基于冗余度理论的连续斜交桥抗震鲁棒性分析

以某高速公路三跨连续斜交桥为研究对象,利用OpenSees软件建立不同斜度的全桥有限元计算模型,采用Pushover方法得到结构的能力谱曲线,基于抗震冗余度理论分析了斜度对三跨连续斜交桥冗余度需求比r的影响;运用增量动力分析(IDA)法求出结构的地震易损性曲线,基于抗震鲁棒性理论研究了斜度对抗倒塌储备系数R_(CM)的影响.结果表明:冗余度需求比r与抗倒塌储备系数R_(CM)均随斜度的增加而减小,且两者间存在较好的线性相关关系,说明可以使用抗震冗余度理论对连续斜交桥的抗震鲁棒性和抗震性能进行评价.     

高墩大跨铁路桥梁构件三维地震易损性分析

针对目前桥梁易损性分析方法大多仅适用于一维地震作用下的分析局限性,构建了桥梁危险部位的三维地震损伤指标函数,运用结构可靠度理论和概率统计分析法,推导了三维地震下桥梁损伤破坏发生概率计算理论,建立了三维地震桥梁易损性分析方法.以西部地区某典型铁路刚构-连续梁桥为研究对象,基于云图法的计算结果,验证了三维易损性分析方法的正确性,并建立了桥梁构件全视角极坐标空间易损性云图,全面评估了桥梁构件三维抗震性能.分析结果表明:只进行桥梁结构纵、横向地震易损性分析,已无法真实有效地评估桥梁的实际抗震能力,应开展典型桥梁三维易损性分析.建立的桥梁构件全视角易损性云图可用于评估桥梁的抗震性能,为桥梁三维地震下的抗震设计提供依据.     

考虑冗余度的杆系结构构件重要性评价方法

为杆系结构的安全性与合理设计提供科学性依据,本文基于冗余度理论提出一种定量评价铰接杆系结构构件重要性的方法.首先,基于单元冗余度分布的均衡性,定义杆系结构单元冗余度标准差和单元冗余度平均值的商为结构冗余度分布系数.其次,通过考察拆除不同构件的情况下,剩余结构冗余度分布系数的大小来定量分析杆系结构构件重要性,并定义剩余结构冗余度分布系数为构件重要性系数.算例分析表明,冗余度分布系数可以反映结构分布的均匀性,本文方法可以定量评价杆系结构构件重要性:结构冗余度分布系数越小则结构冗余分布越均匀,结构鲁棒性越好;构件j对应的剩余结构单元冗余度分布系数越大,说明拆除杆件j对结构鲁棒性的影响越大,构件重要性越高.     

基于可恢复指标的结构损伤机制评价方法

为了对基于性能的结构抗震设计提供决策依据,提出可恢复指标对结构不同损伤机制的安全、经济和可恢复性进行对比评价.以体系恢复力(resilience of system)为基础,阐述给定烈度区下单体结构可恢复指标的计算方法和流程;对5种典型损伤机制的RC框架结构,进行易损性分析和恢复力参数计算,得到结构可恢复指标;分析可恢复指标对各主要恢复力参数的敏感性,提出修正的给定烈度区下结构可恢复指标计算方法.结果表明:可恢复指标能够较全面地涵盖结构地震损失相关因素,体现结构的恢复力(即安全、经济和可恢复性);修正的结构可恢复指标能够较好地区分各损伤机制的恢复力,符合已有研究对各损伤机制优劣的定性判别.     

城市洪涝易损性评价的分形模糊集对评价模型

针对城市洪涝易损性评价,提出以反映指标复杂度的分维作为指标权重的思路,同时考虑评价标准边界值的模糊性,基于集对分析原理建立分形模糊集对评价模型.将建立的模型用于湖南省29个城市的洪涝易损性评价,并与其他评价方法进行对比.研究表明,除少数城市外,大多城市的洪涝易损性等级属于中度.所建模型评价结果符合实际,有助推进自然灾害综合评价研究.     

