西华大学建筑与土木工程学院钢结构和组合结构团队主要致力于钢结构及钢-混凝土组合结构、海洋工程钢结构、工程结构抗灾及维修加固等方面的研究工作。钢结构和组合结构团队目前形成了以四川省有突出贡献的优秀专家邵永波教授为学术带头人，由7位具有博士学位的全职教师组成的研究团队，其中正高2名，副高及高级工程师1名，讲师4名。团队中，国务院特殊津贴专家、四川省特聘专家1名，四川省“天府峨眉计划”创新领军人才和青年人才各1名，外籍教师1名。

钢结构和组合结构团队重视基础理论创新与工程应用相结合，团队先后承担了国家自然科学基金、四川省青年科技创新团队、四川省基础研究、四川省自然科学基金项目等国家和省部级项目20余项；获湖北省科技进步一等奖1项、福建省科学技术进步二等奖1项；四川省科技进步三等奖1项、山东省自然科学三等奖1项、中国海洋工程科学技术二等奖2项、中国石油和化工自动化协会科技进步二等奖1项；承担了省部级教改项目4项，获得省级教学成果奖2项。获国家发明专利和实用新型专利20余件。编写英文专著1部，参编行业标准3部。在各类学术刊物上发表科研论文近320余篇，其中SCI收录论文160余篇，培养博士、硕士研究生90余名。

团队目前的主要研究方向包括钢结构和钢-混凝土组合结构力学性能研究和设计、海洋工程钢结构安全评估和工程结构抗灾及维修加固研究，具体如下：

一 钢结构和钢-混凝土组合结构力学性能和设计方法研究

1 波纹腹板梁和钢管翼缘梁力学性能和设计方法研究

波纹板比平钢管面外抗弯刚度大，可有效提升传统平腹板屈曲能力，并避免焊接过多加劲肋带来的疲劳强度低的问题。利用波纹板受拉时的折叠效应，提出了波纹腹板工字梁整体失稳和局部失稳的计算和设计方法；补充了高强度钢波纹腹板梁的设计理论，为波纹腹板梁的工程应用提供了重要的设计方法。为了提高波纹腹板工字梁的整体稳定性，提出了钢管翼缘和钢管混凝土翼缘替代平钢板翼缘的方法，通过钢管的闭口截面改善梁整体抗扭转能力，从而极大地提升了梁整体失稳的临界荷载。将波纹腹板和钢管翼缘结合形成了一种新型的钢管翼缘-波纹腹板组合工字梁，显著改善了梁的静力承载能力和疲劳强度，并提出了变截面组合梁性能的分析方法。

波纹腹板局部屈曲形式	楔形钢管翼缘-波纹腹板梁	钢管翼缘-波纹腹板梁弯曲和剪切失效

2 焊接钢结构力学性能

焊接过程中热影响区内各子区域会经历不同的焊接热循环，形成多种微观结构，从而影响焊接高强钢构件力学性能的各个方面，包括静力强度，疲劳性能和冲击韧性等。团队对热影响区的微观结构和材料性能进行了初步研究，揭示了不同峰值温度和冷却速率下形成的微观结构所对应的材料属性，为进一步深入研究焊接过程对高强钢构件焊后性能的影响奠定了基础。采用实验研究和有限元分析相结合的方式，对使用不同焊接热量制备的S690高强钢对接节点的静力强度进行了系统的分析。建立了焊接热量与热影响区宽度和节点强度之间的关系。通过有限元分析，模拟了非均质热影响区材料属性的形成过程。基于对比实验结果，确定有限元分析准确性的前提下，进行了参数分析，为高强钢焊接过程提出指导建议，以降低焊接过程对高强钢节点静力强度的影响。建立了焊接高压容器和焊接输气管道在焊接部位包含各种裂纹缺陷的有限元分析模型，包括：表面裂纹、穿透裂纹、内嵌裂纹、环状裂纹等，通过有限元仿真模拟分析计算得到焊接部位裂纹的应力强度因子，提出了含裂纹缺陷容器和管道完整性评估方法。

3 螺栓连接装配式结构抗震性能和设计方法

考虑现有装配式建筑以灌浆套筒连接、浆锚搭接连接等湿式连接为主，标准化程度尚不高，还未完全发挥装配式建筑快速建造及可拆卸的优越性。根据螺栓受力形式的不同，提出了针对低多层建筑的受剪螺栓连接和受拉螺栓连接两种螺栓连接装配式混凝土墙板结构体系。与传统现浇结构相比，结构构件装配率100%，建造速率提高90%，现场人工减少80%。

