您所在位置:导师简介>> 王涛
王涛 中国地震局工程力学研究所，恢先地震工程综合实验室，研究员

受教育经历
? 2003/10-2006/09，日本京都大学，建筑与建筑工程，博士，导师：中岛正爱 教授
? 1999/09-2002/07，清华大学土木工程系，结构工程，硕士，导师：辛克贵教 授
? 1994/09-1999/07，清华大学土木工程系，结构工程，学士，导师：辛克贵教 授

联系方式：
邮箱：wangtao@iem.ac.cn
电话：**研究工作经历
? 2012/12-至今，中国地震局工程力学研究所，研究员、实验室副主任
? 2008/12-2012/12，中国地震局工程力学研究所，副研究员、硕士生导师
? 2008/10-2008/12，日本京都大学，防灾研究所，讲师
? 2006/10-2008/10，日本京都大学，防灾研究所，博士后

学术兼职
? 中国建筑学会抗倒塌防灾分会建筑结构抗倒塌专业委员会，委员
? 中国建筑学会抗震防灾分会村镇绿色建筑综合防灾专业委员会，委员
? U.S. Earthquake Engineering Research Institute, Member
? American Society of Civil Engineers (ASCE), Member

主持或参加科研项目： 国家级项目：
? 国家国际科技合作专项项目，2014DFA70950、基于装配技术的震后可快速
恢复功能结构体系、2014/04-2017/03、270 万、在研、主持。
? 国家自然科学基金重大国际合作项目，**、“建筑及桥梁抗倒塌性 能的分布式大型子结构试验方法与平台”之子课题“模块化子结构试验平台 及大型子结构网络协同试验”、2012/01-2016/12、75 万元/300 万元、在研、主持。
? 国家自然科学基金面上项目，**、子结构混合试验关键技术研究、
2014/01-2017/12、80 万元、在研、主持。
? 国家自然科学基金重大研究计划培育项目，**、框架剪力墙结构倒塌 破坏机制及两阶段失效模式控制研究、2010/01-2012/12、50 万元、已结题、 参加。
? 国家自然科学基金青年基金，**、核电厂整体三维隔震结构体系的理 论、应用和设计方法研究、2011/01-2013/12、19 万元、已结题、主持。
? 中国工程院重点咨询研究项目，2011-XZ-25、“核电站隔震保护技术的研究”子课题“核电站结构基于性态的隔震设计方法建议”、2011.1-2012.12、7.0 万/80.0 万、已结题、主持

省部级项目：
? 地震行业科研专项， ** 、核电厂抗震设计关键技术研究、 2012/01-2014/12、466 万元、在研、参加。
? 地震行业科研专项，**、中小学校建筑的损伤机理和加固后安全性 评价、2011/01-2012/12、165 万元、已结题、主持。
? 黑龙江省自然科学基金面上项目，E201359、大型结构试验设备的多自由度 混合控制方法研究、2014/01-2015/12、5 万元、在研、主持。
? 黑龙江省自然科学基金留学归国人员科学基金，LC201002、利用拟动力试 验探索多层混凝土框架的倒塌机制和倒塌极限、2011/01-2012/12、6 万元、 已结题、主持。
? 人事部留学人员科技活动项目择优资助经费，多层混凝土框架倒塌机制的试 验研究、2010/01-2011/12、3 万元、已结题、主持。
? 教育部留学回国人员科研启动基金，分布式拟动力试验系统的开发和应用、2010/01-2011/12、4 万元、已结题、主持。
? 北京市建设委员会建筑结构抗震加固专题重大项目，老旧住宅抗震加固工业 化成套技术研究、2010/01-2011/12、507.7 万元、已结题、参加。

其它项目：
? 中央级公益性研究所基本科研业务费专项重点项目，2013A01、地震安全社 区建设关键技术研究、2013/06-2015/12、180 万元、在研、主持。
? 中央级公益性研究所基本科研业务费专项面上项目，2010B04、核电厂三维

