基于性能的中小跨径装配式梁桥地震易损性分析

标准跨径装配式梁桥由于造价低廉,便于设计和施工,在中国公路路网中广泛使用,成为公路网应用最多的桥型结构。虽然使用广泛,但是针对具有这种设计特点桥梁的地震易损性的研究还比较少。本文以典型的多跨梁桥为例,以使用功能作为设防目标定义了桥梁的5种性能水平,提出了详细的桥墩损伤指标界定值作为桥墩4种损伤极限状态界定准则。在此基础上,明确提出了这类桥梁的地震易损性分析方法,考虑了结构本身主要材料的不确定性和地震动输入的不确定性,得到了结构的地震易损性曲线。根据易损性分析结果,探讨了桥梁失效模式和损伤概率,为公路路网抗震能力分析和应急预案的制定提供了理论依据。     

不同挡块形式对中小跨径梁桥横向抗震性能的影响

针对我国汶川地震中小跨径梁桥的典型震害特征,提出一种新型摩擦型挡块代替常规混凝土挡块作为桥梁横向限位装置;然后以一座三跨连续梁桥为例,在考虑板式橡胶支座滑动、挡块非线性等力学因素的基础上,对分别采用常规混凝土挡块和摩擦型挡块时结构的横向地震反应特点进行了分析计算。结果表明,与常规混凝土挡块相比,摩擦型挡块通过自身的摩擦滞回耗能可以有效地降低结构的地震响应,大大改善结构的抗震性能。     

大跨径斜拉桥横向合理抗震体系研究EI北大核心CSCD

为探究地震作用下斜拉桥横向合理抗震体系。以一座大跨径斜拉桥为例,提出了3种横向抗震体系布置,即横向全限位体系、横向滑动体系以及横向布置钢阻尼器的减隔震体系,建立非线性动力有限元模型,并采用非线性时程法对这3种抗震体系的横向地震响应进行了对比分析。结果表明:大跨径斜拉桥横向采用减隔震体系可以很好地控制结构的横向内力和变形,减隔震效果较好;在此基础上,继续研究了此体系钢阻尼器布置在主塔处、主塔和过渡墩处、主塔和过渡墩及辅助墩处3种布置方案下结构的横向地震响应规律,从中选择最优布置,并进一步对其布置参数进行分析。结果表明:大跨径斜拉桥横向在主塔和过渡墩处设置钢阻尼器,辅助墩处设滑动支座,且主塔和过渡墩处的钢阻尼器屈服强度之比为0.6~1.2时,结构横向抗震性能最优。该研究关于斜拉桥横向抗震设计的研究方法、体系布置方案,可为实际斜拉桥横向抗震体系的设计提供参考。     

基于高斯过程回归的桥梁多变量地震易损性分析EI北大核心CSCD

建立了一种基于高斯过程回归的多变量地震易损性分析方法,可以将易损性表达为由地震动强度指标和结构参数组成的矢量输入的多元函数,并以此为基础发展了均值易损性曲线与包络易损性曲线,能够定量分析所有不确定参数对易损性的影响。以一座三跨钢筋混凝土连续箱梁桥为例进行了分析与验证,结果表明:所提出的方法能够以数百次的动力分析达到与蒙特卡罗法(数十万次动力分析)相一致的精度;并识别了不同的地震强度指标对易损性的影响,发现任何单一的参数均会造成易损性的不精确(离散)呈现;对于该算例,结果显示平均谱加速度是一个用来生成最小离散度的均值与包络易损性曲线的最优指标。     

地震作用下中小跨度梁桥横向碰撞参数影响分析

地震作用下挡块与主梁的横向碰撞是影响桥梁结构地震响应的重要因素,目前缺乏针对城市高架桥中广泛使用的双柱式小箱梁结构横向碰撞问题的研究。以此类桥梁的典型工程为代表,建立了空间有限元模型,利用Kelvin 模型对横向碰撞进行了准确模拟,重点探讨了接触单元刚度、挡块-主梁间隙、桥墩墩高、场地类别、上部结构与盖梁质量比等关键因素对双柱式小箱梁结构桥梁地震响应的影响。研究结果表明：碰撞刚度、碰撞间隙对双柱墩墩底内力有较大影响,应尽可能通过试验予以确定;场地特性、上部结构和盖梁质量比、桥墩高度等设计参数,均会对桥梁的地震受力产生较大影响,因而应在设计选型时进行适当的调整,并尽可能选择坚硬场地下高墩轻质主梁结构体系,研究成果可为同类高架桥的设计提供技术支持。     

