大型橋梁結(jié)構(gòu)模型修正的RBF響應(yīng)面與子結(jié)構(gòu)方法

橋梁結(jié)構(gòu)是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，確保其安全運(yùn)營(yíng)，意義重大。針對(duì)大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)模型修正中面臨的問題，本項(xiàng)目通過理論方法分析、試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用，進(jìn)行深入、系統(tǒng)和模型與原型驗(yàn)證研究。首先，分析橋梁結(jié)構(gòu)模型修正中參數(shù)和特征信息的選取及其對(duì)模型修正的影響和規(guī)律，以便合理選取待修正參數(shù)和充分利用有限的實(shí)測(cè)信息；其次，研究基于徑向基函數(shù)(RBF)響應(yīng)面方法并應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)模型修正，該方法把優(yōu)化過程中反復(fù)迭代計(jì)算的工作由有限元模型轉(zhuǎn)移至具有明確數(shù)學(xué)表達(dá)式的響應(yīng)面模型，計(jì)算效率大幅提高，結(jié)合橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜橋梁的快速、高效和實(shí)時(shí)地模型修正；接著，針對(duì)斜拉橋提出一種子結(jié)構(gòu)方法，該方法通過斜拉橋自身的力學(xué)特性劃分子結(jié)構(gòu)，無須對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行截?cái)嗷蚴┘油獠考s束，即確保結(jié)構(gòu)的完整性，又大為簡(jiǎn)化計(jì)算過程，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性；然后，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值分析，對(duì)橋梁溫度效應(yīng)展開深入研究，提出了更符合工程實(shí)際的橋梁溫度場(chǎng)計(jì)算方法，并解決了實(shí)際工程問題最后，通過幾類不同復(fù)雜層次的實(shí)驗(yàn)室橋梁Benchmark模型對(duì)研究的問題進(jìn)行試驗(yàn)研究，并通過實(shí)際橋梁實(shí)現(xiàn)研究成果的原型驗(yàn)證與工程應(yīng)用。 通過本項(xiàng)目研究，為實(shí)際工程中大型橋梁結(jié)構(gòu)的模型修正、狀態(tài)評(píng)估與安全預(yù)警提供科學(xué)的理論和方法。 2100433B

針對(duì)大型復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)模型修正中面臨的問題，本項(xiàng)目將通過理論方法分析、試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用，進(jìn)行深入、系統(tǒng)和模型與原型驗(yàn)證研究。首先，分析橋梁結(jié)構(gòu)模型修正中參數(shù)和特征信息的選取及其對(duì)模型修正的影響和規(guī)律，以便合理選取待修正參數(shù)和充分利用有限的實(shí)測(cè)信息；其次，研究基于徑向基函數(shù)(RBF)響應(yīng)面方法并應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)模型修正，該方法把優(yōu)化過程中反復(fù)迭代計(jì)算的工作由有限元模型轉(zhuǎn)移至具有明確數(shù)學(xué)表達(dá)式的響應(yīng)面模型，計(jì)算效率大幅提高，結(jié)合橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜橋梁的快速、高效和實(shí)時(shí)地模型修正；第三，針對(duì)斜拉橋提出一種子結(jié)構(gòu)方法，該方法通過斜拉橋自身的力學(xué)特性劃分子結(jié)構(gòu)，無須對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行截?cái)嗷蚴┘油獠考s束，即確保結(jié)構(gòu)的完整性，又大為簡(jiǎn)化計(jì)算過程，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性；最后，通過幾類不同復(fù)雜層次的實(shí)驗(yàn)室橋梁Benchmark模型對(duì)研究的問題進(jìn)行試驗(yàn)研究，并通過實(shí)際橋梁實(shí)現(xiàn)研究成果的原型驗(yàn)證與工程應(yīng)用。

