基于统计矩理论的无模型结构损伤识别方法研究

通过对统计矩理论的分析,提出了一种在时域内利用结构加速度八阶矩作为损伤指标,直接利用输出信号快速判断结构有无损伤及损伤位置的识别方法。通过对典型Benchmark四层钢框架结构数值仿真模型和实测试验进行分析,研究了不同位置斜撑缺失以及弹性模量减少工况下的损伤位置识别,并通过12层标准RC框架振动台试验数据分析了不同楼层梁的损伤工况,判定了各楼层相对损伤程度变化。结果表明：利用响应信号的结构加速度八阶矩适合作为损伤识别的直接判别指标,通过两次定期测试的相对变化可以直接快速对不同损伤工况进行损伤诊断。     

基于统计矩理论和贝叶斯方法的框架结构损伤识别方法研究

基于统计矩理论,以融合位移四阶统计矩和加速度八阶统计矩作为损伤指标,结合贝叶斯混合采样算法,提出了仅通过单次采样即可进行框架结构损伤识别的方法。该方法将标准MH算法和Gibbs算法相结合,以正交设计试验为基础研究单次采样的最佳时长。通过改进的位移四阶统计矩和加速度八阶统计矩损伤指标,快速识别模型结构损伤位置,然后结合贝叶斯MH-Gibbs混合采样算法基于模型分析快速识别结构损伤程度。建立12层标准框架结构数值模型,在信噪比40、30 dB条件下,针对不同损伤识别方法进行识别效果及效率研究对比。通过已有振动台试验对该识别方法进行验证,结果表明：改进的位移四阶统计矩和加速度八阶统计矩损伤指标相较于采用单一加速度八阶统计矩损伤指标识别效果更精准,根据正交设计试验得到的单次采样最佳时长避免贝叶斯方法多次采样的局限性,因此该方法在识别结构损伤时收敛快耗时短,识别精度高且只需一次采样即可对框架结构进行损伤诊断。     

基于有限单元柔度法的钢筋混凝土空间框架非弹性地震反应分析

本文基于有限单元柔度法纤维模型梁柱单元理论,编制了钢筋混凝土空间杆系结构非弹性动力分析程序。通过对一个退台六层钢筋混凝土空间框架振动台试验结果与数值模拟分析结果的对比,对基于非线性有限单元理论和纤维模型的空间杆系分析模型进行钢筋混凝土空间框架非弹性地震反应分析的有效性进行了验证和评价。对地震振动台试验的模拟分析表明,纤维模型梁柱单元对中等以下损伤的结构地震反应具有很好的模拟能力,对于结构处于严重损伤的阶段,模拟所得的结构位移和损伤程度将会小于结构的实际位移和损伤程度,这可能是由于目前纤维模型梁柱单元尚不能考虑钢筋的粘结滑移以及将现浇楼板简单处理为刚性并未考虑楼板刚度实际会出现明显降低的现象所致。     

基于模型确认的结构概率损伤识别方法研究进展

基于静动力特性改变的结构损伤识别方法在过去几十年中得到了长足发展。相对于确定性的损伤识别,基于概率统计理论框架的损伤识别方法能够更好地反应损伤问题的不确定性本质,是一种非常有发展潜力的损伤识别方法,有望解决当前大多数损伤识别方法对于测量误差和噪声敏感的问题,从统计意义上实现复杂工程结构健康监测早期损伤的诊断。在回顾结构确定性损伤识别方法的基础上,主要介绍不确定性损伤识别方法和有限元模型确认的研究进展,分析比较各种方法的优点和不足之处;最后对有待进一步研究的问题和基于模型确认的概率损伤识别方法发展趋势进行展望。     

基于不同损伤本构模型的钢筋混凝土剪力墙结构数值模拟

混凝土材料的力学行为具有典型的非线性与随机性特征。而科学合理的本构模型是进行混凝土结构动力反应与抗震整体可靠性分析的基础。为深入研究该问题,采用三类不同的混凝土损伤本构模型,包括混凝土塑性损伤本构模型、混凝土细观随机断裂损伤模型和考虑拉压软化效应的混凝土细观随机断裂损伤模型,对1个9层钢筋混凝土剪力墙结构进行精细化动力反应数值模拟,并与已完成的振动台试验结果进行对比。结果表明：采用三类模型均能较好地预测混凝土剪力墙结构的顶层位移最大值;然而,由于不合理地假定了损伤完全决定于塑性,采用经典塑性模型难以获得正确的结构层间位移角分布和损伤分布;与之相比,采用混凝土细观随机断裂损伤模型能够很好地反映混凝土结构的失效模式、裂纹开展和损伤分布,尤其通过进一步引入拉压软化效应,不仅能够定量反映上述特征及弯剪破坏形态,而且能够反映试验中存在的底部受压破坏模式。     

