结构随机分析的向量型层递响应面法

结构随机分析的传统响应面法通常用于显化表示某一随机响应量在结构特定点的涨落,属于标量型响应面法。为克服传统响应面法的局限性,提出了结构总体节点位移向量显化表示的层递响应面法,属于向量型响应面法。首先利用Karhunen-Loève级数线性展开随机刚度矩阵和节点荷载向量,并定义随机场均值处的刚度矩阵作为预处理器,进而生成预处理Krylov子空间;然后将结构总体节点位移向量在该空间中层递展开,建立向量型的层递响应面,有效保持了节点位移之间的协调性;最后分析了层递响应面与混沌多项式之间的关系,给出了样本点选取原则,建立了节点位移向量的均值和协方差计算公式。通过算例分析,验证了层递响应面法的高精度、全域性和快速收敛性。     

矩形钢管混凝土齐次广义屈服函数与桁架结构极限承载力

研究建立具有广泛适用性的钢管混凝土(CFST)矩形截面的齐次广义屈服函数(HGYF),据此提出CFST桁架结构极限承载力分析的高效、自适应弹性模量缩减法(EMRM)。首先以约束效应系数为自变量,利用高阶多项式拟合HGYF的待定系数,使之与不同的CFST矩形截面相协调;进而,通过回归分析建立CFST矩形截面的HGYF,并据此建立高承载单元的自适应识别准则。然后,通过自适应缩减高承载单元的弹性模量模拟结构的刚度损伤演化,由此确定CFST桁架结构的极限承载力。通过将CFST构件及结构两个层面的计算结果与模型试验及增量非线性有限元法结果对比分析,验证了该文建立的HGYF和EMRM具有良好的适用性与计算精度,且能够取得更高的计算效率。     

非弹性结构体系的概率地震损伤分析

综合考虑强度退化、刚度退化、捏拢效应等典型滞回特性的影响,提出了双向激励下非弹性体系地震损伤分析的新型数值模型.结合所筛选的69条地震记录,定量地分析了双向地震激励、强度退化、刚度退化、捏拢效应等因素对地震损伤指标的概率统计特征的影响.计算结果显示:非弹性双自由度体系的地震损伤指标可以描述为Frechet或Lognormal分布随机变量;双向激励下非弹性双自由度体系的地震损伤指标可以近似表达为单向激励下非弹性单自由度体系的地震损伤指标的平方和开方;减小结构的屈服后刚度或考虑强度退化、刚度退化和捏拢效应的影响可以明显加剧结构的地震损伤程度.     

混凝土恒电压RCM测试方法的边部效应研究

恒电压RCM试验时混凝土试块中氯离子扩散深度存在明显的边部效应,影响氯离子扩散系数测试结果的准确性。鉴于此,开展了68组混凝土试块的恒电压RCM试验,定义了试块测点上氯离子扩散深度的标准值,利用数理统计方法定量分析了边部效应对氯离子扩散深度及氯离子扩散系数的影响,确定了边部效应的影响范围,进而通过回归分析建立了内部氯离子扩散系数与全截面氯离子扩散系数之间的关系模型。研究表明,边部效应的影响范围为试块周边外表面延伸至试块内部10 mm的区域;传统的未排除边部效应影响的恒电压RCM测试结果会高估混凝土的氯离子扩散系数;内部氯离子扩散系数与全截面氯离子扩散系数之间具有较强的相关性。     

温度和湿度对钢筋腐蚀控制模式及速率的影响

结合理论分析、数值模拟和模型试验数据,分析了温度和相对湿度对混凝土中钢筋腐蚀控制模式及速率的影响规律.首先基于混凝土中钢筋腐蚀的电化学原理,并考虑电极反应的逆向反应速率对活化极化过电位的影响,改进了传统钢筋腐蚀宏电池模型中的阳极腐蚀电位;然后分析了温度和相对湿度对平衡电位、交换电流密度、极限电流密度等参数的影响,建立了能够有效考虑温度和相对湿度影响的钢筋腐蚀宏电池模型;最后利用人工和自然气候环境下的试验数据,对比验证了所建模型的有效性,并分析了温度和相对湿度对混凝土中钢筋腐蚀控制模式及速率的影响规律.     

