基于改进Faster R-CNN与U-Net算法的桥梁病害识别与量化方法

为实现桥梁病害检测的自动化,对基于图像处理技术的混凝土桥梁表观病害的智能识别和尺寸确定方法展开研究.提出基于改进Faster R-CNN算法的病害识别方法,利用K均值聚类和遗传算法对区域候选网络锚框进行优化设计;以裂缝预测区域为基础,提出ResNet34结合U-Net的裂缝形态提取方法,并结合裂缝形态学研究了裂缝像素宽度和长度的确定方法.结果表明:锚框优化设计可改进Faster R-CNN算法的表观病害识别效果,5类常见病害的预测准确率、召回率、平均精确率分别由68.40％、69.87％、74.64％提升到85.40％、83.59％、83.72％;利用病害预测框,结合改进U-Net算法的裂缝像素尺寸计算,可实现裂缝病害尺寸的自动测量;基于改进Faster R-CNN和改进U-Net的方法可实现混凝土桥梁常见病害的智能识别和尺寸量化,从而提高桥梁病害检测效率并促进桥梁技术状况评定的智能化.     

结构主动控制理论及存在的问题

结构振动控制是使结构和控制系统共同抵御外界动荷载的作用,达到控制结构形态,减轻结构动力响应的目的。其研究和应用大体上分为三个领域：基础隔震、被动耗能减振以及主动、半主动和智能控制。本文对主动、半主动和智能控制作了描述,对结构振动控制中的问题做了探讨。     

储层页岩直剪破断特性及细观演化机制

以露头页岩为研究对象,开展不同层理倾角页岩的直剪试验,研究剪切全过程的4个阶段,同时开展基于颗粒离散元的页岩直剪全过程研究,与试验数据对比验证数值模型的可行性,从细观角度分析直剪全过程的能量演化规律,提出各向异性特征表征方法,并通过全过程的声发射变化解释细观裂缝的演化机制,阐明裂缝扩展与细观能量演化机制的一致性,研究不同时刻的层理页岩裂缝扩展规律及力链图,与对应层理倾角页岩的破坏模式进行对比,进一步探讨90°层理页岩剪切破断的裂缝特征,揭示不同层理页岩直剪全过程的裂缝演化机制。结果表明：法向应力增大能更大程度地抑制层理开裂,而剪切速率增大能更快速地达到峰值强度但降低抗剪强度;不同层理倾角页岩的破坏模式各异,0°沿层理面剪切滑移破坏,30°层理开裂为沿层理的雁列状裂缝,60°剪切破裂面呈曲线型。     

考虑流体相变效应的粗糙裂隙非线性渗流换热机理

三维粗糙裂隙渗流换热机理的研究,对提升地下热储层的热提取率意义重大.当前,热开采过程中的多场耦合问题已取得了丰富的成果,但热开采过程中流体的相变作用对裂隙渗流特性及传热变化的影响却鲜有涉及.为剖析流体相变作用下的非线性渗流换热机理,以三维粗糙裂隙为研究对象,基于Fluent软件建立单相与多相流-热耦合模型,对比是否考虑相变作用的不同入口流速、入口温度和壁面温度时的局部换热系数分布特征.结果表明未考虑相变作用时,壁面局部粗糙程度控制局部换热系数的分布特征;基于Forchheimer公式,得知流体传热过程中非线性渗流特性显著.考虑相变作用后,流体呈现类似剪切稀释流体的特征,而气相体积分数则对系统换热过程起主导作用.因此,考虑流体的相变效应可以更准确地揭示热开采过程中的渗流特征和热提取效率的演化机理.     

双坡屋面低矮房屋风致内压的数值模拟

针对围护结构出现洞口后风致内压与外压联合作用这一造成建筑物严重破坏的主要原因,应用计算流体力学软件ANSYS Fluent 12.0,选用基于Reynolds时均的标准k-ε湍流模型,对低矮房屋单一主洞口及多洞口模型进行不同工况的数值模拟分析.结果表明:单一洞口工况下开孔率对风致内压影响很小,而开洞位置对各表面风致内压分布的影响显著;多洞口工况0°风向角时,平均内风压系数随着洞口面积比的增大而增大,但增大趋势逐渐变缓;纵墙和屋面同时开洞且开洞面积比一定时,结构平均内风压系数随风向角变化显著,且内压分布的不均匀性显著增强.     

