弹塑性大挠度分析理论：引入横向正应力的影响和半切向扭矩的处理 1.3.3薄壁构件框架结构有限元分析中第七个自由度向整体坐标系的转化问题的解决 2.薄壁圆弧曲梁的线性和非线性新理论 3.框架稳定理论： 3.1框架弹性稳定理论 3.2按照整层失稳的模式计算框架稳定性的方法 3.3全面考虑梁柱截面剪切变形影响的框架稳定理论 4.框架－支撑结构双重抗侧力体系 4.1双重和多重抗侧力体系的弹性稳定的重要规律 4.2双重抗侧力结构体系中框架柱的弯矩放大系数 4.3理解双重和多重抗侧力结构抗侧力性能和稳定性能的串联－并联电路模型： 4.2多层和高层钢结构的稳定性设计计算 5.巨型框架结构和伸臂－支撑架－框架结构的稳定性研究 6.增强结构和构件稳定性的支撑的设计要求 6.1增强柱子稳定性的单柱和柱列支撑 6.2保证几何不变性的支撑 6.3锅炉构架的平台梁 6.4不通过剪切中心的压杆支撑 6.5侧向支撑的单梁、相互支撑的平行梁系、斜平面内支撑的压杆 6.6隅撑支撑的梁和柱 7.结构稳定理论各个方面的发展和完善 7.1 Shanley模型论述的改进 7.2格构式压杆单肢失稳和整体失稳的相互作用理论 7.3基于荷载负刚度理论的两个推论 7.4确定任意钢构件截面在轴力和双向弯矩作用下极限屈服曲面的精确方法 7.5门式刚架稳定性研究的四点成果 7.6工字钢框架梁负弯矩区的畸变屈曲 7.7钢-混凝土组合梁考虑界面滑移的截面抗弯刚度的更合理的公式 7.8屈曲前与屈曲后薄壁截面的自由扭转刚度相等的论断 8.钢梁腹板局部承压应力及其各种应力作用下的弹性屈曲和极限承载力研究 8.1吊车轮压荷载作用下钢梁腹板边缘局部承压应力计算公式 8.2考虑翼缘对腹板屈曲约束的一系列研究 8.3薄腹板梁腹板的考虑局部屈曲后强度的抗剪极限强度计算新公式 9.钢结构弹塑性动力学和抗震设计理论 9.1框架结构的动力塑性安定定理及其应用 9.2对耗能能力作用的新认识 9.3在国际上首次将延性和耗能能力作为两个独立的变量，研究它们各自对抗震设计的意义 9.4地震波两种特征周期的发现 9.5基于两个特征周期的标准化弹塑性强度系数谱 10.各种类型巨型壳体类钢结构设计方法的研究 1 MAN型，KLONNE型，Wiggins型巨型干式煤气贮柜钢结构 2筒仓钢结构 3巨型冷却塔钢结构 4 LNG(液化天然气）贮柜钢结构 11.外伸加劲端板梁柱螺栓连接节点及钢管混凝土格构柱肩梁节点设计方法的研究 1、在杆系结构稳定理论和非线性分析方面的贡献（1）在各种杆系结构的稳定和非线性分析理论中全面引入横向正应力的非线性应变能的影响。引进它，同时抛弃荷载非线性功，得到的屈曲理论才符合经典的屈曲问题的变分法原理，得到的有限元法非线性分析几何刚度矩阵才能顺利通过为保证UL法结果收敛性所必须的“刚体检验”。（2）看似微不足道的横向正应力，对屈曲问题是如此重要，是因为：屈曲前保持平衡的各个应力分量，屈曲后各自的二阶效应会俩俩相互抵消一部分。忽略任何一个应力分量，就会使某个(些)二阶效应不能得到抵消，从而可能导致不正确的结果。这方面的成果体现在如下3个大的方面和曲梁稳定理论中： 1.1薄壁构件弯扭稳定新理论及其应用（收入《钢结构的平面外稳定》）（1.1.1）指出了前人各种理论在推导过程中引入的使人误入歧途的简化或假定以及逻辑上的不完整性。（1.1.2）通过引入横向正应力的非线性应变能，抛弃荷载的非线性功，作者提出了单轴对称截面梁的新的弯扭屈曲总势能：解决了国内外对横向荷载作用下简支梁弯扭屈曲临界弯矩计算存在两种公式的矛盾。上述总势能能够适应任何受力情况的单轴对称截面梁屈曲问题的求解。（依据现有的其他总势能编制软件，作为通用软件用，得到的临界荷载，不是对所有问题都是正确的）。（1.1.3）作为推广，得到了新的薄壁构件弯扭屈曲一般理论及其总势能，通用的有限元程序应按照这个总势能编制，才能确保所有情况下均得到正确解。（1.1.4）新的假想荷载法。发现已有文献中假想荷载法和能量法中考虑的非线性因素是不一样的，两者不可能推导出相同的屈曲微分方程。