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当期目录

2021年  第38卷  第9期

2021-09期封面+目录
2021, 38(9): 1-1.
摘要:
综述
吊顶系统抗震性能研究综述
郑山锁, 杨松, 郑跃, 董立国, 明铭
2021, 38(9): 1-14. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0655
摘要:
地震后吊顶系统破坏会造成严重经济损失,并影响建筑物震后正常使用及功能快速恢复。为充分了解吊顶系统复杂的构造形式、动力响应及抗震性能,该文从试验研究、数值模拟方法及易损性分析等方面综述了吊顶系统抗震性能研究现状。归纳总结了吊顶系统的震害形式与地震响应特征、抗震性能影响因素、薄弱部位及抗震加固措施等;详细介绍了不同精细程度的吊顶系统数值分析方法、易损性研究方法及相关破坏指标的选用;对当前吊顶系统抗震性能研究中存在的不足及进一步研究趋势进行了分析。总结既有研究成果表明:吊顶数值模型参数标定方法、影响吊顶抗震性能关键因素分析及通用性吊顶抗震性能等级的建立是未来研究的重点。此外,吊顶与其他非结构物间的相互作用研究,对完善吊顶系统抗震性能研究理论体系同样具有重要意义。
基本方法
基于EM算法和模态形式的状态空间模型自降阶工作模态分析
施袁锋, 朱正言, 陈鹏, 戴靠山
2021, 38(9): 15-25. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0618
摘要:
工作模态分析具有试验简单、经济可行等优点,在工程实际中有广泛的应用。在基于状态空间模型的模态分析中,模型阶次的确定是获得准确和稳定的模态参数的关键问题之一。该文结合期望最大(EM)算法和模态形式状态空间模型来实现模型自降阶和模态参数估计。将状态空间模型变换到模态形式,使待估计参数量得到精简的同时,可直接估计各阶模态响应。引入表征各阶模态响应在实际响应中占比的模态贡献作为模型降阶的指标,在EM求解模型极大似然估计时实现模型降阶。同时结合频谱图分析和阻尼比阈值剔除虚假模态,以获得实际的结构模态信息。通过数值结构模拟和现场结构实测的数据分析,结果表明该文方法具有较好的适用性和有效性。
土木工程学科
轴压比对RC剪力墙剪切破坏尺寸效应影响的细观分析
金浏, 苗丽越, 李冬, 杜修力
2021, 38(9): 26-35. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0581
摘要:
剪切破坏是剪力墙破坏的主要模式之一,借助细观数值分析方法对高宽比为1.0的钢筋混凝土(RC)剪力墙的破坏行为进行了分析,研究了轴压比对不同尺寸剪力墙的破坏模式、抗剪承载力、延性、耗能能力等性能的影响,分析了剪力墙剪切破坏的尺寸效应行为,并揭示了轴压比对名义抗剪强度尺寸效应的影响规律。结果表明:不同轴压比作用下的RC剪力墙均发生了明显的剪切破坏,且破坏模式一致;轴压比增大,剪力墙抗剪承载力提高,但延性降低,变形能力下降;随剪力墙尺寸的增大,其名义抗剪强度降低,即存在明显的尺寸效应;轴压比越大,剪切破坏更具脆性,尺寸效应更明显;当剪力墙长度大于1600 mm后,其名义抗剪强度趋于稳定值,尺寸效应逐渐消失。
高延性混凝土加固钢筋混凝土梁受剪性能试验研究及承载力计算
邓明科, 宋诗飞, 张敏, 马福栋, 陈尚城, 张阳玺
2021, 38(9): 36-44, 63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0381
摘要:
为研究高延性混凝土(HDC)加固钢筋混凝土梁的受剪性能,该文对7根HDC加固梁及4根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、配箍率、加固层厚度和加固层附加箍筋对钢筋混凝土梁破坏形态、荷载-挠度曲线、受剪承载力以及裂缝的影响。结果表明:采用HDC面层对钢筋混凝土梁进行受剪加固,可以显著提高梁的受剪承载力;HDC面层可以代替部分箍筋的受剪作用,改善钢筋混凝土梁的剪切破坏形态;加固试件在达到极限位移之后,试件的完整性较好,剩余承载力较高。基于试验结果,利用桁架-拱模型,提出了HDC加固钢筋混凝土梁的受剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。