开展了含水平缝及含竖缝螺栓连接装配式混凝土墙板结构的试验及有限元研究，检验其施工工艺和构造措施，验证了提出的节点连接方式可行性。阐明了不同设计参数对螺栓连接装配式墙板破坏模式、承载能力、变形能力、刚度及耗能等抗震性能的影响规律。对比了两种连接方式装配式混凝土墙板结构在各参数下的试验结果，评价两种体系的抗震性能指标的异同。

揭示了两种螺栓连接装配式混凝土墙板传力机制和节点破坏模式，建立了两种螺栓连接装配式墙板结构的统一设计理论，提出初始刚度、螺栓连接装配式混凝土墙板承载能力计算方法及恢复力模型，为装配式结构的进一步推广应用提供参考。

螺栓连接装配式墙板结构抗震设计方法

4 铝合金空间网格结构新型节点及结构稳定性能研究

基于目前铝合金空间网格结构常用节点的局限性，提出并探讨了组合嵌套式节点的基本构成、构造和实施措施，解决了铝合金巨型网格结构节点连接的适用性问题。对铝合金巨型网格结构中的典型节点进行了包括静力和弯曲性能的算例分析，探讨了节点刚度的分类。对节点弯曲、轴向和扭转性能的关键参数开展了系统的影响性分析，在此基础上，结合理论分析提出了用于评估结构整体稳定承载力的节点初始刚度简化计算公式。

其次，考虑铝合金巨型网格结构的设计与分析方法的有效性，提出了一种改进的截面优化方法，显著提高了截面优化效率并降低结构自重。结合空间网格结构静力及稳定性能分析方法提出了适用于巨型网格结构的分析流程。根据特征屈曲模态分析提出了基于模态的杆件配置建议，结合大量算例研究，确定了完整结构的4种典型失稳模式。根据刚性节点模型与半刚性节点模型用于整体结构分析的特点，对考虑节点刚度的结构稳定承载力提出了一种折减性评估方法，极大地提高了结构分析效率。

此外，提出了一种基于组合平衡建模法（Combinatorial Equilibrium Modelling, CEM）的巨型网格结构概念设计与找形方法。建立了一种基于APDL的适用于各种曲面形式巨型网格结构的自动几何建模方法，解决了现有建模方法仅适用于球面结构的问题。整合概念设计与深化设计方法，提出了形态优化曲面结构的完整设计与分析流程。开展了底面为圆形、方形、六边形、八边形和三角形的巨型网格结构概念设计与深化设计、分析，据此给出了各种结构在各矢跨比下的最优曲面控制曲线，可直接应用于工程设计。

5 泡沫铝填充高强铝合金复合构件抗冲击性能分析

为适应现代工程结构对新材料、新结构的发展趋势，从建筑结构的工程防御需求出发，提出将新型泡沫铝填充高强铝合金圆管作为结构构件，以 6082-T6 铝合金空管构件及闭孔泡沫铝填充铝合金圆管复合构件为研究对象，开展了两端固定约束条件下的侧向冲击试验研究以及有限元数值仿真，获得了冲击作用下空管构件及泡沫铝填充复合构件的全过程动态响应以及变形失效模式，总结了构件在侧向冲击作用下不同响应阶段的变形及吸能过程，揭示了填充泡沫铝与铝合金空管之间的相互作用机理，探究了泡沫铝填充、轴向荷载等因素对铝合金管件抗侧向冲击性能的影响规律及影响机制。基于试验和数值模拟结果提出圆管构件在侧向冲击作用下的变形基本假定，提出了侧向冲击作用下空管构件及泡沫铝填充管构件的冲击力-位移响应计算方法，建立了给定冲击能量下构件变形响应的经验预测公式。

二 海洋工程钢结构性能分析和失效评估方法

1 考虑局部节点柔度的导管架平台整体结构性能分析方法

考虑到导管架平台焊接管节点部位存在明显的局部非刚性（柔度）现象（Local Joint Flexibility，简称LJF），分别采用弹簧单元和虚拟梁单元建立了模拟LJF的导管架平台杆系模型，用于平台的线弹性和弹塑性分析。该模型克服了以往导管架平台分析时采用刚接杆系模型造成的结构刚度偏大、承载力偏高的缺点，可方便用于导管架平台的线弹性分析（如承载力设计、疲劳强度和寿命计算、线弹性振动等）和弹塑性分析（如抗震分析、海啸等强动力作用、抗火分析等）。提出的模型通过试验验证证明了其精确性和可靠性。 

