用鋼鐵撐起一片藍(lán)天

他是一個平凡的人，普通衣食，忙忙碌碌，兢兢業(yè)業(yè)；他又是一個不平凡的人，開拓創(chuàng)新，年輕有為，激情澎湃。他是一個大學(xué)老師，三尺講臺，揮灑汗水；他又是一個建筑鋼結(jié)構(gòu)抗震研究專家，百丈高樓，心系安全。在他的世界里，他用鋼鐵撐起了一片藍(lán)天。他就是福州大學(xué)土木工程學(xué)院副研究員、碩士生導(dǎo)師吳兆旗。

說起自己的研究方向，吳兆旗興致勃勃，侃侃而談。他主要從事鋼結(jié)構(gòu)、鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)抗震性能評估與加固、結(jié)構(gòu)健康檢測與信息處理等方面的研究，還講授鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計、高等鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、高等組合結(jié)構(gòu)原理等研究生與本科課程。

播種汗水，收獲金黃

2008年，吳兆旗從哈爾濱工業(yè)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)獲得工學(xué)博士學(xué)位，結(jié)束了他的學(xué)生生涯。二十幾年的求學(xué)路，從表面看來吳兆旗一路走得很順暢，但背后他也付出了很多艱辛的努力。又經(jīng)過在福州大學(xué)土木工程學(xué)院的幾年努力，如今的他更加成熟了。老天不負(fù)有心人，社會認(rèn)可了他的努力，他也收獲了無數(shù)的榮譽。目前他主持國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金和福建省自然科學(xué)基金等科研課題6項；作為主要成員參與十二五國家科技支撐計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、教育部博士點科學(xué)基金項目、福建省杰出青年科學(xué)基金和住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部項目共6項；獲得福建省科技進步二等獎1項、國家專利3項授權(quán)，發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文40余篇，其中SCI、EI、ISTP檢索20余篇，編著1部，參編教材1部。

談到當(dāng)前研究的重大的科研項目，吳兆旗略顯激動，但語氣很堅定。鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工速度快、地基費用省、占用面積小、工業(yè)化程度高、外形美觀等一系列優(yōu)點，與混凝土結(jié)構(gòu)相比它是環(huán)保型的和可再次利用的，也是易于產(chǎn)業(yè)化的結(jié)構(gòu)。隨著近年來我國鋼材產(chǎn)量逐年攀升，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)由長期以來實行的“節(jié)約鋼材”已轉(zhuǎn)變?yōu)椤昂侠碛娩摚膭钣娩摗钡姆e極的政策，尤其鼓勵鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用。然而，建筑用鋼結(jié)構(gòu)占我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)量的不足5%，而發(fā)達(dá)國家建筑用鋼材占鋼材總量的10%以上，美國日本等國家更達(dá)到30%左右?？梢钥闯觯覈ㄖ娩摬挠昧繃?yán)重偏低，且絕對量相差非常大，我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展具有較大的空間和潛力。多高層鋼結(jié)構(gòu)框架中，典型的梁–柱連接是梁翼緣與柱對接焊、腹板與柱子利用高強螺栓連接。過去一直認(rèn)為該節(jié)點具有良好的抗震性能，然而，在1994年的北嶺（Northridge）地震和1995年的阪神（HyogokenNanbu）地震中，采用這種節(jié)點的數(shù)百棟鋼結(jié)構(gòu)建筑雖然沒有倒塌，卻有很多在節(jié)點部位出現(xiàn)了嚴(yán)重的脆性破壞。典型的破壞方式是梁下翼緣與柱子之間的全熔透焊縫出現(xiàn)裂紋，然后裂紋根據(jù)連接細(xì)節(jié)的不同沿著不同路徑發(fā)展。

此后，眾多的研究者在對傳統(tǒng)梁柱節(jié)點破壞原因和破壞機理研究的同時，基于抗震要求提出抗震性能更加優(yōu)良的梁–柱節(jié)點形式。新提出的這些抗震性能優(yōu)良的梁–柱節(jié)點多是“強節(jié)點，弱構(gòu)件”抗震思想的深化。盡管這些改進的梁–柱節(jié)點在試驗室中表現(xiàn)出優(yōu)越的抗震性能，但是由于其抗震設(shè)計思想是基于框架主要構(gòu)件框架梁提供塑性變形，應(yīng)用這些節(jié)點的實際工程若受到破壞，修復(fù)相對困難。針對傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)梁–柱連接節(jié)點地震中容易發(fā)生脆性破壞，改進梁–柱連接節(jié)點震后不易修復(fù)等問題，基于被動控制思想，吳兆旗在傳統(tǒng)梁–柱T形件連接的基礎(chǔ)上提出一種新型節(jié)點構(gòu)造，其特點是把傳統(tǒng)T形件連接節(jié)點與梁下翼緣相連的T形件作為耗能元件，提供節(jié)點轉(zhuǎn)動所需塑性變形；使梁上翼緣作為轉(zhuǎn)動中心不發(fā)生較大的位移從而保護其不發(fā)生破壞；在T形件翼緣與柱翼緣之間設(shè)置墊板，使T形件翼緣能夠向正反兩個方向發(fā)生彎矩屈服從而增大其耗能能力。耗能T形件處于梁翼緣下部，破壞后易于更換；梁下翼緣通過T形件直接與柱子相連，沒有增加梁的高度，對梁的整體穩(wěn)定有利。

