土木工程智能结构系统-欧进萍
《土木工程结构试验》书籍
《土木工程结构试验》书籍
以下是一些关于《土木工程结构试验》的相关书籍推荐：
1. 《土木工程结构试验实验教程》作者：张虎员、曹学松
该教材全面介绍了土木工程结构试验的基本原理、操作方法、工程实例等内容，适合初学者入门学习。
2. 《土木工程结构试验教程与案例分析》作者：尹大亨
该书结合实际案例，详细介绍了土木工程结构试验的常用方法和技术，帮助读者深入理解结构试验的原理和实践。
3. 《土木工程结构试验导论》作者：陈浩
该书介绍了土木工程结构试验的基本概念、常见试验方法和设计要求等内容，以及实验数据处理和结果分析的方法，适合初学者入门学习。
4. 《土木工程试验方法》作者：杨志明
该书详细介绍了土木工程结构试验的各种方法和技术，包括拉伸试验、压力试验、弯曲试验、振动试验等，适合进一步深入学习和研究。
5. 《土木工程结构试验与分析》作者：冯建旺
该书结合分析理论和实验技术，介绍了土木工程结构试验的原理和方法，并详细说明了试验结果的分析和评估，适合进阶学习和应用。
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土木工程智能结构体系的研究与发展陈韩进
土木工程智能结构体系的研究与发展陈韩进摘要：本文对土木工程智能结构体系研究与发展进行分析，文中先对土木工程智能结构体系构成进行了阐述，其次对土木工程智能结构体系功能实现材料的研究进行了探讨，最后对其未来发展进行了研究。
关键词：土木工程；智能结构体系；研究；发展近年来自然灾害频发，所导致的建筑结构安全性问题较多，其中地震导致的社会影响最为大[1]。
而建筑在应用中，结构会发生老化，如何保证可能发生地震灾害问题得到预防，需要从建筑的土木结构方面展开研究。
一、土木工程智能结构体系的构成建筑结构因时间迁延导致的损害情况众多，比如下图1a中开裂及剥离，又如b中结构抗力的严重退化，应用智能结构体系能够有效改善这一问题。
该结构体系是由主控系统、辅控系统构成，前者主要构件为信号传导器、信号处理器、信号控制器等。
智能结构体系是以仿生学为基础进行构架的，仿生学即是仿照生物的形态的学术，在现代建筑中应用广泛，通过感知、认知等方式对建筑结构内部信息的传输、还原。
依靠建筑中的传感器进行信息材料，再通过信息反馈来实施相应的控制操作，这是智能体系最为核心的功能，土木工程智能结构体系也是应用这一途径实现减震功能，参与到减震环节中的是自适应装置，这一装置能够适应结构形态变化，为结构于特殊状况下保证稳定、安全。
外界发生强烈的震动或者受到水平剪切力的情况下，智能结构能够快速的做出反应，进而使得结构受到影响降至最低。
在进行土木工程智能结构体系的研究中，是利用现代智能管理控制手段达成建筑结构抗震、稳定效果的过程，其发展对于现代建筑物、构筑物的安全有着重大意义。
图1 时间迁延发生的混凝土与结构损害（左a，右b）二、土木工程智能结构体系功能的实现材料的研究1、修复功能智能结构体系有着自修复功能的要求，在此中就需要应用帮助其达成功能的材料。
在现阶段中主要采用是以下方式：裂缝发展的过程中对氧化作用材料进行遏制，对于结构节点、钢结构要实现进行该类材料的埋设，以此使裂缝修复加快；在混凝土材料中增加聚丙烯纤维此类材料，或者是玻璃纤维材料中增设聚丙烯纤维，该材料具有良好的质量弹性，能够实现自愈功能；混凝土发生开裂的情况下，可以选择预先埋设释放性材料，以此使裂缝得到填充。
重大工程结构损伤积累、健康监测与安全评定
重大工程结构损伤积累、健康监测与安全评定欧进萍哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨，邮编150001摘要：本文在国家自然科学基金委员会工程与材料学部于2001年10月31日至11月2日在北京铁道大厦组织召开的“重大工程的灾变行为与健康监测”学术研讨会议成果的基础上，结合近年来国内外相关研究的进展，简要地概述了重大工程结构损伤积累、健康监测与安全评定研究与应用进展，着重阐述了本领域重点研究的关键科学问题，包括：重大工程结构的损伤演化与灾变行为、实时损伤识别与安全评定、重大工程结构健康监测的先进传感网络与集成系统、健康监测系统的设计方法、运行维护、数据挖掘与建模以及现役重大工程结构健康监测的若干关键科学问题。
关键词:重大工程结构，损伤积累，健康监测，安全评定，先进传感网络，集成系统1 专题研究范围与意义重大工程结构，诸如跨江跨海的超大跨桥梁、用于大型体育赛事的超大跨空间结构、代表现代城市象征的超高层建筑、开发江河能源的大型水利工程、用于海洋油气资源开发的大型海洋平台结构以及核电站建筑等，它们的使用期长达几十年、甚至上百年，环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，从而抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下将引发灾难性的突发事故。
例如，1986年渤海石油钻井2号平台冬天被海冰推倒；2001巴西P－36海洋平台爆炸倒塌；1994年韩国汉城的圣水大桥断塌；1998年宁波大桥在施工过程中主跨折断；1999年重庆彩虹大桥突然倒塌；2000年台湾高屏大桥事故；2001年四川宜宾南门大桥桥面断裂坍塌；1999年日本发生核泄露事故等等。
这些事故不仅造成了重大的人员伤亡和经济损失，而且产生了极坏的社会影响。
我国现有公路桥240630余座，总长9655公里（其中特大桥1139座、1082公里），1/4以上的桥梁都存在结构性缺陷、不同程度的损伤和功能性失效的隐患，其中重要的桥梁急需安全监测、评定和维修加固。
联合整体和局部动态信息的空间桁架模型修正试验