2 导管架平台焊接管节点部位疲劳和断裂性能评估

建立了考虑焊缝细节和疲劳裂纹的焊接管节点有限元模型，尤其是针对管节点焊趾处任意位置和任意尺寸的表面裂纹，提出了分区域多单元类型的网格产生技术，可以精确模拟疲劳裂纹扩展过程，从而为导管架平台疲劳评估提供可靠的设计方法。研究了焊接管节点沿着焊趾的热点应力分布规律，从而准确定位疲劳裂纹萌生位置。分析了含疲劳裂纹管节点静力失效过程和静力强度计算方法，提出了基于双参数（断裂参数和强度参数）的失效评定方法。 

3 腐蚀和凹痕缺陷对海底管道应力腐蚀疲劳性能和承载力影响研究

设计了浸入海水中紧凑拉伸CT试件应力腐蚀疲劳试验加载方案，研究了空气和海水中疲劳裂纹扩展速率的差异，得到了海水和空气中裂纹扩展速率评估常数。基于CT试件试验测试结果，建立了含疲劳裂纹海底管道腐蚀疲劳失效过程的分析方法，通过足尺度海底管道腐蚀疲劳试验测试，验证了模型的精确性，为海底管道腐蚀疲劳寿命评估提供了设计方法。 

开展了含凹痕和腐蚀缺陷的足尺度海底管道试件轴压、弯曲和压弯耦合作用下的静力失效过程试验测试和理论分析，研究了凹痕和腐蚀尺寸对管道静力承载力的影响规律，提出了含凹痕和腐蚀缺陷管道静力承载力计算公式。

4 管系结构流致振动行为预测

以海洋工程、核动力工程等实际中大量存在的管系结构为研究对象，建立了其精细化流动分析模型，形成了完整的高保真精细化带扰流结构的管系结构外部流场分析方法。获得了带扰流结构的管系流场特性，揭示了脉动压力、速度分布等参数的时空演化规律。基于非线性振动及随机振动理论，开展了流致振动机理研究，发展了适用于管系结构的涡激振动预测方法、湍流激振预测方法以及流弹失稳预测方法，构建了流致振动诱发的磨损、疲劳等结构完整性分析预测理论体系。集成理论体系，开发了流致振动及其诱发振动破坏的分析评定系统，探索了支撑失效间隙宽度、失效位置等因素对管子响应及磨损深度的影响规律。

三 工程结构抗灾及维修加固研究

1 焊接钢管结构及节点抗火性能

建立了焊接钢管结构节点部位在火灾环境下失效过程的理论分析模型和稳态及瞬态热传导有限元仿真模型，通过对负载管节点试件的升温测试，提出了基于强度折减系数和弹性模量折减系数法预测高温下管节点承载力计算公式；提出了基于临界温度法预测高温环境下焊接管节点临界状态方法；研究了火灾后焊接管节点疲劳性能和滞回性能；在管节点抗火性能分析的基础上，提出了基于虚拟梁单元模拟焊接管结构节点部位局部柔度的杆系抗火分析模型，为焊接管结构抗火性能评估提供了高效精确的分析方法。

2 钢管结构抗冲击性能分析

基于冲击动力学理论建立了焊接钢管节点和焊接钢管桁架在冲击荷载作用下的失效过程分析模型，设计了钢管结构落锤冲击试验方案，揭示了钢管结构和管节点在冲击作用下失效过程的冲击力时程曲线、变形时程曲线和冲击过程中能量转换机理；建立了单层海底管道和双层海底管道在横向荷载冲击作用下失效过程的有限元分析模型，研究了内层管道对外层管道抗冲击性能的协同作用，提出了管道冲击变形分析方法。

3 钢结构体系抗震性能评估

基于虚拟梁单元模型建立的导管架平台简化杆系模型分析了地震波作用下平台的非线性振动和失效过程，考虑了导管架平台节点部位局部柔度对平台整体结构抗震性能影响，为胜利海域采油平台的延寿评估提供了技术支持。

