海洋潮汐区混凝土表面氯离子浓度的时变规律及多因素模型

针对现有模型无法合理考虑胶凝材料种类和暴露时间对潮汐区混凝土海洋环境作用的耦合影响,基于631组海洋潮汐区野外暴露试验数据,本研究建立了海洋潮汐区混凝土表面氯离子浓度的多因素时变模型。首先分析了暴露时间和材料因素对表面氯离子浓度的影响规律,然后通过引入时间系数和稳定系数修正表面氯离子浓度的多因素模型,进而根据两阶段非线性回归分析确定待定模型参数,从而建立了一种能够综合考虑胶凝材料种类和暴露时间耦合影响的潮汐区混凝土表面氯离子浓度多因素时变模型,最后通过与潮汐区野外试验数据和现有计算模型的对比分析,验证表明该模型能够综合考虑水胶比、胶凝材料种类和暴露时间等因素的耦合影响,具有广泛适用性。     

钢桁架结构稳定性与两层面强度优化设计研究

现行桁架结构优化设计方法难以同时满足构件和体系两层面强度需求。鉴于此,利用弹性模量缩减法研究建立了考虑稳定性影响的桁架结构两层面强度优化设计的改进均匀承载法。在桁架杆件的截面轴向强度中引入压杆稳定系数,据此建立考虑稳定性影响的桁架杆件单元承载比计算表达式。根据弹性模量缩减法迭代首步与末步的构件承载比分别确定桁架在构件和体系两个层面的强度系数,建立构件与体系两层面强度之间的显性关系式按照两层面强度系数的目标值调整各构件的截面强度,利用构件承载比均匀度建立桁架结构优化设计的迭代收敛判据。通过对比分析,验证了该文方法建立的结构设计方案,取得了较好经济效果,克服了现行桁架结构优化设计方法难以满足桁架两层面强度需求的缺陷。     

钢筋混凝土拱承载力分析的齐次广义屈服函数

为了解决弹性模量调整法应用于钢筋混凝土(RC)结构的难题，建立了矩形截面RC偏压构件的通用齐次广义屈服函数。充分考虑RC偏压构件的破坏机理，并利用二次函数建立了矩形截面RC构件的分段光滑压弯承载力相关方程。通过回归分析建立分区表达的截面特征函数，以综合考虑钢筋混凝土偏压构件的截面几何和材料性能对承载力的影响，在此基础上采用分数指数幂的一阶多项式建立矩形截面RC偏压构件的齐次广义屈服函数。利用单元承载比定义高承载单元的自适应识别准则，通过有策略地缩减高承载单元的弹性模量模拟RC拱结构高应力区域的刚度退化，并根据线弹性迭代分析确定RC拱的极限承载力，据此提出了RC结构承载力分析的弹性模量缩减法。通过与模型试验及增量非线性有限元法对比分析，验证了该文方法具有较高的计算精度与计算效率。     

框架结构整体承载力优化设计的改进方法

为解决框架结构整体承载力优化设计方面存在的问题,建立了多内力组合下矩形和工字形截面几何参数的调整方法,并通过引入强化迭代系数提出了框架结构整体承载力优化设计的改进方法。首先,通过弹性模量缩减法分析框架结构在组合内力下的损伤演化过程,据此确定框架结构在构件和整体2个层面的承载力需求。然后提出了强化迭代系数并确定了其取值,据此调整构件截面强度,建立了结构整体承载力优化设计的加速迭代格式,其可保证框架结构在构件和整体2个层面上的安全性需求并优化结构耗材。同时,为实现截面强度调整在结构计算模型中的更新,建立了多内力组合作用下矩形和工字形截面几何参数调整公式,可根据截面强度调整需求进行截面几何参数的调整。最后,通过与满应力优化准则法对比分析验证了所提方法的合理性。结果表明:采用构件截面几何参数调整方法和加速迭代格式,强化迭代系数取1.001～1.020时,所提方法迭代收敛速度快,且能够获得承载性能和经济性能均优的框架优化设计方案。     

