锈蚀钢筋混凝土结构抗力衰变综述(Ⅰ):材料层次

针对锈蚀钢筋混凝土结构抗力衰变的影响因素复杂多样,从锈蚀钢筋力学性能、基于锈胀开裂的混凝土截面损伤、锈蚀钢筋与混凝土粘结性能等3个方面,回顾评述了相关研究成果,比较分析了既有锈蚀钢筋力学性能退化模型和粘结性能退化模型的异同,进而指出了当前研究存在的不足以及有待深入研究的方向.结果表明:既有材料层次的衰变模型多依赖于有限试验的经验回归,模型的普适性仍有待提升;从细观甚至微观的角度,探索钢筋的锈蚀形成与损伤演化,以形成统一的锈蚀后材料性能劣化模型,仍是有待进一步探索的研究方向;既有研究对混凝土自身性能的劣化关注不足,老化混凝土自身性能与时间关联模型的建立,有助于提高结构剩余寿命的预测精度.     

基于混沌猴群算法的结构有限元模型修正研究

有限元模型修正可转化为优化问题,基于此,将全局寻优算法--混沌猴群算法引入到有限元模型的修正中。利用响应面法,实现结构响应与待修正参数间非线性隐性关系的显式表达,基于最小残差原理,建立优化目标函数;利用混沌猴群算法求解该函数,得到修正后的结构有限元模型。以一个数值算例验证了该方法在结构有限元修正中应用的可行性。本文研究拓宽混沌猴群算法的应用范围,为有限元模型修正提供了一种新的思路。     

钢管混凝土拱肋水化热温度场足尺节段试验研究

为揭示山区大跨钢管混凝土拱桥水化热温度场分布特征及演变机理,依托雅鲁藏布江特大桥,开展了强辐射-大温差联合作用下大跨钢管混凝土拱桥节段水化热温度场足尺试验研究和瞬态热分析研究,提出了水化热温度场计算方法,建立了温度与太阳辐射、风速、环境温度的直接理论关系.结果表明：径向温度场夜间呈影响深度D/4的对称三折线分布,正下午时段呈非对称三折线分布,在距向阳侧交界面D/8～D3/8位置突变;周向温度场呈半波比值接近5∶1的正弦曲线分布;向阳侧温度梯度方向不断变化,最大正温差接近30℃,最大负温差接近40℃,涂抹低辐射吸收率材料可有效减小温度梯度.提出的温度场计算方法在适用性上不受气候环境限制,公式计算结果与试验结果及有限元结果吻合良好,表明这种方法可以应用于工程分析.     

基于响应面法和麻雀搜索算法的结构有限元模型修正

为了获取准确可靠的结构有限元模型,提供结构运营期间健康监测和状态再分析的基准参照,提出了一种基于响应面法(response surface method,RSM)和麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)的结构有限元模型修正方法.首先,基于响应面法,采用拉丁超立方设计方法进行试验设计获取样本点,以简单低阶数学模型代替特征量与参数间复杂的映射关系,构造结构宏观响应与各参数的解析表达式,基于逐步回归分析进行基函数显著性检验,运用方差理论检验模型精度获取最优响应面模型,并联合结构动力响应残差和构造目标函数;其次,基于麻雀搜索算法,对目标函数进行优化求解得到各参数最优解,代入初始有限元模型中,实现对初始有限元模型的修正;最后,基于RSM-SSA有限元模型修正方法对高维局部损伤悬臂梁数值模型实施修正,验证所提方法的可靠性和可行性,并与基于其他新兴群智能优化算法的有限元模型修正结果进行对比.结果 表明:采用该方法修正的参数和频率误差均值分别为6.549％、0.279％,修正效率和精度较其他算法有显著提升,修正后的有限元模型具有较高的精度,可真实反映结构实际力学行为.该方法为结构有限元模型修正提供一种新思路.     

锈蚀钢筋混凝土结构抗力衰变综述(Ⅱ):构件层次

为准确预测钢筋混凝土构件的时变抗力,回顾了锈蚀钢筋混凝土构件力学性能的研究现状,总结了既有锈蚀钢筋混凝土结构的梁、柱抗力衰变模型,指出了现阶段研究存在的不足及有待进一步探讨的方向.结果表明:腐蚀影响下的结构抗力衰变模型的建立尚未达成统一共识;抗力衰变研究主要关注承载力、变形等外部宏观力学性能的演化,对破坏过程中内部细/微观损伤研究相对较少;劣化钢筋混凝土构件试验多采用小比例模型,存在一定的尺寸效应;传统的室内加速锈蚀不足以满足实际构件性能演化的模拟需要,依托人工环境模拟试验平台,应综合考虑外部荷载与内部劣化的耦合影响,开展更为先进的加速锈蚀试验.     

