钢管混凝土框架-核心筒混合结构连续倒塌非线性动力分析

为研究钢管混凝土框架-核心筒混合结构在局部构件失效后的连续倒塌机制,基于ABAQUS纤维梁单元和分层壳单元,采用课题组开发的材料本构子程序iFiberLUT,进行了一栋33层钢管混凝土框架-核心筒混合结构在1、17、33层柱和核心筒墙体失效工况下的连续倒塌非线性动力分析,研究了典型柱和剪力墙失效后剩余结构的抗连续倒塌机制。结果表明:33层构件失效时上部节点位移反应最大,17层次之,1层最小,相比核心筒墙体失效,柱失效时上部节点竖向位移更大,震荡更明显;各工况作用对核心筒影响均较小,且核心筒的存在增强了楼板的薄膜效应,提高了结构抗倒塌能力,失效位置距核心筒越近提高越显著;典型构件失效后结构的传力路径遵循"就近原则"向周围构件传递,楼板和核心筒有力的提高了结构的冗余传递路径和整体性。     

基于卷积神经网络的钢箱梁裂缝检测算法研究

地震作用和车辆动载的日常冲击常常会引起钢箱梁的表面裂缝损伤。在日常检修和震后开展安全检查时,由于裂缝在整张图像中的占比较低且受到笔迹、锈迹和焊缝等因素的严重干扰,很难从现场采集到的图像中高效并精确地检测出裂缝。为此,本文基于卷积神经网络提出了一种结合裂缝定位和裂缝分割的级联裂缝检测模型。首先,采用分类模型在原始图像中定位出裂缝所在位置,然后采用U-Net模型实现对裂缝的像素级检测。结果表明：本文方法可以实现对大部分裂缝的精确检测,F1分数达到0.67,高于仅采用分割模型的0.55;此外,相比仅采用分割模型的检测方法,本文方法的检测效率提高了近70%,可达到9.25 s每张。     

基于MLS形函数处理边界的电阻率法有限单元正演模拟

电阻率法有限单元正演模拟中,采用第三类边界条件时为保证精度仍要求较大范围的计算域.无单元法为地球物理领域的新兴正演模拟方法,其计算效率低,但其中采用的移动最小二乘（MLS）形函数相比于有限单元法形函数具有良好的连续性,模拟精度高.本文将MLS形函数应用于电阻率法有限单元2.5维正演的第三类边界条件处理,提出电阻率法有限单元-移动最小二乘（FEM-MLS）耦合正演方法.通过不同正演方法的模型算例模拟结果对比,验证了本文算法的有效性,并讨论了各个参数选择对模拟结果的影响.本文数值模拟结果表明采用第三类边界条件时,在同等计算精度前提下,FEM-MLS耦合法相比于有限单元法可进一步缩小计算域并提高了计算效率,相比于采用较大计算域满足边界条件的有限单元法计算效率提高了约一倍,相比于采用相同小范围计算域的有限单元法平均精度提高了约一倍.

     

三维直流电阻率自然单元-无限元耦合数值模拟

直流电阻率数值模拟对于实测电阻率数据反演、解释地下真实电阻率结构具有重要意义.为解决复杂地电模型剖分以及处理截断边界时面临的困难, 本文提出一种新的三维自然单元-无限元耦合法.该算法在自然单元区域灵活布设自然节点以填充复杂模型, 并引入无限单元替代截断边界条件以促使刚度矩阵与电源位置无关.首先推导了稳定电流场基本方程; 然后介绍了二、三维自然单元法及其形函数的构建过程; 再引入三维多向映射无限单元并实现自然单元-无限元的有效耦合; 最后通过4个数值模型, 结合传统有限单元法、有限元-无限元耦合法以及COMSOL Multiphysics软件的计算结果, 验证了算法的正确性及有效性.数值结果表明, 本文所提算法满足精度要求, 能有效减小计算区域, 无需二次更新刚度矩阵, 对复杂模型适应性强.

