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带频率禁区的结构单元尺寸二阶灵敏度动力优化设计

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固体力学学报 2019年第3期40卷 225-237页

作者：黄海新李涛程寿山河北工业大学土木与交通学院天津300401 交通运输部公路科学研究所北京100080

结构在服役期间经常受到风、地震或车载等激振作用,优化调整结构设计参数来设计结构动力特性以使其避开外部激励对应的卓越频率或高能频带,是提升结构安全性的有效手段.论文针对尺寸约束、频率禁区约束和结构重量最小化的结构动力学优... 详细信息

结构在服役期间经常受到风、地震或车载等激振作用,优化调整结构设计参数来设计结构动力特性以使其避开外部激励对应的卓越频率或高能频带,是提升结构安全性的有效手段.论文针对尺寸约束、频率禁区约束和结构重量最小化的结构动力学优化设计问题,基于Kuhn-Tucker条件和频率对变量的灵敏度,采用泰勒二级展开式推导并建立了结构频率对变量的二阶灵敏度单因子迭代计算方法,利用MATLAB平台编制了计算程序.算例表明比一阶灵敏度算法计算效率高、收敛稳定性强,且修正因子在优化全过程中无需调整,操作更为便利,并给出了单因子的合理取值区间.发现并初步论证了在设计变量未全部到达约束上下界时,'重量不再降低'只能作为最优的必要条件,'高阶频率收敛于频率禁区上限'则应是充要条件,更适合作为收敛判据,其可有力甄别'伪最优'状况.基于数据表征,初步揭示了优化变量的修改主要受频率梯度主导,并发现频率梯度值大小与变量修正幅度大体成反比的变化规律.该研究对结构的抗风、抗震和在役结构的动力加固改造设计均具有重要的理论指导价值和现实意义.

关键词：频率禁区结构重量二阶灵敏度 Kuhn-Tucker条件收敛判据

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多变量单元结构共振解耦动力优化设计方法

计算力学学报 2020年第5期37卷 530-534页

作者：黄海新李涛程寿山河北工业大学土木与交通学院天津300401 交通运输部公路科学研究所北京100080

针对截面多变量单元结构的动力优化问题,建立了带频率约束的结构动力优化设计模型,对隐式非线性频率约束函数进行Taylor近似展开,给出了截面多变量单元频率梯度函数显式表达式,基于Kuhn-Tucker条件构建迭代算法,其中拉格朗日乘子通过建... 详细信息

针对截面多变量单元结构的动力优化问题,建立了带频率约束的结构动力优化设计模型,对隐式非线性频率约束函数进行Taylor近似展开,给出了截面多变量单元频率梯度函数显式表达式,基于Kuhn-Tucker条件构建迭代算法,其中拉格朗日乘子通过建立联合方程组求解,形成了含多变量单元共振解耦优化设计方法。以矩形截面单元结构为算例的结果表明,所给单元多变量算法具有良好的准确性;截面变量对频率的贡献存在主次之分,区分指标可采用梯度值;次要变量的修正因子迭代中可采用定值,且其下限应尽可能降低,利于节约成本。本文工作对多变量复杂截面结构动力优化设计可提供理论指导,提高结构动力优化方法的适用性。

关键词：多变量单元梯度函数频率约束优化设计拉格朗日乘子

预应力连续梁桥预应力损失预测及测试方法研究

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公路交通科技 2006年第S1期23卷 71-73页

作者：程寿山李兴庆于刚勤于亮交通部公路科学研究院北京100088 云南省公路规划勘察设计院云南昆明650011 烟台市公路管理局山东烟台264001

目前预应力混凝土连续箱梁桥的预应力损失情况评价与测试是值得研究的问题。通过对预应力损失影响因素和预应力连续梁桥变形特点的分析,本文对预应力损失评估方法进行了探讨,提出了以变形为主要指标的预应力损失计算方法,并根据实桥测... 详细信息

目前预应力混凝土连续箱梁桥的预应力损失情况评价与测试是值得研究的问题。通过对预应力损失影响因素和预应力连续梁桥变形特点的分析,本文对预应力损失评估方法进行了探讨,提出了以变形为主要指标的预应力损失计算方法,并根据实桥测试加以验证。

