结构鲁棒性及其分析要点刍议

土木工程中,结构鲁棒性(国内规范始称整体稳固性)强调结构在偶然局部损伤情况下,不致造成与此损伤起因(或程度)不相称的破坏。考虑到鲁棒性对于防灾减灾的特殊意义,本文探讨和澄清鲁棒性分析的相关要点,包括它所考虑的结构状态及设计状况、与起始事件无关这一概念的内涵、结构体系与所处环境的相互作用等,为深入研究结构鲁棒性提供借鉴。     

基于能量观点的结构安全性与鲁棒性

作为安全的一部分,鲁棒性要求结构在偶然局部损伤情况下不产生与损伤起因不相称的破坏。本文重点是结构鲁棒性评价和实现策略。按照能量观点,结构单元在完全破坏之前应充分吸收或消耗能量。在此基础上,结合结构实际设计能力提出一个新的鲁棒性指标,并以混凝土受弯构件为例作了说明。算例表明该指标能够反映结构破坏过程中的消能能力和对损伤的容纳程度。分析了四种典型材料性能下鲁棒性指标和构件极限应变与屈服应变比值之间的关系。最后,探讨了鲁棒性的实现策略,以期为重点结构及生命线工程减灾提供参考。     

基于鲁棒性的地基土承载力设计研究

地基土承载水平的确定至关重要,而岩土工程设计中仅考虑了地基土承载能力,忽略了设计的安全度稳定水平。针对岩土参数的不确定性对地基土承载力及计算模式的不同及对地基土极限承载力稳定水平的影响,提出基于鲁棒性的地基土承载力设计思路。首先将岩土参数作为不确定因素,利用平均值及标准差考虑参数的不确定性;其次设定基础几何尺寸作为设计参数,将承载力极限状态方程作为功能函数进行地基土承载力设计。鲁棒性设计避免了传统设计方法忽略岩土参数不确定性的不合理性,将鲁棒性作为地基土承载力的安全性评价标准,并结合经济性对基础进行多目标优化设计。通过与传统设计对比分析,证明了基于鲁棒性的地基土承载力设计方法的合理性与重要性。     

基于加速度趋近律的高层结构的滑模控制及其鲁棒性分析

本文采用加速度趋近律滑模控制算法对多自由度体系的地震响应进行了数字仿真研究。并且将该控制方法与LQR控制方法的控制效果和控制的鲁棒性进行了对比分析。仿真和分析结果表明此控制律的控制效果和鲁棒性均优于LQR控制方法 ,能够有效地减小结构的地震响应 ,同时具有较好的鲁棒性。基于加速度趋近律的滑模控制具有重要的实际应用价值     

论结构抗震的鲁棒性

介绍了结构鲁棒性的概念及提高结构鲁棒性对避免结构在罕遇地震下垮塌的重要意义。分别从抗震结构体系、结构承载力与延性、结构破坏模式以及赘余构件等几方面讨论了提高结构抗震鲁棒性的措施,给出了相应的设计建议。     

桥梁结构的鲁棒性

桥梁鲁棒性(robustness),即意外作用下结构整体的稳固性。其研究以避免垮塌为目标。桥梁抗震与灾害修复、拉索骤断毁桥等,均将涉及结构鲁棒性问题。在概述桥梁鲁棒性之后,讨论了实现桥梁鲁棒性的途径:如冗余技术、多路传力、提高延性等,以及基于鲁棒性理论的示例分析。     

高层建筑结构混合控制系统的H∞鲁棒控制研究

从建筑结构控制系统的特性出发，针对带AMD-TMD混合控制系统的建筑结构，建立了全阶模型，并提出降阶模型。将等效两端口模型引入带AMD-TMD控制的建筑结构上，使用H∞频域定型综合理论。设计出了混合控制系统的鲁棒控制器。应用MATLAB语言对控制系统进行了仿真分析。结果表明，该系统不仅具备良好的控制效果，而且具有较好的控制性能和鲁棒性能。     

结构鲁棒性及其评价指标

基于“偶然事件”、“局部损伤”、“不成比例破坏”和“失效后果”四个方面给出了结构鲁棒性的新定义,将结构鲁棒性的定量测度划分为四类,分别从结构的属性、结构的确定性性能、结构的可靠度以及结构的风险等方面详细阐述了目前已经提出的各种鲁棒性指标;分别采用基于承载力的鲁棒性指标、基于可靠度的鲁棒性指标以及基于风险的鲁棒性指标,对按照我国现行规范设计的钢筋混凝土框架结构的抗震鲁棒性进行了定量评价。结果表明：采用三类指标的鲁棒性评价结果一致,按照我国现行规范设计的钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震鲁棒性。     

