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重大水工混凝土结构裂缝演变规律及转异诊断方法研究

李雪红  
【摘要】: 本文针对重大水工混凝土结构运行期的裂缝问题,应用粗集理论、数据挖掘、 神经网络、小波分析、混沌理论、突变理论等前沿数学方法及断裂力学等力学方法, 以及数值仿真等数值模拟方法和逻辑诊断方法,结合实测资料,对运行期裂缝的成因、 演变规律以及转异诊断等方面进行了系统的研究。主要研究内容如下: (1)在研究逻辑诊断方法的基础上,采用故障树分析方法分析裂缝产生的可能 原因;据此提出了裂缝成因挖掘的粗集方法,对裂缝成因的潜在规律性和裂缝的主要 成因进行挖掘,分析裂缝产生的主要原因。 (2)概要阐述了温度场的仿真,研究了薄层单元和分布裂缝模型,应用数值仿 真分析方法,结合工程实际,分析了荷载对裂缝的作用效应;在对人工神经网络方法 与数据挖掘关系深入研究的基础上,提出了基于神经网络的裂缝不利荷载组合挖掘方 法,提取裂缝的不利荷载组合,并研制了三维荷载组合曲面图。 (3)用接触模型模拟裂缝,结合工程实际,应用数值仿真分析方法研究裂缝开 度和开裂深度随外荷载(水压、温度等)的演变规律,分析了裂缝演变的荷载效应。 (4)基于实测资料,综合应用小波分析理论和相空间重构技术,对裂缝开度随 时间的演变规律进行了研究,提出了基于小波分析理论和相空间重构技术的裂缝时变 规律分析方法,并对其可行性进行了工程实例验证。 (5)利用相空间重构技术重构裂缝时效变形的相平面,提出了裂缝时效转异点 的相平面识别法;并且基于突变理论和灰色系统理论,建立了裂缝转异诊断的灰色尖 点突变模型;并将以上方法和模型用于工程实际,由此对所提方法的可行性进行了验 证。 (6)应用断裂力学理论,对裂缝转异进行诊断,并探讨了混凝土断裂韧度的反 演分析方法;建立了反映荷载组合与应力强度因子之间关系的神经网络模型,反馈分 析裂缝的转异荷载,在此基础上,研制了应力强度因子的三维荷载曲面图以及相应的 二维平面图,提出裂缝转异荷载的空间预报模型;并通过实例验证。


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