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考虑建筑不规则性的适度精细化区域震害模拟方法

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建筑结构学报 2024年第6期45卷 178-191页

作者：陈文越余丁浩李钢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

目前,区域中存在大量的体型不规则建筑,在遭受地震作用时会产生平扭耦联效应,导致损伤加重。然而,现阶段的区域震害模拟方法以二维层间模型为主,难以考虑建筑结构的空间不规则特性。而精细化有限元模拟方法不适用于量大面广且数据模糊... 详细信息

目前,区域中存在大量的体型不规则建筑,在遭受地震作用时会产生平扭耦联效应,导致损伤加重。然而,现阶段的区域震害模拟方法以二维层间模型为主,难以考虑建筑结构的空间不规则特性。而精细化有限元模拟方法不适用于量大面广且数据模糊程度高的区域建筑震害模拟。为此,提出考虑建筑结构不规则特性且适用于区域尺度建筑群震害模拟的适度精细化高效分析方法。建立能够模拟楼层内抗侧刚度平面不规则特性的适度精细化层单元模型,通过不同层单元的串联组合实现对结构竖向不规则特性的模拟。考虑到区域建筑数量庞大,提出了两级加速动力分析方法,以减少震害模拟计算耗时,该方法在单体结构层级构建结构的摄动式隔离非线性动力控制方程提升震害模拟计算效率,进一步结合OpenMP并行方法开展区域震害模拟,实现整体层级的计算效率加速。数值算例及某区域震害模拟表明,所提方法有可靠的准确性和高效性,并且不规则结构的平扭耦联效应会导致区域建筑的震害损伤加重。

关键词：不规则建筑平扭耦联效应适度精细化层单元两级加速动力分析方法区域震害模拟

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基于超大型三轴仪的堆石料动力特性缩尺效应研究

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水利学报 2024年第5期55卷 528-536页

作者：邹德高宁凡伟刘京茂崔更尧孔宪京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辽宁大连116024

堆石料的缩尺效应是导致高土石坝变形预测不准的重要因素之一,目前针对堆石料静力缩尺效应的影响已有部分研究,但针对堆石料动力变形特性的缩尺效应研究仍十分鲜见。本文对两河口板岩及古水玄武岩开展了超大型(试样直径800 mm,最大粒径... 详细信息

堆石料的缩尺效应是导致高土石坝变形预测不准的重要因素之一,目前针对堆石料静力缩尺效应的影响已有部分研究,但针对堆石料动力变形特性的缩尺效应研究仍十分鲜见。本文对两河口板岩及古水玄武岩开展了超大型(试样直径800 mm,最大粒径为160 mm)和常规大型三轴(试样直径300 mm,最大粒径为60 mm)动剪切模量和阻尼比试验,研究了平行相似级配条件下最大粒径对最大动剪切模量、动剪切模量比、阻尼比以及沈珠江等效线性模型参数的影响。试验结果表明:①超大型三轴试验的最大动剪切模量大于常规大型三轴试验,随着动剪应变的增大,超大型和常规大型三轴试验的最大动剪切模量差别逐渐减小;②超大型三轴试验的动剪切模量比G_(d)/G_(dmax)小于常规大型三轴试验,即超大型三轴试验的动剪模量比衰减得更快;③超大型三轴试验的阻尼比大于常规大型三轴试验,随着动剪应变的增加,二者的差距逐渐增大;④超大型三轴试验得到的沈珠江等效线性模型参数k_(2)、k_(1)以及λ_(max)分别是常规大型三轴试验的1.14~1.32倍、1.26~1.31倍以及1.31~1.44倍,超大型和常规大型三轴试验得到的模量指数n差别不大。本文研究成果可为同类工程动力响应分析提供更加合理的试验与数值计算依据。

关键词：堆石料超大型三轴缩尺效应动剪切模量阻尼比

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解析试函数单元的非线性化及工程应用

工程力学 2024年第7期41卷 1-8,28页

作者：邹德高张修阳刘京茂陈楷大连理工大学水利工程学院辽宁大连116024 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

解析试函数单元将弹性控制方程的解析解引入到单元位移场中,导致位移场与弹性参数相关,限制了其在弹塑性分析中的应用。该文提出了构造解析试函数单元的弹性参数保持常数的策略,使其适用于弹塑性分析。通过土柱弯曲的弹塑性分析结果表明... 详细信息

解析试函数单元将弹性控制方程的解析解引入到单元位移场中,导致位移场与弹性参数相关,限制了其在弹塑性分析中的应用。该文提出了构造解析试函数单元的弹性参数保持常数的策略,使其适用于弹塑性分析。通过土柱弯曲的弹塑性分析结果表明:用于构造解析试函数单元的弹性模量的取值对计算结果没有影响;泊松比的取值对结果影响较大,而当其与材料弹性泊松比一致时精度较高,计算误差小于等参单元、比例边界有限元和非协调元。将解析试函数单元的非线性化方法应用于大开地铁的震害模拟,结果表明:在自由度较少的情况下,非线性化解析试函数单元的模拟结果更接近实际震害,具有良好的应用前景。

