摘要:针对空间杆系结构作动器的位置优化问题，本文基于线性二次型最优控制理论（LQR），建立了空间杆系结构振动的主动控制系统，提出了目标控制模态的模态阻尼最大化的作动器位置优化准则. 采用四角锥网架结构和Levy型索穹顶结构来验证本文方法的有效性，并在控制效果和控制能量输入两方面与常用的模态控制力方法进行了对比分析. 结果表明：随着作动器数量的增加，本文方法的控制效果和控制能量输入比模态控制力方法提升更快；在作动器数量相同或控制能量输入相同时，本文方法对外界激励的控制效果优于模态控制力方法.

摘要:针对铁路悬索桥在列车过桥时梁端纵向运动响应控制问题，提出了一种创新的混合阻尼减振方案，采用多种类型的阻尼器控制梁端位移，以满足不同的减振需求. 以某在建大跨铁路悬索桥为工程背景，建立了空间桁架精细模型和等效单梁简化模型，系统研究了混合阻尼减振方案不同阻尼器参数对减振效果的影响. 该方案将低指数黏滞阻尼器纵向安装于桥塔与加劲梁之间，同时在桥台与加劲梁之间纵向安装电涡流阻尼器. 鉴于桥台结构的特殊性，电涡流阻尼器被设计为仅能承受压力的装置，并通过样机试验进行了验证. 为了进一步提升减振性能，电涡流阻尼器还配备了摩擦耗能元件. 该混合阻尼减振方案能够有效控制列车过桥时梁端的纵向运动响应，显著提高桥梁结构的安全性和耐久性，在类似工程中具有重要的参考价值和借鉴意义.

摘要:目前，绝大多数基于深度学习的结构损伤识别方法依靠深度神经网络自动提取结构的损伤敏感特征，并通过损伤状态之间特征的差异实现模式分类识别.然而，这些方法面临着损伤量化难度大的挑战，并且需要大量的模型训练数据.本文提出基于模型嵌入循环神经网络（Model-Embedding Recurrent Neural Network，MERNN）的损伤识别方法.首先，通过数据驱动的卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）建立荷载-响应之间的映射关系，然后，利用龙格库塔法改进传统的循环神经网络，建立基于循环神经网络架构的数值计算单元.最后，基于结构响应计算值与实测响应残差构成的损失函数与神经网络的自动微分机制来实现结构刚度参数的更新，进而实现结构损伤识别.数值模拟框架与实验室的3层剪切型框架的损伤识别结果表明，本文提出的方法能基于少量响应数据准确量化结构损伤.

摘要:大型化工管道受管内流体流动、边界约束、振源激励等复杂因素影响，服役期间往往会发生振动，其振动频率相较于土木结构较高，且可能存在多个主要频率成分. 若采用单一频率的调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD），难以达到理想的控制效果，而采用多重调谐质量阻尼器（Multiple Tuned Mass Damper，MTMD）时，受现场条件限制，又存在无法确定最优安装位置等问题.本文开展了基于MTMD的管道倍频响应减振研究. 首先，开展了某化工企业丙烷脱氢装置的大型管道现场实测研究，发现管道振动频率存在明显的倍数关系，即倍频现象.其次，建立局部管道有限元模型，分析管道动力特性，提出了基于数值搜索法的MTMD参数设计方法.最后，考虑化工管道现场安装条件的限制，研究了MTMD安装位置对管道减振效果的影响. 数值研究结果表明，安装MTMD可有效减小管道振动响应.

摘要:本文建立了斜拉桥的精细化面内动力学模型，并开展了相应的自振特性分析. 首先利用Hamilton变分原理推导了斜拉桥的运动方程，利用边界条件确定了斜拉桥线性化模型的频率方程. 然后以双塔三跨斜拉桥为例开展数值分析，通过对比有限元结果验证了数值方法的正确性. 同时引入局部化因子定量说明斜拉桥固有模态的特性.最后讨论了不同结构参数、索梁相互作用和结构体系对斜拉桥自振特性的影响.结果表明当系统的固有频率接近纯索频率时，斜拉桥的固有模态将呈现局部特性. 同时索梁相互作用明显影响低阶非局部模态，相反可以忽略对高阶固有频率的影响.

