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基于小波分析的含片状裂纹桥梁结构损伤识别方法研究

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基于小波分析的含片状裂纹桥梁结构损伤识别方法研究

作者：应宏伟长沙理工大学

学位级别：硕士

桥梁结构经过长期使用，难免会发生各种各样的损伤，当这些损伤累积到一定的程度，结构的刚度和承载力会显著的下降，从而影响整个结构的使用性能与耐久性，甚至可能酿成重大的工程事故，造成人们生命财产的重大损失。因此，研究桥梁结... 详细信息

桥梁结构经过长期使用，难免会发生各种各样的损伤，当这些损伤累积到一定的程度，结构的刚度和承载力会显著的下降，从而影响整个结构的使用性能与耐久性，甚至可能酿成重大的工程事故，造成人们生命财产的重大损失。因此，研究桥梁结构的损伤诊断方法，具有重要的理论意义和工程应用价值。利用结构动力学原理和现代损伤识别技术相结合对桥梁结构进行损伤诊断得到高度重视，近年来发展起来的小波分析识别结构损伤的方法，已成为相关研究的热点。在对结构进行损伤诊断时，现有研究通常将裂纹简化为沿厚度方向的贯通裂纹，采用梁单元进行结构分析，这样使复杂的结构损伤识别问题得到简化的同时，也不可避免的导致计算结果的偏差。本文采用小波分析理论，通过建立桥梁结构的有限元模型，研究了片状裂纹对桥梁结构模态参数的影响，并给出了含片状裂纹桥梁结构损伤识别的原理。以Gauss1小波为母小波，通过对含片状裂纹桥梁结构模态参数进行连续小波变换，由小波系数模极大值来识别含片状裂纹桥梁损伤的位置，建立了一种基于小波分析理论识别含片状裂纹桥梁结构损伤的方法。本文以含非对称非贯通片状裂纹（半椭圆形表面裂纹）的三跨连续钢箱梁桥为研究对象，建立了连续钢箱梁桥的三维有限元模型，以Gauss1小波为母小波，利用有限元法分析研究含片状裂纹连续钢箱梁的动力特性，通过计算得到了连续钢箱梁的位移、应变和曲率模态。采用小波分析方法对含片状裂纹连续钢箱梁的模态参数进行连续小波变换，由小波系数模极大值位置识别连续钢箱梁桥内片状裂纹的位置，建立了一种基于模态参数识别连续钢箱梁桥片状裂纹的小波分析方法。本文以连续钢箱梁桥的研究为基础，提出采用梁单元和实体单元共同模拟含片状裂纹钢箱加劲梁悬索桥的损伤，建立了含片状裂纹悬索桥三维有限元模型，以Gauss1小波为母小波，通过对含片状裂纹钢箱加劲梁悬索桥的有限元计算分析，应用位移、应变和曲率模态的小波变换方法，分别研究了含片状裂纹单跨钢箱加劲梁悬索桥和多跨连续钢箱加劲梁悬索桥的损伤识别问题，获得了满意的效果，验证了方法的有效性。本文方法对于含片状裂纹桥梁结构的损伤诊断具有指导意义。

关键词：小波分析结构损伤诊断片状裂纹位移模态应变模态曲率模态

波动承压水作用下基坑底部弱透水层超静孔压试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2020年第3期51卷 732-738页

作者：应宏伟王迪许鼎业章丽莎河海大学岩土工程科学研究所江苏南京210098 浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江省城市地下空间开发工程技术研究中心浙江杭州310058 浙江大学城市学院土木工程系浙江杭州310015

研制模拟承压水持续变化的试验装置,并利用该装置研究弱透水层在波动承压水作用下的孔压变化规律。研究结果表明:承压水波动引起的弱透水层超静孔压由振荡超孔压和平均超孔压2部分组成;振荡超孔压幅值沿着自下而上的渗流路径急剧衰减;... 详细信息

研制模拟承压水持续变化的试验装置,并利用该装置研究弱透水层在波动承压水作用下的孔压变化规律。研究结果表明:承压水波动引起的弱透水层超静孔压由振荡超孔压和平均超孔压2部分组成;振荡超孔压幅值沿着自下而上的渗流路径急剧衰减;平均超孔压在深度方向上呈非线性的分布;承压水波动周期、幅值对平均超孔压的影响较小,但对振荡超孔压幅值的比值衰减速度和传递范围影响较大;在承压水波动周期较长的情况下,孔隙水压力较容易在弱透水层中传递,在基坑突涌稳定性验算中应充分关注弱透水层底板渗流破坏的可能性;改变承压水初始水位对超孔压的传递影响不显著。