几何与非几何相似试件确定混凝土韧度及强度
管俊峰, 鲁猛, 王昊, 姚贤华, 李列列, 张敏, 胡圣能
2021, 38(9): 45-63. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0573
摘要:
几何相似与非几何相似试件,分别为尺寸效应与边界效应模型的推荐试件型式。考虑尺寸效应和边界效应模型的各自特点与优势,提出了改进的混凝土离散颗粒断裂模型。基于几何相似与非几何相似两类试件的断裂试验,确定出混凝土的材料参数——断裂韧度与拉伸强度,并与试验强度值及由尺寸效应模型确定的断裂韧度进行了比较。结果表明:当韧带高度(Wa0)与骨料代表尺寸di的比值约为10时,对应的断裂韧度与拉伸强度的确定曲线的相关系数最佳,且与试验强度值、尺寸效应模型断裂韧度计算值吻合较好。采用几何相似、非几何相似、几何与非几何相似试件确定的混凝土材料参数,分别建立了不同情况下混凝土断裂破坏设计预测曲线,其±20%即可涵盖全部试验数据。基于统计归纳,可取虚拟裂缝扩展量Δafic=ndi和特征裂缝长度\begin{document}$a_\infty ^ *$\end{document}=0.5di,进而建立了峰值荷载与断裂韧度、峰值荷载与拉伸强度的解析关系式,实现了由实测峰值荷载直接确定出混凝土的断裂韧度与拉伸强度的目的,预测值的±15%可涵盖所有试验数据。基于解析公式,预测了满足线弹性断裂的大尺寸真实结构的峰值状态。
薄钢板自攻螺钉连接受剪性能与力学模型研究
袁焕鑫, 蔡康毅, 吴杨威, 杜新喜
2021, 38(9): 64-74. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0595
摘要:
对薄钢板自攻螺钉连接开展受剪试验研究,探究了板件厚度与螺钉直径对连接受剪性能的影响。结果表明:自攻螺钉连接常见的失效模式包括板件孔壁承压失效、螺钉拔出失效和螺钉剪切失效三类,且失效模式受螺钉直径与钉帽侧板件厚度之比的影响;连接的受剪承载力与板件厚度和螺钉直径呈正相关关系,连接的初始刚度和延性也与板件厚度和螺钉直径存在规律性相关关系。采用Johnson-Cook损伤本构和线性损伤积累法则定义材料属性,同时考虑螺钉的形貌特征,建立了自攻螺钉连接的精细有限元模型,经试验结果对比验证表明该模型能够比较准确地模拟自攻螺钉连接的受剪性能。采用中国规范GB 50018−2002的自攻螺钉连接受剪承载力计算公式,同时分析了板件压缩刚度和螺钉剪切刚度的影响,并考虑了螺钉的群钉效应修正,提出了三段式的简化力学模型,能较好地预测自攻螺钉连接受剪的荷载-变形关系。
装配式钢-混凝土组合管剪力墙轴压性能与承载力计算方法研究
庞瑞, 丁书苏, 王文杰, 刘宇豪, 徐科
2021, 38(9): 75-88. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0603
摘要:
为研究装配式钢-混凝土组合管(SRCT)剪力墙的轴压性能,完成了7个SRCT剪力墙试件的轴压性能试验,分析了试件的破坏形态、承载能力、位移延性、初始刚度等轴压性能。结果表明:SRCT剪力墙具有良好的轴压承载能力、刚度和变形能力,表现出良好的轴压承载性能;SRCT剪力墙轴压承载能力和初始刚度与距厚比成反比,延性与距厚比成正比;拉结筋布置形式对SRCT剪力墙的轴压承载力有一定影响,对初始刚度影响较小,拉结筋梅花形布置的SRCT剪力墙轴压承载力更高;侧面锚栓布置形式对SRCT剪力墙承载力有较大影响,随着侧面锚栓的加强,SRCT剪力墙承载能力增大;提出了考虑钢板局部屈曲和钢管对内膛混凝土约束作用的SRCT剪力墙轴压承载力和初始刚度计算方法,计算结果与试验值吻合良好。
极限状态模糊性对地震易损性分析的影响研究:以钢筋混凝土框架结构为例
于晓辉, 李越然, 宋鹏彦, 吕大刚
2021, 38(9): 89-99, 109. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0604
摘要:
