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ALE方法在沉箱码头地震液化分析的应用

工程力学 2022年第5期39卷 177-187页

作者：刘顺唐小微栾一晓大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116023

沉箱码头作为一种常用的结构形式,在地震荷载作用下由于地基液化可能发生沉降、倾斜等灾害形式。在强震作用下,传统有限元方法可能由于液化大变形导致网格畸变而不能正确反映沉箱码头的地震响应。基于算子分裂技术,该文发展了一种适用... 详细信息

沉箱码头作为一种常用的结构形式,在地震荷载作用下由于地基液化可能发生沉降、倾斜等灾害形式。在强震作用下,传统有限元方法可能由于液化大变形导致网格畸变而不能正确反映沉箱码头的地震响应。基于算子分裂技术,该文发展了一种适用于饱和砂土液化大变形分析的ALE有限元方法并将其用于两种地基处理形式的沉箱码头在三种地震荷载作用下的地震液化分析。结果表明:强震作用下,ALE方法能够提供精度可靠的沉箱码头地震响应并保证整体的网格质量;沉箱的残余位移与地震荷载峰值近似呈线性关系,且对低频地震荷载较为敏感;在置换区和回填区存在高孔压连通区,可能会加大沉箱码头的残余位移,可考虑设置阻断置换区和回填区孔压转移的措施。

关键词：有限元任意拉格朗日欧拉方法(ALE) 沉箱码头地震砂土液化

FRP非均匀约束海水海砂混凝土方柱轴压性能

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复合材料学报 2022年第6期39卷 2801-2809页

作者：杨俊龙王吉忠卢世伟张丽华王子茹大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)-海水海砂混凝土(SSC)组合结构的应用范围,改善FRP约束海水海砂混凝土柱脆性破坏特性,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非均匀约束海水海砂混凝土方柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明:由于CFRP非均... 详细信息

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)-海水海砂混凝土(SSC)组合结构的应用范围,改善FRP约束海水海砂混凝土柱脆性破坏特性,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非均匀约束海水海砂混凝土方柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明:由于CFRP非均匀约束试件中沿高度方向CFRP厚度并不相等,因而整个破坏过程具有明显的预兆,故脆性行为得到明显改善。相比于相同体积率下的全包裹和条带约束试件,其具有更优越的力学性能,尤其是在净距比较小的情况下。随着外部CFRP条带净距的下降和层数的增加,试件的极限强度和变形能力显著提高。具体而言,由于FRP条带净距的降低导致试件的极限强度增幅在5.4%~18.5%不等,而在净距比固定状态下,当外部条带层数增大1倍后,极限强度与应变的最大增幅分别为15.8%和21.8%。最后基于试验数据,对现有部分代表性应力-应变模型对于非均匀约束混凝土的适用性进行了讨论,并给出了所有模型对于试件极限状态的预测精度与误差大小。

关键词：纤维增强树脂复合材料非均匀约束约束混凝土海水海砂混凝土应力-应变模型

格构式塔架结构多源异构监测数据融合及动态位移重构研究

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振动工程学报 2023年第1期36卷 1-9页

作者：张庆付兴任亮李宏男大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116023

结构动态位移响应在结构健康监测和振动控制领域具有重要意义,但格构式塔架动态位移的准确测量仍是一项具有挑战的任务。提出了一种综合利用高采样率加速度和低采样率应变的数据融合方法,实现了格构式塔架动态位移的准确重构。提出适用... 详细信息

结构动态位移响应在结构健康监测和振动控制领域具有重要意义,但格构式塔架动态位移的准确测量仍是一项具有挑战的任务。提出了一种综合利用高采样率加速度和低采样率应变的数据融合方法,实现了格构式塔架动态位移的准确重构。提出适用于格构式塔架的应变⁃位移映射方法,可以由若干个测点应变计算出任意点的动态位移;使用多速率卡尔曼滤波算法将应变导出位移与加速度相融合,以进一步提高位移采样率和精度。采用某输电塔结构作为数值算例,结果表明:在采样比为100和噪声信噪比为5 dB的情况下重构位移误差分别仅有2.3%和2.11%,证明了所提方法具有高精度。最后开展了某54.5 m高输电塔的真型试验,实测结果进一步验证了所提方法的准确性和可靠性。

关键词：位移重构数据融合格构式塔架多速率卡尔曼滤波应变⁃位移映射方法

随机波列中极端波浪波形和波高分布的数值试验研究

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哈尔滨工程大学学报 2023年第9期44卷 1534-1541页