联合整体和局部动态信息的空间桁架模型修正试验侯吉林;欧进萍;(L)ukasz Jankowski【摘要】由于土木工程结构的复杂性、传感器测点的有限性以及局部损伤的不敏感性等问题,大型结构的模型修正存在一定困难.针对空间桁架结构,为克服上述问题,对其进行整体和局部的动力测试试验,然后联合实测的结构整体和局部动态信息进行模型修正:首先进行空间桁架整体的动力测试试验,获得反应整体特性的低阶模态；然后为了提高局部杆件的动态特性,在杆件上附加一定质量,获得附加质量后杆件的局部主频率,并在各类杆件中选取一定数目进行动态测试；最后联合所有实测结构整体的低阶模态和杆件的局部主频率,对空间桁架结构进行模型修正.修正后的模态参数与实测模态吻合良好,验证了方法的有效性.%For large structures in civil engineering,due to their complexity,the limitation of the sensors and the insensitivity to the local damage,the model updating is hard to be performed accurately.Aiming at overcoming the above problems,in the model updating of a space truss structure,global and local dynamic tests were carried out,and the measured global and local dynamic information were summed up for the truss model updating.The global test was madeto obtain the lower order modes which reflect the global information ofthe structure; then certain mass was added on the truss element to modify the local dynamic characteristics of truss element.The local primary frequency of the mass added truss was measured and all the experiment data,including lower modes characteristics and local primary frequencies were combined and used for modal updating.The effectiveness and accuracy of the proposed method was verified by examples.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2013(032)016【总页数】6页(P100-105)【关键词】结构健康监测;模型修正;桁架;频率;振型【作者】侯吉林;欧进萍;(L)ukasz Jankowski【作者单位】大连理工大学土木工程学院,大连116024;大连理工大学土木工程学院,大连116024;哈尔滨工业大学土木工程学院,哈尔滨150090;波兰科学院基础技术研究所智能技术部,华沙02-106,波兰【正文语种】中文【中图分类】TU311.3结构健康监测是土木工程中的研究热点，模型修正是结构健康监测的重要理论基础部分，为结构的监测、预警和安全评定提供可靠的理论依据。
大型桥梁结构健康监测系统的设计方法-(李惠+欧进萍)
大型桥梁结构健康监测系统的设计方法李 惠 欧进萍（哈尔滨工业大学土木工程学院）摘要结构智能健康监测愈来愈成为重大工程结构健康与安全的重要保障技术，也愈来愈成为重大工程结构损伤积累、乃至灾害演变规律重要的研究手段。
由于我国重大工程结构建设日新月异、突飞猛进，智能健康监测方法、技术和系统的研究、开发与应用吸引了我国土木工程领域众多科技工作者很大的兴趣和积极的参与，并且得到了快速的发展。
我国是桥梁大国，而桥梁结构是服役性能退化较显著的重大工程之一。
本文首先研究了大型桥梁结构健康监测系统的设计总则，结合与桥梁结构健康监测系统有关的理论、方法和技术，分析了健康监测系统的传感器子系统、数据采集子系统、信号传输子系统、损伤识别与模型修正及安全评定、数据管理子系统及系统集成技术等的设计原则与方法及功能要求；采用上述桥梁健康监测系统设计方法，为山东滨州黄河公路大桥和松花江斜拉桥设计并实现了不同等级的健康监测系统，系统运行表明，所建立的桥梁结构健康监测系统协调运行，系统性能很好。
关键词：桥梁；健康监测系统；光纤光栅传感器；无线传输技术；系统集成；数据库；工程应用Design and implementation of health monitoring systems forcable-stayed bridgesLI Hui OU Jinping(School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology)ABSTRACT The intelligent health monitoring system more and more becomes a technique for ensuring the health and safety of civil infrastructures and also an important approach