2021年土木工程院士知名专家系列讲座暨第十二届全国研究生暑期学校——结构与防灾专题

2021年7月26日14:00-15:20

会议号：685 616 448

智能建造技术发展及其钢结构工程应用

刘界鹏（1978.7-），山东青岛人，工学博士，重庆大学教授，重庆大学钢结构工程研究中心副主任，智能建造实验室主任，国家级高层次人才，国家优秀青年基金获得者，国家一级注册结构工程师。长期从事钢-混凝土混合结构、装配式结构、建筑智能建造等方向的研究，获得国家科学技术进步一等奖1项及省部级一等奖5项，出版专著3部，主编行业及协会标准5项，发表学术论文120余篇。

人工智能是新一轮科技革命和产业变革核心技术，而与其他行业相比，建筑业的信息化和智能化水平低；将人工智能与传统建筑业结合是必然趋势，对促进建筑业转型升级，带动传统学科融合发展具有重大意义。

本报告将对全球建筑业及其工业化发展现状、全球新一代信息技术产业发展现状、建筑业与信息技术的融合现状与发展方向、我国建筑业的智能化转型升级方向、重庆大学在智能建造方向的科研探索等方面进行较为系统的介绍。

2021年7月26日15:30-16:50

会议号：685 616 448

矩形钢管柱端板式连接钢结构抗震性能、设计方法和标准编制

清华大学土木工程系长聘教授、博士生导师，结构所副所长，主要从事钢结构和建筑幕墙研究和工程应用。发表论文200余篇(其中SCI 70篇)，出版专著4本、译著1本，连续7年入选中国高被引学者榜单，入选斯坦福大学发布的2020年全球前2％顶尖科学家榜单。主持国家级科研项目7项、省部级科研项目3项，第一完成人授权发明专利10项。荣获国家科技进步奖2项（包括创新团队1项、二等奖1项）、省部级科技奖9项，获得日本学术振兴会特邀学者、国家优秀青年科学基金、茅以升北京青年科技奖、北京高校青年英才计划。主编行业标准《高强钢结构设计标准》和协会标准《低屈服点钢应用技术规程》、《钢结构大承载力端板连接节点技术规程》等5部标准，参编国家和行业、协会标准25部，包括国标《钢结构通用规范》、《钢结构设计标准》、《装配式钢结构建筑技术标准》、《钢结构加固设计标准》、《高耸与复杂钢结构检测与鉴定技术标准》、《工业建筑抗震设计标准》。兼任中国建筑金属结构协会检测鉴定加固改造分会会长，中国钢结构协会专家委员会委员，中国建筑金属结构协会钢结构专家委员会委员，全国建筑构配件标委会委员，中国工程建设标准化协会钢结构专业委员会委员以及多个学会的理事、三本国际期刊（SCI检索）和《建筑结构学报》、《钢结构》的编委。

本文研发了一种适用于多层建筑的矩形钢管柱端板式连接钢结构新体系，介绍了该体系的组成和构造，并针对该体系进行了足尺梁柱节点试验、三层足尺框架循环加载试验、五层缩尺框架振动台试验、节点及三层框架试验数值模拟，研究了该体系的抗震性能，进而建立了该体系的结构抗震设计方法，并且通过框架设计算例验证了抗震设计方法的可靠性；最终编制了设计标准，为工程应用提供依据和参考。

2021年7月27日08:30-9:20

会议号：685 616 448

我国建筑隔震技术的发展现状与研究新进展

中国建筑标准设计研究院有限公司副总经理、总工程师，全国工程勘察设计大师，中国钢结构协会副会长，住建部科学技术委员会超限高层建筑工程技术专业委员会副主任委员。主编了《高层民用建筑钢结构技术规程》《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》《装配式混凝土建筑技术标准》《装配式钢结构建筑技术标准》等国家标准。获得国家优秀工程设计奖银奖2项，华夏科学技术进步奖一等奖4项，河北省科学技术进步奖一等奖1项，北京市科学技术进步奖二等奖1项。

隔震技术作为目前世界上最有效的防震手段之一，在日、美、新、中等国家得到了广泛应用。本报告将从思想起源开始介绍隔震技术的发展历程，从不同角度解释隔震技术的力学原理，从地震灾害下的表现评价隔震技术的效果，从典型工程案例和国内最新研究进展等内容介绍隔震技术的现状及未来的发展方向。

