哈爾濱工業大學;東北林業大學;南京工業大學;青島理工大學高慶飛獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉哈爾濱工業大學;東北林業大學;南京工業大學;青島理工大學申請的專利一種流冰撞擊作用下寒區橋梁結構多維度易損性評估方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN119989460B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-26發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202411841782.1,技術領域涉及:G06F30/13;該發明授權一種流冰撞擊作用下寒區橋梁結構多維度易損性評估方法是由高慶飛;何其峻;梁銳鴻;肖胤博;吳雙蘭;姜在陽;王統;蘇雷;龐寶龍;劉洋設計研發完成,并于2024-12-13向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種流冰撞擊作用下寒區橋梁結構多維度易損性評估方法在說明書摘要公布了:一種流冰撞擊作用下寒區橋梁結構多維度易損性評估方法,涉及橋梁易損性評估技術領域。橋梁結構有限元模型參數網格式生成、參數隨機排列、參數最優排列,流冰荷載觀測數據統計、概率分布模型構建,橋墩損傷因子矩陣構建,災后橋墩承載能力概率分布模型構建,獲取流冰荷載作用下橋墩的損傷因子概率分布函數,橋墩災后承載能力條件概率分布函數構建,損傷狀態判斷評定與易損性評估。針對雙跨連續梁橋,通過考慮有限元模型橋梁結構參數的隨機變異性,能夠顯著提高易損性評估的準確度,結合流冰撞擊的多維特性,全面刻畫了撞擊行為的復雜性,更加高效且可系統化,有助于橋梁結構的抗沖擊能力預測和整體安全性能評價。
本發明授權一種流冰撞擊作用下寒區橋梁結構多維度易損性評估方法在權利要求書中公布了:1.一種流冰撞擊作用下寒區橋梁結構多維度易損性評估方法,其特征在于:包括以下步驟: 步驟一:橋梁結構有限元模型參數網格式生成 建立橋臺-橋墩-橋臺布置的雙跨連續梁橋三維空間有限元模型,考慮鋼筋彈性模量、混凝土彈性模量、混凝土抗壓強度和鋼筋屈服強度這四個參數的隨機變異性生成N個有限元模型,按順序設Δj,j=1,2,3,4代表各個參數,表示如下: Δ1~Lognormalμ1,σ1 2,Δ2~Lognormalμ2,σ2 2 Δ3~Lognormalμ3,σ3 2,Δ4~Lognormalμ4,σ4 2 式中,μj代表各個參數的均值,σj 2代表各個參數的方差,代表各個參數的分布下界,代表各個參數的分布上界; 各個參數累計概率分布函數表示為:yj=Fjxjyj∈[0,1]; 將累計概率的區間[0,1]等概率均勻分為n個概率小區間,概率小區間矩陣Λ表示為: 其中,每一行代表一個概率小區間; 將概率小區間通過xj=Fj -1yj映射到抽樣區間得到抽樣小區間矩陣Ij為: 其中,每一行代表一個抽樣小區間; 通過先驗知識設定重要區間包含s個抽樣小區間,s+n=N; 從每個抽樣小區間Ii,j中隨機抽取一個樣本wi,j,從重要區間Iselect,j中每個抽樣小區間額外隨機抽取一個樣本wi,j′,樣本wi,j與樣本wi,j′將i作為行索引,j作為列索引,從小到大排列,構成矩陣W與W′,合并矩陣W與W′得到樣本矩陣W″為: 步驟二:橋梁結構有限元模型參數隨機排列 將樣本矩陣W″的各列記為Wj,表示為: 對于Wj,定義集合P表示位置索引,表示為: P={1,2,...,n-1,n,n+1,...,n+s-1,n+s} 定義當前處理位置為kq,kq=N-q+1,q=1,2,...,N-1,N,對于當前處理位置kq隨機選擇oq∈{1,2,...kq-2,kq-1}進行位置交換; 