混凝土壩結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)信息挖掘與安全性態(tài)評價

在役混凝土壩運(yùn)行狀態(tài)，目前主要依據(jù)靜力狀態(tài)監(jiān)測信息進(jìn)行監(jiān)控，應(yīng)用動力響應(yīng)監(jiān)測信息監(jiān)控混凝土壩運(yùn)行狀態(tài)方面研究較少。動力響應(yīng)信息對結(jié)構(gòu)的損傷演化和整體性能的變化更 具敏感性。鑒于混凝土壩一般體積較大，應(yīng)用地震、泄流和機(jī)組運(yùn)行等環(huán)境激勵產(chǎn)生的動力響應(yīng)信息是自然選擇。但環(huán)境激勵的輸入信息難以獲取，需要研究僅依據(jù)輸出響應(yīng)信息診斷混凝土壩安全性態(tài)的理論和方法。項(xiàng)目提出采用迭代Hankel矩陣特征值分解法，分解動力響應(yīng)信息的環(huán)境激勵優(yōu)勢頻率影響，壓制環(huán)境激勵優(yōu)勢頻率對結(jié)構(gòu)固有振動響應(yīng)的影響，結(jié)合非線性去噪技術(shù)，重構(gòu)了環(huán)境激勵下混凝土壩的動力響應(yīng)信息；通過模型試驗(yàn)和數(shù)值仿真分析，研究混凝土壩損傷演變過程的動力響應(yīng)信息特征變化，提出了僅輸出型模態(tài)參數(shù)盲源辨識方法和基于Hankel矩陣聯(lián)合近似對角化的模態(tài)識別方法，采用非線性映射和流形學(xué)習(xí)方法，建立了動力響應(yīng)信息特征參數(shù)與混凝土結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的關(guān)系，揭示水位和溫度等環(huán)境荷載對混凝土壩結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)信息的影響規(guī)律，提出了混凝土壩結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的動力響應(yīng)時間序列模型及其參數(shù)表征方法，基于狀態(tài)空間理論，建立混凝土壩結(jié)構(gòu)狀態(tài)動力響應(yīng)信息監(jiān)控模型；研究了動力響應(yīng)信息的波動理論分析方法，分析了波走時和波數(shù)對混凝土壩損傷的敏感性，提出混凝土結(jié)構(gòu)健康診斷的動力響應(yīng)波動參數(shù)指標(biāo)；形成了基于動力響應(yīng)信息的混凝土壩安全狀態(tài)評價理論方法體系。這對充分挖掘混凝土壩整體安全狀態(tài)信息，準(zhǔn)確評估混凝土壩的安全度和承載能力，具有重要的理論意義和工程實(shí)際應(yīng)用價值。 2100433B

在役混凝土壩運(yùn)行狀態(tài)，目前主要依據(jù)靜力狀態(tài)監(jiān)測信息進(jìn)行監(jiān)控，應(yīng)用動力響應(yīng)監(jiān)測信息監(jiān)控混凝土壩運(yùn)行狀態(tài)方面研究較少。動力響應(yīng)信息對結(jié)構(gòu)的損傷演化和整體性能的變化更具敏感性。鑒于混凝土壩一般體積較大，應(yīng)用地震、泄流和機(jī)組運(yùn)行等環(huán)境激勵產(chǎn)生的動力響應(yīng)信息是自然選擇。但環(huán)境激勵的輸入信息難以獲取，需要研究僅依據(jù)輸出響應(yīng)信息診斷混凝土壩安全性態(tài)的理論和方法。項(xiàng)目基于實(shí)測動力響應(yīng)信息，通過信息分解、重構(gòu)和挖掘，結(jié)合模型試驗(yàn)和數(shù)值仿真分析，研究混凝土結(jié)構(gòu)損傷演變過程的動力響應(yīng)信息變化，建立動力響應(yīng)信息特征與混凝土壩結(jié)構(gòu)安全性態(tài)的關(guān)系，揭示水位和溫度等環(huán)境荷載對混凝土壩動力響應(yīng)信息的影響規(guī)律，提出混凝土壩安全性態(tài)的動力響應(yīng)非模態(tài)參數(shù)表征方法，建立混凝土壩安全性態(tài)動力響應(yīng)信息監(jiān)控模型，提出基于動力響應(yīng)信息的混凝土壩安全性態(tài)評價方法。

