陕西省结构与抗震重点实验室
西安建筑科技大学结构与抗震实验室组建于1956年并校初期,由原西北工学院、东北工学院、青岛工学院、苏南工专四所院校土木类专业人员、设备组合而成。1998年前为原冶金工业部重点实验室,1998年后为陕西省重点实验室,2005年又获准建设教育部重点实验室。它是我国西部地区门类最全、规模最大的土木工程研究中心,也是全国土木工程领域大型重点实验室之一。实验室以结构工程国家重点学科、土木工程博士后流动站、土木工程一级学科博士授权单位(包括结构工程、防灾减灾工程及防护工程、桥梁与隧道工程、岩土工程、现代结构理论及土木工程建造与管理六个二级学科博士点)和相关八个硕士点为依托。其中结构工程学科1981年由国务院批准首批获准博士学位授予权。
实验室组建近50年来,经过几代人的努力,在本学科(领域)已具有明显的特色与良好的影响。主要特色研究方向有:钢结构,钢筋混凝土结构与砌体结构,组合结构与混合结构,新型建筑结构体系,工程结构的耐久性及可靠度,古建筑抗震及其保护,工程结构健康检测与智能振动控制,地基—基础—结构相互作用,现代实验理论与检测技术研究等。近五年来承担国家和省部级重点项目45项,国家和省部级重点推广项目2项,获省部级以上奖18项,发表学术论文417篇(其中三大检索192篇),培养博士后、博士生及硕士生601名,科研合同额为3274.75万元。经过近几年努力,实验室对我国土木建筑工程行业的科技进步,特别是对西部土木工程建设做出了突出贡献。
实验室目前共有研究人员38人。其中:教授18名,副教授12名,具有博士学位19人;实验技术人员9人(包括高级工程师3人)。重点实验室主任由白国良教授担任,学术委员会主任陈绍蕃教授。
实验室由静力厅、动力厅、材料室和岩土与地基室四部分组成,现有建筑面积4910m2,试验设备原值3217.89万元。近两年来学校加大了对实验室建设的支持力度,即将建成的实验大楼建筑面积为8600m2,使重点实验室的总建筑面积由现有的4910m2增加到13510 m2。利用日元贷款和中省共建资金,更换实验室原有的振动台试验系统,目前引进国际上最先进的三维六自由度数控大型地震模拟振动台试验系统,使实验室结构工程与抗震试验研究条件保持国内领先、达到国际先进水平。
重点研究成果及其经济社会效益表现在如下几个方面
1、钢-混凝土组合结构研究
进行了大量试验研究工作,包括实腹式配钢、空腹式配钢的各种梁、柱、节点构件和子结构,揭示型钢混凝土结构体系在结构计算、构造措施、现场施工等诸多方面具体实施时的问题实质,参加完成了国家与行业规范、规程《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138—2001)、《钢骨混凝土结构设计规程》(YB9082—97)等的基础科研工作和编写工作。目前主持的国家电力公司重大科技项目(SPKJ003—01)“参数大容量电厂设计技术研究—火力发电厂主厂房结构抗震设计技术(T—21/KJ97)”的科研工作和规程编写工作,将为我国火电厂未来的建设与发展具有十分重要的意义。
2、新型建筑结构体系研究
通过本研究项目,推出了一种轻质、高强、节能、抗震的建筑结构新体系——密肋壁板结构。研究成果获得发明专利一项,实用新型专利两项,申请发明专利2项。获全军科技进步一等奖一项,陕西省科技进步二等奖2项,西安市科技进步二、三等奖各2项。本项目被列入国家建设部、科技部成果重点推广计划。近五年来科技成果推广建筑面积达40余万平方米,创造产值约5亿元人民币,节约工程造价2600多万元,取得了巨大的经济效益及社会环境效益。
3、结构耐久性及可靠度研究
