[01692507]大型复杂结构抗震混合模拟关键技术与应用

地震造成大型复杂结构的破坏和倒塌给人民的生命财产和国民经济带来了巨大的损失,凸显了结构抗震研究极端重要性。研究实践证明,仅凭理论分析或数值模拟方法,难以把握结构在地震作用下的真实性能。结构抗震试验是研究大型复杂结构抗震性能的重要手段,但结构抗震试验自身的发展严重滞后抗震研究的需求,成为制约结构抗震研究发展的主要障碍之一。 结构抗震混合模拟方法是结构抗震研究的先进方法和前沿研究方向。该方法将结构分为试验子结构（物理试验）和数值子结构（数值模拟）,将两种子结构融合,模拟整体结构的抗震性能。试验子结构可认为是特殊的数值子结构,为有限元的分析方法植入抗震试验提供了可能性。虽然涌现出了许多研究成果,其主要是利用简单结构验证各种混合模拟方法本身的正确性,未达到大型复杂结构（实际工程）应用目的。 本项目的研究面向大型复杂结构抗震研究需求。近二十年来,团队的研究成果促进了结构抗震混合模拟技术的发展和结构抗震研究手段的创新。 1.创新性提出了基于多尺度有限元协同分析的结构抗震混合模拟方法。将多尺度分析方法引入到大型复杂结构抗震混合模拟中,提出一种大型有限元计算单元与试验单元的多尺度混合模型构建方法,实现了混合界面不同尺度单元间的边界变形协调;提出了满足结构边界条件的混合试验位移控制、力控制的多自由度加载装置形式,形成了大型复杂结构抗震混合模拟新方法。 2.在国内率先解决了子结构振动台混合试验的关键技术。提出了子结构振动台混合试验的加载控制方法、时间滞后补偿技术和边界条件模拟方法,在国内率先完成了以框架结构为试验子结构的地震模拟振动台混合试验,研究成果引领了振动台试验技术的创新。天津大学在建的“十三五”国家重大科技基础设施振动台项目（投资7亿人民币）,采用了子结构振动台混合试验技术。 3.开创了大刚度多自由度结构混合试验的协调加载控制技术。开发了基于混合编程控制的多自由度结构混合试验系统,解决了大刚度多自由度非线性加载控制问题,实现了多个作动器非线性精确加载控制方法,成果应用于三层足尺子结构高层预制剪力墙结构混合试验,为多自由度结构体系的抗震性能研究提供了一种可靠、经济的试验方法。 4.开发了异地实验室互联网协同混合试验技术。结合通用的网络协议接口,利用自编程序,实现了异地实验室加载设备与网络平台的连接、数据通信以及协同控制,建立了远程协同结构混合试验系统。进行了国内首个四校（清华大学、哈尔滨工业大学等）国际协作桥梁结构分布式网络协同抗震混合试验。 项目成果在东南大学、南京工业大学等20余个土木类实验室进行了应用,完成的大型结构抗震混合试验居于国内首位。成果被国内最大的龙头企业北京博科测试系统股份有限公司（收购英国SERVOTEST公司）采用,苏州分公司正在筹建中。研究成果纳入《建筑抗震试验规程》（JGJ/T101-2015）、《工程结构混合试验方法标准》（即将发行）。获国家自然科学基金重点项目、面上项目等资助14项,发表SCI/EI论文80余篇,专利35件。