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实验室介绍

1999年实验室简报

2007年01月24日 wuhao 点击:[]

大连理工大学

海岸和近海工程国家重点实验室 

     

     1999年3月10日                                          1999年第一期     

  九八年度部分获奖成果简介   

  1、工程结构可靠度结构理论及其应用 

 1998年获国家科技进步二等奖  

本项目为土木水利工程领域的应用基础研究,项目的主要研究成果及创新点为:1提出可靠度的实用分析法:目前国内外常用的可靠度分析方法是国际安全委员会JCSS推荐的JC法,本项目提出一种计算比JC法简单、精度与JC法相近的可靠度分析方法,简称实用分析法,特别是对于结构设计中常用的线性极限状态方程问题,可直接求解。该法已被工程界广泛接受,并被大量引用。

2提出荷载分析的极值统计法:可变荷载是结构设计中的主要荷载之一,在结构可靠度分析中需使用可变荷载设计基准期的最大值。目前国外常用的方法是将可变荷载强行简化为平稳二项随机过程模型,这一简化模型与实际出入较大,且模型中的一些参数难以确定。本项目提出可变荷载的极大值统计法,利用各时段的荷载极大值分布确定设计基准期的荷载最大值分布,概念清晰,使用方便。已被我国92年以后编制的统一标准(如铁路、水利水电)采用。

3提出抗力的比值分析法:提出的抗力统计比值分析法,考虑了结构构件实际抗力与试验室试件抗力之间的不确定性,与国内外已有方法相比,抗力的不确定性分析更加全面、合理,不易出现过去统计参数分析易于出现的比值倒置问题。

4提出相关随机变量的可靠度分析方法:现行标准和规范采用的可靠度分析方法是针对随机变量独立的情况而言的,实际工程中的随机变量可能存在相关性,如大跨径结构的抗力与自重是相关的,因此需要研究相关随机变量的可靠度分析方法。本项目提出广义随机空间的概念,在广义随机空间内提出相关随机变量的可靠度分析方法,特点是克服了国内外方法需进行正交变换的缺点,从而使计算简化。

5提出考虑极限状态方程非线性的可靠度分析方法:工程中的极限状态方程多为非线性极限状态方程,现行标准规范采用的一次二阶矩方法适用于极限状态方程非线性程度不高的情形,当极限状态方程的非线性程度较高时,需考虑非线性项的影响。本项目提出可靠度分析的渐近分析法和二次四阶矩法,前者考虑了极限状态方程的二次非线性项,后者同时考虑了随机变量的高阶矩,从而使分析结果更符合实际、更为精确。两种方法的理论水平与计算精度均优于国外方法。

6提出结构体系可靠度的计算方法:一个结构是若干个构件组成的,同时一个结构也存在着若干个失效模式。目前的可靠度分析与设计是针对构件而言的,不能反映结构整体的可靠度,需研究结构体系的可靠度分析方法。本项目提出了结构体系可靠度的点估计方法,其实用性和精度均优于国内外工程界广为应用的“窄界限法”和“概率网络法(PENT)”。

7提出考虑模糊性和随机性的可靠度分析方法:在结构可靠度问题中,有随机性,可能也存在模糊性,如荷载作用下钢筋混凝土结构裂缝宽度的大小是随机的,但失效准则是模糊的,这时需研究同时考虑变量随机性和模糊性的可靠度分析方法。本项目发展了经典的可靠度分析方法,提出同时考虑变量模糊性和随机性的统一模型,属国际首创,并首次用于钢筋混凝土结构正常使用极限状态的可靠度分析。

8提出正常使用极限状态可靠度的分析方法:随着高强、轻质材料的发展,结构的截面减小、柔性变大,从而使正常使用极限状态的设计变得越来越重要。由于问题的复杂性,正常使用极限状态的可靠度分析研究得很少。本项目在国内外最早系统地研究了钢筋混凝土结构正常使用极限状态可靠度问题,首先提出了结构“累积损伤”的概念,首次将“模糊数学”方法引入正常使用极限状态的可靠度分析中,并提出模糊变量的“当量随机化”方法,从而便于建立实用设计表达式。上述成果被鉴定为国际先进水平,部分成果国际领先。

本项目为有关专业结构设计统一标准的制订提供了重要研究成果,被工程界广泛引用,对推广结构可靠度学科的发展作出了贡献。 

  2、钢纤维混凝土结构设计与施工规程CECS38:92) 

