应用碳纤维筋控制桥墩地震损伤方法初探

为了减轻地震损伤和提高桥梁损伤以后的恢复能力，提出了在塑性铰区域配置部分碳纤维筋的桥墩抗震设计概 念.用碳纤维筋替换部分纵向钢筋，利用碳纤维弹性模量与钢材相近而且强度高的材料特性来改善桥墩在强地震作用下损 伤以后的变形性能.以一实际桥墩为例，用截面分层法计算碳纤维含量对截面弯曲性能的影响，确认了配置少量碳纤维可 以提高纵向钢筋屈服以后的二次刚度结构特性.应用非线性地震响应分析方法，以不同强度和不同形式的地震波作为输入 条件，根据桥墩的残余变形、最大曲率响应和能量吸收量等方面的比较结果验证了碳纤维筋对减轻地震损伤的作用.分析 结果表明，如将普通纵筋的5%改配为碳纤维筋，在强地震荷载作用下桥墩残余位移以及最大曲率响应均小于普通钢筋混 凝土桥墩.     

基于卡尔曼滤波的高层建筑风荷载反演研究

基于离散型卡尔曼滤波方程及遗忘因子递推最小二乘法提出了一种新的高层建筑脉动风荷载反演方法。该方法可以利用有限测试楼层的风致响应识别结构未知风荷载及未测风致响应,解决了高层建筑测点不足的问题。根据典型高层建筑风洞试验结果,评估了该方法准确性及适用性,分析了结构模态参数误差和测量噪声对反演结果的影响,实现了高层建筑未知风荷载及响应的实时连续测量,为高层建筑的抗风设计及健康监测提供了新的研究手段。     

考虑不适定性处理的结构损伤识别新方法

针对结构损伤识别中的不适定性问题提出了一种有效实用的处理方法.首先可以利用目前先进的自动监测和人工检测技术来获取损伤的出现和位置信息,然后基于结构在静力荷载作用下的位移观测数据来计算损伤的定量程度.本方法从结构静力平衡方程出发,结合有限元法,提出了一个三步骤的损伤程度定量识别算法.在求解中引入了Tikhonov正则化方法以处理求解的不稳定问题.本方法可以显著地改善不适定性并在一定程度上处理位移和荷载数据中的误差.通过对一个带有切削损伤的简支梁进行试验来证明了本算法的有效性,而且正则化方法的作用还可通过刚度矩阵条件数的减小来明确衡量.     

考虑土-桩-结构相互作用的体育馆看台地震响应分析

基于对分层土条件下的土-群桩基础动力阻抗函数的求解,采用常数阻抗法结合子结构方法对体育馆看台进行了考虑土-桩-结构相互作用的地震响应分析.结果表明:由于地震波频谱特性的差别,体育馆看台结构在不同地震波作用下的最大位移、最大加速度等响应有所差别,EL-Centro波与人工波接近,TAR_TARZANA波作用下响应略小;三层看台的地震响应总体上较一层看台响应有明显的放大.     

不同形态开挖损伤斜坡的地震荷载响应分析

以汶川地震中开挖损伤斜坡集中变形破坏的特点为基础,以花岗岩为开挖损伤斜坡的介质建立有限元模型,对比研究分析了自然斜坡、开挖5 m、开挖10 m、开挖15 m和开挖20 m不同开挖尺度条件下斜坡的开挖损伤效应以及开挖损伤斜坡的地震荷载响应规律.分析表明,开挖损伤不仅本身破坏了斜坡的应力平衡,并且影响了斜坡的地震动响应,开挖损伤和地震动力响应造成了开挖损伤斜坡在地震荷载作用下的集中变形失稳,形成地震山地灾害的集中爆发区,并且不同开挖尺度的地震动响应具有较大变化.     

模型参数化方法的一种改进算法

针对线性结构的有限元模型,并基于时域内的响应测量信息,建立了直接识别单元水平结构物理参数的改进算法;通过引入浮点运算指标Flop,定量分析了改进算法与原算法的计算效率.数值仿真了一大型空间网壳结构的参数识别,并对比分析了改进算法与原算法在相同计算条件下的识别效率,结果表明:在保证无噪声条件下识别精度100%时,改进算法的计算效率提高了约30倍;且改进算法可以有效地识别未知输入条件下的结构参数.由此得出结论,改进算法不仅能够大幅度提高参数识别的计算效率,而且易于扩展到未知输入情况下的参数识别,因而特别适合于大型结构的参数识别.     

基于ARMAX模型的混凝土坝损伤诊断

大坝在运行过程中,外界荷载或地震作用会引起大坝振动,通过坝体布置的加速度传感器可获得大坝实时的加速度动力响应信息.充分挖掘这些信息诊断大坝损伤情况对大坝的安全运行至关重要.利用动力响应信息建立ARMAX模型,经过转换可得到系统的脉冲传递函数,根据求出的各损伤情况下的脉冲响应系数建立一个损伤指标.混凝土重力坝的有限元模拟分析表明,笔者建立的损伤指标能有效识别和定位结构损伤,并能识别损伤的程度,对于小损伤敏感性较好.实际应用中,充分利用动力响应信息进行在线损伤识别,掌握大坝的实时健康状况,对混凝土重力坝的损伤识别有较好的应用价值.     