本研究课题在工程结构可靠性、耐久性等方面开展了大量的研究工作,先后承担完成国家“八五”科技攻关项目1项,国家“攀登计划(B)”子项2项,国家自然科学基金项目3项,陕西省自然科学基金2项,劳动部科技项目1项,国家标准2部,推荐性标准3部;获省部级科技进步一等奖1项,二等奖3项。
以在用工业建(构)筑物重大危险源为主线,系统地开展工业厂房安全控制技术研究,制定具有普遍意义的单层工业厂房分项管理手册、管理软件及在用工业建(构)筑物危险源检测、监测技术指南。在国内首次提出了建筑结构工作应力开槽和钻孔法检测技术,建立了服役构件抗力衰减模型和在用结构可靠性评定方法,并创新性地提出了建筑物危险性多因素综合分层次评价决策系统。按该项研究成果建立起建筑物管理监控体系,可实现对建筑结构隐患的有效识别及危险性分级,实现对建筑结构的微观及宏观控制,减少和防止建筑物恶性倒塌事故的发生,延长老旧建筑物的寿命,具有重大的经济效益和社会效益。
本研究课题在一般大气环境混凝土结构耐久性评估方面开展了较为系统深入的研究,建立了混凝土碳化的预测模型、一般大气环境混凝土中钢筋锈蚀量预测模型,进行了大量的锈蚀构件承载力试验,并建立了锈蚀构件的承载力计算方法与抗力衰减模型,提出了混凝土结构耐久性评估与剩余寿命预测方法,该项研究成果属学科前沿,填补了我国耐久性研究领域的空白。建立了现存结构可靠性分析的基本方法,提出了“人-结构系统可靠性”的概念,并建立了该理论的基本框架。
4、钢结构研究
本研究课题对钢结构轴心受力、受弯、压弯构件,框架梁柱各种类型的刚接、半刚接、柔性连接节点在循环荷载下的滞回性能和破坏机理进行了计算机模拟和试验分析;所建立的结构钢混合强化、累积损伤本构关系并用于循环加载三维大变形有限元分析,为钢构件滞回性能较精确的计算机模拟奠定了基础,属钢结构抗震性能研究中开拓性的工作;首次对箱形和工形截面支撑构件及工形截面梁、箱形、工形截面压弯构件的滞回性能和破坏机理进行了系统的计算机模拟,分析了各种参数对承载力和延性的影响,填补了现有试验分析数据的不足,结果及结论有重要参考价值并达到了国际先进水平,使我国钢构件滞回性能、破坏机理的计算机模拟水平居国际前沿。《高层钢结构成套技术》、《钢结构设计规范》(GBJ17-88)分别获得国家科技进步二、三等奖。作为主要参加单位完成了《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)、《冷弯薄壁型钢结构技术规程》(GB50018-2002)、《多层轻型钢结构设计规范》、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的编制及修订工作。
5、中国古建筑结构抗震研究
本研究课题在国家自然科学基金与陕西省基金的支持下开展了一系列的基础性试验与理论和实践的研究。进行了柱础隔震试验、榫卯减震试验、斗拱静动力试验、木构架拟静动力试验及房屋模型的模拟地震振动台试验与加固后房屋模型的抗震试验。得出一系列研究中国古建筑结构分析所特有的基本参数,并利用现代计算方法与力学理论,初步研究了古建筑房屋与构架的动力特性,进行了古建筑结构地震作用下动力分析的理论研究。在以上研究基础上,在国内外核心期刊上发表论文18篇,并获得国家专利1项,有一项研究成果获省部级奖。
西安为我国文明古城,古建筑及历史文物随处可见,对这些世界级、国家级文化遗产进行保护十分重要。本研究课题近年来对西安大雁塔、小雁塔、钟楼、鼓楼、古城墙、碑林、兵马俑等古建筑和历史文物进行了研究,就其维修、加固与抗震保护技术取得了多项研究成果。目前尚在进行的国家、省自然科学基金及省文物厅研究项目“中国古建筑抗震保护”、“秦兵马俑和西安碑林博物馆的抗震保护技术”等,旨在了解它们的结构性能与抗震性能,研究出能够适合于该类文物古建筑抗震保护的技术和措施,这将对陕西乃至全国的文物保护工作具有十分重要意义。