《高层建筑防震减灾智能控制新技术及工程应用》

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该成果属于建筑工程防震减灾领域。

强地震作用给高层建筑的安全性构成了严重威胁,是结构破坏甚至倒塌的主要因素之一。传统的方法是依靠提高结构自身的刚度、强度和延性来“抵御”地震动的作用,但这种方法存在着安全性难以保证、适应能力差、经济性欠佳的局限性。防震减灾智能控制技术的出现为解决上述问题提供了一条有效途径,是土木工程中一个较新的研究与技术开发领域。项目组从工程实际出发,对形状记忆合金材料消能减震体系、压电摩擦半主动智能减/隔震控制体系及磁流变弹性体半主动控制体系,进行了深入系统的研究,形成了一整套工程结构防震减灾控制技术体系,推动了智能材料与控制体系在工程结构中的应用。该项目的主要科技创新如下:

1.研发了震后功能可恢复的新型形状记忆合金消能减震体系。提出了考虑循环次数、加载路径和加载频率的形状记忆合金本构理论模型,研发了多种新型自复位形状记忆合金阻尼器,开展了不同加载条件下的新型阻尼器模型试验,建立了新型阻尼器的力学分析模型,创建了基于新型自复位阻尼器的消能减震体系的动力分析模型,提出了基于能量分析和遗传算法的消能减震体系的优化设计方法。

2.研发了高性能压电摩擦半主动智能减/隔震控制体系。研发了两种压电摩擦阻尼半主动控制装置,提出了多种基于压电摩擦阻尼装置的模糊控制策略,研制了新型模糊控制器,创建了压电智能控制减/隔震体系,建立了压电摩擦阻尼结构控制系统的仿真模型,开展了基于快速控制原型技术的模型结构地震反应半主动控制振动台试验。

3.研发了高阻尼磁流变弹性体及其半主动控制体系。研制了以天然橡胶和溴化丁基橡胶为基体的具有良好机械性能和阻尼特性的高阻尼磁流变弹性体;建立了能够反映磁性颗粒分布形式不同而引起磁致模量变化的微观物理模型-主链吸附模型;提出了高阻尼磁流变弹性体磁致剪切模量计算公式;建立了能够准确描述磁流变弹性体在外加磁场下磁致粘弹性力学行为的磁致粘弹性参数模型。

该项目获得发明专利6项,实用新型9项,发表学术论文40余篇,其中SCI论文10篇(JCR二区论文4篇),其中4篇发表于智能材料与结构领域国际顶级期刊《Smart Materials and Structures》,1篇发表于ASCE期刊《Journal of Materials in Civil Engineering》,EI收录25篇,参与出版英文专著2部。

该项目推动了工程防震减灾理论和实践,为工程结构的建设和运营提供了安全保障。团队在新型功能可恢复高层结构体系、消能减震结构体系及智能结构半主动控制系统等方面进行了理论和试验研究,取得了一系列科学发现和技术成果,并在一些重要工程中推广应用,取得了明显的社会效益,为推动土木工程结构防灾智能防御体系的发展做出了重要贡献。

成果说明

该项目有关高层建筑防震减灾智能控制制技术的研究成果已经应用于多个不同形式的实际工程中,如一些河南五建建设集团有限公司承建的“郑州银行郑东新区营业楼项目”、河南省第一建筑工程集团有限责任公司承建的“许昌市科普教育基地项目”、林州建总建筑工程有限公司承建的“郑州航空工业管理学院东校区大学生活动中心”、郑州市第一建筑工程集团有限公司承建的“河南省中医院全科医生临床及病房综合楼”等项目中,在全省范围内得到应用,产生了较好的社会效益。

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