同济大学桥梁和隧道工程学科特聘教授

同济大学桥梁与隧道工程学科特聘教授孙利民博士简况孙利民，男，1963年出生于内蒙古包头市。1980年内蒙古包头市第九中学考入清华大学，1985年毕业于清华大学土木工程系。1986年10月作为日本文部省资助留学生赴日本东京大学深造，师从日本著名桥梁专家伊藤学教授（现国际桥协主席）和藤野阳三教授。1988年获日本东京大学土木工程系工学硕士学位，1991年获日本东京大学土木工程系（桥梁研究室）工学博士学位。1992年就职于日本最大的建设公司之一的株式会社大林组技术研究所任研究员。1999年受聘长江学者奖励计划，任职同济大学桥梁系特聘教授，博士生导师。1997年取得美国职业土木工程师执照。现任日本土木学会结构工程委员会桥梁抗风设计国际化小委员会委员、日本土木学会地震工程委员会减震隔震小委员会委员和日本土木学会地震工程委员会防灾技术普及小委员会讲师。【主要研究领域】研究领域①：结构振动控制与结构健康监测研究领域②：结构抗震及弹塑性动力反应分析 【研究领域①的主要学术成就】·最先建立结构振动控制用调谐液态阻尼器（TLD）的精确数学模型在硕士、博士课程及任职东京大学外国人研究员期间主要进行了调谐液态阻尼器TLD（TunedLiquidDamper）数学模型的建模、数值模拟及实验研究。在这一领域首先运用浅水波波动理论建立了TLD的数学模型，并提出了合理估算液体摇动阻尼的理论公式，取得了突破性进展。实验结果证明，与以前的力学模型相比所提出模型大幅度地提高了精度。这一数学模型不仅精度高而且运算速度快，实用性强。TLD这一名称为孙利民教授和其导师藤野阳三（东京大学）最先提出，后来在国内外被广泛使用。之后，孙利民教授还将这一数学模型进行扩展，用来模拟有碎波出现的TLD的特性。并且提出了Multiple-TLD的设计概念，改善了TLD的鲁棒性。有关TLD数学模型的建模及实验研究的论文于１９９１年获得了日本土木界最高奖--日本土木学会论文奖（综合题目：调谐液态阻尼器（TLD）的特性及建模），孙利民教授为６个完成人中的第三完成人。鉴于在这一领域取得的成就，孙利民教授被聘请为日本土木学会结构工程委员会结构控制小委员会以及土木工程学会地震工程委员会减震制震免震小委员会委员（为两个委员会中唯一的外国籍委员）。·研制开发重泥水TLD 就职于大林组（日本最大的综合性建设公司之一）技术研究所期间，研究开发了利用价格低廉的重泥水作为TLD液体材料的重泥水TLD，并申请了四项国际专利。该装置充分利用了重泥水高粘性、高比重的特性，大大地提高了TLD的制振效果。重泥水TLD已被应用于日本道路公团高速公路桥的钢管高桥墩施工时的风振控制，取得了理想的效果。该技术将被陆续应用于正在建设的日本第二东名神（东京－名古屋－神户）高速公路的高桥墩施工时的风致振动控制。这一研究开发成果获得了大林组公司1996年技术开发奖励奖。·参加日本《长大桥梁、隔震桥梁的高阻尼化》国家项目研究及有关规范的编写 1992－1995年期间，孙利民教授参加了日本官民共同研究项目《长大桥梁隔震桥梁的高阻尼化研究》。该项目由日本建设省土木研究所主持，招集了１９家大型民间企业（建设总承包公司，重工业公司，桥梁设计咨询公司，隔震橡胶支座公司等）参加，历时３年，汇总了相关领域的最新技术和知识，为编制《日本长大桥梁及隔震桥梁的高阻尼化设计规范》作准备。孙利民教授承担了其中的桥梁端部阻尼器的研究开发，并部分承担了研究成果的总结工作。所承担的研究开发内容包括用模糊数学理论控制的可变阻尼器的理论与试验研究，以及隔震桥梁用缓冲器的性能研究。研究成果编入了《长大桥梁、隔震桥梁的高阻尼化指南》（规范前身）。此外，1999年-2000年期间，作为日本土木学会地震工程委员会减隔制震小委员会委员参加了日本土木学会《减震、隔震、制震结构设计指南》的起草。【研究领域②的主要学术成就】·日本神户地震受灾桥梁的震害机理分析1995年神户地震发生后，孙利民教授赴震灾现场做了大量实地调查。