隧道结构健康监测系统与光纤传感技术

隧道安全关系到人类生命安全和社会经济活动,及时掌握隧道结构健康状态是确保隧道安全的重要前提。在详细分析结构健康监测的概念、系统组成和发展现状的基础上,结合隧道结构的具体特点,提出了隧道结构健康监测的定义,构建了一个集监测、诊断和状态评价为一体的隧道结构健康监测系统,重点介绍了光纤结构监测(SO-FO)、布拉格光纤光栅(FBG)和分布式光纤传感器(BOTDR)等3种光纤传感技术的基本原理、功能及其在隧道结构健康监测系统中的作用。有理由相信,以光纤传感技术为代表的新一代工程监测技术将为隧道结构健康监测系统的建立提供厚实的技术基础。     

基于光纤光栅和小波包分析的结构损伤探测

以光纤光栅为传感元件、小波包分析为信号提取工具,获取了智能材料四边简支板损伤前、后的动态应变信号检测方法,并采用耦合神经网络方法对智能材料四边简支板结构进行了损伤识别分析。结果表明,光纤光栅可非常灵敏地检测出智能材料内部的动态应变信号,小波包信号处理方法可获得大量反映结构损伤特征的有效信号;随着损伤孔径的增大,耦合神经网络损伤识别的精度提高,可得到损伤的位置和大小的信息。研究结果在大型工程结构的健康监测中具有重要的潜在应用价值。     

形状记忆合金在土木工程中的研究与应用进展

形状记忆合金作为一种集传感和驱动于一身的新型功能材料,引起了土木工程界的广泛关注,对它的研究也日益深入,但应用尚处于起步阶段。回顾了形状记忆合金的发展过程,简单介绍了形状记忆合金的基本特性和本构模型;根据形状记忆合金在结构控制中所起的作用,分类概述了它作为被动控制器和主动控制器的研究进展以及在实际工程中的应用,重点介绍了SMA智能混凝土的研究情况;指出了当前形状记忆合金在土木工程领域研究中存在的问题,以及未来的发展方向。     

在役历史保护建筑构件时变安全性分析

古旧建筑经多年使用之后,由于各种原因造成材料劣化、结构损伤等,在抗震性能和结构安全性方面存在一定的隐患。近年来,我国建筑结构检测工作广泛开展,如何更充分地利用这些珍贵的检测成果是一个值得思考的课题。本文针对建于20世纪40年代末的某历史保护建筑物,根据前后相隔10年的2次结构检测鉴定结果,分析了建筑物服役过程中,其材料、构件性能、结构安全性等方面的变化规律,以及造成构件损坏的主要原因。鉴定结果认为,该建筑物整体性依然良好,能满足历史建筑物保护和结构承载能力的要求。同时,结合该建筑物现状,分析了其结构构件时变安全性,为采取合理的加固措施提供了依据。     

大型渡槽结构动力学研究进展(2010-2019)

渡槽是跨流域调水、输水工程的关键性架空建筑物,其动力性能的理解与应用关系到调水工程的"安全,经济、适用和美观"。系统梳理和总结近十年内大型渡槽结构动力学的研究进展,为渡槽工程下一个10年的发展提供学术与实践方向。在过去的10年里,考虑水体与槽体间的相互作用进行渡槽结构系统的动力学分析及抗震(风)设计,已取得共识。系列研究厘清了槽体与水体的相互作用机理及槽内动水压力的特点,并在槽内水体晃动的等效模型上取得了重要成果,这些成果促进了水工建筑物抗震规范的完善与实施;另外已有学者就土-桩-渡槽结构动力相互作用做了系列研究,表明在进行渡槽结构动力学研究时,有必要考虑土-桩-结构的相互作用;渡槽结构与桥梁类似,学者们从桥梁抗震的多点地震输入问题考虑,研究了多点地震输入对渡槽结构地震反应的影响,认为大跨度渡槽结构应考虑地震波的多点输入;系列研究表明,隔震、消能减震及结构控制方法已在渡槽动力学研究与实践中展开,且可有效的提高渡槽结构体系的整体抗震性能。同时,基于工程结构的被动,半主动,主动控制以及动力学可靠度理论已在渡槽工程中渐露曙光。未来,大型渡槽结构动力学的研究将趋向于系统防灾和智能控制。     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

