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浏览 2937 次  【 字体: 】  发布时间:2017/4/5
 
  超高层建筑不再怕“震”  
 

                                 来源:中国科学报                  时间:2017-03-27

2015年,总高度为632米的上海中心大厦正式对外营业,这是世界第二的超高层建筑。截至目前,我国是世界上拥有超高层建筑最多的国家。

同时,作为地震多发国家,我国60%以上地区处于地震设防区域,超高层建筑的抗震性能受到极大关注。在土木工程业内人士看来,超高层建筑地震灾变机理和控制技术成为超高层建筑结构设计与分析的关键。

在国家自然科学基金委员会资助的重大研究计划“重大工程的动力灾变”(以下简称“重大计划”)中,研究人员通过八年努力,在这一领域实现了多项突破性进展。

该重大计划集成项目“重大建筑与桥梁结构地震灾变集成研究”负责人、大连理工大学和沈阳建筑大学土木工程学院教授李宏男向《中国科学报》记者介绍,集成项目建构了超高层建筑结构材料与构件模型,对超高层建筑结构地震灾变机理开展了试验研究与数值模拟,同时对超高层建筑地震灾变过程开展了控制研究,相关研究成果在工程实践中得到了成功应用。

在超高层建筑结构材料与构件模型方面,研究人员围绕钢筋混凝土材料本构关系,针对混凝土材料构成性质的随机性和受力行为非线性开展了研究工作。“将混凝土随机损伤力学的新型理论应用于混凝土材料、构件和结构的非线性分析,可以更加准确地模拟混凝土的非线性行为。”研究人员表示,钢筋混凝土构件动力恢复力模型也是该项工作的重点。他们围绕地震作用下材料的应变率效应对钢筋混凝土构件和结构动力响应的影响,开展了一系列试验研究,并基于国内外133个构件的静、动力加载试验数据,建立了不同地震速率下钢筋混凝土构件动力加载的开放性实验数据库。

在超高层建筑结构地震灾变机理分析与数值模拟方面,研究人员开展了复杂混凝土空间结构动力灾变机理分析,建立了重大建筑地震灾变数值模拟方法。研究发现,地震作用的随机性会导致超高层建筑结构发生不同倒塌破坏模式。李宏男指出:“这是由于在结构发生初始损伤后,后续损伤路径随地震动作用路径的随机性改变而改变。”此外,他们还在国际上首次实现了600米级超高层建筑地震倒塌全过程模拟,深入揭示了超高层建筑的地震灾变机理;提出了建筑结构非线性分析新方法——拟力法,其计算效率较商业软件有较大提升。

模拟机理取得进展后,研究人员围绕超高层建筑地震灾变过程控制开展了诸多研究。例如,基于最新功能材料研发了包括纳米流体阻尼器、压电自集能性磁流阻尼器、金属橡胶缓冲阻尼器等新一代高性能阻尼器。同时,进行了电涡流调谐质量阻尼器对高层结构的振动控制研究,为设计提供了依据,最终在上海中心超高层建筑中得到应用。

此外,研究团队在此基础上开发的新型高性能组合剪力墙和组合柱构件已在北京中国尊、天津117、大连国贸中心大厦等重大工程中得到了应用,开发的可更换连梁的剪力墙在天津117、北京三才堂大楼、西安市中大国际项目等高层住宅建筑得到应用。

在业内人士看来,八年来,研究团队走过了一条从理论到应用、从机理模拟到工程实践的道路,为我国超高层建筑的抗震设计及相关规范编制提供了坚实的理论基础。

 
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