2021年7月27日9:25-10:15

会议号：685 616 448

结构风工程概论与大型冷却塔抗风研究新进展

柯世堂，教授，博士生导师，南京航空航天大学民航学院副院长，国家一级注册结构工程师，国家级高层次人才、江苏省杰出青年和优秀青年基金获得者，中国可再生能源学会青年科技奖获得者。

研究方向为风工程与结构抗风，主持国家自然科学基金5项、国家重点研发计划课题1项和省部级科研项目7项，主持国家虚拟仿真实验教学项目和国家级一流课程各1项，承担国内外重大工程抗风课题30余项。发表期刊论文210余篇，其中SCI收录62篇、EI收录114篇，总他引860余次。授权国家发明专利17项、软件著作权13项，在科学出版社主编论著3部，出版会议论文集3部，参编国家和电力行业标准4部，获江苏省科技进步奖一等奖等奖励6项。

结构风工程学科随着现代结构的超高、大跨、轻柔发展趋势应运而生。大型冷却塔属于电力建设发展的重大生命线工程，是典型的风敏感柔性结构，其风荷载与风致振动是长期没有得到彻底解决的重大难题。本报告首先简单介绍了结构风工程的基本知识；然后对课题组历时15年，在超大型冷却塔风荷载取值方法、结构风振分析理论和抗风优化设计技术三个方面取得的创新性成果进行了重点介绍；最后通过成果推广应用展示了我国超大型冷却塔抗风原创理论与设计技术的国际竞争力。

2021年7月27日10:20-11:10

会议号：685 616 448

数字结构布局优化及数值风洞应用

冯若强，1978年生，结构工程博士，美高梅棋牌官网入口教授，博士生导师，教育部新世纪优秀人才，江苏省六大人才高峰，中国土木工程学会空间结构委员会委员，国际壳体与空间结构学会（IASS）WG8（金属屋盖）和WG13（结构优化）组委员，中国钢协钢结构质量安全检测鉴定专业委员会常务理事，中国钢协空间结构分会网格委员会委员，中文核心期刊《空间结构》编委。牵头获得江苏省科技进步二等奖1项，参加获得高等学校科技进步二等奖1项。主编中国标准化协会标准3本，参加国家、行业和协会标准10余本。从事大跨空间结构、数字结构、结构抗风、冷弯薄壁型钢房屋和箱式房屋的研究工作。完成北京大兴机场铝合金网壳和深圳大运会主体育场等多项重大工程项目的科研任务。

随着计算机技术的进步、参数化技术及软件的发展，以上海中心和北京大兴机场为代表的复杂形状和构造的建筑能够被设计和建造出来。参数化设计是指将设计师的结构设计逻辑通过计算机语言描述成统一数学模型，参变量包括几何和力学。并通过参数控制和编译算法快速构建结构，完成结构的数字化，极大提高设计效率。数字化的结构是实现智能建造的前提和基础，并可以进行布局优化。结构布局优化是指结构的形态、网格、截面和拓扑优化。其进一步发展为结构方案自动生成技术，即根据荷载、建筑布局及使用功能快速生成较优化的结构方案。数值风洞为采用大涡数值模拟技术真实模拟建筑周围风场和表面湍流，当其与数字结构技术结合后，可模拟任意复杂形状建筑表面风荷载。

2021年7月27日11:15-12:05

会议号：685 616 448

3D打印混凝土智能建造技术及工程应用

潘金龙，美高梅棋牌官网入口教授、博士生导师。1999年和2002年于浙江大学分别获得学士和硕士学位，2005年于香港科技大学大学获得博士学位。先后主持国家重点研发计划课题、国家973计划子课题、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、教育部科学技术研究项目等项目三十余项。2009年入选东南大学优秀青年教师资助计划，2009年获得Elsevier 2005-2009最佳论文引用奖，2010年入选教育部科技创新团队（成员），2011年入选江苏省“六大人才高峰”计划（C类）， 2011年入选江苏省科技创新团队（成员），2016年获江苏省杰出青年基金。2011年获得教育部科技进步一等奖（排8）、2012年获得国家科技进步二等奖（排6）、2019年获得教育部科技进步二等奖（排1）、2020年获得中冶集团科技进步一等奖（排1）。共发表论文110余篇，其中SCI/EI收录论文90余篇。授权发明专利22项、授权软件著作权3项。出版专著1部、参编国家行业标准/省级标准3部、主/参编教材5本、参译英文专著1部。2019年指导学生SRTP获全国高等学校土木工程专业本科生优秀创新实践成果奖一等奖、2013年和2014年指导学生SRTP获得全国高等学校土木工程专业本科生优秀创新实践成果奖二等奖、2014年指导本科生参加江苏省高校第十一届大学生物理及实验科技作品创新竞赛获论文类省级二等奖。现为国际混凝土及混凝土结构断裂力学协会会员、中国复合材料学会土木工程复合材料分会理事、中国建筑学会新材料及新型结构专业委员会委员、中国土木工程学会纤维混凝土委员会委员、江苏省复合材料学会结构复合材料委员会理事、江苏省地震学会地震工程专业委员会副主任。