关键词：解析试函数弹塑性地震大开地铁损伤分析

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坝前滑坡涌浪压力分布对震损拱坝损伤影响的研究

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水利学报 2024年第2期55卷 214-225页

作者：李玉倩陈健云徐强李静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

强震中震损边坡在震后比震前更容易诱发滑坡,震后滑坡涌浪可能会对震损拱坝产生附加损伤,可能造成坝体溃决。现有的滑坡涌浪对坝体研究主要针对震前完好拱坝,并且通常将坝前涌浪简化为沿着拱向波高及相位完全相同。然而关于滑坡涌浪的... 详细信息

强震中震损边坡在震后比震前更容易诱发滑坡,震后滑坡涌浪可能会对震损拱坝产生附加损伤,可能造成坝体溃决。现有的滑坡涌浪对坝体研究主要针对震前完好拱坝,并且通常将坝前涌浪简化为沿着拱向波高及相位完全相同。然而关于滑坡涌浪的研究表明,传播至坝前的涌浪在坝面不同位置存在比较明显的高度差和时间差。针对强震中震损拱坝在震后承受涌浪冲击的问题,本文以某高拱坝为例,基于中国水科院涌浪高经验公式,分析了坝前涌浪高的分布规律,识别出了三种典型的坝前涌浪压力分布形式。基于所定义的拱坝损伤影响度量指标,分析不同坝前涌浪压力分布对震损拱坝损伤的影响。结果表明,坝前涌浪分布存在高度差和时间差时,其压力分布对震损拱坝的影响比按均匀分布涌浪考虑的影响会更大。以均匀分布的涌浪压力形式分析震损拱坝所受的影响时,对危险性的评估会怕偏于不足,因此,建议考虑坝前涌浪空间分布和时间特性的影响。该研究结果可为震后滑坡涌浪的安全评价提供参考。

关键词：滑坡涌浪拱坝震损涌浪压力分布损伤指标

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运载工具喷水推进跌落射流气-液两相流动特性和空气夹带机理研究

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中国造船 2024年第2期65卷 179-188页

作者：刘辉崔晓慧林翔宁德志周波大连理工大学船舶工程学院大连116024 大连理工大学建设工程学院大连116024 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

采用数值模拟与试验相结合的方法,考虑喷口几何形状、射流速度和跌落高度等因素,研究跌落射流气-液两相流动特性和空气夹带机理,分析跌落射流初始砰击过程和空腔的非稳态演化,讨论流场压力和速度的分布规律。研究结果表明:自由液面、跌... 详细信息

采用数值模拟与试验相结合的方法,考虑喷口几何形状、射流速度和跌落高度等因素,研究跌落射流气-液两相流动特性和空气夹带机理,分析跌落射流初始砰击过程和空腔的非稳态演化,讨论流场压力和速度的分布规律。研究结果表明:自由液面、跌落液柱、空腔、气泡和液滴等相间界面时空变化复杂;根据自由液面下方的气泡数目、分布和形成间隔,可确定无夹带、开始夹带、间歇夹带和连续夹带4种空气夹带模式;各影响因素的耦合会改变气泡羽流的穿透特征。根据射流跌落高度和射流速度建立了空气夹带图谱。研究成果可为提高运载工具的喷水推进效率和进行结构优化设计提供技术支撑。

关键词：喷水推进跌落射流气-液相间界面多相流动特性空气夹带机理

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基于点测量的波浪确定性预报域研究

水动力学研究与进展（A辑） 2024年第2期39卷 215-226页

作者：尹孟林李金宣李美燕柳淑学大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

波浪的实时预测可应用于很多领域,该文基于线性理论建立了波浪预测方法,并推导了单点测量、多点测量和移动点测量条件下,可预报域的理论范围。在此基础之上,根据物理含义给出了可预报域的判别指标能量比m0,通过物理水槽试验验证了确定... 详细信息

波浪的实时预测可应用于很多领域,该文基于线性理论建立了波浪预测方法,并推导了单点测量、多点测量和移动点测量条件下,可预报域的理论范围。在此基础之上,根据物理含义给出了可预报域的判别指标能量比m0,通过物理水槽试验验证了确定性波浪预报的效果,得出了不同波浪测量条件下,能量比m0阈值为0.01时,可预报域内计算波浪和实际波浪吻合较好。此外,还讨论了不同测量条件下,可预报域的影响因素。

关键词：波浪预报可预报域单点测量多点测量移动点测量

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基于物理机制的地震-滑坡-堰塞湖洪水作用下山区建筑群抗灾性能评估

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土木工程学报 2024年

作者：李钢赵迪董志骞李宏男大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

我国西南地区地震频发，降雨充沛，高山峡谷地区易爆发大规模滑坡，滑坡体启动后迅速入江堵断河道形成堰塞坝，引发溃决洪水，造成巨大的灾害链危害，严重威胁下游居民生命财产安全及工程设施安全。为定量化解析地震-滑坡-堰塞湖-溃决... 详细信息