研究团队以复杂的特高压输电塔线体系为研究对象，分别采用理论推导、振动台试验和数值仿真等方法研究了塔线体系的动力耦合机理、强震失效机理、地震易损性等关键地震工程问题。取得了一系列创新性成果，为特高压输电线路中的支承结构的抗震设计提供了有意义的理论支撑和技术支持。研究团队依据地震动特性随入射方向的变异性，提出了多维地震动的分类方法，建立了一套基于方向性的多维地震动选择标准。从理论上对地震动和入射方向不确定性进行了解耦，据此提出了适用于弹性和弹塑性阶段的输电线路支撑结构地震反应95%保证模型，并基于地震需求和抗震能力分别与入射方向相关和无关的思想，提出了考虑结构方位布置和断裂带走向的多入射角地震易损性分析方法，建立了结构的易损性平面，为工程输电线路设计提出了参考意见。

钢板剪力墙主要应用在地震多发的高烈度区，在服役期更可能经历强烈地震冲击，地震损伤评估和加固技术是迫切需要解决的技术问题。研究团队钢板的抗剪受力机制分为平面内剪切机制和屈曲后拉力场机制，为了探索更符合其结构特性和破坏模式的加固方法，开展了“地震损伤-震后修复-修复后性能”三阶段试验及数值模拟研究，分别采用等效替代、附加约束的方法对地震中受损的钢板剪力墙结构进行震后修复，分析了各种修复策略对结构承载性能以及传力路径的影响。

4 钢管构件和节点加固技术和加固效果评估

针对钢管结构焊接节点部位加固方案研究了环口板加固、垫板加固、肋板加固、内置插板加固、内置环板加固、主管管壁厚度局部增大、纤维增强复合材料（CFRP）加固等不同加固方案，建立了各种加固方式的数值仿真模型，分析了节点几何参数和加固件尺寸等因素对焊接管节点加固效果的影响。研究了各种加固方法对提高管节点静力承载力、失效模式和机理、疲劳寿命、滞回性能、抗冲击性能和抗火性能的效率，提出了加固后性能的评估方法和技术。

研究了碳纤维增强复合材料（CFRP）对加固空心钢管和钢管混凝土构件的轴压和弯曲性能，明晰了CFRP对钢管的约束作用是提升钢管和钢管混凝土构件承载力的主要原因；提出了CFRP加固钢管和钢管混凝土构件的轴压和弯曲承载力计算公式；分析了受载钢管和钢管混凝土构件的CFRP加固效果，并给出了理论分析方法，评估了受载率对CFRP加固效果的影响。研究了CFRP加固方法对提升焊接钢管节点承载力的效率，研究了CFRP包裹层数和长度对提升节点承载力的影响规律。建立了CFRP加固钢管和钢管混凝土构件、钢管节点静力失效过程的有限元仿真模型，研究了CFRP失效机理和失效准则对仿真效果的影响。通过试验和有限元分析，揭示了CFRP加固抗剪钢板的力学机理，并提出了相应的设计方法。

5 接触网-受电弓系统风致振动分析

构建了高速铁路受电弓-覆冰接触网系统的动力学分析模型，发展了三维受电弓-非线性覆冰接触网耦合动力学分析方法，基于脉动风速谱，从时域上分析了受电弓与接触网上横风的气动效应及弓网摩擦、接触网拉出值与滑板不平顺等因素的影响。从气动弹性力学角度出发，以弓网系统-气动力-覆冰之间的耦合作用为切入点，建立了弓网系统在高速横风及覆冰等灾害条件下的多向耦合准定常气动力模型，提出了该系统的横风驰振稳定性判据和非线性响应分析方法，揭示了横风作用下弓网摩擦力、接触网拉出值和滑板不平顺对弓网交互的影响规律，阐释了不同覆冰初始攻角与覆冰厚度对接触网、弓网系统稳定性及舞动特性的作用规律，考察了覆冰及气动耦合效应下弓网的动力交互特性，预测了接触网系统在大风及-冰雪灾害耦合作用下的驰振行为。

四 工程结构高性能材料力学行为研究

1 高温压电陶瓷的电学性能优化以及力学行为

解析了高密度的（001）型180°畴结构，该畴结构主要贡献了多离子共掺杂 BIT 陶瓷系统的超高压电性能（d₃₃~38.5 pC/N，d₃₃*~46.7 pm/V 在低电场下）和优异的抗疲劳性（稳定高达 10⁷次循环）。这一突破将为 BIT 铁电体超高性能的未来发展开辟新的前景。

揭示了铋层状钛酸铋基高居里温度压电陶瓷的压痕变形行为与断裂破坏规律，阐明了铁弹畴变影响裂纹各向异性扩展的微观机理。探明了铋层状钛酸铋基高居里温度压电陶瓷非线性铁弹变形在极化效应下的响应机制，建立了循环加载下塑性变形累积与畴致应变的本征关系。