蘭州理工大學防震減災研究所在承擔人才培養任務的同時，積極開拓學術研究領域，著力將最新科研成果推廣套用於工程實踐。現在已發展成為一個科研成果新、技術特色明顯、國際交流活躍的外向型校屬研究機構。現有教授7人，其中博士生導師2名，副教授4名，講師3名，助教1名，博士生、碩士生100餘名。本研究所主要致力於建築基礎隔震、結構振動控制、建築及橋樑結構健康監測、高層建築基礎、GIS防災及結構糾傾等方面的研究。
基本介紹
- 中文名：蘭州理工大學防震減災研究所
- 人數：100餘名
- 研究：防震減災
- 位於：蘭州
基本概況,隔震減震,結構監測,分析監測,GPS套用,結構糾編,研究成果,
基本概況
主要包括以下幾個研究內容：
☆ 被動隔震、智慧型隔震及耗能減震
☆ 結構健康監測與診斷
☆ 高層建築基礎非線性共同工作分析與損傷監測
☆ GIS在大型土木工程防災中的套用
☆ 結構糾傾糾偏過程中的健康監測
本研究所的的多項成果已被轉化，率先在甘肅蘭州市承擔設計，建造的首批隔震工程，並先後在甘肅省的八度、九度等高烈度區建造了最早的一批隔震工程，成為我國西北地區結構減振控制技術研究的主要技術支撐力量。2000年被甘肅省政府確立為本省唯一的隔震技術依託單位。此外，還利用高層建築基礎方面的研究成果，為多個省區、數十項工程的特殊基礎進行最佳化設計和諮詢服務，取得了較好的經濟效益和社會效益。研究成果分別獲得甘肅省科技進步一等獎1項，甘肅省科技進步二等獎、三等獎3項、其他科技進步獎10多項、發明專利3項。在《Journal of structural control》、《工程力學》、《計算力學學報》、《大連理工大學學報》、《地震工程和工程振動》、《蘭州大學學報》等國內外刊物和學術會議發表學術論文400餘篇，其中50餘篇被EI收錄，40餘篇被ISTP收錄。
隔震減震
結構減振控制技術通過在結構中安裝減震控制裝置，阻隔、耗散地震能量或主動抵禦地震作用力，從而有效減小主體結構損傷，並保護建築物內部設施的安全。這項技術在上個世紀末的20多年裡得以迅速發展，成為土木工程結構的前沿研究領域。課題組抓住結構減振控制技術研究與發展的重要機遇，從上個世紀90年代初期，就開始從事摩擦滑移隔震研究，並較早地在國內用能量法闡述隔震體系的減震機理。90年代中期，隨著疊層橡膠隔震的興起，結合地方特色開展橡膠支座隔震的關鍵技術研究，在非比例阻尼動力分析的工程實用方法、橡膠隔震器的低溫力學性能試驗、地下室柱與隔震器組成的串聯繫統的動力穩定性、隔震結構的隨機回響分析和動力可靠性等方面取得了一批創新成果。本世紀初，又開始進行以磁流變阻尼器、壓電摩擦阻尼器為背景的智慧型隔震技術研究。針對結構振動控制建立了一種概念嚴密的最優控制模型，分別線上性和滯變結構中實現了模型更為合理的最優控制算法，改進了原來由美國學者提出的兩種近似算法。隔震結構阻尼特性研究得到了美國國家自然科學基金項目的部分資助，智慧型隔震技術研究得到了中國國家自然科學基金項目及中美地震工程國際合作項目資助。在耗能減震結構方面，研究多種阻尼器的減震機理、耗能減震結構的時域回響和隨機回響，對粘滯阻尼牆和耗能支撐最優布置及動力可靠性進行探討，並在實際工程中嘗試了採用耗能支撐減小機械設備引發的樓板振動。
結構監測
