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偏转风场下高层建筑设计风速的风向折减因子

同济大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 886-892页

作者：贺斌全涌顾明同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

提出了超高层建筑设计风荷载估算过程中考虑风场偏转影响的强风风速风向折减因子修正方法。在风洞中模拟了一个方形截面超高层建筑刚性模型。在偏转风场和无偏风场工况下,根据提出的修正方法计算了北京地区和南京地区高层建筑设计风速... 详细信息

提出了超高层建筑设计风荷载估算过程中考虑风场偏转影响的强风风速风向折减因子修正方法。在风洞中模拟了一个方形截面超高层建筑刚性模型。在偏转风场和无偏风场工况下,根据提出的修正方法计算了北京地区和南京地区高层建筑设计风速的风向折减因子,分析了风场偏转对高层建筑气动力风向折减效应的影响。结果表明,偏转风场会使建筑风压存在偏移现象,最不利风压出现的风向角与无偏风场下不同,而在考虑风向折减效应的风荷载估算方法中,如果忽略风场偏转的影响就可能导致超高层建筑风荷载的低估,使得结构设计偏于危险,提出的修正方法能够有效解决这一问题。

关键词：超高层建筑风荷载风向折减 Ekman螺线偏转风场风洞试验

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套管式屈曲约束支撑内芯抗屈曲机理研究

工程力学 2024年

作者：陈雨周锋同济大学土木工程防灾国家重点实验室

屈曲约束支撑受压不易发生失稳的一个重要原因是约束部件对核心受力部件(内芯)挠曲变形的限制作用。如今关于一字型内芯抗屈曲机理的研究成果丰富，而对钢管这种型钢内芯所存在的杆整体屈曲和截面局部屈曲时序的认识仍不足，关键参数对... 详细信息

屈曲约束支撑受压不易发生失稳的一个重要原因是约束部件对核心受力部件(内芯)挠曲变形的限制作用。如今关于一字型内芯抗屈曲机理的研究成果丰富，而对钢管这种型钢内芯所存在的杆整体屈曲和截面局部屈曲时序的认识仍不足，关键参数对套管式屈曲约束支撑稳定性的影响规律不够清晰。因此本文首先通过理论分析，揭示了在工程参数范围内方管内芯整体屈曲和截面局部屈曲的时序以及接触模式的演变规律，推导了截面局部接触力的计算公式。之后基于已有试验结果建立有限元数值模型，深入分析方管内芯宽厚比、外套管刚度和间隙对循环加载下构件承载能力的影响。最后通过有限元模拟分析了方管内芯整体接触和局部接触的演化以及局部接触力的分布和大小，对理论结果进行验证。研究结果发现当截面宽厚比b/t与长细比λg满足一定关系时，内芯会在N点整体接触模式下出现截面局部接触；随着外套管抗弯刚度的增加，整体稳定性增强，但外管刚度对局部稳定性的影响有限；内芯宽厚比较小(b/t=10)的构件强度受整体稳定能力控制，而内芯宽厚比相对较大(b/t =13、18)的构件则更容易发生相关失稳或局部失稳；对于发生局部失稳的构件，缩小与外管的间隙不能明显提升构件的稳定承载能力。

关键词：屈曲约束支撑抗屈曲机理有限元分析方管内芯整体稳定局部稳定

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岩石化学风化力学特性的宏微观定量关联

同济大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 911-919页

作者：周志豪王华宁蒋明镜同济大学土木工程学院上海200092 同济大学航空航天与力学学院上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009

为了分析化学风化对岩石力学性能的影响机制,采用密集排列的颗粒集合体模拟岩石材料,将与化学风化时间相关的质量损失率引入颗粒刚度和胶结模型。基于均匀化方法和格构模型,推导获得了风化岩石弹性阶段应力‒应变关系和强度准则以及宏观... 详细信息

为了分析化学风化对岩石力学性能的影响机制,采用密集排列的颗粒集合体模拟岩石材料,将与化学风化时间相关的质量损失率引入颗粒刚度和胶结模型。基于均匀化方法和格构模型,推导获得了风化岩石弹性阶段应力‒应变关系和强度准则以及宏观弹性和强度参数与微观参数(颗粒接触响应特性、风化损伤参数等)的定量关联,并探究了化学风化及其时效性对岩石力学性能的影响规律。结果表明,随着质量损失率的增大以及反应时间的增加,风化岩石的刚度和强度均呈负指数减小;当环境pH值较低时,岩石的峰值黏聚力和峰值内摩擦角随着反应时间的增大均显著降低;当环境pH值较高时,开始阶段岩石的峰值黏聚力显著降低,而峰值内摩擦角变化不大,峰值内摩擦角的显著降低需要更长的风化时间。

关键词：岩石化学风化宏微观时效效应

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基于化力模型的供水钢管内腐蚀力学性能评估

浙江大学学报（工学版） 2024年第8期58卷 1681-1690页

作者：彭仁竹李素贞同济大学建筑工程系上海200092 同济大学土木工程防灾减灾国家重点实验室上海200092

为了解决已有钢管腐蚀深度预测模型未考虑电化学腐蚀机理,难以泛化到不同应用场景的问题,提出基于电化学腐蚀机理的腐蚀深度预测模型.该模型以溶解氧质量浓度和水温监测数据作为输入,预测管壁平均腐蚀深度.结合腐蚀深度预测模型、腐蚀深... 详细信息

