Topology-based quantitative assessment of structural robustness

Local damages to a structure will cause disproportional collapse if the system is lack of robustness. This structural safety cannot be guaranteed by traditional ways, such as reliability analysis tools and construction management approaches. Therefore, it is very important to develop related theories for structural robustness. This paper presents a methodology to quantitatively assess the structural robustness from the topological point of view. In the proposed method, the structural failure is viewed as a feedback process. The transformations between the damage input and failure output form a closed-loop. The decisive factor of the operation of such a closed-loop is thought as the structural topology. Furthermore, the damage input and the failure output of the structure are measured by the uncertain disturbance and the change of the topology, respectively. After the sensitivity of the structural topology to the uncertain disturbance is studied, the transfer matrix is discovered to indicate the rationality of the topological relationship. The importance of each loading path, the structural robustness and the most vulnerable part of the system can be found concisely in accordance with this matrix.     

模态变化对钢桁梁桥的损伤检测研究

通过改变钢桁梁模型桥单元刚度模拟其结构损伤,利用有限元结构动力分析程序对该模 型桥在”损伤”前后进行了结构动力分析。发现振动模态的变化对单元损伤的程度较为敏感且有 对应关系。选用结构振动模态作为权数,提出了一种对结构损伤前后的模态变化量进行加权处理 的新方法,利用该方法能够对单元损伤实现有效定位。      

随机共振与响应灵敏度相结合的结构损伤检测方法

为了解决强噪声背景环境下的结构损伤识别问题,提出了一种基于非线性降噪和损伤定位相结合的两步法.第一步将结构的激励响应和背景噪声通过非线性随机共振系统进行处理,降低背景噪声的干扰以突出响应;第二步将结构的局部微小损伤模拟为单元弹性模量的减少,求得响应信息对单元弹性模量的灵敏度,据此对结构单元弹性模量进行修正,从而实现结构损伤的定位.数值算例表明,该方法在50%噪声水平环境下,能较好地实现损伤定位,单一损伤识别误差率不超过0.2%,多损伤识别的误差率不超过0.5%.      

混凝土梁损伤识别的试验研究

将结构自重作为损伤识别分析的外部信息,在此基础上分析混凝土裂缝损伤对结构的影响及其性质,从而找到能较好地反映结构损伤的物理量。通过光纤传感器和传统电测应变片的对比试验,验证了光纤传感器用于损伤识别的可行性。     

双塔钢桁斜拉桥结构强健性计算方法

为了确保双塔钢桁斜拉桥的结构强健性, 依托新疆果子沟大桥, 基于现场结构试验, 开发了全方位多点温度补偿系统, 测量了特定加载工况下钢桁主梁应变、挠度与斜拉索索力增量, 确定了钢桁主梁与斜拉索重要构件的具体位置; 基于试验结果, 借鉴广义结构刚度理论, 采用桥梁结构有限元模型分析了斜拉桥弦杆与斜拉索的重要性系数, 研究了桥梁最不利破坏模型。研究结果表明: 各工况下钢桁主梁应变实测数据规律性较好, 钢桁主梁应变与挠度的实测值与理论计算值的比值小于1.0, 表明主梁承载能力与抗变形能力符合设计要求, 具有足够的安全储备; 主梁在各工况下的最大挠度均发生在中跨跨中, 达到237mm, 具有较强抗变形能力; 斜拉索索力增量实测值与理论计算值的比值小于1.0, 表明斜拉索具有一定的安全储备; 钢桁主梁控制截面处弦杆与特定斜拉索为重要性系数较高的构件, 斜拉索的重要性系数大于弦杆的重要性系数, 其中弦杆的重要性系数分布集中于主塔附近与中跨跨中; 通过斜拉索重要性系数的分布可知单根斜拉索的破损不会造成整体结构的坍塌, 但多于2根斜拉索失效可能会导致整体结构的连续倒塌; 主跨最长斜拉索和中跨跨中、边跨支座处与靠近主塔处弦杆失效对于整体结构较为不利。     

蒙特卡罗法在桥梁损伤识别中的应用

以桥梁结构损伤识别为研究对象,采用模态应变能损伤识别与蒙特卡罗法相结合的方法,讨论了测试噪声对桥梁结构损伤定位的影响。在分析过程中对模态的阶数、单损伤、多损伤及损伤部位等进行了研究,依据噪声影响下的模态应变能变化率定位结构损伤。以某连续梁桥为例验证了方法的有效性,利用蒙特卡罗法进行了1万次的计算,得到在不同损伤程度、不同损伤位置随测试噪声水平变化的识别率。研究结果表明,损伤识别率更能表征损伤识别方法,且符合工程实际需要。     