只有附加引入横向正应力非线性应变能、抛弃荷载非线性功的能量法和经过补充改进、引入横向正应力影响的假想荷载法，才能得到相同的屈曲微分方程。（1.1.5）应用1：对弯扭屈曲理论应用最有用武之地的各种吊车梁的弯扭屈曲问题（吊车梁设置水平隅撑、两根平行吊车梁共同承受荷载、两跨连续吊车梁承受移动荷载）得到了数值解，并都提出了精度很高的计算公式；这些问题均是国际上首次研究，连续吊车梁、隅撑支撑吊车梁的成果均在杭萧钢构股份有限公司的实际工程中得到了应用，编制了计算软件，节省用钢量1~2kg/平米。（1.1.6）应用2：对中心和偏心侧向支撑的梁，承受相同荷载的相互支撑的平行梁系，斜平面内侧向支撑的压杆（如铁塔角钢）等的弯扭屈曲临界荷载，得到了解析解。（1.1.7）对悬臂梁的弯扭屈曲，得到了更为简单，精度更好的解。（1.1.8）变截面梁的弯扭屈曲理论：同样采用了考虑横向正应力和剪应力的非线性应变能的方法进行了推导，得到了较为复杂的总势能。提出了弯扭屈曲临界弯矩计算公式。 1.2拱的稳定新理论（收入《钢结构的平面内稳定》）圆弧拱屈曲理论似已完善，其实不然：两铰拱引入中面不可伸长假定后，拱的弯曲失稳理论给出临界荷载。但它与不采用这个假定的、采用实体单元的屈曲分析得到的值比较反而更小，这就带来逻辑上的疑问：中面不可伸长等效于轴压刚度无穷大，为什么其临界荷载反而比轴压刚度有限的拱的临界荷载更小？分析发现，采用中面不可伸长假定后相当于多了一个方程，会使环向平衡方程得不到满足。在拱稳定理论中的贡献在于：（1.2.1）将横向正应力的非线性应变能引入拱的稳定理论中，采用正统的能量原理，建立了新的屈曲理论和非线性分析理论；（1.2.2）在径向保向的均布压力作用下拱的弯曲失稳问题中，得到新的临界荷载公式这个公式与目前各种更加精细的非线性有限元屈曲分析得到的结果非常吻合。通过这种一致，新理论的正确性进一步得到了验证。 1.3能够通过“刚体检验”的平面和空间杆系弹塑性非线性分析理论和方法（1.3.1）平面梁柱弹塑性大挠度分析理论：引入横向正应力的影响（收入《钢结构的平面内稳定》）：梁柱UL法大挠度有限元分析的几何刚度矩阵必须通过“刚体检验”，即原来平衡的单元，在单元及两端的杆端力一起发生刚体转动后，平衡状态保持不变。几何刚度矩阵必须能够在数学上重现这种平衡。目前的大挠度分析理论在建立几何刚度矩阵时，经过不同的简化才能够得到满足这种检验的几何刚度矩阵。而在引入横向正应力的非线性应变能后，无需任何简化就自然得到能够通过检验的刚度矩阵，使得理论上的推导更加顺畅。（1.3.2）空间梁柱弹塑性大挠度分析理论：引入横向正应力影响和半切向扭矩的处理（收入《钢结构的平面外稳定》）：构造了能够通过“刚体检验”的考虑翘曲变形影响的薄壁杆系弹塑性非线性分析的虚功原理。创新要点是：（i）全面引入横向正应力和剪应力的非线性应变能；（ii）考虑了翘曲变形，对各种截面中翘曲扭矩的半切向和切向性质进行了详细的分析，推导了显式公式；（目前国际上已有的理论一个节点仅6个自由度，未考虑翘曲）。（1.3.3）薄壁构件框架结构有限元分析中第七个自由度向整体坐标系的转化问题的解决（收入《钢结构的平面外稳定》）目前各种著名软件(ANSYS，ABQUAS)都认为，三个相互垂直的汇交于一个节点的6根杆件，在节点处的翘曲自由度相同，即与整体坐标不同方向的各单元的翘曲自由度，无需转换地组装到整体刚度矩阵中去。对这个问题的研究，得到了：（i）普通梁柱节点部位，梁的翘曲自由度和柱子翘曲自由度成负号相等的关系，即。（ii）对仅斜向加劲的梁柱节点，梁端翘曲自由度和柱端翘曲自由度不相同，梁柱在节点处的双力矩与柱端和梁端翘曲自由度的关系为和。这些结论已经为采用板壳体单元的有限元分析结果所验证。通过上述研究，为正确地进行薄壁构件组成的空间框架的有限元法内力、稳定性和极限承载力分析部分地扫除了最后一个障碍。 2.