服役结构抗力的概率模型及其统计参数

根据服役结构的特点，提出了服役结构抗力的非平稳随机过程模型。考虑结构在服役过程中的耐久性损伤对构件承载力的影响，建立了预测抗力平均值和标准差的数学模型。以服役钢筋混凝土受弯构件为例，具体分析了抗力平均值和标准差随时间变化的规律。     

在役斜放四角锥网架结构安全检测与状态评估

网架结构空间受力性能优越,被广泛应用于大跨度屋盖等工程实践活动中。在长期服役过程中,网架结构如同其它钢结构工程,不仅要承担各种荷载作用,而且要遭受锈蚀、裂缝等各种病害困扰。为此,开展在役网架结构安全检测和状态评估方面的研究,具有显著意义。本文以某在役斜放四角锥网架结构为研究对象,现场测试了管径、壁厚、竖向下挠量等指标,还对锈蚀等病害进行了深入调查;为开展服役状态评估,基于检测数据对建立的初始有限元模型开展了模型修正,探讨了结构整体刚度、强度应力比、稳定应力比等指标。研究表明,本文的研究思路和评估方法能够实现对在役斜放四角锥网架结构的客观、准确评估,对其它类型在役结构评估亦具有借鉴意义。     

结构动态优化设计模型

本文将结构构件区分为维修构件和不维修构件,考虑到其强度和刚度随时间的衰减变化。建立了经过维修后其强度和刚度所应满足的状态方程。在此基础上,以结构造价与其整个使用过程中的维修费用之和最小作为决策准则,初步建立了结构的动态优化设计模型,并给出了一个简单的算例。     

结构服役期间的动态可靠度及其维修理论初探

当前,结构可靠度的概念和定义都是针对结构设计方案的,它代表该设计方案所描述的结构在其预定使用期内和预估的工作条件下能正常工作的概率.其研究目的是使设计方法更为合理.本文提出的结构动态可靠度的概念、定义和估算方法是针对已建成结构的,它是结构已服役时间t_1和希望继续正常工作期限T_1的函数.结构服役过程中的动态可靠度应根据结构工作的经历、当前的工作状态和预定继续服役期间T_1的灾害危险性分析来评估.其研究目的是规划最优维修方案以控制结构经常处于良好的工作状态.为此,本文还给出了结构维修工程决策(包括遇到灾害前的预防加固措施和灾后的修复或拆除)的初步理论,也就是结构建成后的跟踪决策技术的初步探讨.由于这个课题是十分复杂和丰富的,限于篇幅,本文只能给出与本课题有关的问题的基本概念和解决问题的途径,很多具体的计算方法将在今后陆续发表.     

已有抗震结构动态可靠度的评定

本文在文献[1—3]的基础上,提出了已有抗震结构动态可靠度评定方法。动态可靠度亦称服役可靠度,取决于结构当前抗力和未来继续服役期间所遇荷载两个方面。前者可据结构实测、试验和计算等技术手段结合专家经验,采用具有耦联因素向量的模糊综合评判得到;而后者则依据地震危险性分析进行估计。最后,据模糊概率论得到结构于不同安全域的动态可靠度值。本文虽是有关同题的初步研究成果,但却是一个重要的进展,它将在进一步开展结构维修决策中起重要作用。     

PRC结构竖缝强度退化后抗剪能力统计特征

为了研究PRC结构竖缝在反复荷载作用下的抗剪能力,根据概率论理论,考虑结构构件抗力的材料性能不定性、几何参数不定性和计算模式不定性,对PRC结构竖缝强度退化后的抗剪承载力的建议计算公式的概率统计特征进行了研究.结果表明,建议公式的强度储备比钢筋混凝土结构构件受剪时总体水平的强度储备更大,达30％左右,变异性更小,用该公式进行计算设计是安全可靠的.     

钢桁架梁桥结构两层面承载力分析和优化

基于弹性模量缩减法建立了钢桁架梁桥构件安全系数和结构整体安全系数的便捷计算方法,进而提出了结构两层面安全分析和优化方法。首先引入广义屈服准则考虑组合内力作用,根据能量守恒原则确定单元弹性模量缩减策略,利用线弹性有限元法开展迭代计算,求得各迭代步单元承载比,利用迭代首步和末步结果分别确定钢桁架梁桥构件层面和结构层面的安全系数,根据迭代过程各单元承载比的变化,识别高承载构件和低承载构件,据此开展钢桁架梁桥两层面安全分析。结合两层面安全系数之间的定量关系,通过调整高承载和低承载构件的截面强度,使钢桁架梁桥的承载状态和材料消耗得到优化。算例分析表明,该方法具有较高的计算精度,而且能够通过线弹性方法实现复杂结构的安全分析与结构优化,避免了繁琐的非线性分析和优化计算过程。     

