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现代工程木竹结构关键技术及应用

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登记号:G20201071

所属行业:建筑业

学科分类:木结构;

关键词: 性能提升 设计理论 木竹结构 受力机理 抗灾韧性

绿色分类:环境友好材料利用;

  • 基本信息
成果名称: 现代工程木竹结构关键技术及应用
成果登记号: G20201071 学科分类: 木结构;
绿色分类: 环境友好材料利用; 项目关键词: 性能提升  设计理论  木竹结构  受力机理  抗灾韧性
推荐单位:

同济大学

成果所处阶段: 成熟应用阶段
合作方式: 合资合作, 成果所属行业: 建筑业
国家/地区: 中国 知识产权: 发明专利,其他
简介: 点击查看

工程木竹原材料天然可再生,可持续管理的森林及丰富的竹材使之成为用之不竭的资源;与传统混凝土、钢等建材相比,生产工程木竹材料对环境影响最小。应用现代工程木竹结构是实现结构工程绿色永续发展的重要途径。工程木竹结构面临三大关键技术难题:木竹材料各向异性,受力机理复杂,拉剪下易横纹劈裂,性能提升难!结构材料可燃、火灾风险高,震后残余变形大,防灾减灾难!结构长期服役损伤累积,性能时变性强,可靠度难保证,科学设计难!本项目在13项国家和省部级课题支持下,历经10余年持续技术攻关,形成了现代工程木竹结构关键技术,并广泛应用于工程建设。取得创新性成果如下:(1)提出了木竹材料三维非线性损伤本构模型,阐明了复杂应力下裂缝细-宏观演化机理,发明了木竹材料改性重构+劈裂防控技术,实现木竹结构力学性能的大幅提高。基于非线性连续介质损伤力学提出了木竹材料三维非线性损伤本构模型;基于断裂力学建立了带裂缝木竹构件和节点高精度分析模型;发明了重组木、重组竹新型工程材料,天然缺陷去除率达95%以上,承载力较天然材提高86%,燃烧性能提升至难燃级,发明了防劈裂连接和自攻螺钉加强技术,节点刚度可达既有技术的2.98倍,延性提高54%。(2)建立了基于热响应时空分布规律的结构防火控制技术,发明了震后可恢复功能自复位木竹结构、低损伤木混合结构新体系,实现木竹结构抗灾韧性的显著增强。建立了构件热响应时空分布模型,揭示了火灾中结构性能演化机理,提出了不同荷载比下关键连接和构件耐火极限计算方法;研发了震后可恢复功能木竹结构,大震后残余变形较传统结构降低80%以上;提出了多高层装配式木钢、竹钢混合结构及混凝土框架-木楼板混合结构等新型结构体系,承受八度罕遇地震后结构无严重损坏。(3)发明了基于机器学习的木竹结构长期服役下性能退化预测技术,提出了保证结构时变可靠度的性能化分析与设计方法,实现木竹结构设计水平的根本提升。基于长期监测数据和机器学习算法,建立了结构长期服役下性能退化预测模型,与长期实验结果拟合度达95%以上;基于结构可靠度理论,建立了工程木竹结构基于时变可靠度的抗震安全评估方法;进而考虑震后火灾等耦合灾害场景,建立了工程木竹结构性能化多目标多阶段设计方法。本项目授权发明专利23项、实用新型专利10项;出版专著3部;发表论文217篇(其中SCI论文57篇、EI论文45篇);编制规范8部;建成年产一万立方米胶合木生产线1条;培养硕博研究生150余名。项目成果直接应用于苏州御玲珑生态住宅示范苑、上海崇明金茂凯悦度假酒店、万科青岛小镇游客中心、山西长治文化创意园等100余项大型公共建筑和办公住宅木竹结构工程。近三年,新增产值18.1亿元,新增利润2.2亿元,创收外汇172万美元。项目成果引领了我国现代工程木竹结构发展,社会经济效益显著,专家鉴定认为项目成果总体达国际先进水平,木混合结构成果达国际领先水平。

姓名: 何敏娟 性别:
出生日期: 2020-08-27 职务:
国籍(地区): 中国 联系地址: 上海市杨浦区四平路1239号
电子邮件: chengky@tongji.edu.cn
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