一种基于Quasi-UDG模型的无线传感器网络非测距定位算法

针对Quasi—UDG模型下无线传感器网络随机部署的拓扑特征,提出了一种非测距基于权重的定位算法EWLS（Enhanced Weighted Least Square）．首先,设计出一种节点跳数和距离关系估计的方法,然后依据跳数值与距离关系的概率表达式,给出EWLS定位算法中节点测量距离信息的权重．仿真实验表明,在不同的锚节点密度、Quasi-UDG模型因子和平均邻居节点数的参数下,EWLS算法定位误差较小,同最小均方误差相比,有效地提高了节点定位的精度．     

法国南部阿尔卑也山脉的微构造研究

通过对法国南部阿尔卑也山脉区微构造(张节理、微断层、小型褶皱等)的系统测量,运用数值计算法、垂直两面角法等研究方法进行分析、图解和计算,获得了这个地区自早白垩世以来的七个构造变形期及其变形的性质和主应力轴的产状。研究结果表明,微观构造不仅反映了宏观构造所显示的构造变形期,而且还显示了宏观构造所不能反映的微弱构造变形期。     

不同除冰工艺对机场水泥混凝土道面的损伤特性

进行了热风除冰、乙二醇化学除冰与尿素化学除冰的模拟试验, 测试了混凝土试件质量损失和强度降低率, 分析了除冰方式与除冰次数对水泥混凝土道面的损伤规律。分析结果表明: 热风除冰对试件表层损伤反应较慢, 在经过45次冻融循环后才表现出明显的质量损失, 但其对试件内部结构损伤却较严重, 50次热风除冰后的强度降低超过35%。虽然50次化学除冰后试件的强度降低小于20%, 但试件表层的腐蚀性损伤造成的质量损失较显著, 尿素的腐蚀所造成的质量损失高达8.5%, 比热风除冰的质量损失高5倍以上。可见, 为了保持机场道面结构强度, 化学除冰要比热风除冰更为合理。为了降低机场跑道混凝土剥落对飞机发动机损害的隐患, 宜优先采用热风除冰方式, 但须关注其对道面结构强度的影响。     

结构参数变化对钢管混凝土拱桥动力特性的影响分析

以郑州黄河二桥主跨钢管混凝土拱桥为研究对象,采用ANSYS通用有限元程序,建立了该下承式钢管混凝土拱桥动力计算的整体空间有限元计算模型;探讨了17种不同工况和损伤对桥梁的动力特性的影响。计算结果表明:该钢管混凝土桥竖向刚度相对较强,面外刚度相对较弱;横撑的布置形式对桥跨结构的竖向刚度影响不大,但对桥梁结构对面外刚度影响较大;撑脚的损伤对结构的第1阶自振频率的影响比较敏感的,但对结构的竖向刚度影响不大;吊杆和桥面板的损伤对结构动力特性的影响基本没有变化。     

基于不完整频响函数的结构整体状态评估

分析了土木工程结构的有限元模型,推导了损伤判别指标,构建了整体损伤计算方程组;利用最小二乘法求解得到结构中的各单元损伤状况.利用结构的频响函数图形的偏移程度对结构的损伤进行定性判定;通过不完整频响函数建立损伤识别指标对损伤位置进行识别;构建了损伤定量计算方程组;利用最小二乘法求解该方程组,并对损伤程度进行评估.仿真结果...     

Application of non-detective techniques in traditional masonry structures

Study on the non-destructive detection techniques and damage identification method is of great importance in protecting and rehabilitating the ancient architectural structure. In order to identify the location and the grade of structural damages, a multi-point microtremor measurement is performed on carved brick screen walls at Songjiang area in Shanghai, and the observed dynamic parameters (natural frequencies and natural modal) are obtained. On the other hand, the dynamic parameters of the original structure are calculated by finite-element-method (FEM). Normalizing the observed and calculated parameters on unified physical quantity, the damages are located by the variation on vibration modal, and the grade of structural damages is quantitatively evaluated by stiffness losses based on the variation on vibration modal.     

双曲拱桥病害原因分析及诊断

建立了双曲拱桥的全桥平面有限元模型,对其主要病害进行数值模拟,分析了在主拱跨中损伤、拱脚损伤、拱脚竖向位移和拱脚水平位移四种病害情况下全桥的内力及结构位移的变化,通过遗传算法对全桥损伤(包括损伤位置和损伤程度)进行识别,结果表明遗传算法对双曲拱桥的主要病害识别有较好的精度.方法和结论对双曲拱桥的维修加固都有一定的参考价值.     

基于光纤光栅传感技术的江阴大桥结构应变监测研究

江阴大桥自1999年通车以来,就一直经历着大交通和重载交通的双重考验.主桥钢箱梁受交通荷载的影响最为直接,极易因荷载的不断作用而产生疲劳损伤.对荷载影响反应最直接的就是主桥钢箱梁结构的内部应变,通过对结构应变的监测,可以较好地掌握桥梁受动态荷载作用下的结构响应.本文采用光纤光栅传感技术对钢箱梁结构的重点部位进行应变监测...     