采动区建筑物抗震、抗变形双重保护作用机理分析

采动区建筑物保护是一个涉及采矿工程、结构工程、防灾减灾工程等多学科的综合性、交叉性问题,采动区建筑物的变形损坏是由于采空区上的土层变形与建筑的基础变形不协调,从而产生附加应力而引起的建筑物倾斜、出现裂缝等一系列问题。由于受到采动区地质条件的物理力学的性质以及煤炭的开采方法、开采面积等开采因素的影响,加之建筑物的结构型式、结构的强度刚度、基础的稳定性、地基的承载能力以及建筑物在采动区的位置等因素的存在,很难按照经典的数学模型和力学计算理论进行统一度量并加以分析研究。本文采用AN SY S有限元结构分析软件,对采动区地震和开采沉陷变形对建筑物的耦合作用机理进行分析,将采动区建筑物抗震设计和开采沉陷的抗变形设计结合起来进行分析研究,提出了采动区建筑物抗震抗变形双重保护的具体措施,发展和补充了采动区建筑结构抗震抗变形控制理论,不仅能够合理地解决地上建筑物保护与地下开采的矛盾,同时也为采动区已有建筑的加固防护、减少采动区建筑物的损害破坏以及新建建筑的结构设计提供理论依据和技术支持。     

钢筋混凝土结构构件局部地震损伤多尺度监测方法

提出一种结构局部地震损伤过程的多尺度监测方法。首先,在混凝土材料尺度上,针对混凝土材料细观随机性影响问题,基于压电智能骨料进行混凝土压应力监测,通过试验方法建立了混凝土损伤全过程中压电智能骨料应力与混凝土宏观应力的概率统计关系;其次,在截面尺度上,基于MEMS倾角仪转动监测方法,提出混凝土压弯构件截面曲率的监测方法,并通过试验验证了该方法的可行性;最后,在构件尺度上,提出基于转动积分的层间变形监测方法并给出了转动监测位置的设计原理,通过构件试验验证了该监测方法的可靠性。     

光纤传感器FBG和BOTDR应用于结构监测的若干比较研究

对建筑结构进行健康监测,可以防止和避免灾害的发生。传感器的选择和使用是进行结构监测时首先要考虑的问题。光纤传感器是一种新型的传感器,因种类不同在性能方面也相差较大。FBG(FiberBraggGating,光纤Bragg光栅)和BOTDR(BrillouinOpticalTimeDomainReflectometry,布里渊光时域反射计)是近些年来发展比较快的光纤传感器,本文介绍了这两种光纤传感器,并着重从两者传感的基本原理、传感系统组成、温度补偿研究和性能优劣等方面进行了详细的比较,得出了各自作为结构监测传感器的优缺点,为今后的监测选用提供了依据,使应用两者时能够做到扬长避短。     

基于物联网的绿色建筑在城市碳减排的应用研究

伴随着经济的高速发展与城市化进程的加快,我国环境持续恶化,阴霾天气影响了一半以上的国土;建筑物的建造与运行消耗了大量能源,二氧化碳排放持续超标,如何降低碳排放成为了建筑行业的焦点。在物联网技术的基础上,将建筑能源系统物流网(i BES)通过智能网关(IG)连接各种传感器,实时获取建筑物的能耗数据形成标准数据结构。经过数据的汇总和分析后,生成便于管理者决策的能源消耗数据报告,自动调整建筑物各项能耗设备,实现建筑能耗自动管理。应用结果分析表明,使用物联网技术对建筑功耗进行调节,降低了建筑的能耗,大大减少了二氧化碳排放量,是当前社会发展趋势下值得推广的技术。     

