Inspection and Monitoring Techniques for Power Lines

Structural assessment is prerequisite for proper maintenance of civil infrastructure.In the begining of this paper,modern inspection and monitoring methods are briefly reviewed.Experiences in applying image-based methods for highway bridge inspection are described shortly afterward.Studies are then extended to explore technologies for power delivery infrastructure evaluation.Typical power line components are first introduced. Structural analyses show complicated coupling phenomena in the power line syste...     

符合国际工程专业认证要求的课程档案编制方法研究——以建筑结构抗震课程为例

全球化发展对中国土木工程专业与国际接轨提出了新要求,开展国际专业认证是一种以评促建的重要措施。文章简要介绍了中国土木工程专业国际认证现状以及美国工程技术认证委员会(ABET)的专业认证要求。对参加ABET专业认证所需材料之一的课程档案编制进行研究,阐述了ABET专业认证课程档案的编制要求,并提出了相关编制建议。以同济大学土木工程学院开设的建筑结构抗震课程为例,对基于ABET认证的课程档案编制进行了进一步阐释。     

塔式光热电站定日镜结构风致响应与振动控制研究综述

光热发电技术是太阳能利用的重要手段之一，其中，塔式光热发电技术因其大规模储能等优势，具有较好的应用前景。定日镜作为塔式光热电站的重要单元，其抗风安全性直接影响电站的正常运行。从结构体系、风荷载、风致响应与振动控制等方面对定日镜结构抗风设计中的关键问题进行文献综述，得到以下结论：定日镜主要采用“大尺寸反射镜+框式镜架+独立柱式基座”的结构形式；风荷载模拟中存在定日镜的尾迹区湍流分析困难、镜体峰值荷载难以预测及缺乏实测值验证等问题；风致响应受来流风湍流强度、定日镜工作角度及镜场布置等因素影响较大；风致振动控制可通过挡风墙物理隔离、调整定日镜结构形式以及采用减振器控制等技术手段实现。然而，镜群风干扰效应、来流风—定日镜结构流固耦合及微振控制技术等研究有待进一步开展，以期为提高定日镜结构的抗风安全性提供技术依据。     

基于自适应卡尔曼滤波加速度与位移融合的结构位移实时估计

实时高精度位移测量在工程结构的安全和寿命评估方面有着重要作用。为提高基于全球导航卫星系统技术的位移测量的精度及稳定性，本文提出了一种融合加速度和位移数据的自适应多速率卡尔曼滤波方法，来实时获取精度提升的位移信息。由于不合理的噪声参数设置会使位移估计的精度严重下降，本文利用加速度和位移数据测量噪声各自的特点，以分开估计相应噪声方差的思路来实现自适应估计。考虑传感器噪声的性质，自适应滤波中对噪声参数的估计可简化为仅对位移噪声方差进行估计。利用Sage-Husa估计器实现位移噪声方差的自适应估计，使滤波能在噪声参数未准确获知的情况下进行稳定的位移实时估计。首先，讨论了自适应滤波中初始噪声参数的影响，确定了初始系统噪声参数的选取原则。然后，分别在时不变与时变位移噪声环境下，观察该滤波应用于不同频率的谐波位移信息下的估计性能。最后，以某1.5MW风电塔在风-地震耦合作用下塔顶结构响应的数值模拟，来说明本文的自适应滤波在一般工程结构应用中的有效性。结果表明，即使初始噪声参数设置有误或位移噪声具有时变性，本文方法依然具有较好的估计效果及鲁棒性。上述研究成果可为结构实时高精度位移监测提供一定理论支撑与参考。     

三维激光扫描灰度信息在结构变形场计算中的应用

非接触测量技术是结构测量领域的最新进展之一，这类测量方法无需在被测对象上安装传感器，因而在结构试验以及土木工程现场实测中具有一定的优势。三维激光扫描作为一种非接触测量新技术，可以直接获取目标物表面点密集的三维坐标和灰度值，受测试环境干扰小，因而在土木工程领域的应用日益受到关注。在激光扫描技术的基础上，提出一种同名点的匹配方法，以提高变形场计算的精度。这种方法利用激光扫描的灰度信息，对扫描得到的点云坐标和灰度数据进行像素化处理，然后用相关系数法确定同名点并计算位移场。通过一钢梁试验对该方法进行验证，将结果与导杆位移计以及有限元分析的结果作了比对，结果显示该方法可以提高同名点识别的精度，进而提高结构变形计算的准确性，且可以同时获得构件包括平面内和平面外的变形。     

风力机结构多重调谐质量阻尼器振动控制对比

单调谐质量阻尼器（STMD）作为一种有效的减振器，常安装在高层结构的顶部。由于结构的空间和承重有限，STMD的安装可能会受到限制，特别是对于如风力发电机这类结构。更重要的是，STMD对多模态振动控制效果有限。为了解决上述问题，采用多重调谐质量阻尼器（MTMD），在预先给定初始配置的基础上，研究风力机MTMD系统参数的约束优化问题。采用模态叠加法，综合考虑塔架位移、加速度和底部反力的影响，利用塔架响应相对于地面运动的传递函数，组合后得到阻尼器优化目标，并采用遗传算法搜索MTMD系统的最优设计参数。以某风力机模型为例，通过与经典Den Hartog公式的比较，验证了该方法设计的MTMD系统的工作效率。结果表明：所设计的MTMD系统可适用于多种工作模式，实际应用中具有更好的适用性。     

