《大型复杂既有建筑结构安全性能提升关键技术与工程应用》

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在中国快速城镇化进程中,因材料老化、设计施工缺陷、规划调整、地震损坏等原因,不少既有建筑特别是文物建筑,亟需得到性能提升以保障其正常使用和寿命。然而,受建设资料的不完备、既有建筑的复杂性及改造需求的多元化所限,在保护和改造中,长期存在“重构件而轻体系”、“技术缺乏系统性和互补性”等问题,导致大量社会财产损耗甚至珍贵文化信息的遗失。项目组在国家科技支撑计划等一批课题的资助下,针对大型复杂既有建筑结构安全性能提升的巨大需求和瓶颈问题,进行了二十余年的研究和实践,形成以四项创新为代表的技术群:

大型复杂既有建筑三维信息精密留取和数剧融合技术。针对大体量复杂结构既有建筑的高精度信息留取这一难题,发明了三堆扫描控制定位工具,建立了大范围高精度亚毫米级点云数据融合技术,整体拼接精度可达0.02毫米。提出了基于三维点云数据的BIM快速逆向建模方法,以及海量信息的多元化交互表达体系,解决了大型复杂既有结构有限元模型建立和更新的难题。为精细化的性能提升设计和施工奠定了信息及模型基础。

面向功能可恢复的既有建筑抗震/隔震加固技术。针对传统结构震后残余变形大,功能难于快速恢复等缺陷,发明了摩擦耗能式自定心抗震加固体系,可自动消除震后残余变形90%以上,并具有可调、可恢复的耗能能力。建立了自复位隔震技术体系,并首次研发了大变形(350%)、低模量(≤0.31N/mm2)的系列高性能隔震橡胶支座,大幅减少上部加固量并提高隔震效率,可节约工期60%,提升结构抗震能力80%以上。

面向功能可调控的既有建筑减震(振)技术体系及装置。针对传统“三水准”、单目标减震设计的局陷,建立了“四水准’(含巨震)、“五目标”的减震控制-优化技术;发明了参数可自主调控的粘滞阻尼器及调谐质量阻尼器,并实现其产业化。针对高铁站房等大跨结构的轻柔化、低阻尼化趋势,首次建立了随机人群荷载下站房楼盖的减振控制优化方法。成果被纳入国家规范,填补该领域的空白,提高减振效率30%以上。

面向复杂结构/建筑遗产移位的精准控制技术及系统。针对城市发展和既有建筑保护之间的矛盾,以及复杂结构/建筑遗产移位工程中传力途径多变、同步性要求高、施工代价大等特点,发明了非电液控制建筑物移位高精度测量技术、长距离平稳迫降技术、悬吊提拉式顶升系统、差异沉降动态补偿式平移台车等技术和专用装备。移位控制精度达99.9%、工效提高50%以上,设备造价降低1/3。

已发表论文160篇(SCI42篇),含ASCE期刊研究亮点、最佳论文提名3篇;获发明专利36项、软件著作权8项;出版专著6部,主/参编国家/省级规程和图集10部(国家级5部),培养国家杰青、新世纪百千万人才、万人计划领军人才及青年长江学者等8人。成果应用于柬埔寨吴哥窟、蒙古国辽塔等10项国外建筑遗产,布达拉宫古建筑群、南京博物院等20项国内建筑遗产、32项中小学校舍/医院隔震加固以及北京奥运演播塔、沈阳高铁站改造等45项大型既有建筑减震(振)及移位工程,创造经济效益7.86亿元。实现了关键技术的系统化、标准化、装备化和产业化。

成果历获2015年教育部科技进步一等奖、2016年测绘科技进步一等奖、2014年中国铁道建筑总公司科技一等奖等奖励。

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