“科学技术奖”一等奖项目
一、基本情况
项目名称:现代织物膜结构基础理论和创新技术研究及工程应用
主要完成单位:中国矿业大学、同济大学、上海交通大学、西南交通大学、法尔福空间结构(上海)有限公司、中国建筑第八工程局有限公司、华东建筑集团股份有限公司、深圳市博德维环境技术股份有限公司
主要完成人:张营营、张其林、徐俊豪、杨彬、胡建辉、吴明儿、赵玉帅、张兰兰、陈培见、周祎、余少乐、王海明、崔家春、吴浩、张建伟
二、项目背景
早期,受制于欧美国家的技术封锁,我国膜结构行业发展缓慢,尤其在膜材研发与测试设备方面。在此背景下,本项目针对织物膜结构,开展了20余年的理论分析、试验研究和工程实践,首创了织物膜材力学性能测试技术与表征理论,研发形成织物膜结构高精度设计、裁剪、加工、安装和结构检测监测等系列成套关键技术和基础理论,推动了织物膜材国产化进程,解决了织物膜结构工程应用中关键技术难题,为我国膜结构行业的高速健康发展提供基础保障。
三、创新成果
(1)首创了织物膜材力学性能测试技术与表征理论:研发了织物膜材力学性能测试系列设备,在国内首次提出了织物膜材系列力学性能的单、双轴测试方法,为国产织物膜材的自主研发提供了关键技术支撑;系统分析了服役满设计年限的织物膜材在自然老化与实际运用老化后的剩余性能,填补了国内外相关研究空白。
(2)建立了织物膜结构力学行为分析新方法:提出了织物膜结构杆件失效、连续倒塌、膜面撕裂等复杂非线性行为数值分析方法,为国产膜结构分析软件的研发提供了理论支撑;提出了考虑粘弹性能的织物膜材裁剪缩小确定试验方案,显著提升了膜材裁剪缩小率计算精度;提出了考虑膜材粘弹性的织物膜结构张拉成形曲面分析方法,突破了以往织物膜结构张拉过程多凭经验的技术瓶颈。
(3)形成了织物膜结构工程抗风设计与现场实测技术体系:基于共旋有限元法提出了考虑流固耦合效应的织物膜结构风致振动分析方法,构建了基于等效气弹模型的织物膜结构抗风设计理论;提出了基于膜结构风振特性的多目标等效静力风荷载理论,给出了可供规范参考的织物膜结构设计风荷载建议值;提出了基于机器学习的织物膜结构传感器优化布置方法,形成了一套织物膜结构智能检测监测及预警关键技术。
四、推广应用
项目成果形成了织物膜结构研发、设计、制造、施工、安装于一体的产业化集成技术,成功应用于10余个国家逾100项工程,包括上海世博轴、广州白云机场T2航站、广州南站、昆明富源体育中心、英国伦敦奥运会体育场、卡塔尔世界杯体育馆、新加坡体育中心等重大膜结构工程。此外,项目开展过程中培养了毕业于同济大学、上海交通大学及中国矿业大学的一大批膜结构行业的科研人才和专业精英,其中博士研究生30余名,硕士研究生50余名,为我国膜结构行业以及建筑行业的发展做出了重要贡献,为国家膜结构振兴提供了不竭动力。