风电塔在地震和风荷载下的失效概率评估

本文主要对于某在役风电塔在地震和风荷载下的失效概率进行评估，并展开对比分析。为了对于地震和风荷载进行灾害危险性分析，首先结合风电塔特有的设计使用年限对于特定地区下的地震和风的发生概率开展了概率分析，得到灾害危险性曲线。为了对于该风电塔在地震和风荷载下进行易损性分析，以壳体单元和梁单元建立了包含叶片和塔体的有限元模型，以地震反应谱和风谱为基准选择和生成了多组时程记录，使用增量时程动力时程分析的手段，分别在地震和风荷载下，开展大量的非线性有限元计算，得到该风电塔在两个灾种下的易损性曲线。根据危险性分析和易损性分析结果，使用全概率公式，比较了地震和风两种不同灾种下的风电塔的总体失效概率。结果表明，基于风电塔特定设计使用年限的危险性评估可以避免计算过于保守的问题。该风电塔由于可变桨距，风荷载下在运转工况范围内响应大致保持不变。另外，对于该风电塔，风荷载下的失效概率大于地震，一方面是因为风电塔是相对长周期的结构，位于地震反应谱的下降段，因此实际的地震响应比较低，另一方面，该风电塔结构建设在风能的充沛区域，强风荷载的发生概率较大。本文所开展的考虑风电塔特有设计使用年限的概率分析对于风电领域在多灾种下的概率评估提供了有益指导。     

用于火电厂减震的变质量MTMD基于可靠度的优化（特约稿）

提出了一种针对变质量的非传统多调谐阻尼器（MTMD）基于可靠度的优化设计方法。其中主结构部分考虑多阶模态，MTMD则考虑为集中质量。地震动激励采用金井清模型，利用状态空间法提高计算效率。地震危险性则依据地震动衰减关系和Gutenberg-Richter模型模拟。定义危险性、主结构与多调谐阻尼器相关参数均为随机变量，通过考虑结构多维输出及对应限值，并结合激励与结构随机性得到结构绝对失效概率，并进一步以绝对失效概率为目标函数形成优化问题，通过求解变质量MTMD最优解进行设计。本文将该方法应用于带多煤斗的火电厂房煤斗隔震设计。其中，煤斗隔震形成MTMD，而煤斗内部储煤量变化则形成变质量MTMD。采用拉丁超立方抽样法生成样本，研究确定了合适样本数。通过选取结构角柱位移角作为结构响应，采用规范限值计算失效概率。利用基因算法求解了该优化问题并得到了最优设计与对应的失效概率。本文进一步对比了平动隔震体系和摆隔震体系。研究表明，尽管摆体系的频率与质量不相关，其失效概率并未优于平动隔震体系；且摆体系摆动圆弧曲率的变异系数对结构失效概率影响不大，规律不明显。最后，将煤斗与主结构碰撞亦考虑为失效事件，考虑了煤斗碰撞问题。本文所提出的设计方法基于可靠度，直接以降低结构失效概率为目标，可同时考虑结构多维输出以及煤斗与主结构相对位移，并对应地考虑多个响应限值，将多个响应综合为一个失效概率，避免了计算量巨大的多目标优化。     

隔震结构震后复位能力研究

隔震技术是在上部结构与下部支承结构或基础之间设置隔震层，通过延长结构周期并增加阻尼的方式，减少地震能量向上部结构传输从而保护上部结构，是高烈度地区减轻地震灾害最有效的方式之一。由于隔震层的刚度较小，隔震结构的变形绝大多数集中在隔震层。在强震或强风作用下，隔震装置虽然能够很好地满足大变形的需求，但是变形结束后，隔震装置在某些地震作用下很难自动复位到初始状态。隔震层明显的残余变形可能会导致主体结构正常使用功能的中断，并且难以保证隔震装置在多次余震或未来地震中继续发挥作用，从而对社会经济的发展带来严重的影响。如何提升隔震支座变形后的复位能力，是隔震结构设计的关键问题之一。本文首先介绍了传统隔震支座在地震与强风作用下复位能力不足的表现，总结了当前设计规范中对隔震支座复位能力的规定，阐述了提升隔震支座变形后复位能力的方法。基于此，以超弹性形状记忆合金（SMA）良好的变形自恢复能力为基础，结合铅芯橡胶隔震支座（LRB），提出了新型自复位隔震支座（SMA-LRB）。通过压剪往复加载试验，对比了传统LRB与SMA-LRB的力学行为。对基于不同规范限值的LRB以及SMA-LRB的单自由度体系进行非线性时程分析。结果表明，在满足规范设计的情况下，LRB隔震体系在震后仍可能出现较大的残余变形，而SMA-LRB隔震体系则表现出良好的震后复位能力。