2021年7月27日14:00-15:20

会议号：685 616 448

Using Tension Members as Bracing

Sritawat Kitipornchai，澳大利亚昆士兰大学美高梅棋牌官网入口教授，澳大利亚技术科学与工程院（ATSE）和欧洲艺术与科学院（EASA）院士，国际著名结构工程和固体力学领域知名学者。清华大学、北京交通大学和同济大学等学校名誉教授。 国际结构工程领域顶级期刊 Engineering Structures主编，多年全球高被引科学家。Kitipornchai教授研究方向包括结构稳定性、钢结构、输电塔、计算力学、先进复合材料和智能材料，出版了8本专著，发表了460多篇期刊论文，在 Web of Science的高引指数为74，引用量超过22,000。Kitipornchai教授自1976年以来在昆士兰大学工作， 1993年起担任《Engineering Structures》期刊的亚太区主编。从2001年到2012年，Kitipornchai教授在香港城市大学工作，担任系主任6年。Kitipornchai教授获得了众多奖项, 包括Tileman奖、James Hardie奖、Munro奖、昆士兰大学教学优秀奖和莫纳什土木工程杰出校友奖。最近被EASEC授予Nishino奖章，成为亚太地区最有成就的结构工程研究人员之一。

In a double diagonal bracing system, the compression strength of diagonal members is often ignored because designers believe that it is negligible given the members’ relatively high slenderness ratios.  The design capacity of such a system is thus based on the so-called “tension design only” concept. Yet this assumption is incorrect if diagonal members are connected at an intersection point. It can be shown that the tension diagonal is capable of providing effective restraint to the compression diagonal that allows the latter to buckle in the second mode.  The tension and compression diagonals can thus share the lateral load resistance failure of the system that occurs when the tension diagonal is fully yielded and the compression diagonal buckles in the second mode. This concept is not generally well known among designers.  In this talk, the theory of double diagonal cross bracing is presented.  By applying the theory, the ultimate capacity of the double diagonal bracing system can be 30% more than the capacity assumed by “tension design only”. 

The concept of double diagonal bracing in a 2D system can be extended to a 3D system by introducing novel tension diaphragm bracing to strengthen and retrofit existing/old transmission towers.  Such a bracing system can significantly increase tower strength. The effects of different patterns of diaphragm bracing have been investigated, and experimental studies have been conducted using a tower sub-structure assembly strengthened with the diaphragm bracing system. The test results confirm the analytical predictions, allowing recommendations on the most efficient diaphragm bracing system to be used.

2021年7月27日15:30-16:50

会议号：685 616 448

可延展结构柔性化、一体化、集成化的新型设计方法及理论研究

大连理工大学教授，博士生导师。国家级青年人才项目获得者，辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才。研究工作主要聚焦于柔性电子的创新性力学设计、理论及其在健康监测领域的应用，在国际主流期刊上发表论文70余篇（2篇热点论文，8篇ESI高被引论文），其中以第一/通讯作者在Nature、Science、Nature Neuroscience、Nature Biomedical Engineering、Advanced Materials等期刊发表论文30余篇，研究工作多次受到Nature、Science、ScienceDaily、US news、CNN、MIT Technology Review、IEEE Spectrum、中国日报网、新华网等专业期刊及媒体的报道。基于柔性天线设计研究工作，2021年被Expertscape网站认定为无线技术领域世界级专家（排名第一）。

传统虚拟现实（virtual reality, VR）和增强现实（augmented reality, AR）技术通过视觉和听觉刺激创造人类体验，复制与物理世界相关的感觉。与眼睛和耳朵相比，皮肤是人体感知外部世界的最大感官系统，在VR/AR技术中引入触觉将极大的丰富人体与外部世界的交互式体验。本报告将从结构力学设计、能量传输、信息传递和控制方式等方面介绍所研发的用于VR/AR的皮肤可集成触觉界面。本研究通过近场通讯技术实现了柔性触觉界面进行无线驱动和时空可编程控制，实现了基于谐振增强的微型低功耗触觉致动器阵列的多种震动模式，开辟了崭新的人体与外部世界的沟通渠道。最后，本报告将进一步探讨此触觉界面在社交媒体、游戏娱乐和健康医疗等方面的应用案例和前景。同时，作为工作延续，基于开发的微型致动器力学设计，进一步实现了深层组织弹性模量测量，为实时无创的深层组织健康监测提供了新方式。