作者：夏维达马玉祥董国海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

极端波浪对近岸和海洋结构物存在着极大威胁,结构物的设计必然需要考虑极端波浪的影响,因此对波浪波高分布和极端波浪波形的研究对工程设计有重要的意义。为了能够准确地预测各种海况下波浪的分布和结构物的响应,本文在二维数值非线性... 详细信息

极端波浪对近岸和海洋结构物存在着极大威胁,结构物的设计必然需要考虑极端波浪的影响,因此对波浪波高分布和极端波浪波形的研究对工程设计有重要的意义。为了能够准确地预测各种海况下波浪的分布和结构物的响应,本文在二维数值非线性波浪水槽中模拟了有限水深中随机波浪的传播过程产生的极端波浪,分析了谱参数对极端波浪波形的影响,并对比随机波浪的波高和波峰分布与理论分布。Tromans提出的新波模型从概率角度给出了极端波浪最有可能波形。结果表明:三阶新波模型能够较好地描述极端波浪的波形;但是在波陡较大时,实际波浪更为陡峭,并且具有明显的高波峰浅波谷的特点,新波模型的误差增大。MER分布和三阶Tayfun分布在极端波高范围内能够较好地吻合实际波高分布,而二阶Tayfun分布和Forristall分布仅适用于波陡较小情况的极端波出现概率预测。

关键词：极端波浪平均波形新波模型数值模拟波高分布高阶谱模型随机波浪非线性波浪

台风精细化风雨联合概率分布模型及输电线路失效概率评估

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振动与冲击 2023年第18期42卷 1-10页

作者：付兴徐志凯李宏男李钢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

我国东南沿海地区经常发生台风致输电线路倒塌事故,大部分研究将倒塌原因归结于强风作用,而台风登陆常伴随持续的降雨,应同时考虑风和降雨的影响。该研究考虑台风结构不同区域的气象学特点,基于“山竹”、“海高斯”、“查帕卡”3组台... 详细信息

我国东南沿海地区经常发生台风致输电线路倒塌事故,大部分研究将倒塌原因归结于强风作用,而台风登陆常伴随持续的降雨,应同时考虑风和降雨的影响。该研究考虑台风结构不同区域的气象学特点,基于“山竹”、“海高斯”、“查帕卡”3组台风实测数据,根据数据采集时刻气象站所处台风区域(台风眼、螺旋雨带、外围大风区)将所有数据划分成3组。通过相关性分析揭示了风速和降雨强度的耦联关系,进而建立了不同台风区域的精细化风速-降雨强度联合概率分布模型。最后通过某输电线路开展了算例分析,计算了其在不同台风区域内的失效概率。结果表明,提出的精细化风雨联合概率模型能准确地描述风雨联合作用,对工程结构设计和性能评估具有重要参考价值。

关键词：输电线路台风风雨联合概率分布相关性分析失效概率

基于大数据深度学习的输电塔结构抗风易损性评估

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土木工程学报 2022年第9期55卷 54-64页

作者：李宏男张文圣付兴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

为了有效预测输电网系统在强风作用下的响应,并开展高效精准的性能评估,文章提出了基于深度学习模型的风致易损性评估框架。以某具备健康监测系统的输电塔结构为例,首先对监测数据进行清洗和重构,通过大数据深度学习建立荷载输入和响应... 详细信息

为了有效预测输电网系统在强风作用下的响应,并开展高效精准的性能评估,文章提出了基于深度学习模型的风致易损性评估框架。以某具备健康监测系统的输电塔结构为例,首先对监测数据进行清洗和重构,通过大数据深度学习建立荷载输入和响应输出的等效映射模型,然后通过数值模拟生成灾害强度均匀的风场数据并由深度学习模型预测输电塔关键杆件响应,计算不同性能水准的易损性曲线。研究结果表明,经训练的深度学习模型可以涵盖实际工程中存在的各类不确定性因素,有效映射复杂风环境下输电塔结构的动力响应。提出的框架方法可以避免单纯通过数值模型制备大量动态响应数据,更高效地进行输电网系统风致易损性评估。

关键词：输电塔风荷载健康监测深度学习模型易损性评估

孤立波作用下振荡水柱波能转换装置的越浪研究

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哈尔滨工程大学学报 2023年第9期44卷 1527-1533页

作者：牟迪王荣泉宁德志陈丽芬大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

为研究海啸等浅水大波与振荡水柱波浪能转换装置(OWC-WEC)作用时的越浪现象,本文利用开源软件OpenFOAM,并采用孤立波作为输入波形进行数值模拟研究。该模型求解守恒型N-S方程,其中孤立波采用waves2Foam造波模块进行数值造波,通过对比数... 详细信息

