以城市环境下高层建筑群为研究对象，研究了邻近建筑对结构地震反应的影响。研究内容主要包括高层结构简化动力模型、结构-土-结构体系动力特性、阻尼矩阵构建方法等的理论分析、数值计算以及离心机振动台试验研究。主要研究成果有：(1)提出了修正模态摄动法用以计算变截面Timoshenko梁的动力特性，在此基础上，建立了任意荷载作用下Timoshenko梁动力反应的振型叠加法。(2)针对时程分析过程中，阻尼矩阵对结构动力反应的显著影响，以结构的峰值位移最小为优化目标，建立了可直接确定Rayleigh阻尼系数的优化求解方法，在此基础上，进一步提出Rayleigh阻尼系数约束优化解法和Caughey阻尼系数优化解法。从而建立可考虑结构动力特性、激励空间分布和频谱特性影响的Rayleigh阻尼系数和Caughey阻尼系数。(3)将上部结构简化为等效单自由度模型，采用刚性基础明置于均质土层上。系统地研究两个相同结构所构成结构-土-结构体系动力特性的变化规律。根据结构-土-结构体系中存在两阶频率相近相位相反振动模态的现象，提出了孪生频率的概念。随后，探讨了孪生频率随结构与土层的频率比、两结构之间距离与基础宽度比的相对距离、基础宽度与土层厚度的宽厚比等因素的变化规律。计算结果表明，当相对距离小于2.5、频率比大于0.7，宽厚比在0.7至2.5之间时，孪生频率相对变化量超过15%。然后，进行了行波地震输入下结构-土-结构相互作用体系动力反应计算，计算结果表明，由于孪生频率的存在，易于使结构和场地产生拍的现象。(4)在水平地震作用下对比分析了土-结构相互作用体系和结构-土-结构体系中基础水平加速度、摇摆加速度反应。数值结果表明：邻近结构主要对结构的摇摆振动有显著影响，当相对距离小于0.5，邻近结构可使摇摆振动变化超过15%。但对结构的水平地震影响很小，可以忽略不计。(5) 采用模型实验研究了框架结构在刚性基础、单一结构土-结构相互作用和结构-土-结构相互作用下系统的频率、模态和阻尼比的变化情况。根据脉冲激励下结构的响应识别出三个系统的模态参数。尤其是提出在箱体上进行单一激励，结构上多点输出的方式，成功识别出了结构-土-结构体系的孪生频率。同时离心机振动台的试验结果表明：结构-土-结构体系基础的竖向位移和摇摆振动增加；两结构有一定角度的结构-土-结构体系，扭转振动明显加强。 2100433B

以高层建筑群为研究对象，提出群楼体系的概念进行地震作用下多个建筑与土体耦合场的动力相互作用问题的研究。首先，采用解析和数值计算方法，研究群楼体系的耦合阻抗函数，进而研究多个建筑与土体相互作用对结构动力特性影响的变化机理，并建立耦合场下结构动力特性变化的计算模型；其次，根据群楼体系内结构地震反应的相互作用现象，提出群楼效应的概念，并定义群楼相互作用系数指标用以定量分析群楼效应，随后对建筑分布分别采用周期模型和随机模型进行结构地震反应分析，将群楼体系中与建筑特征有关的量看作随机变量，从而建立群楼相互作用系数的统计计算模型；第三，进行理论分析和振动台试验的对比研究，验证计算模型的合理性；最后，根据理论分析、数值计算和实验研究的结果，以现有单体建筑下土－结构动力相互作用简化计算模型为基础，提出一个反映群楼效应影响的简化计算模型，用于群楼体系的抗震分析和设计。

