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学科介绍

学科建设:
本学科点自1993年开始进行重点实验室建设,学校共投入经费2000多万元。于1995年底建成结构试验室和风洞实验室。 汕头大学于1996年底进入211工程建设行列, 结构工程学科被列为校重点建设学科,投入经费1000多万元, 从而进入本学科点的第二个建设高潮。 “十五”、“十一五”期间211二期、三期重点工程建设,本学科点完成了第三个建设高潮,2003年获博士学位授予权,2005年结构风洞实验室被评为省 教育厅重点实验室。


 三个主要研究方向:
(1) 结构健康检测与监测系统;
(2) 结构现代维修加固和方法;
(3) 结构风工程与城市综合防灾系统;

 以上三个方向均是土木工程领域的新兴学科。同时又兼具学术性和实践性。并且,三个方向在城市减灾防灾上连成一线。例如,第一、第二个方向涉及灾前灾后的检测、加固;第三个方向涉及抗台风和风灾以及综合抗灾软科学,包括城市防灾基本数据库,指挥决策系统等。

      
                         结构实验室                                                                          风洞实验室 

三个主要研究方向的特色和现状
 
 (1)结构健康检测与监测系统
工程结构的安全性一直是国际土木工程领域的前沿科学问题,也是我国土木工程重大基础性研究的核心问题。大型土木工程结构的使用期长达几十年、甚至上百年, 在其使用过程中,由于灾害、环境载荷作用、疲劳效应以及腐蚀和材料老化等不利因素的影响,结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减,甚至导致灾难性的突发 事故。已建成使用的许多结构和设施急需采用有效的手段进行检测或监测,评定安全状况,以修复和控制损伤;新建的结构和设施总结以往的经验和教训,也已开始 增设长期的健康监测和安全评定系统。


结构健康检测与监测、损伤诊断与评估贯穿结构物生命的整个历程。施工阶段涉及:钢筋混凝土质量的快速评定、施工过程的安全分析、人为错误的控制等;正常使 用阶段涉及:灾后结构物的损伤评估、重要结构物的长期监测或定期检测(如大型桥梁、重要建筑结构、核反应堆结构等)、结构功能改变或改造前的鉴定等;老化 阶段涉及:结构材料的劣化程度、劣化的原因及速率、老化结构的计算模型和计算方法、结构的可靠性鉴定、结构剩余寿命预测等。


本方向正是以上述问题为主要研究内容,具有明显的多学科交叉的特点,涉及物理、力学、材料、电子、信息、结构等多个学科领域。可概括为三部分,一是结构健康检测方法,特别是各种现代非破损、微破损检测方法(NDT),二是结构健康监测系统,三是结构的损伤诊断与评估理论。


 本方向现有研究人员6人,其中教授3人、副教授1人。近年来,承接了多项国家、省部级科研项目,开展了包括现场混凝土耐久性快速检测方法、超声波检测方 法、远红外热像法和钢筋混凝土雷达波检测等新方法的研究。完成了汕头礐石大桥静动载测试、光华桥静动载测试、汕头和深圳等地多个建筑结构的检测及可靠性鉴 定。机敏混凝土材料及其在结构健康监测中的应用研究已取得重要进展。本学科点已成为全国建筑物鉴定与加固标准技术委员会委员单位,并于2000年11月主 办了第5届全国学术讨论会。本方向目前正在开展的主要工作包括:
① 混凝土的非破损检测方法研究

② 大型建筑结构的检测与监测系统研究

③ 智能材料与结构研究

 ④ 结构损伤诊断与评估方法研究

 

         
部分先进的砼非破损检测设备 砼的超声波特性与力学性能的相关性研究 
  
       
                  在钢箱梁中工作的教师                                                        大桥静应变测试准备工作 


 (2) 结构现代维修加固和方法
近年来,结构耐久性问题日益突出。许多发达国家对结构物维修加固改造的投资已超过对新建项目的投资。ASCE估计美国每年仅混凝土维修耗资即达4400亿 美元。美国白宫科技办公室1997年6月提出土木工程的安全性、耐久性是美国21世纪十大科技问题之一。美国劳工部预测,对结构物的维修加固改造是美国 21世纪9个热门行业之一。我国虽是发展中国家,但由于历史上几次质量滑坡,耐久性问题更为严重。该方向正在逐步成为土木工程界的一个庞大的新领域,而日 益引起各国学术界和工程界的高度重视,均投入了大量的人力物力进行研究。国内外该方向的专业学术会议也日益增多。我国土木水利学科唯一一项攀登计划(B) “重大土木与水利工程安全性、耐久性的基础研究”于1995年至2000年进行,可见国家对该领域的研究十分关注。