基于智能算法的大气污染防控知识图谱：研究方法、演化路径与应用展望

大气污染防控是保障人民健康与生命安全重要的研究课题，智能算法是大气污染防控及预测预警的重要工具手段。通过Citespace对Web of Science核心数据库中1998—2021年智能算法在大气污染防控中应用的文献进行可视化分析。结果表明：(1)智能算法在大气污染防控应用历经“数理统计-遥感监测-数字模拟-神经网络算法”四个阶段；(2)研究主题集聚为“神经网络模型”“智慧健康检测系统”和“城市空间的大气污染”三个核心聚类演变路径；(3)应用方式包括“大气污染时空分布”“大气污染因素相关性”“大气污染事件预测”“空气质量优劣评估”与“健康韧性城市应用”五个方面。未来智能算法在大气污染防控中的应用趋势，将体现“高精度预测-全周期评估-健康化理念”的特点。     

基于超级电池储能的DVR在智能配电网中的应用研究

智能配电网已在我国飞速发展,随着分布式电源的大量接入,配电网电压跌落问题突出,提出了一种以超级电池为储能单元的动态电压恢复器(DVR)治理电压跌落的方法。在分析超级电池原理与特性的基础上,建立了基于双向DC/DC并联式储能系统的超级电池等效模型,然后通过算例与仿真结果验证了基于超级电池的动态电压恢复器具有快速的动态响应能力,满足智能配电网所要求的自愈性。     

基于纤维模型的受火后混凝土框架的有限元分析

为了分析受火后混凝土框架结构的残余力学性能,基于纤维模型的思路,将梁、柱构件截面划分成多个纤维,可以考虑构件截面的不均匀温度场分布以及受火损伤后材料力学性能的变化。以ABAQUS通用有限元软件为开发平台,利用Python编程语言对其进行二次开发,将SAP2000建立的模型文件导入到ABAQUS中,对基于纤维模型的混凝土框架进行受火后的温度场分析和非线性力学分析。通过一个多层多跨三维混凝土框架火灾反应的实例,对该框架在受火后的力学反应进行了分析,可为评估混凝土框架结构受火后的残余力学性能提供参考。     

有人/无人机协同森林灭火作战体系结构设计

有人/无人机协同灭火作为森林航空消防的全新模式是一项复杂的系统工程,以其为研究对象进行体系结构设计具有重要意义.该文以消防无人机、有人机行为模式和灭火能力分析为基础,综合考虑有人/无人机编队方法和控制流程,主要应用美国国防部架构框架的作战视点模型,重点分析各节点之间的交互关系及状态变化,创造性地构建了有人/无人机协同森...     

西部地区重大工程建设中的泥石流灾害 --兼论其与环境的互馈作用

在西部大开发过程中,许多重大工程建设涉及泥石流灾害的问题.讨论了工程活动、泥石流及山地环境之间的相互作用和影响.工程活动往往受到泥石流、山地环境的制约,同时它作为活的因素,又积极地影响着泥石流和山地环境,促使其产生次生演化,泥石流和山地环境的次生演化常会对工程活动产生次生制约.泥石流的发生会危及工程和人类的安全,破坏地表,破坏生态环境;人类工程活动若不遵守自然规律,过度向山地索取,必将导致山地环境退化和泥石流的广泛活动及频繁发生,甚至引起泥石流活动范围扩大和成灾规律改变.     

