当前位置:首页 >> 基金要闻 >> 基金要闻

 

    “重大工程的动力灾变”重大研究计划结束

    日期 2016-12-30   来源:工程与材料科学部   作者:茹继平 李大鹏 杨璐  【 】   【打印】   【关闭

      12月6日,国家自然科学基金委员会审批同意“重大工程的动力灾变”重大研究计划(以下简称该计划)结题。该计划自2008年1月正式启动以来,共资助项目109项,其中培育项目77项,重点项目25项,集成项目4项,战略研究项目3项,资助总经费19000万元,全部资助项目于2015年底顺利结题。

      我国重大工程建设规模宏大、所处环境介质复杂,面临着强地震和强/台风灾害的威胁,对工程防灾减灾科学和技术提出了严峻的挑战。该计划的科学目标确定为:针对长大桥梁、大型建筑(包括超高建筑、大型空间建筑、城市大型地下建筑)和高坝三类重大工程,采用理论分析、模型试验、现场实测和数值模拟等研究手段,发挥工程与材料科学、地球科学、数理科学和信息科学等多学科交叉创新的优势,研究强地震动场和强/台风场及其动力作用下重大工程的损伤破坏演化过程,揭示重大工程的损伤机理和破坏倒塌机制,建立重大工程动力灾变模拟系统,实现对强地震动场和强/台风场的动力作用从统计推断到统计推断结合理论预测、重大工程的动力灾变过程从简单效应分析到多效应耦合的全过程分析的重点跨越和理论升华,从而提升我国重大工程防灾减灾基础研究原始创新能力,使我国在成为重大工程建设大国的同时,成为认识和解决相关重大科学问题的强国。

      该计划实施以来,紧紧围绕“强地震动场和强/台风场的特性与规律”、“重大工程动力灾变的过程与机理”两大关键科学问题,通过顶层设计、重点布局、目标导向、集成创新、国际合作、学科交叉等方法和手段,从国家重大需求和学科发展前沿相结合出发,对强地震动场和强/台风场的建模与预测、重大工程动力灾变的关键效应、重大工程动力灾变的全过程分析和重大工程动力灾变模拟系统的集成与验证四个核心科学问题,开展了系统性基础研究,取得了如下重要创新与集成成果:

      一、建立了宽频带地震动场模拟理论与方法,将确定性方法模拟强地震动场的工程精度扩展到5Hz,成功再现了汶川地震动场,实现了强震动场宽频带模拟,解决了工程抗震设防对宽频带地震动输入的迫切需求。

      二、建立了具有工程应用意义的台风场精细化预测模型,实现了水平分辨率200m、时间分辨率10min的近地面台风风场降尺度模拟;建立了实测台风场数据库,实现了结构风效应全尺寸高雷诺数模拟。

      三、发展了库水-坝体-地基非线性耦合模型以及开裂破坏全过程模拟方法,实现了高坝、地下结构及大型洞室群地震灾变全过程数值模拟与典型震害再现。

      四、建立了具备动力效应的混凝土构件模型及模型数据库,提出了超高层结构和大跨空间结构地震灾变模拟的高效、高精度数值模拟方法、山区高墩桥梁和大跨深水桥梁地震反应分析理论与方法,提出了多种地震灾变控制新策略与新技术,发展了大型结构的混合试验方法,并对成果进行了验证。

      五、开发了二维和三维计算流体动力学数值仿真和桥梁结构风效应全过程精细化数值模拟平台,建立了基于多场耦合求解技术和动边界技术的膜结构流固耦合数值模拟算法。

      六、集成了强地震动场、强/台风场模拟、重大工程灾变模拟等系统,研发了完全自主版权的数值仿真软件平台SiPESC。

      在该计划资助下,研究人员发表论文3323篇,其中SCI收录830篇,EI收录2069篇;出版英文专著4部,中文专著43部;已授权国内外专利193项,软件著作权98项;国际学术会议大会特邀报告69次,国内学术会议特邀报告183次;获得16项国家级奖励,其中国家科技进步一等奖2项、二等奖10项,国家自然科学二等奖2项,国家技术发明二等奖2项。研究成果已应用于上海中心等多个重大工程,有力推动了《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)等10余部国家标准和行业标准的出台和完善,在国际上产生了重要影响和引领作用。研究团队中,2名项目承担人当选中国工程院院士,3人获得国家杰出青年科学基金,9人获得优秀青年科学基金,2人获得长江学者特聘教授,3人成为973计划首席科学家,2支研究团队获得基金委创新研究群体资助,培养博士研究生418名,硕士研究生931名,博士后出站63名,为我国重大工程防灾减灾培养和造就了一支多学科交叉合作、年富力强、具有国际影响力的高水平研究队伍。

      评估专家组认为,该重大研究计划实现了预定的重点跨越和理论升华发展目标,取得了突破性的系列研究成果,提升了我国重大工程防灾减灾基础研究与工程应用的水平,部分成果引领国际相关领域前沿研究,促进相关学科发展新态势,为保障我国重大工程防灾减灾与安全运营提供了科学支撑。

      该重大研究计划指导专家组提出,为扩大所取得重大成果的国际影响,进一步提高我国重大工程防灾减灾能力和水平,保障经济和社会可持续发展,实现《国家中长期科学和技术发展规划纲要》提出的战略目标,结合国家重大需求,建议就“重大工程多灾害防御与全寿命安全防护”开展进一步深入系统研究,研究新型结构形式或采用全新材料的结构体系在强地震、强/台风、爆炸荷载作用下的动力响应特征、损伤破坏机理、连续倒塌模式,建立高性能结构体系基于性能的抗灾设计理论与方法;融合基于检测/监测数据更新和概率理论的结构全寿命性能预测理论、全寿命动态评估理论与全寿命设计理论,建立新型高性能结构体系全寿命性能监测、抗灾安全评定与设计理论等。

    图1 2008年汶川特大地震的地震动场模拟

    图2 上海中心(632m)的地震灾变模拟

    图3 塔科马海峡大桥的风致坍塌过程重现




版权所有:国家自然科学基金委员会 京ICP备05002826号 文保网安备1101080035号