一、大空間結(jié)構(gòu)施工安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究
    1、大型空間結(jié)構(gòu)體系施工安裝過程的數(shù)值仿真技術(shù)研究及CAD軟件開發(fā)
    。針對大型結(jié)構(gòu)體系的吊裝、滑移、張拉、卸載等施工安裝手段，研究了主動索和被動索力學(xué)模型、非理想接觸節(jié)點模型，建立了分段吊裝的節(jié)點位置遷移原則，完成了整個施工安裝過程的數(shù)值模擬，并開發(fā)了大空間結(jié)構(gòu)施工過程CAA輔助分析模擬軟件；
    。研究成果可以完善空間結(jié)構(gòu)設(shè)計和建造過程的分析理論，為大量待建新型空間結(jié)構(gòu)提供施工預(yù)安裝手段，有助于消除重大工程項目施工安裝中的安全隱患，確保大型空間結(jié)構(gòu)體系施工安裝的安全性。
    2、大空間結(jié)構(gòu)施工過程模擬計算方法研究
    。針對大型鋼結(jié)構(gòu)整體施工方法中的吊點設(shè)置原則、吊裝過程中運動不同步的控制限值及施工過程中結(jié)構(gòu)邊界條件變化的分析，提出了用于確定合理吊點位置的修正“random guess”流程分析法；提出了用于控制吊裝過程不同步“non-synchronism limitation”計算流程；
    。針對結(jié)構(gòu)在施工過程中的變邊界問題，提出了模型等效變換法和強制約束法；將虛擬樣機技術(shù)和柔體動力學(xué)理論應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)施工過程的運動分析和仿真模擬研究中，通過對三維運動仿真軟件COSMOS／Motion的模擬方法進行修正，提出了用于仿真模擬大型鋼結(jié)構(gòu)施工過程的方法和實施步驟。通過模擬分析一個實際鋼結(jié)構(gòu)工程的施工過程，分析各種模擬的運動形態(tài)、力學(xué)形態(tài)和控制參數(shù)等，了解施工過程的薄弱環(huán)節(jié)或危險環(huán)節(jié)，提出施工中施工過程預(yù)警的參數(shù)和運動狀態(tài)。
    二、常規(guī)條件下大空間結(jié)構(gòu)使用安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究
    1、新型薄膜材料ETFE材料特性及ETFE氣枕結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工方法研究
    。對ETFE材料單向拉伸特性進行了試驗研究，參考塑料薄膜試驗標準確定ETFE薄膜試驗方法，給出了決定ETFE材料屈服點、彈性常數(shù)的分析方法。通過對三種常用厚度膜材經(jīng)向和緯向的單向拉伸試驗，得到了ETFE薄膜材料的抗拉強度、斷裂延伸率、第一和第二屈服強度、彈性常數(shù)以及泊松比等重要的材料參數(shù)；
    。對ETFE氣枕結(jié)構(gòu)進行了模型試驗研究，包括成形試驗、充氣試驗和加載試驗。利用材料試驗得到的材料參數(shù)進行氣枕模型的數(shù)值計算，并將試驗結(jié)果與數(shù)值結(jié)果進行比較分析。根據(jù)本研究的試驗結(jié)果，采用割線彈性模量進行數(shù)值分析得到的膜面位移與試驗值比較吻合；
    。針對氣枕結(jié)構(gòu)需要設(shè)置充氣控制系統(tǒng)，同時需要較高的運行以及維護成本的缺點，提出了以彈簧代替充氣的新型彈簧枕式膜結(jié)構(gòu)，并對這種新型結(jié)構(gòu)體系的可行性進行分析，給出了設(shè)計方法；
    。進行了ETFE薄膜屋蓋鋁合金試驗展示廳的設(shè)計、制作與施工。展示廳采用可拆卸式鋁合金結(jié)構(gòu)，不銹鋼節(jié)點。屋蓋采用ETFE氣枕與新開發(fā)的ETFE彈簧枕式結(jié)構(gòu)兩種單元結(jié)構(gòu)形式。
    2、新型拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)研究
    。通過對各種玻璃材料的力學(xué)性能和玻璃節(jié)點的連接方式進行了廣泛的調(diào)查分析，對將玻璃作為結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件材料的可行性進行了論證；
    �；�于充分發(fā)揮玻璃材料高抗壓性能的特點，構(gòu)造了一種新型拉索-玻璃采光頂結(jié)構(gòu)體系；研究了該體系在豎向?qū)ΨQ荷載、豎向反對稱荷載和風(fēng)吸力作用下的內(nèi)力和位移等靜力特性，了解結(jié)構(gòu)中玻璃板應(yīng)力的分布和節(jié)點位移的變化，并與純玻璃殼結(jié)構(gòu)的靜力特性進行比較，得到了拉索截面、預(yù)應(yīng)力、玻璃板厚、矢跨比和水平索位置等參數(shù)對結(jié)構(gòu)靜力特性的影響，分析了結(jié)構(gòu)應(yīng)力和豎向位移在不同參數(shù)下的變化特征；