2021年7月28日08:00-09:30

会议号：685 616 448

Enabling improved integrity of energy pipelines in geotechnically unstable regions

欧盟科学院院士、卡尔加里大学终身教授、管道工程领域加拿大首席科学家，并入选美国腐蚀工程协会与英国腐蚀协会会士、国家级高层次人才、加拿大杰出材料科学家。主要从事管道腐蚀科学与工程、管道装备服役失效与完整性管理研究。出版英文个人研究专著3部，发表学术期刊论文250余篇，引用超过11,500次，H-因子66，曾在2016年于Nature阐述管道安全对环境保护的意义。获美国腐蚀工程协会尤利格奖与技术成就奖、加拿大金属与材料协会金属化学奖、国际先进材料协会金质勋章、五次蝉联中国留学基金委优秀海外留学博士生导师。现担任学术期刊Journal of Pipeline Science and Engineering 主编、加拿大机械工程协会材料技术委员会主席、中国科学院海外评审专家等。

管道被称为能源运输的“高速公路”，长期以来，管道不仅安全、高效地输送传统的化石能源，如石油、天然气，为国民经济发展发挥了无可替代的作用。近年来，管道在新能源，如氢气、生物燃料，以及超临界CO2的运输，为控制气候变迁、实现“碳中和”与“零排放”目标上，也体现出其重要角色。

在管道长期服役过程中，有多种因素能够影响并降低管道结构的完整性，这些因素包括腐蚀、开裂、设备与材料失效、第三方破坏、施工缺陷等。对于在地质不稳定地区服役的管道，各种地质灾害，例如滑坡、地震、冻土地带的冻胀与解冻沉降等，构成管道完整性与安全的重大威胁，目前在世界各地已有多起地质灾害引发的管道失效事故，并导致严重的环境破坏与能源损失，甚至人身伤亡。

本次报告将系统介绍若干重要的地质灾害对管道完整性的影响，从结构力学角度讲述影响管道安全的管-土交互作用，并在十年来的研究成果基础上，介绍在土壤应力与管道服役应力以及局部腐蚀反应的协同作用下发展的新的多物理场耦合科学理论，评估管道安全运行压力的数值模型，以及确定管道服役状态的新方法。

报告内容分为三个层次，从概述实际问题的宏观层面出发，讲述地质活动导致的管-土交互作用的科学基础，进而介绍相关的工程与应用科学研究成果。

2021年7月28日10:10-11:40

会议号：685 616 448

高速铁路桥梁抗震减震

山东淄博人。中南大学教授、博士生导师，高铁振动台实验室主任、高铁国家工程实验室支部书记。“国家优秀青年科学基金“获得者，从事铁路工程结构抗震防灾研究，主持国家自然科学基金“优青”、面上、青年、中国博士后基金特别资助、600 公里时速高速磁浮重大项目等40余项，参与/承担国家自然科学基金重点、高铁联合基金重点、中国铁路总公司（原铁道部）重大等国家和部委重大重点项目10余项。发表学术论文160余篇，SCI论文70余篇，参编10部行业和地方标准。获国家技术发明二等奖、中国铁道学会科技特等奖、湖南省科技创新团队奖、湖南省科技进步一等奖等。

我国高速铁路建造飞速发展，近年来更是往强震区布局建设，温差、强风、强震等复杂的外部环境和潜在突发灾害带来了桥上行车安全的系列问题。区别于传统桥梁结构，通过设防手段以保障高速运行列车安全是我国高铁设计不可回避且必须重点关注的关键难题。基于此，本研究团队近年来开展了较为系统深入的高速铁路列车-轨道-桥梁系统抗震减震技术研究工作。聚焦于桥梁结构安全、高速列车运行安全，研究了高铁轨道-桥梁结构的抗震性能以及破坏机理；创新提出了新型的高速列车-轨道-桥梁试验框架和技术，并在控制和智能相关交叉领域研究方面显著改进了执行机构精度，解决理论和数值无法闭环试验验证的问题；针对结构安全和列车安全，建立了相应的能量设计方法，并映射提出了对应列车安全的关键结构指标，为设计设防提供了重要指标和方法；提出了系列的减震和隔震技术策略，结合灾变机理和性能化设计，为结构和行车安全提供了技术保障。