采用等效斜撑模型的砌体结构地震易损性分析

为解决目前砌体结构中弹塑性模型在精确性方面的不足和对地震易损性分析的需要,将等效斜撑模型引入砌体结构有限元模型,根据实体墙、开窗墙和开门洞的侧向刚度特性,提出相应的等效斜撑宽度计算公式.基于等效斜撑模型分别建立上述三类砌体墙的弹塑性有限元模型并进行低周往复加载分析,结合试验结果验证其准确性和实用性.在此基础上建立一典型的三层砌体结构有限元模型,基于增量动力分析方法,分别将最大层间位移角和弹塑性耗能差率作为损伤参数进行地震易损性分析,并对比分析仅考虑横墙砌体结构模型与同时考虑纵横墙结构的易损性曲线的区别.结果表明:传统的层间位移角不能充分体现纵墙的抗震性能,基于能量的损伤参数能够更准确地反映结构损伤演变过程和纵墙性能;宜根据易损性评价需求和计算效率综合建立适宜精度的砌体结构有限元模型.     

基于非弹性位移响应谱值的框架结构易损性分析

为研究基于非弹性位移响应谱的框架结构易损性问题,通过有限元软件建立6个不同周期的钢筋混凝土框架模型,提出了框架结构损伤的4个极限状态的量化指标,采用IDA分析方法得到框架结构的易损性曲线;采用反应谱方法得到地震危险性曲线,进而得到框架结构抗震倒塌安全储备系数。本研究结果为今后评估框架结构的易损性问题提供参考。     

基于能力谱的桥墩冗余度评估

为了有效评估结构的安全性,利用冗余度反映结构抗倒塌能力,提出采用冗余度评估结构抗震性的思路。通过Pushover分析,结合能力谱法建立桥墩基于位移和承载力的冗余度量化指标。分析不同墩高处节点的冗余度指标,探究构件冗余度与墩高的关系,定量分析桥墩的地震响应与抗震性能。通过有限元模拟和试验研究桥墩结构特性评估,更好地反映桥墩在地震作用下的破坏形态,提高工作效率。研究成果将为桥梁结构抗震设计提供参考。     

基于构件损伤的防屈曲支撑钢框架易损性分析

防屈曲支撑钢框架结构在地震作用下构件破坏次序明确,失效机制合理,可视为理想的多道抗震防线的结构体系。为了研究防屈曲支撑钢框架在地震作用下的结构损伤程度,首先建立框架柱、框架梁与防屈曲支撑各构件的损伤模型,通过加权系数法合理地考虑各构件的权重系数与重要性系数,建立楼层的损伤模型,考虑楼层权重系数最终建立了能够反映构件损伤、楼层损伤以及整体结构损伤的防屈曲支撑钢框架结构地震损伤模型,并给出了防屈曲支撑钢框架的损伤状态及相应的损伤指数范围。同时考虑地震动不确定性与结构不确定性对防屈曲支撑钢框架进行IDA分析,对比不考虑结构不确定性与考虑结构不确定性时结构不同损伤程度的易损性曲线,结果表明,在非倒塌状态下,二者区别不大,在倒塌状态下,考虑结构不确定性时对数标准差明显增大。最后对比了采用以结构最大层间位移角与本文所建立的结构损伤指标为评价指标时结构的易损性曲线。     

正放四角锥平板网架楼盖地震易损性

地震易损性分析能准确评估结构抗震性能,为了提出一种网架结构地震易损性的研究方法,对正放四角锥平板网架结构开展了全荷载域时程分析研究其失效机理、参数敏感性分析研究各参数的影响程度、地震易损性分析评价其抗震性能.分析结果表明:网架结构破坏属于延性破坏,具有明显预兆;结构响应对钢材屈服强度、楼面荷载以及地震动记录的敏感性较大,后续分析中应视为随机性因素考虑;提出了适用于正放四角锥平板网架楼盖的地震损伤程度指标及震害等级划分标准,并给出针对该结构的地震易损性分析方法及步骤;分析发现结构在峰值加速度为0.40g(8度罕遇)时保证完好的概率仍有95%,即使出现0.62g(9度罕遇)强烈地震时,结构保证完好的概率仍能达到79%.正放四角锥平板网架楼盖具有较好的抗震性能,很大程度保证了结构的地震安全.     