for research of the damage accumulation or even disaster evolving characteristics of civil infrastructures, and attracts prodigious research interests and active development interests of scientists and engineers since a great number of civil infrastructures are planning and building each year in mainland China. Number of cable-stayed bridges have been constructed and are planning to be constructed in mainland China, however, the performance of cable-stayed bridges deteriorates rapidly in long-term service. General design principles of the health monitoring systems for cable-stayed bridges are studied. The design methods of the sensors, software and hardware of data acquisition module, signal transmission, damage detection, model updating, safety evaluation, database and system integrated technologies are analyzed and the basic functions of the health monitoring systems are pointed out. An on-line health monitoring system for the Shandong Binzhou Yellow River Bridge and an off-line health monitoring system for the Harbin Songhua River Bridge are designed and implemented. The two systems have been running for several months and data measured by these two systems are also presented in this paper.Keywords: cable-stayed bridges; health monitoring systems; optical fiber Bragg-grating sensors; wireless communication techniques; system integration; database; implementation国家自然科学基金重大国际合作研究项目（编号：50410133）的资助1. 前言我国经济正处于高速增长时期，为适应经济建设的需要，我国交通事也得到了大规模的发展，大跨度桥梁的建设方兴未艾，并将在未来仍然保持高速增长。
培养土木建筑交叉学科专业大学生创新能力的实践
2009年3月第10卷 第1期 长沙铁道学院学报(社会科学版) M ar .2009Vol .10 No .1 培养土木建筑交叉学科专业大学生创新能力的实践3赵望达,黄建陵,徐志胜,裘志浩(中南大学土木建筑学院,湖南长沙410075)摘 要:作为传统古老的工程学科专业之一的土建类学科,其未来的一个主要发展方向即是同其他新兴边缘学科进行交叉和融合。
本文在综述国内外土建类专业进行多学科交叉创新性改革尝试进展的基础上,分析了土建类专业学生学习信息类课程并通过参加课外科技活动,熟练掌握常用软件工具,进而提高交叉学科创新意识和创新能力培养的必要性。
以中南大学土木建筑学院为实例,根据该学院专业多,学科交叉性强的特点,总结了如何进行多学科专业的融合,从中开展创新选题并进而在大学生创新能力培养方面取得理想效果的一些经验,为研究型大学土木建筑学院的教学改革、人才培养以及新时代下交叉学科的创新培养模式探索了一条新的途径。
关键词:土建类专业;信息类课程;多学科交叉;课外科技活动;创新能力 土木和建筑工程学科(下文简称土建类学科或土建类专业)是研究人们基本生活设施和环境的古老学科。
在新的信息化时代,新的学科不断发展,一方面为老学科带来巨大压力,另一方面也为老学科发展提供了机遇。
对于土建类学科,如何利用信息类学科的先进控制技术、测试技术、计算机技术和网络技术,不断拓宽其研究应用范围就是该学科发展的机遇之一。
因此,在土建类学科的基础高等教育中,如何培养土建类专业大学生的信息意识,提高其信息化素质和综合创新能力,是对培养土建类专业适应社会发展需要的人才具有重要意义的课题[1-2]。
一、国内外土建专业进行多学科交叉创新性改革尝试的进展(一)土建类专业设置情况土建类专业一般包括土木工程、土木工程规划与管理、建筑学、城市规划等专业。
此外,还包括建筑环境与设备、环境工程、安全工程、工程力学和消防工程等新兴边缘学科专业。
国外大学一般按××大学———工学院———土木工程与××系———土木工程专业、××专业的模式设置土建类专业。
抗震专家欧进萍的四次重要选择
