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近年来国内外抗震研究中的12个Blind Prediction Contest
  本主题由 wbinbin2007 于 2016-9-27 11:03 置顶 
wbinbin2007






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2016-7-16 13:05    顶部


自从将计算机的应用引入到结构分析中时,结构非线性分析就从早期单一的试验研究逐渐发展出“试验”和“数值分析”两个相辅相成的研究手段。随着对钢筋混凝土结构以及钢结构等材料本构和力学行为的深入认识,非线性有限元的分析也不断丰富着当前科学研究的内容,一定程度的非线性预测分析也为当前的实际工程提供了技术指导。但是由于材料本身的特点与环境介质的复杂,使得非线性分析并不是那么容易掌握。非线性分析的基础来自试验,而非线性分析的结果是否正确合理也要通过一定的试验加以验证,这种情况下可以分为已知试验结果进行模型验证(后验)和在未知试验结果的情况下进行预测分析(先验)。今天给大家介绍的Blind Prediction Contest便属于后者。

Blind Prediction Contest属于科研竞赛活动。基于特定的试验,假定参与者对所采用分析模型熟悉的情况下来预测试验的响应,应该说更能够体现参与者对非线性分析的认识和理解。在对钢筋混凝土板的剪切行为研究的过程中,加拿大多伦多大学(1981年)和瑞士苏黎世联邦理工学院(2002年)都曾在国际上举办过此类的活动,是一种很好的“理论对实践”的检验。近些年针对抗震相关的研究,国内外都举办过不少的Blind Prediction Contest,按照时间顺序介绍近年的12个项目。

1. Seismic Response of a 7-Story RC Building,时间:2006年,负责单位:美国加州大学圣地亚哥分校

这是在美国加州大学圣地亚哥分校的室外振动台上进行的七层钢筋混凝土剪力墙试验,主要是为了验证钢筋混凝土剪力墙结构基于位移的设计方法。这个试验也为后来不同的剪力墙分析模型的验证提供了一个很好的例子。



2. Progressive Collapse Resistance Competition,时间:2007年,负责单位:美国东北大学

这个是印象中比较早的关于倒塌研究方面的竞赛,但是在后续的数值分析中相关引用好像不多,可能是模型比例过小有关系(柱子尺寸仅约为50mm×50mm)。针对一个平面的三层四跨的钢筋混凝土框架,分别进行动力试验和静力试验。在动力试验中,底层中柱处设置一个玻璃柱,突然打断玻璃柱以产生荷载。静力试验是在动力试验的基础上,在中柱上施加位移荷载以致结构破坏。




3. Collapse Test on a Full-scale Four-story Steel Building,时间:2007年,负责单位:日本东京工业大学

2007年在日本的E-Defense进行了世界上规模最大的四层钢框架结构倒塌试验,并以此进行了Blind Contest,试验中采用1995年Kobe地震的地震输入。竞赛分为2D组合3D组,参赛者需要分别预测试实验前预定输入的结果和试验后确定输入的结果,并且在2008年北京举办的14WCEE上有个关于此试验的专题报告。这次竞赛参与者比较多,而且影响比较大,后来见到有多篇不同研究者针对此试验的数值模拟的论文。




4. Shaking Table Test on 5-story Steel Frame with Dampers,时间:2008年,负责单位:日本东京工业大学

这是在2007年试验的基础上,在E-Defense进行的五层钢框架结构带阻尼器的振动台试验。试验模型上分别安装日本和美国的阻尼器,包括屈曲约束支撑、粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器等。试验中采用和2007年的倒塌试验相同的地震输入,以便和之前的试验结果进行对比。



5. Prediction of Failure mode of Full Scale Bridge Column using high performance mortar at the plastic hinge region,时间:2009年,负责单位:日本东京工业大学

这是在E-Defense振动台上进行的一个足尺桥墩的振动台试验,特点是在塑性铰区范围内采用了新型混凝土复合材料。竞赛的内容和之前的类似,也是分别预测试试验前预定输入的结果和试验后确定输入的结果。