基于局部密度方差理论的高性能混凝土骨料均匀度定量评价

为科学高效地评价高性能混凝土(HPC)骨料均匀度,针对骨料均匀度评价定量化难的问题,提出一种基于局部密度方差理论结合计算机数字图像处理技术的方法,对骨料均匀度进行定量评价。先对采集的高清图像进行滤波去噪处理,采用边缘提取获得骨料形态,进行腐蚀、膨胀操作、开闭运算处理获取骨料分布图,再利用提出的局部密度方差计算公式对随机选取的2个测区进行均匀度计算。研究结果表明:通过MATLAB编程可以实现图像去噪和骨料外形特征提取,骨料所处的位置被加粗加黑,骨料与过渡界面处被锐化处理,骨料间噪点被去除,为均匀度计算分析提供支撑;基于局部密度方差计算公式,提出的3种局部密度计算指标(由标准局部边长l0得出的均匀度U1、U2和所有局部边长l取平均值得出的均匀度U3)可对测区骨料分布均匀度进行数值计算,避免了人为主观因素的影响;对测区图像进行0°~90°旋转模拟拍摄角度差异,对比分析两测区旋转后图像和原图均匀度评价指标U1、U2、U3标准差约为1%,波动性较小,表明选用的3种指标评价的唯一性较好;U3在测区1和测区2的评价中方差仅为0.55%和0.48%,波动性较U1、U2小;随所取不同角度图像样本数量增加,3种均匀度指标趋于平稳,方差进一步降低,3种指标既可以单独评价,也可以综合评价HPC骨料的均匀性。     

基于金属磁记忆技术的钢筋应力无损检测试验

介绍了一种运用自主设计的三维磁场扫描装置检测、评估桥梁钢筋应力的无损检测技术.首先,对不同应力阶段的钢筋试件进行基于金属磁记忆技术的磁感应强度检测试验;其次,为了分析混凝土对试验结果的影响,进一步开展不同应力阶段的外包混凝土试件的相应试验;最后,通过研究磁感应强度随钢筋应力变化的依赖关系,得到了基于金属磁记忆技术的钢筋应力初步评定依据.结果表明:通过钢筋漏磁场的磁感应强度曲线,能够定性判断钢筋内部应力大小,即磁感应强度曲线与背景线重合,钢筋处于强化阶段,曲线发生畸变,钢筋处于颈缩阶段;当提离高度超过6 cm时,漏磁信号依然具有较高的表征准确度.     

桥梁退化模型及养护时机研究综述

为了准确把握桥梁结构性能退化规律,使桥梁养护决策及时化、科学化、系统化,综述了桥梁性能退化的模型建立方法以及养护时机优化研究现状。调研了国内外学者对桥梁性能退化规律和养护策略的研究成果,从物理模型、回归模型、随机模型、人工智能模型等四个方面分析了桥梁退化预测模型的研究进展,总结了桥梁养护时机优化问题的建立与解决方法,研究表明：神经网络、动态贝叶斯理论对马尔可夫模型修正可确定其最优转移概率从而使预测精度提高；高效的优化算法如布谷鸟搜索、多目标优化混合算法等可提高计算效率,具有研究价值。该研究可为桥梁科学养护策略提供有益参考。     

基于证据理论的连续刚构桥安全状态分级评估方法

针对连续刚构桥的安全评估问题，本文基于挠度监测数据，提出了基于证据理论的连续刚构桥安全状态分级评估方法。首先，建立了连续刚构桥的四级预警等级，并提出各等级预警阈值的获取方法，形成了分级预警框架；在此基础上，利用证据理论进行信息融合，借助欧式距离构建基本信度分配函数；然后，利用熵权法更新基本信度分配，再采用Desmpster合成规则融合评估结果，从而实现桥梁安全状态的分级评估。最后，通过实例分析，验证了所提方法的有效性和可行性。结果表明：所提方法能有效的结合多层次的预警信息，实现定性和定量评估的兼顾，达到桥梁状态的综合评价；案例桥属于1类评估等级，处于较好的运行状态。