安全韧性城市防灾减灾发展策略研究

在极端气候和环境变化加剧的背景下，快速城市化进程使得城市公共安全面临越来越多的风险与挑战。安全韧性城市建设聚焦城市防灾减灾问题，是推动城市高质量发展的重要抓手。本文基于城市防灾减灾与安全发展的现实需求，提出我国安全韧性城市建设在防灾减灾方面存在的问题，深度剖析当前安全韧性城市建设面临的诸多挑战。在城市防灾减灾与安全发展的理念下，提出制度韧性、社会韧性、工程韧性、技术韧性四个安全韧性城市建设要点。并针对安全韧性城市防灾减灾发展提出对策建议：健全灾害防治法律标准，建立高效应急协同机制；推进多元主体协同共治，构建防灾减灾救灾新格局；提升社会灾害风险意识，筑牢社会防线；加快防灾减灾基础设施建设，提升城市设防水平；强化防灾减灾科技和专业人才力量建设，提升风险治理水平。     

土木工程结构非线性计算分析研究进展EI北大核心CSCD

非线性行为分析是探究土木工程结构在极端环境荷载作用下的灾变机理和薄弱部位、预测结构极限承载能力的有效手段,在结构设计与性能评价方面已变得必不可少,高效、稳定、精确的非线性分析理论和求解技术一直是土木工程结构分析领域的研究热点。该文对结构非线性分析的基本发展过程进行了简要回顾,并重点对目前常用的非线性有限元分析方法的基本原理和研究进展进行了综述;围绕土木工程结构,总结了结构非线性分析方法在计算精度、稳定性、效率等方面的若干关键问题及相关研究进展,包括高效非线性分析法-隔离非线性法,并综述了该方法的最新研究进展。     

基于NSGA-II的城市桥梁系统震后可恢复性分析与优化

城市桥梁是经济和社会发展的重要基础设施,特别是重要桥梁以及由其构成的网络在灾难发生后如何快速恢复,对社会安定和地区发展十分重要。近年来抗震韧性倍受关注,如何考虑结构可恢复性并将韧性纳入桥梁系统抗震性能综合评估和优化,还存在很多问题尚待研究。该文定量分析桥梁震后恢复过程、剩余功能和修复时间与韧性指标间的联系,建立城市桥梁系统性能评估方法。由桥梁不同损伤状态计算不同恢复过程的剩余功能、修复时间、可恢复性和震后经济损失;对震后恢复过程的功能函数模型给出建议,量化不同震后恢复策略的影响;将韧性纳入城市桥梁系统抗震性能框架中,提出城市桥梁系统震后可恢复性评估框架,对风险高低不同采用不同的修复过程;对震后经济损失、可恢复性和震前修/改造成本采用多目标优化算法NSGA-II求解震前提升韧性优化策略,用于抗震加固措施的选取。通过案例给出了方法流程,也为城市桥梁系统地震韧性提升提供了新思路。     

土木工程结构风场实测及新技术研究的进展

土木工程结构风场实测结果是掌握结构风荷载作用机理和结构动力响应及破坏机理最直接的资料,也是修正现有试验方法和理论模型最为权威的依据.简要回顾了具有高柔低阻尼特性的高层建筑和高耸结构、大跨度桥梁和大跨空间结构的发展,分析了土木工程风场实测对于结构抗风设计的重要意义.对土木工程风场实测及实测新技术的研究进展进行了综述,提出了无线传感网络用于土木工程风场实测需要解决的关键技术问题.     

