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关于桥梁结构类论文范文集,与桥梁结构的系统相关论文答辩
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基础隔震系统以及可变阻尼系统等.当然,现阶段这类技术还相对不够成熟,但是后续其不仅会广泛应用于桥梁抗震抗风领域,而且在建筑领域其应用前景也十分广阔.3.3系统非线性机理传统自然科学更加偏重稳定、单一以及有序、均衡,这种传统的科学表现出了鲜明的线性特征.直到20世纪70年代左右,自然科学才逐渐的向着失稳、多重性以及无序、非均衡的方向转变.非线性是一切复杂现象的本源,因此自然科学的主要研究对象也开始向非线性系统发展.上世纪七十年代由费根包姆提出的混沌理论有效的促进了系统科学中非线性理论的应用,混沌理论、分形论以及孤波理论等共同构成了系统动力学理论,对系统的非线性机制进行深入探讨.桥梁结构系统也属于混沌系统的范畴,其体现出不可分解、不可预测以及存在规律性等特征,并且该混沌系统具有分形性质,即自相似性.
3.3.1分形与分维分形指系统通过某种方式组成与整体相类似的形,分形的实质是一类规则,复杂、混乱,但是局部又与整体相类似的体系.数学家按照特定的规则构造出规则分形集合,其具有严格的自相似性.图2为柯曲折线结构,其体现出严格的自相似性.
在自然界中,海岸线、云层边缘、地球表面以及断口表面与液体湍流等均属于分形系统,其并没有一个严格意义上的分形,其自相似性也只是统计意义上的近似.通常在某些特定的尺度范围,分形自然体局部与整体的某种相似性才会成立,称这些特定的尺度范围为无标度区,而在无标度范围内具有自相似性的分形称其为随机分形；客体在结构、信息以及功能、时间上具有自相似性则称其为广议分形.
在研究实际问题过程中,保需对某个事物是否存在无标度区进行检验,即可确定该事物是否具有局部或者整体的相似性.把事物按照尺度r分为N个相似部分,针对变化的r绘出igr－lgN曲线,再对该曲线进行检验,确认其是否有明显的直线段,如果有,则其所对应的区域即为无标度区域.该方法是依自相似集的相似维数是不依赖于尺度r的一个常数为理论依据.分维是定量参数,其是对分形特征的描述.由于其描绘的具体对象不同,相应的分维计算的形式也各有不同,比如相似维数、容量维数、信息维数、关联维数以及集团分维与质量分维等形式.在地震学领域,大量研究均是针对地震的时、空、强度分维及其多分维展开的.普遍认为地震为多重分形,在地震前后,分维值会发生变化,这种变化为研究地震前兆的复杂性提供了有效的分析工具.针对桥梁的抗震设计,地震输入与结构反应特征与结构破坏有直接的关系.分析弹性反应谱的三联谱可以看出,不管是岩石场地弹性反应谱还是结构的弹性反应谱,均体现出明显的分形特征.
3.3.2桥梁的抗震与分形特征分形不仅在自然科学以及社会科学等诸多领域中存在,其在桥梁抗震领域同样存在.首先,地震动为结构的输入荷载,其能量就体现出一定的分形特征,并且能量分维还有可能作用地震预报的新参数.其次,地震动反应谱是地震动特性联系结构动力反应的纽带,其属于统计意义的分形结构,结构反应的分形特征也是由其来决定的,尤其是以周期为标度,结构反应与反应谱的无标度区应该一致.如图3所示.
第三,研究礅柱的破坏准则过程中可以发现,在划分桥梁域的不同破坏程度时,可以将变形能量双重破坏准则的破坏指数当做合理的指标,以墩柱体积的配箍率或者输入地震动的峰值为标度,破坏指数体现出近似分维的特征.在对桥梁结构出现的地震反应进行分析时,以往复杂的结构有限元模式可以由建立代分析模型的方法取而代之.在桥例计算与理论分析后可以发现,以刚度为标度,结构周期、墩底弯矩以及墩顶位移反应均存在无标度区；而以周期为标度,则墩底弯矩与墩顶位移反应其分形特征也十分明显,与反应谱体现出的分形特征相同.
结合两个实际的桥例建立有限元模型,并将结构动力反应受边跨主跨跨径比、梁墩刚度、局部构件以及支座单元等因素的影响考虑进来.对实际桥例进行分析可以看出,如果标度不同,不管是跨度比、梁墩刚度比还是支座的刚度等,其动力反应均会体现出与多重分形近似的特征,由此可见,分维值可以将动力反应对不同标度的敏感程度直观的反映出来.
在桥梁结构动力分析领域应用分形与分维的概念,关键是要对桥梁结构动力特性是否体现出分形特征进行研究.斜拉桥的纵飘基频对于跨径尺度,主塔侧弯基频对于塔高,体系坚弯基频对于跨径,侧弯基频对于跨宽比以及扭转基频对于跨径都具有统计意义上的分形特征.悬索桥竖弯基频、侧弯基频及扭转基频对于跨径或主缆垂度,具有统计分形特征,利用分数维,可以得到比常用估算公式更为接近实桥值的基频简化计算公式.以桥长为标度,小跨径桥梁的基本侧向周期分维为1.20.桥梁结构系统涉及参数多,统一的规律多存在于定性阶段.分维的概念使得对于性质的认识可以定量描述,正如在许多领域,分维对非线性、无规则现象的描述那样.显然,这还需要大量的工作和艰辛的努力.由上述分析可以看出,混沌系统体现出一定的规律性,而分形理论的主要内容就是对这种规律加以描述.其实,不只是桥梁抗震领域存在分形规律,在整个桥梁大系统乃至更大的土木工程领域均广泛存在.
4结论
通过上述分析可以得出如下结论：首先,桥梁结构这种动力学系统体现出要素与结构复杂性的特点,其具备生存环境与结构功能；其次,桥梁结构系统识别与健康监测的重点为结构,其为整个系统的核心部分,尤其是结构的指纹分析；再次,通过主动施加外部能量来实现对系统的控制是结构控制的主要发展方向；桥梁结构系统具有分形特征,分维值对结构非线性的描述是一个有效的工具.
参考文献：
[1]张启伟,袁万城,范立础．大型桥梁结构安全监测的研究现状与发展[J]．同济大学学报,1997（增刊）.
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[2]袁万城,崔飞,张启伟．桥梁健康监测与状态评估的研究现状与发展[J]．同济大学学报,1999,（2）.
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[4]范立础编著．桥梁抗震[M]．同济大学出版社,1997.
[5]张钟俊,姚勇．自然、社会及人脑中的非线性[J]．自然杂志,1986,（11）.
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