超高層建筑強震非線性損傷控制理論與試驗研究

我國的高層、超高層建筑未經受過強震的考驗，高層、超高層建筑在地震作用下的安全是社會廣泛關注的問題。本項目針對超高層建筑結構地震災變過程控制這一核心科學問題，系統(tǒng)地開展其在強震下的非線性動力損傷過程控制理論與方法研究。建立了超高層結構主要豎向承重構件及結構整體的損傷指標及失效破壞準則，提出鋼材損傷模型、考慮損傷累積效應的鋼柱損傷模型、基于能量閾值的鋼筋混凝土構件損傷準則、鋼筋混凝土剪力墻損傷模型及準則、超高層鋼-混凝土混合結構基于等效剛度的地震損傷模型；提出高層鋼框架考慮損傷累積效應的地震倒塌分析方法，基于易損性評估高層結構地震作用下?lián)p傷程度的方法，考慮多種強非線性因素的影響，完成了超高層混合結構地震動力災變全過程的數值模擬；研究高層建筑結構地震失效模式優(yōu)化設計理論與方法，提出復雜結構失效模式單目標與多目標優(yōu)化方法，提出基于性能的結構地震失效模式識別與優(yōu)化方法；開發(fā)了有限元磁流體阻尼器半主動控制平臺，完成新型磁流體阻尼器性能試驗、磁流體阻尼器鋼-混凝土混合結構模型地震模擬振動臺試驗，建立了基于磁流體阻尼器超高層混合結構地震災變過程控制理論與方法。 本項目建立了超高層建筑結構在強震下提高整體抗倒塌能力的控制措施，對保障我國超高層建筑的安全建設和運營、提高我國超高層建筑的抗震能力提供理論依據和科學支撐，具有重大的科學意義和廣泛的應用前景。 2100433B

本項目針對超高層建筑結構地震災變過程控制這一核心科學問題，系統(tǒng)地開展其在強震下的非線性動力損傷過程控制理論與方法研究?？紤]多種強非線性因素的影響，研究強震下超高層建筑結構非線性反應建模理論和高效的計算分析方法，實現(xiàn)超高層建筑結構強震動力災變過程模擬及非線性損傷過程控制模擬；通過程序模擬、理論分析及結構模型振動臺試驗，建立超高層建筑結構豎向承重構件及結構整體損傷指標及失效破壞準則、建立超高層建筑結構地震失效模式優(yōu)化及采取減震控制措施的災變過程控制理論和方法，建立超高層建筑結構在強震下提高整體抗倒塌能力的控制措施，對保障我國超高層建筑的安全建設和運營、提高我國超高層建筑的抗震能力提供理論依據和科學支撐，具有重大的科學意義和廣泛的應用前景。

針對高架橋梁在強震作用下的非線性損傷破壞和抗震性能，研究多維非一致地震動作用下，考慮結構強非線性以及碰撞接觸的非線性建模方法和數值算法；研究基于增量動力分析方法的地震動強度輸入指標和增量方案，以及表征結構損傷和破壞的輸出定量指標，建立高架橋梁強地震動作用下的非線性增量動力分析方法；研究高架橋梁各結構構件的損傷模型，分析結構局部損傷指標和整體損傷之間相互關系及其加權組合方法和權重；研究高架橋梁在強震動作用下的非線性效應和損傷演化規(guī)律，以及結構易損性模型建立方法和基于概率的抗震性能評估方法。在Opensees軟件架構下，應用上述研究成果開發(fā)高架橋梁強震非線性分析和抗震性能評估的功能模塊和分析平臺，為揭示強地震動作用下高架橋梁的損傷機理和破壞機制，提高結構的抗震能力提供理論和方法。由于高架橋梁跨度較小，不屬于重大工程，不包含在重大研究計劃的研究范圍之內，因此本項目從面上項目的類別中提出申請。 2100433B

土木工程結構在強震作用下將不可避免地進入塑性階段，從而表現(xiàn)出非線性行為，因此研究結構非線性振動識別與控制具有重要的理論和實際意義。本項目針對結構中已知非線性程度及非線性類型的不同，設計合適的結構非線性振動識別及控制算法，并分別基于旋轉阻尼器和磁流變彈性體建立具有可重復性的結構非線性振動試驗模型。具體為：1）當已知較多非線性模型信息時，采用常參數結構非線性振動模型，設計以魯棒控制方案為主的控制算法；當已知較少非線性模型信息時，采用時變參數結構非線性振動模型，設計以自適應制方案為主的控制算法；2）利用磁流變或粘滯旋轉阻尼器建立具有可重復性的結構非線性振動試驗模型，并通過調整輸入到磁流變旋轉阻尼器中的電壓信號實現(xiàn)不同的非線性行為；3）利用磁流變彈性體設計變剛度柱，并建立可以實現(xiàn)不同剛度非線性的結構非線性振動試驗模型；4）在試驗模型上驗證前面提出的結構非線性振動識別與控制算法的合理性。