[發(fā)明專(zhuān)利]基于勢(shì)能釋放的結(jié)構(gòu)魯棒性衡量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210177014.1
• 申請(qǐng)日: 2012-06-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102661873A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王明珉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 王明珉
• 主分類(lèi)號(hào): G01M99/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M99/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)魯棒性衡量方法，用于土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)魯棒性的含義包括：(1)結(jié)構(gòu)在偶然損傷狀況下保障主體安全的能力；(2)結(jié)構(gòu)在局部損傷情況下，避免發(fā)生與此損傷不相稱(chēng)的后果的能力；(3)結(jié)構(gòu)構(gòu)件分布拓?fù)潢P(guān)系的穩(wěn)健性。土木工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)物，從能量的角度看，構(gòu)件和荷載儲(chǔ)存了一定量的勢(shì)能。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受損傷時(shí)，保守力得以做功，構(gòu)件和荷載儲(chǔ)存的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能等其他形式的能量，即出現(xiàn)勢(shì)能釋放。從勢(shì)能釋放的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，可以將結(jié)構(gòu)魯棒性定義為“結(jié)構(gòu)在局部損傷情況下，避免釋放的勢(shì)能(后果)與此損傷不相稱(chēng)的能力”。

目前已有的結(jié)構(gòu)魯棒性衡量方法和評(píng)價(jià)體系主要是從結(jié)構(gòu)損傷前后承載力差異或結(jié)構(gòu)消能的角度來(lái)分析結(jié)構(gòu)魯棒性，缺乏從勢(shì)能的角度衡量結(jié)構(gòu)魯棒性的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是一種從結(jié)構(gòu)受損(破壞)時(shí)勢(shì)能釋放的角度定量衡量結(jié)構(gòu)魯棒性的方法。方法定義的物理量包括：構(gòu)件破壞引起的勢(shì)能釋放值E_PER是指移除某個(gè)或某些構(gòu)件后，原結(jié)構(gòu)與殘余結(jié)構(gòu)的勢(shì)能差值。殘余結(jié)構(gòu)可以(但不局限于)通過(guò)概念移除法分析得到。構(gòu)件儲(chǔ)存的勢(shì)能值E_PE是指構(gòu)件自身所具有的勢(shì)能與構(gòu)件直接承擔(dān)的荷載所具有的勢(shì)能的總和。構(gòu)件魯棒性系數(shù)是指構(gòu)件破壞引起的勢(shì)能釋放值與構(gòu)件儲(chǔ)存的勢(shì)能的比值，即

Irobi=EPEREPE]]>

結(jié)構(gòu)魯棒性曲線(xiàn)是指依據(jù)某一構(gòu)件破壞序列，逐個(gè)移除構(gòu)件，計(jì)算所移除構(gòu)件的勢(shì)能存儲(chǔ)量累計(jì)值和移除構(gòu)件后重力勢(shì)能釋放值，以移除構(gòu)件的勢(shì)能存儲(chǔ)量累計(jì)值與原結(jié)構(gòu)所具有的勢(shì)能總量之比為橫坐標(biāo)，以移除構(gòu)件引起的重力勢(shì)能釋放值與原結(jié)構(gòu)所具有的勢(shì)能總量之比為縱坐標(biāo)，繪制在平面直角坐標(biāo)系中的曲線(xiàn)。結(jié)構(gòu)魯棒性特征值為：

Irob=Σr=0n[fr-yr]]]>

其中f_r為結(jié)構(gòu)魯棒性曲線(xiàn)中選定特征點(diǎn)r的縱坐標(biāo)值，特征點(diǎn)r可以(但不局限于)取橫坐標(biāo)分別為0，10％，20％…90％，100％的點(diǎn)；

y_r為一次函數(shù)y＝x中對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的縱坐標(biāo)值。

方法中的“構(gòu)件破壞序列”是指結(jié)構(gòu)的構(gòu)件被破壞的順序。“概念移除法”是指假定將構(gòu)件突然移除后，分析得到結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的破壞模式，并確定殘余結(jié)構(gòu)的方法。

本方法用構(gòu)件破壞引起的勢(shì)能釋放值來(lái)衡量構(gòu)件破壞所造成的后果。用構(gòu)件魯棒性系數(shù)衡量構(gòu)件的魯棒性。如果遠(yuǎn)大于1，說(shuō)明該構(gòu)件破壞導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)釋放的勢(shì)能大于設(shè)計(jì)時(shí)該構(gòu)件及其直接承擔(dān)的荷載所儲(chǔ)存的勢(shì)能，即該構(gòu)件的破壞所導(dǎo)致的后果與初始損傷不相稱(chēng)。此時(shí)，可以采用“關(guān)鍵構(gòu)件加強(qiáng)法”，防止該構(gòu)件被破壞；或者進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低該構(gòu)件的魯棒性系數(shù)如果略大于1或等于1，說(shuō)明該構(gòu)件破壞導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)釋放的勢(shì)能和設(shè)計(jì)時(shí)該構(gòu)件所儲(chǔ)存的勢(shì)能之間的差異不大，即該構(gòu)件的破壞所導(dǎo)致的后果與初始損傷相稱(chēng)。

本方法用結(jié)構(gòu)魯棒性曲線(xiàn)和結(jié)構(gòu)魯棒性特征值衡量結(jié)構(gòu)的魯棒性。結(jié)構(gòu)魯棒性曲線(xiàn)越接近一次函數(shù)y＝x，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在局部損傷情況下的勢(shì)能釋放量與損傷程度相匹配，意味著結(jié)構(gòu)的魯棒性越好，反之亦然。結(jié)構(gòu)的魯棒性特征值越大，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的魯棒性越差。當(dāng)結(jié)構(gòu)的魯棒性特征值接近0的時(shí)候，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的魯棒性較好。

該方法對(duì)不同偶然事件和不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型具有廣泛的適用性，可以直接用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比選和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

具體實(shí)施方式