基于微分等价递归算法的桥梁体系耐久性可靠度动态评估

结构耐久性可靠度评估应以体系为对象,并且要体现结构性能的自身特征及动态时变特性。基于贝叶斯动态更新技术,以混凝土碳化深度为随机变量,利用体现结构个性特征的实桥检测信息对传统静态碳化模型进行修正。以可靠度指标为评价标准,引入能计入构件间相关性的微分等价递归算法,并将其嵌入到贝叶斯动态更新框架中,构造出体系碳化耐久性动态评估模型和计算流程,形成了复杂体系碳化耐久性动态可靠度计算方法,采用MATLAB平台开发了计算程序。利用碳化试验模拟实桥检测数据,对钢筋混凝土拱桥进行了体系动态耐久性评估,发现模型更新后拱圈和立柱的碳化耐久性可靠度比更新前有所增大,而桥面板则有所降低,体系耐久性可靠度低于构件可靠度。     

高效并行递归高斯SIFT算法的实现

针对传统尺度不变特征变换scale invariant feature transform(SIFT)算法中计算复杂度高、实时性差的问题,提出一种基于多核处理器的数据级并行递归高斯-尺度不变特征变换(recursive Gaussian filter-scale invariant feature transform,RGFSIFT)算法。利用四阶递归高斯滤波逼近尺度不变特征变换算法中的线性高斯滤波,通过EDMA数据传输技术,将图像数据分割为多块,分配到多个DSP核并行处理。实验结果表明:并行递归高斯-尺度不变特征变换算法的特征点重复率比SIFT算法的高;在图像特征点个数小于或等于500的情况下,多核并行递归高斯-尺度不变特征变换算法的平均加速比为17.97倍。     

子集模拟中马尔可夫链蒙特卡洛抽样算法比较

文章着重研究子集模拟中马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)抽样算法的抽样效率与计算精度。首先，阐述可靠度子集模拟的基本原理与中间状态样本生成的各种MCMC抽样算法，在稳态马尔可夫链构造基础上提出延迟拒绝MMH(Modified Metropolis Hasting)算法，通过在MMH算法上增加备选样本的延迟拒绝步提高MMH算法的抽样效率；阐述基于随机游走与基于扩散方程MCMC方法中建议分布的差异，进一步对备选样本接受率为1的preconditioned Crank-Nicolson(pCN)算法和条件抽样(Conditional sampling, CS)算法开展研究，证明两种算法的等价性；推导有效样本量的计算方法，提出采用有效样本量与总样本量的比值定义MCMC方法的抽样效率。通过复杂目标分布的样本生成研究不同MCMC抽样算法建议分布及其参数对备选样本接受率与抽样效率的影响，最后通过计算实例研究子集模拟过程采用不同MCMC抽样算法得到失效概率的相对误差及其变异性，揭示不同MCMC抽样算法对失效概率计算精度的影响。研究表明：不同MCMC抽样算法生成备选样本的接受率及其自相关性受建议分布及其参数影响较大，对于复杂的目标分布，pCN算法和CS算法的抽样效率较高，延迟拒绝MMH算法次之；采用CS算法和延迟拒绝MMH算法进行子集模拟得到的失效概率精度较高且变异性较低；增加子集模拟中间状态样本量可以提高失效概率计算精度并降低其变异性。     

基于拟牛顿近似二阶法的岩土工程系统可靠性分析

岩土工程问题往往存在多种失效模式,需要进行系统性的分析与评价,而目前的系统可靠性方法尚不能在精度与计算量之间达到很好的平衡,据此提出一种更加高效的系统可靠度计算方法。此方法基于2种拟牛顿近似算法的耦合,首先利用HLRF-BFGS算法确定各极限状态方程的验算点以及单位方向矢量,然后采用SR1算法逼近海森矩阵从而得到精度优良的二阶可靠度指标。在此基础上,通过改进线性化法进一步使用每个极限状态方程的二阶可靠度指标及单位方向矢量计算系统失稳概率。以半重力式挡土墙和多层土坡为算例,通过与经典系统可靠性方法计算结果的对比分析,表明所采用的拟牛顿近似二阶法能够凭借少于经典一阶法(FORM)的计算量得到与经典二阶法(SORM)相当的系统失稳概率计算精度,证明此算法的高效性与准确性,在岩土工程系统可靠性问题中具有较好的应用前景。     