基于不确定性的结构损伤识别方法研究综述

基于静动力特性改变的结构损伤诊断方法在过去几十年中发展迅速。与损伤识别的确定性方法相比,损伤识别的不确定性方法能更为有效合理地处理损伤识别过程中涉及的不确定性干扰问题,并从统计意义上实现复杂工程结构健康监测的早期损伤诊断,因此已成为当前结构损伤识别领域的研究热点。在简要回顾了损伤识别确定性方法的基础上,主要介绍了损伤识别不确定性方法的研究进展,并分析了各方法的优缺点,对有待进一步研究的问题及此类方法的发展趋势进行了展望。     

基于振动台试验的高层剪力墙结构增量动力分析研究

将增量动力分析和模拟地震振动台试验两种方法相结合,对一缩尺比为1∶5的12层钢筋混凝土剪力墙结构进行3条地震波输入下的振动台试验,并将传统振动台试验的多级加载进一步细分至15个水准,以峰值加速度为地震动强度参数(IM),以各楼层的最大层间位移角为工程需求参数(EDP),绘制IM-EDP曲线。借鉴增量动力分析曲线簇的处理方式,将曲线上的某些特征点与结构性能的变化相联系定义极限状态;在曲线上求取多遇、基本和罕遇地震作用下结构的响应值,结合试验现象,对结构进行确定性的抗震性能评估。采用ABAQUS建模并对结构进行增量动力分析和基于振动台试验加载顺序的连续计算,对比IM-EDP曲线及其50%分位数曲线可知,试验IM-EDP曲线基本为IDA曲线簇的下限,即通过振动台试验所得IM-EDP曲线进行基于概率的抗震性能评估时,将偏于保守;连续计算结果与试验结果吻合较好,能有效考虑试验中损伤的累积。     

附加黏滞阻尼器的RC框架振动台试验研究

利用振动台试验,对附加黏滞型阻尼器的RC框架进行附加阻尼比研究。共设计模拟小震到大震的11个工况,每组工况包括白噪声扫频、2个天然波和1个人工波激励,利用结构振动过程中的加速度响应数据进行动力参数识别,得到随工况进展、损伤累计的结构自振频率、阻尼比与振型等动力特征;同时,利用无阻尼器的对比框架振动试验得到纯框架部分的阻尼比,近似计算得到附加阻尼比的识别值;最后,利用应变能法与强行解耦法以及振动时程数据、识别得到的结构模态参数,对附加阻尼比进行计算。计算结果与识别值的对比发现,在层间位移较大的情况下,应变能法计算结果偏大,而强行解耦法结果偏小。     

无柱加腋地铁车站土-结构模型振动台试验

以南宁地铁5号线金桥站为工程背景,根据模拟地震振动台试验的相似性理论,考虑地铁车站结构与土的材料性能、几何特性以及模型结构动力试验的相似关系等,设计制作了用于模拟地震振动台试验的无柱加腋地铁车站模型结构和试验用模型箱。选取El Centro地震波、Taft地震波和南宁人工地震波,同时考虑地铁车站结构上覆土厚度等参数的变化,进行了多种工况下的模拟地震振动台试验,研究了考虑地铁车站土-结构相互作用的无柱加腋地铁车站模型结构的地震响应特点和主要变化规律,分析了上覆土厚度对模型结构动力响应的影响,考察了结构抗震的薄弱部位和主要损伤区域。采用ABAQUS有限元软件建立考虑地铁车站土-结构相互作用的三维空间有限元模型,进行了相应工况下的模拟地震有限元时程分析,并与振动台试验结果进行了比较。结果表明:有限元模拟结果与振动台试验结果吻合较好,说明建立的有限元模型和分析方法可靠有效; 3种地震波下模型结构的主要地震响应特点基本相同,其加速度响应和位移响应都随输入峰值加速度的增大而增加; 上覆土厚度是影响车站模型结构加速度响应的重要因素,当上覆土厚度较薄时,车站模型结构的位移响应较大; 模型结构的侧墙与底板、中板连接的加腋处是开裂和损伤最严重的区域,侧墙裂缝呈竖向发展,并出现多道连续裂缝,应引起重视。     

