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基于CAS法的核电工程异形水箱分布质量计算模型

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工程力学 2024年第2期41卷 160-170,193页

作者：李建波杨波李志远丁志新大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室大连116024 大连理工大学建设工程学部水利工程学院工程抗震研究所大连116024 中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室深圳518172

对于形状复杂的大型核电工程储液结构,Housner弹簧-质量模型适用性较差,基于有限元法的流-固耦合数值分析模型复杂、计算和存储量大,难以满足工程设计要求。该文基于声学-结构耦合法(CAS)提出了一种兼顾精度和效率的分布质量模型,通过... 详细信息

对于形状复杂的大型核电工程储液结构,Housner弹簧-质量模型适用性较差,基于有限元法的流-固耦合数值分析模型复杂、计算和存储量大,难以满足工程设计要求。该文基于声学-结构耦合法(CAS)提出了一种兼顾精度和效率的分布质量模型,通过理论推导从CAS计算结果中剥离得到的器壁动水压强脉冲分量,进而提出器壁单元各节点位置的分布式脉冲附加质量计算公式,精确地考虑了储液容器的形状对液体晃动的影响,同时实现了流-固耦合分析的解耦,有效解决了复杂大型核电工程储液结构的动力分析的难题。以矩形刚性水箱为例,将该文模型的结果与Housner分布模型比较,验证了该模型的合理性和可靠性。针对顶部具有复杂形状水箱的AP1000安全壳结构进行地震动分析,将该文模型与精细的流-固耦合模型进行比较,结果显示:两种模型计算结果吻合性好,该文模型前处理简便且在计算时间效率具有明显优势。该文模型可为核电工程考虑结构-地基、流-固耦合的多因素耦合高效分析奠定基础。

关键词：分布质量模型声学-结构耦合法流-固耦合抗震分析解耦分析

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煤制天然气残渣-水泥复合材料流变与力学性能

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建筑材料学报 2024年

作者：沙东黄聪王宝民潘宝峰宁夏大学土木与水利工程学院大连理工大学建设工程学部

以煤制天然气残渣为辅助胶凝材料，采用旋转流变仪、XRD、SEM-EDS、FT-IR、TG及力学性能测试等方法，系统研究了掺入煤制气残渣对水泥复合胶凝材料流变、力学性能及微观结构的影响规律和作用机理。结果表明：掺入适量煤制气残渣可改善... 详细信息

以煤制天然气残渣为辅助胶凝材料，采用旋转流变仪、XRD、SEM-EDS、FT-IR、TG及力学性能测试等方法，系统研究了掺入煤制气残渣对水泥复合胶凝材料流变、力学性能及微观结构的影响规律和作用机理。结果表明：掺入适量煤制气残渣可改善胶凝材料流变性能，掺量为10%时，浆体屈服应力和塑性黏度分别降低27.2%和35.0%。掺入煤制气残渣有助于提升砂浆抗折强度，当掺量为20%时，砂浆28天抗折强度为8.9 MPa，与水泥砂浆相比提高13.8%；残渣掺量在0-30%时，砂浆28天抗压强度可达标准水泥砂浆的88%以上。掺入残渣后反应产物中凝胶体和Ca（OH）2含量减少，凝胶体中Ca/（Al+Si）、Ca/Si及Si/Al降低，钙矾石含量增加，反应产物中有C-A-S-H凝胶生成。

关键词：煤制天然气残渣辅助胶凝材料流变特性力学性能微观结构

基于CEM-FEM耦合方法的海上风力机抗冰和振动控制研究

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太阳能学报 2024年第1期45卷 179-187页

作者：柳英洲施伟李颖周利王滨李昕大连理工大学建设工程学部水利工程学院抗震研究所大连116024 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室大连116024 大连理工大学深海工程研究中心大连116024 浙江科技学院中德工程师学院杭州310023 江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003 浙江省深远海风电技术研究重点实验室杭州311122 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311122 大连理工大学宁波研究院宁波315000

