结构随机分析的向量型层递响应面法

结构随机分析的传统响应面法通常用于显化表示某一随机响应量在结构特定点的涨落,属于标量型响应面法。为克服传统响应面法的局限性,提出了结构总体节点位移向量显化表示的层递响应面法,属于向量型响应面法。首先利用Karhunen-Loève级数线性展开随机刚度矩阵和节点荷载向量,并定义随机场均值处的刚度矩阵作为预处理器,进而生成预处理Krylov子空间;然后将结构总体节点位移向量在该空间中层递展开,建立向量型的层递响应面,有效保持了节点位移之间的协调性;最后分析了层递响应面与混沌多项式之间的关系,给出了样本点选取原则,建立了节点位移向量的均值和协方差计算公式。通过算例分析,验证了层递响应面法的高精度、全域性和快速收敛性。     

矩形钢管混凝土齐次广义屈服函数与桁架结构极限承载力

研究建立具有广泛适用性的钢管混凝土(CFST)矩形截面的齐次广义屈服函数(HGYF),据此提出CFST桁架结构极限承载力分析的高效、自适应弹性模量缩减法(EMRM)。首先以约束效应系数为自变量,利用高阶多项式拟合HGYF的待定系数,使之与不同的CFST矩形截面相协调;进而,通过回归分析建立CFST矩形截面的HGYF,并据此建立高承载单元的自适应识别准则。然后,通过自适应缩减高承载单元的弹性模量模拟结构的刚度损伤演化,由此确定CFST桁架结构的极限承载力。通过将CFST构件及结构两个层面的计算结果与模型试验及增量非线性有限元法结果对比分析,验证了该文建立的HGYF和EMRM具有良好的适用性与计算精度,且能够取得更高的计算效率。     

非弹性结构体系的概率地震损伤分析

综合考虑强度退化、刚度退化、捏拢效应等典型滞回特性的影响,提出了双向激励下非弹性体系地震损伤分析的新型数值模型.结合所筛选的69条地震记录,定量地分析了双向地震激励、强度退化、刚度退化、捏拢效应等因素对地震损伤指标的概率统计特征的影响.计算结果显示:非弹性双自由度体系的地震损伤指标可以描述为Frechet或Lognormal分布随机变量;双向激励下非弹性双自由度体系的地震损伤指标可以近似表达为单向激励下非弹性单自由度体系的地震损伤指标的平方和开方;减小结构的屈服后刚度或考虑强度退化、刚度退化和捏拢效应的影响可以明显加剧结构的地震损伤程度.     

全时域初值推进边界元法分析氯盐侵蚀下混凝土结构服役寿命

通常采用的分时段逐步推进边界元法在分析氯盐对混凝土的侵蚀问题时存在缺陷。为此,研究建立了全时域初值推进边界元法,据此计算了氯盐侵蚀环境中钢筋混凝土结构的服役寿命,分析了氯离子扩散维数对混凝土中氯离子浓度和服役寿命的影响。研究了分时段逐步推进边界元法计算氯离子扩散时产生问题的原因。算例结果表明：混凝土中氯离子扩散的维数将直接影响到混凝土结构的服役寿命,必须在设计中加以考虑。而且,全时域初值推进边界元法可以消除混凝土中氯离子扩散域内的积分项,避免域内离散,因此与分时段逐步推进边界元法相比,能够简化计算格式,提高迭代收敛过程的稳定性和计算结果的精度,减少计算耗时。     

圆形截面混凝土中氯离子时变扩散解析模型

为了克服传统常扩散解析模型无法考虑氯离子扩散系数时变特性所存在的缺陷,研究建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散解析模型。在极坐标系中建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散的控制方程、边界条件和初始条件,然后通过引入等效扩散时间将氯离子的时变扩散方程转化为常扩散方程,进而结合贝塞尔函数和变量代换法,建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散的解析模型,并与数值模型和常扩散解析模型进行对比验证。分析结果表明,该解析模型具有较高计算精度和计算效率,不仅可以克服数值模型对空间离散网格和时间步长的依赖性,而且还可以克服常扩散模型由于忽略氯离子扩散系数时变性而高估混凝土中氯离子质量分数所存在的缺陷;圆形截面混凝土中的氯离子质量分数分布介于一维和二维扩散之间,随着圆形截面半径和龄期衰减系数的增大逐渐趋近于一维扩散情况。     

