力学科研团队简介
研究方向：力学在建筑结构中的应用
学术带头人：宋显辉 教授
本研究领域主要从事高层建筑平扭耦联的力学特性问题研究、光纤传感器在建筑结构健康检测应用中相关力学问题。
1.高层楼宇平扭耦合问题探讨
在抗震设计中，水平力作用下高层建筑平扭耦联的力学特性一直受到学者们的关注。现浇钢筋混凝土楼板具有平面内几乎接近无限刚度的力学性能,使平扭耦联对结构构件内力的影响显得更为突出。偏心率、周期比和位移比是平扭耦联问题中的三个关键参数。
地震作用下平面不规则会对高层建筑结构整体抗震性能造成不利影响，容易造成结构局部破坏，甚至引起整个结构倒塌。国内外一些振动台模型试验结果也表明，扭转效应会导致结构严重破坏，对高层建筑抗震十分不利。
位移比是指在考虑偶然偏心影响的水平地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移（层间位移），与该楼层平均位移（平均层间位移）的比值．研究表明，扭转效应越大，位移比越大。
周期比是指结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比．结构周期比Tt／Tl反应了结构抗扭刚度与抗侧刚度的比例关系。周期比大，意味着结构的抗扭刚度较弱。
本课题以实验室中高层楼宇模型为研究对象，采用两种坐标系----直角坐标和柱坐标建模，来进行试验模态分析。精确地测出高层楼宇模型的各阶模态参数——自振频率、阻尼和振型。
改变楼宇模型的质心，在不同偏心率情况下，研究楼宇模型的各阶模态参数的变化；同时研究偏心率对结构周期比和位移比的影响。得出楼宇模型的自振频率、阻尼和振型，以及结构周期比和位移比随楼宇模型偏心率的变化规律。
做结构试验模态分析的同时，运用有限元分析软件分析平面不规则长形高层建筑结构的动态特性。结合试验和数值分析的结果，对高层建筑的扭转效应提出一些改进措施，为高层建筑设计提供一些参考。
2.建筑结构健康检测中光纤传感器的应用。
光纤传感系统常用于智能材料结构的应力、变形等物理量的监测中，构成光纤智能复合材料结构。其具有以下特点：
（1）抗电磁干扰、电绝缘性好、耐腐蚀、本质安全。
（2）灵敏度高、响应速度快、动态范围大、测量精度高。
（3）重量轻、体积小、耗电少、几何结构灵活，可挠曲。
（4）测量对象广泛。
（5）对被测介质影响小。
（6）成本低。
（7）具有传感器复用以及分布式测量功能，且便于成网。
光纤复合材料具有各种优点，在建筑结构上应用具有广泛的前景。现拟从以下方面对光纤展开研究工作：
（1）提出从材料表界面学的角度出发，研究界面对光纤智能复合材料力学性能的影响。
（2）在体积含量相同的情况下，将光纤埋入复合材料不同铺层中，研究光纤埋入后对材料拉伸和弯曲性能的影响。
（3）研究光纤与纤维增强复合材料之间形成的界面。
（4）从细观角度分析光纤埋入对复合材料力学性能的影响。
（6）研究光纤光栅传感系统的动态信号监测能力。
着重研究光纤传感器的应力腐蚀、动态响应，以及光纤传感器对混凝土中钢筋的腐蚀监测。
3.光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变传递研究
光纤布拉格光栅(FBG)传感器的优点主要表现为:耐久性好,可以实现准分布式测量，测量动态范围宽，对环境干扰不敏感，抗电磁干扰，单位长度上信号衰减小，灵敏度高，精度高，光纤光栅尺寸小，测量值空间分辨率高，输出线性范围宽。当传统电学量传感设备组成的长期监测系统的性能稳定性、耐久性和分布范围都不能很好地满足实际工程需要的情况下,光纤光栅传感器受到许多实际工程领域的广泛关注与青睐。
