【項(xiàng)目精選】366期：土木建筑技術(shù)項(xiàng)目推薦
項(xiàng)目一：大型屋蓋及圍護(hù)體系抗風(fēng)防災(zāi)理論、關(guān)鍵技術(shù)和工程應(yīng)用
項(xiàng)目簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)目在大型屋蓋風(fēng)致作用機(jī)理、風(fēng)效應(yīng)分析理論、設(shè)計(jì)風(fēng)荷載確定方法和屋面系統(tǒng)抗風(fēng)的技術(shù)措施、檢測(cè)評(píng)價(jià)方法等方面取得了以下創(chuàng)新成果：
（1）提出了大跨屋蓋非高斯極值風(fēng)壓分析理論和多模態(tài)耦合風(fēng)振效應(yīng)分析理論，系統(tǒng)構(gòu)建了非定常、非高斯特性的屋面風(fēng)荷載模型，提出了屋蓋非高斯風(fēng)壓時(shí)程的概率密度表達(dá)式、多樣本風(fēng)壓極值概率分布模型；提出能夠計(jì)入多模態(tài)參與的耦合效應(yīng)和結(jié)構(gòu)、風(fēng)荷載、風(fēng)向不確定性的基于概率的高效風(fēng)振計(jì)算方法。系統(tǒng)建立了屋面風(fēng)荷載和結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)的分析理論。
（2）提出了屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)和大跨承重結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法，提出考慮非高斯極值、相關(guān)性面積折減、風(fēng)向效應(yīng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算方法，提出了可考慮多模態(tài)風(fēng)振響應(yīng)的多目標(biāo)等效靜風(fēng)荷載分析方法。基于提出的理論方法和大規(guī)模風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和風(fēng)荷載參數(shù)下的平面、柱面、球面、雙坡、鞍型、懸挑等典型屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)全方向極值風(fēng)壓及大跨主體結(jié)構(gòu)的等效靜風(fēng)設(shè)計(jì)荷載，給出了可供設(shè)計(jì)直接使用的計(jì)算圖表。
（3）提出了改善屋面圍護(hù)系統(tǒng)抗風(fēng)承載力的技術(shù)措施、評(píng)價(jià)方法以及檢測(cè)手段，提出了屋面圍護(hù)系統(tǒng)的材料選擇要求和構(gòu)造設(shè)計(jì)原則；研發(fā)了改善和提高抗風(fēng)承載力的金屬屋面板板型和抗風(fēng)揭部品部件，同時(shí)很好地滿足功能及節(jié)能環(huán)保要求；提出圍護(hù)系統(tǒng)抗風(fēng)揭的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試方法，及屋面系統(tǒng)的安全性評(píng)價(jià)方法。
項(xiàng)目二、巖石材料裂紋演化機(jī)理及非連續(xù)數(shù)值方法研究
項(xiàng)目簡(jiǎn)介：
巖石（體）是一種復(fù)雜的天然介質(zhì)，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)構(gòu)造作用過(guò)程中，內(nèi)部孕育了各種規(guī)模和尺度的缺陷（如節(jié)理、裂隙和斷層等），這些缺陷的空間位置與分布規(guī)律顯著影響其力學(xué)響應(yīng)，進(jìn)而對(duì)斷續(xù)裂隙巖體工程的穩(wěn)定與安全產(chǎn)生重要影響。另一方面，在頁(yè)巖氣與煤層氣等開(kāi)采過(guò)程中，往往需要人為制造裂縫網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)壓裂增滲增產(chǎn)。因此，開(kāi)展巖石裂紋擴(kuò)展與連接機(jī)理的研究，對(duì)于預(yù)測(cè)巖石（體）工程的失穩(wěn)破壞以及提高油氣產(chǎn)量與效率具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。主要取得的科學(xué)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)如下：
（1）在試驗(yàn)研究方面，研發(fā)了適用于裂隙巖石的高精度數(shù)字量測(cè)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了非連續(xù)巖石材料中的裂紋擴(kuò)展與連接規(guī)律，建立了非連續(xù)巖石材料應(yīng)力跌落與裂紋演化規(guī)律之間的聯(lián)系，揭示了巖石材料中的裂紋演化規(guī)律，為理論和數(shù)值研究裂紋演化規(guī)律提供了技術(shù)支撐。
（2）在理論研究方面，利用內(nèi)變量熱力學(xué)理論和偽力法，揭示了裂隙巖體的損傷局部化機(jī)理，建立了巖石（體）損傷局部化分叉模型；基于斷裂力學(xué)原理，提出了巖石（體）的非線性強(qiáng)度準(zhǔn)則，為開(kāi)展復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下裂紋演化過(guò)程的數(shù)值模擬奠定了理論基礎(chǔ)。