摘要:基于混凝土损伤塑性模型，通过数值模拟研究了带有弯曲损伤的RC/PC桥梁动力学特性的退化情况. 首先，提出了适用于RC/PC桥梁非线性振动分析的数值模型构建方法. 其次，通过RC简支梁受弯破坏试验，将试验结果与数值模拟结果进行比较，验证了数值模型的准确性. 最后，基于厦门快速公交系统中某一联三跨PC连续梁桥建立了三维有限元模型，研究其在不同弯曲损伤程度下前三阶频率和振型的变化情况. 结果表明，带有弯曲损伤的RC/PC桥梁的动力学特性会随着损伤程度的增加而呈现不同程度的改变. 带有混凝土裂缝的桥梁的微幅振动仍然是线性的，然而随着振幅的增大频率开始降低，使振动呈现出非线性.此外，当裂缝闭合时，前三阶自振频率与振型变化不明显，难以用于识别弯曲损伤；当裂缝张开时，前三阶自振频率与振型出现明显变化，可作为损伤检测指标来识别损伤.

摘要:模态测试结果的准确性会受测试数据采集、数据处理、建模假设和参数估计等不确定性因素的影响. 为研究模态测试中模态参数的不确定性水平及不同影响因素对其的影响规律，本文采用状态空间模型和费希尔信息矩阵的快速模态参数不确定性分析方法，探讨包括振动信号的采样时长、采样频率、采样信噪比和结构的阻尼比等多种因素对模态参数不确定性水平的影响，同时提出利用模态参数不确定性水平来优化传感器布置策略的实用性建议. 结果表明：模态参数的不确定性水平随采样时长、采样频率、信噪比和传感器数量的增加而降低，随结构阻尼比的增大而升高；对于均匀分布结构，多数传感器布置在结构顶部和中上部，少数布置在中下部时，模态参数的整体不确定性水平较低，是一种相对较优的传感器布置方案.

摘要:为了研究响应谱估计误差及其传递对振动响应功率谱密度传递比（Power Spectrum Density Transmissibility，PSDT）估计的影响，基于摄动理论和统计矩定义，推导了两个变量比例函数的均值和方差近似表达式；将响应谱估计统计矩代入，可以推导出由响应相干函数、谱估计中信号平均分段数，近似表征的PSDT估计幅值的均值和方差解析公式. 基于此，揭示了共振频率处PSDT估计幅值误差规律，并实现了模态振型幅值的精度度量. 研究发现，共振频率处PSDT幅值方差存在极小值，且变异系数小于相关响应谱.通过数值框架数据验证了文中误差公式的准确性. 此外，还研究了参考响应的选择、响应时长、窗函数类型对PSDT和模态振型估计的影响. 结果表明，以PSDT两组响应作为参考响应，能得到较好PSDT和模态分析结果；同时模态振型估计标准差随测试数据时长的增加，也随之降低至一定水平.

摘要:为解决传统自复位防屈曲支撑变形能力不足的问题，提出一种碟簧-钢绞线组合自复位防屈曲支撑（Disc Spring-Steel Tendon Self-centering Buckling-restrained Brace，DT-SCB）. DT-SCB采用串联的钢绞线及碟簧组成的复位系统提供复位能力，通过两个并联的一字型内芯耗散地震能量. 介绍了DT-SCB构造、各阶段工作机理及恢复力模型. 建立有限元模型，研究复位比率αsc、钢绞线与碟簧组刚度比K1、复位元件与耗能系统刚度比K2等参数对支撑滞回性能、自复位效果及耗能能力的影响. 研究结果表明：提出的DT-SCB恢复力模型与模拟结果吻合较好，所有DT-SCB支撑在最大加载位移（2.5%轴向应变）内未发生明显破坏，支撑滞回曲线呈旗帜型特征，且具有稳定的耗能能力. 相比于传统基于钢绞线的自复位防屈曲支撑，DT-SCB具有更强的变形能力. DT-SCB最大残余变形随复位比率αsc提高显著减小，而刚度比K1的增加会削弱复位比率对支撑残余变形的控制效果. 钢绞线与碟簧组刚度比过大（K1≥2.0）会导致碟簧组提前被压平，进而降低支撑的变形能力. DT-SCB耗能能力受刚度比K2影响较大，其等效黏滞阻尼比随刚度比K2的增大而降低. 罕遇地震下支撑-框架结构非线性时程分析结果表明，DT-SCB可以有效减少结构的最大层间位移角及残余层间位移角，提高结构抗震性能.