6. Concrete Column Blind Prediction Contest,时间:2010年,负责单位:美国NEES和PEER

这是在美国加州大学圣地亚哥分校的室外振动台上进行的一个足尺的柱(桥墩)试验。这次竞赛的参赛人数也比较多,从试验结果的统计分析结果看,预测的结果还是具有明显的离散性。



7. Seismic Response of Five-Story Steel Frame With and Without Seismic Isolation,时间:2011年,负责单位:日本东京工业大学和美国NEES

这是在E-Defense振动台上进行的五层钢框架结构隔震对比试验,采用三重摩擦摆隔震支座,分别对比采用隔震支座和不采用隔震支座的地震响应。这个试验的模型实际上就是2008年的那个试验结束后的模型,三年后再做这个试验的时候楼板上的混凝土局部有些裂缝,部分钢构件也有些生锈。本次试验中还有一个特点是考虑非结构构件的影响,包括内隔墙、天花板、管道和幕墙等,并且在结构的第4层和第5层分别布置了医院和办公室的工作环境和家具。



8. 钢筋混凝土框架结构拟静力倒塌试验,时间:2011年,负责单位:中国清华大学

为了研究钢筋混凝土框架结构地震倒塌机理,检验现有计算程序倒塌模拟效果。清华大学举行了一组钢筋混凝土框架结构拟静力试验的竞赛,包括构件试验(柱子和节点)和结构试验(三层三跨的框架)。之后,清华大学又举办过一次钢筋混凝土楼板的抗倒塌竞赛活动。



9. Four-Story RC and PT Buildings Blind Prediction Contest,时间:2011年,负责单位:美国NEES和PEER

这是在E-Defense振动台上进行的四层钢筋混凝土框架-剪力墙结构试验,两个模型的区别在于一个模型中的剪力墙为传统的钢筋混凝土剪力墙,而另一个则为后张预应力剪力墙。采用的是Kobe地震的地震输入,逐步加载直到结构接近倒塌。




10. 15WCEE Blind Test Challenge,时间:2012年,负责单位:葡萄牙地震工程研究中心

这是在2012年第15届世界地震工程大会上所举行的竞赛活动,预测两个按照EC8设计的高延性和低延性的钢筋混凝土框架的地震响应。



11. 剪力墙拟静力倒塌试验,时间:2014年,负责单位:中国地震局工程力学研究所

为了研究剪力墙的倒塌破坏机理,中国地震局工程力学研究所设计一个框架-剪力墙结构,并取剪力墙底部二层,按1:2 比例设计试件进行拟静力试验,并在2014年第九届全国地震工程会议公布结果。该试件与以往试验大多试验的不同之处是采用多点加载方法,即水平方向采用加载两个作动器,竖直方向的作动器在实现恒定轴力下情况下,同时实现了弯矩加载,并且与水平剪力保持固定比例关系。与此同时,工力所还有另一个带填充墙的钢筋混凝土框架的振动台试验竞赛。



12. FRAMA–2015 International benchmark-Blind Test Challenge,时间:2015年,负责单位:克罗地亚奥西耶克大学

这是两个基于EC8的中等延性设计的规模为1:2.5比例的振动台试验,试验是在马其顿的IZIIS进行的,主要是为了预测带填充墙的钢筋混凝土框架的非线性响应。



以上的12个竞赛中我曾参加过4个,其中成绩最好的是2011年清华大学举办的框架结构拟静力倒塌试验中的柱子试验。写到这里,想起了以前同济大学朱伯龙教授的一句话“混凝土姓混”。结构非线性的本质在于材料本构的建立和各个介质之间的相互作用。这些年来,一方面不断深入认识材料内部合理的损伤机制,一方面也在不断提高试验研究的水平。非线性分析技术的发展,已经成为当前抗震研究中重要的组成部分。
wbinbin2007 修改于2016-07-16 13:12
 


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