2021年7月28日14:00-15:20

会议号：685 616 448

混凝土结构抗火研究及相关问题

郑文忠，哈尔滨工业大学结构工程学科教授，国家级高层次人才，享受国务院政府特殊津贴专家。《混凝土结构设计规范》《混凝土结构通用规范》《建筑工程抗震性态设计规范》等多部工程建设标准的编制组成员和《混凝土结构工程施工规范》《建筑结构荷载规范》《装配式混凝土建筑技术标准》等多部工程建设标准的审查组成员。获国家科技进步奖2项、省部级科技进步一等奖和科技发明奖一等奖共6项、省重大科技效益奖2项；获“三个一百”原创图书出版工程奖1项；申请/获得授权国家发明专利和软件著作权80余项；出版专著7部；发表学术论文500余篇；指导毕业博士研究生和硕士研究生191人。

介绍火灾的概念，结合上海胶州路教师公寓火灾、央视新大楼北配楼火灾、湖南衡洲大厦火灾、哈尔滨“1.2”火灾、英国伦敦市中心象堡附近火灾等阐述国内外火灾情况。介绍火灾下混凝土爆裂机理及防爆裂验算方法、混凝土和钢筋高温下/高温后力学性能退化规律、预应力筋高温松弛和蠕变性能、混凝土构件明火试验及启示、火灾下/后混凝土及预应力混凝土框架梁/连续梁基于悬链线理论的坍塌验算方法、基于火灾引起的次内力完善梁板配筋构造的思想。介绍混凝土爆裂临界温度的概念及爆裂临界温度与混凝土强度的关系，分别给出防止火灾下混凝土发生爆裂的PP纤维及钢纤维体积掺量计算方法，介绍火灾后混凝土结构加固修复方法。论述哈尔滨金龙商厦火灾及火灾后修复、哈尔滨“1.2”火灾及火灾后应急修复、哈尔滨一商住楼火灾及火灾后修复。最后介绍对建筑火灾的思考与启示。

2021年7月28日15:30-16:50

会议号：685 616 448

工程结构冲击防护超材料研究进展

蔡建国，男，1984年生，美高梅棋牌官网入口教授，博士生导师；国家自然科学基金优秀青年基金获得者，东南大学青年首席教授，国家预应力工程技术研究中心副主任，国家一级注册结构工程师，中国空间技术研究院兼职博士生导师，钱学森空间技术实验室兼职研究员。同时兼任中国力学学会结构工程专业委员会委员、中国建筑学会建筑结构抗倒塌专业委员会委员、中国机械工程学会空间机构专业委员会委员、中国宇航学会空间太阳能电站专业委员会委员、中国振动工程学会冲击与防护工程专业委员会委员、中国工程建设标准化协会预应力工程专业委员会委员、中国建筑金属结构协会检测鉴定加固改造分会常务委员、航天科技集团进入减速着陆技术实验室学术委员会委员。蔡建国教授长期从事可展与折叠结构的研究；主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金优秀青年基金、载人航天预先研究项目、航空科学基金、江苏省自然科学基金优秀青年基金、教育部博士点基金等。荣获教育部科技进步二等奖、中国钢结构协会科技进步二等奖、江苏省六大人才高峰项目、东南大学青年五四奖章、仲英青年学者、华英学者等奖励和荣誉称号。第一/通讯作者发表高水平国际期刊论文70余篇，授权发明专利89项，出版专著3本，编制行业规范5本。

冲击碰撞对于建筑结构、交通基础设施、运载工具、飞行器等具有致命影响，对人员安全造成巨大威胁的同时还会导致财产损失及次生灾害的发生。缓冲耗能材料是工程结构冲击防护的关键因素。因此，本报告以工程需求为牵引，围绕蜂窝/类蜂窝等轻质耗能材料展开讨论，面向传统蜂窝材料异面共面强度差异大、易失稳等缺点，引入折纸元素提出多种折纸蜂窝材料（折纸型蜂窝、负泊松比折纸型蜂窝、Kresling折纸蜂窝、折叠交叉折纸管超材料以及引入剪切的交叠型超材料），同时阐述了压缩荷载作用下不同材料的响应模式、吸能特性与强化机制，对比分析不同蜂窝材料力学特性。面向现阶段力学超材料设计方法繁琐需要大量迭代运算的问题，以高效全面为目标基于深度学习建立力学超材料结构设计方法，实现力学超材料的按需设计，同时展望了折纸型蜂窝材料在桥梁桥墩防撞、着陆缓冲装置以及抗侵彻结构等工程中的应用。