灾后重建专刊（开挖损伤斜坡的地震荷载响应分析）

以汶川地震中开挖损伤斜坡集中变形破坏的特点为基础,以花岗岩为开挖损伤斜坡的介质建立有限元模型,对比研究分析了自然斜坡、开挖5米、开挖10米、开挖15米和开挖20米不同开挖尺度条件下斜坡的开挖损伤效应以及开挖损伤斜坡的地震荷载响应规律。分析表明,开挖损伤不仅本身破坏了斜坡的应力平衡,并且影响了斜坡的地震动响应,开挖损伤和地震动力响应造成了开挖损伤斜坡在地震荷载作用下的集中变形失稳,形成地震山地灾害的集中爆发区,并且不同开挖尺度的地震动响应具有较大变化。     

桅杆结构二维动力风荷载的等效线性识别方法

桅杆结构因微风作用而导致的疲劳破坏时有发生,了解结构所受的实际动力风荷载是研究结构风致疲劳的一个前提.文中以桅杆结构为例,阐述了高耸结构动力风荷载反演的思路,建立了桅杆结构二维动力风荷载等效线性识别的模型.采用基于模态分析法的动态荷载识别方法和基于精细时程积分法的精细模态识别法,利用结构在模拟风荷载下有限点的动力响应反演了作用在结构上的动态荷载.算例仿真的结果表明,文中的方法可以满足桅杆结构荷载识别的要求.     

球面网壳地震动输入与振型响应的相关性

通过分析球面网壳结构对预定地震荷载谱的响应,选出对结构反应贡献较大的主振型(DM)并用于振型叠加计算,提高振型叠加法(MSM)的计算效率.为获得球面网壳在预定地震荷载谱作用下的响应规律以及研究结构振型响应与地震动输入的相关性,基于准静力响应、共振响应及耦合响应的定义,计算结构在预定地震动输入功率谱作用下的位移响应谱、准静力响应谱、共振响应谱及耦合响应谱,得出各响应分量对总响应的贡献规律.结果表明,在预定地震动输入下,球面网壳结构响应主要由某一个或几个特定频率区段的振型响应控制,在不同的频率区段,对总响应贡献最大的响应分量类型不同.给出在预定地震动区划和场地条件下,考虑地震动输入与结构响应相关性的改进振型叠加法的分析流程.     

QPSO算法识别环境激励下结构模态参数

实际工程中,系统的输入一般是未知的或者是不可测量的,识别结构的模态参数只能采用响应信号。并且一般环境激励下结构的输入信号是可以假设为白噪声激励,其信号的功率谱可以视为一常数。笔者利用量子行为粒子群优化（Quantum-behaved Particle Swarm Optimization,QPSO）算法将环境激励下结构模态参数识别问题转化为一个多维优化问题。最后采用一数值模拟的三层框架对该方法进行验证。结果表明,量子粒子群算法可以有效地识别结构模态参数。该研究结果可作为结构损伤识别的基础。     

基于遗传算法的结构振动参数识别方法

基于遗传算法,根据结构在动载荷作用下的动力响应观测数据,建立了在时域内同时识别结构振动参数和动载荷参数的数值方法。数值计算结果表明,所建立的基于遗传算法的参数识别方法具有较好的抗观测噪声的能力,当动力响应观测误差达到15％时,参数识别结果的误差小于10％,识别精度可以满足工程要求。     

桅杆结构动态荷载识别研究

运用基于模态分析法的动态荷载时域识别方法,在桅杆结构简化计算模型的基础上进行了作用在桅杆结构上的动态荷载识别的研究,同时利用在模拟风荷载下桅杆结构简化模型节点层的风振响应识别了作用在结构上的脉动风荷载.结果表明,反向识别的风荷载与正向动力分析时所采用的模拟风荷载基本一致,该荷载识别方法具有很好的识别精度.     

既有框架结构的新型等效简化动力模型构建方法

为了实现对长期服役后的结构在地震、风等动荷载作用下安全性和舒适性的评估,利用监/检测数据建立一个能准确反映实际建筑在地震、风等动荷载作用下动力响应的结构动力学模型至关重要。本文针对非常普遍的框架建筑结构,提出了一种基于少量移动传感器的框架结构等效简化动力学模型构建方法。首先,提出建筑结构等效简化模型构建的层间剪力等效原理,证明了以该原理构建的简化模型具备准确模拟实际建筑结构动力响应的能力。其次,推导了框架结构简化模型形式,并研究了简化模型参数特点。然后,提出了一种框架结构简化模型参数的迭代识别方法,实现了仅使用少量无线移动传感器的简化模型参数识别。最后,通过一个12层3跨钢框架结构数值模拟算例,研究了在不预知结构刚度退化的具体形式和仅使用少量移动加速度传感器的条件下,由本文所提方法构建的等效简化模型对实际框架结构在不同水平动荷载作用下结构动力响应的预测能力。数值试验结果表明,等效简化模型能准确模拟不同荷载工况下框架结构加速度和位移响应。因此,本文提出的框架结构等效简化模型构建方法将在评估既有框架结构在风、地震等动荷载作用下的结构安全性和舒适性方面具有重要的应用前景。     

