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最近在干和干了些什么?

 

 

1. 差动和波浪力激励下海床-桩-墩-桥的地震弹塑性:原理、方法、程序与智能建模                                                                                  
     
     跨海大跨桥梁体系在地震作用下的弹塑性数值模拟,涉及四个问题:(1)海床(地基)-桩-墩-桥建立整体模型的合理性与快速性;(2)地下地基位置多点地震动反演的有效途径;(3)波浪力和水动附加质量;(4)无限域地基被有限域地基代替后,粘弹性人工透射边界及其多源性。首先,阐述并指出了有无粘弹性人工透射边界土-结构体系地震差动输入模型的激励输入模式本质区别;然后,提出了一种地基位置的具有空间变异性地震差动反演有效途径,并据此成功开发可视化程序MEMS_c(Multiple Earthquake Motions Simulation_c);进而,开发了可视化计算程序WFS(Wave Force Simulation);最后,提出了弹性人工边界条件-地基-桩-墩-结构一体化的智能快速建模途径,进而开发了可视化建模工具Foudation V2013.6,同时给出图解说明。本文内容具有理论基础和实用性,为后续直接服务于工程提供了具体准备。
 
2.  透射边界-地基-复合筒形基础-近海风力发电结构体系地震响应与破坏模式研究
     
     近海风力发电结构是由无限域地基、基础、塔筒及上部结构组成的体系,有限域透射人工边界和地震动输入模式直接影响结构体系的动力反应。首先,建立“透射人工边界-地基-基础-塔筒结构”和“固定边界-地基-基础-塔筒结构”的有限元模型,考虑地基和基础之间摩擦和接触效应;然后,简要澄清了透射边界地震动输入时之所以采用外力而不采取地震动物理量(加速度、速度和位移)的原因所在;最后,对文中明确给出的如下三种作用模式:(a)固定边界地震动输入、(b)只考虑外源输入波作用、(c)同时考虑外源输入波和内源振动的散射波作用,分别计算分析和比较。通过数值计算并结合理论分析,结果表明:(1)澄清了对透射边界采用外力进行地震激励输入的方法的原因,这种输入方法合理可靠,较好的符合实际情况;(2)在地震波等效荷载的生成中,针对圆形横截面地基提出了一种阻尼力、刚度力的便捷性生成方法,大大减小了工作量,并编写了地震等效荷载生成的MATLAB可视化程序;(3)从自身振动特点及阻尼设置角度,解释了地震作用下采用透射边界比采用固定边界时风电结构响应减小的原因;(4)指出了地震作用下透射边界地基模型在结构动力响应与倒塌计算中内源振动反射的不容忽视性。

3.  近海风电结构体系的智能建模、动力特性与地震及波浪作用下的倒塌模式
        
        近海风力发电结构是一种海上清洁能源结构体系,在极端地震作用下反应数值模拟涉及几方面问题:塔筒-基础-地基-边界系统有限元模型建立的合理与便利性;地震作用下联合波浪力作用;不同地震波对风电结构体系的不同作用特点。首先,开发了塔筒-筒形基础-地基-透射边界的可视化智能建模程序TJU.WPS(Wind Power Structure)。然后,结合实际工程检验TJU. WPS建立模型有效性,结合输入分析结构体系动力特性并给出理论解释。最后,选取三种典型的地震波动,并模拟相应波浪力作用,计算分析大震和波浪联合作用的风力发电结构动力响应,并分析超大震作用下风力发电结构的倒塌破坏模式,主要研究结构地震反应对波浪力、不同地震波的敏感性。结果表明:(1)TJU.WPS程序界面友好方便、实用可靠,避免了传统GUI操作繁冗性和易错性;(2)解释了大震响应谱中体现的结构各阶模态频率小于模态分析中对应的模态频率的原因:大震(峰值加速度0.4g)作用下风机结构体系出现塑性,传递函数的峰值频率减小引起响应谱的峰值频率随之减小;(3)强调了波浪力的不容忽视性:与单独输入地震波相比,波浪力能够显著改变结构动力响应功率谱中能量的分布;(4)澄清了不同卓越频率地震动破坏模式不同的根本原因:卓越频率与风机结构模态频率越接近,越容易发生倒塌破坏;解释了三种典型地震动作用下风机结构发生倾塌破坏的过程。
 
4.  底部单元为非经典阻尼的位移输入模型和多点反应谱注记
     
      澄清和注记了在时域模型中底部单元分别为经典与非经典阻尼的区别,关键在于时域模型中是否出现底部单元刚度阻尼项;进而推导给出底部单元为非经典阻尼时多点反应谱公式,理论上证明了在底部单元为非经典阻尼下位移输入模型和多点反应谱不存在结果不收敛问题,同时数值上对底部为非经典阻尼的位移输入模型进行了验证。本文内容理论严格,计算结果可靠。