三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度評(píng)估與誤差修正問題是當(dāng)前制約三維地質(zhì)建模技術(shù)深入發(fā)展應(yīng)用的瓶頸。我們以典型場(chǎng)區(qū)地質(zhì)體三維空間分布形態(tài)為研究對(duì)象，對(duì)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建方法、地質(zhì)實(shí)體模型精度評(píng)估理論、誤差檢測(cè)及修正技術(shù)進(jìn)行了深入研究。我們提出了三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度評(píng)估、誤差檢測(cè)、動(dòng)態(tài)修正的總體研究框架。在三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度評(píng)估方面，分別構(gòu)建三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度評(píng)估的一般理論模型、面向特定地質(zhì)體的實(shí)際操作模型和地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造不確定性的三維空間分布模型，重點(diǎn)研究了地質(zhì)實(shí)體自身特性、三維地質(zhì)建模方法對(duì)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度的影響，解決了由一般地質(zhì)界面的內(nèi)插誤差和特殊地質(zhì)體的外推誤差引起的精度評(píng)估問題。在模型誤差修正方面，提出了基于建模初始數(shù)據(jù)的模型誤差修正方法和基于建模中間結(jié)果的模型誤差修正方法，在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，引入“數(shù)據(jù)—模型的可視化交互技術(shù)”。針對(duì)典型研究場(chǎng)區(qū)的地層分布特點(diǎn)，我們提出了一種重構(gòu)沉積地層系統(tǒng)三維實(shí)體模型的新方法“鉆孔-層面-實(shí)體法”。沉積地層系統(tǒng)三維構(gòu)模的難點(diǎn)主要集中于對(duì)缺失地層地質(zhì)成因的判定以及缺失邊界的界定上。為了重構(gòu)缺失地層引起的不連續(xù)地質(zhì)界面，“鉆孔-層面-實(shí)體法”首先使用二分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將鉆孔數(shù)據(jù)離散化為一系列散點(diǎn)，并基于這些散點(diǎn)插值擬合出各個(gè)地層頂、底界面的初始高程，自動(dòng)推算出缺失地層的地質(zhì)成因；然后按照不同的地質(zhì)成因，自動(dòng)對(duì)缺失地層及其控制界面進(jìn)行交切處理、高程調(diào)整與一致性處理；最后生成用三維塊體或三棱柱體元充填的三維實(shí)體模型?！般@孔-層面-實(shí)體法”具有自動(dòng)性高、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，研究實(shí)例顯示了其建模結(jié)果自然、合理，非常接近于實(shí)際地層分布情況。在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，公開發(fā)表論文14篇（其中SCI刊物《Engineering Geology》1篇，EI收錄6篇）；申請(qǐng)發(fā)明專利3項(xiàng)（其中1項(xiàng)已授權(quán)）。這些研究成果為建立一套完整的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度評(píng)估與誤差修正的理論體系和方法體系奠定了基礎(chǔ)，有助于完善復(fù)雜地質(zhì)條件下三維地質(zhì)模擬的方法與技術(shù)。 2100433B

三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度評(píng)估與誤差修正問題已成為制約三維地質(zhì)建模技術(shù)深入發(fā)展應(yīng)用的瓶頸。本課題以典型場(chǎng)區(qū)典型地質(zhì)體三維空間分布形態(tài)為研究對(duì)象，將三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建與模型精度評(píng)估、誤差檢測(cè)、修正作為整體過程加以研究，將模型的精度控制因素和誤差修正方法相結(jié)合，將工程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果相結(jié)合，采用計(jì)算機(jī)圖形三維可視化技術(shù)來克服場(chǎng)地模型試驗(yàn)的缺點(diǎn)，建立三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度評(píng)估的一般理論模型、面向特定地質(zhì)體的實(shí)際操作模型和地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造不確定性的三維空間分布模型，重點(diǎn)研究建模源數(shù)據(jù)的屬性、地質(zhì)實(shí)體自身特性、三維地質(zhì)建模方法對(duì)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度的影響，提出、實(shí)現(xiàn)并完善三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型誤差修正方法，形成三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型精度評(píng)估、誤差檢測(cè)、動(dòng)態(tài)修正的標(biāo)準(zhǔn)流程框架，達(dá)到預(yù)測(cè)與控制模型精度、修正模型誤差的目的。本課題研究成果有助于完善復(fù)雜地質(zhì)條件下三維地質(zhì)模擬的方法與技術(shù)。

結(jié)構(gòu)模型（structural model），哲學(xué)和文化人類學(xué)用語(yǔ)，指在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出一種抽象結(jié)構(gòu)形式。

其目的在于使知識(shí)和組織系統(tǒng)化。有各種分類，如因果結(jié)構(gòu)模型、功能結(jié)構(gòu)模型、機(jī)械結(jié)構(gòu)模型、統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)模型等。因果結(jié)構(gòu)模型為自然科學(xué)所普遍使用，觀察者依據(jù)這種模型而預(yù)言系統(tǒng)的未來發(fā)展情況；功能結(jié)構(gòu)模型則是對(duì)人類社會(huì)的觀察模式，它把一種文化或一個(gè)社會(huì)看成是為了達(dá)到某種目的而擬定的一系列手段和方法的組織；機(jī)械結(jié)構(gòu)模型表現(xiàn)出一個(gè)結(jié)構(gòu)的元素與現(xiàn)象的相似程度；統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)模型是一個(gè)結(jié)構(gòu)的元素與現(xiàn)象并不相同，只是在統(tǒng)計(jì)意義上的大致分類。這些分類方法很難完全說明結(jié)構(gòu)模型的特征。一般認(rèn)為，結(jié)構(gòu)模型作為一種說明現(xiàn)象的方法是有用的.在不能以還原的方法說明觀察與客體之間的相同與否時(shí)，可以用以作為進(jìn)一步的解釋 。2100433B