2022年北京市优博巡展——赵鹤：重力-侧力系统可分组合结构体系抗震性能研究

土木工程系2021届博士毕业生赵鹤的学位论文《重力-侧力系统可分组合结构体系抗震性能研究》获2022年北京市优秀博士学位论文提名。该奖项由北京市教育委员会、北京市学位委员会评选，2022年共评出优秀博士学位论文123篇，优秀博士学位论文提名46篇。清华大学共有24篇论文获得北京市优秀博士学位论文，1篇论文获得北京市优秀博士学位论文提名。

让我们一起领略赵鹤博士的风采。

赵鹤与导师聂建国教授

个人简介

赵鹤，清华大学土木工程系2021届博士毕业生，师从聂建国教授。博士课题为重力-侧力系统可分组合结构体系抗震性能研究，以第一作者身份在Engineering Structures、Journal of Constructional Steel Research、建筑结构学报等期刊发表论文7篇，申请或授权发明专利10项，曾获2020年博士研究生国家奖学金、2021年北京市优秀毕业生等荣誉，博士学位论文获2021年清华大学优秀博士学位论文。目前在北京科技大学土木与资源工程学院工作。

论文主要创新点

论文针对装配式组合结构的发展需求，研究一种适用于建筑工业化的新型结构体系，围绕其抗震性能展开了系列研究，主要的创新点包括：

1、通过将梁柱节点设为铰接实现竖向承重系统与水平抗侧力系统相分离，以保证梁的标准化制作安装，同时增设剪力墙以弥补结构抗侧刚度的不同，形成重力-侧力系统可分组合结构体系（简称“可分体系”）。该体系可提升结构的标准化程度，为装配式建筑的推广应用提供了新思路。

2、开展了3个不同类型大比例两层两跨结构模型的抗震性能试验和精细数值模拟分析，提出了焊缝断裂的模拟方法，揭示了可分体系的受力机理、变形特征和破坏规律。

3、建立了可分体系中节点的力学模型，并基于通用有限元分析程序开发了相应的高效计算单元，从而建立了体系的高效数值分析方法，通过弹塑性时程分析探明了体系的抗震机理以及节点半刚性对体系抗震性能的影响规律。

4、提出了基于楼层曲率的结构抗震损伤评估指标，确定了组合剪力墙的关键损伤临界状态，提出了体系的抗震损伤评估方法，并给出了关键设计参数对体系震损行为的影响机制。

新型可分体系与传统体系对比

论文主要贡献

论文依托国家自然科学基金重大项目课题“新型钢-混凝土组合结构研究”和“十三五”国家重点研发计划课题“装配式板柱钢结构体系建筑产业化技术与示范”，围绕重力-侧力系统可分组合结构体系抗震性能开展了系统的研究工作，取得的研究成果在行业内获得广泛认可，论文主要贡献包括：

（1）以物理含义明确且简单直观的安全系数、塑形铰数量等指标实现了对可分体系抗震性能的定量科学评价，该项研究工作得到结构工程领域知名期刊Engineering Structures匿名审稿人的高度评价，认为该研究“有趣且可为结构抗震领域的研究带来启发”。

（2）开发的数值模型解决了半刚性节点在体系中的计算模拟难题，该模型在保证模拟精度的前提下，运算时间仅为传统精细有限元模型的1%左右，为可分体系的大规模分析提供了强有力的计算工具。

（3）根据体系抗震损伤特征建立了科学合理的损伤评估理论，能够准确预测可分体系在强震灾变作用下的损伤发展机制，判断各楼层的损伤严重程度，为体系优化设计提供了有效参考。

（4）论文工作对装配式组合结构体系的发展提供了新思路，提出的可分体系在唐山市某住宅项目中得到示范应用，可大大提高装配化程度和施工效率，该项目获全国装配式建筑设计创新竞赛特等奖。

代表性创新成果

[1] He Zhao, Xin Nie, Dan Zhu, Muxuan Tao*. Mechanical properties of novel out-of-plane steel beam–concrete wall pinned joints with T-shaped steel connectors under monotonic tension load. Engineering Structures, 2019, 192: 71-85.

[2] He Zhao, Muxuan Tao, Ran Ding*. Experimental study on seismic behaviour of composite frames with wide floor slabs considering the effect of floor loads. Engineering Structures, 2020, 220: 111024.

[3] He Zhao, Muxuan Tao*. Seismic behaviour of structural systems with separated gravity and lateral resisting systems. Journal of Constructional Steel Research, 2020, 174: 106315.

[4] 国际刘恢先地震工程奖, 黑龙江恢先地震工程学基金会（中国）&美中地震工程学基金会（美国）, 2021.

[5] 中国博士后创新人才支持计划, 中国博士后基金会, 2021.

获奖感言

记得刚开始读博时，觉得五年光阴很漫长，博士毕业是很遥远的事，但是博士毕业时回首，又觉得五年太匆匆，很多人还没顾上好好聊一聊，很多事也都没来得及做。虽然读博时光宝贵而短暂，总结一下我也做了不少事，至少顺利完成了博士课题，也参与了一些其他的科研项目，培养了基本的科研素养和思维逻辑，另外还做了四年的辅导员工作，历任了三个不同的岗位。

博士期间我的成长与进步要感谢很多人的指导与帮助。首先，要衷心感谢我的导师聂建国教授，是他带领我迈入了组合结构研究的大门，为我提供了优越的学习与科研环境。聂老师更是以他的实际行动告诉我们一名执着纯粹的科研工作者应该是怎么样的。他几乎把自己的全部精力都投入到组合结构的事业中，每天很早就到办公室，工作到深夜才回家，每次出差一定会随身带着相机，途中发现哪座桥梁哪栋建筑工程存在设计施工问题就停下来拍照分析，也经常会带着学生们参观在建工程，深入一线解决实际问题。聂老师告诉我们，做研究要耐得住寂寞，坐得住冷板凳，要做到“不唯书、不唯上、不唯洋、不唯他、只唯实”。聂老师对科研工作的追求和热爱一直激励我努力克服研究中遇到的困难，以更高的标准要求自己。其次，还要感谢课题组其他老师对我的指导和帮助，他们不断追求组合结构的创新发展，为我树立了优秀的榜样。最后，还要感谢课题组的师兄弟姐妹、博士阶段的同学以及学生工作方面的指导老师和并肩工作的同学们，他们的陪伴和鼓励支撑我走过了读博最困难的阶段，也让我的博士生活更加丰富多彩。

博士毕业后的我，也很荣幸成为了一名高校教师，继续在科研道路上奋力前行。我想，博士求学这段时光的积累与收获会成为我人生中的宝贵财富，支撑我在今后的科研工作中做出更好的成果。希望我以后也能像在清华遇到的老师们一样，通过言传身教帮助学生学习和成长，实现知识传授、能力培养和价值塑造。

作者、图片：赵鹤

组稿、整合：研究生院培养办公室

制图、编辑：研究生院综合办公室