該項目針對所提出的新型梁–柱連接節(jié)點，研究T形件形狀優(yōu)化、節(jié)點轉(zhuǎn)動剛度、承載能力、延性、滯回性能、耗能能力、破壞模式等，建立便于工程應(yīng)用的設(shè)計方法和節(jié)點滯回模型。此項目實施將能改善鋼結(jié)構(gòu)梁–柱連接節(jié)點在地震中易出現(xiàn)脆性破壞和破壞后修復(fù)困難的現(xiàn)狀，對鋼結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的推廣、應(yīng)用具有重要的理論意義與實用價值。

執(zhí)著探索，造福社會

自從博士畢業(yè)后，吳兆旗就開始了在福州大學(xué)的教學(xué)生涯。這三年半來，他一直在努力，努力教學(xué)，努力做科研?！白鼋ㄖY(jié)構(gòu)抗震性能研究，我不能算是專家，只是為社會貢獻一點自己微薄的力量吧”，吳兆旗謙虛地說。他認(rèn)為，既然國家培養(yǎng)了他，他就要盡自己的最大能力去回報國家，造福社會。他是這樣說的，也是這樣做的，從他的研究中就可見一斑。

我國現(xiàn)實狀況是人多地少、土地緊缺，人均耕地占有面積不足世界平均水平的1/3，致使城市建設(shè)用地稀缺。據(jù)此，國家“十一五”科技支撐計劃支持節(jié)能省地型建筑的研發(fā)工作，大力發(fā)展高層和超高層建筑，提高建筑的容積率，以緩解用地緊缺和建筑面積需求不斷增長的矛盾。隨著建筑高度的不斷增加和使用功能的日趨復(fù)雜，單一的結(jié)構(gòu)形式已不能完全滿足建設(shè)要求。鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)兼有鋼結(jié)構(gòu)施工速度快和混凝土結(jié)構(gòu)剛度大、成本低等優(yōu)點，被認(rèn)為是一種與我國國情相符合的高層建筑結(jié)構(gòu)形式，被大量用于我國的高層建筑特別是超高層建筑結(jié)構(gòu)中。鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)中，樓面梁與鋼筋混凝土筒體及外圍框架柱的連接通常采用剛性連接或者鉸接。剛性連接要求鋼梁插入混凝土墻內(nèi)的長度不小于2m，以便將梁的固端反力比較均勻的傳遞至墻身，同時由于梁需要跨越的距離較大，為滿足受力要求需要較高的梁截面，不但占用使用空間的高度，還會使“強柱弱梁”的設(shè)計理念實現(xiàn)非常困難。鉸接連接要求相對寬松，但梁需要跨越的距離較大時，除了要滿足受力要求需要相對較大的梁高外，梁跨中撓度也常常難以滿足要求；另外，樓面梁與鋼筋混凝土筒體及外圍框架柱之間采用鉸接的結(jié)構(gòu)整體性稍差。

基于以上原因，一些學(xué)者建議樓面梁與鋼筋混凝土筒體及外圍框架柱之間采用半剛性連接的方式。由于半剛性連接具有良好結(jié)構(gòu)性能和顯著的經(jīng)濟效益，在過去的四十年中，鋼結(jié)構(gòu)連接的性能以及其對結(jié)構(gòu)桿件和框架性能的影響已經(jīng)成為一個具有非常吸引力的研究領(lǐng)域。特別是過去的30年中，國內(nèi)外很多學(xué)者在這一研究領(lǐng)域開展了大量細(xì)致的工作。但研究大都集中在純鋼結(jié)構(gòu)梁柱之間的連接，目前最為常用的樓蓋結(jié)構(gòu)是在梁上鋪設(shè)壓型鋼板，其上澆注混凝土而成的組合梁樓蓋，試驗結(jié)果表明考慮樓板組合作用后節(jié)點的強度和承載力會有明顯提高。隨著理論和試驗研究的不斷深入，使得半剛性連接組合節(jié)點在工程實踐中的應(yīng)用成為可能。吳兆旗的研究對象主要是目前應(yīng)用較多、施工方便的平端板連接組合節(jié)點，通過對該類組合節(jié)點在彎矩和拉力共同作用下的受力機理分析和對具有不同參數(shù)的連接節(jié)點的受力全過程進行研究，他提出了其在彎矩和拉力共同作用下的設(shè)計方法。此項研究工作的開展，不僅可以深入了解半剛性連接組合節(jié)點的工作性能，其研究成果可以為半剛性組合連接節(jié)點規(guī)范的制定提供理論基礎(chǔ)和試驗數(shù)據(jù)，也可以為半剛性組合節(jié)點在實際工程中的應(yīng)用提供設(shè)計方法，有助于推動半剛性連接的鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用。

吳兆旗的此項研究首次對鋼-混凝土組合連接節(jié)點在軸力和彎矩共同作用下的性能進行研究，并利用大型商業(yè)通用有限元分析程序建立精細(xì)的組合節(jié)點模型，該模型可以考慮組合梁中混凝土板開裂和壓潰、鋼梁和混凝土板、鋼柱和混凝土板的接觸以及鋼筋的滑移。

在鋼結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域里，吳兆旗找到了真正的自己，有汗水亦有歡樂，有艱辛亦有掌聲。他憑著年輕氣盛，帶著躊躇滿志，在科研的道路上，一步一步走得很堅定，也很優(yōu)雅。他很年輕，未來的路還很長，相信他一定能為國家作出更多的貢獻。