抗震专家欧进萍的四次重要选择桑亚平;文三毛【摘要】在2004年1月5日揭榜的中国工程院新增选院士名单中,44岁的我国结构监测、控制与防灾减灾工程专家欧进萍榜上有名,他是该院当时最年轻的院士。
他的家乡宁远籍诗人郑国栋获知此一喜讯,特赋《院士》一诗。
【期刊名称】《湘潮》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】3页(P28-30)【关键词】欧进萍;郑国栋;防灾减灾工程;中国工程院;结构监测;宁远县;建筑大学;林栗;教育基金;部级科技进步【作者】桑亚平;文三毛【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】K826.16在2004年1月5日揭榜的中国工程院新增选院士名单中，44岁的我国结构监测、控制与防灾减灾工程专家欧进萍榜上有名，他是该院当时最年轻的院士。
他的家乡宁远籍诗人郑国栋获知此一喜讯，特赋《院士》一诗。
诗前小序云：宁远一中毕业学生欧进萍，现为哈尔滨工大副校长，最近当选为中国工程院院士，赋此志庆。
诗是这样写的：桂苑人欢庆，北京喜讯传。
荣名归舜德，伟业乃妃贤。
凤翥龙翔地，桃芬李馥天。
时花开万朵，院士一枝鲜。
在中国工程院院士候选人简表中，欧进萍关于“工程科技方面的主要成就和贡献”一栏内容如下：“在结构动力可靠性与地震损伤方面，建立了结构模糊随机振动基本理论，发展了结构抗风和抗震的动力可靠性分析方法，提出了钢筋混凝土结构的地震损伤分析和设计方法。
在结构振动控制方面，研制出4种结构耗能减振装置和3种智能控制系统。
在重大工程结构健康监测方面，研制出5种长期监测智能传感器，建立了结构健康监测的试验与示范系统。
在海洋平台结构安全保障技术方面，建立了海洋平台结构安全评定与维修决策理论和大型应用软件系统，发展了平台结构冰振控制技术。
”这些专业表述于外行人而言不免艰涩难懂，但其学术价值却离普通百姓生活很近，甚至无时无刻不在影响着我们居住、行走过程中的切身安全。
对于自己最突出的学术成就——“结构抗震”，欧进萍的表述很“生活化”：就是对运行中的建筑工程的生命健康状态进行监测，以抵抗大风、地震等自然灾害；再形象点说，比如新松花江公路大桥建设工程，就应用了这项技术。
土木工程结构健康监测系统的简介
土木工程结构健康监测系统的简介作者：鲁鹏来源：《科教导刊·电子版》2014年第19期摘要土木工程结构健康监测的研究是近年来国际学术研究的热点问题之一，涉及许多不同的研究领域，如数据采集系统、信号处理、结构分析等。
土木工程智能健康监测与诊断系统由传感元件、信号采集、信号传输与处理、健康诊断与安全评估、结果输出等部分构成。
引入智能传感器、信息融合、故障诊断、结构损伤探测理论等对结构健康监测与诊断系统进行简单介绍。
关键词土木工程结构健康监测监测系统诊断系统数据融合我国城镇现有建筑已超过70亿平方米，但其中20世纪60年代以前建成的占50%，相当多的建筑已进入中老年期，有近35亿平方米的建筑物有可能出现质量问题，其中近10亿平方米急需维修加固才能正常使用。
对已建成的结构和设施采取有效的手段监测和评定其安全状况、修复和控制损伤；对新建的结构和设施总结以往的经验和教训，增设长期的健康监测、振动和损伤控制系统，已成为世界范围的热点课题。
1土木工程智能监测与诊断系统智能监测与诊断1.1智能传感元件土木工程的健康监测就是利用性能稳定、耐久性好的传感元件，埋入或粘贴于结构中，对最能反映土木工程安全状况的参数进行监测，评价结构的安全性、耐久性，为维修、报废、报警决策提供可靠的依据。
土木工程结构与设施往往处于较恶劣的环境中，要求传感器必需满足耐久性、稳定性、与结构相容性等，传统的传感器很难满足工程实际的需要。
智能传感材料的出现，如光纤、压电材料、形状记忆合金、碳纤维、电阻应变丝、疲劳寿命丝、半导体材料等，为土木工程长期智能监测打下了坚实的基础。
智能材料在航空、航天、机械等领域已取得实际应用，针对土木工程的实际情况，对土木工程结构进行短期检测，使用这些智能材料都是可行的。
技术成熟、外部设备要求较少的电阻应变丝是比较理想的材料，但其存在性能不稳、易受干扰等问题。
光纤是用于长期监测的最理想材料，虽然它所需的外部设备最为复杂且昂贵，但它具有信号稳定、抗干扰、多参数准分布测量等优点，这也是近10年来在土木工程方面受到重视的原因。
结构随机振动——欧进萍
j
对于连续随机变量, 定义累积分布F x 的导数为概率密度函数
p(x)(the probability density function).即有
F x x p r d r , F p r d r 1
2.3.2 随机向量的概率分布
• 许多物理现象是被随机向量所描述. 这个向量是由两个或两 个以上的随机变量所组成, 这些随机变量在统计意义上可能是 互相独立,也可能是互相不独立. • 随机向量的统计描述是这些随机变量的联合概率分布(the joint probability distribution). 假定有两个随机变量 X1,X2R
但是这样的一个觧很少有实用价值, 原因是我们用的一条记录, 那是以前发生的, 将来发生的记录是不会和过去的记录一样的.
这样,我们不能知道将来的精确的情况, 但还要估计一个大 概可能的结果. 这就是随机动力学要解决的问题.
如果结构本身的参数也存在不确定性, 这更是随机结构动力
学要解决的问题.
我们把这类载荷称为随机过程, 我们知道这类载荷的输入具有 一定的统计特性, 即均值, 方差等等, 我们想知道输出的统
•
定义两个随机变量的无量纲的相关系数
可以证明
1jk 1
jk
K jk j k
• 如果两个随机变量的均值为零,那么 Rjk Kjk
• 如果 K jk 0 , 那么两个随机变量 X j , X k的被称为不相关.