关键词：波动承压水弱透水层越流突涌

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考虑基坑宽度影响的基坑抗隆起稳定分析

工程力学 2018年第5期35卷 118-124页

作者：应宏伟王小刚张金红浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室杭州310058 中铁二院华东勘察设计有限责任公司杭州310004 浙江省建筑设计研究院杭州310006

地铁车站、地下管廊建设中狭窄基坑日趋增多,目前深基坑抗隆起稳定性的计算方法主要基于地基承载力模式和绕最下道内支撑或拉锚点的圆弧滑动模式,不能考虑基坑平面尺寸的影响。对不同宽度的深基坑进行数值模拟,得到坑底潜在隆起滑裂面... 详细信息

地铁车站、地下管廊建设中狭窄基坑日趋增多,目前深基坑抗隆起稳定性的计算方法主要基于地基承载力模式和绕最下道内支撑或拉锚点的圆弧滑动模式,不能考虑基坑平面尺寸的影响。对不同宽度的深基坑进行数值模拟,得到坑底潜在隆起滑裂面的分布规律,并提出了考虑基坑宽度影响的基坑坑底抗隆起稳定分析模式,基于有限土体的被动土压力研究,修正了狭窄基坑被动侧的被动土压力系数。通过算例分析基坑宽度、支挡墙嵌入深度等对基坑抗隆起稳定的影响。研究表明狭窄基坑抗隆起安全系数更高,砂性土地基基坑宽度效应比淤泥质黏土地基更明显。将该文法应用于工程实例分析,实测数据验证了该文法的合理性。

关键词：狭窄基坑抗隆起稳定破坏模式宽度效应被动土压力系数

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土钉支护结构似粘聚力分析

浙江大学学报（工学版） 2003年第3期37卷 320-324页

作者：梁仕华应宏伟谢康和王士川徐洋浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310027 西安建筑科技大学陕西西安710055

利用能量法从功率平衡的角度定量地给出了土钉支护结构的似粘聚力公式,并结合一实际工程分析了土体参数及土钉参数对似粘聚力的影响规律.分析表明:似粘聚力随土体粘聚力和土钉直径的增大而线性增长.当内摩擦角达到20°时,似粘聚力迅速增... 详细信息

利用能量法从功率平衡的角度定量地给出了土钉支护结构的似粘聚力公式,并结合一实际工程分析了土体参数及土钉参数对似粘聚力的影响规律.分析表明:似粘聚力随土体粘聚力和土钉直径的增大而线性增长.当内摩擦角达到20°时,似粘聚力迅速增大,这表明对于内摩擦角较大的场地土钉支护更为适用.综合考虑支护的经济性,土钉间距最佳取值范围为0.5～1.5m,且不宜大于2.0m;土钉倾角对似粘聚力的影响则不大,其合理取值范围为5°～20°,并以10°左右为最佳.以上结论为土钉支护结构的设计提供了一定的依据.

关键词：土钉支护结构似粘聚力能量法土体参数土钉直径土钉倾角深基坑支护

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平动模式下挡土墙非极限状态主动土压力计算

中国公路学报 2005年第2期18卷 24-27页

作者：蒋波应宏伟谢康和梁仕华浙江大学土木工程学系浙江杭州310027 广东工业大学岩土工程研究所广东广州510090

改进了极限平衡理论,用于非极限状态主动土压力的研究。对挡土墙后滑动楔体的片体单元进行了分析,建立了关于非极限状态主动土压力强度的一阶微分方程,得到了平动变位模型下,非极限状态主动土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点的... 详细信息

改进了极限平衡理论,用于非极限状态主动土压力的研究。对挡土墙后滑动楔体的片体单元进行了分析,建立了关于非极限状态主动土压力强度的一阶微分方程,得到了平动变位模型下,非极限状态主动土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点的理论公式,将计算所得结果与模型试验数据进行对比分析。结果表明:墙体平动变位模式下非极限状态主动土压力强度、土压力合力和土压力合力作用点理论公式的计算结果与已有模型试验结果基本吻合。

关键词：道路工程挡土墙改进极限平衡法主动土压力平动模式非极限状态

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浙江汇丰商务大厦基坑工程实例分析

岩土工程学报 2006年第B11期28卷 1815-1818页

作者：应宏伟陈军浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310027 浙江新南北房地产集团浙江杭州310014

介绍了杭州一个深基坑工程的设计和现场监测实例。该工程设一层半地下室,基坑深7.95～8.30 m,采用钻孔灌注排桩作为挡土结构,坑内设置一层钢筋混凝土临时内支撑,并在坑底设置条状水泥土被动加固区。通过对支护方案的选择和监测结果的分... 详细信息

介绍了杭州一个深基坑工程的设计和现场监测实例。该工程设一层半地下室,基坑深7.95～8.30 m,采用钻孔灌注排桩作为挡土结构,坑内设置一层钢筋混凝土临时内支撑,并在坑底设置条状水泥土被动加固区。通过对支护方案的选择和监测结果的分析,得出一些有价值的结论。