摘要:以安装肋条斜拉索为研究对象，通过风洞试验系统研究肋条的安装方式（通长安装和间断交错安装）、尺寸和数量对斜拉索涡激振动和气动力的影响，并分析涡激振动的抑制机理.结果表明：和标准斜拉索相比，安装肋条斜拉索能有效抑制涡激振动，且间断交错安装方式的抑振效果优于通长安装方式，肋条数量为8根的控制效果优于6根和12根；增加肋条宽度和厚度都会减小涡激振动振幅；肋条斜拉索的脉动升力系数显著小于标准斜拉索，且功率谱尖峰幅值降低或不存在显著尖峰，表明间断交错肋条可以降低卡门涡脱落强度甚至完全抑制；对于气动力，在试验雷诺数范围内，安装肋条后平均气动力系数无明显雷诺数效应；相比于标准斜拉索，肋条为通长安装时均会增加斜拉索的平均阻力系数，而采用间断交错安装时，不同肋条数量、尺寸和风攻角对斜拉索的增阻减阻情况不同. 当采用8根尺寸为 20 mm×15 mm的肋条间断交错安装时，在所有风攻角下都有良好的抑振效果，最大涡振振幅减小率可达到96.79%，且平均阻力系数均稳定在1.13附近，平均升力系数均稳定在0附近.

摘要:为了能够及时检测出传感器的异常状况，设计了一种基于灰色关联度分析的桥梁健康监测系统传感器异常检测模型.首先，分别对多个应变传感器在正常工作和单传感器异常时采集的数据进行灰色关联度分析，得到表征每一列传感器数据与其余列数据在序列几何形状上相似程度的最不相关次数序列.通过对比发现无异常和有异常时最不相关次数的分布呈现明显差异，从而验证了此方法的可行性；然后，设计了一种权重计算策略，将最不相关次数序列转化为归一化的值，并将其作为评价指标，以此来量化每一列传感器数据与其他列数据之间的相关程度；最后，通过分析多组应变数据的评价指标，设置了多阈值预警机制，以实现对不同程度的异常情况做出相应的判定. 在另一组加速度监测数据上模拟多种异常程度不同的异常状况并进行检测，结果显示整体的异常识别率在90％以上.

摘要:针对特征值扰动计算的传统方法收敛速度慢的问题，提出了一种求解特征值扰动问题的快速迭代算法.首先，通过矩阵变换将初始矩阵的特征值扰动问题转化为对角矩阵的特征值扰动问题.然后，提出了一种快速迭代算法求解扰动参数，同时对算法的收敛性进行分析，并将其与基于摄动级数展开法导出的方法进行对比. 再次，采用逐一求解特征值并进行矩阵降阶的策略，有效降低运算量.最后，通过2个算例分别展示算法的计算过程及其在结构模态参数追踪方面的应用效果.

摘要:为了降低监测系统成本和提高桥梁损伤识别精度，本文利用少量传感器获得高分辨率模态振型. 在考虑路面粗糙度的情况下，基于柔度变化率进行损伤识别. 在不同路面粗糙度水平下，对移动车辆荷载作用下桥梁上所测位移响应进行特征正交分解，再将得到的主成分矩阵中高频动力分量信息过滤，获得高分辨率的模态振型. 利用少量传感器方法得到的高分辨率模态振型计算柔度变化率，将其作为桥梁损伤定位的指标. 为了验证该方法的有效性，对一简支梁进行模拟和试验. 结果显示，该方法在考虑不同粗糙度水平情况下，利用少量传感器得到高分辨率模态振型的柔度变化率能准确定位损伤.