混凝土中氯离子时变扩散的边界元分析

氯离子在混凝土中的扩散是一个时变过程。考虑氯离子扩散系数的时间依赖性,将时变扩散系数引入混凝土的氯离子扩散模型中,通过变量代换,给出了时变扩散条件下氯离子扩散方程的基本解,并基于误差函数建立了氯离子扩散场补偿长度理论,分析了散场补偿长度系数的取值,在此基础上建立了时变扩散系数下混凝土中氯离子扩散分析的边界元法。通过算例分析验证了氯离子扩散场补偿长度理论对于氯离子扩散分析的数值方法的合理性,证明了该法具有较高的计算精度和计算效率。     

海洋潮汐浪溅区混凝土表面氯离子浓度的改进计算模型

收集世界不同地区304组海洋潮汐浪溅区自然暴露混凝土的试验数据,据此分析水胶比、胶凝材料种类和暴露时间对混凝土表面氯离子浓度C_s,ts的影响规律,进而结合二阶段多元非线性回归分析,分别确定了硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰等胶凝材料对C_s,ts的修正系数,建立了海洋潮汐浪溅区C_s,ts的改进模型,并利用现有模型和试验数据对比,验证了该模型的适用性。分析表明：C_s,ts与水胶比之间近似呈线性关系,且胶凝材料种类对C_s,ts的影响显著;C_s,ts在前5 a内快速增长,随后逐渐趋于稳定,可以利用指数型函数来描述其时变规律。     

非弹性体系地震动力响应分析的新型单轴Bouc-Wen模型

对经典的单轴Bouc-Wen模型进行改进,研究建立了可以综合考虑P-效应、捏拢效应、强度退化、刚度退化、应变硬化等典型滞回特性的新型单轴Bouc-Wen模型。根据非弹性单自由度体系在69条强震记录作用下的动力响应,定量地分析了P-效应对地震延性需求的均值和变异系数的影响,进而建立了地震延性需求的经验概率分布模型和预测方程。计算结果显示:由重力引起的P-效应对地震延性需求的影响较大,而由竖向地震激励引起的P-效应的影响很小;地震延性需求与震级、震中矩、剪切波速等参数之间的线性相关性较小;对于短周期体系,可以采用Lognormal或Frechet分布来描述地震延性需求的概率分布,而对于长周期体系,采用Frechet分布则更为合理。     

混凝土孔径分布模型及其应用

研究了混凝土100 nm以下的孔径分布特征及其与氯离子快速扩散测试中6 h电通量的关系.粉煤灰单掺、矿渣粉单掺及复掺粉煤灰/矿渣粉用于制备混凝土,养护龄期为7、14、28和90d,采用压汞法获取各龄期样品的孔径分布数据.将粉体颗粒尺寸分布的 Rosin Rammler Bennet(RRB)模型用于描述混凝土中100 nm以下的孔径分布,得到特征孔径X和孔径分布均匀性系数n.研究表明,在全部样品中,X的分布范围为30～70nm,最可几范围为40～50nm,孔径分布均匀性系数n的分布范围为1.1～2.1,最可几范围为1.3～1.6;在较大水胶比(0.50)时,特征孔径X呈现先增后减的趋势;特征孔径X与氯离子快速扩散测试的6 h电通量存在正相关的趋势,孔径分布均匀性系数n与6 h电通量则存在负相关趋势,综合n与X影响的n/X与6 h电通量存在非线性的负相关趋势且更为明确.     

水泥基材料中钢筋脱钝临界氯离子浓度的加速测试装置及方法

本工作结合氯离子电迁移系统和电化学测试系统,研发了一种新型的水泥基材料中钢筋脱钝临界氯离子浓度的加速测试装置,分别测试了混凝土和砂浆中钢筋脱钝过程的开路电位、极化电阻和腐蚀电流密度的变化规律,提出了水泥基材料中钢筋脱钝的量化判别方法,并测试了混凝土和砂浆中钢筋脱钝的临界氯离子浓度。分析结果表明,利用所研发的临界氯离子测试装置不仅可以通过电迁移方式加速氯离子在水泥基材料中的传输、缩短试验测试周期,而且能够通过量化判别准则判别试件中钢筋测试端面是否发生脱钝,避免传统测试方法采用钢筋环面作为测试工作面、根据腐蚀电化学参数的特定取值或变化规律定性判断钢筋是否脱钝造成的测试误差。