基于位移的重力坝地震易损性分析方法EI北大核心CSCD

针对重力坝地震易损性分析中存在的性能指标参数敏感性大且难以获取、震害等级定量划分困难的问题,提出了基于位移性能指标和相应震害等级划分的重力坝易损性分析方法。选取坝顶和坝颈相对坝踵的顺河向位移作为性能指标,合理选取输入地震波,采用非线性动力时程分析研究了性能指标与破坏形态及结构损伤间的相关性,提出了震害等级的五级划分标准。结合SAC-FEMA的易损性概率分析方法,建立了基于位移的重力坝地震易损性分析方法,可估算重力坝在各级地震作用下出现各级震害的概率,为重力坝抗震设计、地震灾害预测和风险分析提供易损性分析基础。     

基于可靠度理论的中小跨径桥梁卡车载重限值研究

卡车载重限值标准直接影响实际汽车荷载水平及其分布特性以及桥梁等基础设施的服役性能。为分析中小跨径桥梁的卡车载重限值问题,该文首先基于可靠度理论建立卡车载重限值分析模型;其次,基于长期记录的WIM（Weigh in Motion）数据分析我国典型公路路段卡车荷载特性并确定需要进行载重限值研究的重载卡车车型,并根据我国当前中小跨径桥梁建设现状选择对卡车载重限值起控制作用的桥梁结构类型;最后,建立结构关键截面抗弯功能函数,选择多层次目标可靠指标,对各类型卡车的载重限值进行反向迭代分析,基于分析结果分别讨论目标可靠指标、区域荷载特性对卡车载重限值的影响,以及现行公路治超标准对中小跨径桥梁车辆限载的适用性。分析结果显示：各类型卡车载重限值随着目标可靠指标的增大有明显线性下降趋势;区域卡车荷载特性的差异对卡车载重限值有着不可忽略的影响;现行国家治超标准对中小跨径桥梁车辆限载具有较好的适用性,但建议各地区根据自身实际情况在国家公路治超标准的基础上进行微调。     

基于概率的高层建筑地震需求模型与风险评估EI北大核心CSCD

提出了基于贝叶斯理论的地震风险评估方法,综合考虑了地震危险性模型、输入地震动记录、结构参数和需求模型的不确定性,并以云南大理地区1970年-2017年间的地震数据为研究基础进行了详细讨论。在传统基于概率地震危险性分析方法的基础上,提出了基于贝叶斯理论的地震危险性分析方法,通过贝叶斯更新准则,确定了地震概率模型中未知参数的后验概率分布;通过贝叶斯理论建立了基于概率的地震需求模型,并在易损性中考虑了需求模型认知不确定性的影响;以42层钢框架-RC核心筒建筑为例,开展了地震作用下的风险评估。研究表明:基于贝叶斯理论的地震危险性分析方法,能够获得更为合理的危险性模型;忽略需求模型中参数不确定性的影响,将错误估计结构的地震易损性;不同加载工况将对高层建筑的地震风险产生显著影响。提出的概率风险评估方法,提供了可以考虑固有不确定性和认知不确定性的有效途径,有助于推动高性能结构地震韧性评价和设计理论的发展。     

桥墩地震易损性对地震波反应谱概率分布的敏感度EI北大核心CSCD

在基于性能的地震工程学理论(Performance-Based Earthquake Engineering,PBEE)中,正确选择输入地震波进行结构动力分析对计算结果的精确性具有显著影响。因此,合理选择一座钢筋混凝土单墩模型以及两组实际地震波,通过增量动力分析方法,获得桥墩结构地震易损性对于反应谱概率分布特性特别是离散度的敏感性,分析结果显示:地震波反应谱的离散度及其概率分布对于桥墩结构的地震需求预计、工程需求参数危险性曲线、地震易损性曲线等概率统计分析结果影响显著,具有密切相关性;但桥墩抗震能力的离散度同样对地震易损性曲线具有较大影响,甚至会削弱地震波反应谱离散度的影响。因此,对于以全概率理论为基础的PBEE,应尽量选择实际地震波进行结构动力分析,并尽可能使所选地震波的反应谱概率分布符合实际的地震环境,才能显著提高计算结果的精确性和计算效率。     