冰荷载是影响海上风力机安全运行的重要决定性因素,严重时会致使海上风力机结构发生冰激振动破坏和冰激疲劳失效。该研究基于粘聚单元(cohesive element method,CEM)-有限元(finite element method,FEM)耦合方法,通过非线性分布弹簧考虑... 详细信息

冰荷载是影响海上风力机安全运行的重要决定性因素,严重时会致使海上风力机结构发生冰激振动破坏和冰激疲劳失效。该研究基于粘聚单元(cohesive element method,CEM)-有限元(finite element method,FEM)耦合方法,通过非线性分布弹簧考虑桩-土相互作用,建立海冰-寒区单桩海上风力机结构在风-冰联合作用下的整体耦合冰激振动非线性有限元模型。进而,基于非线性数值仿真工具LS-DYNA,分别模拟冰与直立结构和带有抗冰锥的基础结构相互作用过程,并与现有的挤压和弯曲冰力模型进行对比,验证该研究模拟动冰荷载的准确性,讨论两种冰破坏模式下动冰荷载的变化规律。最后,为解决海上风力机发生的强烈冰激振动问题,分别采用振动控制方法和施加抗冰锥的方式,开展风、冰联合作用下海上风力机动冰力和动力响应研究,对比分析以上两种减振方式的减振机理和减振效果差异。结果表明,虽然抗冰锥可明显降低冰-海上风力机相互作用的动冰荷载幅值,然而采用振动控制策略的海上风力机减振效果明显优于抗冰锥。因此,在海上风力机的冰激结构损伤研究和抗冰设计中必须分别考虑以上两种减振方式对结构的影响。

关键词：海冰风场海上风力机桩基础粘聚单元方法振动控制

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红石岩堰塞坝新堆积体动三轴试验研究

人民长江 2024年第4期55卷 32-37页

作者：贾宇峰许米格相彪大连理工大学工程抗震研究所辽宁大连116024 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 云南农业大学水利学院云南昆明650201

牛栏江上的红石岩堰塞坝新堆积体以石灰岩和白云岩为主,级配和密度离散性较大。同时,已有研究结果表明,红石岩新堆积体具有黏性粗粒土性质,静力参数具有明显的离散性,需开展其岩土料的动力参数研究,以为将其利用改建为水利枢纽提供基础... 详细信息

牛栏江上的红石岩堰塞坝新堆积体以石灰岩和白云岩为主,级配和密度离散性较大。同时,已有研究结果表明,红石岩新堆积体具有黏性粗粒土性质,静力参数具有明显的离散性,需开展其岩土料的动力参数研究,以为将其利用改建为水利枢纽提供基础材料数据。采用GDS动三轴仪,对红石岩新堆积体进行了动剪切模量比与阻尼比试验,研究新堆积体动应力应变特性及其影响因素。试验结果表明:随着剪应变的不断增大,新堆积体动剪切模量比不断减小,阻尼比随之增大。新堆积体动力特性受围压影响较为明显,最大动剪切模量随着围压的增大而增大。在相同剪应变条件下,随着围压、干密度、粗颗粒含量的增大,动剪切模量比逐渐增大,阻尼比逐渐减小。另一方面,新堆积体细粒含量较多,颗粒岩性复杂,风化程度差异明显,导致其动力特性具有一定的离散性,与人工筑坝堆石料存在明显差异。

关键词：新堆积体颗粒级配密度动剪切模量阻尼比动三轴试验红石岩堰塞坝

核电工程异形水箱流固耦合分布式参数模型与效用研究

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振动与冲击 2024年第8期43卷 43-51,77页

作者：李建波刘佳李志远林皋大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学建设工程学院辽宁大连116024 中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心北京100048