• 如果 px j,x k px j p x k那么两个随机变量 X j , X k 被
3.(续上)另一个非线性来源于力函数机理,指输入的非线性.
4.最后,另一个分类准则是基于动力问题的力和响应的统计特性, 例如高斯分布, 平稳性等等.
210969733_单自由度广义Maxwell阻尼结构基于欧进萍谱随机响应的简明封闭解法
0引言地震地面运动过程具有随机性，其发生时间、地点和强度难以确定.地震动是由震源释放出来的地震波引起的地面运动，是引起震害的外因，国内外众多学者提出了各种随机地震动力学模型[1-3].工程上常把地震视为建筑物反应的随机激励，建立随机地震动模型是进行结构反应设计分析的基础[4-7].地震地面运动随机过程可模型化为平稳与非平稳两大类[8]，当随机过程理论应用于地震动分析时，如果不考虑地震动频率的非平稳特性，平稳随机过程模型可使问题的分析尤为简化，故工程上一般采用平稳假设.目前，金井清平稳地震动模型[2]在地震工程界被广为使用，但是该模型假定了基岩地震动为白噪声，不能反映基岩地震动的频谱特征，也不能求出地面的位移、速度及加速度过程导数方差的有限值.为了改进金井清谱模型的不足，欧进萍等[1]在金井清谱模型基础上，假定基岩运动为“马尔柯夫”有色谱，提出了一种改进的地震动模型，该模型保持了金井清谱过滤噪声的特点（即将地表覆盖土层视为单自由度线性滤波器），较好地反映了地表覆盖土层和基岩的频谱特征，欧进萍模型对金井清谱的高频段引入了修正项，同时也能够求得地面位移、速度及加速度过程导数等方差的有限值.为此，研究基于欧进萍谱激励下的结构随机地震动响应的简明封闭解具有重要意义.粘弹性阻尼器耗能能力强，能有效减小结构体系的地震反应.Maxwell 模型阻尼器本构关系简单，能较好地描述粘弹性阻尼器的力学性能，对于实际工程中应用到的线性流体粘弹性阻尼器[9-10]和线性固体粘弹性阻尼器[11]，都可以用参数足够多的广义Maxwell 模型精确表示其本构关系[12].因此，采用广义Maxwell 模型阻尼器分析结构的动力响应特性是一种有效的被动控制方式[13-15].文献[13]用扩阶复模态法研究了广义Maxwell 阻尼减震结构的平稳响应特性，但所得到的响应方差表达式较复杂；文献[14]用传递函数法研究了广义Maxwell 阻尼器系统基于非平稳巴斯金谱的地震响应特性，但计算量较大，且结构响应需要通过数值积分才能得到.因此，分析广义Maxwell 模型阻尼器受力响应的简明封闭解对实际工程具有很好的指导作用.时域法和频域法是研究结构随机地震动响应常单自由度广义Maxwell 阻尼结构基于欧进萍谱随机响应的简明封闭解法刘美华，邹万杰*，葛新广，姜琰（广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州545006）摘要：通过对欧进萍谱激励下的广义Maxwell 阻尼耗能结构随机地震动响应进行研究，提出了一种简明的结构随机地震响应封闭解法.首先，运用欧进萍谱滤波方程和阻尼器微分型本构关系与结构运动方程联合组成非经典阻尼系统，将地面运动由欧进萍谱激励转化为基于白噪声激励来表示；然后，利用复模态法，获得由白噪声激励表示的结构位移、速度和阻尼器受力响应的杜哈梅积分表达式；最后，基于随机振动理论，获得由振动复特征值线性表示的耗能结构功率谱及系统响应的0—2阶谱矩简明封闭解，并给出算例，验证了本文方法的准确性和高效性.关键词：广义Maxwell 阻尼器；欧进萍谱；地震响应；简明封闭解中图分类号：TU318DOI ：10.16375/45-1395/t.2021.04.009收稿日期：2020-11-30基金项目：国家自然科学基金项目（51468005）；广西科技大学研究生教育创新计划项目（GKYC202010）；广西科技基地和人才专项（桂科AD19110152）资助.作者简介：刘美华，在读硕士研究生.*通信作者：邹万杰，博士，副教授，研究方向：结构抗震、抗风及结构振动控制研究，E-mail ：****************.第32卷第4期2021年12月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.32No.4Dec.2021第4期用的两种方法[8].时域分析常用的方法主要有实模态法和复模态法[16-19]，但首先要已知随机激励的协方差函数，才能运用时域分析获得结构响应的协方差函数，而欧进萍谱随机激励模型无协方差，因此，时域分析中不能直接得到基于欧进萍谱激励的体系的协方差函数.频域法基于傅里叶变换，虚拟激励法[20]是频域法的典型代表，通过傅里叶变换，由地震动激励功率谱得到结构响应功率谱，再通过数值积分求得地震作用下系统的均方响应，但计算精度会受积分区间和积分步长的影响，而且有时积分运算相当繁复.