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2018年度陜西省科學技術獎公示信息

瀏覽次數: 日期:2018年4月4日

一、項目名稱
古建筑抗震及振動控制關鍵技術研究與應用。

二、項目簡介
本項目屬于眾多學科交叉的領域,涉及古建筑保護、巖土工程、結構工程、車輛工程、隧道工程等多個學科領域,需要用土動力學、結構動力學、疲勞力學、波動理論、車輛動力學、振動工程測試、數值計算方法、防震隔振技術與材料等綜合知識去解決古建筑抗震與振動控制的復雜難題。

本項目的技術內容和創新主要包括:

(1)建立古建筑結構系統的無損勘察、結構損傷識別關鍵技術。將三維激光掃描、地質雷達、模態測試等新技術成功應用到古建筑地基、結構或構件動力參數及特性無損檢測、損傷程度鑒定中,為古建筑振動控制和震害防御技術提供科學、準確的依據。

(2)發展和完善了古建筑抗震性能與性能退化理論。基于典型古建筑結構大型模型振動臺試驗,揭示了古建筑結構地震損傷機理、地震響應機理及抗震性能退化規律,建立了古建筑結構抗震評估方法。通過古建筑結構抗震加固方法及其加固后的性能研究,提出了古建筑結構的抗震加固設計理論與方法。

(3)研究并提出了古建筑振動容許標準。基于大量古建筑的結構和材料疲勞特性試驗研究,獲得了古建材料疲勞壽命S-N曲線,結合整體疲勞損傷數值仿真與振動響應實測結果分析,得到合理的古建筑容許振動標準。以該標準去評估和治理古建筑受振動影響,科學合理,可操作性強,可達到確保古建筑安全和節約社會資源的目的。

(4)建立了軌道交通長期振動對古建筑影響的三級動態預測評估方法。采用不同的方法和精度解決工程建設不同階段的預測評估需求,尤其通過振源-傳播介質-古建筑的大型三維動力數值模型,分析了不同減振方式、列車運行速度、本體加固措施等多種因素下古建筑的振動響應規律。提出的基于實測數據的兩級校準定量預測方法及實測動態參數反演模型分析方法,對古建筑的振動響應進行了精準的預測,后期系統振動監測結果與預測結果在規律和數值上高度吻合,解決了復雜振源影響下的古建筑振動影響評估方法預測精度不足、缺乏系統科學性的難題。

(5)首次提出并建立了基于振源減振、屏障衰減、本體加固的“多道防線綜合振動控制技術”。空間減振設計方法、鋼彈簧浮置板道床技術、屏障隔振技術等成功應用于西安、北京地鐵中多處重要古建筑的保護工程中,有效控制了復雜交通作用下的對古建筑振動影響,促進了城市建設和文物保護的和諧發展。

根據最新的科技查新報告,國內外古建筑抗震及振動控制領域未見以上創新成果的報道。

三、客觀評價

本項目經中國建筑學會組織鑒定,專家組一致認為該項目通過調研、現場勘查、模型試驗、理論研究、工程實踐等手段,對古建筑勘查評估、震害災變及性能退化、振動傳播及響應、抗震加固與振動控制等進行了系統研究,取得了以下主要創新性成果:

1.建立了古建筑結構損傷模態識別和地質雷達探測方法,并從營造方式、殘損程度、結構變形等角度,提出了古建筑木結構安全性評估分級標準,對抗震加固和振動控制提供了依據;

2.開展了古建筑結構大型模型振動臺和殘損構件動力試驗,揭示了古建筑結構抗震性能退化規律,建立了古建筑結構抗震性能評價方法,提出了磚石結構的高延性纖維混凝土抗震加固技術和榫卯節點的形狀記憶合金抗震加固技術;

3.提出了軌道交通長期振動對古建筑影響的三級動態預測評估方法、基于實測數據的兩級校準定量預測方法以及動態參數反演模型分析方法,實現了對古建筑振動響應的精準預測;

4.開展了磚木結構古建筑材料疲勞特性試驗及整體結構疲勞損傷仿真分析,提出了容許振動標準。建立了基于振源減振、屏障隔振與結構加固的多道防線振動控制成套技術,有效控制了古建筑在復雜振源作用下的振動。

研究成果已成功應用于西安鐘樓與城墻等重要古建筑交通振動防護與抗震工程,為我國古建筑保護提供了重要的理論和技術保障,促進了該領域的科技進步,獲得了顯著的社會效益與經濟效益。

在項目評審中,鑒定委員會一致認為該成果總體達到國際先進水平,其中磚木結構的抗震及振動控制達到國際領先水平。

四、主要知識產權目錄(限10條,與推薦書主件一致)

五、推廣應用情況(屬于技術發明、技術開發、技術推廣和社會公益類項目準備此部分)

本項目基于現狀勘查、測試、評估-災變機理與響應機制-預測方法與評判標準-加固措施與控制方法的整體研究思路,采取數值仿真、模型試驗、理論分析、現場實測、綜合參數反演等多種手段,開展了系列專題研究。掌握了典型古建筑的基本力學參數,明確了古建筑結構等疲勞損傷特性,提出了復雜疊加振源引起古建筑的振動響應的計算分析及評估方法,建立了科學合理的振動容許標準,并開展了卓有成效的抗震、減振、隔振措施研究,最終形成古建筑抗震及振動控制的關鍵技術,并將其成功運用于北京、西安等地的多處重要古建、文物保護工作中,成為同類領域研究的典范。

該成果在同類項目中得到推廣和應用,在西安建筑科技大學、西安交通大學、北京交通大學、機械工業勘察設計研究院等單位和多次技術交流會上進行專題講座30余次,廣泛宣傳本課題的研究成果和技術創新。同時,建立了集老中青為一體的科研團隊,包括國家勘察大師2名,教授和教授級高工9名,副教授6名,高級工程師5名,培養博士及碩士研究生20余人。

2014年10月成立了以機械工業勘察設計研究院有限公司為依托單位的中國工程建設標準化協會建筑振動專業委員會文物建筑保護分會,并成功舉辦了兩次學術會議,為從事古建筑抗震及振動控制的廣大專業科技人員提供了交流和學習平臺,促進了行業技術的發展。

目前本項目的成果在文物評估、保護工程、測試監測等相關行業中進行了推廣應用,推廣應用項目63項,合同額1.01億元。

六、主要完成人情況

七、完成人合作關系說明

項目參與人鄭建國、徐建、錢春宇、謝啟芳、馬蒙、尹學軍、胡明祎、李俊連、曹杰、隋?、張凱共11人在該項目研究期間以共同參與項目立項、撰寫研究報告、合著論文、交流溝通、協作開展調研工作等多種方式參與該項目的理論框架構建與實證分析,形成包括研究報告、論文、專著、專利等多種形式的研究成果。這些成果為古建筑抗震及振動控制提供了科學依據,有力地促進了科技進步和社會發展。

八、主要完成單位排序及貢獻

九、完成單位合作關系說明(僅有一個完成單位的項目不要填寫此部分內容)

本課題研究由機械工業勘察設計研究院有限公司聯合中國機械工業集團有限公司、西安建筑科技大學、北京交通大學、隔而固(青島)振動控制有限公司組成課題組。課題實施過程由牽頭單位機械工業勘察設計研究院有限公司負責總體把控,各子課題分工細致,參與單位任務明確。項目具體組織分工見下表。

十、主要論文專著目錄(橫版限20條,與推薦書主件一致)

 十一、知情同意證明(掃描件,涉及項目需提供此部分掃描件)

所屬類別: 通知公告

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