受阪神（大阪－神户）道路公团委托，对阪神高速公路３号线650m高架桥连续倒塌段的震害机理进行了分析。在当时的条件下尽可能地使用了高精度的分析方法和机算程序，对有可能引起破坏的各种因素做了定量或定性分析。分析结果已被编入阪神道路公团的震灾调查报告书。震灾机理分析和日本神户震灾后改订的各种新抗震规范都要求采用非线性动力时程分析的方法进行模拟或设计检算。但因输入地震波的加速度很大，材料特性进入强塑性领域，结构也发生大变形，以前的非线性分析方法和计算模式都已不再适用。孙利民教授近年对一些现有的模型加以补充和改进提高了计算精度。如，对于钢筋混凝土结构平面问题，引入弥散裂缝本构模型进行精确的描述。在日本土木学会地震工学委员会地震防灾普及小委员会组织的系列讲座里，孙利民教授被邀请为专任讲师担任了其中有关弹塑性动力反应部分的讲座。·桥梁结构地震破坏机理分析与倒塌仿真 有关钢筋混凝土桥梁的地震破坏机理分析与倒塌仿真的研究，目前国内外的主要研究热点为建立可描述钢筋混凝土破坏全过程的本构关系和计算方法以及材料发生断裂后倒塌过程中的大变形、不连续、碰撞问题。孙利民教授的研究采用了扩展的离散有限元(DEM)的方法，取得了初步的成果。其研究工作报告主要进行了以下内容：（1）将结构的地震反应划分为破坏前后两个阶段，分别按连续和非连续介质考虑。破坏前或连续介质阶段仍采用传统的有限元方法，破坏后或非连续介质阶段采用扩展离散有限元法。目前对结构倒塌过程做定量的描述还十分困难，因此，该阶段的计算目标为仅对结构倒塌做定性的描述，其本构关系可以十分简练，同时考虑了碰撞、接触等问题。（2）采用了平面单元和双轴的钢筋混凝土弥撒裂缝本构关系模型，较好地描述钢筋混凝土开裂前后的双轴弹塑性动力滞洄特性。由于本构关系建立在全应力和全应变而非其增量的基础上，模型可很好地描述材料直到破坏的全过程以及包括剪切破坏在内的各种破坏形态。（3）为避免程序开发时的重复性工作，选用了大型工程计算软件ANSYS作为平台，进行二次开发以达到目的。·推倒分析及其在桥梁抗震的性能设计方法中的应用这一课题的研究目的是为了提出适合工程实际的桥梁抗震设计与评估的简化方法，主要进行了以下几方面的研究：（1）推倒分析方法中加载模式和高阶模态的影响；（2）能力谱方法中多模态能力需求点的确定；（3）结构地震损伤的量化及在性能设计方法中的应用。·桥梁的桩-土-结构动力相互作用研究 首先，改进了桩土相互作用的集中质量模型并提出了模型参数的确定方法。集中质量法为计算桩土相互作用问题的较为简便的方法之一，且在桥梁整体系统的推倒分析方法中亦采用这一模型。该研究考虑采用等效线性的方法评价地震作用下土的水平变形和桩土相互作用弹簧刚度，对参数的确定方法进行了探讨。其次，研制了振动台试验剪切变形土箱试验装置并进行了桩土相互作用振动台试验。桩土相互作用的振动台实验首先要解决好模型图的变形边界条件问题，为提高实验精度，孙利民教授及其研究梯队研究参考了国外的方法，设计了剪切变形土箱。根据同济大学振动台性能，设计剪切土箱尺寸为2mx2mx1.5m，容积为6立方米，可以进行桥梁及建筑物的桩基和其他地下结构与土相互作用的实验研究。经几次方案修改，成功地研制了国内第一台剪切变形土箱装置。利用该装置进行的自由场地的振动台试验结果表明，剪切土箱的边界效果十分令人满意。今后将利用该装置进行一系列的有关桩土相互作用试验研究。【目前承担的国内主要研究课题】国家教育部科学技术重点项目（99042）《大地震下高架桥梁系统的抗震性能研究》（负责）。国家教育部高等学校骨干教师资助计划《桥梁结构的抗震及制振若干问题研究》（负责）。 国家自然科学基金面上项目（40072088）《海床与跨海桥梁动力相互作用体系的建模与分析》（参加）。国家自然科学基金重大项目（59895410）《大型复杂结构的关键科学问题及设计理论》专题（参加）。国家自然科学基金面上项目（50178053）《钢筋混凝土双轴滞洄本构建模及在结构抗震分析中的应用》（负责）。【主要发表论文及专利】发表论文60余篇。申请国际专利4项。