 1998年国家教育部科技进步一等奖  

钢纤维混凝土结构设计与施工规程(CECS38:92)主要涉及新型复合材料钢纤维混凝土在工程建筑各行业应用的结构设计原理和施工技术,系根据中国工程建筑标准化协会(88)建标字第10号通知,在赵国藩院士的主持下,由大连理工大学和哈尔滨建筑大学主编完成我国的这一领域的首部设计与施工规范。

规程主要内容有:材料要求,基本设计规定,钢筋和钢纤维混凝土结构承载力计算、正常使用极限状态验算和构造规定,钢纤维混凝土的配制、浇筑和检验,以及路面、桥面、机场道面、工业建筑地面、刚性防水屋面、叠合式受弯构件、铁路轨枕、预制桩、抗震框架节点及喷锚支护的设计与施工。

规程的特点是:总结十余年国内经验和进行了二十余项试验研究,依据充分;和世界上已有的同类规范(日本、美国)相比提出了较具体的工程设计内容;注意了与我国不同行业有关的混凝土结构设计、施工规范相协调的原则,使规程的适用面广。

规程的颁布推动了钢纤维混凝土在我国工程建设中的应用。据不完全统计,规程在公开发表的论文中被广泛引用(67篇)。各地举办的规程学习研讨会6次(约1000人)。钢纤维国内用量由1991年不足1千吨发展到1997年的7千余吨。5年累计钢纤维国内用量超过2.6万吨,创产值10920万元左右。利税3276余万元。而且钢纤维混凝土用量超过26万方,估算增收节支4946万元,产生良好的经济和社会效益。

  3、水环境两相湍流和水质的精细模型研究   

 1998年 国家教育部科技进步二等奖  

随着工农业及沿海经济的迅速发展,大量的工农业废水和生活污水排入近岸海域,近海水域遭到越来越严重的污染。当污染物从污染源进入水环境之后,会发生扩散、迁移、转化等过程。

本项目由沈永明教授主持完成,是以研究精细的水域污染预报模型为目标,广泛地涉及了水域中污染物对流、扩散、迁移、转化等过程模拟的理论和方法,针对近海水域水污染的特点,选定了一个包含水温、盐度、悬浮固体、大肠杆菌、快速BOD、慢速BOD、快速颗粒BOD、慢速颗粒BODDO、快速有机氮、慢速有机氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、藻类、腐植质以及营养物质氮、磷、硅等二十多个水质参数及其相互作用的三维非线性系统作为研究和模拟对象,从三维N-S方程出发,由描述三维湍流瞬时量变化规律的微分方程,通过雷诺分解和平均,对关联项进行封闭处理。在动量方程中引入浮力、表面风应力、底部切应力、柯氏力的作用,污染物输运方程中引入反映物理、化学和生物等作用的源、汇项。建立了几种不同层次的近海水域三维水动力学和水质模型:潮汐平均模型、混合长潮变模型以及k-ε潮变模型。模型统一考虑了物理、化学和生物过程的综合作用,功能齐全,理论先进,是一项具有创新性的研究成果,国内外均无先例,已成功地应用于大连湾和香港维多利亚港的三维水质模拟。对确定水域环境容量,从而制定水域环境保护策略,具有重大的现实意义和理论价值。 

  4、《波浪对海上建筑物的作用》   

 1998年国家教育部科技进步二等奖  

二十一世纪将是人类广泛开发海洋资源,大量利用海洋空间,向海洋进军的世纪,这些活动都离不开建造各类海工建筑物。波浪对海上建筑物的作用是设计建造海工建筑物所面临的最重要的科学问题和技术关键。在本书出版之前,这方面虽已有大量研究,但国内外尚无专门论述这一问题的学术专著;正是为了适应这一形势之需李玉成教授撰写了本书。

本书中文版分五章,英文版分七章。它全面系统地论述了波浪对各类工程结构作用的理论分析及计算方法(包括直墙建筑、斜波堤、大小尺度的柱式结构以及浮式锚系结构等),深入分析了波浪传播过程中的能量损耗,遇障碍物的反射计算,系统地论述了波浪遇水流及地形后的折射、变形计算的理论及方法。

本书的特点在于:

(1)对国内外在这一学科上的主要成就进行了全面的概括、分析与评价,提出实际应用的具体建议及方法。

l         首次阐明直墙前波浪破碎的特点与存在远破波与近破波之别,首次阐明海底坡度对破波压力之影响(成果获78年全国科学大会重大成果奖,我国规范应用);

l         首次论述了开孔沉箱设计波浪力的计算方法;

l         对斜坡堤护面块体的受力机理做了透彻分析;

l         提出混合堤基床块石重量计算的新方法,说明惯性力作用的重要意义;

l         对波浪传播过程中的能量损耗机制及计算方法做了透彻分析;

l         对莫里逊方程的应用做了透彻分析;

l         提出了计算水平及倾斜杆件波浪力的方法扩展莫里逊方程(成果获交通部科技成果奖);

l         对不规则波条件下小尺度杆件波浪力的计算方法做了透彻分析;

l         提出了小尺度杆件波浪力群桩系数的新资料;

l         提出了大尺度柱上非线性波浪力计算新方法;

l         对规则波对大尺度柱群的作用做了透彻分析;

l         提出了计算系泊船只在波浪作用下对码头撞击能量的新方法与船只运动量的估算方法(成果获全国科学大会重大成果奖,推荐设计应用);

l         首次系统论述了波流相互作用的理论模式,波浪变形及流场分析的工程实用计算理论、方法与计算图表以及底摩耗计算方法(成果获88年国家教委科技进步二等奖,我国规范采用);

l         对波流共同作用下桩柱受力分析特点做了透彻分析;

(2)对作者本人的多项研究成果做了具体介绍,包括直墙破波波浪力计算的新方法等六项成果,其中二项分获1978年全国科学大会重大成果奖,二项获1988年国家教委科技进步二等奖及1993年交通部科技成果三等奖,二项成果为交通部港口工程技术规范采用。

本书英文版获1992年国家教委优秀专著奖。本书出版后已多年作为天津大学等四校的研究生教材。

  5、《工程结构可靠度》   

 1998年辽宁省科技进步二等奖  

该专著由赵国藩院士主持完成。本书所介绍的内容属土木、建筑、水利领域的应用基础研究。

本书系统地介绍了结构设计理论和方法的变迁和工程结构可靠度理论研究的历史,然后论述了一次二阶矩可靠度理论的中心点法和验算点法(JC法)以及由著者提出并被广泛应用的、计算精度与JC法相当但计算更为简单的“实用分析法”,介绍了由著者提出并被《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》(GB50199-94)、《水工混凝土结构设计规范》(DL/T5057-96)、《铁路工程结构可靠度设计统一标准》(GB50216-94)采用的荷载效应的极值统计法和结构抗力的比值分析法,介绍了目前研究较少,但著者在80年代初就已研究的钢筋混凝土结构正常使用极限状态的可靠度分析问题,介绍了结构材料性能的质量控制,最后对结构可靠度研究的内容和方向作了评述。

本书是我国土木、建筑、水利工程界最早的一本关于工程结构可靠性方面的专著和教材,当时正值国际上结构可靠性研究迅速发展之际,国家计委下文着手编制以可靠度为基础的结构设计统一标准,因而本书于1984年出版以来,受到广大工程界的欢迎,1988年曾再版一次,累计发行12110册。据不完全统计,本书被引用100多次,对我国有关专业统一标准的编制起到了重大作用。

本书曾被国内有关大专院校用作高年级本科生和研究生教材或教学参考书,对结构可靠度理论在我国工程界的应用及人才培养作出了贡献。 

大连理工大学

海岸和近海工程国家重点实验室 

   

     1999年5月4日                                          1999年第二期         

实验室九六年部分开放基金课题

   

1、《大跨越输电塔-导线耦联体系抗震计算方法的研究》(LP9603) 

该项目由沈阳建筑工程学院李宏男教授主持完成。在分析输电塔结构及受力基础上,分别从侧向和纵向建立了考虑导线影响的输电塔-桩-土动力相互作用模型,并对其在地震作用下的运动方程进行了推导,最后选取沈阳地区某浑河高压输电塔进行地震反应分析,并与不考虑土-结相互作用时输电塔的地震反应进行了比较分析。

本项研究还根据震害的实际情况,结合有关地基震陷的试验资料,给出了震陷的正确定义,并对其进行分类,探讨其产生的机制,给出了计算地基震陷的两种方法:软化计算模型和真拟静力计算模型。最后,用真拟静力法计算了输电塔地基在地震作用下的震陷值,并分析了其对输电塔产生的影响。

通过对高压输电塔进行计算,得出了以下几点结论:

(1)发现考虑导线的影响后,无论体系在侧向还是纵向地震作用时,体系频率都有不同程度的减小,即自振周期加长了;

(2)导线对输电塔位移和剪切的影响是不可忽略,同时对塔上部和中部的影响要比下部的影响大;

(3)地震动摇摆分量对输电塔剪切力的影响是不可忽略的 ,而且对塔底部比对塔上部的影响要大。此外,在地震动水平和摇摆分量联合作用下。剪切随塔高度的变化是不规则的,而仅在水平地震动作用下,塔中剪力随塔顶部到底部通常是递增的;