5.  地表地震动功率谱参数的误差因素及其对多点地震动和结构反应的敏感性
     
       大跨结构承受地震差动(多点地震动)研究涉及到三个步骤:(1)通过规范反应谱求解地震动目标频谱(目标功率谱;(2)采用目标功率谱模拟时域内多点地震动信号;(3)将多点地震动作为输入计算大跨结构的多点地震反应。首先,回顾通过规范反应谱求解地震动目标频谱参数的两种方法:直接转化法和逐步积分法;然后,开发求解频谱参数的可视化程序TJU.SPSP,并计算给出具体参数,由此指出求解方法不同而导致参数间误差的根本来源;其次,更新了多点地震动模拟程序MEMS_b至新版本,总结了地震动能量与场地类型、功率谱模型之间的关系,验证了直接法和积分法对幅值和主频带宽影响的不容忽视性,进而强调了功率谱模型中描述低频分量参数重要性且不应忽略。同时,澄清了功率谱模型中阻尼比及二层过滤阻尼比的物理意义和数学意义,这一点区别于以往的普遍认识。最后,以一实际桥梁工程为例,从结构的地震反应角度进一步验证了上述理论分析的正确性。

 6.  A Novel MTMD and FEA for Controlling 3D Dynamic Response of Plant considering SSI under Flood Discharge Excitation
      
       A novel type of Multiple Tuned Mass Damper (MTMD) is designed and proposed to be used to control the flood discharge-induced 3D(two horizontal and one vertical direction) dynamic responses of plant considering soil-structure interaction(SSI). The type of MTMD is characterized by its 3D vibration control function and creative design. Firstly, the new MTMD device and function are illustrated in detail. Then, different finite element models of plant consdering different soil-layers range including artificial boundary condition are established. The modal analysis are further conducted because of the sensitivity of MTMD optimization parameters(stiffness and damping) and vibration control effect to the structural self-vibaration characteristics. A visual program, in order to analyze conveniently, for calculating the optimization parameters of MTMD is developed and used. To achieve more accurate simualtion results, several flood-discharge histories obtained from field tests are selected as excitation for numerical analysis. Finally, the structure model with MTMD is simulated to analyze the 3D vibtation control effect of the plant under flood- discharge excitation.The analysis results indicate that the the proposed MTMD have obvious control effect for decreasing the 3D dynamic response of plant. While, it also can be seen and emphasized that the soil-layers and artificial boundary condition have greatly influence on the self-vibration characteristic of plant, MTMD optimization parameters and vibration control effect. The content and suggestion in this paper can provide reference for the similar engineering analysis. 

 
7. 主跨400级大跨斜拉桥在地震差动和波浪力激励下的动力弹塑性分析

    首先,建立大跨斜拉桥的SAP2000数值模型,并采用C#语言开发的TJU.SAP2ABAQUS接口程序生成ABAQUS模型。模型包括索找形几何非线性及钢筋混凝土材料非线性,用SAP2000模型对ABAQUS模型进行复核与检验。然后,采用MEMS_b生成目标位置的多点地震动。进而,简要介绍基于MATLAB开发的可视化WFS(TJU. Wave Force Simulation)波浪力模拟程序,分析了波浪力的基本特性。最后,重点计算和考察大跨斜拉桥结构体系地震弹塑性、破坏模式或倒塌反应对如下四种因素的敏感性,即:地震动空间变异性、地震动峰值、地震动持时、波浪力。文章旨在全面分析和把握上述因素对桥梁体系地震反应影响的规律性。结果表明:(1)塑性反应分布规律对于地震动差动输入与地震动峰值敏感性强,而持时影响则主要反映在结构塑性变形的最终状态;(2)地震动差动输入对桥梁倒塌模式并无影响,但对其倒塌发展速率影响显著;(3)不同于已有相关研究成果,地震诱发波浪力在小震下工况下的影响不容忽视。

8.   透射边界地基-桩-主跨400m级斜拉桥耦合效应的地震弹塑性分析(完成2/3)
 
       首先,开发并验证了TJU.SAP2ABAQUS接口程序的实体单元转换功能模块。然后,采用TJU.Foudation程序建立边界-地基-桩模型并与已有上部斜拉桥模型合并,形成边界-地基-桩-墩-桥的SAP2000整体数值模型。进而,采用已完善的TJU.SAP2ABAQUS接口程序生成ABAQUS整体模型,并进行模型复核与检验。模型考虑固定与粘弹性人工边界、地基土材料与桩-土接触非线性、结构几何与材料非线性等因素。随后,采用MEMS_c生成目标位置的地下多点地震动。最后,重点分析桥梁结构体系的塑性发展过程、倒塌及破坏模式对如下三种因素下的影响规律:(1)地基因素,(2)固定与粘弹性人工透射边界,(3)地基土材料与桩-土接触非线性。分析旨在全面了解地基土环境下各类因素对桥梁体系地震反应规律的影响,以指导实际工程。结果表明:(1)考虑地基的结构反应大,倒塌过程快,故斜拉桥地震分析中地基因素不可或缺;(2)结构塑性过程与倒塌模式对粘弹性透射人工边界条件异常敏感,但对桩-土非线性接触并不敏感。

