混凝土坝裂缝转异诊断的顺序典型小概率法

裂缝是混凝土坝不可避免的病害,其稳定与否是关系到混凝土坝结构安全的关键因素.基于裂缝开度与裂缝尖端张开位移之间的函数关系,提出了混凝土坝裂缝转异诊断的临界裂缝开度准则,并探讨了该准则所需的裂缝尖端张开位移和裂缝亚临界扩展量的确定方法.借助裂缝开度监控模型将临界裂缝开度准则进行转化,并与大坝安全监控中裂缝的原位监测资料-裂缝开度联系起来,建立了混凝土坝裂缝转异诊断的顺序典型小概率法.实例分析表明,顺序典型小概率法实现了临界裂缝开度准则在大坝安全监控中的具体应用,是合理可行的.     

基于动力学结构突变的混凝土坝裂缝转异诊断方法研究

提出了混凝土坝裂缝转异诊断的动力学模糊互相关因子指数法,并利用该方法检验了Logistic时间序列由倍周期分枝走向混沌的结构突变过程,表明该方法具有鉴别时间序列内在动力学层次和检测其突变特性的功能.考虑到混凝土坝裂缝系统是一个开放的、耗散的以及复杂的非线性动力系统的特点,引用上述提出的分析方法对某混凝土重力拱坝下游面裂缝进行动力结构突变分析,发现了该坝裂缝存在两个明显的动力结构突变点,由此实现了混凝土坝裂缝的动态转异诊断;由于动力学模糊互相关因子指数法可以直接依据实测的裂缝开合度序列对大坝裂缝进行转异诊断,因此该方法具有较好的实际应用前景.     

混凝土坝裂缝转异监控模型研究

融汇裂缝安全监控理论及其转异诊断方法建立了混凝土坝裂缝转异监控模型,重点研究了裂缝长度对裂缝口张开位移的影响。基于虚拟裂缝模型的基本假定,对混凝土坝裂缝的扩展过程进行了线性假设;通过动力学结构突变和统计学模型突变的检验方法获取混凝土坝裂缝的转异点;把对转异监控模型的求解转化为极值优化问题,并利用粒子群优化算法进行解答,据此完成了对混凝土坝裂缝转异监控模型的建立及求解.文末以某混凝土重力坝105m高程的典型裂缝为例对所提出的转异监控模型进行了验证。     

一种新型大量程裂缝光纤传感器

裂缝一直以来是判断混凝土结构健康程度的重要标志,然而对于一些混凝土结构一定开度的裂缝对结构本身安全情况影响不大,但当裂缝继续开展到一定的程度时就要采取必要的措施进行维护.本文基于光纤宏弯曲损耗理论提出了一种大量程裂缝传感器,并介绍了裂缝感知原理,然后通过有机玻璃板模拟裂缝开展,验证了此传感器的可行性.最后,通过将此传感器埋入混凝土梁,对此传感器的实际应用能力进行了进一步的验证.实验表明,该传感器可对混凝土结构上大裂缝的开展情况进行持续性的监测.     

混凝土坝裂缝转异诊断的云模型法

针对现有混凝土坝裂缝转异诊断方法多是基于裂缝开度单个测点进行分析这一不足,提出利用多个测点综合信息量诊断裂缝性态的思路.根据这一思路,首先研究了将裂缝开度变化转化为裂缝信息量的方法,其次利用投影寻踪法研究了裂缝开度各测点权重的确定方式,然后将裂缝开度多个单测点的信息量归纳为综合信息量,最后根据云模型理论,建立了裂缝转异诊断的两种判据:基于裂缝信息量总体数据序列的判据,以及考虑裂缝信息量历史数据和当前数据差异性的判据,建立了裂缝转异诊断的云模型法.实例分析表明,裂缝转异诊断的云模型法能够较客观地分析历史数据和当前数据贡献以及对结果的影响,该方法具有可行性.     

基于实测资料的外掺MgO微膨胀混凝土变形性态研究

外掺MgO混凝土产生的延迟性微膨胀能够补偿混凝土在温降过程中产生的收缩变形,从而防止或减少混凝土产生裂缝.本文通过对向家坝水电站导流底孔外掺氧化镁混凝土的室内试验和现场监测成果进行对比分析,探讨了外掺MgO与未掺MgO,同类混凝土中掺量不同对混凝土变形特性的影响.     

