附设黏滞阻尼器的RC框架结构抗震韧性评估

为研究黏滞阻尼器对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构抗震韧性影响,基于增量动力时程分析方法,对附设黏滞阻尼器的RC框架结构开展抗震韧性能力评估。结合FEMA P-58以及我国抗震韧性评价标准,将主要受损构件的修复费用、修复时间曲线以及易损性信息按实际情况进行相应修正,并对无控结构和有控结构的修复费用、修复时间和人员伤亡等主要抗震韧性指标进行对比分析,明确了黏滞阻尼器对RC框架结构抗震韧性的影响。研究表明,在RC框架结构中适当设置黏滞阻尼器不仅能够减小结构地震响应、降低结构破坏概率,还能有效提升结构抗震韧性。

外置耗能角钢的摇摆-自复位桥梁双柱墩地震易损性分析

为评估设置耗能角钢的摇摆-自复位桥梁双柱墩的抗震能力,本文建立该结构的有限元分析模型,分别定义和量化双柱墩不同损伤状态和损伤指标。本文从太平洋地震工程研究中心选取16条近断层地震动,基于增量动力分析,得到该结构的地震响应。基于最小二乘法,对得到的增量动力分析曲线进行对数回归分析,计算结构不同损伤状态的超越概率及易损性曲线。研究表明:当地面峰值加速度为0.1 g时,外置耗能角钢与耗能钢筋屈服的超越概率分别为34%和22%;当峰值加速度为0.4 g时,外置耗能角钢与耗能钢筋失效的超越概率分别为6%和11%,而预应力筋未屈服;当峰值加速度为1.0 g时,外置耗能角钢和耗能钢筋失效的概率分别达到85%和91%,桥墩发生倒塌的概率为46%。

基于组合性能指标的立面差异化锈蚀桥墩时变抗震韧性研究

为了研究立面差异化锈蚀桥墩在全寿命周期内的震后可恢复性能,该文基于结构震中响应和震后状态提出了一种“先判定损伤等级后评估可修复程度”的桥墩抗震韧性概率评价方法。以地震易损性分析为基础,基于最大位移角-残余位移角组合指标构建桥墩震后可恢复性曲线,给出桥墩各级破坏状态下多级可修复程度的概率计算方法。根据海洋环境的腐蚀特点,建立了立面差异化锈蚀桥墩的有限元模型,通过Pushover分析研究了全服役期内桥墩抗震性能的退化规律。采用增量动力分析(IDA)方法对不同服役年限的桥墩进行地震易损性分析,根据墩顶最大位移角定义桥墩破坏状态、以峰值加速度(PGA)表征地震动强度,从而建立起桥墩时变地震易损性曲线。以残余位移角为参考指标,对桥墩不同服役时间的各级破坏状态进行震后可修复程度的分类与统计,通过构建可恢复性曲线实现桥墩不同破坏状态下各级修复难度的概率评估。研究结果表明,随着服役时间的增长,钢筋锈蚀会导致桥墩抗震性能的不断退化。相比未锈蚀情况,桥墩服役100年后,承载力下降约20.22%,而侧向变形能力降幅可达75.30%。同时,随着服役时间的增长,桥墩各级破坏状态的地震失效概率逐渐增大,且震后修复难度也随之提高。当PGA为0.6 g时,桥墩从未锈蚀到服役100年,发生严重破坏的超越概率由16.92%上升到了35.66%,而震后需要简单修复的概率由14.17%上升至26.49%,并出现了较难修复和难以修复的情况。

可考虑温致位移时滞的大跨桥梁支座劣化预警技术

为实现对大跨桥梁支座性能劣化的准确判别,提出了一种考虑温致位移时滞的大跨桥梁支座性能劣化预警方法.首先,分析了温度效应下支座滑动的力学行为,揭示了支座性能劣化前后温致位移的变化特征;其次,建立了可考虑温致位移时滞的门控循环单元GRU网络模型,对支座温致位移进行预测,并提出了可剔除温度效应影响、凸显支座性能劣化的温致位移预测残差TDPE预警指标;最后,基于某大跨桥梁的监测数据,验证所提方法的有效性.结果表明:GRU网络模型可以自适应剔除支座温致位移的时滞效应,对支座位移具有较高的预测精度,预测误差在5 mm以内;TDPE预警指标可以实现支座温致位移4 mm以上的异常增量预警.

