基于多速率卡尔曼滤波方法的位移和加速度数据融合

为了尽可能地利用加速度传感器和位移传感器中的冗余信息、提高振动实测数据的精度,将结构同一位置的加速度和位移观测值进行数据融合处理,提出了一种基于维纳过程加速度模型的多速率卡尔曼滤波数据融合方法。首先给出了基于维纳过程的多速率卡尔曼滤波数融合模型;然后在加速度和位移观测值的基础上,通过多速率卡尔曼滤波数据融合得到位移、速度以及加速度的的最优估计,并对融合结果进行卡尔曼平滑处理,进一步提高了状态估计准确性;最后数值分析了不同噪声水平和采样频率比对融合算法的影响,而且与相关文献的结果作了对比分析。结果表明,本文方法合理有效且具有一定的噪声鲁棒性。     

光纤布拉格光栅传感器在钢架结构健康监测中的应用研究

光纤布拉格光栅(FBG)传感器凭借其体积小、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、分布或者准分布式测量、可实现远距离的监测与传输等优点,在土木工程健康监测中得到日益广泛的应用。本文在光纤布拉格光栅(FBG)传感器的传感原理、标定试验研究基础上,讨论了利用FBG传感系统监测钢架结构在冲击荷载作用下的应变和加速度的可行性;同时利用ANSYS有限元分析软件建立了适用于结构分析的有限元模型,对钢架结构进行了详细的仿真分析计算,最后对理论计算结果及实测结果进行了详细的对比分析,所取得的结果比较接近。研究表明,光纤布拉格光栅传感器可以很好的测量钢架结构的动态响应。     

基于压电纤维复合材料的风沙冲击力传感器研究∗

沙尘暴是一种多发于沙漠等干旱地区的灾害天气，建（构）筑物常受其影响被侵蚀甚至产生破坏，这种破坏的本质是风沙两相流中沙粒对结构表面冲击产生细微损伤的积累。为了深入探索这种风沙两相流对结构的冲击作用和沙粒冲击力在结构表面的分布规律，研究了采用压电纤维复合材料作为力传感器来测量风沙流场中沙粒冲击力的方法，通过标定试验建立了压电传感器所受沙粒冲击力与其输出电信号之间的数学模型，构建了基于压电纤维复合材料的风沙冲击力传感器。分别采用高频测力天平和压电传感器测量低矮房屋迎风面在风沙风洞试验中所受到的沙粒冲击力，验证压电传感器测量沙粒冲击力的适用性和准确性。结果显示：两种测力方式的结果总体相差在-4.72%~5.80%，两种试验结果吻合良好；建筑物迎风面内侧所受到的沙粒冲击力大于外侧所受到的沙粒冲击力，沙粒冲击力的分布与表面风压力分布具有一定相关关系。研究成果可为结构防风沙灾害的相关研究提供参考。     

菏泽地震的强震记录简介

<正> 1983年11月7日,在山东省菏泽与东明交界处发生5.9级地震。离震中211公里的徐州市青山泉煤矿地下结构强震台阵,沿地下不同高程和地表的四个测点获得了十条主震记录。地表面水平峰值加速度为33.9伽,竖向与水平向的峰值加速度比值为0.32。强震观测资料对比     

剪应力压电智能骨料标定方法研究∗

剪切破坏是混凝土结构主要的破坏形式之一,震害较为严重,且难以通过构造措施完全避免。混凝土结构缺少直接、可靠的剪应力监测方法。基于剪应力压电陶瓷的压电智能骨料标定方法尚不成熟。为此,提出了利用混凝土深梁的压电智能骨料标定剪应力场设计方法。将混凝土三点加载深梁加载点与支座连线中点处的剪应力场作为标定区域。首先,建立了二维有限元模型,分析了深梁截面高度和监测区域尺寸对剪应力场均匀性的影响,确定了深梁试件尺寸及监测区域尺寸;其次,研究了梁底配筋与开裂荷载、剪应力幅值及混凝土最大压应变之间的关系,提出了梁底不开裂条件下监测区域达到较高剪应力水平的深梁试件合理配筋方案;最后,在设计的深梁上进行了标定试验,共布置了 16 个剪应力压电智能骨料,通过应变花获取监测区域平均剪应变,确定了剪应力压电智能骨料灵敏度的概率统计参数,验证了用于标定的剪应力场设计方法的可靠性。研究表明,设计的剪应力场应力均匀、 应力水平较高、不受混凝土开裂的影响,标定试验结果可靠,灵敏度系数可直接应用。     