基于试验测量的高层结构整体抗震损伤评估

结构的损伤模型可以从材料、构件和整体三个层次研究。整体结构损伤模型主要以结构整体为研究对象,从结构的整体反应参数变化研究结构整体性能的变化规律,并对在地震作用下结构的损伤、抗震性能进行分析。结构损伤时物理参数的变化,必将引起动力参数的变化。因此可以通过动力测试来捕捉结构动力参数的变化,如:结构损伤前后固有频率、模态振型和阻尼的变化,可以进行结构损伤诊断。结合在同济大学土木工程防灾国家重点实验室做过的几十个模拟地震振动台试验测试结果,统计和总结地震作用下高层建筑结构自振频率与阻尼比的变化规律,提出了一种新的损伤模型与损伤指标。该损伤模型综合考虑了高阶振型、振型参与系数、结构自振频率、阻尼比等影响因素。最后,用该损伤模型和损伤指标对其中3个典型的高层建筑结构模型模拟地震振动台试验数据进行验证,结果表明:该损伤模型与试验现象基本吻合。可对既有工程结构快速准确地进行动力损伤识别与评估。     

梁端铰型受控摇摆式钢筋混凝土框架抗震性能振动台试验研究

受控摇摆式钢筋混凝土框架(CR-RCF)采用梁柱铰接节点,后张预应力钢筋提供结构整体恢复力,并采用层间阻尼器耗散地震能量、控制结构整体位移。通过模拟地震振动台对比试验,研究受控摇摆式钢筋混凝土框架的抗震性能。介绍了CR-RCF结构的摇摆机制及摇摆节点的构造形式,设计了受控摇摆式钢筋混凝土框架和常规框架两个振动台试验模型,输入El Centro地震波,得到了不同地震动峰值加速度下结构的动力响应,对比分析了两个模型的振动台试验结果。结果表明：CR-RCF结构较常规框架具有更小的抗侧刚度,故其地震加速度响应更小;CR-RCF结构设置了层间阻尼器耗能装置,地震作用下的结构整体位移得到有效控制;在经历罕遇地震作用后,仅层间阻尼器进入屈服状态,主体框架承重构件保持完好,无任何损伤,表现出优异的“免损伤”特征。     

框架-核心筒结构振动台试验全过程动力弹塑性仿真

采用动力弹塑性分析方法,对某高层建筑普通钢筋混凝土框架-核心筒结构的振动台试验的全过程进行仿真分析,并就结构动力特性、顶点位移、最大层间位移角以及结构损伤与破坏过程同振动台试验结果进行了对比分析。结果表明,仿真分析结果与试验结果吻合良好;所采用的动力弹塑性分析方法能够正确反映结构的受力状态与变化过程,实现了振动台试验全过程的模拟与结构破坏过程的重现。     

北京地区典型砖木结构农宅抗震加固性能研究

根据北京地区农村住宅调研结果,选取最典型的砖木(前檐砖柱支撑)结构,进行了加固前后的振动台试验。针对北京地区农村住宅砖木结构(砖柱支撑)未加固模型的振动台试验结果,提出了抗震加固措施,包括:加设钢筋混凝土窗框,增大前纵墙的抗侧刚度;采用水泥砂浆面层加固两面山墙、砖柱和窗下墙,提高墙体的承载和变形能力;加设钢圈梁,提高结构的整体牢固性。分析了模型加固前后振动台试验的损伤情况、频率和阻尼、加速度动力系数、位移和滞回曲线等结构动力特性参数。上述加固措施显著提高了此类砖木结构农宅的抗震能力,加固模型达到了"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防目标。     

碳化概率模型及混凝土结构碳化失效概率分析

混凝土碳化分析是评估混凝土结构长期性能的重要内容。该文分析总结了现有混凝土碳化理论和经验模型。在现有确定性模型基础上,通过添加模型修正项的方法修正确定性模型的误差,建立混凝土碳化概率模型。概率模型中模型参数的后验统计分布特征利用已有检测数据通过贝叶斯更新手段获得。基于建立的碳化概率模型,构建混凝土结构碳化时变失效概率的分析方法,该方法充分考虑模型不确定性对混凝土结构碳化时变失效概率的影响。运用该方法对一钢筋混凝土简支板的碳化性能进行了分析评估。     

铅芯橡胶支座性能试验对比研究

对基础隔震模型振动台试验中使用的铅芯橡胶支座性能进行了试验研究 ,在振动台试验前后分别对所使用的橡胶支座做了性能试验 ,研究了单个支座性能试验结果与模型中支座的性能关系。对振动台试验初始工况和模型经历数十个地震动输入工况后橡胶支座的性能作了研究。分析的主要参数有铅芯橡胶支座的屈服后水平刚度、屈服荷载及支座水平力 位移滞回曲线。分析结果可供采用铅芯橡胶支座的基础隔震房屋分析和设计时参考     