  9. 地基-筒形基础-塔筒体系的地震反应影响因素分析:透射边界、地表/下地震动与水动附加质量 (完成3/4)

    (整理中)

10.
 大跨空间会展中心的ABAQUS快速建模、验证及其在多点地震动激励下的动力弹塑性与倒塌模式研究

      
某现实大跨展览中心高47.85米,长轴跨度208.22米,为大跨空间网壳结构。首先,利用SAP2000软件建立了结构的有限元模型,采用TJU.SAP2ABAQUS接口程序将SAP2000模型转化为相应的ABABQUS模型,经模态分析和频谱计算验证了转化前后模型的一致性。然后,利用开发的MEMS_b程序生成多点地震动,分别考虑单向和三向地震输入,对该结构进行了地震一致和多点激励下的动力弹塑性分析。最后,为了解结构的破坏过程和失效机理,分析了三向多点超大震作用下结构的倒塌过程。结果表明:(1) 从实际工程角度验证了TJU.SAP2ABAQUS接口程序转化精度高、速度快,提高了建模效率;(2) 单向多点地震激励下,与单向一致激励相比,柱底内力、剪力墙应力以及结构顶部位移均增大;(3) 与单向多点激励相比,三向多点激励下结构柱底内力和剪力墙的应力有增有减,结构顶部位移增大;(4) 与一致激励相比,多点激励对结构两侧柱底内力的影响显著,对中部柱底内力的影响较小;(5) 三向多点超大震作用下,底部支撑变形过大是引起结构倒塌的主要原因,在抗震设计时应给予更多关注。

11. 430m超高层建筑的ABAQUS快速建模、验证及其大震和超大震作用下的弹塑性和倒塌研究

 
     国际金融中心超高层建筑共113层,结构高度423米。首先,建立结构的SAP2000有限元模型,通过基于C#语言编制的接口程序TJU.SAP2ABAQUS将SAP2000模型转换为ABAQUS模型,通过模型直观对比、频域分析及模态分析均表明了转化前后的一致性。然后,依据规范进行7度多遇、基本、罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,得到了结构在地震作用下的变形、内力和损伤分布情况。最后,模拟了超大震作用下该超高层结构的破坏过程。结果表明:(1)从实际工程角度进一步说明TJU.SAP2ABAQUS转化精度高、速度快,大大提高工作效率;(2)不同强度地震作用下结构的层间位移角均能满足规范限值要求;(3)罕遇地震作用下,结构变截面处的剪力墙出现一定程度的受拉损伤,大部分剪力墙受压损伤因子较小,结构满足大震不倒的抗震设防要求且有较高的安全储备;(4)超大震作用下,结构竖向刚度变化位置是结构潜在的薄弱部位,在抗震设计时应给予重点关注。

12. Analysis and Recognition of the Multiple-Support Response Spectrum for a Structural System with Classical and Non-classical Damping of the Bottom Element

     In this paper, the multiple-support response spectrum (MSRS) model for evaluating responses of a structure under multi-support seismic excitations is improved  with respect to two aspects , i.e., the deduction process and the calculation results obtained by using both classical and non-classical damping at the bottom element. First, a brief review of state-of-the-art MSRS models is introduced. The differences among three input types (acceleration, displacement and displacement-velocity model)  are analyzed for both classical and non-classical damping at the bottom element. The formulae that describe the displacement and displacement-velocity models are proposed on the basis of MSRS theory. Second, the MSRS formulae to be deduced from the displacement-velocity model are strict. Then, the irrationality and non-convergence of the responses calculated from the D-MSRS model are explicitly noted. Additionally, the accidence in the deduction process and the necessity of the calculation results from the MSRS model deduced from the acceleration model are addressed. When non-classical damping is used for the bottom element, the rationality of the responses calculated from the D-MSRS model can remedy the deficiency caused by classical damping. Finally, the responses calculated from the three types of MSRS models under the conditions of classical and non-classical damping at the bottom element are verified through a series of the classical examples. The results indicate that the DV-MSRS model is strict and logical and that the D-MSRS model will induce an unreasonable, non-convergent internal force at the bottom element when using classical damping, whereas the force is convergent when using non-classical damping. Furthermore, the reasonability of the A-MSRS model is derived from two negligible terms, which can be counteracted in the classical damping system but not in the non-classical damping system.

 
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