合理定义不同极限状态的结构抗震能力是地震易损性分析的关键步骤。然而,极限状态的定义十分依赖工程经验,包含较强的“模糊性”。为此,有必要针对极限状态模糊性对地震易损性的影响开展全面分析。考虑10种隶属函数来描述极限状态的模糊性,考虑不同模糊度的影响,以4个不同高度不同设防烈度的钢筋混凝土框架结构为例,开展了考虑极限状态模糊性的地震易损性分析,采用模糊-概率积分方法推导获得了不同隶属函数对应的地震易损性函数。对比考虑与不考虑极限状态模糊性的地震易损性分析结果,研究了在极限状态模糊性中考虑不同隶属函数和不同模糊度对地震易损性结果的影响,给出了考虑极限状态模糊性修正的地震易损性函数。分析结果表明:采用不同隶属函数考虑极限状态模糊性对地震易损性结果影响较为显著。随着模糊度的提高,不同隶属函数对应的考虑极限状态模糊性的地震易损性分析结果差异也逐渐增加。采用该文提出的考虑极限状态模糊性修正的地震易损性函数可以较好地体现极限状态模糊性对地震易损性的影响。
碟簧装置恢复力模型及其在自复位RC剪力墙中的应用
陈曦, 徐龙河, 肖水晶
2021, 38(9): 100-109. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.08.0607
摘要:
为了准确模拟碟簧装置和自复位RC剪力墙的力学性能,对碟簧装置的工作原理和力学特性进行了分析,提出并开发了碟簧装置恢复力模型,通过试验验证了恢复力模型的准确性。在低周往复荷载作用下,对内置碟簧装置的自复位RC剪力墙的滞回性能进行数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:应用碟簧装置恢复力模型的数值模型可有效模拟自复位RC剪力墙的滞回特性、自复位性能及耗能能力。自复位RC剪力墙的承载力随碟簧预压力、附加摩擦力及碟簧装置刚度的增大而增大;耗能能力随附加摩擦力的增大而增大;残余位移随附加摩擦力的增大而增大,随碟簧预压力和碟簧装置刚度的增大而减小。
斜拉桥系统地震易损性评估的Pair Copula技术
宋帅, 吴元昊, 徐佰顺, 吴刚, 张金
2021, 38(9): 110-123. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0629
摘要:
大跨度斜拉桥作为高次超静定结构,通常包含主塔、斜拉索、主梁、辅助墩及连接墩等较多构件,由于地震作用下各构件相互影响,准确模拟构件地震响应之间的相关性对斜拉桥整体系统的易损性评估十分关键。因Pair Copula能较好地模拟构件两两之间的相关性,理论上可将Pair Copula分层迭代模拟斜拉桥整体系统,进而提出基于Pair Copula迭代模型的斜拉桥系统地震易损性评估方法。基于结构不确定性参数及地震动不确定性,采用拉丁超立方抽样技术建立桥梁-地震动概率地震响应分析样本;通过非线性动力时程及相关性分析,量化构件地震响应之间的相关性;采用极大似然估计拟合Pair Copula模型,基于AIC及BIC准则对其进行优选;通过Pair Copula分层迭代,建立斜拉桥整体模型并对其进行地震易损性评估。工程实例表明,基于Pair Copula分层迭代技术能准确模拟多构件之间的相关性,假定构件地震响应完全不相关,会显著高估斜拉桥整体系统的地震易损性。
T型内芯防屈曲支撑的拟静力滞回性能试验研究
曾聪, 张翼飞, 许国山, 王涛, 潘天林, 王德弘
2021, 38(9): 124-132, 181. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0635
摘要:
提出了一种内芯与约束构件均为型钢的全钢装配式防屈曲支撑,该支撑具有全装配、内芯可更换、工艺简单、造价低廉和可用于既有构件加固等优点。钢内芯由2个角钢与加劲板组成T型截面,外约束构件由角钢和盖板通过螺栓连接形成。对6个该支撑试件进行拟静力试验,讨论其滞回性能、抗震性能及破坏机理,并分析内芯上设置填板、内芯与约束构件的间隙、内芯双角钢之间的间距以及限位方式对滞回性能的影响。结果表明,该支撑的实际性能与设计性能基本一致,具有稳定的滞回性能;在支撑中间设置填板对支撑的滞回性能基本没有影响;内芯与约束构件的间隙及内芯双角钢之间的间距过大会降低支撑的滞回性能;采用中部限位方式的支撑滞回性能优于端部限位方式。对试件的抗震性能分析表明,该支撑具有较好的延性和累积塑性变形能力,可作为阻尼器应用于结构中。通过分析破坏模式发现,加劲板末端的焊缝应力集中会造成支撑的断裂位置由屈服段转移至止焊处;设置中部限位卡可以减小摩擦力的不利影响。
