超高層建筑強(qiáng)震非線性損傷控制理論與試驗(yàn)研究項(xiàng)目摘要

本項(xiàng)目針對超高層建筑結(jié)構(gòu)地震災(zāi)變過程控制這一核心科學(xué)問題，系統(tǒng)地開展其在強(qiáng)震下的非線性動力損傷過程控制理論與方法研究。考慮多種強(qiáng)非線性因素的影響，研究強(qiáng)震下超高層建筑結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)建模理論和高效的計(jì)算分析方法，實(shí)現(xiàn)超高層建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)震動力災(zāi)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(jié)構(gòu)模型振動臺試驗(yàn)，建立超高層建筑結(jié)構(gòu)豎向承重構(gòu)件及結(jié)構(gòu)整體損傷指標(biāo)及失效破壞準(zhǔn)則、建立超高層建筑結(jié)構(gòu)地震失效模式優(yōu)化及采取減震控制措施的災(zāi)變過程控制理論和方法，建立超高層建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)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(shè)和運(yùn)營、提高我國超高層建筑的抗震能力提供理論依據(jù)和科學(xué)支撐，具有重大的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景。

我國的高層、超高層建筑未經(jīng)受過強(qiáng)震的考驗(yàn)，高層、超高層建筑在地震作用下的安全是社會廣泛關(guān)注的問題。本項(xiàng)目針對超高層建筑結(jié)構(gòu)地震災(zāi)變過程控制這一核心科學(xué)問題，系統(tǒng)地開展其在強(qiáng)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(jié)構(gòu)主要豎向承重構(gòu)件及結(jié)構(gòu)整體的損傷指標(biāo)及失效破壞準(zhǔn)則，提出鋼材損傷模型、考慮損傷累積效應(yīng)的鋼柱損傷模型、基于能量閾值的鋼筋混凝土構(gòu)件損傷準(zhǔn)則、鋼筋混凝土剪力墻損傷模型及準(zhǔn)則、超高層鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)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(yīng)的地震倒塌分析方法，基于易損性評估高層結(jié)構(gòu)地震作用下?lián)p傷程度的方法，考慮多種強(qiáng)非線性因素的影響，完成了超高層混合結(jié)構(gòu)地震動力災(zāi)變?nèi)^程的數(shù)值模擬；研究高層建筑結(jié)構(gòu)地震失效模式優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法，提出復(fù)雜結(jié)構(gòu)失效模式單目標(biāo)與多目標(biāo)優(yōu)化方法，提出基于性能的結(jié)構(gòu)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(yàn)、磁流體阻尼器鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)模型地震模擬振動臺試驗(yàn)，建立了基于磁流體阻尼器超高層混合結(jié)構(gòu)地震災(zāi)變過程控制理論與方法。 本項(xiàng)目建立了超高層建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)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(shè)和運(yùn)營、提高我國超高層建筑的抗震能力提供理論依據(jù)和科學(xué)支撐，具有重大的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景。 2100433B

針對高架橋梁在強(qiáng)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(jié)構(gòu)強(qiáng)非線性以及碰撞接觸的非線性建模方法和數(shù)值算法；研究基于增量動力分析方法的地震動強(qiáng)度輸入指標(biāo)和增量方案，以及表征結(jié)構(gòu)損傷和破壞的輸出定量指標(biāo)，建立高架橋梁強(qiáng)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(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷模型，分析結(jié)構(gòu)局部損傷指標(biāo)和整體損傷之間相互關(guān)系及其加權(quán)組合方法和權(quán)重；研究高架橋梁在強(qiáng)震動作用下的非線性效應(yīng)和損傷演化規(guī)律，以及結(jié)構(gòu)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(gòu)下，應(yīng)用上述研究成果開發(fā)高架橋梁強(qiáng)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(qiáng)地震動作用下高架橋梁的損傷機(jī)理和破壞機(jī)制，提高結(jié)構(gòu)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(jì)劃的研究范圍之內(nèi)，因此本項(xiàng)目從面上項(xiàng)目的類別中提出申請。 2100433B

土木工程結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下將不可避免地進(jìn)入塑性階段，從而表現(xiàn)出非線性行為，因此研究結(jié)構(gòu)非線性振動識別與控制具有重要的理論和實(shí)際意義。本項(xiàng)目針對結(jié)構(gòu)中已知非線性程度及非線性類型的不同，設(shè)計(jì)合適的結(jié)構(gòu)非線性振動識別及控制算法，并分別基于旋轉(zhuǎn)阻尼器和磁流變彈性體建立具有可重復(fù)性的結(jié)構(gòu)非線性振動試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＞唧w為：1）當(dāng)已知較多非線性模型信息時(shí)，采用常參數(shù)結(jié)構(gòu)非線性振動模型，設(shè)計(jì)以魯棒控制方案為主的控制算法；當(dāng)已知較少非線性模型信息時(shí)，采用時(shí)變參數(shù)結(jié)構(gòu)非線性振動模型，設(shè)計(jì)以自適應(yīng)制方案為主的控制算法；2）利用磁流變或粘滯旋轉(zhuǎn)阻尼器建立具有可重復(fù)性的結(jié)構(gòu)非線性振動試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并通過調(diào)整輸入到磁流變旋轉(zhuǎn)阻尼器中的電壓信號實(shí)現(xiàn)不同的非線性行為；3）利用磁流變彈性體設(shè)計(jì)變剛度柱，并建立可以實(shí)現(xiàn)不同剛度非線性的結(jié)構(gòu)非線性振動試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?）在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕向?yàn)證前面提出的結(jié)構(gòu)非線性振動識別與控制算法的合理性。