(4)通过对输电塔顶位移的计算,可以看出考虑土体-桩-结构相互作用以后,输电塔顶位移变小,但其振动形式和未考虑土体-桩-结构相互作用时相比变化不大。因此,考虑土体-桩-结构相互作用后,导线伴随输电塔的位移将会减小。

(5)通过对高压输电塔内力的计算,可以看出:考虑土体-桩-结构相互作用后,输电塔各质点处的剪力和弯矩均减小25%到33%左右。主要原因是因为考虑土体-桩-结构相互作用后,输电塔、土体和桩基础共同振动,输电塔的一部分能量通过基础传递给土体,从而减小了本身所具有的惯性能,因此输电塔各质点处的内力减小了,同时也由于基础和土体的存在,使输入到输电塔底部的地震动特性发生了改变。

(6)高压输电塔地基土体由于地震的作用,产生了一定程度的永久变形,但由于桩基础的存在,使永久变形不至于过大。永久变形依桩基础的形式、场地类型以及地震烈度的不同而变化,要根据具体的情况具体计算、分析。完成学术论文8篇。 

2、《钢管高强混凝土框架结构抗震性能及其在海岸和近海工程中的应用》(LP9606) 

该项目由我校土建学院林皋院士主持。本项目根据实际工程需要,开展了核电站海域工程建筑物抗震设防标准,抗震设计方法与模型试验技术方面研究,取得以下主要成果:

(1)提出了往复荷载作用下钢材和核心高强混凝土的本构关系模型,为钢管高强混凝土构件的动力性能分析提供了理论与技术基础。

(2)结合钢管高强混凝土框架结构抗震分析的需要,对反复荷载作用下钢管高强混凝土压弯构件的弯矩-曲率(M-F)滞回关系曲线进行了理论研究和计算分析,并对含钢率、钢材强度、混凝土强度及轴压比等诸多因素的影响进行了分析。

(3)结合钢管高强混凝土框架结构抗震分析的需要,对反复荷载作用下钢管高强混凝土的P-△关系曲线进行了理论计算和8个较大试件(L=1.10m,108×5)的试验研究,得出了满意的结果,两者相符性很好。此外,并研究了有关因素对滞回曲线的影响。

(4)为实际工程结构应用需要,提出了钢管混凝土弯矩-曲率恢复力模型和P-△恢复力模型以及模型中各参数、位移延性系数、耗能比和耗能的简化计算公式。结果可直接应用于钢管高强混凝土结构的抗震设计。

完成论文3篇。 

3、《钢纤维增强自应力混凝土压力管试验研究》(LP9605) 

本项目由河北工业大学土建学院田稳苓副教授主持。本项目对钢纤维膨胀混凝土的立方体抗压强度、劈拉强度和单轴拉伸条件下的变形特性进行了系统的试验研究及理论分析。完成了钢纤维膨胀混凝土基本力学性能试验、钢纤维膨胀混凝土环状构件受拉应力-应变全曲线试验研究、钢纤维增强自应力混凝土压力管内压性能试验研究。建立了单轴拉伸条件下的应力-应变全曲线数学模拟方程。对钢纤维增强自应力混凝土压力管,在内压作用下的力学变形性能进行了系统的试验研究和理论分析;提出了钢纤维增强自应力混凝土管自应力的计算方法;给出了试验管体在内压作用下的抗裂承载力计算公式;对钢纤维增强自应力混凝土压力管和钢纤维膨胀混凝土管进行了经济比较分析。

试验研究结果表明:钢纤维增强自应力混凝土压力管,不仅开裂荷载和极限荷载得以大幅度提高,而且由于钢纤维的掺入,改善了其内压破坏形态,彻底避免了由于膨胀变形过大出现的爆管现象,或使用过程中混凝土保护层的剥落现象:钢纤维的限胀阻裂作用与钢筋的增强作用相互激发,相互促进,并充分利用钢纤维分散配筋的优势与钢筋连续配筋的增强增延效应,使管体在内压作用下,既具有较高的抗裂性和承载能力,又具有较好的延性;同时,由于钢纤维的掺入使管体更加密实,抗渗得到改善,防止钢筋锈蚀能力增强,提高管子的耐久性。

经理论分析,提出了等效配筋率的概念,采用能量法计算钢纤维增强自应力管的自应力值的方法。建立了钢纤维增强自应力混凝土压力管结构设计计算理论和方法。

经济技术分析表明:钢纤维增强自应力混凝土压力管的综合经济技术指标优于自应力混凝土压力管。

完成论文3篇。

海岸和近海工程国家重点实验室

The State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering

   