    。對拉索-玻璃穹頂結(jié)構(gòu)進行了整體靜力穩(wěn)定性分析，研究拉索截面、預(yù)應(yīng)力、玻璃板厚、矢跨比和水平索位置等參數(shù)對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性能的影響，并研究在結(jié)構(gòu)到達整體失穩(wěn)時，下部斜拉索的內(nèi)力變化，對一塊或多塊玻璃破碎后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能進行了分析和研究；
    。對拉索。玻璃穹頂結(jié)構(gòu)體系的自振特性進行了研究，并進行了參數(shù)分析；
    。對現(xiàn)有玻璃結(jié)構(gòu)連接節(jié)點進行了綜合研究，并構(gòu)造出一種適于新型拉索-玻璃結(jié)構(gòu)體系的節(jié)點構(gòu)造形式，根據(jù)提出的局部邊界只受壓單元的理論，給出了螺栓連接和夾板連接的玻璃板的計算算例，驗證了新連接構(gòu)造方案的可行性和有效性。
    3.大空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與評估軟件系統(tǒng)開發(fā)
    。軟件主要對結(jié)構(gòu)變形、位移、振動等物理參數(shù)進行監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理，從而實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的初步評估。軟件系統(tǒng)主要包含結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)分析、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、安全評估等幾大模塊。通過工程實例分析驗證了軟件的可靠性。

    三、大空間結(jié)構(gòu)火災(zāi)條件下的安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究
    1、基于性能的大空間建筑鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法研究
    。主要對傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法存在的問題進行了分析，提出了性能化的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法的整體理論框架，并從設(shè)計、施工、驗收各環(huán)節(jié)提出了保證火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)安全的整體思路和具體措施。
    2、大空間建筑火災(zāi)特性研究
    。針對大空間建筑火災(zāi)的特點，分別基于層模型和場模型對大空間火災(zāi)的空氣溫度分布特性進行參數(shù)分析，得到了大空間火災(zāi)空氣溫度實用計算方法。該計算方法形式簡單，計算量小，具有較好的精度，適合工程設(shè)計采用。
    3、火災(zāi)下大空間建筑鋼結(jié)構(gòu)的升溫分析研究
    。針對大空間建筑火災(zāi)的特點，采用本研究基于層模型和場模型得到的大空間火災(zāi)空氣溫度升溫簡化計算公式，提出了大空間火災(zāi)下鋼構(gòu)件的升溫計算方法；
    。針對大空間火災(zāi)下火焰直接輻射對鋼構(gòu)件升溫的影響比一般室內(nèi)火災(zāi)更明顯的事實，給出了考慮火焰直接輻射影響的鋼構(gòu)件升溫計算方法，通過參數(shù)分析給出了不考慮火焰輻射對構(gòu)件升溫影響的角系數(shù)限值，可供大空間建筑鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計參考。
    4、火災(zāi)下大空問建筑鋼結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)分析理論與倒塌破壞機制研究
    �；�于非線性有限元基本理論，建立了火災(zāi)大空間下鋼結(jié)構(gòu)、門式剛架結(jié)構(gòu)、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和平面桁架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)反應(yīng)非線性分析理論，提出的分析方法可以考慮高溫下結(jié)構(gòu)材料的非線性和構(gòu)件幾何非線性的影響。
    5、耐火鋼材料特性及構(gòu)件抗火性能研究