基于小波包能量变化率的钢桁架损伤识别研究

提出了一种基于小波包能量变化率的钢桁架结构损伤识别方法.运用Ansys软件对钢桁架结构进行数值模拟,得到结构各节点的加速度响应数据;利用Matlab对加速度响应数据进行小波包分析,然后通过小波包能量变化率指标识别损伤.主要研究了不同损伤位置、不同损伤程度、以及噪声对损伤识别的影响.数值模拟结果表明,小波包能量变化率指标能准确有效地识别损伤,该方法具有较好的鲁棒性.     

柔性橡胶支座上的桥梁结构地震碰撞响应分析

为了减小地震荷载,允许剪切变形的柔性橡胶支座在桥梁抗震设计中得到广泛的应用,地震荷载作用下长周期结构抗震设计需要考虑梁间碰撞影响.以两等跨非连续桥梁为对象,用非线性地震时程响应分析方法对碰撞计算中的参数选定、不同场地条件下的梁间碰撞行为等进行了比较.结果表明,梁间碰撞产生相当大的撞击力;碰撞以迎面撞击的形式为主,长周期侧结构的地震位移响应比不考虑碰撞时有所减小,碰撞导致落梁的可能性比较小;梁间的缓冲材料可以减轻撞击力,但对减小水平位移响应的作用很小.     

拱型波纹钢屋盖结构风振响应的时域分析

拱型波纹钢屋盖结构自重轻,地震作用下的动力问题不是结构设计的控制因素,但是在风荷载作用下结构的动力响应较为显著,在设计中应给予足够重视.首先利用Fortran编程工具,模拟结构的风速时程曲线,然后利用ANSYS有限元软件中的瞬态动力学分析模块对这种结构进行动力时程分析,讨论其在脉动风荷载作用下的动力响应,给出了结构风振系数的建议值,且针对风荷载提出了这种结构在设计中应注意的问题.     

基于Frobenius范数矩阵正则化的结构动荷载识别

针对时间跨度大的动荷载识别问题,提出基于Frobenius范数矩阵正则化的结构动荷载识别新方法。时域上,采用移动时间窗提取结构动态响应,按列依次组织形成响应矩阵。考虑结构初始条件影响,基于线性叠加原理推导矩阵形式下的结构输入-输出函数关系式。为保证识别结果的强噪声鲁棒性,引入Frobenius范数矩阵正则化建立结构动荷载识别基本公式,并加以求解分析。以梁式结构为例,采用数值仿真与模型试验共同验证所提出的动荷载识别新方法的有效性和可行性。结果表明:在考虑工况中,所提的动荷载识别方法能有效反演作用于结构上的长时间动荷载,且具有强噪声鲁棒性。     

水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计研究

为对水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计展开研究,首先阐释了水平地震作用下高层框架-剪力墙结构体系的动力特性,分析了风载作用下结构的风振响应及风荷载标准值计算方法.以某大厦为研究对象,从结构选型与布置、荷载标准值、主附楼之间的连接构造、基础的埋深、持力层的选择等方面对其展开结构设计计算,对结构自振周期、结构自振振型以及地震荷载或风荷载作用下产生位移结果展开了分析.研究结果表明：所研究建筑在水平荷载控制下,结构布置合理,变形满足要求,设计计算结果准确.     

基于ICEEMDAN的近断层地震动识别方法改进

近断层地震动严重威胁重要结构的安全,然而地震动波形复杂导致近断层地震动识别困难,经典Baker识别方法因采用小波技术,而存在母小波与潜在脉冲差异过大,致使识别产生误差。针对该问题,利用具有自适应噪声的完全集成经验模式分解（ICEEMDAN）对Baker方法进行改进,改进方法利用白噪声对信号分解过程进行辅助,从而增强了信号分析方法对地震动这类复杂信号的应对能力。为提高改进方法的识别效率和质量,对太平洋工程抗震中心数据库中的3 655条地震动进行识别。结果表明,由于ICEEMDAN技术的加入改进后的地震动识别方法共识别出192条近断层地震动,比经典Baker方法则识别出的163条近断层地震动多识别出17.79%的近断层地震动。为进一步探讨识别出的近断层地震动的近断层特性,从地震反应谱和地震损伤入手进行分析,两种方式获得近断层地震动反应谱长周期反应剧烈、峰值周期高,有明显的近断层特征;在地震损伤方面,以一典型钢管混凝土拱桥为案例,对两种方式识别出的近断层地震动及远场地震动进行地震响应计算。结果表明,两种方法获得的近断层地震动有着极为相似的地震损伤规律,且均较远场地震动的损伤有明显的增加。综上...