结构可靠度分析的向量型层递响应面法

结构可靠度分析的传统响应面法和随机响应面法都属于标量型响应面法,为克服其局限性,利用预处理Krylov子空间法研究建立了结构可靠度分析的向量型层递响应面法。首先将随机刚度矩阵和节点荷载向量线性展开,通过选取合适的预处理器建立了预处理Krylov子空间及层递基向量,据此将随机节点位移向量进行层递展开,形成向量型的层递响应面。进而,利用混沌多项式展开层递基向量和层递响应面,根据混沌多项式确定层递响应面的样本点选取方法。在此基础上,根据可靠指标的几何含义,利用响应量的层递展开式建立了结构可靠度分析的迭代算法。算例分析表明,该方法与传统响应面法或随机响应面法相比,能够取得更高的计算效率和计算精度。     

基于弹性模量缩减法的钢岔管安全评价

本文指出现行钢岔管基于应力分类的安全评价方法中存在的问题:应力指标的弹性计算方法与安全评价的塑性原理不协调;提出基于弹性模量缩减法的钢岔管安全评价方法,该法根据下限原理,在弹性迭代获得结构体系的一系列允许应力场过程中,对不同类型单元采用相应的广义屈服准则,利用单元承载比统一衡量所有单元的承载状态,使不同类型单元的弹性模量缩减可按同一表达式进行,能克服现行评价方法中存在的问题,并可将弹性模量调整法扩展至所有类型钢岔管的极限分析和安全评价中.对某月牙肋岔管安全评价表明:基于弹性模量缩减法的钢岔管安全评价方法有良好的计算精度和计算效率;现行基于应力分类的安全评价方法不能充分考虑钢材的塑性性能,计算耗材量较大;按规范设计的月牙肋岔管的整体膜应力和月牙肋应力的强度储备较高,局部应力是引起结构破坏的薄弱环节.     

双向地震激励和P-效应对延性需求的影响

利用规一化位移作为控制参数,以圆形屈服面来描述双向规一化抗侧恢复力之间的耦合效应,且综合考虑P-效应、强度退化、刚度退化、应变硬化等因素的影响,建立了双向地震作用下非弹性双自由度体系地震动力响应分析的新型双轴Bouc-Wen模型。结合69条地震记录,定量地分析了双向地震激励和P-效应对延性需求的概率统计特征的影响。计算结果显示：双向地震激励和P-效应对延性需求的影响较大,且影响程度对结构参数的取值比较敏感;长周期体系的延性需求可以描述为Lognormal或Frechet分布,而短周期体系的延性需求描述为Frechet分布更为合理;双向地震激励下的延性需求可以近似表达为单向地震作用下延性需求的平方和开平方。     

闭口薄壁杆件约束扭转计算的样条里兹法

本文根据Ｖ．Ｚ．Ｖｌａｓｏｖ的广义坐标法。结合样条函数理论和能量变原理，提出闭口薄壁杆件约束扭转计算的样条里兹法。     

基于随机场正交级数展开的蒙特卡洛有限元法

应用Karhunen-Loève正交级数对随机场进行正交展开，并在此基础上建立了工程结构随机模拟分析的Karhunen—Loève正交级数蒙特卡洛有限元法。该法避免了随机场的空间离散，不仅保持了传统蒙特卡洛有限元法计算结果相对精确的特点，而且避免了随机变量随着空间离散单元数目的增加而增加的缺陷，可以有效控制蒙特卡洛法模拟计算的工作量。     

海洋混凝土结构耐久性定量分析与设计

针对当前结构耐久性设计缺少定量计算模型,难以保证设计的混凝土结构在海洋环境腐蚀作用下达到预定服役寿命等问题,提出海洋混凝土结构耐久性设计的计算模型和定量设计方法。首先,利用试验数据和回归分析理论建立混凝土电通量与氯离子扩散系数的关系模型,分析验证该模型的合理性和适用性;进而选取混凝土保护层厚度、龄期衰减系数和氯离子渗透能力系数(混凝土电通量或氯离子扩散系数)等参数作为海洋混凝土结构耐久性设计参数,利用Fick第二定律建立耐久性设计参数的计算模型,提出海洋混凝土结构耐久性设计参数限值的确定方法和步骤,结合算例结果分析现行混凝土结构耐久性设计规范的局限性。研究表明,由于现行的混凝土结构耐久性设计规范所选取的设计参数中没有选取龄期衰减系数,且缺少定量计算模型,导致在部分情况下不能满足混凝土结构预定的服役寿命要求或混凝土制备要求。该文方法通过合理选取耐久性设计参数并依据定量计算模型确定设计参数限值,克服了现行设计规范存在的缺陷和不足。