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模型試驗(yàn)與非線性分析哪個(gè)更仿真？ A專家：莫名想起了木蘭辭這幾句：雄兔腳撲朔，雌兔眼迷離；雙兔傍地走，安能辨我是雄雌？感覺模型試驗(yàn)和非線性分析是雄兔和雌兔的關(guān)系。 B專家：個(gè)人不成熟的小看法：關(guān)鍵要看模型比例，如果是等比例模型，則試驗(yàn)更仿真，比例相差越多則模型試驗(yàn)所能反饋的細(xì)節(jié)信息丟失越多，仿真效果就會(huì)越差，反而不如非線性仿真效果好。 C專家：最真實(shí)的等比例模型試驗(yàn)，就是實(shí)際地震。 D專家：非線性分析需要模型檢驗(yàn)與驗(yàn)證(V&V)，而驗(yàn)證非線性分析結(jié)果，通常用模型試驗(yàn)。到底哪個(gè)更仿真？這個(gè)提問是個(gè)大大的坑?。『锰釂?！ E專家：這就是為何我們很多與抗震相關(guān)的學(xué)者、工程師特別注意真實(shí)震害相關(guān)資料的搜集與研究的原因。 F專家：構(gòu)件試驗(yàn)其實(shí)絕大多數(shù)時(shí)候是測(cè)試結(jié)構(gòu)的抗力。而我們一直認(rèn)為，結(jié)構(gòu)作用的不確定性，遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)抗力的不確定性。計(jì)算模型的改進(jìn)一個(gè)重要價(jià)值是讓結(jié)構(gòu)的作用能分析得更加清楚。 G專家：分析模型的一大好處就是可重復(fù)利用、反復(fù)分析，這是實(shí)際模型無能為力的。 H專家：關(guān)鍵是模型試驗(yàn)和非線性分析，都要用“模型”，而模型不確定性，如何驗(yàn)證？ I專家：作用不確定性我舉個(gè)例子：比如剪力墻結(jié)構(gòu)在地震下倒塌比例比較小。我們分析發(fā)現(xiàn)，在地震作用下，剪力墻很早就會(huì)開裂，而剪力墻一開裂剛度立刻下降一大截（可以達(dá)到50%以上），隨之地震作用也會(huì)迅速降低。而我們計(jì)算地震力都是按照剪力墻的彈性地震力計(jì)算的，這樣一來剪力墻的地震安全儲(chǔ)備就高了很多。也就是說，剪力墻抗力的計(jì)算模型的誤差在15%范圍內(nèi)，而剪力墻受到地震力作用的計(jì)算模型誤差在50%以上。 J專家：總體來說，作用的不確定性大于結(jié)構(gòu)抗力的不確定性，但是這個(gè)不確定性，主要是“物理不確定性”。而作用和抗力，都需要“計(jì)算模型”，這就是“模型不確定性”。George E.P. Box有句名言可以說明模型不確定性：All models are wrong, but some are useful. K專家：已完成的大量試驗(yàn)，為確定模型與驗(yàn)證模型提供了條件?？墒?，試驗(yàn)成本太大，現(xiàn)代非線性分析工具已能代替部分試驗(yàn)，如受彎為主的結(jié)構(gòu)，但對(duì)受剪為主與復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，還需要試驗(yàn)特別是大尺寸試驗(yàn)研究。 L專家：分析模型的“不確定性”可以通過多軟件互證予以適當(dāng)消解，但分析模型準(zhǔn)確性在底層還是要受到當(dāng)下研究水平的制約。這正是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常特殊的地方，我們需要在“All models are wrong” 的前提下確保建筑物的安全。 M專家：記得E_Defense之前舉行過結(jié)構(gòu)分析比賽，然后完成足尺RC框架結(jié)構(gòu)模型的試驗(yàn)，最后是分組評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果，如層模型、桿模型與精細(xì)化模型，精度也各有千秋，層模型結(jié)果不一定最差。 N專家：我覺得我們應(yīng)該想想實(shí)驗(yàn)的目的是什么？實(shí)驗(yàn)的目的是為了進(jìn)一步做數(shù)值仿真確認(rèn)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)成本太大，我們不得不用數(shù)值模擬來代替。