Information & News) 

1999年11月20日                                                 99年第三期

                                                                                  

大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

第三届学术委员会第三次会议纪要

(一九九九年十一月五日) 

大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室第三届学术委员会第三次会议于1999年11月4日至5日在大连召开。

学术委员会15位委员中,3位因事请假,12位委员出席了会议,超过学术委员会章程规定的法定出席人数。开幕式由海岸和近海工程国家重点实验室学术委员会主任邱大洪院士主持,大连理工大学副校长纪卓尚教授参加了开幕式并致开幕词。

参加开幕式的还有大连理工大学副校长孔宪京教授,土建学院院长周晶教授,校科技处宋大根同志,各分室负责同志,以及重点实验室的博士、硕士研究生等。

委员们听取了实验室主任王永学教授做的《实验室1999年度工作报告》。孔宪京教授做的“211”重点学科建设项目《MTS地震模拟系统改造》的报告、王永学教授做的国家杰出青年基金项目支持的《非低温合成模型冰试验研究进展》的报告、宋永发副教授做的实验室开放基金项目支持的《无粘结双向预应力板试验研究》报告。

会议还特邀中国国家地震局工程力学研究所谢礼立院士作了《关于抗震设计样板规范》的学术报告。

委员们现场检查了实验室工作、实验室三次建设项目和“211”重点学科建设项目的执行情况,以及实验室环境条件改善情况。

委员们对实验室主任王永学教授所做的《实验室工作报告》进行了认真的讨论,认为实验室在科学研究、人才培养、实验室管理、实验室建设、对外开放及国内外学术交流和合作方面都取得了很大成绩,尤其对实验室加强基础性研究给予了充分的肯定,并对实验室在如何加强科研与实践相结合,实验室的长远发展,新研究方向的设立等方面提出了宝贵的意见,对开放课题的跟踪管理、成果管理及应用、建立对优秀成果的奖励制度、提高实验室在国内外的知名度等方面亦提出了建议,并对实验室主任基金《国家重点实验室网络建设》项目提出了意见。

委员们讨论了实验室主任关于增加“信息技术在水工模型试验中的应用”研究方向的提议,同意增加此研究方向,并建议改名为“高新技术在水工模型试验中的应用”。

鉴于近期国际形势的发展状况,会上谢礼立院士提出增加“海洋工程中的防护技术”研究方向的意见,委员们表示同意这个意见,今后将在适当时机增列此方向。

委员们对实验室现有的五个研究方向和2000年《基金申请课题指南》提出了修改意见,优先资助范围在1999年的基础上再增加“结构、海水、地基动力相互作用及其对海洋工程建筑物动、静态响应的影响及振动控制技术”为2000年的优先资助范围。

委员们对1999年度24个《大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室开放课题基金》申请项目进行了认真评议,通过审阅《基金申请表》、《专家评审意见》等,对每个申请项目的课题意义、技术路线、实验室可以提供的条件等均进行了评议,会议根据无记名投票结果决定了9个项目(含2个候补项目)为海岸和近海工程国家重点实验室2000~2001年度研究基金的资助项目。委员们授权实验室主任根据本年度总的资助经费及各个项目具体情况,酌情确定各项目的资助强度,并从总的资助经费中提出一部分经费作为奖励基金。

重点实验室1999年批准资助项目(7项)

项目

编号

项 目 名 称

课题

来源

资助

经费

(万元)

起止

时间

负 责 人

LP9901

非线性波浪与任意三维物体的相互作用

重点实验室

3.0

2000.1-2001.12

 

 

大连理工大学

LP9902

油污染物在港湾中的传输扩散及动态预报

重点实验室

2.3

2000.1-2001.12

 

 

华侨大学

LP9903

非线性波运动的实验研究

重点实验室

3.0

2000.1-2001.12

 

 

英国丹地大学

LP9904

高性能、复杂配合比砼的人工智能设计方法

重点实验室

3.0

2000.1-2001.12

陈本沛

 

燕山大学

LP9905

II 型断裂韧度的影响及试件尺寸对混凝土 II 型断裂韧度的影响

重点实验室

3.0

2000.1-2001.12

吴智敏

副教授

大连理工大学

LP9906

钢纤维轻骨料砼板性能的研究

重点实验室

2.7

2000.1-2001.12

曾志兴

 

华侨大学

LP9907

土的动力抗裂特性研究

重点实验室

3.5

2000.1-2001.12

迟世春

副教授

大连理工大学

 

 

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