为了解决已有钢管腐蚀深度预测模型未考虑电化学腐蚀机理,难以泛化到不同应用场景的问题,提出基于电化学腐蚀机理的腐蚀深度预测模型.该模型以溶解氧质量浓度和水温监测数据作为输入,预测管壁平均腐蚀深度.结合腐蚀深度预测模型、腐蚀深度-力学性能退化经验公式及Chaboche本构模型,提出化力模型,用于估算腐蚀后管材的单轴应力-应变曲线.该单轴应力-应变曲线可以为全寿命运营周期内管道结构的安全评估提供依据.以某根服役的供水钢管为案例,结合实时监测数据,验证了该模型的合理性和可行性.

关键词：市政工程供水钢管化力模型电化学腐蚀单轴应力-应变曲线

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月球基地的建设远景与挑战

山东大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 114-125页

作者：蒋明镜王思远姜朋明华亦雄石安宁杨越群薛桥斌戴婉婷仇淞苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009 同济大学土木工程减灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院岩土工程系上海200092 天津大学建筑工程学院土木工程系天津300350 苏州科技大学建筑与城市规划学院江苏苏州215009

基于对月球资源和环境条件的调研及国内外月球基地建设方案的相关研究与发展现状,综合考虑月球纬度、复杂地形地貌以及月壤/月岩矿物等原位资源利用因素,以传统土木工程为框架,结合当下物联网、大数据、人工智能等研究方法,提出以月表... 详细信息

基于对月球资源和环境条件的调研及国内外月球基地建设方案的相关研究与发展现状,综合考虑月球纬度、复杂地形地貌以及月壤/月岩矿物等原位资源利用因素,以传统土木工程为框架,结合当下物联网、大数据、人工智能等研究方法,提出以月表、月海、月岩等地貌特征与不同阶段下月球开发探索的研究目标相结合,分阶段构建“月表之上”“月海之中”“月岩之下”的月球综合体建造基地的设想。对不同阶段的基地建设选址、设计方案、结构特征以及智慧基地的建设要点进行分析,总结面对复杂月面地貌特征条件下构建月球基地综合体所面临的技术挑战和关键科学问题,为未来建设高级月球基地及功能分区部署提供参考。

关键词：月球基地月海熔岩管道建设步骤选址约束基地综合体

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阵列式柔性光伏系统风振特性研究

工程力学 2024年

作者：王威操金鑫曹曙阳同济大学土木工程学院桥梁工程系同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室

索支撑柔性光伏系统结构刚度小、自振频率低，在风荷载作用下容易产生较大变形和振动。针对一41.6m×29.8m阵列式柔性光伏系统开展气弹模型测振风洞试验，研究其结构风振特性，试验参数包括流场类型、风速、风向角、索力大小和风攻角。... 详细信息

索支撑柔性光伏系统结构刚度小、自振频率低，在风荷载作用下容易产生较大变形和振动。针对一41.6m×29.8m阵列式柔性光伏系统开展气弹模型测振风洞试验，研究其结构风振特性，试验参数包括流场类型、风速、风向角、索力大小和风攻角。试验结果表明：该型柔性光伏系统可有效防止在单排柔性光伏系统中可能出现的颤振现象；阵列不同位置处光伏板的位移值相差较大；在阵列两侧处于迎风位置的多个风向角下，阵列边缘处光伏板出现较大的位移均值和脉动值；同平均风速下均匀流场和边界层风场下光伏板位移均值相近，但位移脉动值相差较大，边界层风场下的风振系数显著大于均匀流场；随着拉索预应力的降低，光伏板的位移绝对值整体呈增大趋势，但阵列不同位置处的增大比例不同；增大光伏组件的风攻角会使部分风向角下的位移值显著增大。

关键词：柔性光伏系统气弹模型测振风洞试验风致振动风振系数气动稳定性

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基于嫦娥五号月壤粒形特征的离散元模拟方法

岩土工程学报 2024年第4期46卷 833-842页

作者：王思远蒋明镜天津大学建筑工程学院天津300350 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009 同济大学土木工程减灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院岩土工程系上海200092

为满足当前中国探月任务中的“堪测、采、建”战略规划,获取更加贴近真实的月壤物理力学特性,考虑月壤颗粒形状的影响,结合嫦娥五号探月任务中的月壤颗粒图像,将月壤粒形特征与颗粒级配联系起来,提出考虑中国月壤粒形特征的离散元数值... 详细信息