500m口径射电望远镜(FAST)索网结构风致破坏概率评估

大跨空间索网结构风敏感性突出,极易遭受风荷载影响。针对目前缺乏此类结构抗风性能评估方法的问题,以大跨空间索网结构FAST为例,提出一种基于实测风场数据的风致破坏概率分析方法。采集1971年~2020年结构所处地区的大量实测风速数据,通过概率分布拟合建立场地的风灾危险性模型。建立FAST的精细化有限元分析模型并模拟风荷载时程输入,采用非线性动力时程分析对结构的风振反应进行计算,基于概率性需求模型绘制易损性曲线。最后,结合得出的风灾危险性和结构易损性,计算得出FAST结构在所处场地实际风灾环境中的破坏概率。研究表明:该地极限风速为17m/s,风速在0~10m/s的概率最大;在120°、210°和300°风向角下,下拉索均为易损构件,210°风向角上吸风对索网结构最不利;在最不利风向角下,结构达到轻微破坏、中等破坏和严重破坏的总破坏概率分别为1.8359×10^(-4)、1.1499×10^(-5)和1.3202×10^(-6)。

桥梁承载能力多水准可靠度评定方法

为在中国桥梁评定规范中引入“保守设计,非保守评定”的思想,提出一种“新-旧桥”两水准可靠度评定方法.对比分析了中、美桥梁评定规范分析检算公式、评定可靠指标和分项系数的异同,并将美国规范通过折减活载分项系数调整评定可靠度的方法引入中国规范中.首先提出了将新桥设计可靠指标折减0.5作为旧桥评定可靠指标的方法,之后通过一次二阶矩方法对不同受力形式、不同荷载运营状况的评定活载分项系数进行校准,给出了“新桥1.4,旧桥1.2”的评定活载分项系数取值建议,最后通过一个RC简支T梁桥评定算例验证了方法的可行性.结果显示,所提出评定方法与规范方法相比最不利需求能力比降低了0.07,实现了在役旧桥的非保守评定.

装配式框架结构一致多尺度模拟方法与动力响应研究

为了在有限算力下尽可能提高装配式框架结构的有限元分析精度,且对结构的局部损伤特性和整体结构响应开展并行分析,提出了一套应用于装配式混凝土框架结构的一致多尺度模拟方法。基于内聚力模型来考虑新旧混凝土的界面接触问题,采用组合多点约束法实现多尺度模型的界面连接;结合预制混凝土梁柱节点试验对该模拟方法的合理性进行了验证,并通过参数分析得出装配式混凝土框架结构节点区域细观尺度模型的合理取值范围;最后采用提出的一致多尺度模拟方法,分析了某装配式混凝土框架结构在地震作用下的动力响应。结果表明:不同尺度模型耦合界面宜取在新旧混凝土交界面之外,建议长度为h/3~h(h为梁高),距离灌浆套筒端部至少留出1/2个套筒的长度;与宏观梁单元相比,采用一致多尺度模拟方法得到的结构整体响应更加精确且能够反映节点区域的真实塑性发展规律;提出的一致多尺度模拟方法可为复杂装配式混凝土结构的整体计算分析及关键节点的精细化仿真提供有效途径。

考虑频响函数混叠误差的阻尼比识别效果研究

通过实测频响函数识别阻尼比时,识别准确性受到频谱混叠现象的影响,因此建立了考虑频响函数混叠误差的阻尼比识别有效性判断方法.首先,根据傅里叶变换原理进行理论推导,证明了采样频率不足时频响函数会发生混叠现象;然后,根据频响函数混叠原理和模态叠加原理,建立了多自由度结构的基准频响混叠误差拟合公式,进而给出考虑频响函数混叠误差的阻尼比识别结果有效性判断的步骤.通过对两自由度理论频响函数模型设置不同的等效柔度比和固有频率比,表明其对两阶模态计算频响混叠误差有显著影响;通过对比四层框架结构基准模型的响应在设置不同采样频率时对阻尼比的识别结果,验证了所提方法的可行性.