邹万杰等[4]提出将Kanai-Tajimi谱滤波方程与结构运动方程联合求出结构响应方差和谱矩的简明解，相比已有的数值计算求系统响应，可有效提高运算的准确性和计算效率.本文以文献[4]所提方法为基准，研究了更复杂随机地震动激励下耗能结构响应的简明解法.本文首先利用欧进萍谱滤波方程和阻尼器微分型本构关系与结构运动方程联合组成非经典阻尼系统；然后，通过时域分析获得结构响应的杜哈梅积分表达式，再由白噪声激励特点，得到系统响应协方差解析式；最后，基于随机振动理论，得到平稳随机过程系统响应的0—2阶谱矩简明封闭解.1耗能结构的地震动方程1.1结构运动方程图1为单自由度广义Maxwell阻尼结构.设结构的质量为m，阻尼为c，刚度为k，x、x、x分别为结构相对地面的位移、速度和加速度，xg(t)为地面运动绝对加速度，PQ(t)为阻尼器所受的阻尼力.图1结构计算简图在随机地震激励xg(t)作用下，粘弹性阻尼器耗能结构的运动方程为：mx+cx+kx+PQ (t)=-mxg(t)（1）本文采用欧进萍谱，该模型是对Kanai-Tajimi谱的改进，欧进萍模型的功率谱密度函数为：Gˉx g(ω)=1+4ξ2gω2ω2g(1-ω2ω2g)2+4ξ2gω2ω2g⋅11+ω2ω2hS（2）式中：ξg、ωg分别为场地土的阻尼比和卓越频率，ωh为基岩的谱参数，S为地震动强度常数，ω为功率谱的频域变量.已有虚拟激励法是通过对式（2）数值积分求解结构地震响应，只有通过数值积分才能得到结构响应方差和谱矩，为此，本文提出将欧进萍谱滤波方程与结构地震动方程联立求解的方法，解决已有方法方差和谱矩分析需要数值积分等问题.欧进萍谱滤波方程描述如下[1]：xg(t)=ug+u（3a）u+2ξgωgu+ω2gu=-ug（3b）ug=ωhV(t)（3c）V(t)+ωhV(t)=W(t)（3d）式中：ug为基岩加速度，u、u、u分别为地面相对于基岩的位移、速度和加速度，V(t)为随机过程，V(t)为V(t)对时间t的导数，W(t)为白噪声激励.其协方差为：CW(τ)=2πSδ(τ)（4）式中：δ(τ)为Dirac函数.1.2广义Maxwell阻尼模型的本构关系图2所示为广义Maxwell阻尼模型，由一个线性弹簧单元和多个Maxwell单元并联组成，模型的总阻尼力等于各个单元之和，其本构关系为[12]：PQ(t)=kx+PQ1+PQ2+⋯+PQn=kx+∑i=1n P Q i（5）式中：k为阻尼器平衡刚度，x为阻尼器两端相对位移，PQi为第i个Maxwell阻尼单元的阻尼力.图2广义Maxwell阻尼器模型阻尼器两端相对位移x与各分支阻尼力的计算简图如图3所示，其微分关系为[4]：刘美华等：单自由度广义Maxwell阻尼结构基于欧进萍谱随机响应的简明封闭解法59第32卷广西科技大学学报PQ i+k ic i P Qi=k i x （6）式中：k i 、c i 分别为第i 个Maxwell 阻尼单元的刚度和阻尼.图3Maxwell 阻尼器模型1.3重构地震动方程由式（1）、式（3）和式（5），将结构的运动方程改写为：mx +cx +(k +k 0)x +∑i =1n P Q i=-m ωh V (t )-mu （7）引入状态变量y ，令其为：y =[u x u x V P Q 1⋯P Q n]T（8）联立式（3）、式（6）和式（7），写成：M y +K y =αW (t )（9）式中：α=[000010]T（10）M =éëêêêêêêêùûúúúúúúú102ξg ωg000T m m 0c 00T 001000T 000100T 000010T 00000E (n +5)×(n +5)（11）K =éëêêêêêêêùûúúúúúúú00ω2gωh 0T000k +k 0m ωh I T -100000T 0-10000T 0000ωh 0T 0A 00B (n +5)×(n +5)（12）式中：0是元素均为0的n ×1阶向量，E 为n 阶单位矩阵，I 为n ×1阶单位列向量，矩阵A =[-k 1-k 2…-k n ]T ；B =diag [k 1/c 1k 2/c 2…k n /c n ]T .2结构响应的统一表达式2.1结构复模态解耦的杜哈梅积分由于方程（9）所示体系为非经典体系，故用复模态方法求解.根据复模态理论，系统特征值矩阵p 为对角矩阵，存在右、左特征向量矩阵U 、V 和特征值矩阵p 使方程（9）解耦，且存在关系式：p =-V T K U V T M U（13）引入复模态变换：y =Uz （14）式中：z 为广义变量.