隔震体系的理论分析和试验研究、2011/01-2012/12、30 万元、已结题、主持。
? 中央级公益性研究所基本科研业务费专项面上项目，2008B017、分布式伪动 力试验系统的开发和应用、2008/12-2010/12、30 万元、已结题、主持。
? 日本学术振兴会（JSPS）特别研究员研究经费，P06398、Development of Hybrid Testing with Lab-Assembly Concept for Seismic Simulation of Large Structures、2006/10-2008/10、200 万日元、已结题、主持。

发表的学术论文：
在国内外重要杂志、会议发表论文 70 余篇，其中在《Earthquake Engineering and Structural Dynamics》、《Journal of Constructional Steel Research》等权威杂志 发表 SCI 检索论文 8 篇（共被他引 28 次，SCI 单篇最高引用 15 次），在《土木 工程学报》、《工程力学》等权威杂志发表 EI 检索论文 23 篇。主要的论文及其 评价如下。

? Wa ng T*, Pan P, Nakashima M. On-line hybrid test combining with general-purpose finite element software. Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2006; 35(12):1471-1488. DOI: 10.1002/eqe.586 (SCI, EI)在 Web of Science 中被引频次 10 次。论文论述了采用分离模型协调器的子结构混合试验系统，对隔震结构与挡土墙碰撞后的响应进行了分析。台湾大学 蔡克铨教授将其与加州大学伯克利分校的 OpenFresco 并称为两类最有效利 用有限元软件的子结构混合试验系统。

? Pan P, Tomofuji H, Wa ng T, Nakashima M, Ohsaki M, Mosalam KM.Development of peer-to-peer (P2P) internet online hybrid test system. Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2006; 35(7):867-890. DOI: 10.1002/eqe.561 (SCI, EI)在 Web of Science 中被引频次 19 次。论文论述了采用对等子结构框架的子结构混合试验系统，提出了采用拟牛顿过程自动寻找边界平衡条件的边界协调 技术。加州大学伯克利分校的 Mosalam 教授认为这种并行处理子结构的概念 特别适用于分布式混合试验，其封装特性是其他子结构试验系统所不具备的。

? Wa ng T*, Yoshitake N, Pan P, Lee TH, Nakashima M. Numerical characteristics of Peer-to-Peer (P2P) internet online hybrid test system and its application to seismic simulation of SRC structure. Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2008; 37(2):265-282. DOI: 10.1002/eqe.755 (SCI, EI)在 Web of Science 中被引频次 4 次。论文采用对等子结构混合试验系统对复杂结构进行模拟，对采用拟牛顿过程边界协调技术的数值积分方法进行了谱 分析，证明这种算法对于软化工程结构是无条件稳定的。英国 Bristol 大学的 Stoten 教授认为这次验证试验系首次采用多种有限元软件结合试验技术对复 杂结构体系进行的验证，证明了子结构混合试验技术有能力再现复杂结构的 动力响应，具有很好的应用价值。

? Wa ng T*, McCormick J, Yoshitake N, Pan P, Murata Y, Nakashima M. Collapse simulation of a four-story steel moment frame by a distributed online hybrid test. Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2008;37(6):955-974. DOI: 10.1002/eqe.798 (SCI, EI)
在 Web of Science 中被引频次 12 次。论文采用对等子结构混合试验系统对钢 结构框架的倒塌进行了模拟。美国加州大学 San Diego 大学的 Mosqueda 教 授认为对等子结构混合实验系统具备很好的健壮性，因为混合实验中的两个 试验子结构分别发生了断裂和局部屈曲，基本丧失了承载力，已经发展到完 全倒塌阶段。