薄壁圆弧曲梁的线性和非线性理论（总结在《薄壁曲梁的线性和非线性分析理论》中） 2.1国际上首次从公认的薄壁构件两个基本假定（刚性周边假定和中面剪应变为零假定）推导出任意开口薄壁截面曲梁构件弯扭变形时的截面翘曲位移的精确表达式，使得薄壁曲梁弯扭分析理论摆脱 Vlasov以来一直采用的直梁与曲梁类比的推导方法。因为已经表明在能量法中应用这种类比进行拱的弯扭屈曲研究，会导致错误的结果。 2.2利用导得的翘曲坐标参量，在曲梁的线性理论中定义了两个新的力素和，翘曲扭矩和剪力和这两个量的导数相等，而不是与传统定义的双力矩和平面外弯矩的导数相等。这对于简化表述曲梁的线性弯扭理论特别有用。 2.3建立了完善的线性分析理论。特别是，对于单轴对称截面的曲梁的线性理论，新理论中包含了过去类比法得到的理论中所不包含的项，并用完善后的微元体平衡法论证了新出现项的必然性。 2.4采用新的翘曲位移，并引入横向正应力的非线性应变能，抛弃了荷载的非线性功，建立了曲梁弯扭变形非线性分析和薄壁圆弧拱平面外弯扭屈曲新理论。 2.5理论应用：对工字形曲梁进行了弹塑性非线性分析，在国内的专著中首次介绍弹塑性问题的非线性迭代求解过程中出现的虚假卸载现象及其避免方法，最后提出了曲梁弹塑性弯扭失稳的稳定系数计算公式，进行了试验验证，提出了曲梁稳定实用简化计算公式，填补了国内空白。 3.框架稳定理论(收入《钢结构的平面内稳定》）： 3.1框架弹性稳定理论：（3.1.1）发现框架弹性失稳时层与层相互作用的一个规律：某一层的每一个柱子，因为向相邻层提供支持（或从相邻层得到支持）而使自身的临界荷载降低（或增加）的比例是相同的。（3.1.2）根据上述规律，利用压杆临界荷载和两端转动约束的关系，提出了“合并解法”，通过求解一元二次方程(底层和顶层)或一元三次方程(中间层)就能够获得考虑层与层、柱与柱相互作用的多层多跨框架的屈曲荷载和框架柱的计算长度。通过合并解法，学生和工程技术人员对框架失稳时各构件的相互作用有了更清晰的掌握。（3.1.3）提出并论证了框架有侧移失稳的计算长度系数就是柱子的抗侧刚度系数，从而肯定了计算长度系数的持久的应用价值。（3.1.4）提出了重力荷载负刚度的概念，提出了它的简单计算公式：，对给出了计算公式，其值范围为1~1.216；实际应用时根据偏于安全的原则，可以取1，1.1或1.2。（3.1.5）易于掌握的框架失稳准则：荷载负刚度的效应在多层和高层结构的分析中也被前人提出过，但是本人提出这个概念的目的及其用途完全不同，它是用于如下框架稳定性的准则： (线性分析得到的层抗侧刚度)＋(层荷载的负刚度之和)＝0，这个准则普通工程师很容易掌握和计算，具有重要的应用价值。（3.1.6）上述的初等代数方法，可以方便地应用于厂房的单阶和双阶柱的平面内有侧移失稳和平面外无侧移失稳临界荷载和计算长度系数的计算，从而为柱顶弹性约束的复杂的厂房柱的计算长度系数提供了简便的工具。 3.2纯框架按照整层失稳的模式计算稳定性的方法（收入《钢结构设计方法》）（3.2.1）提出了框架按照整层失稳的计算所需要的“层长细比”概念及其计算公式；（3.2.2）通过大量分析得到并验证了“弹塑性层稳定系数”的计算公式；（3.2.3）提出了按照层整体失稳模式计算时：（i）压弯杆平面内稳定性的计算公式；（ii）垂直平面是框架时的平面外稳定性的计算公式；（iii）垂直平面是支撑体系时的平面外稳定性计算公式；（3.2.4）提出了垂直平面分别是纯框架和支撑框架时，按照整层失稳模式计算的双向压弯杆的稳定性计算公式；（3.2.5）提出了整层失稳计算时的长细比限值建议；（3.2.6）按照整层失稳计算时，必须防止最薄弱的柱子发生无侧移失稳的验算措施；（3.2.7）论证了在存在摇摆柱的情况下如何按照层失稳的模式计算框架的弹塑性稳定性。上述成果已经作为一个附录“按照整层模式失稳的框架柱稳定性计算”提交给《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2007编制组。 3.3全面考虑梁柱截面剪切变形影响的框架稳定理论目前文献仅在研究单个压杆的稳定时考虑了剪切变形的影响，对于框架，特别是多层框架，几乎没有涉及。