将方程（9）最终化为已解耦的一阶方程：z -pz =ηW (t )（15）式中：η=V T αV T M U（16）由于p 为对角矩阵，则式（15）可写成分量形式：z j =ηj∫0t ep j (t -τ)W (τ)d τ，j =1，2，…，n +5（17）式中：z j 、ηj 分别为z 和η的分量.2.2结构响应的杜哈梅积分根据式（8）、式（14）和式（17），得结构的速度x 和位移x 的杜哈梅积分表达式为：x =u 2z =∑j =1n +5λ2,j∫0t ep j (t -τ)W (τ)d τ（18）x =u 4z =∑j =1n +5λ4,j∫0tep j (t -τ)W (τ)d τ（19）式中：u i 为右特征向量矩阵的第i 行向量；λ为结构响应的强度系数：λi,j =u i,j ×ηj（20）由式（5）、式（8）、式（14）和式（17），阻尼器所受阻尼力P Q (t )可表示为：P Q (t )=k 0x +∑i =6n +5∑j =1n +5λi,j∫0t ep j (t -τ)W (τ)d τ（21）把式（19）代入式（21），得阻尼力P Q (t )的杜哈梅积分表达式为：P Q (t )=∑j =1n +5(k 0λ4,j +∑i =6n +5λi,j )∫0t eP j (t -τ)W (τ)d τ（22）对式（5）求导得：PQ (t )=k 0x +∑i =1n P Q i（23）由式（6）、式（8）和式（23），阻尼器阻尼力变化率PQ (t )的杜哈梅积分形式为：PQ (t )=∑j =1n +5(∑a =0nk a λ2,j -∑b =1n∑i =6n +5k bc bλi,j )∫0t eP j (t -τ)W (τ)d τ（24）60第4期3响应方差分析根据式（18）、式（19）、式（22）和式（24），结构响应均可以统一表示成：L s (t )=∑j =1n +5l s,j∫t ep j (t -τ)W (τ)d τ=∑j =1n +5L s,j (t )（25）式中：L s,j 为结构响应分量，其表达式为：L s,j (t )=l s,j∫0t ep j (t -τ)W (τ)d τ，j =1，2，…，n +5（26）式中：l s,j 为强度系数，当s =2时为结构速度响应，l 2,j =λ2,j ；当s =4时为结构位移响应，l 4,j =λ4,j ；定义当s =6时为阻尼器受力响应，l 6,j =k 0λ4,j +∑i =6n +5λi,j ；定义当s =7时为阻尼器受力速率响应，l 7,j =∑a =0nk a λ2,j -∑b =1n ∑i =6n +5k bc bλi,j .由于：L s,j (t )=l s,j∫0t ep j (t -τ)W (τ)d τ=l s,j∫0t ep j τW (t -τ)d τ，j =1,2,…,n +5（27）得结构在平稳地震激励下的响应协方差为：C L s(τ)=E [L s (t )L s (t +τ)]=∑j =1n +5∑r =1n +5E [Ls,j(t )L s,r (t +τ)]（28）根据式（27），得结构响应分量的协方差为：E [L s,j (t )L s,r (t +τ)]=l s,j l s,r∫0∞∫0∞ep j u e p r vE [W (t -u )W (t +τ-v )]d u d v =l s,j l s,r∫0∞∫0∞ep j u e p r vC W (u +τ-v )]d u d v （29）由于W (t )为白噪声激励，将式（4）代入式（29）：E [L s,j (t )L s,r (t +τ)]=2πS 0l s,j l s,r∫0∞∫0∞ep j u e p r vδ(u +τ-v )d u d v （30）利用Dirac 函数的性质，式（30）可以化为一重积分：E [L s ,j (t )L s,r (t +τ)]=2πS 0l s,j l s,r∫0∞ep j (u +τ)e p r ud u（31）对式（31）积分部分进行运算，可得：E [L s,j (t )L s,r (t +τ)]=2πS 0l s,j l s,r -e p j τp j +p r（32）故由式（28）、式（32），可得结构在欧进萍谱激励下的响应为：C L s(τ)=E [L s (t )L s (t +τ)]=-2πS 0∑j =1n +5∑r =1n +5l s,j l s,r p j +p re p jτ（33）令：D s,j =∑r =1n +5l s,j l s,rp j +p r（34）则耗能结构系统响应的协方差式（33）可以表示为：C L s(τ)=-2πS 0∑j =1n +5D s,j ep j τ（35）当τ=0时，耗能结构在基于欧进萍谱激励下的响应协方差即为响应方差。
