[01451999]基于性态的结构抗震控制设计分析方法及应用

本成果属于建筑工程防震减灾及振动控制领域。建筑结构基于性态的抗震设计理论突破了传统抗震设计以“保证生命安全”为主要设防目标的局限,将有效控制人员伤亡和经济损失、保障结构使用功能作为主要目标。对于土木工程结构,在结构中恰当地安装振动控制系统可有效地减小结构动力反应,减轻结构构件的破坏与损伤,达到经济性、安全性与可靠性的合理平衡。采用基于性态的结构抗震控制设计方法,可有效地提高结构的抗震性能,是积极有效的防灾减灾对策,对确保建筑结构地震安全及土木工程防震减灾学科的发展具有重要推动作用。该项目的主要科技创新包括： 1)基于性态的抗震设计地震动理论和方法。提出了基于双规准谱的统一设计谱理论,有效降低了抗震设计谱的离散性。针对地震动反应谱存在显著统计变异性或离散性的问题,从地震动的统一性入手,分别对反应谱的纵坐标和横坐标进行规准化,提出了双规准反应谱的概念,通过对近千条地震动记录的统计分析,发现不同震级、距离、场地等因素影响下地震动的双规准反应谱存在良好规律性和一致性;建立了基于双规准谱的统一设计谱理论,发展了地震环境相关设计谱确定方法,设计谱的统计变异性下降40%,为抗震结构性态要求的实现奠定了基础。 2)结构振动控制理论和方法。建立了非均匀材料在动态热/力载荷作用下的断裂力学求解的系列分析模型;构造了非均匀材料的热冲击阻力分析方法;给出了压电多层介质及多层电极结构的系列分析模型;构造了电磁材料的多场耦合变分原理,获得了磁电材料裂纹尖端热-力-电-磁耦合场的精确表达式,以及电-磁耦合波动特征;获得了小尺度下微纳米材料梁及纳米纤维复合材料结构振动的精确解;基于功能材料多场耦合效应,提出了新型电磁驱动AMD系统,建立了以相对速度和控制输入电压为输入变量的电磁驱动AMD控制系统力电关系模型;提出了表征AMD控制力方向特点的定量指标,建立了表征控制力能量特点的指标系统,完善了结构层间主动控制力方向特点分析的定量指标体系;提出电磁耗能储能混合质量驱动控制系统,实现将结构有害振动产生的能量合理转化、储存、再利用,避免了地震作用下一旦能源供给失效造成主动控制系统瘫痪的问题。 3)建筑结构基于性态的抗震控制方法及应用。提出的性态抗震地震动理论方法和结构振动控制方法已实际应用于医疗建筑、交通建筑、体育建筑、商业建筑等公共建筑及居住建筑的抗震设计、减振控制等实际工程中。 项目获发明专利36项,出版专著9部,发表论文580余篇,SCI/EI 收录350余篇,培养硕/博士生50余名,获省部级科技进步一等奖6项,主编抗震设计标准1部,高强钢筋应用规程1部,参编及审查技术规程4部。主编的山东省《建筑结构工程抗震性态设计规范》（DB37/T 5055-2016）,为山东省基于性态抗震设计规范的编制和发展奠定了基础。 研究成果已广泛应用于各类重大、复杂工程的抗震设计中,如：山东滨州黄河公路大桥、山东省档案馆、青岛西海岸医疗中心、济南西客站场站一体化工程、济南黄金时代广场、济南华强广场、北京泰山饭店、深圳湾体育场、宁波水街地块廊桥等,为提高我国工程结构的防震减灾及振动控制能力提供了重要理论及技术支撑,创造了显著的社会和经济效益。