为研究海啸等浅水大波与振荡水柱波浪能转换装置(OWC-WEC)作用时的越浪现象,本文利用开源软件OpenFOAM,并采用孤立波作为输入波形进行数值模拟研究。该模型求解守恒型N-S方程,其中孤立波采用waves2Foam造波模块进行数值造波,通过对比数值模拟结果与模型实验结果验证该数值模型的有效性。研究发现:用以往基于防波堤模型得到的经验公式不能准确预测浅水波与振荡水柱波浪能转换装置的越浪量、越浪厚度等物理量,数值模拟结果与经验公式趋势保持一致,但经验公式预测的结果明显偏大。越浪流在顶板上方主要以匀速传播,传播速度随相对波高增大而增大。发生越浪现象的同时,出现了顶板砰击现象,砰击压强随相对波高的增高而降低并且砰击点随之逐渐向后移动。本文以期为岸式或集成于防波堤的振荡水柱波浪能转换装置的设计提供参考。

关键词：海啸波浪能振荡水柱波浪能转换装置 OpenFOAM 孤立波越浪量越浪厚度砰击

城市综合体多层级功能损失及抗震韧性评估方法

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建筑结构学报 2023年第7期44卷 1-14页

作者：丛阳余丁浩李钢董志骞张晗王睿大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

相较于普通单体结构,城市综合体具有更丰富的功能组成和更复杂的功能失效过程,合理量化不同层级和空间区域的功能损失是评估抗震韧性水平的关键。为此,开展城市综合体功能失效过程分析,根据此类结构的“级联”式功能失效特点,提出了一... 详细信息

相较于普通单体结构,城市综合体具有更丰富的功能组成和更复杂的功能失效过程,合理量化不同层级和空间区域的功能损失是评估抗震韧性水平的关键。为此,开展城市综合体功能失效过程分析,根据此类结构的“级联”式功能失效特点,提出了一种逐级计算功能损失的抗震韧性评估方法。该方法以功能相关性为依据,分别采用故障树模型和加权求和方法计算局部支撑系统功能损失,建立基于支撑系统的多层级加权计算模型,并结合场地条件限制下的修复时间计算方法和线性功能恢复路径,建立功能恢复评估模型。最终建立基于蒙特卡洛模拟的抗震韧性评估流程。将该方法应用于某城市综合体,计算结果表明:支撑系统的相关性对功能损失存在较大影响,电力、供水和空调通风系统易产生严重功能损失;塔楼中上部是功能的易损部位,结构修复阶段耗时较长;所提出的方法可实现多层级功能损失的逐级精细评估。

关键词：城市综合体抗震韧性功能损失评估故障树方法修复时间

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综合体结构地震失效与影响因素分析

建筑结构学报 2023年第4期44卷 188-203页

作者：李钢张晗王睿董志骞余丁浩大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

综合体结构集地上多塔、裙房、大空间地下结构于一体,结构规模大、连接部位多,地震作用下结构耦联效应和土-结构相互作用突出。为明确此类结构地震损伤及失效机理,以典型双塔综合体为例,分别选取近场脉冲型和远场型地震动为输入,进行增... 详细信息

综合体结构集地上多塔、裙房、大空间地下结构于一体,结构规模大、连接部位多,地震作用下结构耦联效应和土-结构相互作用突出。为明确此类结构地震损伤及失效机理,以典型双塔综合体为例,分别选取近场脉冲型和远场型地震动为输入,进行增量动力分析与易损性分析,研究了结构薄弱部位、失效机制和损伤演化规律,并对比分析结构影响因素和地震动特性对结构失效影响。结果表明:裙房及大空间地下结构产生的嵌固作用对结构损伤、失效影响显著;受侧向刚度突变影响,地上与地下交界处、裙房与塔楼交界处是结构薄弱部位;塔楼耦联特性对减少整体结构地震响应有利,考虑土体影响后,塔楼耦联效应增强,结构位移和加速度响应的最大减小幅度超过30%;地上地下耦联特性对地上结构地震响应的影响随地震强度增加呈现先减小后增大的变化,综合体地上结构受地下结构影响,加速度响应增幅最高达90%以上;结构动力响应受地震动特性影响,同强度近场脉冲地震作用下的结构变形和损伤情况大于远场地震作用的,近场脉冲地震动易使结构发生裙房底部失效破坏,远场地震动易使结构发生塔楼底部失效破坏。

关键词：综合体结构近场脉冲型地震动远场地震动损伤演化失效机理影响因素