高效求解结构体系可靠度的新方法

传统的结构体系可靠度分析方法主要依赖于结构失效路径的分枝和约界技术,难以识别主要失效模式且结构体系失效概率计算工作量巨大。为了提高结构体系可靠度计算效率,以β-约界法和联合失效概率分枝约界法为基础,提出了一种快速求解结构体系可靠度分析方法。首先利用结构分析原理,推导出结构单元的安全余量函数并求出其对应的失效概率,拆除失效概率最大值对应的杆件并施以虚拟力形成新的结构,然后再对新的结构重新分析。循环上述步骤,直至结构形成机构为止,并利用构件的失效概率计算结构体系可靠度。算例对比研究表明,该方法计算过程简单、计算精度较高,可以获得结构的失效路径,适合于大型结构的体系可靠度计算。     

墙体内热湿耦合过程的时域递归展开算法

利用时域递归展开算法对墙体内热湿耦合传递方程进行求解。以木板为例,应用该算法进行了热湿耦合传递的分析计算,在时间域和空间域上分别运用递归展开法和控制容积法进行离散,从而得到递归形式的线性方程组,运用MATLAB软件对这一过程进行求解。计算结果与有限差分算法、解析解计算结果以及实验数据吻合良好,表明该算法能够用于求解多孔介质热湿耦合传递模型。时间步长的改变对计算结果影响较小,可通过增加时间步长方法来减少工作量。     

一种圆柱面拟合方法

针对建(构)筑物点云建模过程中可能碰到的圆柱面拟合问题,本文探讨了一种基于几何特性的圆柱面拟合方法。该方法利用主成分分析法和线性最小二乘法确定拟合初值,再利用非线性最小二乘法循环迭代求解圆柱模型参数,实现圆柱面拟合。它的特点在于误差方程式的建立,本文算法在传统算法的基础上对误差方程稍作改进。实验结果表明,相对于传统方法,采用本文算法计算所得结果的残差与标准差有所降低,精度提高。     

基于Beta分布的改进的一次可靠度法研究

为了提高一次可靠度方法的计算精度和计算效率,文章利用Beta分布拟合了功能函数中的随机变量的概率分布,利用VBA语言给出了将Beta分布和对数正态分布转化为标准正态分布的方法,采用蒙特卡洛模拟法比较了采用不同概率分布的一次可靠度计算精度。算例分析表明:当功能函数中随机变量服从对数正态分布时,失效概率被高估;当随机变量服从正态分布时失效概率被低估。利用本文提出的Beta分布拟合随机变量的概率不仅大大提高了计算精度,而且在保证迭代收敛的前提下提高了计算效率。     

核磁共振测井改进TSVD反演算法研究

传统TSVD算法稳定,运算量很大,适用于高信噪比的数据反演。将一种改进TSVD算法应用于核磁测井数据的反演中,该方法通过引入正则化算子,对模型进行平坦度约束,解决了传统TSVD反演算法在实际应用中存在的计算量大和T2谱分布不连续的问题,提高了TSVD算法的反演精度。数值模拟实验表明,该算法在较大范围内具有稳定性,反演结果稳定可靠,可以满足核磁共振测井工作的需求。     

强震数据处理的"精确"积分和微分的权函数算法

现有强震记录常规处理程序中采用的积分、微分运算方法计算简单、省时,但在某些情况下,不能确保所要求的计算精度。针对这一问题,本文假定强震记录是理想的有限长记录并满足采样定理,在此基础上,提出了对强震记录进行"精确"积分和微分运算以及权函数的概念,并推导建立了相应的计算公式。理论和算例分析表明:(1)本文算法使用的积分和微分运算权函数均具有不变和快速收敛的性质;(2)只需要少量的权系数,本文算法就能获得足够的计算精度;(3)选取足够多的权系数,本文算法能以任意精度逼近真实的精确解序列;(4)本文算法可以成为强震数据处理和相关结构动力分析的基础。     

Efficient structural analysis of wall–frame structures

In this study, an efficient analytical model for the dynamic analysis of tall buildings with a shear wall–frame structural system has been proposed. A shear wall–frame structural system usually consists of a core wall showing flexural behavior and a frame presenting shear behavior. Therefore, the deformed shape of the shear wall–frame structural system is shown by the combination of flexural mode and shear mode. To consider this characteristic in developing an efficient analytical model, the effect of shear wall and frame on the dynamic behavior of a tall building with a dual system has been separately investigated. In order to consider the effect of the shear wall in the frame model without shear wall, a rigid body was used instead of the shear wall. Each equivalent model for the separated shear wall part and frame part has been independently developed, and two equivalent models were then combined to create an efficient analytical model for tall buildings with a shear wall–frame structural system. In order to verify the efficiency and accuracy of the proposed method, time history analyses of tall buildings with a shear wall–frame system were performed. With analytical results, it has been confirmed that the proposed method can provide accurate results with significantly reduced computational time and memory. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