开发基于Web的地震目录数据库查询系统

通过对基于Browser Server体系的Web技术的分析与实践 ,开发了一种在分布式计算环境下 ,基于动态网页的数据库查询系统的方法 ,并介绍了在SGIIRIX 6 .5系统下对之的实现过程以及所采用的开发工具等。     

智能型城市防洪除涝决策支持系统总体设计研究

智能型城市防洪除涝决策支持系统是城市防洪除涝减灾的一种综合性非工程 措施。本文根据作者的经验总结和研究工作,着重阐述了其总体设计的思路、原 则、特点、及结构设计,并对专家系统、GIS技术、遥感遥测技术等高新科技在 城市防洪除涝减灾辅助决策中的作用,作了专门论述。     

网络风暴对智能变电站设备和系统的影响研究

智能变电站网络风暴直接影响着智能二次设备的正常通讯。通过分析智能变电站网络风暴的特点和产生原因,对网络风暴对站控层设备和系统、过程层设备的影响进行了测试,发现了网络流量、字节、报文类型等是网络风暴影响各类二次设备通讯的原因之一。针对网络风暴的影响,提出了在工程实际应用中抑制网络风暴的方法。     

Continue to blame it on the rain? Conceptualization of drought and failure of food systems in the Greater Horn of Africa

Food insecurity continues to be prevalent in parts of Africa. In December 2015, there were approximately 21.6 million food insecure people in the Horn and East Africa. Climate change is likely to exacerbate current volatility of agricultural production and lead to further food insecurity. Whilst the academic literature has acknowledged the complexity of food insecurity and systems, it is not clear to what extent this has been translated into practice. We argue that there is a tendency to explain complex failures of food systems as ‘droughts’, with insufficient attention paid to other drivers. We analyse humanitarian documents and climate outlook statements in Ethiopia, Kenya and Somalia and assess how these are reflected in the humanitarian responses to food insecurity in the region by analysing the financing of humanitarian operations. Our findings indicate that the continued evolution in understanding the complex causes of food insecurity and attempts to move away from emergency relief to a more sophisticated approach has not translated into an observable change in humanitarian responses. The reasons behind this persistence of short-term relief, which is being justified with reference to climatic factors, mainly drought, would warrant further research into the decision-making process that triggers humanitarian responses.

List of abbreviations: ACF: Action Contre le Faim; DCM: Drought Cycle Management; DEC: Disaster Emergency Committee; ECHO: European Commission Humanitarian Office; EU: European Union; EWS: Early Warning System; FAO: Food and Agricultural Organization; FEWSNET: Famine Early Warning System Network; FSNAU: Food Security and Nutrition Analysis Unit; FTS: Financial Tracking Service; GHACOF: Greater Horn of Africa Climate Outlook Forum; GIEWS: Global Information and Early Warning System; IASC: Inter Agency Standing Committee; ICPAC: IGAD Climate Application and Prediction Centre; IFRC: International Federation of Red Cross and Red Crescent Societies; IGAD: Inter-Governmental Authority on Development; IPCC: International Panel for Climate Change; LEWS: Livestock Early Warning System; ODI: Overseas Development Initiative; PASDEP: Plan for Accelerated and Sustained Development to Eradicate Poverty; PSNP: Productive Safety Net Programme; UNDRO: United Nations Disaster Relief Office; UNISDR: United Nations International; UN OCHA: United Nations Office for Coordination of Humanitarian Affairs; USAID: United States Agency for International Development; WFP: World Food Programme     

Development of a Computer Workstation for Famine Early Warning and Food Security

Beginning in 1990, the University of Arizona, Arizona Remote Sensing Center (ARSC) has been involved in a collaborative effort with the Global Information and Early Warning System (GIEWS) and the Remote Sensing Center of the Food and Agriculture Organization (FAO) of the United Nations in designing and developing an integrated computer workstation for famine early warning. The goal of the project is to provide food security analysts with a set of computer tools to manage a very large and diverse set of data for predicting the onset of food security emergencies for every country on Earth. The initial stage of the project involved the conceptual definition of system elements and the development of overall system architecture. We are now developing an open, flexible, and portable system designed to significantly assist the work of the analysts. System architecture provides a task-specific and user-friendly graphic user interface (GUI) within a Windows environment that will link image processing, geographic information system (GIS), spreadsheet, text, and graphics software packages into a single operational environment. A relational database management system (RDBMS) is serving as the back-end of the workstation to facilitate data storage and retrieval and as a means to preserve analysis methodologies.