? Ji XD, Kato M, Wa ng T, Hitaka T, Nakashima M. Effect of gravity columns on mitigation of drift concentration for braced frames. Journal of Constructional Steel Research, 2009; 65(12):2148-2156. (SCI, EI)在 Web of Science 中被引频次 5 次。论文论证了选择合适的重力柱侧向刚度
可有效抑制框架结构层变形集中问题。意大利学者 Marino 教授认为这是首 次对重力柱的动力作用进行的系统分析，其结果可对现行框架结构设计具有 重要的指导意义，同时，也是新型摇摆体系摇摆子结构的刚度设计依据。

? Wa ng T*, Mosqueda G, Jacobsen A, Cortes-Delgado M. Performance evaluation of a distributed hybrid test framework to reproduced the collapse behavior of a structure. Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2012; 41:295-313. DOI: 10.1002/eqe.1130 (SCI, EI)在 Web of Science 中被引频次 1 次。论文对钢结构框架的塑性内力转移机制 进行了子结构混合试验研究，提出采用重叠边界技术协调子结构，采用柔性 加载制度实现试验子结构的加载，再现了钢结构框架从整体倒塌机制变化到 层倒塌机制的全过程。这次试验首次在美国、日本和中国之间进行，混合试 验领域著名专家 Mosqueda 教授是本文合作者，他主动采用了申请者开发的子结构混合试验系统，对子结构混合试验结果与振动台试验结果的近似程度十分赞赏，认为在边界条件合理近似的情况下，子结构混合试验可准确模拟 整体结构的地震响应。

? Wa ng T*, Cheng C, Guo X. Model-based predicting and correcting algorithms for substructure online hybrid tests. Journal of Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2012; 41（15）：2331–2349. DOI: 10.1002/eqe.2190 (SCI,EI) 论文主要解决了静力边界无法采用动力差分方程预测的问题，申请者利用本 文方法进行了钢结构框架的子结构混合试验模拟、高层结构的子结构混合试 验，取得很好的效果。

? Wa ng T*, Nakashima M. Flexible substructure online hybrid test system using conventional testing devices. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2013; 12（3 ）：341–350. DOI: 10.1007/ss11803-013-0176-7 (SCI, EI) 论文系统论述了采用千斤顶系统进行混合试验的技术，发展了柔性加载制度， 分析了子结构混合试验的误差来源和累积过程，科学地回答了如何划分子结 构这个问题。

专著和译著：
发表专著 2 部，其中专著章节一章，为该专著的第一章。英文专著 1 本， 这是目前国际上唯一一本介绍混合试验方法的专著。

? Nakashima Masayoshi, McCormick Jason, Wang Tao, Hybrid Simulation: A Historical Perspective, Hybrid Simulation: Theory, Implementation and Applications, Victor Saouma, Mettupulayam Sivaselvan, CRC Press /Taylor & Francis, pp 3-13, United Kingdom, 2008.
? Pan Peng, Wa ng Tao, Nakashima Masayoshi, Development of Online Hybrid Test – Theory and Applications, Tsinghua University Press, Beijing, China, 2013.

专利
共获得国家专利 8 项，其中国家发明专利 5 项，实用新型专利 3 项。

? 郭迅 , 王涛 , 郑志华 . 模块式钢滞变消能器的使用方法 , 国家发明专利 CN**0.4.申请日期: 2011/09/26. 公开日期: 2012/05/02.
? 王涛, 滕睿, 杜雨峰. 摆式摩擦墙, 国家发明专利 CN**39.4. 申请 日期: 2011/06/01. 授权日期: 2013/07/31.
? 王涛, 滕睿, 陈曦. 自复位金属消能器, 国家发明专利 CN**9.7.申请日期: 2011/06/01. 授权日期: 2013/08/07.
? 王兆荣, 王涛, 雷远德, 滕睿. 混凝土填充的颈部加强防屈曲支撑, 国家发明 专利 CN**9.X. 申请日期: 2013/02/17. 公开日期: 2013/05/08.
? 王 涛 , 丁 路 通 , 滕 睿 . 辊 轴 式 金 属 隔 震 支 座 , 国 家 发 明 专 利 CN**6.6. 申请日期: 2013/02/17. 公开日期: 2013/10/09.
? 王涛 , 滕睿 , 陈曦 . 变刚度摩擦型耗能减震装置 , 国家实用新型专利 CN**8.0. 申请日期: 2010/03/29. 公开日期: 2011/05/25.
? 王涛, 滕睿, 孔子昂. 利用钢板面内变形耗能的金属消能器, 国家实用新型 专利 CN**9.2. 申请日期: 2013/02/17. 公开日期: 2013/09/11.
? 滕睿, 王涛, 杜雨峰. 带有面外约束的开缝钢板墙式消能器, 国家实用新型 专利 CN**1.3. 申请日期: 2013/02/17. 公开日期: 2014/01/29.