轨道车辆结构振动损伤识别技术综述

从智能运维的角度阐述了利用结构振动损伤识别技术进行轨道车辆结构健康监测的重要性和必要性;根据不同损伤识别的适用范围,将结构振动损伤识别技术分为基于模型的方法和基于响应信号的方法;结合结构健康监测中损伤识别的不同层次,分析了以结构损伤的存在性、类型、定位和程度表征的不同识别方法;概括了轨道车辆运维过程中损伤识别技术的典型特征,讨论了基于模型的损伤识别中固有频率、模态形状、曲率模态等与模态参数有关方法的优缺点;分析了基于响应信号方法的应用现状和发展趋势,并阐述了模型修正和优化技术在结构损伤识别中的应用;重点分析了车辆关键部件故障诊断与监测中损伤识别技术的实施,讨论了结构振动损伤识别技术在未来轨道车辆智能运维策略中的主要发展方向,展望了未来轨道车辆部件的状态检修策略和智能运维技术。研究结果表明：轨道车辆的智能运维应该充分考虑结构振动损伤识别技术与人工智能等新技术的结合;大数据驱动的结构振动损伤识别技术能够更好解决车辆状态实时监测的技术难点;考虑复杂环境因素对轨道车辆结构部件损伤识别技术的影响,需要不断完善基于耦合振动效应的结构振动损伤识别技术及方法。     

桥梁下部结构型式与特点分析

对桥墩、桥台等桥梁下部结构的结构型式及其构造特点进行介绍和分析,指出其各自的适用情况,可供同行参考。     

基于参数化建模的渔船军运改装结构分析系统

总结了各型号渔船改装的规律和特点,采用参数化设计理念,开发了专用结构分析系统,利用Delphi对ANSYS进行了封装,用户只需输入简单的船体结构参数和军用荷载,系统即可自动实现对改装渔船结构的整体有限元分析,极大地降低了结构分析的难度,提高效率、降低成本。计算结果显示,系统采用的整体结构分析方法与传统的针对构件的局部强度分析方法相比,能更科学地反映结构承载情况,结构加强部分截面明显减小,有效减少了附加重量,节约了改装费用。     

钢筋混凝土梁托柱转换结构节点耐火性能分析

为提供钢筋混凝土梁托柱转换结构的防火设计依据,根据结构的受力特点,设计了两种足尺梁托柱节点单元试件,对两种节点单元试件进行了热力耦合作用下的耐火性能试验;采用有限元分析软件进行数值计算,分析了火灾下钢筋混凝土梁托柱节点单元的热力耦合耐火极限,得出各参数变化对梁托柱节点单元耐火极限变化规律. 分析结果表明:升温曲线及最高温度对节点单元的耐火极限影响较大;荷载比为0.6的节点单元比荷载比为0.4节点单元耐火极限小;节点单元托梁纵向受拉钢筋的保护层厚度不同,其耐火极限从大到小为保护层厚度50 mm、保护层厚度40 mm、保护层厚度25 mm;转换托梁中受托柱处附加吊筋的设置可有效提高节点单元的耐火极限,并起到避免发生突然破坏的作用;节点单元托梁四面受火的耐火极限小于三面受火的耐火极限;在相同荷载比及相同受火工况作用下,两种钢筋混凝土梁托柱节点单元的耐火极限和破坏特点不同.      

基于多模态的神经网络的结构损伤识别方法的研究

采用曲率模态和柔度曲率组合成多模态参数,针对连续梁结构在有限元模型基础上对结构进行了损伤识别研究．结果表明,以此多模态参数作为网络输入参数,并通过学习训练所得网络不仅可以准确地对结构损伤进行定位,而且对损伤的定量也取得了比较理想的效果,表明此网络还具备良好的容错性和鲁棒性．     

基于DEA-CCR模型的列车运行线效率计算方法研究

列车运行线作为构成列车运行图的基本单元,其效率反映列车运行图编制质量.定义列车运行线效率为其反馈技术指标与占用运输资源的赋权比,给出各影响因素的计算方法;针对其相对性特点,基于DEA-CCR模型构建全图列车运行线效率计算模型并求解.以成遂线石板滩—新桥线路所列车运行图进行实例验证,结果表明,所提方法能够客观计算列车运行线效率,算例中动车组列车运行线效率均值为0.961 1,高于普速列车均值0.909 5;全图上行方向列车运行线效率均值为0.944 2,高于下行方向均值0.933 7,说明列车运行线效率与铺画优先级及始发时刻可调整度有关,并提出了改善列车运行线效率的途径.