强地震作用下超高层建筑倒塌过程数值模拟中文摘要

以筒体和框架－筒体超高层建筑混凝土结构为对象，以材料的本构模型、基于截面的复合受力状态下墙体和楼板构件的破坏准则为基础，以离散单元法为手段，建立超高层混凝土结构混合离散单元计算模型，发展相应结构在强震下倒塌反应的数值分析方法。根据混凝土筒体和框架－筒体结构在地震作用下的反应特点以及倒塌特征，将结构离散为通过弹簧相连接的多个刚体，并确定刚体之间的弹簧连接方式。数值计算时，采用基于冲量形式碰撞力学模型描述离散块体间的碰撞。采用大块体板、柱混合离散单元模型及并行计算技术，减少结构倒塌过程数值模拟分析的计算时间。在数值模拟基础上，建立包含能够准确全面地诠释计算成果的三维图形演示模块的仿真系统，并经模型试验和现场记录验证。借助于结构空间倒塌反应仿真系统，选择典型结构及不同参数进行数值试验和分析，揭示结构倒塌机制。 2100433B

大型复杂超高层建筑将是我国未来20～30年城市建设中的重点之一，强地震区的超高层建筑将是其建设的难点。本项目以钢结构、混凝土结构、钢－混凝土组合结构和钢－混凝土混合结构四种典型超高层建筑结构为基础，发展高效超高层建筑结构新体系及其高性能部件，研究它们在强地震作用下的地震灾变关键效应和地震灾变全过程，揭示结构地震破坏和倒塌的物理机制，发展相应的数值模拟和模型试验技术。建立考虑损伤累积效应的材料本构关系、反映损伤演化规律的构件及节点的滞回模型乃至基于损伤累积效应的结构整体数值计算模型；建立考虑岩土－基础－超高层结构的动力耦合效应的非线性建模理论与方法；进行超高层结构在强地震作用下的动力全过程分析，研究地震损伤演化规律，建立地震失效破坏准则，进而发展结构的强震失效模式优化和控制结构地震破坏和倒塌的方法和措施，改善结构的抗震性能。本项目的实施将为我国五百米级超高层建筑的安全建设和运营提供科学支撑。

本项目针对典型超高层建筑结构，发展高效超高层建筑结构新体系及其高性能构件，研究它们在强地震作用下的地震灾变关键效应和地震灾变全过程，揭示结构地震破坏和倒塌的物理机制，发展相应的数值模拟和模型试验技术。进行了钢材和混凝土材料在反复荷载作用下的滞回性能试验，建立了材料在反复荷载作用下的本构关系；开发了多种新型多重组合钢-混凝土组合剪力墙及筒体，进行了新型构件和超高层建筑典型构件 (高含钢率SRC组合柱、高强超厚板钢柱、内置钢板钢筋混凝土剪力墙)抗震性能试验，建立了非线性数值计算模型，提出了抗震设计方法与构造措施；完成了可液化地基－高层结构体系相互作用的振动台试验和相邻高层结构—桩—土动力相互作用体系的振动台试验，建立了非线性数值计算模型，初步揭示了土—结动力相互作用体系的地震反应规律及其影响因素；提出了一种计算结构整体性能与局部破坏的多尺度单元耦合模型；提出了应用增量动力分析方法对超高层结构进行基于概率的抗震性能评估的方法；提出了利用屈曲约束支撑、阻尼器控制带伸臂桁架的框架—核心筒结构地震损伤的方法，并通过数值计算进行了验证；发展了可恢复功能高层抗震结构的概念，提出了一种新型带可更换连梁的剪力墙和一种新型带可更换脚部构件的剪力墙，进行了两种剪力墙的抗震性能试验，建立了其非线性数值计算模型；完成了上海中心、上海世博会中国馆等9个实际复杂高层结构整体模型的模拟地震振动台试验和非线性地震反应数值分析，研究了其地震破坏机理和抗震薄弱部位，为其抗震设计提供了技术支撑；编制了上海市《超限高层建筑工程抗震设计指南》(第二版)。本项目的研究成果为改进高层及超高层建筑的抗震设计、改善其抗震性能、有效控制其地震损伤提供了科学支撑。 2100433B

《高等学校教材·化工过程数值模拟及软件(第2版)》旨在介绍化工过程模拟的基本概念和方法，提供利用相关模拟软件进行实际化工过程的模拟的步骤和技巧。

《高等学校教材·化工过程数值模拟及软件(第2版)》可作为高等学校应用化学、化学及化工类专业本科生和研究生的教材，也可供石油与化工、轻工等行业从事开发的工程技术人员参考。