摘要:采用课题组建立的楼层反应谱Benchmark模型，研究弹性滑板支座不同摩擦系数对楼层反应谱的影响.使用ETABS软件建立隔震结构有限元模型，在底层柱底和基础之间布置弹性滑板支座，为了使楼层反应谱具有实用性和代表性，输入FEMA P695中推荐的22条远场地震动，分别对4个摩擦系数的基础隔震结构进行非线性时程分析，研究弹性滑板支座摩擦系数对楼层反应谱的影响，且与铅芯橡胶支座隔震结构楼层反应谱进行比较. 结果表明：摩擦系数影响楼层反应谱的谱值，但不改变楼层反应谱峰值出现的周期，不影响楼层反应谱的频谱特征；在周期0~6 s内，文中4种摩擦系数的弹性滑板支座结构的楼层反应谱谱值均小于铅芯橡胶支座的谱值，说明该结构弹性滑板支座的隔震性能优于铅芯橡胶支座.

摘要:开发了一种纵向粘贴CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer，碳纤维增强复合材料）板的RC（Reinforced Concrete， 钢筋混凝土）柱抗弯加固系统，该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成. 为研究纵向粘贴CFRP板对RC柱的抗弯性能影响，设计并开展了5根足尺矩形RC柱的水平低周循环加载试验. 研究结果表明：粘贴CFRP板加固能有效延缓柱的开裂；柱的破坏模式得到明显改善；相较于未加固柱子，粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的RC柱极限承载力分别提高了15.1%和17.4%；加固后柱的抗弯承载力和刚度得到提高，但增加CFRP板的层数对极限强度和刚度没有显著影响，反而会降低柱的延性，相较于仅采用增大柱底截面的方式加固的对照柱，粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的试验柱的延性系数分别降低16.2%和35.1%；试验过程中，由于柱与基础节点承载力的限制，CFRP的最大应变仅达到极限应变的24%，抗拉强度未得到充分发挥. 该加固方法已在某医院加固工程中得到应用，跟踪研究表明，加固后柱子的抗弯承载力有明显提升，加固方法得到工程业界的认可.

摘要:为了提高结构健康监测的经济性，扩大其应用范围，提出了一种基于气象站大数据信息的大跨度桥梁结构温度场预测方法，从而实现轻量化和可持续性的桥梁温度场及温度变形计算.以某大跨钢拱桁架桥为研究对象，通过气象数据平台获取气象站大数据信息（包括天气、气温和风速信息），利用Elbadry等改进的凯尔别克辐射模型计算桥梁关键构件各表面受到的辐射强度，基于热交换传递理论计算结构热分析边界条件，结合有限元分析方法进行结构瞬态热分析，从而获得目标桥梁关键构件的时变温度场.温度场的计算结果与桥梁上实测温度在时间历程和结构竖向分布上均吻合良好，平均误差在3%以内.将计算得到的结构温度施加到桥梁结构整体有限元模型上，得到桥梁结构的温度变形，桥梁支座纵向位移的计算值与实测值吻合良好，平均误差在13 mm以内.验证了所提出的基于气象站大数据的桥梁结构温度场预测方法是可行的，利用该方法可进一步得到桥梁结构的温度变形.

