基于区间数学理论的框架结构响应范围分析

通过运用EBE方法降低了区间参数之间的相关性,基于INTLAB平台实现了框架结构最不利响应的静力区间有限元分析程序。该程序可考虑荷载、弹性模量、截面积、惯性矩和支座位移的不确定性。通过一个实际工程的框架结构,较为详细地给出并分析了结构响应的区间计算结果,并选取了其中的一部分区间计算结果,绘制了更为直观的弯矩包络图。通过将其结果与大样本的MonteCarlo计算结果相比较,初步验证了该程序的有效性。     

区间型振型的获取及其在框架结构损伤识别中的应用

为了考虑工程结构中客观存在的不确定性和各种误差,提出了采用区间型数值来作为振型的代表值,并给出了获取方法。由于本区间型振型值较之常规的确定数更为准确合理,而且对结构参数的微小变化更加敏感,故可将其引入基于振型变化的损伤识别研究之中。以框架结构为例,给出了区间型振型用于损伤识别的具体方法。     

基于区间分析的锈蚀钢筋混凝土结构使用寿命预测

钢筋锈蚀程度具有很大的不确定性,为体现锈蚀不确定性对结构寿命预测结果的影响,将区间分析方法引入锈蚀钢筋混凝土结构的使用寿命预测。首先,对区间分析的基础知识及区间参数问题的求解方法作简单介绍,针对区间运算法则导致运算结果区间扩张的缺陷,优化方法是求解区间参数问题的有效方法;其次,基于钢筋锈蚀过程的确定性预测模型,采用区间数描述结构参数及环境参数,提出结构锈蚀损伤的区间预测方法;再根据选取的使用寿命终结标准,提出结构使用寿命的区间预测方法。工程实例分析表明,该方法分析过程简单,不需要建立不确定参数的概率模型,分析结果以区间形式给出,预测结果较概率方法更直观,易于接受。     

FRP增强钢筋混凝土梁损伤的振动监测

采用试验数据,识别钢筋混凝土梁模态。对9个混凝土梁的破坏过程和动态参数进行监测,当荷载到达预期破坏荷载一半时,对6个梁采用外贴碳纤维布进行加固。基于所测模态参数,对识别方法进行研究并对识别方法的效率进行分析。这些方法包括频率变化、模态确证准则(MAC)、坐标模态确证准则(COMAC)和模态曲率。通过比较这些方法可知,频率变化不能完全监测损伤以及预测加固的潜力;模态确证准则的值能够揭示荷载变化过程中梁的刚度变化;对梁每个自由度的刚度变化可采用坐标模态确证准则进行评估;模态曲率方法是对梁进行损伤识别的最好方法。     

基于随机Pushdown方法的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力概率评估

为了评估钢筋混凝土框架结构的不确定性参数对其抗连续倒塌能力的影响,将确定性Pushdown分析与可以控制相关性的拉丁超立方体抽样方法（LHS）相结合,提出一种随机Pushdown方法。为说明方法的建立和应用,选择一栋8层4跨的钢筋混凝土框架结构,考虑结构的荷载、材料强度以及几何尺寸等17个不确定性参数,采用Pushdown方法分析获得的结构所能承受的最大竖向荷载作为其抗连续倒塌能力,统计得到结构连续倒塌易损性函数,并采用“龙卷风图”方法对不确定性参数的灵敏度进行了分析。结果表明,结构不确定性参数对抗连续倒塌能力影响显著,结构的抗连续倒塌能力的变异系数达到20%,其中,活荷载、楼层恒荷载、钢筋极限应力以及梁截面钢筋面积等参数对结构抗连续倒塌能力的影响最为显著。     

岩石力学参数的区间参数摄动反分析方法

考虑岩体量测数据及其力学参数的不确定性,将它们视为未知但有界的物理量,用区间变量表示,提出了区间参数有限元控制方程的摄动求解方法,进一步建立了识别力学参数的区间反分析模型。基于区间参数摄动求解方法,分两步依次辨识出需反演力学参数的区间均值及其离差,得到力学参数的区间范围。以某巨型水电工程地下厂房模型洞围岩力学参数反演为例,研究了量测精度对结果的影响,计算结果表明该方法是合理可行的。     

基于响应功率谱传递比的应变模态参数识别方法研究

结构工程在建成服役后,其动力灾变和安全服役问题突出。在研究结构动力灾变机理和动力安全性评估时,一个关键问题就是正确地识别结构工作时的动力特性或模态参数。近年来,应变模态参数由于其对结构损伤较位移模态参数具有的更高的灵敏度等优点而受到较为广泛地关注,应变模态参数识别也成为了结构健康监测领域的研究热点。文章对基于功率谱传递比的应变模态参数识别方法进行了研究。论文构建了应变功率谱传递比的概念,证明了应变功率谱传递比函数在系统极点处具有与两测点应变振型之比等价的特性,并将其用于结构应变模态分析。最后,通过数值算例和实验梁振动测试分析验证了方法的准确性和有效性。     