桁架结构的易损性评价及破坏场景识别研究

针对桁架结构薄弱环节和关键构件的研究,分别以传递函数阵的H2范数及杆件应变能的相对值作为衡量结构整体性能和初始干扰的参数,给出了结构易损性的量化指标,通过桁架结构算例,验证了易损性评价指标的有效性和可行性.在此基础上,基于破坏场景的定义,采用最易破坏场景确定各构件的重要性系数;由最大破坏场景来确定结构破坏的最短路径,即关键路径;用最易损场景寻找结构中存在的易损路径,即薄弱环节.结合有限元软件ANSYS和数学工具MATLAB计算易损性指标,根据其大小将结构易损性进行等级划分,由倒塌和高度易损等级确定了结构的关键路径和薄弱环节,从而为桁架结构的破坏识别提供了一种新的量化评价标准.     

基于计算可靠度的现有RC结构构件的安全等级划分研究

在考虑现有RC结构构件的后续使用年限和抗力衰减的基础上,利用计算的民用RC结构构件在不同情况下的可靠指标,研究了构件计算的可靠指标与其安全等级之间的关系;将现有RC结构构件的可靠指标的定量计算与鉴定时的分级定性评定结合,经过计算和与设计规范的要求比较,给出了安全等级划分评定时的计算可靠指标标准.提出的民用建筑结构RC构件鉴定时安全等级划分评定的量化方法,可应用于现有结构构件的鉴定中;得出的鉴定等级安全性与设计规范的安全性是一致的,实现了民用结构RC构件鉴定的定量计算.     

一种改进的网络鲁棒性与有效性增强方法

针对无标度网络面临恶意攻击时的脆弱性问题,提出了一种改进的网络鲁棒性与有效性增强算法．首先,在已有鲁棒性指标和有效性指标的基础上,将两者合理地融合在一起构造了新的目标函数; 然后,利用高鲁棒性网络的类洋葱结构信息,构造了高效的启发式混合搜索算子,结合模拟退火算法并采用一种基于变化率的评价模型来迭代优化网络的结构,实现了对网络鲁棒性和有效性的同时优化．实验结果表明,该方法能够较好地同时提高网络的鲁棒性与有效性．     

钢桁架梁桥结构两层面承载力分析和优化

基于弹性模量缩减法建立了钢桁架梁桥构件安全系数和结构整体安全系数的便捷计算方法,进而提出了结构两层面安全分析和优化方法。首先引入广义屈服准则考虑组合内力作用,根据能量守恒原则确定单元弹性模量缩减策略,利用线弹性有限元法开展迭代计算,求得各迭代步单元承载比,利用迭代首步和末步结果分别确定钢桁架梁桥构件层面和结构层面的安全系数,根据迭代过程各单元承载比的变化,识别高承载构件和低承载构件,据此开展钢桁架梁桥两层面安全分析。结合两层面安全系数之间的定量关系,通过调整高承载和低承载构件的截面强度,使钢桁架梁桥的承载状态和材料消耗得到优化。算例分析表明,该方法具有较高的计算精度,而且能够通过线弹性方法实现复杂结构的安全分析与结构优化,避免了繁琐的非线性分析和优化计算过程。     