水泥基压电传感器在交通量监测中的应用:(2)现场试验(英文)

介绍了一套基于耐久性好、价格低廉及全天候运行的水泥基压电传感器的交通量监测系统。首先将两个水泥基压电传感器埋入一段混凝土梁的两端,以此梁作为埋入路面下的传感单元。再将4根测试好的混凝土梁埋入一条车道的两道沟槽内,每道槽内放入两根。系统运行时通过传感器数据分析来计算交通流量,即以测试信号中的峰值个数计算车辆数,以传感器的响应之和计算车重,并以两道沟内传感器响应的时间差及距离计算车速。其后通过已知重量的卡车进行传感系统现场标定。目前,该套系统已经成功安装到一座高速公路桥梁中,且运行顺利。通过与视频监测结果的对比表明,该系统能够准确的获得车流量、车辆速度以及近似重量。进而可见,该水泥基压电传感器在交通量监测中是有效的。     

压电智能骨料动态拉应力标定试验研究∗

为了监测混凝土内部受拉开裂损伤,提出了混凝土内部拉应力监测压电智能骨料,并对其进行了动态拉应力标定试验研究。首先,制备4个压电智能骨料受拉试件,建立拉应力监测系统;其次,对压电智能骨料施加往复拉应力,标定得到其灵敏度系数;然后,对压电智能骨料试件施加单调荷载直至其受拉破坏,得到其抗拉强度及输出的电压信号,对比了破坏过程的实际与监测荷载。结果表明,往复荷载作用下,SA输出与输入荷载呈良好的线性关系,SA的灵敏度系数一致性较好;单调荷载作用下,各SA抗拉强度均高于混凝土抗拉强度。综上,压电智能骨料有潜力应用于混凝土内部的拉应力监测。     

岩石变形破裂过程中电荷感应信号的检测

设计了采用非接触方式、高放大倍数、高效率的电荷传感器,并给出了电荷传感器的设计原理和技术指标。利用研制的电荷传感器对岩石变形破裂过程中产生的电荷感应信号进行了检测试验。结果表明,岩石在变形破裂过程中会产生电荷感应信号,并能够被研制的电荷传感器检测到;电荷感应信号是瞬时脉冲的;随着加载应力水平的增加,电荷感应信号强度增强,在峰值应力前,电荷感应信号强度达到最大值;在破裂面接收到的电荷感应信号较强,主破裂面接收到的信号最强,因而电荷的产生和岩石的破裂有很大的关系。作为正在探索的检测岩石破坏过程的手段之一,电荷感应方法应是一种很具潜力的方法,值得深入研究。     

地冲击荷载作用下双层结构磁流变阻尼器隔震效果的数值模拟

在抗爆结构中,一般采用单层隔震系统进行隔震,目前单层隔震系统的最大隔震率可以达到90%以上,但在加速度峰值很高的冲击荷载作用下,隔震后的结构响应加速度仍然很大。鉴于这种情况,本文对加入磁流变阻尼器(MRD)的双层隔震系统进行了研究。针对抗爆结构的两种典型荷载,采用改进Bouc-Wen模型和模糊控制方法,利用Matlab Simulink对双层隔震系统进行了数值模拟,计算了不同荷载作用下,不同隔震系统的加速度、位移及结构的振动剂量值(VDV)的响应,并与结构采用单层隔震系统的结果进行了对比。结果表明,与单层隔震系统相比,带有磁流变阻尼器的双层隔震系统没有太多的优越性。     