基于鲁棒性的索穹顶结构截面优化设计

针对索穹顶结构缺乏有效的基于鲁棒性能的截面优化设计理论现状,基于H∞范数极小控制方法,利用非线性系统运动方程构建输入变量到输出响应的系统传递函数,通过引入L2性能准则并结合随机理论建立索穹顶结构非线性鲁棒性定量评价指标IR,在此基础上,利用MATLAB和ANSYS软件交互算法给出基于遗传算法的截面优化设计的具体步骤,并...     

基于鲁棒性的索穹顶结构形状优化设计

针对索穹顶结构缺乏有效的鲁棒性分析方法及基于结构鲁棒性能的优化设计现状,首先构建该类结构鲁棒性评价方法,然后结合实际工程案例分析Geiger型、Levy型和Geiger-Levy组合型3类索穹顶结构鲁棒性随结构榀数、环索圈数及矢跨比等形状参数的影响.在此基础上,采用遗传算法,进一步探索基于结构整体鲁棒性能的结构形状优化...     

索网结构的弹性冗余度分析

主要介绍索网结构弹性冗余度的定义及其理论分析过程.冗余度的定义为可用的方程个数比求解时所必需的方程个数多出来的个数.索网结构属于柔性张力结构,不同于传统刚性结构,柔性张力结构的刚度主要由预应力提供,其刚度可分为弹性刚度和几何刚度,预应力主要影响几何刚度.索网的冗余度可分为弹性冗余度和几何冗余度,分别对应它的弹性刚度和几何刚度.本文通过对势能方程求解微分,得到索网结构的平衡方程、物理方程和几何协调方程,再将几何协调方程线性化,代入平衡方程和物理方程,推导弹性冗余度的计算公式,并采用MAT-LAB编程实现这一算法.最后通过算例,分析索网弹性冗余度的特性,得出一些有用的结论,对工程应用有一定的指导意义.     

基于鲁棒性的自由曲面结构优化设计研究

由于造型复杂、受力不明确,自由曲面的形状、拓扑难以确定,保证其安全性能难度较高。为此,以结构非线性H∞鲁棒性指标为目标,以非均匀有理B样条法的曲面控制点坐标以及划分单元的厚度为优化变量,采用差分演化算法对曲面形状进行力学微调优化,并求解自由曲面形状和材料分布联合优化设计问题,得到最优的曲面形状和拓扑构型。结果表明,差分演化算法具有较强的寻优能力,通过优化调整曲面的形状和材料分布,可大幅提高曲面的鲁棒性和刚度,改善结构的受力性能。通过六角星形穹顶结构的非线性屈曲分析,阐述了鲁棒性指标与应变能指标的联系和区别,表明鲁棒性指标能够较好地反映结构的屈曲过程、表征破坏后果,采用鲁棒性指标进行自由曲面的优化设计可以确保结构的安全性。     

基于LMI的磁悬浮列车姿态H∞/H2混合控制

针对目前新型的单轨磁悬浮列车姿态控制问题 ,建立了磁悬浮列车姿态的状态空间模型 .在对该模型进行线性化后 ,设计了基于 LMI的 H∞ /H2 混合控制器 ,有效地控制了列车运行时发生的车厢上下振动及其倾斜 .通过系统仿真 ,得到此种控制器具有良好的控制性能 .     

莱钢产轧制H型钢构件受力性能的理论与试验研究(Ⅳ)H型钢构件轴心受力性能的理论分析

对国产轧制H型钢截面构件进行了轴心受压承载力的理论研究。通过有限元方法 ,对国产轧制H型钢轴心受压构件的极限承载力进行了弹塑性和几何非线性的有限单元法理论分析 ,同时考虑了热轧型钢的残余应力和构件的初始缺陷。计算了 114根国产轧制H型钢轴心受压构件的极限承载力 ,得出国产轧制H型钢轴心受压构件极限承载力的主要公式。提出了便于设计人员应用的轴心受压修正公式。     