基于应变模态参数的木梁损伤识别研究

为研究基于应变模态参数识别木梁损伤的方法,文中通过有限元软件ABAQUS建立不同损伤工况下的木梁模型进行模态分析,处理分析得到位移模态、应变模态及应变模态差曲线,以曲线的突变进行损伤定位识别。结果表明应变模态和应变模态差可识别出简支木梁的损伤,且识别精度高,与通过固有频率变化和位移模态的损伤识别相比,基于应变模态参数的损伤指标在梁损伤位置识别具有明显优势。     

不同方法计算肋梁结构中次梁内力的误差分析

改变主、次梁线刚度比和荷载大小等参数,采用简化手动计算方法与采用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土单向板肋梁结构中的次梁在最不利荷载布置下进行弹性内力计算,得到两种计算方法的次梁内力误差。理论分析和实验结果表明:主梁的挠度和对次梁的转动约束是产生误差的主要原因;误差随主次梁线刚度比及次梁所受永久荷载可变荷载之比呈单调变化;某些截面误差超过5%,不可忽略,就此提出次梁内力局部调整系数表,使简化手工计算结果比较符合有限元软件分析的次梁内力值。     

地下硐室节理岩体区间非概率可靠性分析方法及应用

首先提出采用区间值表示岩体力学参数取值,以反映参数取值的不确定性特征,并根据参数取值特性建立出相应参数的区间值确定方法;其次,综合考虑地下硐室地质条件及其裂隙较多的特点,采用适合于裂隙岩体稳定性分析的块体理论,在研究围岩稳定性进行分析的基础之上建立地下硐室节理岩体的区间非概率可靠性分析模型;然后,运用区间理论与一维优化算法求解非概率可靠性指标,并采用可靠性评价准则对地下硐室岩体稳定性进行综合评价。由于需考虑的裂隙多而导致计算量较大,因此分析方法采用了可实现程序化的矢量分析法,应用数值软件MATLAB编制计算程序。该程序通过输入结构面产状,力学参数等工程数据,依次分析各关键块体,得到滑动方向、区间可靠度等相关信息,从而为地下硐室群的开挖施工提供指导 。     

Studies on damage and FRP strengthening of reinforced concrete beams by vibration monitoring

In this paper, modal characteristics of reinforced concrete beam specimens are identified using experimental test data. Nine concrete beam specimens were gradually damaged and the changes of dynamic parameters were monitored from initial to the failure state. Six of the specimens were strengthened with externally bonded CFRP sheets when the load reached approximately half of the predicted failure load. The identification methods based on measured modal parameters were utilized and the efficiencies of these methods were investigated. These methods include frequency changes, Modal Assurance Criterion (MAC), Coordinate Modal Assurance Criterion (COMAC) and modal curvatures. The comparison of the methods shows that the frequency changes are not fully capable of detecting damage and predicting the potency of strengthening. The MAC values can reveal the changes of overall stiffness of the beams during the load steps. The change of stiffness at each degree of freedom of beams evaluated by COMAC and modal curvatures show that the damage identification of the beam specimens is best described by modal curvature method.     

Timoshenko versus Euler beam theory: Pitfalls of a deterministic approach

The selection criteria for Euler-Bernoulli or Timoshenko beam theories are generally given by means of some deterministic rule involving beam dimensions. The Euler-Bernoulli beam theory is used to model the behavior of flexure-dominated (or “long”) beams. The Timoshenko theory applies for shear-dominated (or “short”) beams. In the mid-length range, both theories should be equivalent, and some agreement between them would be expected. Indeed, it is shown in the paper that, for some mid-length beams, the deterministic displacement responses for the two theories agrees very well. However, the article points out that the behavior of the two beam models is radically different in terms of uncertainty propagation. In the paper, some beam parameters are modeled as parameterized stochastic processes. The two formulations are implemented and solved via a Monte Carlo-Galerkin scheme. It is shown that, for uncertain elasticity modulus, propagation of uncertainty to the displacement response is much larger for Timoshenko beams than for Euler-Bernoulli beams. On the other hand, propagation of the uncertainty for random beam height is much larger for Euler beam displacements. Hence, any reliability or risk analysis becomes completely dependent on the beam theory employed. The authors believe this is not widely acknowledged by the structural safety or stochastic mechanics communities.     