我国西南地区地震频发，降雨充沛，高山峡谷地区易爆发大规模滑坡，滑坡体启动后迅速入江堵断河道形成堰塞坝，引发溃决洪水，造成巨大的灾害链危害，严重威胁下游居民生命财产安全及工程设施安全。为定量化解析地震-滑坡-堰塞湖-溃决洪水灾害链成灾过程，通过耦合Newmark刚体滑块理论、Rockfall Analyst物理模型和基于浅水波方程的溃决洪水演进物理模型构建了该灾害链过程模拟方法，进而建立了地震-滑坡-堰塞湖-溃决洪水灾害链作用下山区临河建筑群抗多灾性能评估框架。以西南山区某临河村镇建筑群为例，分析评估了震损建筑群在溃坝洪水接续作用下的抗多灾性能，并验证了所提方法的可靠性。本研究对村镇建筑选址规划和区域综合防灾减灾体系建设提供了重要的技术手段。

关键词：地震-滑坡-堰塞湖-溃决洪水灾害链多灾害物理机制临河建筑群损伤评估

基于隔离非线性理论的结构地震损伤高效分析方法

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工程力学 2024年

作者：郭勇余丁浩李钢大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

基于韧性的地震工程已成为建筑抗震领域的重要发展方向，在进行建筑抗震韧性评估时，对结构在地震作用下的损伤状态进行精准刻画是评估建筑功能损失及可恢复性的基础。现有研究多采用层间位移角、构件杆端转角等唯象的宏观工程需求参数... 详细信息

基于韧性的地震工程已成为建筑抗震领域的重要发展方向，在进行建筑抗震韧性评估时，对结构在地震作用下的损伤状态进行精准刻画是评估建筑功能损失及可恢复性的基础。现有研究多采用层间位移角、构件杆端转角等唯象的宏观工程需求参数评估结构或构件损伤，然而，对于复杂结构，此类指标不仅难以用来对结构损伤状态进行精细化描述，导致评估结果存在较大的不确定性，也缺乏明确的物理意义，此外，评估结构地震损伤需以非线性动力分析数据为基础，而传统方法在进行此类分析时需实时更新和分解大规模结构切向刚度矩阵，导致计算效率低。针对上述问题，本文基于隔离非线性理论提出了一种高效的结构精细化地震损伤分析方法，该方法首先将非线性材料的应变分解为线弹性、损伤和塑性三部分，并在单元内构造损伤和塑性应变场模型；随后结合虚功原理建立隔离损伤-塑性控制方程，并引入Woodbury公式进行求解，使结构动力非线性分析的主要计算量集中于小规模损伤和塑性矩阵的更新和分解，避免了大规模整体切线刚度矩阵耗时的迭代更新，显著提升计算效率；最后，基于分解出的损伤和塑性应变建立了结构中任意部位的损伤量化计算方法，由于本文方法中引入的损伤和塑性应变不仅具有明确的物理意义，且可在每个增量步的控制方程求解过程中实时获取，因而不仅能够对结构损伤状态进行精准刻画，也可用来对结构在地震作用下的损伤分布及其演化过程进行精细化描述和追踪。

关键词：材料非线性弹塑性损伤本构隔离损伤-塑性 Woodbury公式结构损伤

考虑腐蚀与疲劳耦合损伤的滨海工程结构地震风险分析

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工程力学 2024年

作者：张娇磊李钢余丁浩董志骞大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

我国滨海地区具有环境复杂多变、工程结构密集、地震危险性高等特点，导致结构长期遭受氯盐腐蚀与风致疲劳的耦合作用，提高了结构在地震作用下的倒塌、经济损失风险。以往研究表明：腐蚀、疲劳耦合会加速材料力学性能的退化，其中力学... 详细信息

我国滨海地区具有环境复杂多变、工程结构密集、地震危险性高等特点，导致结构长期遭受氯盐腐蚀与风致疲劳的耦合作用，提高了结构在地震作用下的倒塌、经济损失风险。以往研究表明：腐蚀、疲劳耦合会加速材料力学性能的退化，其中力学性能的退化可由腐蚀疲劳的耦合损伤进行量化，但以往研究耦合损伤多集中在单向耦合分析，较少关注腐蚀、疲劳二者之间的协同相互作用，使得因相互作用产生的交互耦合损伤难以定量计算，导致使用单向耦合损伤计算方法估计材料剩余力学性能时会存在较大的误差，降低了滨海结构在考虑腐蚀与疲劳交互耦合作用下的风险评估可信度。为解决上述问题，本文基于腐蚀率和疲劳损伤参数构建了腐蚀与疲劳交互耦合时的损伤计算模型并提出模型的求解方法，实现交互耦合的损伤量化和滨海结构的风险评估。为了搭建交互耦合模型，引入了数学中的多变量交互模型并将腐蚀率、疲劳损伤嵌入其中，此外为使交互模型具有氯盐腐蚀与风致疲劳随时间而加速耦合的物理意义，提出了时变加速耦合因子β(t)修正交互模型。并采用贝叶斯推理建立β(t)的概率分布进行求解。最后，以某滨海高耸结构为例展开分析，揭示了交互耦合效应会大幅提高结构风险，同时论证了本文方法的可行性和适用性。

关键词：地震风险评估氯盐腐蚀风致疲劳耦合模型贝叶斯推理