考虑挠度和转角约束的桥面连续段受力计算方法研究

采用桥面连续构造替代伸缩装置是降低简支梁桥维护成本、实现接缝终身免维护的有效途径,但现有桥面连续段受力计算方法过高估计其承受的荷载,使得设计配筋量显著增加,不仅提高了建造成本,而且增大了桥面连续段对主梁的约束作用,改变了桥面连续构造的受力状态,难以满足对其进行合理设计的需求。针对此问题,提出一种基于主梁对桥面连续段挠度和转角约束下二者变形协调的桥面连续段受力计算方法,并将计算结果与试验值以及现有桥面连续段受力计算方法所得结果进行对比。结果表明,所有桥面连续段受力计算方法所得结果均大于试验值,但本文所提出的方法计算结果最小,与试验值吻合最好,钢筋应力的误差范围在1766%~3027%,验证了所提方法的有效性。最后以桥面连续混凝土简支T梁桥为例,给出了便于应用的确定桥面连续段受力的方法,且所提方法物理意义清晰,计算流程简便,预测精度更高。

工程结构在多灾害耦合作用下的研究进展

我国地处亚欧板块、太平洋板块和印度洋板块之间,且疆域辽阔、海岸线绵长,这就自然形成了我国地震、强风和降雨等自然灾害频发。工程结构,包括高层建筑、村镇低矮房屋建筑群、输电塔线体系等生命线工程,在其全寿命周期内会遭受地震、强风和降雨等多种灾害的单独或同时作用。传统设计方法基于最不利荷载对结构进行设计,忽略了多种灾害耦合作用对结构全寿命周期抗灾性能的影响。文章总结了该课题组近年来在多灾害研究领域所取得的主要成果,包括:(1)根据中国强震台网中心和中国气象局数据中心提供的地震、风和降水数据,开展了极端事件单独作用和耦合作用的危险性分析;同时,提出了基于Copula函数的联合概率模型分析方法;(2)提出工程结构在多种灾害耦合作用下的性能评估和荷载修正系数计算方法;(3)开展了高层建筑在地震和强风单独作用以及同时作用下的风险分析及荷载修正系数计算;进行了村镇低矮房屋在地震和洪水耦合作用下的风险分析;对风雨耦合作用下的输电塔线体系进行了易损性分析。结果表明:(1)在考虑灾害发生概率时,不同灾害(例如,地震、强风和降雨)同时作用对结构性能评估具有显著影响;(2)由本文方法计算的荷载组合系数均不小于规范值,建议对现行规范中地震和风荷载的设计强度进行适当修正。因此,在对工程结构进行抗多灾耦合作用的性能分析和设计方法研究时,应综合考虑多种灾害的耦合效应。

一种新型SMA阻尼器的试验和数值模拟研究

利用超弹性SMA丝的耗能能力和自复位能力，提出了一种新型的SMA阻尼器，试验研究了该阻尼器在循环荷载作用下不同位移幅值、不同加载频率和不同初始位移条件下的力学性能，并通过建立的理论模型对阻尼器的力学性能进行了数值模拟。研究结果表明：该新型SMA阻尼器在循环荷载作用下形成稳定的滞回曲线，具有良好的耗能能力和自复位能力;阻尼器的性能可通过调节超弹性SMA丝的初始应变而改变，以满足工程的需要;动力荷载（0．5～2Hz）频率对阻尼器的耗能能力和等效阻尼比影响不大，而恢复力和割线刚度随频率增加而略微增大;数值模拟结果和试验结果吻合较好，建立的理论模型可以对SMA阻尼器进行理论分析。

土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展

土木工程结构健康监测的研究是近年来国际学术研究的热点问题之一,涉及许多不同的研究领域,如数据采集系统、信号处理、结构分析等.阐述了实施土木工程结构健康监测的必要性和迫切性,介绍了结构健康监测系统的概念、组成及其应用,分析研究了结构健康监测系统的各个子系统的功能、特点和实现方法,重点讨论了实现各子系统的理论、方法和存在的若干力学问题,论述了结构健康监测在国内外土木工程领域的应用状况,最后对结构健康监测领域的几个重要问题做了展望.

