钢筋-沥青隔震层多参数耦合本构模型与数值模拟研究

利用减隔震技术提高村镇建筑的抗震能力，对我国以及世界广大经济欠发达地区抗震工程的研究具有重要意义。钢筋-沥青隔震层造价低廉，施工简便，符合建设节约型社会要求，在我国广大村镇地区具有广阔的应用前景，但它在大变形下的非线性工作机理与小变形时存在明显差异，目前建立在弹性假定上的分析理论与设计方法亟待完善。 本项目首先通过拟静力试验，得到了不同设计参数的钢筋-沥青隔震层试件的滞回曲线及其骨架曲线。通过牵引释放试验得到不同制作参数条件下隔震层试件的自振频率和阻尼比。结果表明，试件骨架曲线呈现三折线形状，隔震层刚度随着变形的增长出现先降低再升高的趋势，可以分为第一上升段、屈服段和第二上升段。然后，对钢筋-沥青复合隔震层受力机理进行了分析，提出了考虑隔震层砖墩-钢筋共同工作的非线性计算模型。根据建立的计算模型，推导了钢筋-沥青隔震层在大变形下内力在钢筋与砖墩的动态分布情况。分析结果表明，在水平推力作用下，隔震层受力可分为三个阶段：钢筋受压段、钢筋受拉段上升段与钢筋受拉下降段。最后，建立了钢筋-沥青隔震层的能量平衡公式，基于振动台试验数据分析了多工况下隔震层体系的能量分配组成。分析结果表明，在隔震层中结构阻尼耗能和不可恢复的变形能随着输入加速度的增加而增加，而且随加速度增加呈现非线性特征，其中阻尼耗能的影响起主导作用，基本维持在60%左右，这一点与传统结构以滞回耗能为主的地震能量分配比例不同，从而有效减少了上部结构的地震累积损伤。 研究成果为建立钢筋-沥青隔震层考虑大变形下受力特点的设计方法提供理论依据，为钢筋-沥青隔震层的改进与推广奠定了基础。 2100433B

发展低造价隔震技术，提高我国量大面广的村镇建筑抵御震害的能力，是近年来备受关注的重大课题。钢筋-沥青隔震层在我国广大村镇地区具有广阔的应用前景，但它在大变形时的受力机理与小变形时存在本质区别，目前建立在弹性假定上的本构模型亟待完善。.本项目通过多工况下的钢筋-沥青隔震层拟静力试验，分析各设计参数对隔震层动力参数特征的影响，获取隔震层的非常规恢复力模型；研究水平作用与竖向作用在钢筋的弹性水平回复力与砖墩-上梁摩擦力之间的动态分配，探明大变形下隔震层的内力重分布对其动力参数的影响，建立考虑多参数耦合的钢筋-沥青隔震层非线性本构关系；建立隔震层的非线性有限元模型，通过软件的二次开发实现隔震层的多参数耦合本构关系模拟，进行隔震结构在地震激励（包括大震）下的动力响应分析。.预期研究成果将为钢筋-沥青隔震层的改进与推广奠定理论基础，对提高我国量大面广的村镇地区建筑的抗震性能具有重要科学价值和现实意义。

本书以非饱和土为主要研究对象，开展了非饱和土水-力全耦合本构模型、数值模拟与应用方面的研究，主要创新点如下：(1) 从土体细观结构及其演化特征出发，在热力学框架下建立了非饱和土水力全耦合模型，揭示了土体湿陷/膨胀等变形与非饱和渗流的耦合机制；(2) 发展了非饱和土弹塑性本构积分的隐式-折返算法，研发了水/气渗流-弹塑性变形全耦合分析软件(F2Mus3D)并进行了算例验证；(3) 基于F2Mus3D研究了土质边坡在降雨入渗过程中剪切带萌生、形成、发展直至贯通的全过程，揭示了暴雨诱发滑坡的渐进破坏机制。 2100433B

有毒有害物质的意外泄漏大多形成低而平的毒气云团，沿地面拓展延伸，对居民生命财产安全和城市生态环境构成严重威胁。本研究以城市街区环境下毒气扩散过程的精细化建模、模拟为目标，综合考虑城市建筑物下垫面和风速、风向等气象环境参数对扩散过程的影响，基于GIS建立城市下垫面几何模型；研究具有下垫面边界约束的三维空间离散方法，自动生成计算网格，构造三维数据场，支持毒气扩散数值模拟；基于大涡模拟的相关理论和方法，研究建立一个适用于城市街区环境的CFD扩散模型；通过GIS和CFD模型的耦合，支持模拟过程中有关参数的自动提取和赋值，实现模拟结果（流场、浓度场）的动态可视化，为事故危害评估、应急指挥决策以及城市防灾规划等提供理论依据。

城市地区有毒有害气体的迁移扩散是个三维、动态的复杂环境过程，本课题围绕街区建筑群环境中毒气扩散过程的精细化建模、模拟开展理论和技术方法研究。着重分析了建筑物扰动和非稳态气象条件下近地面有毒有害气体的扩散机理和过程；耦合GIS和计算流体力学模型（CFD Model），提出一个街区尺度毒气扩散过程建模、模拟的技术框架模型；利用二维GIS数据、建筑物高程信息和Google SketchUP软件建立街区冠层三维模型，以之为壁面边界，基于Delaunay网格实现近地面空间场的离散剖分，为扩散过程模拟提供必要的空间模型支撑；基于RANS方法建立扩散数学模型，实现模拟结果（流场、浓度场）的动态可视化，结合试验区建筑物和人口分布数据，估算周边人员的毒气暴露水平。研究成果及方法可为环境事故危害评估、应急指挥决策等提供理论依据。 2100433B