震后高拱坝结构损伤识别研究

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为了我国西电东送的战略实施,水资源丰富、地形复杂的西部地区近年来新建起了多座水工结构,其中高拱坝结构因承受荷载能力强、混凝土用量少、自我调节能力好等优势被广泛的应用。同时,水资源充沛的西部地区是我国地震强度和发震频度都非常高的区域。处于这些区域的水工结构容易遭受地震的侵害,造成重大的损失,所以高拱坝的抗震安全评价受到了众多研究学者的重视。鉴于高拱坝结构抗震安全监测的重要性,本文针对高拱坝结构震后的损伤识别工作进行研究。  1、以二滩高拱坝为工程背景,收集高拱坝原型的结构参数,基于有限元分析软件,建立高拱坝的有限元模型;对高拱坝结构进行动力响应分析,通过与现有的二滩高拱坝模态响应结果比较,验证模型的可靠性和有效性。  2、混凝土的损伤是一个塑性累积的过程,利用混凝土塑性损伤本构模型来模拟混凝土的非线性行为,可以真实反映混凝土结构的损伤。本文基于有限元中的混凝土塑性损伤模型,进行地震作用下高拱坝结构的动力时程分析,讨论了高拱坝的损伤形态和抗震薄弱区域,证明高拱坝结构在地震作用下的损伤模式具有一定的规律性。  3、对于地震作用后高拱坝结构各区域的损伤程度采用结构刚度折减(损伤参数)进行模拟。由于结构参数的反演属于典型的反问题计算,具有强不适定性。为此,本文通过分析不同地震作用下高拱坝的损伤破坏规律,进行高拱坝的损伤模式分类,确定高拱坝结构损伤区域的损伤参数相互关系以及可能的变化范围,为高拱坝的损伤检测工作引入先验信息,降低反演计算的不适定性,提高结构的损伤识别精度。  4、根据各损伤模式的振型特征,建立实测模态数据的筛选方法,确定结构可能的损伤模式。根据识别出的损伤模式,利用响应面模型修正技术结合遗传算法,进行高拱坝结构的损伤区域和损伤程度的识别;为了进一步改善算法的不适定性,通过增加Tikhonov正则化参数项,对算法进行优化,提高算法的鲁棒性。
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