但是有一些结构，例如（i）梁和柱子均为格构式构件的情况(格构式门式刚架)；（ii）高层建筑中的巨型框架结构，均需要考虑梁柱截面剪切变形的影响，作者对全面考虑剪切变形影响的框架的稳定性进行了系统的分析和讨论。（3.3.1）针对抗弯刚度无限大、剪切刚度有限的压杆，提出了压杆剪切失稳的概念；（3.3.2）将格构式压杆的失稳解释为剪切失稳和弯曲失稳的相互作用，将压杆剪切失稳提升到与弯曲失稳相同的理论高度。相互作用后的临界荷载可以采用Rankine公式与弯曲临界荷载和剪切临界荷载相联系；（3.3.3）推导了Timoshenko’s压杆的转角位移方程；（3.3.4）两端转动约束的Timoshenko’s杆的有侧移屈曲和无侧移屈曲的临界荷载和计算长度系数；（3.3.5）考虑二阶效应的Timoshenko’s压杆的抗侧刚度；（3.3.6）侧向支撑的Timoshenko压杆的临界荷载；（3.3.7）对单层单跨Timoshenko’s框架的有侧移屈曲和无侧移屈曲进行了详细的分析；（3.3.8）对多层多跨的Timoshenko’s框架，同样采用7杆模型，对有侧移屈曲和无侧移屈曲进行了详细的分析。两篇论文正在发表中。 4、框架－支撑结构双重抗侧力体系(部分收入《钢结构的平面内稳定》部分收入《钢结构设计方法》） 4.1双重和多重抗侧力体系的弹性屈曲的重要规律双重抗侧力结构，可以两个都是剪切型、两个都是弯曲型、两个都是弯剪型，或者一个弯曲型一个剪切型、一个弯剪型一个剪切型或一个弯曲型一个弯剪型等等。（4.1.1）对双重抗侧力体系的侧向稳定性，采用双重弯剪型连续模型进行了研究，在国际上首次得到如下重要结论：双重抗侧力结构的总的临界荷载等于它们各自作为单独结构时的临界荷载和之和，而与两个结构上荷载的分布(即比值)无关。（4.1.2）上述结论具有重要的应用价值：实际双重抗侧力结构中的框架（较小）得到支撑架（较大）的支持，得到支持后框架临界荷载的增加量（即）是。考虑这个增加量，并与框架柱无侧移失稳的临界荷载比较，就可以对双重抗侧力结构体系中的框架部分的失稳模式进行判断，进而选择或计算出合理的框架柱计算长度系数。 4.2双重抗侧力结构体系中框架柱的弯矩放大系数国际上目前仅有框架等剪切型结构的柱端弯矩放大系数。作者对弯矩放大系数的研究推广到了：（4.2.1）对弯曲型支撑－框架结构体系在水平力作用下的线性弯矩和侧移，考虑二阶效应后，提出了框架柱的弯矩放大系数和总体结构侧移放大系数计算公式；（4.2.2）对弯剪型支撑－框架组成的双重抗侧力结构，在水平荷载作用下框架柱部分的弯矩放大系数和总体结构侧移放大系数计算公式。上述研究填补了国际上的空白。 4.3理解双重和多重抗侧力结构抗侧力性能和稳定性能的串联－并联电路模型（4.3.1）线性分析时：每一个抗侧力子结构的剪切柔度和弯曲柔度作为两个串联的电阻构成一个分枝电路，流过这个分枝电路的电流作为这个子结构分担的水平力，多个分枝电路并联；各分枝电路两端电压相等模拟为侧移相等(刚性楼板假定下的位移协调)，总电流模拟为作用在顶部（或等效为顶部）的总水平力；（4.3.2）屈曲分析时：每一个抗侧力子结构的剪切柔度和弯曲柔度作为两个串联的电阻构成一个分枝电路，流过这个分枝电路的电流是其作为独立结构时的临界荷载，多个分枝电路（子结构）并联，各串联子电路的两端的电压相等模拟为侧移相等(刚性楼板假定下的位移协调)，总电流模拟为在顶部（或等效为顶部）的总临界荷载；（4.3.3）上述电路模型为理解多重抗侧力结构的稳定性和抗侧力性能提供了一个简便的工具和模型。这个模型也表明，有些著作上将多片剪力墙的抗弯刚度和抗剪刚度分别相加合成为一片总剪力墙，再与框架相互作用的简化分析方法是不精确的。