通過對土木工程結構服役過程中的回響信息進行監測，實時獲得結構內部特性。在結構經歷某種災害後，通過測定其關鍵性能指標，把握結構性能的退化和繼續服役的安全程度，是國際土木工程領域的又一研究熱點。課題組將小波包分解與人工神經網路技術相結合，利用結構回響的能量譜，對結構損傷位置和程度的進行識別，探討不同類型的神經網路在結構特性識別方面的套用特點；將結構健康監測技術用於基礎糾傾過程中上部結構的動態監測，並對一頂升糾傾的實際工程結構進行靜力模擬和動力數值仿真；利用模態辨識技術，對在役橋樑結構進行動力測試和健康診斷；對大體積混凝土結構施工過程的水化溫度場進行現場監測，並成功控制了溫度裂縫。正在開展的研究中，採用衝擊激振手段，採集動態應變和加速度等參量，對鋼筋單元、砼單元，以及由此而組合得到的梁、板等結構系統在經歷不同應變歷史的回響特徵進行探索；通過對不同結構系統的動力有限元回響分析及損傷模擬，探討採樣點的最佳布置方式。
分析監測
高層建築的基礎造價占建築物造價的很大比例。課題組早在上個上個世紀80年代，就開始對基礎、結構和地基土的共同工作效應進行研究。隨著各種不同造型高層建築的不斷湧現，不規則平面的高層建築基礎也成為結構工程領域的新課題。針對本地區的工程地質特色，對濕陷性黃土地基上不規則平面的箱形及筏形基礎與土體、上部結構的共同工作進行分析和現場實測，還利用ANSYS, ADINA等大型工具軟體對厚板筏式基礎的局部力學特性做了研究。利用非線性有限元模擬厚板筏式基礎的沖切破壞機理，開展室內模型試驗，探討厚板筏式基礎的沖切破壞模式，並利用智慧型材料對其沖切損傷過程進行監測。
GPS套用
課題組利用全球定位系統（Global Positioning System, GPS）連續跟蹤變形體的空間坐標的優勢，將其套用於擋土牆等結構的長期變形監測。同時，利用地理信息系統（Geographic Information System, GIS）作為獲取、處理、管理和分析地理空間數據的重要工具，在城鎮及小區的減災規劃中模擬災害蔓延和控制。課題組近年來在自主發展GPS和GIS技術的同時，積極開展與日本空間信息技術研究機構的合作，在土木工程領域取得了有效的進展。在工程測量、最佳化設計、結構監測、施工跟蹤等方面可以提供所需要大量的地形數據資料和數據處理功能，課題組正在開展相關的合作研究工作以及實際工程的套用工作。
結構糾編
西北地區由於濕陷性黃土的特殊性，如果地基處理不當，經常發生建築物或構築物偏移傾斜的現象。課題組在糾傾過程的控制技術、施工技術和檢測技術等方面開展了研究工作，並取得了大量套用於實際工程的經驗。如將迫降糾傾技術套用於西固某6層磚混結構住宅樓的糾傾與加固，將截斷頂升糾傾技術套用於臨潭縣某辦公樓整體截斷頂升糾傾與加固，此外課題組在引大入秦東二乾渠鄧家嘴渡槽的這一水利工程中的糾編也獲得了成功。
研究成果
蘭州理工大學防震減災研究所在李慧教授和杜永峰教授的帶領下，得到了長足的發展，並獲得了許多的科研。其中課題組在隔震方面做出了重大的努力並獲得了傑出的成果。 一、課題組在隔震方面所付出的努力及獲得的成果 1.課題組在隔震方面所做的努力 課題組於1989年開始啟動建築結構隔震研究，做調研、資料收集及理論準備；1991年碩士生劉文珽開始做關於摩擦滑移隔震研究的課題，1992年杜永峰教授利用在日本參加JICA活動時，開展隔震和TMD減震調研，並進行了隔震系統的動力分析。1993年在甘肅省科技廳正式立項，關於房屋基礎隔震理論研究，運行時間為1993-1995年。 1995年，“房屋基礎隔震理論研究”通過省級鑑定。 1996年在甘肅省科技廳獲得甘肅省科技攻關項目立項，疊層橡膠支座隔震體系套用技術研究，運行時間為1996-1999年。