2.主要学术成绩、创新点及其科学意义
近年来主要从事地震工程和防灾工程方面的研究，围绕工程结构地震响应 模拟与控制，发展新型试验方法和减、隔震技术，致力于新型结构体系的研究， 在混合试验方法、建筑结构的倒塌模式控制理论与实践，以及核电厂的隔震理 论和关键技术等三个方面进行了系统研究，取得了以下创新性成果：

（1）子结构混合试验理论研究与混合试验平台建设 混合试验是理解复杂工程结构在强震下抗倒塌性能的重要手段，为此，美国国家自然科学基金会于 1999 年启动了地震工程和模拟网络计划（NEES）进行专门研究和建设。然而，十余年来的研究和发展表明，混合试验方法的主要 科学问题和技术瓶颈有：（1）对子结构混合试验的基础理论问题——边界协调 方法研究不足；（2）非线性多自由度耦合控制问题，和（3）子结构混合试验平 台架构的可扩展性问题。基于这种现状，申请者对并行数值积分方法、协调算 法和平台架构等方面进行了系统的研究和创新，建立了完善的子结构混合试验 理论和应用平台。
1. 提出具有星状拓扑结构的两种子结构混合试验平台，即分离模型体系和对等子结构体系，其星状拓扑的核心为协调器。分离模型体系的协调器为动力模型求解器，恢复力从静力子结构模型获得，这种体系适合动力模型简单，而 静力较复杂的结构体系。对等子结构体系的协调器为静态协调器，利用子结构 的边界反力形成边界刚度矩阵，进而求解边界位移，各个子结构具有相对独立 的动力模型，这种体系符合并行处理理念，适合于特别复杂的结构体系。
2. 提出兼顾精度、稳定和效率的子结构并行积分算法：基于模型的预测修 正算法，这是子结构混合试验的理论基础。该方法避免了寻找边界位移的迭代 过程，在预测和修正两个阶段保持整体结构的平衡和协调，因此更加精确和稳 定；解决了静力边界无法采用差分方程进行预测的问题，使子结构的划分更加 灵活，避免了以往在塑性集中的楼层位置划分子结构这一不合理方法，奠定了 子结构混合试验的理论基础。
3. 提出基于 BFGS 拟牛顿方法的子结构边界协调理论和采用重叠领域概念 的子结构协调方法，这是混合试验的核心科学问题。基于并行处理概念，采用 子结构边界上的位移和不平衡力增量逐步更新凝聚后的边界刚度矩阵，利用 BFGS 拟牛顿法原理结合预测修正算法，在逐步积分过程中协调子结构的边界条 件，利用谱半径分析方法证明了所提出算法的无条件稳定性。构造子结构间的 重叠领域，使边界远离结构行为复杂的区域，便于协调。这种方法兼顾了复杂 工程结构力学特征的多样性，解决了子结构混合试验的边界协调理论这一核心 科学问题。
4. 解决制约混合试验应用的技术瓶颈难题：子结构边界的非线性多自由度 控制方法。首先，回答了如何划分子结构这个科学问题，提出只有结合整体响 应指标和局部力学指标才能判断子结构划分方法的合理性，证实了采用单一整 体响应指标划分子结构无法准确模拟整体结构的倒塌全过程。其次，对子结构 混合试验中的误差来源进行了系统分析，给出划分子结构的基本条件，即远离 行为复杂区域。最后，解决了复杂边界条件非线性多自由度控制方法，采用柔 性加载制度进行边界控制，弱化某些非重要自由度的平衡和协调条件，采用交 替积分求解模式，追求整个模拟过程中的弱平衡形式，使试验系统更易于实现。
5.采用对等子结构混合试验方法在美、日、中之间进行了分布式子结构试 验，这是国际上首次采用不同的试验系统进行复杂边界条件的物理加载、再现 了钢框架地震倒塌的全过程，得到地震过程中框架塑性内力重分布会导致倒塌 模式变化这一重要结论，确定了钢结构框架的破坏全过程和倒塌极限。利用分 离模型混合试验方法进行了隔震结构与挡土墙碰撞试验，对日本隔震建筑隔震沟的间距进行了量化，确定了 500-600mm 的合理距离。另外，对钢骨混凝土高层结构的地震损伤机理、加固砌体结构的抗震性能和高层混凝土剪力墙结构地 震破坏机理进行研究，为这些新体系和新技术的应用奠定基础。
该研究成果得到了国家自然科学基金重大国际合作项目“建筑及桥梁抗倒 塌性能的分布式大型子结构试验方法与平台”(**)、国家自然科学基金 面上项目“子结构混合实验关键技术研究”（**）、黑龙江省留学归国人员 科学基金 “ 利用拟动力试验探索多层混凝土框架 的倒塌机制和倒塌极限 ”
（LC201002）、黑龙江省自然科学基金面上项目“大型结构试验设备的多自由度 混合控制方法研究”（E201359）和日本学术振兴会特别研究员研究经费（P06398） 的联合资助。本领域发表 SCI 检索论文 7 篇，EI 检索论文 4 篇，其 5 个创新成 果的 6 篇论文均发表在《Earthquake Engineering and Structural Dynamics》（本领 域国际最具权威杂志，影响因子：1.898），他引 28 次，单篇他引次数 15 次。2013 年，本领域的研究成果在清华大学出版社出版专著一本（英文），这是国内外关 于子结构混合试验的第一本专著。