混凝土坝小样本安全监控模型研究

混凝土坝安全监控模型研究一直是大坝安全监控领域中的热点和难点,本文将混凝土坝结构性态的演变作为一个动态过程,针对混凝土坝安全监控模型中监测数据较少、自变量因子间相关性较强的问题,结合混凝土坝结构性态转异诊断的Bootstrap法和偏最小二乘回归分析方法,建立了混凝土坝小样本安全监控模型.将其应用到某混凝土重力坝水平位移的分析当中,结果表明,混凝土坝小样本安全监控模型的拟合精度更高、预测效果更好、解释更加合理,研究成果为混凝土坝安全监控分析提供了科学依据.     

基于PPP-BOTDA的钢筋混凝土结构应变与变形监测实验研究

介绍了预泵浦布里渊光时域分析技术的测试原理、实现方法、技术参数以及温度对测试的影响，并用于钢筋锚固性能实验和混凝土梁受弯加载实验的应变测试．实验结果表明，预泵浦布里渊光时域分析技术可对钢筋、混凝土的应变分布、混凝土的开裂进行较准确的测量和定位．将分布式应变沿光纤轴线进行累加还可推算出结构的变形量，由此得到了箱梁在加载过程中的挠度分布曲线．对预泵浦布里渊光时域分析技术用于土木工程结构的应变、变形测量以及裂缝监测提出了建议．     

基于MSC.Marc的高混凝土坝非线性时效变形量化的程序实现

变形是混凝土坝结构性态的综合反映,尤其是时效变形,是评价大坝结构性态转异和长效服役健康状况的重要指标.针对坝体混凝土徐变和坝基岩体蠕变等材料固有时效变形特征所引起的混凝土坝时效变形,组建了适合高混凝土坝变形的坝体、坝基非线性时变本构模型,并研究了三维应力状态下的时效变形方程,提出了基于Drucker-Prager屈服函数的坝基岩体蠕变分段准则;在此基础上,基于通用商业有限元软件MSC.Marc,研究了本文所建非线性时变本构模型的二次开发程序实现方法,进而实现对高混凝土坝固有时效变形的量化分析.通过算例验证了基于MSC.Marc进行二次开发的可行性和正确性,某高混凝土重力坝固有时效变形的正反分析结果表明了所建模型的工程实用性.     

基于骨料几何本征混凝土干缩开裂的三维细观研究

结合激光扫描测试和三角网格折叠算法形成了基于骨料几何本征的三维骨料模型库,提出了基于拟合体的真实骨料间接投放算法,建立了干燥环境下混凝土收缩开裂研究的细观尺度数值分析模型.通过湿扩散模拟确定混凝土湿度场的空间分布,根据湿度场的变化计算混凝土试块的损伤分布,模拟结果与已有试验结果吻合良好,验证了模型的可行性.在此基础上,研究了在干燥环境下混凝土干缩裂缝的扩展机理,揭示了混凝土表面干缩裂缝发展规律与细观介质之间的内在联系.结果表明,混凝土试块棱边较表面水分损失更快,更易产生初始裂缝;混凝土初始裂缝和表面损伤点与在表面下的骨料位置重合,且受骨料离表面的距离和粒径影响;随着环境相对湿度的降低,表面裂缝发展深度不断增加,试块表面出现更多贯通裂缝和损伤点,呈现以表面下骨料位置为节点的“龟裂”形态.     

基于首次超越概率理论的混凝土坝时变风险率研究

随着我国大坝安全管理工作逐渐由传统的工程安全管理向工程风险管理方向发展,在役大坝风险水平成为了越来越重要的研究课题.混凝土坝实际运行过程中受到众多随机不确定因素和模糊因素影响,导致大坝自身风险率具有显著的时变特性,本文尝试引入二元高斯算法采用并联体系方法计算混凝土坝系统时变风险率,将时变风险率分析问题转化为静态并联体系失效概率计算问题,通过在广义随机空间内采用JC法计算固定时刻混凝土坝风险率,并基于首次超越概率理论转化为混凝土坝时变风险率.最后,在工程算例分析中以某混凝土重力坝沿坝基抗滑失效为例,通过引入合理的抗力和荷载效应随机过程变量模型,采用该算法对混凝土重力坝抗滑稳定时变风险率进行了分析,验证了该模型的有效性,具有一定的理论和工程应用价值.     