关键词：深基坑支护方案监测

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柔性挡墙的主动土压力计算及分布研究

岩土工程学报 2014年第S2期36卷 1-6页

作者：应宏伟朱伟郑贝贝王小刚浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点试验室浙江杭州310058 浙江东南建筑设计有限公司浙江杭州310014

已有研究表明,柔性挡墙在不同位移量和位移模式下,主动土压力的大小和分布均发生变化,其分布也与刚性挡墙有明显区别。在前人室内试验和数值模拟结果的基础上,建立了考虑位移变化效应的柔性挡墙土压力计算模型,采用中间状态系数来统一... 详细信息

已有研究表明,柔性挡墙在不同位移量和位移模式下,主动土压力的大小和分布均发生变化,其分布也与刚性挡墙有明显区别。在前人室内试验和数值模拟结果的基础上,建立了考虑位移变化效应的柔性挡墙土压力计算模型,采用中间状态系数来统一反映挡墙位移模式和位移量的影响,提出了任意位移柔性挡墙主动土压力合力系数的计算公式;在求得合力基础上,将土体简化为非线性弹簧和刚塑性体的组合体,提出了任意位移下的土压力分布和合力作用点高度的计算方法。以前人模型试验为算例,将本文方法与试验结果、已有理论方法的对比表明,本文方法得到的土压力分布与试验值更接近。研究还发现,随着柔性挡墙位移量的增大,土压力合力逐渐减小,土压力分布的非线性程度逐渐增大;合力作用点位置随挡墙位移形态的变化而改变;在典型鼓胀形变位模式下,土压力呈R形分布。

关键词：柔性挡墙位移模式位移量主动土压力分布

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考虑注浆圈作用水下隧道渗流场解析解

浙江大学学报（工学版） 2016年第6期50卷 1018-1023页

作者：应宏伟朱成伟龚晓南浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058

总结水下隧道衬砌外水压力以及隧道涌水量的理论研究,采用镜像法构造一个虚拟源,与水下隧道形成"源-汇"系统.将半无限实际渗流场转化为2个无限虚拟渗流场的叠加,推导水下大埋深隧道孔隙水压力以及隧道涌水量的解析解.该解在保证精确性... 详细信息

总结水下隧道衬砌外水压力以及隧道涌水量的理论研究,采用镜像法构造一个虚拟源,与水下隧道形成"源-汇"系统.将半无限实际渗流场转化为2个无限虚拟渗流场的叠加,推导水下大埋深隧道孔隙水压力以及隧道涌水量的解析解.该解在保证精确性的同时,能考虑注浆圈以及衬砌的作用.在毛洞情况下,本文解退化到古德曼方程以及Harr解,验证了本文解的正确性.采用该解对隧道工程实例进行分析,和已有解进行比较,进一步验证本文解的合理性.发现当埋深增加或者注浆圈抗渗性变差时,已有解和本文解结果差距变大.指出增加注浆圈的抗渗性,可以有效地降低隧道涌水量及衬砌外水头,并发现隧道涌水量及衬砌外水头和隧道埋深近似呈线性增加关系.

关键词：水下隧道衬砌外水头涌水量镜像法解析解

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水位波动条件下盾构极限支护压力半解析研究

上海交通大学学报 2018年第8期52卷 982-990页

作者：应宏伟沈华伟张金红朱成伟浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心软弱土与环境土工教育部重点实验室杭州310058 浙江省建筑设计研究院杭州310008

为研究潮汐作用对盾构隧道开挖的影响,采用有限元软件COMSOL建立三维数值模型,得到水位波动条件下盾构隧道开挖面前的渗流场变化规律,发现粉土地基中的渗流存在幅值衰减与相位滞后现象.将计算所得渗透力应用到"楔形体—棱柱体"极限平衡... 详细信息

为研究潮汐作用对盾构隧道开挖的影响,采用有限元软件COMSOL建立三维数值模型,得到水位波动条件下盾构隧道开挖面前的渗流场变化规律,发现粉土地基中的渗流存在幅值衰减与相位滞后现象.将计算所得渗透力应用到"楔形体—棱柱体"极限平衡模型中,计算并分析开挖面极限支护压力在水位波动条件下的变化特征,发现极限支护压力的波动与隧道埋深比、土层性质、边界水位波动等因素相关.随着隧道埋深比的增大和波动周期的减小,极限支护力的幅值衰减与相位滞后更为显著.潮汐作用下的极限支护压力最大值比最高潮位稳态渗流情况要小,支护力的最大值与最高潮位出现的时间不一致.

关键词：水位波动盾构开挖面极限支护压力有限元法半解析解