非线性结构地震响应的神经网络算法
许泽坤, 陈隽
2021, 38(9): 133-145. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0645
摘要:
提出一种基于长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络模型计算非线性结构地震响应的新方法,采用单向多层堆叠式LSTM架构,并借助滑动时间窗实现递推计算。改进了模型预测效果的评价指标,可考虑响应在不同幅值区间的敏感性差异,避免了传统评价指标的相位敏感问题。利用实测地震动和多层框架结构进行了新方法的验证,给出了网络超参数的取值原则,并讨论了不同工况下模型的泛化能力。结果表明,LSTM模型的计算精度较好、对地震动类型具有鲁棒性。由于神经网络模型便于分布式、云部署的特点,该方法可在城市区域地震响应快速模拟等传统数值方法受限的应用场景发挥作用。
箱形柱芯筒式双法兰刚性连接节点平面框架拟静力试验研究
张爱林, 王杰, 张艳霞, 刘安然
2021, 38(9): 146-160. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0649
摘要:
提出一种箱形柱芯筒式双法兰刚性连接节点平面纯框架及减震框架,设计了两榀5层原型结构,对两榀原型结构试验子结构进行0.7倍缩尺,完成拟动力试验之后继续进行拟静力试验,该文对拟静力试验中两榀框架的滞回性能、各典型部位应变变化、刚度退化及耗能能力等进行对比研究。试验结果表明,当层间位移角为0.005 rad(1/200)时,纯框架和减震框架整体均保持弹性状态,中间柱型摩擦阻尼器开始摩擦耗能,占结构总耗能的71.3%;当层间位移角为钢结构弹塑性位移角限值0.02 rad(1/50)时,两榀试验结构滞回曲线均呈双线性,节点域均无塑性产生,减震框架柱脚塑性发展较纯框架更小;当层间位移角为0.04 rad(1/25)时,滞回曲线均更为饱满,节点域仍无塑性产生,纯框架柱脚屈曲更为明显。拟静力试验中两榀框架连接节点可靠,中间柱型摩擦阻尼器通过摩擦耗能,有效延缓减震框架主体结构塑性发展,减震框架结构刚度、耗能能力、抗震性能优于纯框架。
连续排水边界下考虑起始坡降的软黏土固结解
陈余, 李传勋
2021, 38(9): 161-170. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0656
摘要:
Terzaghi一维固结理论中边界条件和初始条件相矛盾的逻辑问题以及软黏土中水的渗流在低水力坡降下可忽略均已逐渐被认识。但在连续排水边界条件下能考虑起始水力坡降的黏性土一维固结理论,尤其是固结模型的解析解还鲜见报道。基于此,该文引入了连续排水边界,并同时考虑黏性土中渗流存在的起始水力坡降,建立了均质地基的单面排水一维固结模型。采用有限傅里叶变换方法求解了所建立固结模型的孔压、固结度以及沉降解析解答,分析了土层在恒载下同时考虑连续排水边界和起始水力坡降的一维固结性状。结果表明:考虑起始水力坡降后,连续排水界面参数b对固结性状的影响与达西定律下相同,即b值越大,排水面透水情况越好,孔压消散速率越快,固结完成时间越短;相反b值越小,排水面透水情况越差,孔压消散越慢,固结完成时间越长。连续排水条件下无量纲R(起始水力坡降、水的重度与土层厚度的乘积除以外荷载)对固结性状影响与完全透水边界下相比无明显改变。R值越大,渗流前锋到达土层底部的时间越长,固结完成时土中超静孔压残留值越大,土层按孔压定义的平均固结度越小,最终沉降量也越小。
双相型不锈钢S22053循环本构关系研究
骆晶, 施刚, 毛灵涛, 郑云
2021, 38(9): 171-181. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0659
摘要:
为研究国产双相型不锈钢S22053在循环荷载下材料的力学性能和本构关系,该文采用S22053热轧钢板加工成母材试件,进行单调和循环加载试验,得到14种加载制度下的应力-应变曲线。基于单调加载试验曲线,分析了单调荷载下的材料性能;利用等应变幅加载试验曲线拟合了Chaboche混合强化参数,并用有限元软件ABAQUS对试验进行模拟计算,对比、验证了拟合效果。结果表明:双相型不锈钢S22053延性较好,没有明显的屈服平台和屈服点,比例极限较低;循环骨架曲线可以采用Ramberg-Osgood模型进行拟合;采用不同分量模型标定的3组混合强化参数均能较好的模拟材料的循环受力特征,其中三背应力分量模型(N2L1)拟合效果最好。研究结果可用于分析计算双相型不锈钢结构在地震作用下的受力性能。
基于简化四阶矩法的各种截面钢管混凝土轴压承载力可靠度分析
丁发兴, 熊姝宁, 向平
2021, 38(9): 182-191, 202. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0665
摘要:
该文采用新点估计法和简化四阶矩法对丁发兴提出的钢管混凝土轴压承载力公式进行可靠度分析,该公式考虑了不同截面钢管形状约束系数,且探讨了不同截面形状、混凝土等级、钢材强度等级、两种荷载组合以及不同荷载比对可靠指标的影响。分析结果表明,不同截面形状的钢管混凝土轴压承载力公式的可靠指标均高于3.7,满足目标可靠指标3.2的要求;当办公室活恒载比为1.0时,混凝土强度越高时,可靠指标越大。
混杂配筋(钢和FRP筋)梁正截面受弯设计方法研究
杨洋, 潘登, 吴刚, 曹大富, 陆伟刚
2021, 38(9): 192-202. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0703
摘要:
钢和纤维复合筋混杂增强混凝土(hybrid reinforced concrete,Hybrid-RC)梁具有较好的承载力、耐久性和延性。然而,基于文献调研发现,现有设计方法对Hybrid-RC梁正截面受弯的破坏形态还未能做出准确的预测。因此,该文修正了现有的设计方法,并通过数据库对比,验证了其有效性。在此基础上,对Hybrid-RC梁提出了一种新的设计思路,以减少使用成本,并得到更高的使用荷载。
无锡市312高架桥倾覆事故分析
李翠华, 杨利斌, 傅志华, 梁新亚, 彭卫兵, 贾学军
2021, 38(9): 203-211. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.10.0722
摘要:
2019年10月10日,无锡市锡山区312国道某3跨混凝土连续箱梁在2辆车辆作用下发生倾覆。首先开展了事故现场调查工作,基于事故现场残骸照片及施工图纸,建立考虑几何非线性的有限元模型,进行倾覆破坏机理研究,提出了基于强度和倾覆稳定效应的超载判定方法。研究结果如下:基于标准车道荷载的倾覆验算结果表明,无锡桥不满足现行2018版《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定的抗倾覆验算要求;上部结构在超载车辆作用下发生先转动、再滑动,最后产生了大幅转动与滑动相结合的倾覆破坏模式;从支座脱空到上部结构发生倾覆,结构仍有一定安全储备;基于强度和倾覆稳定效应的计算结果表明,现场超载车辆产生的倾覆效应大于结构抗倾覆承载力,说明超载是结构发生倾覆的主要原因,但通过进一步计算发现结构抗弯承载力充足,表明结构倾覆破坏早于强度破坏,结构抗倾覆能力与抗弯能力不匹配。
联肢加劲钢板剪力墙滞回性能试验研究与数值分析
马尤苏夫, 崔聪, 周清汉, 杨烊, 孙博闻
2021, 38(9): 212-227. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.11.0795
摘要:
完成了3个1/3比例的3层联肢钢板剪力墙试件的低周反复加载试验。3个试件的钢板剪力墙分别采用非加劲、槽钢竖向加劲和井字加劲的形式,钢板剪力墙的竖向边缘构件采用方钢管混凝土。得到了联肢钢板剪力墙试件的荷载-位移滞回曲线和破坏形态,对试件的骨架曲线、应力发展、延性及耗能能力等进行了分析。采用有限元软件ABAQUS对试件进行了数值模拟。结果表明:非加劲和槽钢竖向加劲墙板先屈曲后屈服,井字加劲墙板先屈服后屈曲,墙板屈服后连梁与钢板剪力墙边框梁相继屈服。方钢管混凝土柱脚屈服较早,屈服后仍具有良好的承载力和弹塑性变形能力。采用非加劲墙板的试件承载力最低,滞回环捏缩效应最严重,其次是采用槽钢竖向加劲墙板的试件。采用井字加劲墙板的试件滞回环较饱满。井字加劲和槽钢竖向加劲试件的峰值荷载分别比非加劲试件的峰值荷载提高了11.7%和6.9%,井字加劲和槽钢竖向加劲试件的等效黏滞阻尼系数分别比非加劲试件的等效黏滞阻尼系数提高了65.9%和19.9%。各试件的延性系数均大于4.5,表明不同加劲形式的联肢钢板剪力墙均具有良好的延性。数值分析与试验结果吻合较好,可充分地反映试件的滞回性能和破坏过程。加劲肋对连梁和边缘构件的内力影响较小,但可显著提高剪力墙板的抗剪承载力。相较于两片单肢钢板剪力墙,联肢钢板剪力墙的承载力和耗能能力均有大于20%的提高。
基于小波时频图与轻量级卷积神经网络的螺栓连接损伤识别
卓德兵, 曹晖
2021, 38(9): 228-238. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.02.0116
摘要:
针对目前大型结构螺栓连接状态监测的困难,该文采用声音信号,提出了结合小波时频图与轻量级卷积神经网络MobileNetv2优势的螺栓松动识别方法。该方法通过对采集到的声音信号进行预处理和连续小波变换得到小波时频图,以小波时频图作为样本对轻量级卷积神经网络MobileNetv2进行训练,从而实现螺栓松动声音信号的识别。对一钢桁架模型的室外试验研究表明:该方法能实现对各种环境噪声信号,不同位置、数目和松动程度的螺栓松动声音信号的精准识别;该方法不仅识别准确率高、稳定性好,而且对计算和存储的要求低,便于应用于移动设备和嵌入式设备,为环境激励下大型复杂结构的损伤在线识别提供了新的思路。
其他工程学科
寒区水塘冰温度应力原型观测及分析
丁法龙, 茅泽育
2021, 38(9): 239-245, 256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0624
摘要:
冰体内温度应力引起的膨胀压力可导致结构物不同程度的破坏,其值是寒区水工建筑物的关键设计参数。为探究静冰温度应力的时空分布特性,采用原型观测研究手段,结合理论分析及计算,以黑龙江省大庆市青花湖6号水塘为研究对象,对水塘淡水冰层内部温度场和应力场进行了观测及分析。结果表明:冰温变化主要取决于上部气温的波动情况,表层冰温与气温呈良好的线性关系,且斜率在0.38~0.56;深度30 cm以上的冰温对气温变化的响应较为敏感,30 cm以下的冰温沿垂向基本呈线性分布;基于冰的Bergdahl粘弹性本构关系提出了一种冰温度应力计算模型,并结合实测数据回归分析确定模型中的参数,参数的拟合值明显依赖于测点位置;温度应力模型计算结果与观测结果吻合良好;从距离侧边挡墙较远的测点1到较近的测点4,随着周边围岸约束作用的增强,整体冰应力水平呈递增趋势;冰应力沿垂向呈非单调分布,即冰层表面产生的应力稍小,最大应力值出现在冰深10 cm~30 cm处,其下随深度逐渐减小,且冰应力只在0.7 m以内的冰层上部产生。
基于模态参数及BAS-PSO优化算法的软基水闸有限元模型参数修正方法
李火坤, 王刚, 余杰, 魏博文, 黄伟, 黄锦林
2021, 38(9): 246-256. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.09.0638
摘要:
正确合理的有限元模型对于软基水闸结构健康监测及性能评估至关重要,但水闸有限元模型参数的不确定性使得建立的水闸有限元模型难以准确地反映水闸结构真实的动力学特性,该文结合模态参数和基于天牛须搜索算法的粒子群(BAS-PSO)优化算法,提出了一种软基水闸有限元模型参数修正方法。选择对水闸模态参数影响较大的弹性模量和密度作为待修正参数,建立反映软基水闸待修正参数和模态参数之间非线性关系的基于遗传算法的支持向量回归(GA-SVR)代理模型;提出基于GA-SVR代理模型计算模态参数与水闸振动模态参数之间相对偏差最小的目标函数,构建软基水闸有限元模型参数修正的最优化数学模型;提出一种BAS-PSO优化算法来求解最优化数学模型,克服了局部最优和收敛速度慢的问题。通过软基水闸物理模型实例表明,修正的有限元模型计算的模态参数与水闸识别模态参数在数值上比较吻合,该文方法合理可靠且具有良好的可行性,可为软基水闸有限元模型参数修正提供一条新思路。