摘要:为解决大悬臂盖梁吊装重量大且难以实现预制拼装的技术难题，利用超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete， UHPC）优异的力学性能，提出了采用由UHPC、钢板和型钢（Steel， S）制作的槽形组合结构作为永久模板，架设就位后浇筑普通混凝土（Normal Concrete，NC）的新型半预制预应力UHPC-S-NC盖梁. 为研究其抗裂性能、刚度并对其安全性进行评估，结合实际工程，设计一片1∶2.5的大比例缩尺模型并进行全过程静力加载测试，获得了试验梁的变形特征、开裂荷载、裂缝开展、分布规律和应变等关键试验数据.分析了试验梁裂缝分布和应变发展规律；考虑材料塑性应力-应变关系，提出了结构UHPC层和NC层的开裂弯矩计算模式和计算方法；并根据截面平衡条件提出了组合结构的抗弯承载力计算模式，同时，依据规范对结构抗剪承载力的计算模式进行了探究. 结果表明：新型组合盖梁结构具有施工快捷、装配化程度高等特点；开裂弯矩的计算结果与试验值吻合较好；采用平衡条件和叠加法评估结构的承载力，新型盖梁结构具有足够的承载能力，结果偏于安全；针对实际工程提出了一些具体的结构设计和施工的建议. 研究成果可为半预制盖梁的应用提供参考.

摘要:通过建立新型高强度QN1803不锈钢工字形和方矩形截面短柱的有限元模型对其高温作用后的局部稳定性能进行了数值模拟分析. 通过参数分析探究了残余应力、局部初始几何缺陷及温度工况对构件局部稳定性能及极限承载力的影响. 研究结果表明：对于方矩形构件及截面正则化长细比小于1.0的厚实工字形构件，残余应力对承载力的影响较小；对于薄柔工字形构件，残余应力会降低其截面承载力，且降低幅度随着温度的升高而下降.此外，随着温度升高，初始几何缺陷对不锈钢工字形构件承载力产生显著影响且正则化宽厚比的影响限值变大，对不锈钢方矩形构件承载力的影响则相反. 最后，本文基于参数分析结果，评估了现行欧洲规范EN 1993-1-4、美国规范ASCE/SEI-8-02以及中国《不锈钢结构技术规程》（CECS 410：2015）中不锈钢构件局部稳定性能常温设计方法的适用性，发现了现有设计方法中对高强不锈钢轴心受压构件的高温作用后设计指导尚存在不合理之处并提出了优化建议.

摘要:为研究某超千米混合式组合梁斜拉桥超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete， UHPC）桥面板的静力抗弯力学性能，本文设计制备了抗压强度大于160 MPa.弹性模量大于45 GPa的UHPC材料，并开展了两片足尺UHPC桥面板静载抗弯试验，桥面板长宽高为3.8 m×1.0 m×0.17 m.通过分析UHPC桥面板抗弯受力状态和破坏机理，提出了UHPC桥面板受力计算图式，建立了UHPC桥面板的开裂弯矩和考虑UHPC受拉软化段应力下降的承载力计算公式.结果表明：UHPC桥面板具有优异的抗弯力学性能，开裂弯矩均值达到77.4 kN·m，受拉纵筋屈服时的弯矩均值为237.1 kN·m，板件破坏模式以底部受拉纵筋屈服为主要特征；理论公式计算值与试验值吻合较好.研究工作为UHPC桥面板在千米级斜拉桥主梁中的应用提供了理论分析和试验依据.

摘要:为研究型钢与高强自密实混凝土界面黏结滑移性能，以混凝土保护层厚度和型钢埋置长度作为变化参数，设计9个型钢高强自密实混凝土试件进行推出试验. 观察试件破坏过程、破坏形态和裂缝发展形式，获取了试件加载端的荷载-滑移全过程曲线，研究不同变量对其黏结性能的影响规律. 结果表明：型钢高强自密实混凝土组合结构界面极限黏结强度随着混凝土保护层厚度的增加而增大，最大增幅94.9%；随着型钢埋置长度的增加而减小，最大削减为38.1%. 界面黏结抗剪刚度随着型钢保护层厚度的增加先增大后减小，最大增幅85.1%；随着型钢埋置长度的增加而增大，最大增幅为30%. 界面耗能能力与其变量相关性较弱；随保护层厚度的增加，界面损伤发展越晚；随型钢埋置深度的增加，界面损伤速度减缓. 提出了型钢高强自密实混凝土黏结强度的计算公式，能较好地预测型钢高强自密实混凝土黏结强度.