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运行状态风力机地震响应的解耦分析方法

工程力学 2022年第9期39卷 20-30页

作者：席仁强许成顺杜修力许坤常州大学机械与轨道交通学院江苏常州213164 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

对于运行状态的风力发电机,其地震响应涉及风荷载与地震的联合激励。为建立风-地震共同作用下风力机动力响应的解耦分析方法,该文基于最小二乘法,建立水平轴风力机模态气动阻尼比简化模型;将叶轮气动阻力以等效阻尼比施加于支撑结构,形... 详细信息

对于运行状态的风力发电机,其地震响应涉及风荷载与地震的联合激励。为建立风-地震共同作用下风力机动力响应的解耦分析方法,该文基于最小二乘法,建立水平轴风力机模态气动阻尼比简化模型;将叶轮气动阻力以等效阻尼比施加于支撑结构,形成风力机地震响应的解耦分析方法,与耦合方法模拟结果进行比较,验证解耦方法的可靠性。结果表明:双线性模型能够准确模拟风力机模态气动阻尼比随轮毂高度处10 min平均风速变化的规律,解耦方法得到的风力机塔顶加速度和塔底弯矩峰值与耦合方法所得结果的误差不超过15%,同时,解耦方法的计算效率也高于耦合方法。

关键词：地震响应风-地震作用气动阻尼解耦方法计算效率

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浅埋地下结构地震反应分析的惯性力–位移法

岩土工程学报 2018年第4期40卷 583-591页

作者：杜修力许紫刚许成顺李洋北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室

现有的地下结构地震反应简化分析方法,如:地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法、反应加速度法和Pushover分析方法等,均没有考虑上覆回填堆积土体或地震中因剪切破坏失效后的上覆堆积土体在竖向地震作用下产生的惯性力效... 详细信息

现有的地下结构地震反应简化分析方法,如:地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法、反应加速度法和Pushover分析方法等,均没有考虑上覆回填堆积土体或地震中因剪切破坏失效后的上覆堆积土体在竖向地震作用下产生的惯性力效应。已有研究表明,这种上覆土体竖向惯性力效应对浅埋地下结构支撑构件的抗震性能(抗剪强度和极限变形)有重要影响,是评价浅埋地下结构抗震安全性的关键因素之一,不能忽视。为此,针对浅埋地下结构地震反应分析问题,提出了一种考虑上覆土体竖向惯性力影响的反应位移法,简称惯性力–位移法。给出了惯性力–位移法分析模型的两个关键参数确定方法,包括地基弹簧刚度及上覆土体最大竖向惯性力。工程实例分析结果表明,建议的惯性力–位移法与传统的反应位移法相比,不仅克服了传统的反应位移法不能给出中柱轴力的缺陷外,其它反应量的计算精度与之基本相当。

关键词：地下结构抗震分析惯性力–位移法

基于精细时程积分的u-p格式饱和两相介质动力问题的显-显式时域算法

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工程力学 2017年第11期34卷 9-17页

作者：宋佳许成顺杜修力李亮北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

时域算法的计算效率是求解实际非线性或大量自由度等工程问题最重要的影响因素,而显式算法是提高计算效率最有效的手段。针对u-p格式饱和两相介质动力方程,实现显-显式算法的必要前提是质量矩阵M和流体压缩矩阵S的对角化处理,且整体算... 详细信息

时域算法的计算效率是求解实际非线性或大量自由度等工程问题最重要的影响因素,而显式算法是提高计算效率最有效的手段。针对u-p格式饱和两相介质动力方程,实现显-显式算法的必要前提是质量矩阵M和流体压缩矩阵S的对角化处理,且整体算法的计算精度和稳定性同样需要权衡。基于对角化的M和S矩阵,将高精度和稳定性的精细时程积分法应用于求解液相方程,并结合求解固、液两相动力方程的中心差分法,提出了一种新的显-显式的高效时域算法。理论分析和数值试验结果均说明提出方法具有良好的稳定性和较高的计算精度。

关键词：饱和两相介质 u-p格式动力方程对角化方法全显式积分法精细时程积分法

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风-波浪荷载对海上风机地震响应的影响

工程力学 2020年第11期37卷 58-68页

作者：席仁强许成顺杜修力许坤北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 常州大学机械工程学院江苏常州213164

建立广义单自由度模型,考虑运行、停机两种工作状态,揭示风-波浪荷载影响海上风机地震响应的机理。针对NREL 5MW单桩式海上风机,通过风-波浪统计关系确定波浪谱参数,采用FAST软件分析结构地震响应,验证初步分析结果的正确性,并探讨风-... 详细信息