关键词：预应力损失连续梁混凝土箱梁

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基于可靠度的桥梁结构动力优化设计

计算力学学报 2023年

作者：黄海新吕亚伦程寿山河北工业大学土木与交通学院交通运输部公路科学研究所

针对桥梁结构所受动荷载具有不确定性的问题，基于模态叠加法推导了动力响应的数字特征，利用一次二阶矩法建立结构的动应力可靠度约束函数，并对其进行显示化处理，分别建立了以频率、动位移和动应力可靠度为约束的动力优化设计数学模... 详细信息

针对桥梁结构所受动荷载具有不确定性的问题，基于模态叠加法推导了动力响应的数字特征，利用一次二阶矩法建立结构的动应力可靠度约束函数，并对其进行显示化处理，分别建立了以频率、动位移和动应力可靠度为约束的动力优化设计数学模型，并基于MATLAB平台编制了相应的优化程序。算例测试结果表明，动力优化准则法、粒子群算法和灰狼算法均能在同时满足动力性能和应力可靠度约束条件下使结构整体质量目标函数获得最优值，其中PSO收敛性和稳定性好，DOC迭代次数少，且优化后构件可靠度相较于传统动力优化设计提升超过70%。同时发现，为确保面临较大不确定性时结构的可靠度指标不降低，结构优化后的质量会随着荷载幅值变异系数的增大而有所增加。本文所提方法可为桥梁结构受外界随机激励下的动力优化设计问题提供理论指导。

关键词：结构动力优化设计动力特性动力响应桥梁结构结构可靠度

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车辆荷载中车辆允许通过总重值的研究

公路交通科技（应用技术版） 2013年第5期9卷 124-127页

作者：和海芳程寿山樊平清华大学北京100084 交通运输部公路科学研究院北京100088

本文通过对107国道实际运行线路车辆进行调查,统计分析了车辆的交通量、总重、轴荷分布及轴距等特征。以统计值为依据,选取两轴车进行研究,考虑两轴车以不同车间距组成的车队形式,根据其计算效应与公路设计荷载效应相等的原则,给出了两... 详细信息

本文通过对107国道实际运行线路车辆进行调查,统计分析了车辆的交通量、总重、轴荷分布及轴距等特征。以统计值为依据,选取两轴车进行研究,考虑两轴车以不同车间距组成的车队形式,根据其计算效应与公路设计荷载效应相等的原则,给出了两轴车总重的计算值,并通过比较跨中弯矩效应所得总重值与支座反力效应所得总重值,得出与支座反力效应相等时所得的车总重值为车辆允许通过总重值。同时,通过计算发现,同类型车辆以不同车间距组成的车队通过不同跨径的桥梁时,除个别区段外,车辆允许通过总重值随跨径的增大基本呈下降的趋势;对于同一桥梁跨径而言,该车队组合方式中车辆的允许通过总重值则随着车间距的增大,车辆总重呈逐渐增大的趋势。

关键词：车辆荷载允许总重统计荷载效应

预应力连接预制节段桥墩抗震性能数值仿真分析

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工程科学与技术 2022年第6期54卷 176-184页

作者：张凯迪贾俊峰郭彤程寿山樊平北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124 旧桥检测与加固技术交通行业重点实验室(北京) 北京100088 东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室江苏南京210096

预应力连接预制节段桥墩已在美国低震地区广泛应用,但在中国的工程应用甚少。由于预制节段墩的抗震机理尚不明确,震害资料缺乏,使其在强震地区的应用受到制约。本文基于预应力连接预制节段桥墩缩尺模型的拟静力试验,采用有限元分析软件A... 详细信息

预应力连接预制节段桥墩已在美国低震地区广泛应用,但在中国的工程应用甚少。由于预制节段墩的抗震机理尚不明确,震害资料缺乏,使其在强震地区的应用受到制约。本文基于预应力连接预制节段桥墩缩尺模型的拟静力试验,采用有限元分析软件ABAQUS,建立其精细化数值模型,在压弯荷载作用下进行墩柱的非线性力学行为仿真,并与试验结果进行对比验证;在此基础上,探讨耗能钢筋配筋率、预应力筋面积及其初始张拉力3个关键设计参数对预制节段桥墩抗震性能的影响规律。结果表明:本文建立的预制节段桥墩数值模型可较好地再现拟静力试验结果;随耗能钢筋配筋率的增加,桥墩承载能力、等效黏滞阻尼比和残余位移都明显增加;随预应力筋面积增加,桥墩屈服后刚度明显增加,抗侧承载力增加,残余位移略有增加,等效黏滞阻尼比降低;随预应力筋初始张拉力的增加,桥墩承载能力增加,但墩底混凝土破碎严重;对于预制节段拼装预应力桥墩,建议当目标偏移率不超过4%时,为了避免严重的混凝土损伤,预应力筋初始张拉力应小于其极限抗拉强度的50%;为了实现桥墩震后的快速修复,耗能钢筋配筋率应小于1%。研究结果可为预制节段拼装预应力桥墩的抗震设计提供参考,促进其在强震地区的使用。

