2016年度国家科技进步奖推荐项目公示材料

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1、2016年度国家科技进步奖推荐项目公示材料项目名称：大型复杂结构在线混合试验关键技术与应用推荐单位：中国地震局推荐单位意见：试验是检验建筑结构抗震性能的重要手段，但由于试验条件的限制，使大型复杂结构试验难以实现，替代的小比例尺试验模型还存在诸多难以解决的问题，制约了工程结构抗震研究的进展。近年提出的混合试验方法是目前结构抗震领域的前沿课题，是解决上述问题的有效手段，本项目在该方向取得突破性进展，涉及子结构的边界协调理论，高效并行算法以及子结构划分原则等核心问题。其主要研究成果为：（1）创新发展了协

2、同数值域与物理域同步模拟的在线混合试验理论。提出了协同精细化数值模拟与大尺度物理试验的数物混合试验拓扑模型；建立了使隐式数值域与显式物理域同步更新的并行处理方法，解决了可迭代数值域与不可迭代物理域的矛盾；提出了子结构复杂边界协调方法，形成了数值域-物理域耦合的在线混合试验理论体系；建立了系统的子结构在线混合试验基础理论。（2）研发了协调子结构复杂边界条件的关键技术。提出了兼顾精度、稳定和效率的直接积分算法，解决了静力边界位移难以预测的难题；发明了利用重叠领域分割法原理协调子结构的技术，提出了柔性加

3、载制度，以兼顾复杂工程力学特征的多样性；首次提出了位移/力混合控制的子结构混合试验方法，实现了具有力比例模式的抗震试验方法，为结构抗震性能评估提供了关键技术手段。（3）创建了高并行、可扩展的子结构混合试验平台。提出了具有试验单元的主从式混合试验架构；构建了动力模型和静力模型各自表述的分离模型试验架构以适应不同的精度需求；创立了具有并行处理概念的对等子结构混合试验架构；进行了中、美、日跨国际的结构倒塌试验模拟，推动了子结构混合试验在建筑结构抗震性能评估中的应用，为多个新型结构体系的定型和相关的设计规

4、范、规程提供了依据。该项目取得重要理论突破与技术创新，在国际地震工程领域最权威的杂志EESD发表多篇论文，发表专著1部，SCI检索论文50余篇，发明专利4项，引起国内外研究者的关注和认可，成果已应用于多种工程结构的抗震性能试验，产生重大影响，取得突出的社会效益，对抗震试验技术深入发展有明显作用，对更深入、跟准确的理解工程结构强震失效机制有重大意义。推荐该项目为国家科学技术进步奖一等奖。项目简介：本成果属于建筑工程防震减灾领域。大型工程常采用特殊的结构体系和工程材料，力学机理和破坏机制十分复杂，单纯

5、的数值模拟或振动台试验均难以准确再现其大震损伤破坏全过程。最经济可行、并行之有效的方法是子结构混合试验，这是当今世界的发展潮流。它将结构中力学行为复杂的部分采用试验模拟，而易于把握的部分采用数值模拟，两者协调分析，共同完成整体结构的动力响应模拟。子结构混合试验方法结合了数值模拟和物理试验两种手段的优点，是理解复杂结构在强震下真实抗震性能的最直接手段。然而该方法存在三大技术瓶颈：（1）缺乏系统的同步协调理论；（2）复杂边界协调问题难以实现；（3）动力模型过于简化，可靠性和准确性难以检验。近十余年来，

6、本团队通过建立在线混合试验理论，提出子结构协调关键技术，创立子结构混合试验平台，突破了上述技术瓶颈，推动了混合试验技术在工程结构抗震性能评估中的应用。主要创新有：1．创新发展了协同数值域与物理域同步模拟的在线混合试验理论。提出了协同精细化数值模拟与大尺度物理试验的数物混合试验拓扑模型；建立了使隐式数值域与显式物理域同步更新的并行处理方法，解决了可迭代数值域与不可迭代物理域的矛盾；提出了子结构复杂边界协调方法，形成了数值域-物理域耦合的在线混合试验理论体系。2.研发了协调子结构复杂边界条件的关键技术

7、。提出了兼顾精度、稳定和效率的直接积分算法，解决了静力边界位移难以预测的难题；发明了利用重叠领域分割法原理协调子结构的技术，提出了柔性加载制度，以兼顾复杂工程力学特征的多样性；首次提出了位移/力混合控制的子结构混合试验方法，实现了具有力比例模式的抗震试验方法，为结构抗震性能评估提供了关键技术手段。3．创建了高并行、可扩展的子结构混合试验平台。提出了具有试验单元的主从式混合试验架构；构建了动力模型和静力模型各自表述的分离模型试验架构以适应不同的精度需求；创立了具有并行处理概念的对等子结构混合试验架构

8、；进行了中、美、日跨国际的结构倒塌试验模拟，推动了子结构混合试验在建筑结构抗震性能评估中的应用。项目获得发明专利4项，实用新型专利1项，发表SCI检索论文50余篇，其中17篇发表在地震工程领域国际顶级期刊《EarthquakeEngineeringandStructuralDynamics》上，SCI单篇他引最高28次。出版英文专著一部，在国际上首次系统地阐述了在线混合试验理论和关键技术。本项目推动了工程抗震防御理论和实践，使大型结构抗震试验成为可能，团队对钢结构框架倒塌行为、砌体