 本方向的主要研究内容是,建筑、桥梁和道路工程的安全性、耐久性维修加固方法。重点是钢筋砼结构,以及新材料、新方法的应用基础研究。本方向承担过攀登 (B)子项“新老砼粘结机理和测试方法的研究”,对这一砼的通用维修方法进行了较深入系统的研究,取得了较丰富成果。其中包括:影响新老混凝土粘结界面强 度的主要因素,基于长龄期足尺试件的粘结界面、微细观结构、粘结机理和宏观力学性能,修补梁的短期与长期性能等,多篇论文已在国内外重要学报发表。本方向 还提出了通过改善新老砼修补界面微细观结构,大幅度提高粘结强度和耐久性的思路,结果表明效果良好。本方向还提出并开展了碳纤维/玻璃纤维混杂加固的研 究,成果显示“混杂加固”可在保证提高承载力和刚度的前提下,大幅度提高被加固构件延性和大幅度降低成本。已在国内权威期刊发表论文。本方向还完成了多种 建筑物的加固、深基坑支护、软基处理等多项工程项目。


 自92年以来,本方向进行了一系列基础设施建设,特别是引进了MTS液压伺服加载系统及万能试验机。目前的研究队伍比较整齐、配套,特别是团队精神较 好,且队伍比较年轻化,思想活跃。现有研究人员9名,包括教授4名、副教授5名。97年以来,本方向承担各级项目20余项,包括国家攀登计划子项目1项, 国家科技支撑计划项目子项1项,国家自然科学基金4项,省自然科学基金7项。


 本方向已经进行及正拟开展的主要工作如下:
①新老混凝土粘结机理和测试方法的研究
 属通用维修方法的基础理论研究问题,将较长时期的进行下去。已获得一项国家攀登计划子项目,二项国家基金和二项省基金项目的资助。
②钢筋钢丝网砂浆加固混凝土结构的研究
已获国家自然科学基金,省重点基金等三个项目的资助,将成为本学科点重点推广的维修加固方法。
③混杂纤维加固修补混凝土结构新技术的研究
已获国家科技支撑计划项目子项1项和两项省基金资助,并在实际工程中应用。    

           
                 修补梁长期荷载实验                                                       用拉拔仪测定粘结界面强度 
④基于纳米材料和超细混合材的水泥基功能复合材料
已获得高校博士点和省基金资助。


 结构风工程与城市综合防灾系统:
  我国是自然灾害严重的国家。据1989年以来的统计,我国的自然灾害造成的损失约占国民生产总值的3%--5%,远远高于国外的平均水平。 结构风工程是研究工程结构的风荷载及其对工程结构的作用的学科。它是风气候学、空气动力学、结构动力学、建筑学等相互渗透的一门交叉学科,在近几十年内得 到迅速发展。我国海岸线长,沿海地区受热带风暴侵袭频繁。广东、福建、浙江及海南等省每年因台风侵袭蒙受损失极大。汕头大学地处沿海城市,针对工程结构抗 风、城市减灾防灾开展结构风工程的研究,具有独特的研究条件和巨大的社会需求,发展前景十分广阔。近3年来已完成16项工程研究项目,获科研经费逾200 万元。


 地理信息系统(GIS:Geographic Information System)是一门融汇计算机技术、地球科学、信息科学、数据库技术、现代管理技术为一体,让用户选择管理和分析大量时空参考数据和相关属性数据,用以 解决复杂的研究规划和管理决策、灾害防治等问题的计算机硬件和软件系统。


 本方向以工程抗风为主线,从实验和理论分析两个方面出发,着重研究:高层建筑和大跨结构等效风荷载;高层建筑和大跨空间结构的风致振动及控制;大气边界 层近地风特性;建筑群体风干扰效应;桥梁气动参数识别及风振可靠度分析等;基于GIS的城市基本数据库;城市灾害危险性分析;减灾防灾决策系统;灾害模拟 系统;抢险救灾的快速指挥系统等软件的研制与工程应用。


