均匀试验构设方式在土木工程中运用分析(2)

　　3 基于均匀试验和曲率模态的梁结构....................... 25-37

　　3.1 引言 .......................25-26

　　3.2 基于曲率模态的损伤识别方法....................... 26-28

　　3.3 基于均匀试验设计的单处损失识别....................... 28-32

　　3.4 多位损伤分析 .......................32-34

　　3.5 结论....................... 34

　　 .......................34-37

　　4 考虑随机效应的人行激励反应谱.......................37-61

　　4.1 前言 .......................37-38

　　4.2 人行荷载各参数概率分布....................... 38-40

　　4.3 基于均匀设计的人行竖向荷载模拟.......................40-44

　　4.4 人行激励结构振动的计算方法....................... 44-45

　　4.5 峰值加速度反应谱的计算 .......................45-51

　　4.6 均方根加速度反应谱的计算....................... 51-55

　　4.7 VDV谱和eVDV谱....................... 55-56

　　4.8 结论 .......................56-57

　　参考文献 .......................57-61

　　5 均匀试验在硫酸侵蚀混凝土试验.......................61-69

　　5.1 引言....................... 61-62

　　5.2 试验设计....................... 62-63

　　5.3 试验过程....................... 63-64

　　5.4 试验结果及分析....................... 64-67

　　5.5 结论....................... 67-68

　　结论

　　本论文首先介绍了均匀试验设计方法的基本理论，然后将其理论分别运用到土木工程的相关领域的一些问题中，成功的解决了这些问题或简化了问题分析的过程。本文主要运用均匀试验设计方法解决了以下几个问题:

　　(l)将均匀试验方法应用于基于曲率模态的梁结构损伤识别研究。对由均匀试验设计方法构造的30组单个损伤结构样本进行模态分析，在此基础上回归分析得到损伤程度、损失位置与相对模态变化值的定量关系。利用该关系可以方便直接识别出单个损伤的程度。而且由于采用了均匀试验分析，损伤样本较为密集，这样得到的定量关系具有较高的识别精度。另外，在对多位损伤的识别分析中发现，多位损伤对曲率模态的影响具有局部性，即各个损伤相距较远时可认为其影响之间近似相互独立，则可直接利用单个损伤的关系式来识别多位损伤，而且算例表明，运用单个损伤的关系式来分析多位损伤也具有较高的精度。通过此项研究可以看出均匀设计的高效性，即按其方法组织的试验具有代表性，可以在保证得到足够多原始试验信息的前提下大大减少数值模拟试验的数量。

　　(2)将均匀试验方法应用于随机人行激励反应谱的分析。本文通过对为数不多的由均匀试验设计方法确定的具有代表性的荷载样本进行动力分析，然后构造人行输入参数与结构动力响应输出之间的响应面关系，最后利用可靠度理论得到了随机人行荷载激励下结构具有一定保证率的概率性响应谱。该方法使原有计算工作量大大降低，为简化随机荷载的时域动力响应计算提供了一种新的方法。并通过将计算结果与基于Monte Carlo模拟的计算结果进行对比，证明了本方法的正确性。

　　另外，本文通过敏感性分析给出了结构峰值加速度谱、RMS加速度谱、evDv加速度谱和vDv加速度谱的一般性计算式。在测得结构的一些动力参数后，由这些反应谱计算式经过简单计算即可得结构相应的加速度响应，即利用这些计算式可以快速得到人行激励下结构的概率性响应指标。

　　(3)将均匀试验方法和ACE回归技术应用于硫酸侵蚀混凝土试验研究。通过由均匀设计方法确定的8组试验就得到了混凝土表观扩散系数DoH值与浸泡液pH值、水灰比以及水泥比例之间的关系式。可以看出，本文中的试验比原本正交试验所需的试验次数和材料大大减少，而且通过采用ACE非参数回归技术，取得了较为精确的结果。因此，将均匀试验方法应和ACE回归技术用于该类问题中可以减少了试验所需的人力和经济成本。

　　(4)将均匀试验方法和ACE回归技术应用于建筑火灾可靠性分析。通过引入均匀试验设计和ACE回归法对己有的响应面可靠度分析方法进行了改进，提出了一种更为高效的基于响应面的可靠度分析方法。结合算例分析，通过较少次数的计算便得到了评价建筑火灾风险的重要参数一一热烟层的温度和厚度的累积概率密度。算例表明，该方法具有计算精度高，计算量小的显著特点，可以应用于类似的结构可靠度分析中。

　　(5)将均匀试验方法和ACE回归技术应用于基坑可靠度分析。采用与建筑火灾可靠性分析类似的方法，即基于均匀试验设计和非参数回归的改进响应面方法，对基坑的可靠度进行了分析。从算例中可以看出，本方法采用ACE回归技术，通过60次试验计算就得到了一个较为精确的响应面关系。进而就可以通过直接插值运算来代替后续的有限元分析，从而可以通过较小计算量来实现大规模的直接Monte Carlo模拟，使复杂工程的可靠度分析更加高效省时。

　　通过成功解决以上几个问题可以看到，均匀试验设计方法具有很好的适用性，特别是与ACE非参数回归技术有很好的匹配性。其无论对于物理试验，还是数值模拟试验，其都可以大量减少试验所需要的次数，从而减少试验的经济成本，工作量以及计算时间。因此，本文方法对土木工程领域内同类问题的解决具有很好的参考意义。

　　参考文献

　　[1] Marshall A., Principles of Economics, 8th edition, Macmillanhttp://www.elunwen.org/tmgclw/, London,1920.

　　[2] Gehrig.Tan Information Based Explanation of the Domestic Bias in International Equity Investment.The Scandinavian Journal of Economics,1993:97-101.

　　[3] Davis E.P. International Financial Centers-an Industrial Analysis. Bank of England DiscussionPaper,1988:50-57.

　　[4] Moran, P. P. A. Notes on Continuous Stichastrc Phenomona Biometrika, 1950,37, 17 - 23.