（3）在數(shù)值方法方面，提出了連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模擬方法，編制了廣義粒子動(dòng)力學(xué)多線程高效并行計(jì)算程序，成功實(shí)現(xiàn)了二維和三維裂紋演化過(guò)程的數(shù)值模擬，揭示了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下裂紋演化的細(xì)觀機(jī)理，為巖體工程穩(wěn)定性分析提供了計(jì)算平臺(tái)。
（4）在工程應(yīng)用方面，實(shí)現(xiàn)了錦屏I級(jí)水電站深埋地下洞室非連續(xù)圍巖損傷破壞過(guò)程的數(shù)值模擬，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，闡釋了地下洞室非連續(xù)圍巖的破裂發(fā)展規(guī)律，揭示了深埋地下洞室圍巖的損傷失穩(wěn)機(jī)制。
項(xiàng)目三、鋼管約束混凝土結(jié)構(gòu)的理論、技術(shù)與工程應(yīng)用
項(xiàng)目簡(jiǎn)介：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)進(jìn)行了世界上最大規(guī)模的土木工程建設(shè)，其中鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)在高層、大跨、重載結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用，發(fā)展鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)。但傳統(tǒng)的鋼管混凝土和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)存在節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、施工困難、高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)混凝土難以應(yīng)用等問(wèn)題；除此之外，傳統(tǒng)的鋼管混凝土構(gòu)件耐火極限偏低，防火成本高，傳統(tǒng)的型鋼混凝土構(gòu)件存在抗震性能不足等問(wèn)題；這些長(zhǎng)期無(wú)法解決的問(wèn)題阻礙了鋼管混凝土和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在工程中的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。
針對(duì)這些問(wèn)題，項(xiàng)目組在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助下，歷時(shí)15年，通過(guò)大量模型試驗(yàn)、理論研究、數(shù)值模擬、設(shè)計(jì)理論與方法研究以及工程實(shí)踐，取得了系統(tǒng)的技術(shù)成果，形成了鋼管約束混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)。項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新性技術(shù)內(nèi)容如下：
創(chuàng)建了鋼管約束混凝土結(jié)構(gòu)體系，解決了傳統(tǒng)的鋼管混凝土和型鋼混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)復(fù)雜等系列技術(shù)難題。
建立了鋼管約束混凝土構(gòu)件的靜力與抗震性能分析理論及方法，提出了構(gòu)件設(shè)計(jì)技術(shù)。
建立了鋼管約束混凝土構(gòu)件的受火分析理論與方法，提出了構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)技術(shù)。
建立了鋼管約束混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的靜力與抗震性能分析理論及方法，提出了節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)技術(shù)。
建立了高層、復(fù)雜鋼管約束混凝土結(jié)構(gòu)體系的彈塑性有限元高效分析方法，提出了結(jié)構(gòu)體系抗震設(shè)計(jì)技術(shù)。
項(xiàng)目四、粗粒土顆粒破碎機(jī)理與統(tǒng)一強(qiáng)度及本構(gòu)理論
項(xiàng)目簡(jiǎn)介：
我國(guó)粗粒土分布廣泛，在強(qiáng)震、高應(yīng)力等復(fù)雜應(yīng)力條件下，高土石壩、高邊坡和島礁工程中，粗粒土易產(chǎn)生顆粒破碎，導(dǎo)致其級(jí)配發(fā)生改變并伴隨能量耗散，從而引起邊坡及壩體變形失穩(wěn)破壞。研究粗粒土在顆粒破碎情況下的本構(gòu)模型以及評(píng)價(jià)工程安全穩(wěn)定是目前粗粒土研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本項(xiàng)目以國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目等為依托，歷時(shí)十余年研究，建立了粗粒土顆粒破碎機(jī)理與塑性本構(gòu)理論。主要取得的科學(xué)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)如下：