（a）线性分析（b）临界荷载附图理解双重和多重弯剪型抗侧力结构相互作用的电路比拟 4.4多层和高层钢结构的稳定性设计计算（收入《钢结构设计方法》）（4.1.1）根据对双重抗侧力体系稳定性的系统研究，提出强支撑框架、弱支撑框架的概念，并且在钢结构设计规范GB50017－2003 中得到了首次应用；（4.1.2）在国际上首次完整地整理和完善了钢结构和钢框架的分类方法，总结了与内力分析方法相对应的稳定性计算方法；（4.1.3）提出了考虑了水平力的影响强支撑框架的判定准则，判定准则涵盖了各种类型的双重抗侧力体系；（4.1.4）提出了弱支撑框架柱的稳定计算方法；同样涵盖了各种类型的双重抗侧力结构体系；（4.1.5）提出了剩余刚度概念：水平力使支撑截面提前屈服、刚度下降、从而降低了对框架稳定的支持，扣除水平力影响的支撑架剩余抗侧刚度才能够用来保证支撑架自身和框架的侧向稳定性。（在本项目中，剩余刚度的概念将被推广到所有的承受弯矩的构件及结构：压杆平面内稳定的计算公式在本质的意义上就是验算剩余刚度即扣除弯矩的影响后的刚度是否符合要求）。钢结构和框架的整个分类方法、内力分析方法、与内力分析方法对应的框架柱稳定性计算方法、考虑水平力影响的强支撑框架的判定准则、考虑水平力影响的弱支撑框架柱的稳定性计算方法、各种双重抗侧力体系中框架柱柱端弯矩放大系数的计算公式等等，已经整理成“钢结构和框架的分类及稳定性计算”（建议列为第7章）提交给《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2007编制组。这方面的研究成果以“高层建筑钢结构设计技术”进行鉴定，被评价为“国际领先水平”，获得2007年浙江省科技进步二等奖。 5、巨型框架结构和伸臂－支撑架(剪力墙，核心筒)－框架结构的稳定性研究 5.1对伸臂结构，按照稳定性最好的要求分析了伸臂的最佳位置及其影响参数。 5.2揭示了伸臂结构仍然是双重抗侧力结构：分析发现，核心筒（支撑架）－伸臂带动了部分框架柱的轴向刚度参与伸臂机制的工作，形成子结构1，其余框架结构（及参与伸臂机制工作的柱子的弯曲）是子结构2，即伸臂－支撑架－框架结构的临界荷载仍然是这两部分临界荷载的简单相加。同样提出了伸臂－支撑架－框架这一双重抗侧力结构中的框架部分的失稳判定准则及其稳定性计算公式。 5.3对全面考虑梁柱剪切变形影响的框架结构稳定理论应用于研究巨型框架结构，巨型框架结构中内嵌二级小框架。分析发现这种复杂的结构仍然是双重抗侧力结构，其临界荷载是巨型框架作为单独结构时的临界荷载加上二级小框架本身作为独立结构时的临界荷载之和。根据这个结论，就可以构建二级子框架的柱子计算长度系数确定方法。 5.4通过上述两方面的研究，通过多伸臂结构和多层巨型框架稳定性研究方法和结论之间的相似性，作者提出了将伸臂结构看成是巨型半框架结构的建议，它们不仅在稳定性质上相似，在抗震设计措施上也要基本相同（见《钢结构设计方法》）。 6、增强结构和构件稳定性的支撑的设计要求（6.1~6.3收入《钢结构的平面内稳定》， 6.4~6.6《钢结构的平面外稳定》）为增强主结构的稳定性，支撑体系在各种钢结构中广泛应用，对它们从保证整体结构稳定性的角度提出设计要求（包括刚度要求和强度要求），国内外研究很少。本人对这个方面进行了较为系统的研究，提出了研究此类问题的理论方法，涉及的结构和构件有： 6.1增强稳定性的柱列支撑：对增强柱子及柱列绕弱轴弯曲失稳承载力的支撑的刚度要求和强度要求。这方面的成果已经为《钢结构设计规范》GB50017－2003提供了专门的一条（5.1.7条）。 6.2保证几何不变性的支撑：最近又开展了保持柱列几何不变性的支撑以及既需要保持柱列的几何不变性又要为柱列提供减小计算长度系数的双层支撑的刚度和强度要求，提出了便于规范采用的简单的设计计算公式。 6.3大型锅炉构架周圈多层平台梁设计的刚度和强度要求。这里平台梁是依靠自身在水平面内的抗弯刚度为高达60~100m的承受锅炉本体重量（总重可达8000吨）的柱子提供支撑的，为这个问题提供了解析解，并且考虑缺陷的随机性，提供了强度设计要求。研究结果已经被《锅炉钢构架设计导则》参考。 