木材形状记忆效应与机理的研究进展

形状记忆聚合物(SMPs)是一种改变初始形状并固定后,通过外部刺激又恢复到原始形状的高分子材料.水是容易获得、环境友好的刺激物,水/水热响应的形状记忆材料成为近年来研究的焦点.木材是具有形状记忆效应的聚合物基天然高分子智能材料,可以通过压缩或弯曲等方法固定成临时形状,然后在水热作用下恢复到其永久形状.然而,与具有简单结构的SMPs相比,天然木材的微观构造由不同的组织结构、细胞形态和孔隙结构组成,化学结构由纤维素、半纤维素、木质素以氢键、共价键和物理结合相互嵌入渗透组成.木材复杂的微观构造和化学结构增加了表征形状记忆特性、构建架构模型、揭示记忆机理的难度.近年来,研究人员在干燥木材的过程中发现木材形状记忆效应基于准残余冻结应变的可逆应变,木材湿-热-力模型表征形变回弹率的Rr和形变固定率的Rf是冻结应变的函数.木材形状记忆编程过程有弯曲形状记忆、拉伸形状记忆、压缩形状记忆,定量表征SMPs的方法可应用于木材.聚合物形状记忆模型有交联网络模型、超分子网络模型、渗流网络模型、综合架构模型,其中综合架构模型由开关单元(Switch)和网络节点(Net points)组成,可用来全面解释SMPs的结构.在特定温度-湿度-机械力作用下,木材中的半纤维素最先降解,纤维素结晶度增加,木质素产生交联,可用细胞壁微形态变形理论、纤维素应力松弛理论和疏水化理论在分子水平上揭示消除形状记忆的机理.鉴于以上内容,本文以冻结应变为研究木材形状记忆效应的基础,结合形状记忆编程中定量评价的方法,分析形状记忆材料的架构模型以及木质材料的空间结构,并阐述了在特定温度-湿度-机械力耦合作用下消除木质材料形状记忆效应的机理.     

磁控形状记忆合金在结构振动控制中的应用研究

磁控形状记忆合金(MSMA)是一种在磁场控制下可产生较大变形,且具有形状记忆功能的新型智能材料,利用其磁控特性可以制作智能作动器进行结构的振动控制。首先介绍了MSMA材料在磁场作用下的变形机理与磁控特性,在此基础上提出了两种可以应用于结构振动控制中的新型MSMA驱动器,并分析了其工作原理和设计方法,最后阐述了利用MSMA的逆特性制作MSMA自传感作动器的关键技术及解决方法,为其在土木工程领域的应用打下了良好的基础。     

城市地下空间恢复韧性发展策略研究

防灾减灾理念及其运用在城市地下空间发展过程中发挥了一定的安全保障作用，但在自然风险和工程安全风险交织的背景下，无法全面满足城市地下空间未来发展需求；转向以“适灾”为导向的韧性防灾减灾理念，重视城市地下空间的灾后恢复韧性，成为未来发展亟需。本文分析了恢复韧性的内涵和影响因素，从工程、非工程角度阐述了国内外恢复韧性相关研究；重点从结构体系、评价方法、管理机制、空间规划、应急预案等方面，剖析了我国城市地下空间韧性发展现状。研究提出了“三阶段+评价体系”的城市地下空间恢复韧性发展策略，将灾后恢复过程划分为应急救援、恢复重建、规划适应三阶段，分别给出各阶段的恢复目标并为城市地下空间恢复韧性评价体系建设提供依据。研究建议，健全城市地下空间管理规章与应急预案，提高城市地下空间韧性规划水平，推动城市地下空间管理智能化，以促进城市地下空间恢复过程的有序与高效。     

基于超磁致伸缩作动杆的结构振动主动控制研究

利用磁致伸缩材料的变形机理、磁控特性以及磁机耦合特性,设计出一种磁致伸缩作动杆,分析其工作原理和设计方法。然后利用LQR主动控制算法,将其应用于结构振动主动控制分析中,结果表明GMM作动杆可有效地减小结构的加速度和位移响应,为其在土木工程领域的应用打下了良好的基础。     

地震作用下高耸结构动力响应波动分析方法

针对高耸结构沿高度方向进行空间离散并构造出控制体,基于Timoshenko梁理论,建立控制体的动力学方程。在时间域上交替运用控制体动力学方程和剪力-位移关系式、弯矩-转角关系式,提出一种研究地震作用下高耸结构动力响应的波动分析方法。利用所提出的方法对南京电视塔在地震作用下的动力响应进行分析,计算结果表明:南京电视塔受地震作用时,大塔楼处位移峰值大于有限元方法的计算结果,大塔楼处出现转动惯性力矩峰值,研究高耸结构的地震响应问题时不应忽略转动惯性的影响。所提出的方法为研究地震作用下高耸结构的动力响应问题提供了一种有效的途径。     