建立广义单自由度模型,考虑运行、停机两种工作状态,揭示风-波浪荷载影响海上风机地震响应的机理。针对NREL 5MW单桩式海上风机,通过风-波浪统计关系确定波浪谱参数,采用FAST软件分析结构地震响应,验证初步分析结果的正确性,并探讨风-波浪影响海上风机地震响应的规律。结果表明:风-波浪作用的气动阻尼和动荷载效应使其显著影响海上风机地震响应;对于运行状态的海上风机,轮毂高度处平均风速等于额定风速时,支撑结构最危险;强震作用下,风-波浪作用减小泥面内力和塔顶位移幅值;弱震作用下,风-波浪荷载增大泥面内力和塔顶位移幅值。

关键词：工作状态风-波浪荷载海上风机地震响应气动阻尼动荷载效应

考虑土-结构相互作用的弹簧-地下结构体系静力推覆试验技术及其试验研究

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建筑结构学报 2023年第1期44卷 248-258页

作者：许成顺韩润波杜修力许紫刚北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室江西南昌330013

地下结构静力推覆试验由于具有模型结构尺寸较大、应力水平可控等优点,适用于研究抗震性能问题。为了解决考虑土-结构相互作用的土-地下结构体系静力推覆试验过程复杂、费用昂贵的问题,研究了试验过程相对简单、可近似考虑土-结构相互... 详细信息

地下结构静力推覆试验由于具有模型结构尺寸较大、应力水平可控等优点,适用于研究抗震性能问题。为了解决考虑土-结构相互作用的土-地下结构体系静力推覆试验过程复杂、费用昂贵的问题,研究了试验过程相对简单、可近似考虑土-结构相互作用的弹簧-地下结构体系静力推覆试验技术,通过引入弹簧单元模拟结构所受初始土压力及推覆过程中的土-结构相互作用,通过压缩模型两侧弹簧及施加竖向均布荷载以模拟结构所受初始土压力,通过限制模型底部水平位移,并在模型侧顶部作用水平推力将模型自初始状态推至破坏以模拟结构所受水平地震作用。以1995年日本阪神地震中破坏的Daikai车站为原型,制作几何缩尺比为1/5的模型,基于上述试验装置设计了详细的试验方案,开展弹簧-地下结构体系静力推覆试验以验证该试验方法的可行性。通过试验得到模型受力全过程剪力-层间位移能力曲线、模型结构裂缝发展部位及结构破坏形态,分析试验结果可知,在地震作用过程中,周围土体对地下结构的约束作用明显,周围土体的存在提高了地下结构的抗侧向倒塌能力,中柱是模型结构的薄弱构件。

关键词：地下结构土-结构相互作用试验技术弹簧-地下结构体系静力推覆试验

基于拟静力推覆分析的大开车站和区间隧道地震损伤研究

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岩土工程学报 2021年第7期43卷 1182-1191,I0003页

作者：许紫刚许成顺杜修力吴晔华东交通大学江西省岩土工程基础设施安全与控制重点实验室江西南昌330013 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

目前关于大开车站及区间隧道地震损伤的研究多集中于动力时程分析方面,但其呈现建模过程复杂,计算效率不高等特点。以原始大开车站、区间隧道以及新建大开车站为研究对象,首先,开展了构件层面的拟静力推覆分析,考虑地震荷载下中柱所受... 详细信息

目前关于大开车站及区间隧道地震损伤的研究多集中于动力时程分析方面,但其呈现建模过程复杂,计算效率不高等特点。以原始大开车站、区间隧道以及新建大开车站为研究对象,首先,开展了构件层面的拟静力推覆分析,考虑地震荷载下中柱所受的荷载与约束条件,获得了不同竖向压力下中柱的抗震性能曲线;其次,开展了土–结构体系的拟静力推覆分析,采用改进的地下结构Pushover分析方法,再现了水平和竖向地震荷载作用下大开车站及区间隧道结构的地震破坏情况。分析结果表明:大开车站较区间隧道的横向和纵向跨度更大,尤其是考虑竖向地震动作用后,中柱的轴压比显著提升,普通钢筋混凝土中柱易出现变形能力不足而引起的脆性破坏;新建的大开车站中柱采用钢管混凝土结构,相同荷载工况下其表现出更好的承载力和延性性能,极大地提高了车站结构的安全性能。

关键词：大开车站拟静力推覆分析竖向地震动轴压比地震损伤

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考虑含水合物沉积物损伤的多场耦合模型研究

岩土力学 2019年第11期40卷 4229-4239,4305页

作者：张小玲夏飞杜修力许成顺北京工业大学建筑工程学院北京100124 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

