考虑信噪比和车-桥耦合效应的桥梁健康监测

目前桥梁健康监测在海量数据采集、分析和存储等方面存在不足,限制了健康监测的应用和推广.为了舍弃大量信噪比低或无异常的数据,节约计算资源并提高分析效率,在理论依据的基础上实现具有针对性的监测,提出考虑信噪比和车-桥耦合效应的桥梁监测策略.对监测信号成分进行分析,指出为了实现监测策略,需要根据车-桥耦合动力理论确定合理准确的监测阈值.将车群等效为具有主体部分和耦合均布质量的时变动力模型,建立桥梁结构与移动车群相耦合的动力平衡方程及其解析表达式.以一实际简支梁健康监测为例,根据车-桥耦合理论分析车群的均布质量、行驶速度以及振动频率对桥梁动力反应的影响,并结合实际监测数据确定监测阈值,实现监测策略,验证了分析方法及监测策略的有效性.     

锈蚀和疲劳耦合下RC梁损伤演变分析和承载力评定

为了对钢筋混凝土(RC)梁的承载力进行准确快速评估，考虑锈蚀和疲劳耦合作用，对RC梁的静刚度进行了敏感性分析，给出了静刚度简化计算方法。以一钢筋混凝土简支T梁为例，计算了锈蚀和疲劳耦合作用下其承载力和刚度的退化情况，对比了不同刚度计算方法的差异，研究了钢筋面积对开裂截面刚度的影响，明晰了刚度与承载力的内在关联，根据承载力损失系数与刚度损失系数之间的关系，给出了基于频率的承载力计算公式。研究结果表明：锈蚀和疲劳耦合作用会加速桥梁承载力和刚度的退化过程；锈蚀对承载力和刚度影响主要体现在钢筋面积减小方面，锈蚀导致的钢筋与混凝土间粘结性能的降低对刚度影响不大；传统刚度计算公式中参数取值不易确定，会影响计算精度。本研究提出的刚度简化计算公式参数少、取值方便、计算结果较准确；对于开裂钢筋混凝土梁，承载力与刚度之间可以通过受拉钢筋面积相关联；承载力损失系数与动刚度损失系数有良好的相关性，可以采用文中给出的基于频率的承载力计算公式对薄弱截面位于跨中附近的开裂RC梁进行承载力评估。     

利用能力谱法对结构地震损伤评估简化方法

利用推覆(push-over)分析下的钢筋混凝土结构(构件)力-变形曲线计算结构(均件)的损伤指数,并将该法和能力谱方法结合,建立了一种简单实用的结均损伤评估方法。最后,将算例结果与时程分析法结果进行了对比,验证了该法的有效性。     

基于DLA的氯离子侵蚀与碳化耦合作用下桥梁性能演变模拟

氯离子侵蚀和碳化是影响混凝土结构耐久性的主要因素,各自的理论公式已比较完善,但考虑二者耦合作用的定量分析和模型较少,影响混凝土结构耐久性分析的精度和水平.扩散限制凝聚模型(Diffusion-limited Aggregation,DLA)能够较完善地模拟气体的扩散凝聚,且具有随机性和分形特征,适合细致反映氯离子侵蚀、碳化及二者耦合作用下混凝土性能演变过程.本文基于DLA原理,考虑到扩散深度、混凝土特性及暴露条件等对氯离子扩散的影响,并考虑到混凝土特性及暴露条件等对碳化的影响,以及碳化与氯离子侵蚀的耦合作用,建立DLA模型,可获得任意时刻、任意位置处二氧化碳与氯离子的浓度.针对桥梁耐久性分析需求,提出利用DLA模型预测考虑疲劳效应的混凝土和钢筋性能退化方法.算例表明该方法能够动态细致地模拟桥梁耐久性演变过程.     

考虑钢筋锈蚀影响的桥梁综合时变地震易损性分析

传统的钢筋混凝土桥梁地震易损性分析一般只针对桥墩截面曲率等局部构件参数进行,且不考虑耐久性对结构性能的影响,具有一定的局限性.提出一种基于时变周期的桥梁地震易损性分析方法,能够计算复杂桥梁多维整体易损性.在此基础上,通过对钢筋黏结力和截面面积的修正,建立不同龄期桥梁有限元模型,可考虑耐久性降低对地震易损性的影响.通过基于周期和桥墩曲率的易损性分析,建立了考虑钢筋锈蚀影响的桥梁综合时变地震易损性分析方法.算例结果表明基于时变周期的锈蚀桥梁地震损伤值及相关易损性分析能准确细致地反映桥梁整体的损伤演变过程,在此基础上提出的不同服役年限下损伤指数比函数可以表征整体易损性的时变规律.     

基于时频域解析的并联式单向单颗粒阻尼器减振机理及优化研究

现有颗粒阻尼器理论模型及数值分析模型均是基于对颗粒与受控结构振动现象的观测及约束条件而建立，并不能直观且充分地体现其减振机理，并且时域求解过程中各参数耦合关系复杂，计算效率较低.以减振效果良好的并联式单向单颗粒阻尼器(Parallel Single-Dimensional Single Particle Damper, PSSPD)为研究对象，深入剖析其减振机理，将颗粒与受控结构之间的碰撞力等效为脉冲力，建立力学模型，采用频域和时域结合方法对该模型进行分析并求解，提出动力荷载作用下PSSPD的最优减振参数设计方法，对其进行性能参数分析，并对该方法的准确性进行了验证，同时与时域分析方法的结果进行了对比校验.最后，对PSSPD与TMD的减振机理及性能进行深入对比分析.结果表明：基于时频域解析的PSSPD力学模型能够直观体现其减振机理，精度高且求解过程清晰，参数优化分析方法合理、可行且准确；PSSPD减振频带宽且鲁棒性强，在实际工程减振应用时更具有优势.     

基于新型损伤变量的多尺度改性混凝土性能分析及评定

考虑普通混凝土在性能上存在的天然缺陷，提出在“纳米-微米-毫米”多个尺度上采用不同级别外掺材料改善混凝土性能的设计理念.基于该理念，选用碳纳米管、碳酸钙晶须、聚乙烯醇(PVA)纤维、钢纤维和橡胶颗粒设计并完成多组多尺度改性混凝土的单轴压缩试验.结合目前损伤本构的研究不足，从耗能角度提出基于能量法的损伤变量和损伤本构.为综合评估混凝土力学性能，提出考虑混凝土抗压强度的修正损伤变量.分析结果表明：碳纳米管、碳酸钙晶须、PVA纤维和钢纤维的掺入能够有效改善混凝土的力学性能，而橡胶颗粒的掺入会导致混凝土抗压强度大幅降低；与基于Weibull分布的损伤变量和损伤本构相比，基于能量法的损伤变量和损伤本构能更真实反映混凝土的损伤状态和性能特征；采用修正损伤变量对混凝土综合力学性能进行评估得到的结果合理可信.