（1）針對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)度理論無(wú)法描述粗粒土的顆粒破碎、各向異性、尺寸效應(yīng)等問(wèn)題，建立了粗粒土三維統(tǒng)一非線性強(qiáng)度理論。該強(qiáng)度理論能夠準(zhǔn)確地模擬粗粒土因顆粒破碎所導(dǎo)致的偏平面及子午面上非線性的強(qiáng)度特征；能夠合理地反映粗粒土因自重產(chǎn)生的橫觀各向同性的強(qiáng)度特征；能夠準(zhǔn)確地模擬粗粒土復(fù)雜的各向異性的強(qiáng)度特征；還能夠合理地反映粗粒土三維尺寸效應(yīng)的強(qiáng)度特征。
（2）提出考慮中主應(yīng)力影響的粗粒土三維邊界面本構(gòu)理論。試驗(yàn)表明，粗粒土剪脹特性與中主應(yīng)力系數(shù)相關(guān)，據(jù)此提出了考慮中主應(yīng)力影響的粗粒土三維應(yīng)力-剪脹方程。針對(duì)傳統(tǒng)本構(gòu)模型無(wú)法描述中主應(yīng)力對(duì)應(yīng)力變形影響的問(wèn)題，建立了考慮中主應(yīng)力影響的粗粒土三維邊界面本構(gòu)模型。在邊界面理論框架下，建立了屈服面與邊界面的演化規(guī)律，獲得了應(yīng)力變形特征。
（3）提出顆粒破碎影響的狀態(tài)相關(guān)塑性本構(gòu)理論。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)粗粒土顆粒破碎會(huì)導(dǎo)致顆粒級(jí)配發(fā)生變化，細(xì)顆粒填充粗顆?？紫?，進(jìn)而使得臨界狀態(tài)線發(fā)生移動(dòng)，并伴隨能量散耗，因此，提出了考慮顆粒破碎的三維臨界狀態(tài)面及臨界狀態(tài)理論。粗粒土在壓縮和剪切作用下，顆粒破碎，并具有狀態(tài)相關(guān)性，因此，提出了考慮顆粒破碎的應(yīng)力-孔隙耦合狀態(tài)方程。根據(jù)所提出的考慮顆粒破碎三維臨界狀態(tài)面，建立了考慮顆粒破碎影響的狀態(tài)相關(guān)塑性理論。
項(xiàng)目五、風(fēng)電新能源高性能結(jié)構(gòu)體系
項(xiàng)目簡(jiǎn)介：
風(fēng)電能源是一種可再生清潔新能源，加快風(fēng)電新能源推廣應(yīng)用符合國(guó)家能源戰(zhàn)略需求。在風(fēng)電能源開(kāi)發(fā)中，提升塔筒結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的性能和經(jīng)濟(jì)性是提高風(fēng)電能源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要保障。風(fēng)電新能源新型結(jié)構(gòu)體系研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了適用于不同輪轂高度的三種新型風(fēng)電塔筒結(jié)構(gòu)體系：中空夾層鋼管混凝土組合塔筒、預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土格構(gòu)式塔架、基于斜拉索體系的風(fēng)電組合塔筒，以及裝配式組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并揭示了新型風(fēng)電塔筒結(jié)構(gòu)體系和裝配式組合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制，建立了精細(xì)化設(shè)計(jì)理論。研發(fā)了多機(jī)平臺(tái)浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系和格構(gòu)式浮式基礎(chǔ)組合結(jié)構(gòu)體系，有望在深海、遠(yuǎn)海風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)中得到應(yīng)用，突破我國(guó)浮式風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)零的突破。
項(xiàng)目六、超大面積混凝土地面無(wú)縫施工技術(shù)
項(xiàng)目簡(jiǎn)介：
隨著我國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的改善，對(duì)建筑物功能的要求正逐步提高。平面尺寸超長(zhǎng)、超寬的建筑物迅速涌現(xiàn)，且多用于大型公共建筑、工業(yè)廠房、商業(yè)中心、機(jī)場(chǎng)停機(jī)及跑道等工程。鑒于建筑與結(jié)構(gòu)的整體性、使用功能和建設(shè)工期的要求，此類建筑的地面（或樓面）大多要求不設(shè)伸縮縫和后澆帶，或伸縮縫間距超過(guò)現(xiàn)行規(guī)范要求。超大面積混凝土地面無(wú)縫施工技術(shù)，是將超大面積混凝土地面按一定尺寸分為若干小塊體，相鄰塊體間隔施工，過(guò)短期應(yīng)力釋放，先澆筑混凝土經(jīng)過(guò)收縮變形后，再將地面連接澆筑成一個(gè)整體，依靠混凝土抗拉強(qiáng)度抵抗后期澆筑混凝土收縮、溫度應(yīng)力的施工技術(shù)。在超大面積混凝土地面施工中，不留設(shè)伸縮縫、后澆帶，可改善超大面積混凝土地面開(kāi)裂控制效果。適用于對(duì)建筑功能、工期等有特殊要求的，不留設(shè)伸縮縫、設(shè)后澆帶的工業(yè)與民用建筑的大面積混凝土地面工程，工程應(yīng)用前景廣泛，效益顯著。