但是从使用方式来看,它与传统的电学量传感设备一样,都必须与被测构件紧密连接起来以感受被测物体的变形。因此,只有当光纤光栅应变传感器与结构基体的变形保持一致时,传感器测量的应变值才能真实地反映结构基体的应变。相对于传统应变片中的电阻丝,光纤更加脆弱,需要的保护和封装工艺相对复杂,在实际测量中对粘贴工艺的要求也比较高,所以光纤光栅传感器中的应变传递效率问题受到该领域研究者的广泛关注
对混凝土和光纤传感器表面间的剪应力进行研究发现,在混凝土通过保护层把应变传递到光纤的过程中,部分能量损失在保护层和黏结剂层中,因此光纤布拉格光栅(FBG)的测量结果与结构实际应变存在偏差。同时研究发现保护层的材料性能对应变传递的效率有比较明显的影响。
本研究拟将中间层的厚度、长度以及光纤的弹性模量对应变传递效率的影响作了比较详细的分析,并且推导出应变传递效率公式。
通过对光纤光栅传感器中影响应变传递过程的理论分析,建立了各相关因素与应变传递误差之间的数学解析模型,并给出了测量误差修正方案。首先,将光纤光栅传感器简化为由保护层包裹着中心的光纤纤芯轴对称结构;再分析应变传递过程中保护层的剪切变形对应变的传递造成影响;最后,建立应变传递层的应变传递误差与光纤实际变形、伸长值等之间的数学关系。
本研究将着重研究光纤布拉格光栅(FBG)在实际服役中的力学性能的改变，即FBG在静疲劳、动疲劳和循环疲劳作用下的损伤，通过实验和有限元模拟来推导光纤光栅传感器应变传递的衰减规率。
4.有限元计算在桥梁质量评估中的应用
随着公路桥梁事业的发展，新建桥梁逐渐减少，已建桥梁的维修、养护、加固、改造等已成为交通管理、科研的工作重心之一。桥梁常用的加固方法有碳纤维加固、粘贴钢板加固、体外预应力加固、增大截面加固等，用有限元方法模拟桥梁的服役情况，了解桥梁的应力分布，静态、动态响应等。对加固方案进行分析比较，为桥梁的加固提供指导性的意见。
团队成员现状：
团队负责人为宋显辉教授，成员中教授3人、副研究员2人、讲师2人、助教2人，其中3人博士在读。
1. 宋显辉 教授，力学教研室主任。主要研究方向：智能材料及其结构体系与固体材料力学性能测试。负责对团队科研的管理、指导工作。主持与参与多项纵、横向项目，出版一本专著，发表学术论文多篇。
2. 李保德 教授，研究方向：新型建筑结构的理论计算与设计方法和复杂工程结构的检测技术与评估方法主，主持和参加科研项目26项，第1作者在重要期刊上发表科研论文20余篇，参加住房城乡建设部和湖北省2部规范编写。
3. 吴永桥 教授，院长，主要研究方向：结构疲劳强度研究、高温高压下材料性能研究。负责对团队管理指导工作，主持和参加科研项目多项并发表多篇学术论文主编并出版教材两部。
4.丁成忠 副研究员，教务处长，主要研究方向：无机非金属材料结构疲劳性能研究，负责对团队管理指导工作 。
5. 李海民 副研究员，处长 主要研究方向：无机非金属材料断裂性能研究，负责对团队管理指导工作。
6.潘梽橼，讲师，博士在读，系副主任。主要研究方向：光纤智能传感器力学性能研究。参与多项科研项目，主编教材一本，副主编教材一本，发表学术论文多篇。
7.王金枝，讲师 博士在读，主要研究方向：桥梁结构设计及健康检测，参与多项科研项目，发表学术论文多篇。
8. 靳帮虎，博士在读，主要研究方向：土木建筑结构健康检测。
9.李静，硕士研究生，研究方向：结构有限元计算分析。