场地地震反应的特征线解与等效线性化解对比研究∗

研究了响蹚(Ⅱ类)、盐城(Ⅳ类)、CHBH06(Ⅲ类)3种不同类别的场地在地震动作用下特征线差分计算结果与等效线性化法计算结果的差异性.在响蹬场地(Ⅱ类)下,随输入地震动峰值增加,特征线法计算的峰值加速度逐渐增加,反应谱曲线规律性递增;等效法计算峰值加速度先减小后增加,反应谱曲线在较大输入时逐渐递增.在盐城场地(Ⅳ类)下,特征线法计算的峰值加速度均比等效法的计算值稍大,反应谱平台宽度较等效法反应谱平台宽度宽.在KIK-net的CHBH06场地(Ⅲ类)中,将两种方法的计算结果与实际记录对比,结果表明:特征线法时程的傅里叶谱频带宽度与实际记录接近,加速度反应谱与实际记录的加速度反应谱较等效法加速度反应谱接近.通过对比分析,以期促进特征线差分方法的应用.     

基于Bishop条分法的多点多向地震动作用下边坡稳定性分析

以人工合成的多点、多向地震加速度时程作为地震动输入,基于Bishop条分法推导了地震边坡稳定安全系数的表达公式。在此基础上,针对某一具体算例,分析了不同地震峰值加速度下的不同坡高边坡稳定安全系数的变化规律,并与单点、单向地震动输入的结果进行了对比。结果表明,对于本文给出的算例,在坡高与地震峰值加速度都相同的条件下,多点、多向地震作用下的边坡安全系数要大于单点、单向作用下的安全系数;当坡高小于30 m、地震峰值加速度小于0.1 g时,多点、多向地震动作用下的边坡安全系数与单点、单向相差不大;当坡高大于30 m、地震峰值加速度大于0.1 g时,多点、多向地震动作用下的边坡安全系数相对单点、单向要小36%以上,此时边坡稳定性评价必须考虑地震动的多点、多向特性。     

一种光纤光栅倾角传感器的试验研究

设计了一种新型的光纤光栅倾角传感器。本设计将简单可靠的金属悬臂梁结构与高灵敏度的光纤布拉格光栅相结合,考虑了光纤布拉格光栅的温度补偿及灵敏度,从而保证其整体耐久性较好、测量精度较高。将该倾角传感器与光纤光栅解调仪组成监测系统,同时利用无线电容式倾角仪对其灵敏度进行标定,取得了良好的线性数据,证明该倾角传感器性能良好。     

1-3型水泥基压电复合材料的制备与性能研究

通过预埋压电陶瓷而制备的水泥基压电复合材料,既可以制成传感器实现混凝土结构的长期性能监测,也可以制成路面水泥制品,实现车辆与行人载荷的电能转化。本文详细阐述了压电陶瓷纤维制备过程及其基本性能。应用插排-浇筑法制备了1-3型水泥基复合材料制品,并完成了此制品在锤击作用下压电信号的采集。     

本构模型特性对深厚场地非线性地震反应的影响

采用基于Davidenkov和Matasovic骨架曲线构造的不规则加卸荷应力—应变滞回圈,数值模拟了2个剖面的苏州第四纪深厚场地二维非线性地震反应。结果表明:(1)采用Matasovic模型计算的地表峰值加速度稍大于采用Davidenkov模型计算的地表峰值加速度,但前者计算的地表地震动持续时间稍小于后者计算的。随着基岩输入地震动强度的增大,两者给出的地表峰值加速度差异呈现逐渐增大的趋势,并与土体的横向不均匀特性有关;(2)两者给出的地表谱加速度谱形基本相似,其差异随基岩输入地震动强度的增大而增大;远场地震动作用下地表谱加速度的卓越周期也随输入地震动强度的增大而增大;(3)两者给出的峰值加速度随土层深度和横向的空间变化特征基本一致,远场地震动作用下的地表峰值加速度明显大于近场地震动作用下的地表峰值加速度。     