按q從1到N依次執行位置交換,對于第q次位置交換表示如下: 其中,表示交換中位置kq與位置oq元素后的矩陣,表示交換第q次位置后的Wj,且 當第N次位置交換完成時,能夠得到將合并得到初始樣本矩陣A,表示為: 步驟三:橋梁結構有限元模型參數最優排列 初始樣本矩陣A中每一行代表一個樣本組合,選擇任意兩個樣本組合構成樣本組合對,計算初始樣本矩陣A中所有樣本組合對之間的歐幾里得距離,保留最小值記為定義此刻溫度為T0; 對于初始樣本矩陣A的每一列,定義集合R表示位置索引,表示為: R={1,2,...,N-1,N} 定義第r次優化,固定處理位置為kV=V,V=1,2,3,對于固定處理位置kV隨機選擇v∈{4,5,...,N-1,N}進行位置交換; 按V從1到3依次執行位置交換,對于第V次位置交換表示如下: 其中,表示交換中位置kV與位置v元素后的矩陣,表示交換第V次位置后的且 將合并得到優化樣本矩陣Ar,表示為: 計算優化樣本矩陣Ar中所有樣本組合對之間的歐幾里得距離,保留最小值記為定義更新溫度為λ為降溫參數; 若直接接受優化樣本矩陣Ar為新的矩陣; 若在區間0,1中隨機抽取一個z,當則接受優化樣本矩陣Ar為新的矩陣,當則不接受優化樣本矩陣Ar為新的矩陣; 持續直到時停止優化,得到最優樣本矩陣,基于最優樣本矩陣對有限元模型進行優化; 步驟四:流冰荷載觀測數據統計 流冰荷載相關數取流冰質量Π、流冰速度與流冰荷載位置觀測N組流冰荷載相關數得到流冰質量矩陣Mice、流冰速度矩陣Vice與流冰荷載位置矩陣Hice,表示如下: Mice=[Π1Π2...∏N-1∏N]T 步驟五:流冰荷載概率分布模型構建 流冰荷載相關數的分布類型為: ∏~Lognormalμ∏,σΠ 2 構建流冰荷載相關數的分布參數μΠ,σ∏,確定公式如下: 其中,流冰荷載相關數的概率密度函數為: 由此得到流冰荷載相關數的概率分布函數如下: 步驟六:橋墩損傷因子矩陣構建 設橋墩的損傷因子為uL,通過有限元模型進行流冰撞擊模擬試驗,分別在進行流冰撞擊模擬前后,在N組橋墩墩頂施加逐步增大的軸向荷載直至橋墩倒塌,提取倒塌瞬間的軸向荷載得到N組橋墩的流冰撞擊前極限承載力PLq-before和撞擊后極限承載力PLq-after,得到每組橋墩的損傷因子uLq以及損傷因子矩陣UL,表示如下: UL=[uL1uL2...uLN-1uLN]T; 步驟七:災后橋墩承載能力概率分布模型構建 橋墩的損傷因子的分布類型為: 構建損傷因子的分布參數確定公式如下: 其中損傷因子的概率密度函數為: 得到分布參數由此得到橋墩的損傷因子概率分布函數如下: 步驟八:復概率分布模型構建 構建復概率分布函數算子λ1確定公式如下: 其中復概率密度函數為: 式中, 得到算子λ1,由此得到復概率分布函數如下: 步驟九:復概率分布模型構建 構建復流冰荷載相關數概率分布函數算子λ2確定公式如下: 其中復概率密度函數為: 式中, 得到算子λ2,由此得到復概率分布函數如下: 步驟十:橋墩災后承載能力條件概率分布函數構建 由復概率分布函數和復概率分布函數,得到流冰荷載作用下橋墩的損傷因子概率分布函數為: 步驟十一:橋梁損傷狀態判斷評定 建立流冰荷載作用下橋梁的損傷狀態判斷準則:定義uLq∈[0,0.2]為一級損傷狀態SH1,uLq∈0.2,0.5]為二級損傷狀態SH2,uLq∈0.5,0.8]為三級損傷狀態SH3,uLq∈0.8,1]為四級損傷狀態SH4,其中,由SH1至SH4橋梁的損傷狀態逐漸嚴重; 步驟十二:橋梁易損性評估 在流冰荷載作用下,橋梁的損傷狀態達到SHδ,δ=1,2,3,4的概率表示為: 式中,表示損傷狀態SHδ下橋墩的損傷因子的中位值下確界。
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