1999年, “疊層橡膠支座隔震體系套用技術研究”和“基礎隔震結構動力分析與設計”兩項成果同時通過省級鑑定。 1999年, 獲得甘肅省建設科技攻關兩個項目的立項，疊層橡膠支座隔震結構的非比例阻尼特性及工程實用分析方法研究，基礎隔震結構隨機分析及動力可靠性研究，運行時間為1999年到2004年。2004年, “疊層橡膠支座隔震結構的非比例阻尼特性及工程實用分析方法研究”和“基礎隔震結構隨機分析及動力可靠性研究”兩項成果同時通過省級鑑定。 2002年, 獲得國家教育部重點科技項目的立項：疊層橡膠支座基礎隔震體系動力穩定及其智慧型控制研究, 運行時間為2002年到2006年。 2007年, 通過省級鑑定。同年，還在甘肅省科技廳獲得甘肅省自然科學基金項目立項，高層建築結構半主動智慧型控振技術，運行時間為2002年到2005年。2005年通過結題驗收。 2003年, 在甘肅省科技廳獲得甘肅省自然科學基金項目兩個項目的立項，MR阻尼器智慧型控振結構隨機分析與控制策略研究，粘彈性阻尼器減震結構動力分析及實用設計方法研究, 運行時間為2003年到2006年。分別於2005年和2006年通過結題驗收。 2004年, 獲得甘肅省建設科技攻關兩個項目的立項，疊層橡膠隔震支座與柱串聯繫統的隨機穩定性及P-Δ效應分析，智慧型阻尼隔震及其在生命線工程結構中的套用，運行時間為2004年到2007年。2007年前者通過省級鑑定 2005年,獲得國家自然科學基金項目的立項，半主動智慧型隔震結構的多因素複合最優控制及瞬時能量回響規律研究。運行時間為2005年到2007年。2007年結題。同年, 還獲得甘肅省建設科技攻關三個項目的立項，甘肅省隔震結構設計與施工規程，高層結構振動的智慧型阻尼控制，混凝土結構裂縫防治的材料和結構措施。運行時間為2005年到2008年。 2006年, 在甘肅省科技廳獲得甘肅省科技攻關項目立項，村鎮節能建築的抗震技術研究，運行時間為2006年到2008年。2008年通過省級鑑定。獲得蘭州市科技攻關項目的立項，生命線工程結構減震控制技術研究, 運行時間為2006年到2008年。獲得甘肅省建設科技攻關項目的立項, 設備隔震及微振動控制, 運行時間為2006年到2009年。 2007年, 獲得國家自然科學基金項目立項，課題名稱：“串聯隔震體系的隨機屈曲行為及其對動力可靠性的影響”,課題編號： 50778087。運行時間：2007年到2010年。 2007年, 獲得中美地震工程合作項目, 課題名稱：“結構半主動智慧型隔震最優控制新算法研究”, 課題編號： C07-FJ32-04, 運行時間為2007年到2009年。 2007年, 獲得甘肅省發改委和教育廳科技攻關項目立項，課題名稱：“相鄰建築阻尼連線技術研究”，課題編號： C07-FJ32-04, 運行時間為 2007年到2009年。 2008年, 獲得甘肅省建設科技攻關項目，課題名稱：“利用地方材料的甘肅農居工程結構抗震性能研究,。同年，還獲得甘肅省建設科技攻關項目, 課題名稱：“考慮隨機干擾的邊坡支護體結構可靠度研究, 運行時間為2008年到2010年。 2009年, 獲得國家自然科學基金項目立項，串聯隔震體系的隨機屈曲行為及其對動力可靠性的影響, 運行時間為2007年到2010年。同年, 還獲得國家自然科學基金項目, 課題名稱： “多維地震激勵下隔震結構的近斷層動力災變機制研究”，課題編號：50978130, 運行時間：2009年到2012年。 