在流固耦合动力分析领域,传统的Housner模型在工程设计中发挥重要作用。但其理论推导仅适用于规则水箱,采用集中质量总体模型描述液体晃动的整体效应,难以有效模拟异形水箱储液结构的局部精细响应,亟须建立适用于不规则水体晃荡的分布... 详细信息

在流固耦合动力分析领域,传统的Housner模型在工程设计中发挥重要作用。但其理论推导仅适用于规则水箱,采用集中质量总体模型描述液体晃动的整体效应,难以有效模拟异形水箱储液结构的局部精细响应,亟须建立适用于不规则水体晃荡的分布式附加质量模型。基于势流理论推导了一种模态综合法模型,实现了分布质量与储液器壁激振加速度的解耦。该模型能够有效剥离分布式的脉冲质量与对流质量;同时,实体网格的振型分析适用于任意形状水体的动力分析。通过算例的形式将该模型与精细声学-结构耦合(Acoustic-Structural coupling,CAS)模拟法进行了比较,验证了模型的精确性与可靠性。最后,基于本文的模型研究了核电异形的安全水箱在不同水位和减晃格栅分布下的动力响应规律,并检验了其在工程中的适用性。

关键词：流固耦合动水分布式质量模型模态综合法核电异形水箱

基于组合性能指标的立面差异化锈蚀桥墩时变抗震韧性研究

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工程力学 2024年第5期41卷 179-191页

作者：成虎张存瑞邱开发王东升李宏男江南大学环境与土木工程学院河北工业大学土木与交通学院大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

为了研究立面差异化锈蚀桥墩在全寿命周期内的震后可恢复性能，该文基于结构震中响应和震后状态提出了一种“先判定损伤等级后评估可修复程度”的桥墩抗震韧性概率评价方法。以地震易损性分析为基础，基于最大位移角-残余位移角组合指... 详细信息

为了研究立面差异化锈蚀桥墩在全寿命周期内的震后可恢复性能，该文基于结构震中响应和震后状态提出了一种“先判定损伤等级后评估可修复程度”的桥墩抗震韧性概率评价方法。以地震易损性分析为基础，基于最大位移角-残余位移角组合指标构建桥墩震后可恢复性曲线，给出桥墩各级破坏状态下多级可修复程度的概率计算方法。根据海洋环境的腐蚀特点，建立了立面差异化锈蚀桥墩的有限元模型，通过Pushover分析研究了全服役期内桥墩抗震性能的退化规律。采用增量动力分析(IDA)方法对不同服役年限的桥墩进行地震易损性分析，根据墩顶最大位移角定义桥墩破坏状态、以峰值加速度(PGA)表征地震动强度，从而建立起桥墩时变地震易损性曲线。以残余位移角为参考指标，对桥墩不同服役时间的各级破坏状态进行震后可修复程度的分类与统计，通过构建可恢复性曲线实现桥墩不同破坏状态下各级修复难度的概率评估。研究结果表明，随着服役时间的增长，钢筋锈蚀会导致桥墩抗震性能的不断退化。相比未锈蚀情况，桥墩服役100年后，承载力下降约20.22%，而侧向变形能力降幅可达75.30%。同时，随着服役时间的增长，桥墩各级破坏状态的地震失效概率逐渐增大，且震后修复难度也随之提高。当PGA为0.6 g时，桥墩从未锈蚀到服役100年，发生严重破坏的超越概率由16.92%上升到了35.66%，而震后需要简单修复的概率由14.17%上升至26.49%，并出现了较难修复和难以修复的情况。

关键词：桥梁工程锈蚀桥墩地震易损性抗震韧性评估性能退化

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近断层地震动作用下土石坝加速度分布研究

振动与冲击 2024年第14期43卷 66-72页

作者：徐斌李思瀚庞锐大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学建设工程学院辽宁大连116024

近断层地震动较远场地震动具有频率高、速度快、能量更加集中的特点,在短时间内会释放大量能量,对工程结构具有严重危害。规范提供的加速度分布系数不适用于高度超过150 m的大坝,随着技术不断进步,我国超过150 m的土石坝越来越多,规范... 详细信息