三维不连续变形分析理论及其在岩质边坡工程中的应用

 三维非连续变形分析主要包括3个关键问题：块体系统的拓扑识别问题;单个块体(刚体或变形体)运动方程建立与求解;伴随着块体运动和变形,块体间的接触关系需要不断地判别和更新。针对这3个关键问题,从代数拓扑中单纯形及单纯复合形的概念出发,依靠边界算子来生成三维空间块体的几何识别算法,采用Euler-Poincaré公式来确保块体搜索的准确性;利用单纯形积分来获得块体物理特征量的解析解;在一阶位移模式下,按照最小势能原理建立三维块体系统非连续变形分析的总体平衡方程;针对岩体工程破坏特点,提出面–面接触模型,并在此基础上采用强度折减法来计算岩质边坡的安全系数。由简单楔形体破坏算例可知,三维DDA能够解决由传统极限平衡方法假定条件带来的问题,能够正确计算楔形体破坏的抗滑安全系数。通过工程边坡算例可知,采用三维非连续变形分析方法来研究岩体边坡稳定问题,既能深入理解岩质边坡的破坏机制,又能方便地确定临界滑动块体位置、体积、滑动方向以及相应支护方式等;同时,鉴于DDA方法能够精确地求解切向滑动力,结合强度折减法能够获得比较合理的安全系数。     

斜拉桥柔性拉索无应力索长的精确计算

斜拉桥柔性拉索无应力索长(即下料长度)计算在斜拉桥的设计与施工中是保证斜拉桥结构受力合理的关键参数。既有文献中广泛采用相似算法,可很好的满足工程需要。运用微积分,重新推导了无应力索长的计算公式,建立了新的算法。新方法建立在解析求解的基础上,具有更精确、更简洁的特点。通过算例,验证了新算法的正确性。     

钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁式构件可能会出现多种破坏模式，主要有弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏等。现有结构构件抗爆分析方法主要考虑爆炸荷载下结构构件的弯曲破坏，对直剪破坏和弯剪联合破坏研究较少，尤其缺少快速准确的抗爆分析方法。基于等效单自由度模型理论，改进了钢筋混凝土梁抗爆分析的直剪单自由度方法，提出了直剪、弯剪联合破坏的判定准则，给出了两种破坏模式下钢筋混凝土梁动态响应的计算方法。进一步考虑爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的弯曲破坏、直剪破坏和弯剪联合破坏，提出钢筋混凝土梁式构件抗爆分析的改进等效单自由度方法，并给出了其分析步骤。该方法可以直接评估爆炸荷载下钢筋混凝土梁式构件的破坏模式，并计算其动态响应。通过有限元软件LS-DYNA数值模拟了不同爆炸工况下钢筋混凝土梁式构件的动态响应和破坏模式，与改进的等效单自由度方法的计算结果进行了对比，验证了提出的改进等效单自由度分析方法的正确性。     

A separate method for evaluating the ultimate load-carrying capacity of aging and renovated sewage structures

A separate method for evaluating the ultimate load-carrying capacity of aging and renovated sewage structures is proposed, which separately evaluates the contribution by reinforcement and plain concrete, and predicts the failure load by summing up these respective contributions. The solution algorithm and computational procedures are discussed, where the solution algorithm is verified with four-point bending tests of simple beams. Numerical studies on full-scale loading tests of sewage pipes have shown the effectiveness and the accuracy of the method for predicting the failure loads of reinforced concrete (RC) sewage structures. Because this approach requires only the nonlinear structural analysis of plain concrete, the computational time is highly reduced. Equipped with a mesh–generating function, a systematic solution-package then becomes available, simplifying the solution procedure and reducing the computational time and cost.     

