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Optimization design of prestressed concrete wind-turbine tower

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Science China(Technological Sciences) 2014年第2期57卷 414-422页

作者： ma hongwang MENG Ran Department of Civil Engineering Shanghai Jiaotong University

Wind energy is a clean and renewable energy for which technology has developed rapidly in recent *** turbines are commonly supported on tubular steel *** the turbine size is growing and the towers are rising in height,steel towers are required to be sufficiently strong and stiff,consequently leading to high construction *** tackle this problem,a new type of prestressed concrete tower was designed employing a novel tower concept having a regular octagon cross section with interior ribs on each side,which was optimized by comparing the natural frequency and stress difference under the same lateral load in different directions of the *** designed tower features a tapered profile that reduces the area subjected to wind;the tapered profile reduces the total weight,applied moment and the capital *** optimization method was developed employing ABAQUS software and a genetic algorithm.A target function was defined on the basis of the minimum cost of the concrete and prestressed tendon used,and constraints were applied by accounting for the stress,displacements and natural frequency of the *** the method,a 100 m prestressed concrete tower system for a 5 MW turbine was optimized and designed under wind and earthquake *** paper also reports a systematic design procedure incorporating the finite element method and the optimization method for the prestressed concrete wind-turbine towers.

关键词： prestressed concrete wind-turbine tower optimization finite element method genetic algorithm

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一种直接基于位移的抗震设计方法

地震工程与工程振动 2007年第2期27卷 45-50页

作者：马宏旺上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木系上海200240

与传统基于力的抗震设计方法相比,基于位移的抗震设计方法更适合实现基于性能抗震设计。本文在若干文献的基础上,提出了一种直接基于位移的抗震设计方法。该方法建立在结构屈服位移可由几何尺寸确定的基础上,根据不同水平地震作用下的... 详细信息

与传统基于力的抗震设计方法相比,基于位移的抗震设计方法更适合实现基于性能抗震设计。本文在若干文献的基础上,提出了一种直接基于位移的抗震设计方法。该方法建立在结构屈服位移可由几何尺寸确定的基础上,根据不同水平地震作用下的目标设计位移,计算相应的延性系数,采用一定的Rμ-μ-Tn关系建立相应的非线性反应谱,以二折线模型模拟结构的性能曲线,然后根据结构不同的目标位移以及对应的非线性反应谱确定相应的有效周期,从中选择最小值作为设计结构的有效周期,根据有效周期计算结构的刚度,然后乘以屈服位移得到结构的屈服强度。根据结构屈服强度以及结构的超强系数,得到结构的设计基底剪力。该方法避免了设计中采用迭代计算,且一次设计就可以完成多水平设防的目的。

关键词：直接基于位移的设计非线性反应谱有效周期超强系数

长期反复荷载作用对海上风电单桩基础的影响分析

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振动与冲击 2018年第2期37卷 121-126,141页

作者：马宏旺杨峻陈龙珠上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木工程系上海200240 香港大学土木工程系

国内外已建成的海上风电通常采用大直径单桩基础,需承受多种复杂外部荷载,如风荷载、波浪荷载和潮流荷载等。在长期反复荷载作用下,单桩基础产生累积变形,侧向刚度发生变化,而这些性能的变化会对海上风电整体安全性产生重要影响。对于... 详细信息

国内外已建成的海上风电通常采用大直径单桩基础,需承受多种复杂外部荷载,如风荷载、波浪荷载和潮流荷载等。在长期反复荷载作用下,单桩基础产生累积变形,侧向刚度发生变化,而这些性能的变化会对海上风电整体安全性产生重要影响。对于这个问题,目前设计中采用规范给出的简化设计方法考虑长期反复荷载的影响,即在传统的p-y曲线上乘以一个降低系数,而没有针对海上风电大直径单桩基础给出具体的设计方法。鉴于p-y曲线是基于较小直径桩试验结果所得,对于大直径桩是否安全可靠,还需要验证。鉴于此,采用文献提出的桩周边土体在反复荷载作用下变化的简化模型,建立了整体三维有限元模型,考虑长期反复荷载作用对桩周边土性能的影响,以一实际海上风电案例为背景,研究长期反复荷载对海上风电基础自振频率和桩体变形性能的影响以及参数敏感性分析,分析结果对海上风电单桩基础设计有一定的参考作用。