基于双调谐隔震液体阻尼器的高层结构减震设计理论研究

为提升调谐液体阻尼器(TLD)的有效性和鲁棒性,提出一种基于双模态控制的双调谐隔震液体阻尼器(ITLD)设计方法。针对两自由度结构,以双模态为控制目标,建立了附加ITLD的结构简化力学模型,并基于该力学模型进行结构模态分析,提出了具有双模态控制优势的ITLD空间位置确定方法。并对该模型进行了参数分析和频率响应分析,分析表明ITLD在控制效果和鲁棒性方面具有显著优势。基于以上参数分析结果,结合主结构的模态特征,进一步提出了基于双模态控制的ITLD参数设计方法。以安装ITLD的典型高层建筑为例,对该结构进行了动力时程分析。结果表明：所提出的ITLD装置位置确定方法与多模态设计理论可以实现对高层结构的双模态控制,并有效抑制结构的位移和加速度地震响应;相比于传统的TLD,采用ITLD可以为结构提供一种强鲁棒性的减震措施。     

PTRMD在多自由度结构中的减振性能及鲁棒性

将一种带碰撞的滚动型调谐质量阻尼器（PTRMD）应用于多自由度结构中,对其在多自由度结构体系中的减振性能及阻尼器频率失谐时的鲁棒性进行研究。通过拉格朗日方程推导得到分段运动方程,然后推广到多自由度结构中,建立了设有该装置的多自由度受控系统的动力方程,并利用数值方法求解。把PTRMD安装到6层结构中,对其在自由振动和强迫振动时的控制效果进行探讨,并与无碰撞的滚动型调谐质量阻尼器（TRMD）进行了比较,同时对它们在阻尼器频率偏离最优频率时的鲁棒性进行了分析。结果表明:在多自由度结构中安装PTRMD能有效减小结构的动力反应,得到满意的减振效果;相比TRMD,PTRMD具有减振性能好、控制频带宽、适用性强、受阻尼器频率变化的影响不大等优点,具有更广大的应用前景。     

基于非常态随机均衡的交通网络鲁棒性评估

为了更好地评估路网在发生异常事件时的脆弱性,在研究非常态交通均衡随机模型的基础上,建立了考虑流量与排队约束的鲁棒性评价方法,得到了交通路网鲁棒性指数,并应用于实际路网进行分析,较好地反映了路网发生异常事件时的脆弱性。     

波形钢腹板H型截面梁抗剪性能理论研究

在前人研究波形钢腹板H型截面梁抗剪承载力成果的基础上,总结归纳了2种形式波形钢腹板在局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲3种情况下的临界应力计算公式,通过对不同计算公式的比较提出了推荐公式.利用大量的数值计算分析,分别找出影响2种波形钢腹板H型截面梁极限抗剪承载力的因素,并得出2种不同波形钢腹板H型截面梁极限抗剪承载力计算的等效转换条件.结合前人的试验数据和本文的数值计算结果,提出了剪切稳定系数的实用计算公式.结果表明:波形钢腹板H型截面梁的波高、平子面板宽度、波幅、波长应合理设置,过大或过小都将削弱钢梁的极限承载力;提出的剪切稳定系数的实用计算公式与数值分析结果和试验数据拟合较好,并且计算简便,便于实际工程设计应用.     

城市给水系统灾害恢复力的地震鲁棒性分析

基于灾害恢复力的概念和评价属性,以城市给水系统地震损失模型为研究路径,运用基于蒙特卡洛仿真的GIRAFFE模型,通过升级输水干道评价了城市给水系统在M6.5和M7.0两个震级下的技术鲁棒性和组织鲁棒性。结果表明,升级输水干道对系统的技术鲁棒性和组织鲁棒性效果明显,且随着震级的提高而越发显著。此外,输水干道的重要程度与震级强度无关,但随着震后时间的推移,其重要性取决于输水管道所处的系统位置,即在震后0时,处于系统枢纽位置的管道相对重要;在震后24 h,靠近供水源的管道则相对重要。     

建筑结构裂缝的分析与控制

目前，在工程建筑结构领域中的裂缝问题相当普遍，尤其是许多新建住房出现各种不同部位和不同开裂方式的缝，严重影响到人们的生活和生产，并困扰着大批工程技术人员和管理人员，是工程建设领域迫切要解决的技术难题。因此需要就裂缝产生的原因进行分析并提出控制产生、处理的方法和改进措施。