基于区间理论的挡土墙稳定性非概率可靠性分析

针对现有可靠性分析方法的局限性与不足,首先,根据挡土墙岩土力学参数取值的区间性特征,引入区间分析理论,视挡土墙岩土力学参数为区间变量,在确定出挡土墙稳定可靠性分析的合理功能函数基础上,建立出基于区间理论的挡土墙结构稳定非概率可靠性计算模型;其次,针对区间运算结果扩张问题,引入区间组合法和改进区间截断法,建立出挡土墙稳定性非概率可靠性分析的区间运算方法,进而建立出基于区间理论的挡土墙稳定性非概率可靠性分析方法;最后,将该方法应用于工程实例,结果表明了本文方法的合理性与可行性,并探讨了岩土力学参数对挡土墙稳定性非概率可靠性指标的影响规律,具有一定的工程参考价值。     

简支梁绝对最大弯矩计算方法的教学改革

针对简支绝对最大弯矩的计算方法,教学实践中提倡一种划发截面近似算法。该法以影响线、计算机分别作为理论分析与计算工具,可同步解决恒载和移动活载作用下简支梁绝对最大弯矩的近似计算和弯矩包络图的绘制。实践证明,上机电算可培养学生对科学现象的自觉洞察的分析判断能力,同时可使学生对教材中的精确算法两步求解过程加深理解。     

配置碳纤维预应力筋的钢纤维活性粉末混凝土无腹筋梁疲劳性能试验研究

对6根仅配置纵向CFRP预应力筋的钢纤维活性粉末混凝土（RPC）无腹筋梁试件进行了静力和疲劳试验,研究了RPC钢纤维含量、疲劳荷载水平、加载方式等参数对其疲劳性能的影响。结果表明：疲劳荷载作用下梁试件发生剪切破坏;无论是承受静力荷载还是疲劳荷载的梁试件,都不宜过高估计钢纤维的作用而取消抗剪腹筋;提高钢纤维含量可以显著改善梁试件的疲劳性能,钢纤维含量为3%的CFRP预应力筋RPC无腹筋梁,若RPC的主拉应力小于其抗拉强度的50%,可免于疲劳破坏;经回归分析,给出了试验梁的刚度退化方程及RPC主拉应力与疲劳寿命关系方程。     

圆孔蜂窝梁的力学性能

为了进一步推广蜂窝梁在实际中的应用,针对中国结构设计规范尚未对此结构作出规定的现状,通过ANSYS有限元分析软件,采用板壳元建立不同参数的圆孔蜂窝梁计算模型,对圆孔蜂窝梁的静力性能进行研究,探讨了跨度、开孔率、孔间距等参数对梁强度、刚度和稳定性能的影响,并将计算结果与相同截面的实腹式构件对比,给出了较为简化的实用设计公式,为圆孔蜂窝梁的进一步研究与应用提供了参考。     

Sensitivity and inverse analysis methods for parameter intervals

This paper proposes a sensitivity analysis method for engineering parameters using interval analyses.This method substantially extends the application of interval analysis method.In this scheme,parameter intervals and decision-making target intervals are determined using the interval analysis method.As an example,an inverse analysis method for uncertainty is presented.The intervals of unknown parameters can be obtained by sampling measured data.Even for limited measured data,robust results can also be obtained with the inverse analysis method,which can be intuitively evaluated by the uncertainty expressed in terms of an interval.For complex nonlinear problems,an iteratively optimized inverse analysis model is proposed.In a given set of loose parameter intervals,all the unknown parameter intervals that satisfy the measured information can be obtained by an iteratively optimized inverse analysis model.The influences of measured precisions and the number of parameters on the results of the inverse analysis are evaluated.Finally,the uniqueness of the interval inverse analysis method is discussed.     

海洋腐蚀环境下钢筋混凝土梁疲劳试验研究

对8根钢筋混凝土梁进行了大气环境、淡水及海水环境下的疲劳试验,研究了其力学性能及刚度损伤演化规律。进一步分析了三种环境与循环荷载共同作用下试件梁的破坏形态、挠度发展规律和疲劳寿命。试验结果表明,腐蚀和疲劳存在耦合作用,海水腐蚀环境与5%~70%荷载水平作用下,梁疲劳寿命最短。根据理论分析和试验结果,对钢筋混凝土梁在严酷海洋环境下的疲劳寿命及其规律进行了进一步研究,参考已有文献和试验研究结果给出了基于钢筋混凝土梁刚度损伤演化规律的疲劳寿命预测模型,经计算,实测结果与该预测模型计算结果之间的误差不超过13%。     

钢-混凝土预制混合梁框架抗侧刚度等效计算及精度分析

随着装配式建筑发展中新型建造体系和建造技术不断创新,预制构件连接节点的半刚性特性逐渐引起国内外学者的关注。通过单层单跨的预制混合梁框架抗侧刚度给出了削减系数与半刚性折减系数的计算式,提出了在水平荷载作用下多层多跨预制混合梁框架侧移量的等效计算方法。采用有限元分析软件ABAQUS建立了模型进行分析,对比分析了预制混合梁框架有限元模型与等效均质梁框架模型计算结果。结果表明：在水平荷载作用下,利用削减系数与半刚性折减系数建立的等效均质梁框架与预制混合梁框架结果吻合较好,等效计算方法具有较高的准确性。当框架节点转动刚度偏小时,预制混合梁框架与均质混凝土梁框架水平位移相差相对较小;随着框架节点转动刚度增大,水平位移差异逐渐增大。