智慧韧性城市建设框架体系及路径研究

在极端天气、突发事件频发的背景下，加强韧性城市和智慧城市融合建设，将全面提升城市抵抗力和恢复力，促进城市管理的现代化、数字化、规范化、可持续。智慧韧性城市指融合智慧城市建设中的新一代信息技术、调度系统，据此强化城市应对突发重大事件的全周期韧性能力。本文阐述了智慧韧性城市的内涵与发展价值，分析了开展智慧韧性城市建设面临的挑战；提出了智慧韧性城市建设的框架、生态、路径、评估指标，相对全面地阐明了领域发展要素及模式。研究建议，合理增加公共财政投入、提升基础设施建设水平，建立健全应急法律法规、完善社会治理体系，注重智能信息技术建设、追求科技赋能发展，发挥政府统筹作用、推进多元协作共治，以此驱动智慧韧性城市建设、支撑城市高质量发展。     

灾害荷载下结构体系失效模式的相关性及可靠度计算

本文通过引入荷载粗糙度指标,根据有关统计参数讨论了灾害荷载的特性,研究了灾害荷载下结构体系失效模式的相关性及可靠度的近似计算方法,得到了以下结论：灾害荷载下结构体系的失效模式近似完全相关,结构体系可靠度由结构的最弱失效模式决定。     

结构减隔震控制系统性能监测、评估与提升

地震、风载等灾害荷载作用下,被动振动控制系统耗散了大量的结构振动能量,是最容易破坏的结构关键、敏感部位。由于自身材料为各向异性、多介质耦合、强非线性,因此在复杂时空环境、多因素、多载荷耦合作用下,被动振动控制系统损伤呈现多尺度、多类型特征。该文以叠层橡胶隔震支座和磁流变阻尼器为研究对象,全面综述了当前国内外对这两种结构减隔震系统的性能监测与损伤识别、性能演化与可靠性评估、自适应自供能特性三方面的研究现状,并总结了该研究方面存在的不足,为结构减隔震控制系统性能监测、评估与提升的进一步研究提供了参考。     

The set-theory method for systems reliability of structures with degrading components

The times and frequencies of inspection, maintenance and replacement in structural systems are complicated by uncertain degradation rates of structural characteristics. Although degradation work at the component, or single failure mode level, is ongoing, this paper presents a method for assessing systems reliability where failure events may be described by time-variant parallel and/or series systems. Herein the models for the degradation rates contain random variables and time. For multiple failure modes and a sequence of discrete times, set theory establishes the true incremental failure region that emerges from a safe region. Probabilities via Monte-Carlo simulation require only time-invariant calculations. The cumulative failure distribution is the summation of the incremental failure probabilities. A practical implementation of the theory requires only two contiguous times. Error analysis suggests ways to predict and minimize errors so the method appears sufficiently accurate for engineering applications. Two structures with elastic-brittle material and time-invariant loads show the details of the method and the potential of the approach. It is shown that the proposed method provides a more realistic and efficient way to predict systems reliability than path-tracing methods that are available in the open literature.     

Composite Materials in Bridge Repair

This paper seeks to demonstrate how advanced polymer matrix composite materials developed for high-performance aircraft can offer major advantages for repairing ageing infrastructures. It focuses on the development and first applications of advanced rehabilitation, retrofitting, strengthening, and field monitoring technologies for civil engineering structures based on unique combinations of corrosion-resistant fibre-reinforced polymers and integrated fibre optic structural sensing.     