新型可测量大变形的弯曲型光纤光栅裂缝传感器

光纤光栅传感技术以其自身的优势,在结构裂缝监测等工作中得到了广泛的应用,然而由于其自身很容易折断的特点,其测量的范围较小.在前人研究成果的基础上,设计了一种简易弯曲型光纤光栅裂缝传感装置,并通过实验对此传感装置的性能进行了验证.实验结果表明,本裂缝传感装置切实可行,可明显提高普通光栅光纤传感器的测量范围,而且具体良好的重复使用能力,以应对实际工程中裂缝开展情况的不确定性.     

基于蒙特卡洛方法的闪烁光纤阵列空间分辨率模拟

阐述塑料闪烁光纤对14．1MeV中子的响应机理；建立基于Geant4与MCNPX的蒙特卡洛模拟程序，通过添加发光计算实现MCNPX对中子光响应的计算，并对Geant4进行校验；对14．1MeV中子在闪烁体内产生反冲质子及发光响应进行了模拟；发现并研究了塑料闪烁内由14．1MeV中子产生的反冲质子半高宽，与使用阵列型探测器获得的半高宽的差异；给出使用倾斜狭缝源获得的调制传递函数，结合瑞丽判据获得精确光纤阵列分辨率的方法；对正方形光纤阵列与圆柱光纤（四边形排布与六边形排布）阵列空间分辨率随光纤尺寸变化进行模拟与分析．提出的方法与模拟结果可以用于ICF实验中光纤阵列的优化设计．     

孔隙网络模型模拟人工裂缝渗流研究

传统支撑剂导流能力试验需要耗费大量时间和成本,设备复杂并且对不同流体的适用性较差,基于支撑剂的排列分析和孔隙网络模型的基本原理,本文提出用孔隙网络模型模拟人工裂缝的思想,并建立了模型.以实测支撑剂渗透率作为指导,通过调整模型参数使模型预测结果与实测数据相符;并用所建立的模型对支撑剂的渗透率进行预测,达到较好的效果.针对压裂液和稠油等非牛顿流体,利用调整好的模型研究了非牛顿流体在人工裂缝中的流动特征.本文证明了孔隙网络模型模拟人工裂缝内渗流的可行性,相对于传统支撑剂导流能力试验,本方法经济高效,并且针对不同的流体有更广泛的适用性.     

基于改进IDA的混凝土坝地震易损性研究

针对目前混凝土坝易损性分析研究中震害等级划分多采用单一指标以及增量动力分析法(IDA)中选取步长增量时未考虑结构响应等问题,本文提出基于改进IDA的混凝土坝易损性分析方法:首先采用功效系数法以位移、应力、损伤区域为指标对坝体结构破坏进行综合评价,并应用变权模型考虑指标数值对指标权重的影响;然后通过计算得到的坝体综合破坏指数,根据坝体震害等级划分采用变增量步长法改进IDA法,从而可以更加全面地计算分析坝体在不同强度地震作用下从弹性状态到完全破坏的结构响应过程;最后,以某混凝土坝挡水坝段为例,建立有限元模型计算结构地震响应,应用改进IDA法绘制其地震易损性曲线.结果表明,该方法可以分析坝体结构在不同地震强度作用下产生各个等级破坏的概率,进而为混凝土坝结构抗震安全设计等提供理论依据.     