抑制低频横向振动的电动振动台参数优化EI北大核心CSCD

针对单轴电动振动台在被测件偏载工况下存在剧烈低频横向振动分量的问题,通过连接弹簧的参数优化对低频横向振动进行了抑制。首先建立了能够反映横向振动特性的电动振动台机电耦合模型,说明横向振动产生机理,确定参数优化的思路;其次,分析电动振动台系统主要连接弹簧的参数对系统固有特性及横向振动的影响,为进行参数优化提供参考;最后,提出面向车辆道路行驶工况的横向振动优化评价指标,利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法对主要影响参数进行优化,显著降低了目标频段内电动振动台的横向振动量级。提出的电动振动台参数优化方法能够有效抑制其低频横向振动,并为电动振动台连接弹簧的设计与选型提供参考。     

变电站复合材料绝缘子的动力特性与地震易损性研究EI北大核心CSCD

复合材料在变电站绝缘子上的应用,有望提高电气设备的抗震性能。测试了复合材料绝缘子的动力特性、弯曲刚度和承载能力;运用测试结果,建立了该复合材料绝缘子构成的电气设备的有限元模型;基于概率地震易损性分析理论,研究了电气设备的地震易损性。结果表明,复合材料绝缘子中套管与金属法兰的胶装连接段是抗弯承载力的薄弱部位,该段抗弯刚度明显小于套管刚度;该绝缘子组成的电气设备在0.4 g等级地震下发生中度和重度失效的概率较小,但轻度失效的概率达38%,提高胶装段抗弯能力是提高抗震性能的关键;以失效概率为指标的易损性分析实现了电气设备抗震性能的概率化评价。     

多维非平稳随机激励下隔震曲线梁桥的非线性振动控制EI北大核心CSCD

隔震曲线梁桥的平面不规则性引起的弯扭耦合效应,使其地震响应与隔震直梁桥相比更加复杂,为了有效的抑制隔震曲线梁桥地震中过大的梁体及支座位移,采取半主动控制策略来保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后,输入考虑扭转分量的多维非平稳随机激励。利用混合精细积分法对无控、经典最优控制(COC)以及序列最优控制(SOC)后的隔震曲线梁桥进行随机响应分析。结果表明:在罕遇非平稳随机激励下,隔震曲线梁桥的动力响应呈现出非平稳特性,且考虑扭转分量的多维非平稳随机激励对隔震曲线梁桥动力响应影响要大于未考虑扭转分量下的;运用经典最优控制以及序列最优控制控制下的隔震曲线梁桥各个方向的的动力响应都有明显的减小,且结构动力响应的非平稳特性也得到了明显的抑制。     

PEDOT:PSS薄膜性能优化的研究进展EI北大核心CSCD

作为一种电极材料或电极修饰材料,PEDOT：PSS薄膜常用于有机光电器件领域的应用研究。然而,较低的电导率（≤0．8S／cm）与酸性（pH=1.5～2．5）已成为限制PEODT：PSS薄膜在上述领域进一步应用的瓶颈,因此,PEDOT：PSS薄膜性能优化正在成为一个新的研究热点。文中综述了近年来PEDOT：PSS薄膜性能优化研究的新进展,着重论述了有机物掺杂、无机物掺杂、热处理、紫外／臭氧处理、氧等离子体处理以及外加电场等多种方式对PEDOT：PSS薄膜电／光性能的优化效果及相关机理研究。同时,文章对PEDOT：PSS薄膜性能优化研究工作中存在的焦点问题亦进行了客观分析与评价,并探讨了未来研究重点。     

考虑残余变形的震损框架结构性能评估及维修优化策略EI北大核心CSCD

针对实际震损结构可测信息有限、修复加固过程难以模拟以及修复加固后结构性能不易评估的现状,建立梁柱构件端部曲率与顶部位移的关系,厘清残余位移、位移、曲率、损伤指数之间的关联,提出在有限元中模拟构件修复加固的方法和流程以及根据不同损伤物理量对构件损伤进行量化的方法。根据不同的损伤物理量以及修复策略对钢筋混凝土震损结构进行快速修复,对修复后的结构抗震性能进行评估并进行地震易损性分析。结果表明:对震损结构进行快速修复能够有效降低结构再遇地震时发生严重破坏和倒塌的风险;在不同的损伤物理量中根据残余位移角量化构件损伤,并指导震损结构快速修复能够最大限度提高结构抗震性能;相对于择件修复策略,择层修复具有更好的效果。     