6.4不通过剪切中心的压杆侧向支撑：对压杆中部设置侧向支撑，但侧向支撑点不通过柱子的剪切中心的情况进行了理论研究，得到的理论结果为解释1978年美国Hartford体育馆网架（容纳5万人）的突然倒塌提供了令人满意的解释(其下弦和腹杆在中部被二级再分腹杆偏心地支撑)。英国Journal of Constructional Steel Research 返回的评阅意见认为论文是“more than satisfactory”。 6.5侧向支撑梁的弯扭屈曲、相互支撑的平行梁系的屈曲，单角钢在一个肢平面内侧向支撑时的屈曲，为类似问题提供了刚度要求和第一批解析解。 6.6隅撑支撑的梁、压杆和压弯杆的稳定性研究，提出了隅撑支撑梁临界弯矩计算公式和隅撑支撑的压杆的临界轴压力的计算公式，以及隅撑支撑的压弯杆屈曲时的轴力和弯矩相关公式。对支撑问题的研究，有多篇论文在国际上广泛引用的美国权威专著《Guide to Stability Design Criteria for Metal Structures》1998年第 5版和美国钢结构LRFD规范（1997，1999，2002和2005年版）以及其他作者引用共10余次引用。 7结构稳定理论各个方面的发展和完善（7.1－7.5收入《钢结构的平面内稳定》， 7.6收入《钢结构的平面外稳定》,7.7收入《钢结构设计方法》） 7.1 Shanley模型论述的改进对目前国内教科书中广泛出现的判定压杆弹塑性弯曲屈曲的切线模量理论和双模量理论正确性的Shanley模型，指出了其论证过程中出现的循环论证缺陷，通过研究有初始弯曲的Shanley模型，给出了新的、逻辑上没有缺陷的论证。 7.2格构式压杆单肢失稳和整体失稳的相互作用理论（1）引入实际柱子必然存在单肢初始弯曲，考虑弓弦效应计算单肢轴压切线刚度，两个肢的轴压切线刚度组成格构柱截面的切线弯曲刚度，然后引入整体初始弯曲，考虑格构柱剪切变形和弯曲变形，建立了格构式压杆单肢失稳、剪切失稳和弯曲失稳的相互作用理论（用一个微分方程概括了三者的相互作用）。（2）这个相互作用理论的意义在于：（i）了解构件（单肢）的局部初始缺陷如何影响格构柱截面的刚度，进而影响整体稳定性能；（ii）对于网架的整体稳定性研究提供一个理论，因为格构柱就是平面桁架，与网架相似；（iii）为格构柱的设计直接提供一个最为合理的方法（目前换算长细比法和单肢验算法均不能考虑单肢和整体失稳的相互作用，而这种相互作用在德国60年代的试验中观察到过）；（iv）为理解冷弯薄壁构件中板件局部失稳和构件整体失稳的相互作用提供了一个更易理解的参照对象：板件局部屈曲影响截面刚度从而影响整体屈曲。 7.3提出压杆失稳时，截面不可能形成塑性铰；结构整体失稳时，结构尚未形成塑性机构。利用荷载是一种负刚度、失稳时构件刚度为零的规律，推论出构件达到极限承载力时截面的刚度应该大于零，即不可能形成塑性铰。利用这个推论，论证了目前《钢结构设计规范》GB50018－2003对于格构柱的平面内稳定计算公式（是基于塑性铰状态推导出来的）是偏于不安全的，通过弹塑性数值分析进行了验证，并建议了新的公式。同样地，荷载具有负刚度，结构整体失稳时，结构本身刚度加上荷载负刚度为零意味着结构本身刚度大于0，从而结构尚未形成塑性机构。 7.4提出了确定任意钢构件截面在轴力和双向弯矩作用下极限屈服曲面的一种精确却极为简单的方法，是对W.F.Chen提出并广为引用的、已编入其专著的一种复杂难懂方法的简化。 7.5门式刚架稳定性研究的四点成果（1）对两端弹性转动约束的楔形变截面压杆的有侧移失稳和无侧移弹性失稳的临界荷载提供了精度很高的计算公式，虽然这种压杆的屈曲软件可以计算，但是类似公式国内外还没有。（2）对多段变截面梁在门式刚架失稳时对柱子提供的转动约束提供了精度很高的简化计算公式，类似公式国内外还没有。（3）揭示了变截面压杆等效成等截面压杆后的弹塑性承载力与原压杆的弹塑性承载力的差别，提出以大端截面等效的设计方法。（4）对目前规范未包含柱顶弹性转动约束的阶形柱的计算长度提出了计算方法和公式。 7.6工字钢框架梁负弯矩区的畸变屈曲研究，提出了计算公式。