空間結構形態(tài)學基礎理論與方法研究項目摘要

結構形態(tài)學是從整體上研究建筑形狀與結構受力之間的關系，目的在于尋求二者的協(xié)同統(tǒng)一。結構的形態(tài)問題一直是建筑師和結構工程師最為關心的問題之一，尤其是對空間結構來說。隨著社會的不斷進步，結構形態(tài)的多元化與復雜化已成為現(xiàn)代空間結構的特征之一。本項目針對當前空間結構形態(tài)學研究中的兩大核心問題- - 復雜空間形態(tài)的構建與設計及可變結構形態(tài)的分析與控制問題，展開相關基礎理論與共性技術研究。綜合運用計算機輔助幾何設計、逆向工程、能量原理、優(yōu)化控制等理論方法與技術手段，建立空間自由曲面形態(tài)及空間復雜多面體形態(tài)的數(shù)字化造型與分析設計技術，完善基于彈性變形與機構位移耦合分析的可變結構形態(tài)統(tǒng)一分析理論，提出了基于長度可變單元及隨機搜索算法的空間結構形態(tài)優(yōu)化控制方法。這些問題的解決將在理論上填補傳統(tǒng)理論與方法的空白，在實踐中促進自由形態(tài)結構與可變形態(tài)結構在相關領域的應用。

本項目針對復雜空間形態(tài)的構建與設計及可變結構形態(tài)的分析與控制問題，綜合運用計算機輔助幾何設計、逆向工程、應用數(shù)學、優(yōu)化控制等理論方法與技術手段展開研究，主要取得了四個方面的成果：（1）系統(tǒng)建立了的空間自由曲面形態(tài)及空間復雜多面體形態(tài)的數(shù)字化造型與分析設計方法，提出了基于3D掃描的空間網(wǎng)格結構逆向建模方法，實現(xiàn)空間網(wǎng)格自由曲面從實物到數(shù)字模型的轉化。提出了一種適用于空間自由曲面網(wǎng)格生成的等參線分割法，通過在曲面上提取等參線并以桿件長度相等為條件分割等參線，進而確定每行網(wǎng)格的參數(shù)域節(jié)點，生成網(wǎng)格。（2）基于隨機搜索算法的找形、找力、索力優(yōu)化控制方法，將張力空間結構的形態(tài)分析問題和形態(tài)控制問題轉化為數(shù)學上的組合優(yōu)化問題，建立相應的約束優(yōu)化模型，針對該組合優(yōu)化問題搜索空間大，目標函數(shù)有變量之間無顯式函數(shù)關系的特點，構建改進的隨機搜索方法求解，解決了大型復雜張力空間結構的形態(tài)分析及形態(tài)非線性控制的難題。（3）基于向量式結構力學的空間結構復雜行為分析方法，以向量式結構力學為理論基礎，以有限質點法為分析手段，分別從結構的幾何破壞、材料破壞、構件斷裂，以及接觸碰撞四個方面，研究空間結構形態(tài)分析中的強非線性和不連續(xù)行為。（4）發(fā)展與完善了基于雙鏈形連桿機構的空間可展結構分析與設計的基本理論與方法，發(fā)展了機構加法這種構造方法，得到了一類新類型機構，系統(tǒng)研究了雙鏈形連桿機構模塊組合問題，給出了兩類基于DC組合模塊的旋轉開合結構，提出了一種新穎的帶定點運動的圓形及類橢圓形旋轉開合結構的設計方法。 2100433B

廢棄混凝土循環(huán)利用可實現(xiàn)固體廢棄物減排，還可明顯降低天然資源消耗，符合可持續(xù)發(fā)展國家戰(zhàn)略。針對其利用效率亟待提高的現(xiàn)狀，本項目從廢棄混凝土的骨料層次改性循環(huán)利用和大尺度塊體層次直接循環(huán)利用兩方面入手，聚焦材料和構件的長期行為，深入開展改性再生骨料混凝土及其梁/柱構件，以及直接采用大尺度廢棄混凝土塊體的再生混合混凝土及其梁式構件的基礎理論與方法研究，包括：1）提出再生粗骨料及其與新水泥砂漿界面的聯(lián)合優(yōu)化改性方法并揭示改性機理，建立改性再生骨料混凝土的不同受力本構關系和收縮/徐變模型，探究其受壓/彎折疲勞性能以及碳化和氯離子擴散性能；2）研究改性再生骨料混凝土梁/柱的變形長期發(fā)展規(guī)律，揭示梁的疲勞損傷演化過程；3）提出低強廢棄混凝土塊體與高強新混凝土的非線性混合受力模型及其尺寸效應確定方法，建立再生混合混凝土的徐變預測模型，探究其受壓/彎折疲勞性能和凍融性能以及再生混合混凝土梁的疲勞特性。

當前，用水方式轉變和技術進步所帶動的節(jié)水空間越來越有限，使得市場調節(jié)在水資源配置和調度中的作用越來越顯著。《水資源定價理論與方法研究》針對我國水資源定價體系存在的問題，從理論探討、方法總結、模型構建、實踐應用等層面，開展了水資源定價理論與方法的研究和實證分析，對創(chuàng)新水資源定價理論、引導合理水價標準制定、促進水資源的優(yōu)化配置和可持續(xù)利用具有借鑒作用。

《水資源定價理論與方法研究》可作為水利科學、水資源規(guī)劃與管理等領域規(guī)劃設計及管理人員的參考用書，也可供高等院校相關專業(yè)的本科生、研究生及教師參考。