天然气水合物是一种新型的清洁能源,具有广阔的应用前景。但在水合物开采过程中温压条件的改变会引起水合物的分解,导致含水合物沉积物胶结强度的丧失;同时,沉积物在加载过程中由于其内部微裂纹、缺陷逐渐扩展以及土颗粒间的水合物逐渐... 详细信息

天然气水合物是一种新型的清洁能源,具有广阔的应用前景。但在水合物开采过程中温压条件的改变会引起水合物的分解,导致含水合物沉积物胶结强度的丧失;同时,沉积物在加载过程中由于其内部微裂纹、缺陷逐渐扩展以及土颗粒间的水合物逐渐破碎也会引发含水合物沉积物的损伤,而以往对于水合物分解过程中多场耦合模型的研究忽略了沉积物结构损伤演化过程及其对耦合过程的影响。因此,基于连续损伤理论,在损伤统计本构模型中引入三参数的Weibull分布和残余强度修正系数,建立起考虑损伤阈值和残余强度影响的含水合物沉积物损伤统计本构模型;进而将本构模型嵌入到水合物分解过程的多场耦合模型中,建立了考虑含水合物沉积物损伤的温度-应力-渗流-化学(THMC)多场耦合数学模型;基于该模型讨论了含水合物沉积物结构损伤对水合物分解过程中沉积物储层的变形、压力、温度等因素的影响规律。通过计算分析发现:含水合物沉积物结构损伤对水合物分解的多场耦合过程具有显著影响,并且随着分解时间的增加,其影响逐渐增大。

关键词：含水合物沉积物损伤统计本构模型多场耦合

板柱变形能力对地铁车站结构地震破坏反应影响研究

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建筑结构学报 2022年第4期43卷 26-35页

作者：许成顺张梓鸿李洋杜修力闫冠宇北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 中国铁道科学研究院集团有限公司北京100081

为研究顶板、中柱的变形能力对地铁地下结构地震破坏反应及破坏模式的影响,开展了4个板、柱具有不同变形能力的地铁地下结构的对比性离心机振动台模型试验。试验中,通过在结构上覆土中掺入一定比例钢砂的方式对上覆土体的竖向惯性效应... 详细信息

为研究顶板、中柱的变形能力对地铁地下结构地震破坏反应及破坏模式的影响,开展了4个板、柱具有不同变形能力的地铁地下结构的对比性离心机振动台模型试验。试验中,通过在结构上覆土中掺入一定比例钢砂的方式对上覆土体的竖向惯性效应进行近似模拟。结果表明:中柱是地铁地下结构的关键性抗震构件,在强震作用下,保证中柱的竖向支撑作用是减小地下结构出现整体塌毁破坏风险的关键;在地震作用下,地铁地下结构的板、墙与板、梁交界过渡位置(刚度突变位置)是结构的薄弱部位,比较容易出现受拉裂缝,在这些部位合理设置一定的构造措施(腋角)可有效地提高结构抵御裂缝出现的能力;地铁地下结构中柱的顶、底端为该构件的薄弱部位,在地震作用下容易最先产生混凝土开裂甚至剪切破坏现象。

关键词：地铁车站结构板柱变形能力离心机振动台模型试验地震破坏反应

初始静孔隙水压力对砂土静动力剪切特性影响的试验研究

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岩土工程学报 2019年第6期41卷 1050-1057页

作者：许成顺李艳梅潘霞耿琳北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 荣盛建筑设计有限公司河北廊坊065000

选取福建标准砂和滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同初始静孔隙水压力条件下的不排水循环扭剪试验和单调扭剪试验,着重探讨初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力发展及其不排水抗剪强度的影响。试验结果表明:初始静孔隙水压... 详细信息

选取福建标准砂和滹沱河细砂,利用空心圆柱扭剪仪开展了一系列不同初始静孔隙水压力条件下的不排水循环扭剪试验和单调扭剪试验,着重探讨初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力发展及其不排水抗剪强度的影响。试验结果表明:初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力的发展产生显著的影响,从而影响砂土的静动力剪切特性。具体地,在不排水循环剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,其超静孔隙水压力发展和变形发展越快;在不排水单调剪切过程中,初始静孔隙水压力越大,在砂土剪胀阶段产生负超静孔隙水压力越大,从而使砂土的强度显著提高。基于试验结果,初步探讨了初始静孔隙水压力对超静孔隙水压力及静动力剪切特性的影响机理。研究表明,研究地下水位以下土体(准饱和土)静动力剪切特性尤其是研究液化问题时,应充分考虑初始静孔隙水压力对砂土抗液化强度的影响,室内试验应根据砂土所处的地下水位深度来决定初始静孔隙水压力(反压)的大小。

关键词：初始静孔隙水压力循环扭剪单调剪切超静孔隙水压力反压