不同矿井煤样变形破裂过程中的电荷感应实验研究

采用单轴压缩煤电荷感应信号测试系统,研究了不同矿井煤在不同加载速度下变形破裂过程中的电荷感应规律。研究结果表明,煤样在加载初期即有电荷感应信号,随着应力水平的增加,不断有电荷感应信号产生,且信号幅值不断增加,在应力峰值前后电荷感应信号最强,信号也最为丰富,煤样主破裂发生后仍有明显的电荷信号,但信号幅值较小;在煤样应力发生突变时有较强的电荷感应信号产生;抗压强度越高、冲击倾向性越强的煤样,电荷感应信号也越强,信号越丰富,持续时间越长;加载速度越大,所产生的电荷感应信号越强。电荷感应信号与煤的变形破裂和煤样类型有一定关系,可以用电荷感应信号反映煤的破坏程度。     

非同步采样的高层建筑模态识别

鉴于结构模态识别对采样时间同步性的高要求,本文提出了一种在环境激励下利用同步性未知的脉动响应信号来识别结构模态的新方法。该方法首先对非同步采样下某高层建筑多个楼层的振动加速度时程信号进行插值和滤波处理,并利用相关系数完成了参考楼层与移动测量楼层加速度时程信号间的校准,纠正了不同楼层之间加速度的时间差异。结果表明同步后的加速度时程能够识别高层建筑振动的前3阶振型与自振频率,且该振型满足正交性要求,证明了该方法在结构模态研究中的适用性和有效性。     

基于轮辐式质量弹簧系统的强震转动加速度计的研究

给出了一种新型的强震转动加速度计的结构原理,导出了转动加速度计的微分方程、频率特性、以及灵敏度计算公式。在国家转台校准装置上对转动加速度计灵敏度、线性度、幅频特性进行了校准,在实验室内对转动加速度计最大量程、一致性以及水平振动对转动加速度计的影响等进行了测试。测试结果表明,强震转动加速度计具有良好的性能,可用于强震转动加速度和建筑结构转动加速度的测量。该转动加速度计已获得国家专利。     

基于弹塑性时程分析的结构地震倒塌时间研究

地震过程中建筑倒塌前的时间段,是人员逃生的重要阶段,研究结构地震倒塌时间规律对人员倒塌逃生避险有重要的意义。针对地震逃生方法研究的需要,基于RC框架结构的典型倒塌模式建立简化结构模型;将60条不同特性的人工地震波输入到8个结构模型得到弹塑性时程分析结果,再以结构损伤指数为1的条件求得结构地震倒塌时刻;利用假设的双重调节模型和回归分析方法,对地震波峰值加速度、特征周期和结构自振周期等因素与倒塌时间的关系进行了研究,结果表明,特征周期和结构自振周期在峰值加速度对倒塌时间的影响中存在双重调节效应;整理已有研究文献的倒塌试验结果与回归模型对比,验证弹塑性时程计算对倒塌时间估算的可行性。     

城市地下综合管廊节点地震响应的影响因素分析

建立城市地下综合管廊典型节点二维有限元模型,分析在不同地震波不同峰值加速度、不同地震波相同峰值加速度,以及是否考虑土-结构接触面的接触作用下的地震响应。结果表明：①在不同地震波不同峰值加速度作用下,随地震波峰值的增大管廊节点的侧向位移、峰值加速度、峰值应力随之增大;②在不同地震波相同峰值加速度作用下,地震波的频谱特性对节点地震响应有显著影响;③是否考虑土-结构接触面的接触作用对管廊节点地震响应有较大影响。     

汶川8.0级地震断层下盘基岩衰减关系分析

选取汶川8.0级特大地震位于断层下盘中的32个台站的强震记录,其中20个为土层台,12个为基岩台。首先,利用一维等效线性方法从土层台水平向强震记录反演出基岩水平向地震时程。随后进行了回归统计分析,给出了此次地震的下盘基岩水平向地震动峰值加速度和反应谱衰减关系。最后将所得结果与其他衰减关系对比分析,通过分析得出所得衰减关系揭示了汶川地震的下盘基岩衰减特性,该衰减关系是合理的,为分析汉源烈度异常确定输入地震动提供了基础数据。