數(shù)值模擬的基本模型不也是來源于實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，一點(diǎn)淺見。 O專家：汶川地震之前做了那么多節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，誰在汶川地震前說按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法“強(qiáng)柱弱梁”實(shí)現(xiàn)不了？ P專家：我們過度強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的承載力。例如彈性或不屈服而忽略結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的剛度，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力需求與剛度影響的關(guān)系太大，例如消能減震子結(jié)構(gòu)要求大震不屈服，用彈性剛度算的話，這個(gè)力超大，就算不屈服，砼也會(huì)開裂，剛度大大降低。 Q專家：我有一個(gè)問題請(qǐng)教一下各位老師，對(duì)于宏觀尺度來講，基于震害統(tǒng)計(jì)的易損性曲線作為模型來預(yù)測(cè)未來震害損失更準(zhǔn)確，還是基于數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果更靠譜？ R專家：二種方法其實(shí)沒有可比性，細(xì)節(jié)決定成敗，仿真結(jié)果好壞直接決定于試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募?xì)節(jié)與分析模型的假定。 S專家：我國(guó)現(xiàn)代化大城市基本沒有震害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所以“基于震害統(tǒng)計(jì)的易損性曲線作為模型來預(yù)測(cè)未來震害損失”是個(gè)偽命題。 T專家：其實(shí)這也是我一直擔(dān)心的問題，目前的震害資料是否能夠真實(shí)的反應(yīng)建筑的實(shí)際震害，用數(shù)值分析或者實(shí)驗(yàn)結(jié)果來校正現(xiàn)在有數(shù)據(jù)的易損性曲線效果是不是更好一些? U專家：可否就剪力墻開裂與剛度退化進(jìn)行研究，在計(jì)算分析時(shí)可以比較準(zhǔn)確地考慮進(jìn)行中、大震分析，甚至小震（高烈度）。 V專家：針對(duì)某一特定建筑進(jìn)行數(shù)值模擬，很多人做過。 W專家：我認(rèn)為結(jié)構(gòu)層次的易損性曲線預(yù)測(cè)方法是一個(gè)傳統(tǒng)的，很好用但是缺點(diǎn)也很多的方法。易損性曲線其實(shí)就是橫坐標(biāo)為地震烈度，縱坐標(biāo)是結(jié)構(gòu)損壞程度的一個(gè)曲線。但是地震烈度和結(jié)構(gòu)損壞程度這兩個(gè)都不是一個(gè)客觀的物理量，用起來問題很多。所以我們這些年一直大力推動(dòng)“城市抗震彈塑性分析”，就是想解決這個(gè)問題。 X專家：我之前也轉(zhuǎn)不過來這個(gè)彎，但是想想大數(shù)據(jù)分析就是在尋找兩個(gè)變量之間的相關(guān)性然后從宏觀尺度上得到一定的規(guī)律，對(duì)區(qū)域分析如果精度要求不高（損失沒有量級(jí)上的差異），是否采用統(tǒng)計(jì)方法也可以呢？ Y專家：我國(guó)現(xiàn)代化大城市哪有地震統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)啊？ Z專家：地震局早期一直做區(qū)域震害預(yù)測(cè)工作，在不少城市都做過群體震害預(yù)測(cè)，最近幾年似乎比較少了。 AA專家：1、汶川地震災(zāi)后應(yīng)急評(píng)估過程中，發(fā)現(xiàn)有大量的填充墻破壞。