目前，我国西南地震带附近已建或在建了一批200-300m级高堆石坝，因此深入认识地震作用下的堆石体锚固效应细观机制并确保大坝在极端条件下的安全稳定有重要的现实意义。本项目以地震动作用下堆石体的细观响应为研究主线，考虑了动力作用对堆石体颗粒破碎的影响，建立了堆石颗粒动力损伤本构模型。颗粒破碎对颗粒集合体的力学响应有着显著的影响，本项目一方面研究了考虑真实形状的单颗粒破碎的力学行为，并发现了颗粒形状对于破碎强度的韦伯分布影响的一般规律；另一方面，进一步对不同破碎模式带来的宏细观影响进行探究，模拟了不同破碎模式下，单轴压缩实验中颗粒集合体破碎演化过程及结果，重点探究了静水压力状态对破碎演化带来的影响，并对破碎发生的空间关系进行了分析。同时，本项目研究了堆石颗粒表面细观特征对动力响应的影响，建立了三维随机多面体颗粒动力接触模型和锚杆与堆石体相互作用动力接触模型，提出了考虑堆石体动力锚固效应的三维随机散粒体模拟方法。通过物理试验和数值分析，在宏、细观多层次上揭示动力作用下堆石体的力学响应及锚固效应作用机理；改进了现有的堆石体宏观动力本构模型，并探讨其合理性和适用性，并提出了加锚堆石体宏观力学参数的确定方法。本项目的研究成果将有助于推动堆石体宏细观动力学发展，可为我国西部高烈度地震区的200m~300m级高堆石坝建设提供重要的理论依据和技术支持，并推动相关领域设计和研究工作的发展，提高我国高堆石坝的设计和研究水平。 2100433B

本项目针对典型超高层建筑结构，发展高效超高层建筑结构新体系及其高性能构件，研究它们在强地震作用下的地震灾变关键效应和地震灾变全过程，揭示结构地震破坏和倒塌的物理机制，发展相应的数值模拟和模型试验技术。进行了钢材和混凝土材料在反复荷载作用下的滞回性能试验，建立了材料在反复荷载作用下的本构关系；开发了多种新型多重组合钢-混凝土组合剪力墙及筒体，进行了新型构件和超高层建筑典型构件 (高含钢率SRC组合柱、高强超厚板钢柱、内置钢板钢筋混凝土剪力墙)抗震性能试验，建立了非线性数值计算模型，提出了抗震设计方法与构造措施；完成了可液化地基－高层结构体系相互作用的振动台试验和相邻高层结构—桩—土动力相互作用体系的振动台试验，建立了非线性数值计算模型，初步揭示了土—结动力相互作用体系的地震反应规律及其影响因素；提出了一种计算结构整体性能与局部破坏的多尺度单元耦合模型；提出了应用增量动力分析方法对超高层结构进行基于概率的抗震性能评估的方法；提出了利用屈曲约束支撑、阻尼器控制带伸臂桁架的框架—核心筒结构地震损伤的方法，并通过数值计算进行了验证；发展了可恢复功能高层抗震结构的概念，提出了一种新型带可更换连梁的剪力墙和一种新型带可更换脚部构件的剪力墙，进行了两种剪力墙的抗震性能试验，建立了其非线性数值计算模型；完成了上海中心、上海世博会中国馆等9个实际复杂高层结构整体模型的模拟地震振动台试验和非线性地震反应数值分析，研究了其地震破坏机理和抗震薄弱部位，为其抗震设计提供了技术支撑；编制了上海市《超限高层建筑工程抗震设计指南》(第二版)。本项目的研究成果为改进高层及超高层建筑的抗震设计、改善其抗震性能、有效控制其地震损伤提供了科学支撑。 2100433B

大型复杂超高层建筑将是我国未来20～30年城市建设中的重点之一，强地震区的超高层建筑将是其建设的难点。本项目以钢结构、混凝土结构、钢－混凝土组合结构和钢－混凝土混合结构四种典型超高层建筑结构为基础，发展高效超高层建筑结构新体系及其高性能部件，研究它们在强地震作用下的地震灾变关键效应和地震灾变全过程，揭示结构地震破坏和倒塌的物理机制，发展相应的数值模拟和模型试验技术。建立考虑损伤累积效应的材料本构关系、反映损伤演化规律的构件及节点的滞回模型乃至基于损伤累积效应的结构整体数值计算模型；建立考虑岩土－基础－超高层结构的动力耦合效应的非线性建模理论与方法；进行超高层结构在强地震作用下的动力全过程分析，研究地震损伤演化规律，建立地震失效破坏准则，进而发展结构的强震失效模式优化和控制结构地震破坏和倒塌的方法和措施，改善结构的抗震性能。本项目的实施将为我国五百米级超高层建筑的安全建设和运营提供科学支撑。