（2）砌体结构和钢筋混凝土框架结构损伤机制与控制方法 汶川地震中没有经过设防的或设防水平不足的结构均遭受了严重的破坏，甚至倒塌。国务院发布的《全国地震重点监视防御区判定结果（2006—2020 年）》表明，未来我国震情形势不容乐观，绝大多数地区都面临着严重的潜在地震灾 害威胁，这些设防能力不足的建筑结构已成为防震减灾工程中的薄弱环节，普 遍需要抗震加固。近年来申请者针对砌体结构提出一种采用预制钢筋混凝土墙 片外套式加固的方法；对钢筋混凝土框架结构提出了控制框架倒塌模式的消能 减震设计方法。本领域的主要成果如下：
1. 对老旧砌体结构创造性地提出采用预制钢筋混凝土墙片外套式加固方 法，开发了预制钢骨混凝土墙片、预制混凝土贴墙墙片、预制阳台板等部件及 各部件之间的连接构造。进行了大型足尺结构的拟动力试验，结果表明结构整 体刚度提高 3 倍、强度提高 4 倍，可满足抗震设防要求。
2. 提出弯曲型混凝土外套结构和剪切型砌体结构的共同工作机制和力学 模型，建立了加固方法的理论基础；通过试验和数值模拟验证了三种混凝土和 砌体之间连接工艺的有效性，确定了各个地震水平下的三种工艺的传力比例。
3. 研究了楼板、填充墙、地震空间作用对混凝土框架倒塌模式的影响，通 过试验探索了结构塑性内力转移机制，判定塑性内力转移也有可能导致框架层倒塌模式，而双向加载作用对节点区提出了更加苛刻的要求，有可能使其承载力尽一步降低，以致于无法保证强节点弱构件的要求。
4. 提出了多性态控制点的框架结构消能减震设计方法，按预先设定的性态 点，利用变刚度消能减震装置控制不同地震水平下框架结构地震响应。
以上成果已经在全国中小学校舍安全工程、北京市老旧住宅加固工程中得 到应用，其中采用预制钢筋混凝土墙片对砌体结构外套式加固的技术入选中国 地震局“十一五”以来最具应用实效的科技成果。本成果得到国家自然科学基金重 大研究计划“重大工程的动力灾变”培育项目“框架-剪力墙结构倒塌破坏机制及 两阶段失效模式控制研究”（**）、地震行业科研专项经费“中小学校建筑 的地震损伤机理和加固后安全性评价”（**）和北京市建设委员会建筑结 构抗震加固专题重大项目“老旧住宅抗震加固工业化成套技术研究”的资助，发表 核心期刊论文 13 篇，其中被 EI 检索 9 篇，获得国家发明专利 4 项、实用新型专 利 2 项。鉴于该方向上的研究成果，申请人受邀担任中国建筑学会抗倒塌防灾 分会建筑结构抗倒塌专业委员会第一届委员、中国建筑学会抗震防灾分会村镇 绿色建筑综合防灾专业委员会第一届委员。