     

用弹性模量缩减法分析刚架结构的极限承载力

首先,综合考虑单元的内力和屈服强度,定义了单元承载比、承载比均匀度以及基准承载比等参数的概念和计算表达式;在此基础上,根据相邻迭代步变形能守恒关系,研究建立弹性模量的调整计算公式,建立了一种新型的弹性模量调整策略;进而提出了刚架结构极限承载力分析的弹性模量缩减法,即通过系统地调整高承载比单元的弹性模量来确定结构的极限荷载下限值。该方法对于结构的局部破坏模式及整体破坏模式分析均具有较好的适用性。算例分析表明,本文方法具有较高的计算精度和计算效率。     

大跨度钢管混凝土拱桥非线性抗震性能研究

基于OpenSees平台建立钢管混凝土拱桥动力分析模型,并与Midas Civil模型结果进行比对。通过一条强震记录下的IDA分析,得到钢管混凝土拱桥拱肋横桥向非线性地震性能,比较拱肋采用弹性梁单元和纤维梁单元两种模型的拱脚弯矩时程曲线和拱顶位移时程曲线,分析拱肋关键截面屈服机理,绘制它们的曲率IDA曲线和拱顶位移IDA曲线。研究结果表明:横桥向在强震作用下拱脚和拱顶不一定先屈服,而是在拱肋截面突变或有集中质量连接处,在设计时需重点考虑;随着地震动增大,先是与横撑连接处拱肋首先屈服,然后是拱脚和拱顶位置,最后向整个拱肋扩展,拱肋非线性性能良好,仍有一定的抗震储备能力。     

水环境约束分区与空间开发引导研究——以无锡市为例

基于区域开发与水环境保护的相互作用关系,本文根据河湖水环境质量要求对地区开发的约束影响,分析水环境约束的区域差异及相应区域开发中水污染物排放的控制.以无锡市为例,综合考虑河湖水文及流域地貌等自然地理要素,将全市域划分为两个一级环境单元区.34个二级子环境单元区,作为水环境约束评价的基本单元;选择河湖水体使用功能、水体通达性、水质目标和引水通道、地貌特征等要素作为表征水环境约束的评价因子,运用GIS空间分析和统计分析方法,综合评价全市域水环境约束的等级分区.以此作为空间开发引导的依据,其中水环境约束较弱的地区可以适当布局水污染物排放量较大的生产生活项目.而水环境约束较强的地区需要严格控制乃至禁止水污染物排放量大的项目建设.     

隐伏地质构造的大地电磁有限单元法正演模拟

对常见的隐伏地质构造体进行大地电磁场正演模拟,并研究和总结了构造体对大地电磁场的响应特征.由麦克斯韦方程组导出大地电磁场的边界条件,应用有限单元法求解变分问题并得出刚度矩阵,根据线性方程组计算出相应的场值,再由改进的视电阻率定义式求出视电阻率.模拟结果显示:改进的视电阻率定义式相对于传统的Cagniard定义式能有效地提高视电阻率曲线的收敛速度和逼近程度;隐伏地质构造体对大地电磁场的响应具有一定的规律性,通过分析两种极化模式下的正演结果,可以有效地识别地质构造体的存在和分布情况.通过实例分析,得出隐伏地质构造正演模拟与实际观测资料的互相验证关系,为实践应用中的反演工作提供了重要的指导意义.     

地-井方位激电观测异常特征研究

为系统了解地-井方位激电异常特征,利用有限单元法对地-井方位激电观测在立方体、板状体等典型地电异常体上的响应进行正演计算,分析了异常体位置、方位距离等变化对观测的影响规律,讨论了地形、钻孔本身对地-井方位观测的影响等.研究结果表明地-井方位观测是探测井旁和井底盲矿体行之有效的方法,利用不同方位上的异常曲线特征,遵循异常场定性分析和"先井口、后其它方位"的分析方法,可大致确定异常体的电性特征和空间展布;地形和钻孔本身对地-井方位观测的影响主要集中在浅部区域.     

基于面向对象思想的正演反演统一框架结构

运用面向对象思想分析地球物理正演与反演问题,提出了一种基于有限单元正演与正则化非线性最小二乘反演的统一框架结构.该框架采用稀疏线性系统求解作为正演的基础类;分别建立一维、二维、三维的几何模型类,用于完成模型的剖分与有限单元钢度矩阵的生成,其中与单元物质属性相关的计算采用纯虚函数的形式,在具体解问题中实现;以正则化非线性最小二乘最优化算法作为反演基础类,反演中有关模型的正演数据计算及Fréchet矩阵求解等采用纯虚函数的形式,在具体问题中进行计算.框架结构的建立提高了代码的重用性与程序开发速度;对地质单元采用统一的空间剖分,有利于开展联合反演程序设计.