 在国家自然科学基金重大项目《城市与工程减灾基础研究》课题中,和同济大学共同承担了该课题的子项《汕头市综合防灾示范研究》。在此基础上,和清华大 学、中国建研院共同申报、承接了国家自然科学基金重点项目《基于GIS的城市减灾评估与信息决策系统》课题,进一步开展基于GIS的汕头市风、洪、潮、地 震等灾害的信息和对策系统的研究。此外,我们还承担了“九五”国家自然科学基金重大项目“大型复杂结构的关键力学问题及设计理论”的子课题“超高层建筑复 杂单体、群体干扰风致振动及风振控制研究”。


 汕头大学在1996年建成当时华南地区最大最先进的风洞实验室,并组建了基于GIS的综合防灾研究室。该方向现有研究人员4名,包括教授1名。目前已承 担各类项目约40多项,包括国家自然科学基金重大项目子项目2项、国家自然科学基金重点项目子项2项、国家科技支撑计划项目子项1项,国家重点实验室基金 项目2项及多项横向项目。已具有全国重大建筑模型风洞试验项目招标中竞标的强劲实力,例如中国国内进行的前三座超400米高层建筑的风洞试验,均有汕大风 洞实验室中标完成。


 本方向已经进行及正拟开展的主要工作如下:
①高层建筑和大跨结构风洞试验及等效风荷载研究
  已开展多年的研究工作并完成一项省高教厅自然科学基金项目,目前正进行一项国家基金项目;与此同时,近3年来本方向大力开展结合工程为地方经济建设服务,年横向项目经费超100万元,并呈逐年上升的趋势。
②群体复杂体型结构物的风荷载特性试验及理论分析
  主要研究项目有:研究测试作用于高层和超高层建筑脉动风荷载的有效方法(国家自然科学基金重大项目“大型土木工程结构中关键科学问题研究”中有关超高层建筑抗风子项);典型端面群体超高层建筑风致干扰特性的试验研究(土木工程防灾国家重点实验室开放基金重点项目)
 ③结构的风振控制
  研究结构在随机风荷载作用下的振动特性,振动的被动、主动和半主动控制方法,在这方面近年已进行了一些机理性的探索工作。通过211工程学科建设,又引进了一批先进的振动测试分析仪器,将可以在该领域进行更加深入的实质性研究工作。
  
       
                           汕头市防洪设施图                                                      汕头市帝豪酒店风压测试 

④汕头市洪、潮灾害计算机模拟显示和防灾决策系统的研制
    国家自然科学基金重点项目:基于GIS的城市减灾评估与信息决策系统。根据汕头市水文资料,充分运用GIS的空间数据综合分析功能,建立《汕头市洪、潮灾 害模拟计算机显示系统》、《汕头市洪、潮灾害损失统计系统》和《汕头市洪、潮灾害损失防灾指挥决策系统》。为决策者采取防灾、减灾对策提供依据。
 ⑤汕头市环境保护局GIS系统研发
汕头市环境保护局项目,2008。针对第一次全国污染源普查的庞大数据,应用GIS技术,建立了汕头市污染源普查专题地图,开发了汕头市污染源普查信息查 询系统,实现污染源普查信息的查询、统计、管理等功能,为环保部门的决策和管理提供现代技术手段,为第一次全国污染源普查汕头市的工作增加了亮点。
⑥水环境突发性污染事故应急预警监测系统研究开发
广东省科技计划项目,2010。根据汕头市第一次全国污染源普查,河流沿岸危险污染源企业数据,应用GIS技术,开发了水污染事故应急预警监测系统。具备 河流沿岸危险污染源数据管理、污染事故应急案例管理、污染事故模拟预测分析、污染事故应急预案生成、污染事故记忆回放等功能。为河流水质监控、污染事故应 急处理等提供有效的现代化技术工具。
⑦结合粗集理论与元胞自动机的山火蔓延研究
广东省自然科学基金项目,2010。林火蔓延具有不确定性,粗集理论与元胞自动机结合,能较好的处理不确定问题,通过知识约简去除冗余数据后获取核,从核 中归纳出元胞的转换规则,方便和准确地更新元胞的燃烧状态。采用面向对象编程技术,结合GIS的强大图形处理和空间分析功能,对林火蔓延进行动态可视化模 拟。