重大工程结构地震损伤破坏的控制原理与方法

本项目以研究减轻重大工程结构在强震下损伤破坏的结构对策为目标，在基于性态的抗震设计理论框架下，通过对重大工程结构进行非线性多尺度有限元模拟，研究重大工程结构非线性地震损伤机理与损伤控制方法，探索重大工程结构动力灾变过程中抗震性态控制的大尺度隔震支座与新型层间隔震理论与技术，大吨位新型抗震磁流变智能控制技术，主被动复合调谐多态智能控制技术，电磁驱动、换能/储能混合调谐减振控制技术，以及半主动和主动智能控制系统的容错设计理论和方法，并在此基础上建立结构-控制系统一体化性态设计与损伤控制的理论和方法，以及结构抗连续倒塌的分析、设计和控制的理论体系。本项目还依托实际重点工程项目进行验证和应用研究。上述研究，对于提升我国在损伤分析和灾变控制方面的理论水平与应用技术，为保障我国重大工程结构在地震作用下的安全和运营提供了必要的科技支撑和技术储备。

本项目以研究减轻重大工程结构在强震下损伤破坏的结构对策为目标，在基于性态的抗震设计理论框架下，研究了重大工程结构非线性地震损伤控制方法。. 项目组圆满完成了本项目的研究内容，共发表期刊论文70余篇，SCI收录13篇， EI31篇，专利15项。获国家科技进步二等奖1项，教育部科技进步一等奖1项. 研究取得的主要成果及创新点如下：. （1）研发了纳米流体耗能材料及微纳流阻尼器、SMA金属橡胶阻尼器与压电-SMA复合变摩擦智能阻尼器，做试验基础上得到其力学模型。. （2）提出了基于压电自集能装置的自适应磁流变阻尼控制系统，完成了压电自集能装置的设计。建立了通用的磁流变阻尼器准静态模型，并提出了磁流变阻尼器的动态设计方法。. （3）系统地研究了层间隔震体系当隔震层位置自下而上变化时其减震机理的变化规律；提出了基于能量的简化设计法，研究了层间隔震体系的失效模式与动力可靠度；提出了在隔震层及下部设置减震装置以改善其损伤破坏的策略。. （4）提出了隔震体系基于性态的抗震设计方法，建立了损失期望的模糊综合评价方法，对隔震结构基于性态的投资—效益规律性进行了研究；提出了一种新的基于能量和位移的耗能减震结构抗震设计方法，建立了该方法的性能设计流程。. （5）提出了基于神经网络的控制系统动力特性辨识及传感器与作动器故障检测方法并建立了相应的容错控制算法，仿真分析与试验验证了容错控制策略的有效性和优越性。. （6）提出了一种结构非线性振动的自适应模糊分散控制算法，振动台试验验证了该算法在强非线性和强不确定行为下的控制效果和鲁棒性。. （7）结合实际重点工程项目广州塔，提出了新型主被动复合调谐控制系统，完成了该控制系统的设计、模型试验、现场调试与测试，编写了实时控制软件，实测验证了整套控制系统的可靠性与有效性。. （8）提出了基于受力层间位移角性态指标的局部和整体损伤分析方法，以及设置阻尼器以减小结构损伤破坏的策略，研究了阻尼器失效对结构整体损伤破坏的影响规律。. （9）提出了结构体系总体刚度矩阵奇异和结构层间位移超界这两种失效模式的极限状态判别准则。研究了高层结构的倒塌储备系数以及失效模式，并提出了相应的加强准则。