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)目前只以0.6~1.0的人為剛度折減系數(shù)考慮，而整體結(jié)構(gòu)縮尺模型實(shí)驗(yàn)一般均難以考慮填充墻的影響。粗略的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響在極端情況下遠(yuǎn)不只三倍，且其阻尼影響的研究很有限。2、很多學(xué)者的實(shí)驗(yàn)研究是以單榀結(jié)構(gòu)為對(duì)象的，例如連梁式阻尼器，相信數(shù)值模擬和試驗(yàn)均可得出很滿意的效果。但一旦放入整體結(jié)構(gòu)分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)樓板面外剛度的約束將十分顯著，減震效果將大打折扣。3、我們近期碰巧做過某個(gè)結(jié)構(gòu)非線性分析與模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者差別較大，結(jié)構(gòu)的破壞樓層部位都不一致。開始我們將原因歸結(jié)為非線性分析方法仍需進(jìn)步。但仔細(xì)思考后，認(rèn)為縮尺實(shí)驗(yàn)的真實(shí)仿真能力也相當(dāng)值得懷疑。通?？s尺實(shí)驗(yàn)因?yàn)橹亓Φ南嗨票葐栴}，需要在樓層上加很重的鉛塊配重，所以樓板均很厚（我們碰到的模型樓板厚度接近層高的1/4），這時(shí)原來實(shí)際框剪結(jié)構(gòu)的彎剪變形狀態(tài)將變?yōu)閷?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒咏诎逯w系的剪切型變形。縮尺模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果與非線性分析完全就是在做兩個(gè)結(jié)構(gòu)，完美對(duì)上了才不正常。4、中國(guó)應(yīng)該有個(gè)E-Defense。 AB專家：汽車設(shè)計(jì)精度遠(yuǎn)高于土木，還要做碰撞試驗(yàn)，沒有見過縮尺模型的碰撞吧。 AC專家：這是個(gè)大課題，加載設(shè)備還得好好研究。 AD專家：汽車是大量復(fù)制的產(chǎn)品，挑取一定樣本做實(shí)驗(yàn)是可行的，建筑基本都是獨(dú)一無二的。 AE專家：汽車再做縮尺實(shí)驗(yàn)，就像玩具車。材料如果還用真正的汽車材料，碰撞速度還用原來的速度，能量也達(dá)不到啊。 AF專家：感覺做統(tǒng)計(jì)學(xué)的研究不錯(cuò)，全國(guó)高校那么多試驗(yàn)，花了不少錢，數(shù)據(jù)結(jié)果，都沒有利用起來。 AG專家：為什么剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)好很多，那是因?yàn)閴土喊宥紝儆诙S世界，這屬于同一緯度的戰(zhàn)爭(zhēng)，就容易解決。 AH專家：剪力墻抗震好，但是感覺剪力墻彈塑性很難模擬，特別是L型，T型墻，帶轉(zhuǎn)角的，模擬起來跟實(shí)際差距比較大。一片一片的墻單元，而實(shí)際是相互作用，形成轉(zhuǎn)角后剛度也跟單純的兩個(gè)單元疊加有差距。 AI專家：這是很多人慣性思維，覺得板很薄，應(yīng)該影響不大，但從歷次震害來看，是我們大大低估了梁板共同作用效應(yīng)。 AJ專家：同意低估了！還是要做更多的基礎(chǔ)性工作來評(píng)估。 AK專家：結(jié)構(gòu)的問題感覺越討論越只能回到“藝術(shù)”。 AL專家：其實(shí)是一種思維方式的轉(zhuǎn)變，逐漸從確定性思維中走出來，學(xué)會(huì)在模糊與混沌中把握結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，然后做到以安全為底線的高效與合理。 AM專家：拓?fù)鋬?yōu)化、彈塑性分析、倒塌分析等一系列的嘗試是希望逐漸把一些模糊性、概念性的東西清晰化，把人的直覺，變成可操作的流程，然后變成確定性的東西。大家努力的結(jié)果就是逐漸擴(kuò)展確定性的地盤，消減模糊領(lǐng)域，讓藝術(shù)科學(xué)化。 |
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