关键词：预制节段预应力桥墩抗震性能耗能钢筋配筋率预应力筋面积预应力筋初始张拉力

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光面爆破技术在中条山隧道施工中的应用

公路交通科技（应用技术版） 2011年第5期7卷 -页

作者：涂旭东程寿山和海芳中铁十一局集团第五工程有限公司重庆400037 交通运输部公路科学研究院北京100088

光面爆破技术被广泛应用于隧道施工中。本文分析其在中条山隧道施工中的实际应用,从爆破参数的选取、爆破工艺的布置以及爆后效果的分析等方面入手,详细地论述了光面爆破技术的整个流程,并对爆后效果的影响因素进行了分析。结果表明:光... 详细信息

光面爆破技术被广泛应用于隧道施工中。本文分析其在中条山隧道施工中的实际应用,从爆破参数的选取、爆破工艺的布置以及爆后效果的分析等方面入手,详细地论述了光面爆破技术的整个流程,并对爆后效果的影响因素进行了分析。结果表明:光面爆破技术能有效控制开挖轮廓、减少超欠挖,能取得较好的爆破效果。

关键词：光面爆破隧道施工爆破参数

近场脉冲型地震作用下黏滞阻尼器对双柱摇摆桥墩减震作用研究

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土木工程学报 2020年第S02期53卷 288-293页

作者：周雨龙张劲泉韩强程寿山和海芳交通运输部公路科学研究院北京100088 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

为研究黏滞阻尼器对双柱摇摆桥墩在近场脉冲型地震作用下的减震作用,基于摇摆刚体假定和拉格朗日方程,对采用黏滞阻尼器的双柱摇摆桥墩进行实例分析、参数分析和抗倒塌能力分析。研究结果表明:黏滞阻尼器可减小双柱摇摆桥墩的地震位移反... 详细信息

为研究黏滞阻尼器对双柱摇摆桥墩在近场脉冲型地震作用下的减震作用,基于摇摆刚体假定和拉格朗日方程,对采用黏滞阻尼器的双柱摇摆桥墩进行实例分析、参数分析和抗倒塌能力分析。研究结果表明:黏滞阻尼器可减小双柱摇摆桥墩的地震位移反应,且作为速度型阻尼器,其在近场脉冲型地震作用下的减震效果比远场地震更为显著;在近场脉冲型地震作用下,随着黏滞阻尼器的无量纲阻尼常数(λ)的增大和阻尼指数(nv)的减小,桥墩位移反应随之变小,当阻尼器失效位移大于120mm时桥墩峰值位移反应无显著变化;黏滞阻尼器的减震作用可有效提高双柱摇摆桥墩在近场脉冲型地震作用下的抗倒塌能力,λ越大和nv越小,桥墩的抗倒塌能力越强。

关键词：摇摆桥墩黏滞阻尼器分析模型近场脉冲型地震地震反应

地质超前预报在中条山隧道富水段施工中的应用

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公路交通科技（应用技术版） 2011年第5期7卷 142-144页

作者：涂旭东程寿山和海芳中铁十一局集团第五工程有限公司重庆400037 交通运输部公路科学研究院北京100088

地质超前预报能够在隧道施工过程中发挥重要的作用,是保证隧道安全施工的重要环节。本文在中条山隧道富水地段使用地质超前预报技术,有效地预报了掌子面前方的不良地质条件,为设计参数、施工方法的修正提供了依据,对同类工程具有一定参... 详细信息

地质超前预报能够在隧道施工过程中发挥重要的作用,是保证隧道安全施工的重要环节。本文在中条山隧道富水地段使用地质超前预报技术,有效地预报了掌子面前方的不良地质条件,为设计参数、施工方法的修正提供了依据,对同类工程具有一定参考价值。

关键词：地质超前预报隧道施工富水区