强震下高层建筑结构破坏倒塌机制与过程控制研究基本信息

本项目针对高层建筑结构地震灾变的核心科学问题，系统地开展其在强震下的破坏倒塌机制与灾变过程控制理论与方法研究。从材料、构件、子结构及结构整体多个层次上研究强震下高层建筑结构非线性反应建模理论和高效的计算分析方法，考虑多个强非线性因素的影响，实现高层建筑结构由构件损伤、局部破坏直至倒塌的动力灾变过程模拟，建立强震下高层建筑构件失效破坏准则及整体倒塌破坏准则，研究构件损伤、局部破坏与整体倒塌的内在联系，揭示高层建筑结构在强震下的破坏倒塌机制；深入研究高层建筑结构的地震失效模式，发展高层建筑结构失效模式优化及采取减震控制措施的地震灾变过程控制理论和方法，建立高层建筑结构在强震下提高整体抗倒塌能力的控制措施，为提升高层建筑的抗震能力提供坚实的理论基础和技术支撑，本项目的研究具有重大的理论意义和工程应用价值。 2100433B

本项目针对超高层建筑结构地震灾变过程控制这一核心科学问题，系统地开展其在强震下的非线性动力损伤过程控制理论与方法研究。考虑多种强非线性因素的影响，研究强震下超高层建筑结构非线性反应建模理论和高效的计算分析方法，实现超高层建筑结构强震动力灾变过程模拟及非线性损伤过程控制模拟；通过程序模拟、理论分析及结构模型振动台试验，建立超高层建筑结构竖向承重构件及结构整体损伤指标及失效破坏准则、建立超高层建筑结构地震失效模式优化及采取减震控制措施的灾变过程控制理论和方法，建立超高层建筑结构在强震下提高整体抗倒塌能力的控制措施，对保障我国超高层建筑的安全建设和运营、提高我国超高层建筑的抗震能力提供理论依据和科学支撑，具有重大的科学意义和广泛的应用前景。

我国的高层、超高层建筑未经受过强震的考验，高层、超高层建筑在地震作用下的安全是社会广泛关注的问题。本项目针对超高层建筑结构地震灾变过程控制这一核心科学问题，系统地开展其在强震下的非线性动力损伤过程控制理论与方法研究。建立了超高层结构主要竖向承重构件及结构整体的损伤指标及失效破坏准则，提出钢材损伤模型、考虑损伤累积效应的钢柱损伤模型、基于能量阈值的钢筋混凝土构件损伤准则、钢筋混凝土剪力墙损伤模型及准则、超高层钢-混凝土混合结构基于等效刚度的地震损伤模型；提出高层钢框架考虑损伤累积效应的地震倒塌分析方法，基于易损性评估高层结构地震作用下损伤程度的方法，考虑多种强非线性因素的影响，完成了超高层混合结构地震动力灾变全过程的数值模拟；研究高层建筑结构地震失效模式优化设计理论与方法，提出复杂结构失效模式单目标与多目标优化方法，提出基于性能的结构地震失效模式识别与优化方法；开发了有限元磁流体阻尼器半主动控制平台，完成新型磁流体阻尼器性能试验、磁流体阻尼器钢-混凝土混合结构模型地震模拟振动台试验，建立了基于磁流体阻尼器超高层混合结构地震灾变过程控制理论与方法。 本项目建立了超高层建筑结构在强震下提高整体抗倒塌能力的控制措施，对保障我国超高层建筑的安全建设和运营、提高我国超高层建筑的抗震能力提供理论依据和科学支撑，具有重大的科学意义和广泛的应用前景。 2100433B

本项目优化了分级混凝系统的除污染效能，解析了分级混凝作用机制，确定了分级混凝的动力学控制参数，建立了基于水力条件、水质特性及混凝剂特性的分级混凝系统；研究了分级混凝过程中混凝剂与混凝过程、水力条件及投加方式的适配性，研究了不同混凝阶段的协同性；建立了分级混凝过程控制方式。 研究结果表明，分级混凝除浊效果更佳、絮体沉降速率更快、高效除浊范围更宽。混凝剂投量相同时，分级混凝效能更佳，絮体沉降性能更加、结构更密实、强度更高、抗剪切能力更强。延长混合时间可提高胶体颗粒去除率，较短混合时间和较低絮凝搅拌强度有利于有机物的去除。混凝剂特性、投药量及投药间隔是分级混凝效能的关键因素。分级混凝的凝聚和絮凝阶段具有相互补偿作用和协同性，凝聚过程欠佳时可通过絮凝阶段的优化得到改善。混凝剂和磁种投量分别是除浊和絮体强度的关键因素，磁种应先于混凝剂0.5 min投加；回流污泥可改善絮凝效果，降低沉后水中溶解性铝和胶体态铝含量。PAM宜投加于絮凝反应的7.5min；壳聚糖的选择应参照絮凝搅拌强度，在低搅拌强度下壳聚糖分子量对絮体特性无明显影响，高分子量壳聚糖适用于低絮凝搅拌强度。混凝剂特性是决定分级投加比的关键因素，不同混凝剂的最佳投加比有显著差异，具有明显的混凝剂适配特性；第一级混凝剂投加应使胶体充分脱稳，第二级混凝剂投加点宜在絮凝阶段初期（1 min内）；絮凝阶段宜采用逐级降速的搅拌方式。锆盐对小分子有机物（< 10 kDa）去除效果更佳，絮体大且密实，与铝盐复配或分级投加可优化锆盐投量适用范围。分级混凝的混合强度和混合时间调控范围较宽，胶体脱稳程度更高，絮体沉降性能更稳定；混凝剂分级投加比调控在4/8−2/10，絮体特性取决于分级投药间隔调控范围（30−60s）。絮凝反应阶段初期提高搅拌强度可改善絮体结构，最佳搅拌转速100~150rpm，第二级投药可显著提高混凝效果，分级混凝投药量减少了32.3%。本项目的研究成果可为混凝机制的发展以及混凝过程的优化提供理论和技术支持。 2100433B