海洋浪溅区混凝土的多因素时变环境作用模型

为了量化描述海洋浪溅区混凝土的环境作用,研究建立了一种考虑多因素耦合影响的海洋浪溅区混凝土表面氯离子浓度(C_(s,spl))时变模型。首先搜集遴选了372组长期自然暴露试验数据,建立了C_(s,spl)的试验数据库;然后通过对试验数据的分析,研究确定了材料特性和暴露时间对C_(s,spl)的耦合影响;进而利用两阶段回归分析法确定了胶凝材料因子,据此修正胶凝材料种类对水胶比和暴露时间的影响规律,建立了能够综合考虑水胶比、胶凝材料种类和暴露时间等多因素耦合影响的C_(s,spl)时变模型;最后通过与现场暴露试验数据和现有模型的对比分析验证了该模型的有效性和适用性。     

大掺量粉煤灰混凝土强度的多因素计算模型研究

现行大掺量粉煤灰混凝土强度计算模型往往建立于单一批次试验结果基础上,试验样本的因素水平覆盖范围较小,导致模型的适用范围受到影响.为此,本研究广泛搜集国内外大掺量粉煤灰混凝土强度的试验研究结果,建立了试验数据库,并通过因素分析和回归分析研究建立了大掺量粉煤灰混凝土强度的多因素计算模型.首先分析了粉煤灰混凝土强度的主要影响因素及其影响规律,确定了粉煤灰混凝土强度的多元函数表达式.然后通过搜集大量不同地域不同课题组的试验数据建立粉煤灰混凝土强度试验数据库.进而,结合非线性最小二乘法研究建立了大掺量粉煤灰混凝土强度的多因素计算模型.通过与试验数据和现有模型进行对比分析,验证了本文模型的适用性及有效性.研究表明,行标JGJ 55-2011提供的粉煤灰混凝土强度计算模型不适用于大掺量粉煤灰混凝土.     

混凝土孔径分布模型及其应用

研究了混凝土100 nm以下的孔径分布特征及其与氯离子快速扩散测试中6 h电通量的关系.粉煤灰单掺、矿渣粉单掺及复掺粉煤灰/矿渣粉用于制备混凝土,养护龄期为7、14、28和90d,采用压汞法获取各龄期样品的孔径分布数据.将粉体颗粒尺寸分布的 Rosin Rammler Bennet(RRB)模型用于描述混凝土中100 nm以下的孔径分布,得到特征孔径X和孔径分布均匀性系数n.研究表明,在全部样品中,X的分布范围为30～70nm,最可几范围为40～50nm,孔径分布均匀性系数n的分布范围为1.1～2.1,最可几范围为1.3～1.6;在较大水胶比(0.50)时,特征孔径X呈现先增后减的趋势;特征孔径X与氯离子快速扩散测试的6 h电通量存在正相关的趋势,孔径分布均匀性系数n与6 h电通量则存在负相关趋势,综合n与X影响的n/X与6 h电通量存在非线性的负相关趋势且更为明确.     

混凝土氯离子提取液中氯离子含量测定方法研究

分析了常用的混凝土氯离子提取液中氯离子含量的测定方法,对普通佛尔哈德化学滴定法进行了改进,并将该方法与普通佛尔哈德化学滴定法和电位法进行对比.研究发现,电位法操作简单、用时较短,可以用于工程中氯离子的快速测定,但由于其精度较低,不适合用于对混凝土氯离子提取液中氯离子含量的精确分析;利用改进佛尔哈德化学滴定法测定标准溶液中氯离子含量在10 mg/ml以下时的误差小于1%,与普通的佛尔哈德化学滴定法相比,改进的佛尔哈德化学滴定法具有更高的测定精度,适用于混凝土氯离子提取液中氯离子含量的精确分析.     

高性能混凝土的氯离子扩散及服役寿命研究

通过快速氯离子扩散试验测试了不同矿物掺和料高性能混凝土和普通混凝土的电通量,分析计算了氯离子扩散系数和钢筋锈蚀的临界氯离子浓度;利用边界元法计算了普通混凝土和高性能混凝土的服役寿命.结果表明:基于边界元法的氯离子扩散场计算长度理论及数值分析模型能很好预测混凝土的服役寿命.三掺粉煤灰、硅灰和矿渣高性能混凝土其耐久性优于单掺粉煤灰高性能混凝土,具有最佳抗氯离子扩散能力.