考虑结构不确定性的多层框架结构地震易损性分析

文中选取常见的六层钢筋混凝土框架结构作为研究对象,考虑地震动与结构模型的双重不确定性,基于拉丁超立方抽样和正交设计相结合的试验方法针对结构模型建立了27个结构样本,应用OpenSees分别对每个样本开展增量动力分析,分别计算出每个样本在27条地震动的12次调幅作用下的各算例所对应的最大层间位移角。并对最大层间位移角与峰值加速度结果进行回归分析。以结构最大层间位移角作为损伤指标得到结构地震易损性曲线,并对比分析了地震动记录条数与模型不确定性对结构地震易损性的影响。结果表明,文中提出的分析方法能够较好的考虑地震动不确定性与结构自身不确定性,是一种有效的理论易损性求解方法;结构模型自身的不确定性对结构地震易损性结果具有较大的影响,这种影响对结构在大震作用下的抗倒塌能力尤为明显;文中的研究结果可为评估多层框架结构的地震灾害损失提供基础数据。     

基于RC桥梁墩柱的地震损伤模型比较分析

随着基于性能抗震设计理论的发展,地震损伤指标在建立性能目标量化准则和加固决策方面受到重视。地震损伤模型的建立以及验证大多是以建筑结构为基础,鲜有以桥梁结构,更少针对桥梁结构对各种典型滞回模型进行比较总结。本文以钢筋混凝土桥墩为研究对象,对8个典型的地震损伤模型进行了对比分析研究。研究表明,不同损伤模型确定的损伤指数差异较大,损伤指数发展趋势与实际试验中破坏程度不能很好对应;ParkAng模型与试验符合较好;刘伯权模型考虑了低周疲劳效应概念简单、应用方便。     

钢筋混凝土空心矩形桥墩振动台试验

通过地震模拟振动台试验研究了钢筋混凝土空心矩形桥墩的抗震性能,以某空心矩形桥墩为原型设计了2个具有不同配箍率的空心矩形桥墩模型试件,并对其进行地震模拟振动台试验,选取El Centro波、Taft波和人工兰州波作为地震动激励,分析了各工况荷载下桥墩顶部的加速度响应、动力放大系数和墩顶位移响应等参数;利用大型通用有限元软件ABAQUS建立了桥墩有限元模型,将试验采集的加速度和位移响应同有限元计算结果进行对比分析。结果表明:2个模型试件均具有良好的抗震性能;不同地震波激励作用下,桥墩顶部加速度和位移响应不同;配箍率越高,墩身裂缝分布越密集,裂缝宽度越小;配箍率对加速度和速度响应无显著影响;验证了利用ABAQUS软件建立的有限元模型的可行性。     

弹塑性位移谱法与振动台试验比值的数值分布特征

本文将弹塑性位移谱法的计算结果与12层钢筋混凝土模型框架结构振动台试验作了比较。振动台输入峰值加速度依次为:0.090、0.2580、.388、0.517、0.646、0.775和0.904g。利用弹塑性位移谱法计算出各工况下模型框架的楼层位移和层间位移角需求及其与试验结果的比值,讨论了楼层位移比、层间位移角比随输入峰值的变化情况,以及楼层位移比、层间位移角比的数值分布特征。比较分析可知:弹塑性位移谱法的计算结果较为接近结构的真实地震反应,可在基于性能的抗震设计中应用。     

注胶修复混凝土框架结构模型振动台试验

以相似比为1∶4的双跨8层混凝土框架模型为试验对象,按照8度多遇(0.084g)、8度基本(0.24g)、8度罕遇(0.48g)以及8度半罕遇(0.612g)的顺序,分四个阶段对模型结构进行模拟地震试验,框架模型损坏后,对框架损伤区域的裂缝进行环氧树脂注胶修复,然后对框架模型输入与初次振动台试验相同的工况进行再次振动台试验,并比较混凝土框架模型在初次振动台试验、再次振动台试验中动力特性指标的变化特点,注胶修复前、后的不同水准地震作用下混凝土构件开裂、压碎等破坏形态以及模型结构层间刚度;将试验结果推算至原型,比较原型层间位移角等指标,以此评价注胶修复技术修复混凝土框架结构的有效性。试验结果表明,采用的环氧树脂注胶修复技术可以有效地修复震损后的混凝土框架结构。