多种材料结构体系塑性极限分析的弹性补偿有限元法

弹性补偿有限元法是一种简单、高效的结构塑性极限分析方法,目前仅用于采用单一材料的结构体系中。在经典弹性补偿有限元法中引入承载比概念,并据此对算法进行了改进,既保留了算法通过结构广义应力场不断平均化获得下限荷载的基本优化思想,又融入了平均化过程按各种材料的广义强度成比例调整的新思想,结构破坏时每种材料同时趋于各自的广义强度,使算法适用于对采用多种材料的结构体系做塑性极限分析。经典算例的对比分析表明,改进算法的分析结果是收敛的、准确的和稳定的。对复杂钢框架结构的极限荷载和破坏模式分析也表明,改进算法可用于采用多种材料的实际工程结构的安全评价中。     

单排管冻土帷幕平均温度非定等效截面计算方法

冻土帷幕平均温度,直接反映冻土帷幕强度等指标。巴霍尔金单排管冻结温度场公式很好地吻合了交圈之后的冻土帷幕温度场。基于该解析解导出的冻土帷幕平均温度计算方法有巴霍尔金等效三角形法及其修正方法(等效梯形法和等效三角形法),这些方法都是用某一固定横截面上的平均温度等效整体冻土帷幕平均温度,在一定程度上忽略了不同工况下各参数的差异,存在一定误差。文中通过对单排管冻土帷幕平均温度积分公式进行数学理论分析,采用非固定等效截面的平均温度等效整体冻土帷幕平均温度,得出了适应冻土帷幕各种可能的参数变化并误差更小的平均温度计算方法。     

Estimating the annual probability of failure using improved progressive incremental dynamic analysis of structural systems

A methodology based on the progressive incremental dynamic analysis has been introduced in this paper to estimate the structural response and the corresponding annual probability of failure. The proposed methodology employs the genetic algorithm optimisation technique and an equivalent single‐degree‐of‐freedom system corresponding to the first‐mode period of a considered structure. The proposed methodology can significantly reduce the number of ground motion records needed for estimating the annual probability of failure. The numerical results indicate that the proposed method can effectively reduce the computational effort needed for computation of probability of failure for the first‐mode dominated structures, which is advantageous as the structure becomes larger. A relatively huge set of single‐degree‐of‐freedom systems as well as three multi‐degree‐of‐freedom systems including 3, 8 and 12 storeyed reinforced concrete structures was taken into account to test the proposed methodology. It has been shown that the probability of failure can be estimated within ±15% error with 95% confidence. The proposed method can speed up the decision‐making process in the probability‐based seismic performance assessment of structures, and it also incorporates the randomness of strong ground motions explicitly. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

外压作用下大口径直缝焊接钢管几何缺陷和材料非均匀性影响的精确评估

在深海中,外部挤毁压力会导致受静水压力的主干线钢管发生破坏。这种失效模式是一种不稳定的现象,这是由钢管的几何形状和材料特性所决定,并通过将这些特性组合在一起而发生。这种极限破坏压力很难精确确定,对此二十年来的研究还未能搞清全部的问题。从分析和计算的角度分析受外部均匀压力的大口径直缝焊接钢管环的弹塑性破坏,且详细检验椭圆形的实际形状和材料非均匀性的重要影响。此研究受近来很多关于大口径直缝焊接钢管上所切环的实验研究的启发,且发现材料非均匀性会影响破坏模式,有时会在环的承载能力方面发生不可预料的降低,促进了潜在破坏模式的发生。重要的是,显示了这种性能很难遵循数值改变,包括例如Riks和提高弧长等鲁棒策略方法。此问题有助于对一些看上去异常的试验结果给出解释。     

Towards an accurate assessment of UOE pipes under external pressure: Effects of geometric imperfection and material inhomogeneity

In deep and ultra-deep waters the diameter of trunk lines coupled with the hydrostatic pressure tends to lead to failure of the pipeline by external collapse. This failure mode is an instability phenomenon that is governed by the geometry of the pipeline and its material properties and takes place through a subtle combination of its properties. As such the exact limiting collapse pressure is very difficult to determine and twenty years of studies seem to have not managed to clarify entirely the matter.In the present paper the elastic-plastic collapse of test rings from UOE formed pipes under external uniform pressure is analysed both from an analytical and a computational viewpoint and the significance of the actual shape of the out of roundness and of the material inhomogeneity is examined in details. The work has been motivated by a number of accurate experimental tests recently performed on rings cut from UOE pipes and it is found that the material inhomogeneity can affect the collapse modes and produce an occasionally unforeseen reduction in the carrying capacity of the rings prompting a swing between the underlying collapsing modes. Importantly, it is shown that this behaviour can turn quite difficult to follow numerically, also by means of robust strategies such as Riks and improved arc-length. The features of the problem can help to give reason of some apparently anomalous experimental results.