国内外还没有类似的公式。 7.7提出了更加合理的考虑钢－混凝土界面滑移影响的组合梁截面抗弯刚度计算公式 7.8提出了局部屈曲后薄壁截面的自由扭转刚度与屈曲前基本相同的论断，并给予了推导论证。 8钢梁腹板局部承压应力及其各种应力作用下的弹性屈曲和极限承载力研究（大部分收入《钢结构的平面外稳定》） 8.1吊车轮压荷载作用下钢梁腹板边缘局部承压应力计算公式将轨道和工字钢上翼缘作为被腹板弹性支承的梁，推导了腹板边缘局部承压应力的半理论半拟合公式，与有限元结果比较发现非常精确；这在国内还是首次进行细仔的研究。 2009年五月，我们获得了“半无限平面上无限长梁承受集中力”这个古老问题的解析解，这个解因为很复杂而没有教科书介绍。我们采用了一种新的方法，Fourier变换方法，极其简便。这个解的获得，要归功于我们在“吊车梁腹板局部承压应力计算”方面的努力，其结果则是与地基基础计算、铁路钢轨强度、厂房内吊车钢轨的强度计算紧密相关。这是我们国内第一个可以纳入《弹性力学教程》的解析解。 8.2考虑翼缘对腹板屈曲约束的系列研究（1）对工字钢翼缘对腹板屈曲的约束，首次指出这种约束与传统的转动约束的不同（转动约束产生的约束弯矩与转角成正比，而翼缘对腹板的约束弯矩余转角的二次导数成正比）；（2）考虑翼缘对腹板的弹性嵌固约束，得到小块区域均布承压应力下腹板屈曲系数的计算公式；（3）考虑翼缘对腹板的弹性嵌固约束，得到轮压产生的承压应力下腹板屈曲系数的计算公式；（4）考虑翼缘对腹板的弹性嵌固约束，得到腹板纯剪应力下腹板屈曲系数的计算公式；（5）考虑翼缘对腹板的弹性嵌固约束，得到腹板纯弯、轴压以及压弯应力下腹板屈曲系数的计算公式；（6）考虑翼缘对腹板的弹性嵌固约束，得到纯弯应力和剪应力作用下的相关屈曲公式的验证；（7）对楔形钢梁腹板纯剪应力下，考虑翼缘约束作用的屈曲系数进行了研究，提出了计算公式。上述情况均在使嵌固参数从简支到固定变化，得到的公式形式相同，精度都非常好。 8.3提出了薄腹板梁腹板的考虑局部屈曲后强度的抗剪极限强度计算新公式，新公式与国际上所有的试验结果相比，离散性最小，其原因就在于，在线性屈曲应力中考虑了翼缘的弹性嵌固作用。 9、钢结构弹塑性动力学和抗震设计理论（部分内容收入《钢结构设计方法》） 9.1框架结构的动力塑性安定定理及其应用：（1）对结构的动力塑性安定问题（属于塑性动力学学科）进行了研究，提出了框架结构的动力塑性安定定理；（2）提出了弹性动力系数法将动力塑性安定问题转化为静力塑性安定问题；（3）对反复动力荷载下的塑性设计问题进行了研究，提出了设计建议。 9.2对耗能能力作用的新认识对动力荷载在弹性结构和弹塑性结构上作用过程中所做的功进行了分析，从动力荷载在有耗能能力的结构中不断累积做功，而在弹性无阻尼体系中却不做功的现象进行了大胆推论：（1）结构的耗能能力导致外荷载（比如地震）不断地向结构输入能量；（2）一个没有耗能能力的结构对于外界试图向其输入能量的企图具有免疫力；（3）这使得我们对耗能能力的作用有了一个比较客观的认识：不完全是有利的，虽然正负相抵后总的说来是有利的。 9.3在国际上首次将延性和耗能能力作为两个独立的变量，分析它们各自对抗震设计的意义（1）对给定阻尼的理想耗能能力的EPP模型、一次性耗能能力的剪切滑移模型和无耗能能力的双线性弹性模型下，单自由度体系的地震时程响应分析，在统计学意义上，研究它们对于抗震性能的影响，发现延性是决定性的因素，而耗能能力对于抗震的意义虽是不可忽视的但却是第二位的。（2）研究了阻尼和耗能能力对于地震响应的影响，发现它们是此消彼长的：阻尼增大会阻碍塑性耗能能力充分发挥作用；耗能能力小的（例如剪切滑移模型），阻尼作用增大。（3）对阻尼比、延性、耗能能力、后期刚度、不同滞回曲线模型（即耗能能力）的结构在地震力作用下的弹塑性地震响应进行了系统的研究，发现延性总是第1位，而其余因素总是处在第二位，难分高低。（4）上述对延性和耗能能力的新认识，为我国钢结构抗震设计方法的发展提供了新的视角：追求延性应是第一位的，耗能能力等是第二位的，虽然延性和耗能能力能兼得最好。