    。對國產(chǎn)耐火鋼在高溫下的材料力學(xué)性能進行了系統(tǒng)的試驗研究，得到了耐火鋼的力學(xué)特性參數(shù)隨溫度的變化規(guī)律；
    。以耐火鋼高溫下的材料性為基礎(chǔ)，提出了耐火鋼受彎、軸心受壓和偏心受壓構(gòu)件抗火設(shè)計方法；
    。對耐火鋼構(gòu)件的抗火性能進行了試驗研究，試驗研究對象包括簡支梁、軸心受壓柱、偏心受壓柱，每種構(gòu)件試驗了三個試件，試驗考察了耐火鋼構(gòu)件在火災(zāi)下破壞特征，并分別采用本課題提出的耐火鋼構(gòu)件抗火承載力驗算方法和ANSYS軟件分別對試驗結(jié)果進行分析對比，驗證了耐火鋼構(gòu)件抗火承載力驗算方法的可靠性。
    四、大空間結(jié)構(gòu)安全檢測方法研究與檢測設(shè)備的研制
    1、建筑膜材材性以及膜面預(yù)張力測試方法研究與測試設(shè)備研制
    。以建筑膜材料和膜結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能為主要研究內(nèi)容，以涂層織物類膜材為主要研究對象，在膜材料的基本力學(xué)特性、強度指標、工程常數(shù)以及膜結(jié)構(gòu)單元的連接性能和膜面張力檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用等方面進行了系統(tǒng)研究；
    。對建筑膜材料的構(gòu)成與分類以及建筑物理性能進行了系統(tǒng)闡述，并通過試驗研究重點分析了建筑膜材料非線性、非彈性、各向異性以及粘彈性四大基本力學(xué)特性；
    。研究確定了合理的建筑膜材料的抗拉強度和撕裂強度兩大基本強度指標試驗方法；通過試驗確定了幾類常用涂層織物類膜材的強度值；
    。完成了膜結(jié)構(gòu)、膜材料力學(xué)性能試驗裝置的研制，包括膜材雙軸拉伸試驗機以及面內(nèi)純剪試驗裝置等。應(yīng)用“擬索法”，根據(jù)膜材面內(nèi)張力和面外剛度的力學(xué)關(guān)系，利用真空泵和激光位移計，通過測量膜材在一定面外荷載下的面外位移，換算膜材面內(nèi)預(yù)應(yīng)力的原理，開發(fā)了膜材張力測量儀，并應(yīng)用于多項膜結(jié)構(gòu)工程中，評定膜結(jié)構(gòu)張拉施工質(zhì)量。
    2、EM法索張力測試設(shè)備研制
    。采用最新的無損檢測技術(shù)，應(yīng)用結(jié)構(gòu)工程學(xué)、電磁學(xué)以及材料學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域的理論進行設(shè)計，研究了EM測量索張力的原理技術(shù)；
    。研制了相關(guān)儀器設(shè)備，可以進行鐵磁性材料在承受拉壓應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)力或拉力測量，測量經(jīng)度可以達到95％以上�？梢詰�(yīng)用在建筑工程、橋梁工程等多方面的無損檢測。
    3、光纖光柵傳感機理研究和多功能FBG傳感元件的研制
    。為了提高光纖光柵傳感系統(tǒng)解調(diào)設(shè)備的精度和分辨率，對解調(diào)設(shè)備的關(guān)鍵部件一非掃描干涉儀光機電結(jié)構(gòu)進行了技術(shù)改進，修訂完成基于干涉儀條紋信號分析和處理的波長檢測技術(shù)及其高精度解調(diào)算法，完成高速光電信號處理及模塊集成技術(shù)的開發(fā)，使光纖光柵傳感系統(tǒng)解調(diào)設(shè)備的分辨率從5pm提高到1pm，完成可用于大空間結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的300HZ的FONA2004D型采樣頻率的光纖光柵傳感系統(tǒng)解調(diào)設(shè)備開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品通過上海市計量測試所的測試，達到預(yù)定的指標，總體上達到國際先進水平；
    。對光纖光柵的增敏和減敏技術(shù)進行了研究，開發(fā)出一套完整的封裝工藝；創(chuàng)造性地提出了多種光纖光柵的應(yīng)變和溫度交叉敏感的消除技術(shù)，并制成了溫度自動補償?shù)奈灰苽鞲衅鳎会槍Υ罂臻g結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測應(yīng)用，研制開發(fā)了工程化的高性能、高耐久性指標的光纖光柵系列應(yīng)變傳感器、加速度傳感器和溫度傳感器，并通過實際工程應(yīng)用，對其性能進行了較全面的工程驗證與考核；
    。從傳感器的各種使用環(huán)境出發(fā)，研究了光纖光柵傳感器在重大工程中的布設(shè)工藝，并提出了相應(yīng)的方便操作的工藝方案。