砌体墙片滑移和固结振动台试验对比研究

提出一种简易滑移减震技术,进行滑移层材料制备相关试验,同时进行单层砌体墙片滑移和固结模型振动台试验。对比不同基底约束情况下结构自振周期、加速度、位移等方面的地震反应差异。研究结果表明:在设计地震波峰值加速度较小时,滑移模型和固结模型的顶层加速度和层间位移都较小,在设计地震加速度为0.31g(1g=9.8 m/s2)时,相应为在7.5度罕遇地震作用下,固结模型出现裂缝,而滑移模型有较为明显的滑移,且相对滑移量随着地震波峰值加速度的增大而增大,上部结构在振动过程中为整体水平滑动,一直没有出现裂缝,减震效果明显。     

挡土墙主动土压力极限上限分析

为了计算墙背倾斜粗糙、填土面倾斜且作用均布荷载条件下的挡土墙主动土压力,采用摩尔-库仑屈服准则,建立三角形破坏机构,推导了挡土墙主动土压力上限解计算公式,使用粒子群算法搜索最危险滑裂面并获得主动土压力最优解.通过与经典朗肯土压力理论和模型试验结果对比分析可知:该计算方法包含了朗肯土压力理论并与模型试验实测结果比较符合.在此基础上分析了墙背倾角、填土面倾角、墙土外摩擦角和填土内摩擦角对滑裂面倾角和主动土压力系数的影响规律,相关计算数据可用于工程计算.     

温度循环作用下石窟砂岩渗透特性试验

石窟岩体常年裸露在外,会受到多种自然因素的影响,尤其是温度变化和渗水等,可能导致岩体物理力学性质发生改变。针对温度循环作用下石窟砂岩的渗透特性开展研究,选取重庆大足石刻砂岩为研究对象,通过渗透试验,对多次冷热循环后石窟砂岩的渗透率进行测定和分析,并进一步研究了渗透试验后石窟砂岩的抗压强度特性。试验过程设计了不同冷热循环次数、不同高温持续时间、不同冷却方式等多种试验工况。研究结果表明：经过多次冷热循环,砂岩渗透率增加,并且渗透率变化幅度受循环次数和冷却方式的影响;当渗透压增大,砂岩渗透率增加;在高渗透压下渗透后,砂岩的强度稍小于低渗透压下的强度。     

基于新型元启发式BP神经网络的500kV覆冰输电线路力学响应预测研究

覆冰高压输电线路塔体高、跨度大,断线、倒塔、舞动等事故频发,现有的监测设备量少,不足以及时反映其力学响应特征,提高覆冰线路的事前预警准确性是运维关键.以某500kV典型覆冰塔线体系为研究对象,结合在线监测信息验证该模型的合理性,基于三维有限元提出计算杆塔力学响应的代理模型,快速获得了不同覆冰工况的杆塔位移及应力值,形成力学响应数据库,并提出基于新型元启发式即浣熊优化算法(COA)BP神经网络的覆冰线路力学响应预测方法.对比了4种优化算法在23个测试函数中的进化能力、收敛速度及收敛精度,说明浣熊优化算法对复杂问题全局最优求解的高效性,并开展了不同训练样本数的正弦函数和余弦函数的仿真研究,阐明了COA进化神经网络计算更准确,且更快收敛于最优解.进一步,以覆冰输电线路力学响应的主控因子及塔顶位移为网络输入,以杆塔最大位移、最大拉应力及最大压应力为网络输出,基于风向角45°的监测数据集验证预测模型的学习泛化能力,并对比其他4种进化神经网络模型的预测值,再次阐明了该预测模型的优势.最后将该模型应用于风向角180°的塔线体系力学响应预测,其预测值均与实际覆冰工况的杆塔位移及应力值吻合,特别是不同覆冰工况的力学响应变化曲线再次验证了上述预测模型的可行性.可见,基于新型元启发式BP神经网络模型可实现覆冰高压塔线体系力学响应预测的实时性、高效性和准确性,为输电线路实时健康评估及事前预测预警提供了技术支持.     

变电站引下线体系时域非线性风振分析

变电站引下线结构体系一般为分裂导线,且具有跨度小、高差大、线长短、上下连接的特点,强风引起的事故时有发生。为研究风荷载作用下引下线的非线性风振响应特性,利用AR模型法对脉动风荷载进行模拟,对引下线柔性体系进行模态分析和风振响应时程分析,研究了气动阻尼、风向角、跨高比、间隔棒数量等参数对风振响应的影响。结果表明,引下线体系响应有着明显的非高斯性。与常规水平大跨越输电线相比,其固有频率较高,气动阻尼影响较小。平面内风荷载会导致较大的反力响应,平面外风荷载会导致较大的位移响应;跨高比的增加会导致结构的反力响应增大,而位移响应减小。结构跨中位移响应均随着间隔棒数量增加而减少;而结构的端部反力在间隔棒数量为5时最小。引下线内力响应风振系数和位移响应风振系数并不一致,随跨度增大,风振系数呈减小趋势。