浅析组合结构在房屋改建中的应用

很多建筑物因为功能的变化，需要改动原结构受力体系及增设一些结构构件，或需要进行扩建，新建结构与原结构之间必须合理衔接才能保证其新旧结构整体安全可靠．通过对某综和楼改建分析，提出了用锚筋和钢梁所形成的组合结构的方法来处理，经受力分析及强度计算，选用厚度为12mm的钢板、4φ18锚筋与C20混凝土组合，其承载力可以达到工程要求。     

在役受腐蚀结构的安全性评估

在役受腐蚀结构的安全性评估和维修加固是保证其正常服役的重要手段。依据侵蚀性介质对建筑结构承载能力的影响规律,研究了化工结构动态安全度水平随结构服役时间的变化规律,对受腐蚀建筑结构的优化维修决策提供了一定的理论基础。     

基于健康监测数据和贝叶斯网络的结构失效概率评估

基于健康监测数据和贝叶斯网络(BN)，提出结构体系失效概率的实时评估方法，用于结构整体安全状态的动态评价.根据结构响应监测数据建立贝叶斯动态线性模型(BDLM)，估计结构荷载效应的概率分布，同时结合结构抗力分布，计算构件的时变可靠指标；根据结构主要失效模式构建贝叶斯网络，以描述构件失效与结构整体失效间的依赖关系；通过贝叶斯网络的概率递推从构件可靠指标求得结构体系失效概率，实现结构整体安全状态的量化评估.利用三杆桁架模型的数值模拟数据和某单层网壳结构静力破坏试验过程的实测数据对该方法进行验证.结果表明，所提出的结构失效概率评估方法较好地量化了结构的安全状态，并成功预警了结构体系的破坏.     

人民日报社综合楼钢结构安装施工模拟与变形控制

为了有效控制施工过程中的钢结构变形,提高安装精度以及确保受力安全,结合人民日报综合办公楼的钢结构安装,通过有限元软件对不同的安装工况中的结构变形以及应力发展情况进行模拟,在此基础之上确定了安装方案并提出了安装建议.在安装过程中通过结构安装的复核计算和监测,确保了安装过程中的结构安全、结构位移,并采用变形预调的方法,对结构安装变形进行了有效控制,提高了安装精度.结果表明:通过对施工过程采用变形预调,可提高安装精度,确保结构成形后的实际状态满足设计要求,使结构受力更合理.     

大型舰船结构的可靠性研究

对具有多随机变量的大型船舶结构可靠性分析中的力学模型选取、安全余量建立、安全余量的敏度分析、减缩刚阵和反向节点力的公式推导等问题进行了研究.设结构是空间理想弹塑性梁板体系,以杂交梁元和加筋板格元来模拟三维结构体系,采用随机有限元计算结构系统的响应量;用验算点法计算失效模式安全余量的可靠性指标;用改进的分枝限界法寻找主要失效模式,通过对主要失效模式方程的线性化研究,计算各主要失效模式安全余量之间的相关系数;然后用PNET法计算结构系统的可靠性指标.在可靠性分析过程中,用随机有限元法对安全余量进行敏度分析,在提高可靠性分析效率的同时,也能指导设计,是必要而又十分有效的手段.最后给出了一个船舶的结构的算例,说明分析的有效性.分析表明,这些研究可提高具有多随机变量的大型结构系统可靠性分析的计算精度,为复杂结构系统可靠性分析奠定了一定的理论基础.     

中美混凝土结构设计规范安全度设置水平的比较研究

根据中美两国现行混凝土结构设计规范GB 50010-2002和ACI 318-08关于承载能力极限状态的有关设计规定,以GB 50010-2002规范结构安全级别为二级的基本构件为基准,从分项系数设计表达式的相当安全系数的角度,对GB 50010-2002和ACI 318-08规范中的轴心受拉、轴心受压、大偏心受压、小偏心受压、正截面受弯、斜截面受剪、受扭、板受冲切等8种典型基本构件的安全度设置水平进行了计算分析和比较,并对我国混凝土结构设计规范提出了若干修改意见和建议,可供工程应用及我国混凝土结构设计规范今后修订时参考.     

厚壁球冠结构焊接变形及残余应力数值实验研究

潜艇球面艏端隔壁结构在工程焊接过程中产生的焊接变形及残余应力是关系到潜艇安全的重要指标．为了保证焊接构件的可靠性，准确推断潜艇球面艏端隔壁构件焊接过程中的力学行为，有必要针对厚壁球冠结构的焊接变形及残余应力进行数值实验分析．该文在大型有限元软件ANSYS的基础上，开发了相应的焊接程序，对焊接过程中结构的应力、变形进行了数值模拟；并将模拟结果与相关的理论值及实验值进行对比分析．对比结果表明，数值实验结果与理论结果基本吻合，可以满足工程要求．在此基础上，对厚壁球冠结构的焊接过程进行三维有限元分析，得到了球冠结构焊接时的变形及残余应力的变化规律，为结构的加工工艺提供了可靠的依据．     