近断层地震动较远场地震动具有频率高、速度快、能量更加集中的特点,在短时间内会释放大量能量,对工程结构具有严重危害。规范提供的加速度分布系数不适用于高度超过150 m的大坝,随着技术不断进步,我国超过150 m的土石坝越来越多,规范已不能满足现有需求。基于中国台湾集集近断层地震动记录,建立随机脉冲型地震动模型,分别对高度为40 m、70 m、150 m和200 m的土石坝进行随机动力分析,研究坝体的动态分布系数。结果表明,近断层地震动的低频速度脉冲使坝体的加速度反应谱有较宽的敏感段,易覆盖坝体自振周期,显著增加坝体的加速度。该研究通过总结近断层区域土石坝的加速度分布规律,建议了近断层脉冲型地震动区域的土石坝坝体动态分布系数,为近断层高地震风险情况下土石坝的抗震理论和方法提供参考。

关键词：近断层地震动随机模拟高土石坝加速度分布

超深覆盖层上沥青混凝土心墙坝防渗体应力变形特性及处理措施研究

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水电能源科学 2024年第6期42卷 175-178,97页

作者：林恒星孙继文熊志豪张芳勇孙寿杰上海勘测设计研究院有限公司上海200434 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学水利工程学院工程抗震研究所辽宁大连116024

防渗体系是保证深厚覆盖层地基上沥青混凝土心墙坝安全运行的最重要结构,其安全性备受关注。因此,对超深覆盖层上沥青混凝土心墙坝开展了大规模的三维有限元分析,研究了防渗体系在填筑和蓄水过程中的应力变形特性。结果表明,沥青混凝土... 详细信息

防渗体系是保证深厚覆盖层地基上沥青混凝土心墙坝安全运行的最重要结构,其安全性备受关注。因此,对超深覆盖层上沥青混凝土心墙坝开展了大规模的三维有限元分析,研究了防渗体系在填筑和蓄水过程中的应力变形特性。结果表明,沥青混凝土心墙两岸局部区域的拉应变相对较大,应重点关注;嵌入两岸的廊道设计导致廊道及防渗墙顶部两端出现高应力区;在廊道和两岸之间设置结构缝或波纹管,可有效改善廊道和防渗墙应力状态。研究成果为超深覆盖层上土石坝防渗体的设计、优化和安全评价提供了支撑。

关键词：超深覆盖层沥青混凝土心墙坝防渗体系应力变形改善措施

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附设黏滞阻尼器的RC框架结构抗震韧性评估

振动与冲击 2024年第14期43卷 172-179,210页

作者：张皓阮鹏飞李宏男侯世伟沈阳建筑大学土木工程学院沈阳110168 大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024

为研究黏滞阻尼器对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构抗震韧性影响,基于增量动力时程分析方法,对附设黏滞阻尼器的RC框架结构开展抗震韧性能力评估。结合FEMA P-58以及我国抗震韧性评价标准,将主要受损构件的修复费用、修复... 详细信息

为研究黏滞阻尼器对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构抗震韧性影响,基于增量动力时程分析方法,对附设黏滞阻尼器的RC框架结构开展抗震韧性能力评估。结合FEMA P-58以及我国抗震韧性评价标准,将主要受损构件的修复费用、修复时间曲线以及易损性信息按实际情况进行相应修正,并对无控结构和有控结构的修复费用、修复时间和人员伤亡等主要抗震韧性指标进行对比分析,明确了黏滞阻尼器对RC框架结构抗震韧性的影响。研究表明,在RC框架结构中适当设置黏滞阻尼器不仅能够减小结构地震响应、降低结构破坏概率,还能有效提升结构抗震韧性。

关键词：钢筋混凝土(RC)框架结构黏滞阻尼器增量动力时程分析抗震韧性