为满足当前中国探月任务中的“堪测、采、建”战略规划,获取更加贴近真实的月壤物理力学特性,考虑月壤颗粒形状的影响,结合嫦娥五号探月任务中的月壤颗粒图像,将月壤粒形特征与颗粒级配联系起来,提出考虑中国月壤粒形特征的离散元数值模拟方法。首先,基于嫦娥五号探月任务获取的部分月壤颗粒图像,对颗粒的形状特征及尺寸信息进行提取,依据其球度特征将月壤的颗粒形态分为6类,并同月壤颗粒的粒形特征与颗粒尺寸建立对应关系;其次,结合本团队开发的三维离散元月壤接触模型,引入形状参数用以表征月壤颗粒的抗转动能力,进而在离散元中考虑月壤颗粒的粒形特征,最终建立考虑中国月壤粒形特征的离散元数值模型;通过与已知月壤试验结果的对比表明,该方法可将月壤颗粒形状的可变性直接映射到离散元中。在此基础上,通过与不考虑粒形特征的数值样进行对比,探究考虑月壤粒形特征的优势。结果表明:含嫦娥五号月壤粒形特征的离散元数值模型可以有效捕捉月壤力学行为的主要特征,为开展月球资源勘探及开发利用研究提供基础。

关键词：月壤粒形特征三轴压缩宏微观特性

中国南海神狐海域水合物储层井壁稳定可靠度分析

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岩土力学 2024年第5期45卷 1505-1516页

作者：黄佳佳蒋明镜王华宁同济大学土木工程学院上海200092 中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司浙江杭州310012 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215009 同济大学航空航天与力学学院上海200092

天然气水合物具有巨大的潜在经济和环境价值,其开发利用对国家能源安全和实现国家碳达峰碳中和的“双碳目标”具有战略意义。我国天然气水合物资源主要分布于南海海域,海洋环境的复杂性和隐蔽性使工程测量数据具有较大不确定性,影响钻... 详细信息

天然气水合物具有巨大的潜在经济和环境价值,其开发利用对国家能源安全和实现国家碳达峰碳中和的“双碳目标”具有战略意义。我国天然气水合物资源主要分布于南海海域,海洋环境的复杂性和隐蔽性使工程测量数据具有较大不确定性,影响钻井安全。目前未见有水合物储层井壁稳定可靠度研究。为定量评估在我国南海神狐海域水合物储层钻井风险,基于水合物储层钻井井壁稳定解析理论和南海神狐海域具体地质条件,结合可靠度分析方法中的改进一次二阶矩法和响应面法,研究南海神狐海域水合物储层钻井井壁失稳概率分布特征,分析该海域井壁失稳概率及安全钻井液压力窗口对主要参数均值和不确定性的敏感性,结果表明:(1)若测量数据足够精确,在我国南海神狐海域水合物储层进行钻井活动的安全性较高,安全钻井液压力窗口也较大。测量数据的不确定性增大将使井壁失稳概率显著升高,缩窄安全钻井液压力窗口。(2)较低的钻井液温度对降低井壁失稳概率略有帮助,且能明显地扩大安全钻井液压力窗口。(3)5个主要参数的均值和不确定性对井壁失稳概率的影响次序相同,均为初始地应力>初始内摩擦角>弹性模量比>初始黏聚力>初始弹性模量。实际工程中对初始地应力数据精确测量,能够显著提高水合物储层钻井井壁稳定性。

关键词：天然气水合物井壁稳定性可靠度南海神狐海域响应面法改进一次二阶矩法

考虑率相关特性的深海软土锚板承载力数值分析

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海洋工程 2024年

作者：蒋明镜黄佳佳刘阿森姜朋明苏州科技大学土木工程学院同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程学院中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司天津大学建筑工程学院香港大学土木工程系

随着近海资源的开采和消耗，深海成为未来资源开发利用的战略要地。锚板承载力的研究对于深海平台设计及其稳定性具有重要意义。基于我国南海北部陆坡区深海软土相关试验数据，采用适用于深海软土的弹黏塑性本构模型，建立有限元数值模... 详细信息

随着近海资源的开采和消耗，深海成为未来资源开发利用的战略要地。锚板承载力的研究对于深海平台设计及其稳定性具有重要意义。基于我国南海北部陆坡区深海软土相关试验数据，采用适用于深海软土的弹黏塑性本构模型，建立有限元数值模型研究考虑率相关特性的深海软土锚板承载力，并将数值模拟结果与理论解进行对比，分析了深海软土中不同埋深率、锚板上拔速率、锚土接触情况对锚板承载力的影响，还进行了锚板周围土体位移、应力和黏塑性应变分析。结果表明：1）锚板上拔极限承载力随着埋深率线性增加，随上拔速率增大。锚土接触情况对深埋锚板承载力影响较大，对浅埋锚板影响较小。2）当锚板埋深率较小时，锚板周围土体位移场受影响区域比较集中，当埋深率较大时，土体受影响区域更大。3）锚板周围土体应力集中的区域主要为锚板端部上方，且埋深率越大，端部土体的应力越大。4）锚板埋深率较小时，土体黏塑性应变主要集中在锚板端部，埋深率较大时，黏塑性应变主要集中在锚板上方三角区域内，且埋深率越大，土体黏塑性应变越大。

关键词：深海软土锚板承载力埋深率锚板上拔速率率相关性