基于连续体拓扑优化的网壳结构鲁棒构型分析

为了对网格结构进行鲁棒性定量分析及找出鲁棒构型,以系统传递函数的H2范数作为结构鲁棒性的定量评价指标和优化目标;以单元相对密度为设计变量,采用固体各向同性惩罚微结构(SIMP)模型描述材料的刚度,建立鲁棒设计的数学模型,将结构的鲁棒性设计转化成连续体拓扑优化;引入保留精英种群的思想,并将大爆炸算法扩展应用在质点系优化中,求得全局最优解.以四点支承双曲扁网壳为例,分析了不同荷载条件下拓扑优化得到的鲁棒构型.结果表明：大爆炸算法可以有效地应用于连续体拓扑优化的鲁棒性构型设计中;以鲁棒构型为准则的正交斜放双曲扁网壳结构优于正交正放双曲扁网壳结构;结构的鲁棒构型可以明确结构的传力路径,对结构的杆件布置和截面设计具有指导作用.     

长三角城市群生态环境脆弱性评价指标体系构建与实证

考虑长三角城市群的地区差异性,基于可持续发展压力?状态?响应(Pressure-State-Response, PSR)模型,综合运用最大相关最小冗余(mRMR)算法、集对分析、熵权法等,构建长三角城市群生态环境脆弱性评价差异化指标体系,并对生态环境脆弱性水平进行综合测度与分析. 实证结果表明:1）该指标体系包含体现生态环境脆弱性的关键基础性指标和地域差异性特色指标,能反映长三角城市群脆弱性现状;2）整体上长三角城市群生态环境脆弱性指数水平分布比较均衡;3）区域内各省市空气污染、人口压力、环境保护层指数水平差异明显,其中,上海、合肥人口压力大;安徽空气污染严重;江苏环境保护比较薄弱.     

浅埋黄土隧道塌方破坏模式及处置技术

以宁夏某浅埋黄土隧道塌方事故为依托,首先讨论分析浅埋黄土隧道的塌方破坏机理及模式,然后根据现场塌方情况,分析案例隧道塌方原因并提出处置方案,最后通过数值模拟和现场监测对其处置效果进行评价。结果表明：黄土自身的易灾性、不良地形地势、浅埋隧道施工扰动以及强降雨入渗共同导致隧道上方围岩形成一定范围的黄土软弱湿陷带,原隧道支护结构无法抵抗劣化后的围岩,围岩变形和结构受力均大幅增加,其中拱顶沉降增大了91.8%,拱肩处初支正弯矩增大了60.7%;黄土地层开挖面失稳破坏可分为掌子面到达软弱湿陷带的失稳破坏和穿越整个软弱湿陷带的失稳破坏两种模式;结合有限元模拟和现场监测验证,“临时支护系统+换拱+超前中管棚注浆加固”的综合防塌方处置技术应用效果显著。     

沥青路面未确知测度结构优选模型

高速公路投资额巨大,需要科学的路面结构选择方法。针对高速公路沥青路面结构方案评价过程中存在着许多不确定的知识和信息,应用未确知测度数学方法建立了高速公路沥青路面结构优选评价模型,该方法对评价空间实现了有序分割,通过建立多指标综合测度评价矩阵对不同方案进行识别排序。应用该模型对3种典型路面结构进行了综合评价。结果表明,采用该方法得到的评价结果能够较为客观地反映沥青路面结构的综合性能。     

短肢剪力墙结构扭转效应有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,建立三层短肢剪力墙空间结构有限元模型,通过改变控制参数和受力条件,研究轴压比、荷载偏心距和节点区箍筋配筋率对短肢剪力墙结构抗扭承载能力的影响,并将计算结果与一个结构模型试验结果进行对比。计算结果表明:当轴压比小于等于0.5时,短肢剪力墙结构抗扭承载能力随轴压比增加而增大,当轴压比超过0.5以后,结构抗扭承载能力随轴压比增加而降低;荷载偏心距增大,扭转效应加强,结构承载能力降低,扭矩增加加速了连梁端部受拉破坏,外边缘结构的连梁端部受到弯剪扭复合作用,是结构抗震的薄弱位置,建议加强配筋;适当增加节点区水平箍筋配筋率能有效提高结构抗扭承载能力。