大跨斜拱桥结构健康监测系统的设计与开发

沈阳伯官大桥是中国首座六跨中承式飘带形提篮斜拱桥,为确保该桥在施工及服役期间的安全,对其设计并安装了一套完整的结构健康监测系统。介绍了安装系统的仪器选型及测点布设方案,监测系统的功能、构成及其实现过程,包括传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据管理子系统以及状态评估子系统。为满足传感器数量多、分布广、信号测量精度和同步性要求高的需求,自主研发了一套分布式结构健康监测数据同步采集仪器,实现了多类型传感器及多终端设备之间的精准同步采集。该监测系统为实时监测桥梁的响应,在线把握桥梁的性态,合理制定桥梁的养护计划,提供了有效的手段。

基于RTK GPS技术的超高层结构风振观测

结构使用期间,由于各种原因,会造成其不同程度的损伤和破坏,为了保证结构的安全和尽可能地延长它的使用年限,应对其进行实时地健康监测与安全性评估。随着RTKGPS技术的逐步成熟,这一高效、快速、全自动、全天候和高精度的健康监测方法在特大型土木工程中开始应用。以某超高层建筑为背景,设计了基于GPS的风振观测系统,进行了强风下的现场试验;采用小波理论对实测的风速和风压进行了小波量图与小波相干分析,针对小波相干分析中由于噪声引起的伪相干现象建立了基于蒙特卡罗的统计显著性水平估计方法;最后对结构的风振响应进行了模态分析,与有限元数值分析结果吻合较好。

考虑导线影响的输电塔侧向简化抗震计算方法

根据作者提出的侧向振动时高压输电塔体系的简化抗震计算模型 ,导出了振动方程 ,编制了高压输电塔体系抗震计算考虑导线影响的计算程序。经大量的输电塔体系地震反应分析 ,得出了导线的影响随跨度的增加而增大的结论。分析结果表明 ,按现行《电力设施抗震设施规范》设计的大跨越输电塔体系在强震作用下是偏于不安全的。最后 ,给出了输电塔体系侧向振动时考虑导线影响的界限 ,提出了输电塔 -导线体系侧向振动的简化抗震计算方法。

输电塔体系风雨激励的动力分析模型

考虑输电塔结构体型特征、平均风剖面变化、功率谱能量特性与相干性等影响因素,通过谐波叠加法,对输电塔结构进行了脉动风速模拟,并以Kaimal谱为谱模型生成脉动风,通过数值计算验证了脉动风模拟方法的有效性。结合脉动风速模拟提出一种雨激励的模拟方法,计算出在一定风速情况下雨的冲击力。建立了输电塔的精细化有限元分析模型,研究了在风单独作用与风雨共同作用下的输电塔体系的动力响应,探讨了雨荷载对输电塔体系动力响应的影响。研究结果表明,雨荷载激励对输电塔的影响不能忽略。

钢筋混凝土框架柱多维恢复力特性的试验研究

利用拟静力试验对钢筋混凝土框架柱分别进行了不同轴压比下单、双向循环加载和双向变轴力循环加载 ,得到了在不同加载路径和加载方式下力与位移关系的本构模型 .通过比较不同加载形式下柱的破坏形态、破坏程度 ,对试验现象和滞回曲线的分析得出 :双向荷载作用使得柱的承载力较单向荷载作用有较大的下降 ;在双向荷载作用下 ,构件的强度退化和刚度退化现象均较单向荷载作用下严重得多 ,且轴压比的增大加重了构件的强度退化和刚度退化现象 ;

光纤健康监测方法在土木工程中的研究与应用进展

在土木工程领域 ,光纤智能健康监测方法是对建筑物或构筑物的健康状况进行检测的一种新方法。本文首先论述了光纤智能健康监测系统的构成 ,然后对国内外光纤健康监测系统在土木结构中的研究与应用进行了回顾 ,介绍了光纤传感器的种类、原理、特点和当前应用的状况 ,重点介绍了光纤位移传感器和布拉格光栅 (Bragggrating)应变传感器 。

利用TLD减小高柔结构多振型地震反应的研究

本文提出了利多多个调谐液体阻尼器（简称TLDS）减小高柔结构多振型地震反应的方法，给出了TLD的布置方案和计算公式，通过钢框架模拟地震振动台试验和理论分析，验证了本文提出的方法的正确性．

磁流变阻尼器参数化动力学模型研究进展

磁流变阻尼器(magnetorheologicaldamper,简称MR阻尼器)是一种智能型驱动装置,在土木工程中具有很好的应用前景.详细综述了磁流变阻尼器参数化动力学模型的研究现状,分析了各种模型的优缺点;并对如何设计充分发挥磁流变阻尼器在不同电压下耗能能力的控制策略进行了探讨,指出神经网络和模糊逻辑技术的应用是解决这一问题的有效途径.