结构动力反应分析中的地震动输入问题研究

目的 为解决重要工程结构在地震动力反应分析时合理选取地震动输入的问题.方法 针对不同的工程结构,选择结构的特征周期作为结构特征参数,对不同的地震环境下结构抗震分析中的地震动时程通过理论分析和实际震害经验相结合的技术途径,采用地震危险性分杯方法 ,确定出对场址贡献量最大的潜在震源区、地震震级,并由衰减关系求得震中距,实现具有理论依据的设定地震动确定过程.结果 提出地震动时程的选取过程是一个设定地震的确定过程的概念,并将其定义为与结构特性相关的设定地震.笔者建议的与结构特性相关设定地震方法 更能体现对结构地震反应贡献较大的前q阶振型的自振周期的主要影响,全面展现不同工程结构在所面对的不同危险水平潜在地震威胁情况下的反应特点,提高结构的安全性.结论 相同的结构在不同的地震环境下设定地震是不同的;而在相同的环境下,不同结构的设定地震也是不同的.在确定结构不同地震危险水平下地震动影响时,应该根据具体的结构特点和地震环境确定合理的设定地震.     

服役钢筋混凝土单层工业厂房的寿命分析

建筑物在使用过程中，由于自然老化以及受到随机地震、高温、腐蚀等环境作用的影响，预测其使用寿命成为国内外一个崭新的课题．利用计算机模拟技术模拟了地震动并对钢筋混凝土单层工业厂房进行弹塑性反应分析，在考虑地震损伤积累、结构自然老化、耐久性腐蚀损伤以及结构经济维修决策因素下，有机地把结构的安全性、耐久性和经济性结合起来从而模拟得出服役结构的寿命分布．为工程结构在地震作用下使用寿命的预测和服役结构的检测鉴定以及结构抗震的研究提出了一种新的思路和研究方法．     

浅谈桥梁结构设计中力学与造型美的结合

简述了桥梁概念设计和桥梁结构中的力学、美学之间的关系,而计算机的内力计算从属于桥梁概念设计,结构力学直观说明了生活中简单结构隐含的力学原理.通过对各大桥型的分析,突出了桥梁结构造型实际是日常生产、生活实际的自然结构、简单结构造型甚至天然结构更大规摸的表达.所以,桥梁结构设计与施工中借鉴实用结构是有必要的.     

基于遗传算法的脊杆索穹顶优化设计

为了降低实际工程中索穹顶结构的造价,提出了一种基于遗传算法的优化设计方法,将预应力倍数和构件截面作为离散设计变量,在目标函数中考虑了结构的施工张拉程度.以Geiger和Levy两种索穹顶作为算例,得到了在多种荷载工况下满足结构应力和位移约束的索穹顶最小造价,并研究了预应力对优化结果的影响.将索穹顶的脊索替换为可受压的钢杆后,对改进方案——脊杆索穹顶进行了优化设计,并与原结构对比了结构造价和力学性能.结果表明:该方法能够高效准确地得到造价最小的索穹顶结构,各构件内力比较接近其极限设计状态;有必要在索穹顶的设计过程中考虑预应力分项系数和活荷载不均匀分布等因素,以满足结构稳定性和单根构件承载力的要求;采用钢杆替换脊索,使索穹顶结构的总造价稍有降低,并显著降低了结构挠度和支座反力.     

既有框架结构的新型等效简化动力模型构建方法

为了实现对长期服役后的结构在地震、风等动荷载作用下安全性和舒适性的评估,利用监/检测数据建立一个能准确反映实际建筑在地震、风等动荷载作用下动力响应的结构动力学模型至关重要。本文针对非常普遍的框架建筑结构,提出了一种基于少量移动传感器的框架结构等效简化动力学模型构建方法。首先,提出建筑结构等效简化模型构建的层间剪力等效原理,证明了以该原理构建的简化模型具备准确模拟实际建筑结构动力响应的能力。其次,推导了框架结构简化模型形式,并研究了简化模型参数特点。然后,提出了一种框架结构简化模型参数的迭代识别方法,实现了仅使用少量无线移动传感器的简化模型参数识别。最后,通过一个12层3跨钢框架结构数值模拟算例,研究了在不预知结构刚度退化的具体形式和仅使用少量移动加速度传感器的条件下,由本文所提方法构建的等效简化模型对实际框架结构在不同水平动荷载作用下结构动力响应的预测能力。数值试验结果表明,等效简化模型能准确模拟不同荷载工况下框架结构加速度和位移响应。因此,本文提出的框架结构等效简化模型构建方法将在评估既有框架结构在风、地震等动荷载作用下的结构安全性和舒适性方面具有重要的应用前景。