2009年, 獲得甘肅省科技支撐項目, 課題名稱：“複雜隔震結構的動力分析及隔震技術設計諮詢信息化（項目編號：50978130）”1項。 2010年, 中德國際合作橫向項目, 課題名稱：“校舍與醫院建築節能與安全技術”。 2010年, 獲得甘肅省建設廳、財政廳聯合資助，建設科技攻關重點項目, 課題名稱：“高層建築抗震減震技術研究”。同年, 獲得甘肅省建設科技攻關重點項目, 課題名稱：“串聯隔震結構抗火性能的數值模擬及試驗研究”，2010年到2013年 。同年，獲得甘肅省建設科技攻關項目, 課題名稱：“帶有隨機參數的結構損傷模糊診斷”，運行時間：2010年到2013年。 2.課題組在隔震方面所獲得的成果 2001年, 疊層橡膠支座隔震體系套用技術研究, 甘肅省科技進步二等獎； 2002年，西北師範大學田家炳教育書院疊層橡膠支座基礎隔震分析、設計與施工技術，甘肅省建設科技進步一等獎； 2003年, 基礎隔震結構動力分析與設計軟體研製,甘肅省科技進步三等獎； 2003年，西北師範大學田家炳教育書院，甘肅省優秀工程勘察設計一等獎； 2005年, 疊層橡膠支座隔震結構的非比例阻尼特性及工程實用分析方法研究, 甘肅省科技進步一等獎； 2006年, 基礎隔震結構隨機分析及動力可靠性研究, 甘肅省科技進步三等獎； 2006年, 粘彈性阻尼器減震結構動力分析及實用設計方法研究, 甘肅省建設科技進步一等獎。 二、課題組在疊層橡膠支座隔震結構的非比例阻尼特性及工程實用分析方法研究項目中做作的工作及成果 隔震建築是近年來國內外學者最新研究開發出的一種抵禦地震的新型結構體系。它通過在結構的基礎頂面設定柔性隔震層，用來阻隔地震能量向上部結構傳遞，使上部結構在地震時僅發生允許範圍內的剛體平動，大大減少了由於其相對位移引起的梁、板、柱坍塌造成的人員傷亡。 該項目選擇具有可靠恢復力特性的疊層橡膠支座隔震體系為研究對象，解決了3項隔震疑難技術問題，取得了2個方面的理論創新。該項目主要技術特色和創新點可歸納為： 1．針對橡膠隔震結構在甘肅這類寒冷地區套用的需要，從橡膠隔震器的低溫力學性能試驗研究入手，獲得了對疊層橡膠隔震器在-35℃到-50℃低溫區間滯變規律及阻尼特性的認識。 2．建立了非比例阻尼基礎隔震體系的實振型分解法，解決了一般復振型工程意義不明確的弱點。針對工程設計和研究中經常採用的隔震體系的雙自由度簡化模型，分別用時域回響和隨機回響建立了等效體系的參數識別模型。 3．獨立自主地研究開發了隔震結構動力分析、計算和設計軟體，並通過工程實例對自主創新的工程實用算法的精度進行驗證。編制了甘肅省隔震結構節點構造圖集，使甘肅省的隔震結構設計和套用加入了全國先進行列。 4．率先在甘肅省的八度、九度等高烈度區的20餘項實際工程中套用隔震技術，已經建成隔震單體工程12項。這些工程涉及辦公、教學、醫院、住宅等多種不同類型，大多數位於8度設防區。還對位於9度設防區的國際會議中心，以及一項屬於甲類建築的特殊醫療研究中心實施隔震。 採用這項技術，在不增加工程造價的前提下，顯著提高了這些結構的抗震可靠度，對於提高我省的防震減災水平有重大的社會效益和巨大的震後經濟效益。該項目組已經成為我國西北地區結構減振控制技術的重要技術支撐力量，2000年被確立為我省唯一的隔震技術依託單位，連年獲得多項甘肅省科技進步獎，並於2005年獲得甘肅省最高的科技進步一等獎。 |