考虑双参数的公路隧道易损性及概率地震损失EI北大核心CSCD

研究高速公路隧道基于双地震动强度参数的易损性及概率地震经济损失,对震前抗震防灾及震后急救修复意义重大。建立高速公路隧道设计基准期内概率地震经济损失评估框架,引入双地震动强度参数,采用增量动力法进行易损性分析,得到的易损性曲面与经验易损性曲线进行对比,验证了所建模型及易损性曲面的合理性;以此为基础,评估隧道设计基准期内的概率地震经济损失。结果表明,建立的基于双地震动强度参数下的易损性曲面能更准确地反映结构损伤,在高速公路隧道设计基准期内,轻微损伤造成的概率地震经济损失占比最大,中等损伤次之。该隧道概率地震经济损失评估框架可对高速公路隧道地震经济损失评估提供参考。     

基于MSET重构模型整体优化的轴承性能退化评估方法EI北大核心CSCD

针对传统单域特征指标无法充分表征轴承性能退化的状态信息,而基于多域高维特征向量的重构评估模型存在信息冗余且易受到不一致优化目标的影响而导致模型次优性能的问题,提出一种基于多元状态估计(multivariate state estimation technique, MSET)重构模型整体优化的轴承性能退化评估方法。首先,提取轴承振动信号的多个时域和频域特征、自回归模型系数和三层小波包Renyi熵组成高维多域特征向量,同时将健康状态的高维特征向量构建MSET重构模型的历史记忆矩阵;然后,利用遗传算法对轴承高维特征向量和MSET模型中的历史记忆矩阵进行同步联合优化,从而实现特征优选和重构评估模型的整体自适应优化,进一步提高降维后特征向量与重构模型的匹配性;最后,利用余弦相似度作为故障程度指标构建轴承性能退化评估曲线。西安交大-昇阳科技联合实验室滚动轴承疲劳试验全寿命数据分析结果表明,所提方法具有一定的有效性和可靠性。     

基于CEEMD和GWO-SVR的铣削振动信号前瞻预测EI北大核心CSCD

汽车覆盖件模具多采用镶块式模件拼接后整体加工,拼接区加工时易引发载荷突变产生冲击振动,影响拼接区的整体加工质量,为了提高拼接区的加工精度,对铣削过程的时域振动信号进行前瞻预测。首先基于互补式集合经验模态分解方法将铣削振动信号进行6层模态分解,得到各层本征模态函数及趋势序列;然后分别构建不同工况下的支持向量回归预测模型,采用灰狼优化算法对支持向量回归中的参数进行寻优分析;最后对时域振动信号进行重构和前瞻预测。试验结果表明,在淬硬钢拼接区铣削过程中,结合CEEMD和GWO-SVR的铣削振动信号前瞻预测方法相较于其它传统方法具有更良好的预测效果,在预测时间为0.12 s时总体预测准确率达94%以上。     

压电陶瓷支承对梁的横向振动与支反力抑制作用EI北大核心CSCD

当多跨结构受到横向载荷产生振动时,支承与基座衔接处往往产生较大的支反力。针对该问题,以双支承的梁系统为例,基于压电换能原理,采用柱状压电陶瓷支承作为减振元件,并对其减振效果进行了理论分析。利用Hamilton原理推导了压电机电耦合边界条件下该系统的振动微分方程。结合有限元法和偏微分方程数值计算方法,对不同种类压电材料的机电耦合系统进行了模态分析和动力学响应计算。计算结果表明,压电陶瓷支承可以有效抑制多跨结构中支承传递到基座的振动和支反力。     

内共振作用下轴向运动黏弹性梁横向受迫振动EI北大核心CSCD

研究内共振与外部激励共同作用下,轴向运动黏弹性梁横向非线性振动的稳态响应。在运动梁动力学建模中采用Kelvin本构关系,并取物质时间导数。首次将直接多尺度法应用到轴向运动连续体的内共振研究。通过直接对连续体的偏微分-积分控制方程运用多尺度法,建立内共振条件下的横向非线性受迫共振的可解性条件。并通过稳定性分析,得到稳态响应解的稳定边界。另外还考察了参数对响应的影响。运用数值仿真验证了近似解析方法的正确性及有效性。     

基于拓扑优化与诱导结构的抗撞结构优化设计EI北大核心CSCD

鉴于耐撞性拓扑方法在实际使用中只能获得抗撞结构的初级拓扑构型,导致抗撞结构的碰撞安全性仍有进一步提升空间的问题,以耐撞性拓扑优化为基础,获得了抗撞结构的初级拓扑构型,在初级拓扑构型的适当位置设置诱导结构,得到最终吸能单元构型,再利用稳健性设计方法获取最终构型的最优尺寸参数,较好地弥补了基于最大吸能原则的耐撞性拓扑方法的不足。算例表明,所提的优化设计方法灵活有效,基于该方法得到的抗撞结构可以更好地满足设计要求。