（3）核电厂的隔震理论和关键技术探索 核电是我国能源的长期重大战略选择。核电工程技术复杂，核电的批量化、规模化发展，将对其安全性提出更高的要求。我国国土面积 60%-80%以上处在地震区，地震危险性预测存在不确定性，断层活动具有可变性、新生性和潜伏 性。如何确保核电站在突发强地震中的安全，避免后果不堪设想的地震核灾难， 已成为急需解决的重要问题。核电工程中应用隔震技术，不仅可以提高结构体 系的抗震裕度，有效抵抗超设防水准地震动，而且可降低结构和设备、管道的 地震敏感性，从而实现上部结构和内部设备、管道的标准化设计。本领域研究 成果在于发展了核电厂隔震技术，提出了竖向隔震，建立了三维隔震的基础理 论。具体成果如下：
（1）隔震层参数优化：建立了简化理论模型，进行频域分析和时程分析， 寻找隔震层的合理参数，核电厂三维隔震系统的水平频率应为 0.5Hz 以下，竖向 频率不宜小于 1Hz，建议为 3-5Hz 为佳。隔震层宜设置一定的粘滞阻尼，水平向 和竖向等效阻尼比宜为 15-30%。
（2）三维隔震垫的竖向刚度力学模型：研制三维隔震支座，指出现有竖向 刚度设计公式的不足，针对轴压变形模式提出了新的竖向刚度设计公式，与传统的 Lindley 公式相比可得到更符合试验结果的竖向刚度计算公式。
（3）简化多质点模型和楼层响应谱：建立简化多质点模型进行时程分析， 通过对比三维隔震核电厂、水平隔震核电厂以及非隔震核电厂的楼层反应谱， 可知三维隔震技术不仅可以实现水平方向的隔震，而且可以在竖直方向实现核 电厂内部设备与管道的隔震。
（4）土结构相互作用分析：在上述分析的基础上，进一步考虑土结作用进 行分析，考察软土、硬土和基岩场地上隔震核电厂的地震响应和楼层谱的变化， 研究表明软土场地对隔震结构性能有很大影响，而硬土场地虽然有放大作用， 但仍可接受。
该项研究获得了国家自然科学基金“核电厂整体三维隔震结构体系的理论、 应用和设计方法的研究”（**）、地震行业科研专项经费“核电厂抗震设计 关键技术研究”（**）、中国工程院重点咨询研究项目“核电站隔震保护 技术的研究”（2011-XZ-25）的资助，在《土木工程学报》、《工程力学》等期 刊上发表论文 5 篇，其中 4 篇被 EI 检索。获得国家发明专利 1 项、实用新型专 利 1 项。