本項(xiàng)目進(jìn)行了核電廠多級隔震體系的相關(guān)理論和試驗(yàn)等研究，具體研究內(nèi)容和工作成果包括：①研發(fā)了一種新型多級隔震裝置，并進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)研究，基于試驗(yàn)結(jié)果建立核島多級隔震支座多級剛度模型。②進(jìn)行了核電廠多級變剛度隔震理論研究及數(shù)值分析。建立核島多級隔震結(jié)構(gòu)的精細(xì)化分析模型。③完成核電廠核島多級隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)數(shù)值分析研究，研究不同地震峰值輸入、遠(yuǎn)場、近場及頻譜特性對上部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)、樓層反應(yīng)譜、隔震層最大位移及豎向拉壓情況的影響。④建立非平穩(wěn)隨機(jī)地震作用下核島多級隔震結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動方程，對核島多級隔震結(jié)構(gòu)的非平穩(wěn)隨機(jī)地震響應(yīng)進(jìn)行分析。⑤進(jìn)行了核電廠多級變阻尼隔震理論研究及數(shù)值分析。研發(fā)了一種新型變阻尼粘滯阻尼器，編制了變阻尼粘滯阻尼器減震結(jié)構(gòu)的動力分析程序，進(jìn)行了變阻尼減震結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)分析，提出了一種基于動力響應(yīng)減震系數(shù)計算附加等效阻尼比的方法。⑥進(jìn)行核電廠LRB1100/LRB1200支座基本及極限力學(xué)性能試驗(yàn)研究，系統(tǒng)研究了核電廠LRB1100/LRB1200支座的力學(xué)性能指標(biāo)。⑦提出了一種適合鉛芯橡膠隔震支座在大變形條件下的非線性硬化模型，采用數(shù)值分析方法研究了隔震支座在特大地震下進(jìn)入硬化后核電廠結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。⑧構(gòu)建了考慮橡膠支座大變形硬化的多線性恢復(fù)力模型，并研究了不同地震峰值輸入下傳統(tǒng)雙線性模型結(jié)構(gòu)與大變形硬化模型結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)、彈塑性反應(yīng)譜、結(jié)構(gòu)塑性狀態(tài)發(fā)展及結(jié)構(gòu)塑性耗能情況。 2100433B

日本311地震造成了福島第一核電廠嚴(yán)重核事故，引起全世界對核電安全的關(guān)注，在特大型地震作用下如何確保核電廠全系統(tǒng)工作安全已成為亟需解決的科學(xué)難題。核電廠結(jié)構(gòu)對抗震具有嚴(yán)格要求，采用隔震技術(shù)后，地震發(fā)生時安全殼及內(nèi)部設(shè)備的反應(yīng)降低，抗震安全性提高，同時結(jié)構(gòu)相對位移會顯著增加，確保出入核島的管線安全是關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；诘卣鸬牟淮_定性，本項(xiàng)目以核電廠結(jié)構(gòu)抗震性能為條件，以全系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)、管線和內(nèi)部設(shè)備的安全運(yùn)營為目標(biāo)，以AP1000系統(tǒng)為依托，開展核島結(jié)構(gòu)隔震分級控制研究。系統(tǒng)地開展從SL1、SL2到超SL2水準(zhǔn)地震下核島結(jié)構(gòu)多級隔震的動力性態(tài)及響應(yīng)控制研究，建立多級隔震臨界條件的數(shù)學(xué)力學(xué)模型、分級隔震轉(zhuǎn)換裝置以及精細(xì)化分析模型；揭示多級隔震狀態(tài)下的屏蔽廠房\鋼安全殼\內(nèi)部設(shè)備地震響應(yīng)特征；提出核島結(jié)構(gòu)多級隔震的地震響應(yīng)控制策略。本項(xiàng)目對拓寬核電廠的應(yīng)用區(qū)域和在超設(shè)計地震下安全性具有重要的意義。

惡劣環(huán)境中的混凝土在遭受不利荷載作用以及大壩自身材料老化等情況下，大壩會不可避免地存在某些隱患病害。

《混凝土壩變形性態(tài)監(jiān)控理論與實(shí)踐》基于混凝土壩原型監(jiān)測資料和試驗(yàn)成果，綜合運(yùn)用小波分析、相平面、分?jǐn)?shù)階微積分、有限元等數(shù)學(xué)理論和方法以及力學(xué)和壩工知識，系統(tǒng)地論述了混凝土壩變形性態(tài)監(jiān)控理論，并將研究成果應(yīng)用于工程實(shí)際。具體涉及混凝土壩變形性態(tài)非線性動力學(xué)分析方法、混凝土壩變形特性數(shù)值分析方法、滲流場與應(yīng)力場耦合作用下混凝土壩變形特性數(shù)值分析方法與混凝土壩變形安全監(jiān)控模型構(gòu)建方法等主要內(nèi)容。書中研究內(nèi)容為深入認(rèn)知復(fù)雜荷載作用下混凝土壩變形性態(tài)演化機(jī)理和驅(qū)動規(guī)律、混凝土壩的安全監(jiān)控和預(yù)警提供了理論依據(jù)與技術(shù)支撐。