这对欧美日等国抗震设计的一些新规定也提供了理论上的解释：（i）将支撑长细比大（因而更易屈曲，滞回曲线更不丰满）的反而列入抗震性能较好的一类；（ii）斜支撑杆不宜伸向梁柱节点汇交处的构造，导致支撑更易平面外屈曲，滞回曲线更不丰满，但能够避免节点板与梁柱的焊缝过早开裂，保证了支撑的延性。（iii）日本开发了一种获得创新奖钢板条剪力墙，钢板上开大量密集排列的竖缝，其滞回曲线很不丰满，但延性很好。 9.4地震波两种特征周期的发现通过对370条地震波的SDOF体系的弹塑性分析，发现决定地震基地剪力的两种谱（弹性加速度谱和结构影响系数谱）有不同的特征周期（峰值对应的周期），分别记为Tga和TgR，TgagR。对存在两个特征周期以及两者的相对大小的必然性给予了理论解释。通过对370 条地震波特征周期的研究，得到了四类场地上两种特征周期在统计平均意义上的大小。 9.5基于两个特征周期的标准化弹塑性强度系数谱（1）在对四类场地共370条地震波、不同阻尼比、EPP和修正 Clough模型进行弹塑性地震作用系数谱的分析，提出了不同场地、不同延性下的周期横坐标用两个特征周期标准化的弹塑性平均谱和90% 保证率谱的非常简单、且精度很高的计算公式，为抗震设计方法的改进提供了参考（2）对钢结构中的P-D效应对结构影响系数的影响进行了研究，并提出了计算公式。明确提出了大震下结构形成机构的情况下保证稳定性的计算措施。上述研究成果部分已经发表，部分仍在审稿阶段. 10各种类型的干式煤气贮柜钢结构设计方法的研究（1）独自对两种大型干式煤气贮柜钢结构设计理论进行了系统研究，撰写了“正多边形大型干式(M.A.N.型)贮气柜钢结构设计理论”和 “Klonne型大型干式煤气贮柜的钢结构设计理论”，共计15万字，并开发了结构设计计算程序。 [注：MAN型气柜是正多边形的特殊加劲壳体，内部活塞是桁架式的（活塞上有配重以平衡气压，上下滑动以适应下部煤气储量变化）、顶部结构也是桁架式的结构。气柜的高度根据容积的不同，5万立方米的约75m，15万方的高度超过100m，为钢铁公司和城市煤气公司应用。Klonne型气柜是双向加劲圆柱壳体，内部活塞是有底环和周边顶环的穹顶，屋盖则是普通穹顶，主要应用于钢铁企业。“干式”是用干油密封，两种气柜的高度和直径比均在1.5～2，上述两项研究均为1990年国内某钢铁设计研究院委托] （2）作为主要研究人员对宝山钢铁公司的干式煤气贮柜群(共4 个)进行了自振特性理论分析和实测研究，对煤气柜结构在地震波作用下的地震响应进行了有限元分析，撰写研究报告6万余字，完成了宝钢煤气柜的抗震鉴定工作，被宝钢组织的全国专家鉴定为“国内领先水平，填补国内空白”。项目获得陕西省教委一等奖和冶金部三等奖。 11钢结构节点设计方法的研究（1）1992—1994年对宝钢三期工程拟全面采用的钢管混凝土阶形变截面柱的肩梁的设计方法进行了有限元分析和两种肩梁构造的6个半足尺试件的试验研究。通过有限元分析，发现了以前从未认识到的应力分布规律，提出了钢管混凝土阶形变截面柱肩梁的插入式构造节点设计方法。该项目方法先进，工作仔细，有试验研究和理论与试验的比较。《宝钢三期热轧工程钢管混凝土柱肩梁构造节点理论和试验研究及屋架腹杆、支撑的钢管端节点构造试验分析》，约10万字。报告包含内容全面，图表丰富，受到宝钢组织的评审会专家的一致好评，并被评为国内先进水平，填补了国内空白。研究成果已在宝钢三期工程的设计中得到广泛的应用。（2）对梁柱外伸端板螺栓连接中的加劲肋的设计要求，柱翼缘的简化加劲方法，梁柱端板螺栓连接的弯曲刚度进行了研究。

研究领域

钢结构和组合结构稳定钢结构和组合结构抗震壳体钢结构(干式煤气贮柜，钢结构冷却塔，LNG钢贮罐，钢筒仓),波纹钢城市地下综合管廊钢结构工业厂房设计，钢结构构筑物设计, 冷弯型钢结构，货架结构

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