钢筋混凝土断裂全过程声发射特征辨识及相关参量影响

以声发射参量为切入点,通过开展带预制裂缝混凝土三点弯曲梁试件声发射试验,采用振铃计数率-时间曲线、累计振铃计数-时间曲线、能量-时间曲线和累计能量-时间曲线等,研究了不同设计强度等级和不同配筋率混凝土三点弯曲梁试件断裂破坏过程声发射参量基本特性.研究结果表明:通过振铃计数-时间曲线和能量-时间曲线相互结合,可以更加准确地判断三点弯曲梁试件的起裂荷载和失稳荷载;初始设计强度对混凝土和钢筋混凝土断裂过程声发射参量具有一定影响;配筋率不同,钢筋混凝土三点弯曲梁试件断裂破坏过程也不相同,其对应的声发射信号也存在有一定差别.为进一步研究混凝土三点弯曲梁断裂破坏过程提供了一定的试验依据.     

混凝土强度等级对全珊瑚海水钢筋混凝土梁抗剪性能的影响

通过对全珊瑚海水钢筋混凝土梁(coral aggregate reinforced concrete beam, CARCB)和普通钢筋混凝土梁(ordinary aggregate reinforced concrete beam, OARCB)进行斜截面抗剪性能试验,研究了混凝土强度等级对CARCB的裂缝发展、破坏形态、跨中变形及抗剪承载能力的影响,建立了弯矩-跨中挠度、挠度-梁长、荷载-最大裂缝宽度的关系,探讨了CARCB抗剪承载力(Vcs)的计算模型.结果表明:随着混凝土强度等级的提高, CARCB正截面开裂荷载(Vcr)、斜截面Vcr和Vcs均逐渐增大.不同混凝土强度等级的CARCB,其裂缝宽度均随着荷载的增大而增长,加载初期,在梁跨中附近出现正截面弯曲裂缝,裂缝宽度开展非常缓慢,随着荷载的增加,在支座向集中力作用点处出现斜裂缝,斜裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏.在C60的CARCB中采用有机新涂层钢筋能有效抑制钢筋锈蚀.最后,综合考虑箍筋锈蚀和高强珊瑚混凝土(coral aggregate concrete, CAC)的影响,提出了更加合理的CARCB抗剪承载力计算模型.     

基于XFEM的拱坝裂缝变形监控混合模型

鉴于扩展有限元可以快速建立不同扩展情况下的裂缝变形测点监控混合模型,不需要进行不连续面局部网格重划分,因此,本文利用基于黏聚性裂缝模型并考虑裂尖加强的扩展有限元法模拟裂缝的扩展过程,建立了混凝土拱坝黏聚裂缝的断裂模型,通过分析荷载变化和裂缝变形的关系,建立了裂缝开度监控混合模型.工程实例分析表明,基于扩展有限元的裂缝变形监控混合模型的计算值和实测值较为一致,比统计模型拟合结果更好,且可用于预测变形的发展趋势.本文的创新处在于首次将基于黏聚性裂缝模型的扩展有限元法引入大坝安全监测,并对结合黏聚性裂缝模型的扩展有限元法增加了裂尖加强以提高拟合精度.     

并联机构构型分岔与保持性研究

并联机构在奇异位置处的构型具有不确定性. 如何控制机构按给定的构型通过奇异位置, 是并联机器人机构控制的关键问题之一. 采用奇异性理论对平面3DOF并联机构的分岔性态及其构型稳定性进行了研究. 利用Liapunov-Schmidt (LS)约化, 对构型约束方程进行了降维处理, 得到一维分岔方程. 分析了芽空间分岔点附近构型不确定的原因, 根据强等价条件, 得到了与原方程分岔性态一致的Golubitsky-Schaeffer正规形. 通过对分岔方程普适开折, 研究了输入构件长度误差等扰动因素对分岔点处构型保持性的影响, 找到了具有构型保持性的构型分岔曲线. 在该构型分岔曲线上, 机构可以按保持的构型通过分岔点     

新一代塑料光纤及其功能开发

与石英光纤相比, 塑料光纤的主要问题是传输损耗大. 采用一种新的光纤结构—蜘蛛网结构包层空芯布拉格光纤, 可以把构成光纤材料的吸收损耗压缩至约10⁴~10⁶分之一, 因而从根本上解决了塑料光纤损耗大的问题. 在此基础上, 充分利用塑料光纤柔软、易弯曲的优点, 可以实现从可见光至太赫兹波(0.4~1000 μm)所有波段信息和能量的低损耗传输. 新一代塑料光纤将成为普遍和大量应用的光纤.