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山东科技奖获奖者事迹展播⑤——张春巍教授

时间:2018-07-10 14:45点击:

5月17日上午,山东省科学技术奖励大会在济南隆重召开,表彰为我省科技创新和现代化建设作出突出贡献的科技工作者。

山东省科学技术奖分为最高奖、自然科学奖、技术发明奖和科学技术进步奖等四个类别。

2017年度我省高校获山东省科技奖最高奖1项,一等奖14项,其中自然科学一等奖2项,技术发明一等奖2项,科技进步一等奖10项。

 

科技进步奖获得者  青岛理工大学张春巍教授

基于性态设计的结构振动控制理论关键技术及装备研发与应用

一、项目简介

基于性态设计的结构振动控制理论关键技术及装备研发与应用项目突破了传统设计以保证生命安全为主要设防目标的局限,将有效控制人员伤亡和经济损失、保障结构使用功能作为主要目标。项目团队研究提出了结构振动控制理论和方法,开发了相应的结构振动控制装备,取得了多项原创性标志性成果,相关理论、算法、装备已成功应用于电视塔、海洋平台、医疗建筑、交通建筑、商业建筑、船舶等大型工程的振动控制,有效地提高了结构的抗振性能,实现抗振多级可控,满足了国家有关规范给定的性态设计目标,保证结构振动安全,达到经济性与安全性的合理平衡,为提高我国工程结构的防震减灾能力提供了重要理论及技术支撑,为新旧动能转换重大工程实施提供了高质量的创新成果。主要突破与创新如下:

1)建立了表征主动质量驱动系统(Active Mass Driver)控制力方向特征定量指标体系,通过对其主动控制力的严密数学分析,澄清了此前业界对AMD主动控制系统工作性态规律认识的误区,揭示了AMD系统主动控制力的方向特征及其质量块的作用实质。在国家自然科学基金、863计划等项目资助下,率先在国际上全面深入研发了电磁主动质量驱动(EMD)控制系统,有效解决了传统AMD系统存在的诸多问题。发明了结构振动控制的新型混合质量驱动变阻尼控制装置(ZL200710071676.X),应用于广州新电视塔,是该塔抗风抗震混合控制系统的核心,是国内第一套自主研发并成功实施的结构振动主动控制系统。成果发表在本领域权威期刊《ASCE Journal of Engineering Mechanics》、《Engineering Structures》等。

2)国际上率先发现了悬挂结构摆振运动振动性态的特殊现象,定义了悬挂结构平面摆振的切向顺摆(Sway)和垂向摇摆(Swing)两种运动模式,通过大量的理论分析结合试验验证,系统地创立了悬挂结构摆振性态控制理论。发明了转动运动控制系统(ZL201310191011.8),解决了经典调频质量阻尼器(Tuned Mass Damper)对悬挂结构Swing模式控制无效的问题。成果发表在本领域顶级期刊《Structural Control and Health Monitoring》、《IEEE Transactions on Industrial Electronics》等,获第十一届结构工程国际研讨会最佳论文奖。

3)主编了山东省第一部基于性态的抗震设计规范《建筑工程抗震性态设计规范》(DB37/T 5055—2016)。该规范结合山东省地震特征和社会经济发展水平,涵盖了建筑结构抗震设计的基本要求、场地类别、设计地震动、地基基础、地震作用、结构抗震验算等方面,具有很强的适用性和可操作性,对提升山东省建筑工程抗震设计的先进性和安全性,提高建筑工程综合抗震能力具有重要作用。山东省住房和城乡建设厅、山东省质量技术监督局组织的送审稿审查委员会专家认为“该《规范》的实施,将对提升山东省建筑工程抗震设计的先进性和安全性,提高建筑工程综合抗震能力发挥重要作用”。根据审查委员会专家的意见,“该《规范》总体达到国际先进水平”。

项目团队获国家发明专利14 项,发表论文580 余篇,SCI/EI 收录350 余篇, SCI 他引2300 余次,应邀在本领域的国际学术会议上做大会特邀报告4 次、邀请报告6 次,由国内外著名出版社出版专著9 部,主编、审查、参编多部山东省工程建设标准,培养硕/博士生70 余名,培养了大批本领域的高层次领军人才和专业技术人才,多次组织多种形式的学术交流,培训专业技术人员千余人次,为相关理论方法在山东省的推广应用做出了重要贡献,在山东省内采用研究团队提出的性态理论进行抗震设计的工程项目面积已达2000 万平方米。项目成果为土木工程领域结构抗震、减振体系优化设计及推广应用奠定了重要理论基础,具有重大科学价值,提高了相关学科在国际学术界的知名度和认可度,创造了良好的经济社会效益。

二、首位完成人先进事迹

项目首位完成人,张春巍教授为国家“千人计划”青年专家(山东省属高校首位)、山东省“双一流建设”土木工程学科带头人(建设经费1.25亿元)、山东省泰山学者优势特色学科人才团队领军人才(山东省共资助13个团队,土木工程领域唯一一项,资助经费3000万元)。主持中国国家自然科学基金项目3项、澳大利亚研究理事会项目2项。在结构振动控制等领域开展了较为系统的研究探索,取得了国内外同行认可的系列创新成果。

代表性工作包括:(1)开创性提出并研究了电磁驱动主动质量驱动控制系统,并将之应用于时为世界第一高塔的广州新电视塔,作为该塔抗风抗震混合控制系统的主要组成部分,是国内第一套自主研发并成功实施的结构振动主动控制系统;(2)发展了结构主动控制力性态分析理论,揭示了主动质量驱动控制系统系统中主动控制力与层间主动控制力不同的本征,纠正了对主动质量驱动控制系统物理实质的认识误区,得到多位国际知名学者、同行专家的认可,包括国际结构控制与监测学会前秘书长、美国南加州大学Sami Masri教授,本领域权威国际期刊《结构控制与监测》主编、美国莱斯大学Satish Nagarajaiah教授等的肯定;(3)发现了结构摆振平转耦合运动对控制系统性态起到决定性影响的特殊现象,揭示了控制系统平动与结构摆振转动相互作用牵制直至抵消控制力作用的本质,发明了转动运动控制系统,解决了传统调频质量阻尼器对结构摆振转动运动控制无效的问题,填补了相关领域的空白。近年来发表SCI、EI期刊论文101篇,应邀作国际学术会议大会报告4次、特邀及邀请报告7次,获得国际会议最佳论文1篇,出版学术专著3部,联合主编第24届亚洲-大洋洲结构力学与材料力学大会论文集1部,作为首席客座编辑主编International Journal of Structural Stability and Dynamics(SCI, JCR-Q2区) “结构振动控制、健康监测与防灾减灾进展”专辑1期,参编国家规范1部、地方标准2部,获国际发明专利1项、国家发明专利5项。

首位完成人获得2017年度山东省科技进步一等奖、日本免震构造学会创新奖、中国产学研合作创新成果二等奖、山东省青年科技奖、山东省高等学校科学技术奖一等奖各1项。参与完成获得国家科技进步二等奖、教育部科技进步一等奖、广东省科技进步一等奖各1项。

来源:搜狐

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