强度理论的发展和展望

强度是各种地上、地下、水下和上天结构的共同的最基本要求。强度理论是研究材料在复杂应力下屈服和破坏规律的学科。由于各种土木、水利、机械、航空、军工等工程结构中的材料,大多处于复杂应力作用下,因此强度理论得到广泛的研究和应用。强度理论是各种工程结构强度计算和设计必需的基础理论。它们也是固体力学、材料强度学研究从弹性到塑性,从弹性到软化或硬化,从弹性到脆塑性,以及从线性到非线性的开始。对材料在复杂应力状态下强度理论(屈服准则、破坏准则等)的发展进行了总结。给出了 80 多种准则的方程式,反映出强度理论研究的“百花齐放,百家争鸣”。讨论了各种准则的分类和它们之间的关系,以及在研究和工程应用中的合理选择破坏准则问题。还总结了三大系列强度理论、统一屈服准则、统一强度理论和其他各种强度理论。 最后讨论了强度理论的发展展望,包括:真三轴试验和假三轴试验;强度理论的经济效益;各向异性材料和复合材料的破坏准则;多孔隙材料和多相材料的破坏准则;其它各种特殊材料的强度理论;安定性、多轴疲劳、蠕变、损伤、断裂和相关现象;强度理论的计算机程序实施和角点奇异性;特殊环境下的强度理论问题;强度理论的美;强度理论研究的不同层次。 在连续介质和工程应用的框架下     

Assessment of the time-dependent structural reliability of buried water mains

The structural performance of civil engineering constructions is assessed by comparing its state behaviour as a function of time to one of several limit states.The method presented is based essentially on the analysis of interference data and evaluates current and future structural reliability using a multidimensional time dependent failure surface. It takes into account the stochastic nature and the variation in time of past and future loads, and the randomness in strength due to degradation resulting from different environmental stressors.This methodology has been implemented in the case of grey cast-iron buried water pipes.     

Minimum lifecycle cost design under multiple hazards

Design of structures against multiple hazards has become an important consideration for many important engineering facilities such as major structures and bridges. A central issue is proper consideration of the uncertainty in the demand and capacity and the balance of reliability against costs. In this study this problem is investigated based on minimization of expected lifecycle cost. The uncertainties in the loads and resistance are modeled by random processes and random variables. Costs of construction, consequences of structural limit states including damage, revenue loss, death and injury as well as discounting cost over time are considered. The importance of various design parameters is first examined by a parametric study. The method is then applied to design of a multistory office building against winds and earthquakes in Los Angeles, Seattle, and Charleston. The sensitivity of optimal design to important but uncertain design parameters such as structural life, discount rate and death and injury cost is investigated. The question of uniform reliability against different hazard is also examined. It is found that an optimization-based design is a viable approach to design against multiple hazards. The design is highly dependent on failure consequence and moderately sensitive to assumption of structural life span and discount rate. It may or may not be sensitive to death and injury cost assumption dependent on location and hazard risk characteristics. Uniform reliability against different hazards is not required. The design is often dominated, but not controlled, by the hazard that has large uncertainty and causes large consequences.     

Ensuring structural damage tolerance of russian aircraft

This paper considers most common problems related with structural integrity of civil aircraft in Russia taking into account the development of regulatory requirements, prevention of multiple site fatigue damages, improvements of crack resistance of structural materials, optimizations of aircraft type structures, development of methods for residual strength analyses of stiffened structures as well as for crack growth rates under random service loading spectra, experimental results for crack resistance degradation, methods to prevent structural failure for long operated aircraft due to corrosion.     

Reliability assessment for systems suffering common cause failure based on Bayesian networks and proportional hazards model

The Bayesian network (BN) is an efficient tool for probabilistic modeling and causal inference, and it has gained considerable attentions in the field of reliability assessment. The common cause failure (CCF) is simultaneous failure of multiple elements in a system under a common cause, and it is a common phenomenon in engineering systems with dependent elements. Several models and methods have been proposed for modeling and assessment of complex systems with CCF. In this paper, a new reliability assessment method is proposed for the systems suffering from CCF in a dynamic environment. The CCF among components is characterized by a BN, which allows for bidirectional reasoning. A proportional hazards model is applied to capture the dynamic working environment of components and then the reliability function of the system is obtained. The proposed method is validated through an illustrative example, and some comparative studies are also presented.