关键词：海上风电单桩基础基础变形长期反复荷载数值模拟

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RC框架结构抗震目标性能水平确定方法研究

世界地震工程 2012年第2期28卷 126-130页

作者：马宏旺孟冉上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

在基于性能抗震设计中,要求实现多级设防,目的是使结构抗震设计不仅要保护生命安全,同时也要控制因结构破坏而带来的经济损失,使结构在整个生命周期内费用达到最小。但由于结构抗震设计中存在着大量的不确定因素,使得实现每个性能水平... 详细信息

在基于性能抗震设计中,要求实现多级设防,目的是使结构抗震设计不仅要保护生命安全,同时也要控制因结构破坏而带来的经济损失,使结构在整个生命周期内费用达到最小。但由于结构抗震设计中存在着大量的不确定因素,使得实现每个性能水平都是不确定的,因此,每个性能水平的目标可靠度究竟取多高才能达到设计要求,是目前抗震设计的一个基本问题。针对这一问题,将地震作用、自重荷载、材料强度等看作随机变量,分析了结构造价与失效概率之间的近似关系,明确了不同性能水平失效概率之间的合理比例关系,采用"投资-效益"准则,且控制人员伤亡率小于社会可接受水平,来确定结构的目标性能水平。以两个钢筋混凝土框架结构为例,说明了该方法的应用。

关键词：基于性能的抗震设计目标性能水平 "投资-效益"准则

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建筑结构抗震设防等级个数的研究

土木工程学报 2006年第6期39卷 52-56页

作者：马宏旺吕西林陈晓宝上海交通大学上海200240 同济大学上海200092

明确的多级抗震设防思想被国内外工程抗震界广为接受,目的就是结构抗震设计不仅要保护生命的安全,同时也要做到经济合理。但是究竟采用几个设防水平是足够的,才能实现既安全又经济的设防目标,目前还没有一个理论的解释。本文就是针对这... 详细信息

明确的多级抗震设防思想被国内外工程抗震界广为接受,目的就是结构抗震设计不仅要保护生命的安全,同时也要做到经济合理。但是究竟采用几个设防水平是足够的,才能实现既安全又经济的设防目标,目前还没有一个理论的解释。本文就是针对这一问题,以能否实现明确多级设防的基本目的为原则,把采用连续化思想确定的经济损失作为精确值,用不同设防等级情况下确定的经济损失与之比较,两者之间相差在一定精度范围内的最小设防个数被认为是合理的设防等级个数。根据实例研究表明,目前三水平设防等级还不足以控制结构未来的经济损失,而设防水平达到5个等级时,两种方法给出的经济损失估计值才比较接近。

关键词：设防等级个数多级设防连续方法

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冲刷对海上风电单桩基础自振频率影响的研究

振动与冲击 2020年第22期39卷 16-22页

作者：陈琛马宏旺李玉韬芦直跃上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

目前海上风电基础形式大多采用单桩基础,海水的冲刷作用影响结构的动力特性和受力性能,其中自振频率受到的影响最为显著,因此,研究冲刷对海上风电单桩基础自振频率的影响十分必要。通过模型试验研究了冲刷深度、砂土密度和桩埋置深度对... 详细信息

目前海上风电基础形式大多采用单桩基础,海水的冲刷作用影响结构的动力特性和受力性能,其中自振频率受到的影响最为显著,因此,研究冲刷对海上风电单桩基础自振频率的影响十分必要。通过模型试验研究了冲刷深度、砂土密度和桩埋置深度对单桩基础自振频率的影响;利用ABAQUS软件建立了单桩基础的三维有限元模型,并通过与模型试验结果对比分析,验证数值模型的可靠性;以一实际工程为例,分析了补偿冲刷造成自振频率降低的各种措施。结果表明,随着冲刷深度的增加,单桩基础的自振频率会逐渐降低,其中砂土越松、埋置深度越浅,降低越明显;在相同用钢量的情况下,增加桩埋置深度、壁厚和桩径,都能增加结构自振频率,但增加桩径的效果最为明显;建议在实际工程设计中,可通过增加桩径来补偿由冲刷造成自振频率的降低以满足设计要求。

关键词：海上风机单桩基础冲刷自振频率 ABAQUS

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基于概念设计竖向不规则结构的抗震分析

工程抗震 2000年第2期 3-8页

作者：马宏旺大连理工大学土木系 116023

对于钢筋混凝土框架结构在地震作用下的反应 ,本文采用时程分析法分析结构在弹性阶段的反应和采用弹塑性静力分析法分析结构在弹塑性阶段的反应 ,主要分析了由结构竖向刚度、屈服强度和质量的变化而引起结构在弹性阶段的基底剪力和弹塑... 详细信息

对于钢筋混凝土框架结构在地震作用下的反应 ,本文采用时程分析法分析结构在弹性阶段的反应和采用弹塑性静力分析法分析结构在弹塑性阶段的反应 ,主要分析了由结构竖向刚度、屈服强度和质量的变化而引起结构在弹性阶段的基底剪力和弹塑性阶段结构延性系数的变化。

关键词：概念设计结构竖向不规则性抗震分析结构抗震

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羧甲基纤维素钠改性生土力学性能研究

新型建筑材料 2016年第12期43卷 60-62,83页

作者：马奇马宏旺杨朔张旭上海交通大学船建学院土木工程系上海200240

生土材料符合绿色建筑的要求,低碳环保、造价低廉、可循环利用,但是本身强度低,耐久性差,限制了其在现代社会建设中的应用。使用羧甲基纤维素钠(CMC)对甘肃南部生土进行改性试验研究,测试其无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度。试验结果表明:... 详细信息

生土材料符合绿色建筑的要求,低碳环保、造价低廉、可循环利用,但是本身强度低,耐久性差,限制了其在现代社会建设中的应用。使用羧甲基纤维素钠(CMC)对甘肃南部生土进行改性试验研究,测试其无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度。试验结果表明:CMC可有效改善生土的力学性能,其掺量为1.0%时生土的抗压强度达3 MPa以上,劈拉强度达0.26 MPa,能够满足村镇低层住宅建设的要求。

关键词：改性生土材料羧甲基纤维素钠无侧限抗压强度劈裂抗拉强度

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无砂浆自嵌固砌体墙体抗震性能分析

自然灾害学报 2014年第2期23卷 205-213页

作者：马宏旺张冬冬陈龙珠上海交通大学船建学院安全防灾工程研究所上海200240

提出了一种无砂浆自嵌固的砌体结构形式,主要目的是用于建造村镇低层住宅。通过合理的嵌固和填充设计,使这种新型砌体结构在保证足够抗震性能的同时,尽量降低结构造价,增快建设速度,同时降低对工人技术的依赖,特别适合我国经济不发达地... 详细信息

提出了一种无砂浆自嵌固的砌体结构形式,主要目的是用于建造村镇低层住宅。通过合理的嵌固和填充设计,使这种新型砌体结构在保证足够抗震性能的同时,尽量降低结构造价,增快建设速度,同时降低对工人技术的依赖,特别适合我国经济不发达地区的村镇房屋建设。提出了水平、竖向都可以自嵌固的混凝土砌块。对砌块的抗压、抗剪强度,进行了数值计算,对3个不同高宽比的顶部受重复侧向位移作用的砌体墙进行了数值模拟。研究表明,该类砌体结构有良好的抗震承载能力和一定的变形能力。

关键词：自嵌固砌块无砂浆砌体抗震性能数值模拟