欧进萍——院士
１９５９年，欧进萍出生于湖南。
１９８７年获原哈尔滨建筑大学工学博士学位，１９９０年从博士后流动站出站任教。
他虽年轻，但却在结构动力可靠性与地震损伤、结构振动控制、重大工程结构健康监测和海洋平台结构安全保障技术４个重要领域系统地开展了研究，取得了重大的创造性的成就。
年轻的欧进萍是个迷，这要从他所从事的研究领域说起：——他在钢筋混凝土结构地震损伤理论与应用、结构体系的动力可靠性分析方法、结构模糊随机振动的基本理论方面取得了重大的、创造性的成就，成为我国这一学科的带头人。
——他系统地发展了结构耗能减振技术，取得了结构振动智能控制的多项成果，为我国在这一领域的研究和应用跻身于世界先进行列做出了重要的贡献。
他所领导的课题组是国内全面掌握磁流变液制备、测试装置、智能阻尼器和控制器设计制造，并实现产品定型化的单位。
——２０世纪９０年代中期，他开始研究重大工程结构的健康监测，建立了我国第一个结构智能监测实验室。
他与美国、日本和韩国等５所著名大学和研究机构共同发起成立了“智能结构技术亚太协作研究中心”，他应邀参加“国际结构健康监测工作组，在国际和国内这个领域被公认为发挥着带头和牵动作用。
——他系统地发展了海洋平台结构安全保障技术，建立了海洋平台结构安全评定与维修决策理论和大型应用软件系统，在该领域的研究成果获多项国家奖励。
他出版的专著《海洋平台结构安全评定——理论、方法和应用》是我国唯一一部关于海洋平台结构安全研究的专著。
欧进萍不但在多个领域的基础研究中取得了创新性的成果，而且多项成果还在重大工程中得到应用，其中工程总造价超过1亿元的项目就有10项。
他在被动耗能减振、智能控制两个领域被公认为“在我国发挥着带头和牵动作用”，并被选为国际结构控制学会中国分会主席和《国际结构控制和健康监测学报》中国大陆唯一编委。
王光远与欧进萍相识还是在10年前，那时，欧进萍考上了他的博士研究生。
第一次见面谈不到留有什么深刻的印象，但在以后的日子里，王光远还是感觉到了这个小伙子的“特别”。
浅谈智能传感器研究现状
浅谈智能传感器研究现状物联网已成为信息科技发展趋势，各种智能设备将作为传感器的载体，实现人、机、云端无缝的交互，让智能设备与人工智能（AI）结合从而拥有“智慧”，使得人体感知能力得到拓展和延伸。
目前我国从事传感器的研制、生产和应用的企业超过1700家，产业门类基本齐全，传感器产品达到10大类、42小类、6000多个品种，无论是在健康医疗、城市规划，还是城市交通方面，传感器正在发挥着核心作用。
此前，国家工业和信息化部下发意见函，中国工程院组织遴选的MEMS传感器产业化等16个项目，拟作为《中国制造2025》2017年重大标志性项目。
随着更多的设备通过传感器焕发了第二春，而且提升了效率，那么下一代的工程师、创新者和艺术家的使命是，发掘由数据构成的世界所给予的几乎无限的机会。
1.智能传感器简介1.1智能传感器的概念智能传感器概念最早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出来，并于1979年形成产品。
IEEE协会将能提供受控量或待感知量大小且能典型简化其应用于网络环境的集成的传感器称为智能传感器。
《现代新型传感器原理与应用》一书中认为智能传感器是带微处理机的，兼有信息检测、信息记忆以及逻辑思维与判断功能的传感器。
智能传感器是正在高速发展的高新技术，至今还未形成统一的规范化的定义，人们普遍认为智能传感器是具有对外界环境等信息进行自动收集、数据处理以及自诊断与自适应能力的传感器。
1.2智能传感器的功能(1)自补偿与自诊断功能：通过微处理器中的诊断算法能够检验传感器的输出，并能够直接呈现诊断信息，使传感器具有自诊断的功能。
(2)信息存储与记忆功能：利用自带空间对历史数据和各种必需的参数等的数据存储，极大地提升了控制器的性能。
(3)自学习与自适应功能：通过内嵌的具有高级编程功能的微处理器可以实现自学习功能，同时在工作过程中，智能传感器还能根据一定的行为准则重构结构和参数，具有自适应的功能。
(4)数字输出功能：智能传感器内部集成了模数转换电路，能够直接输出数字信号，缓解了控制器的信号处理压力。
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1.结构基础隔震
橡胶隔震支座 （包括普通叠层和铅芯 叠层橡胶支座） 滑移隔震支座 基础隔震装置具有软着陆保护的隔震支座 摩擦摆式隔震支座 混合隔震支座 近20年我国已经建成 500 余座隔震建筑 结构基岩隔震装置
•考验：1995年日本神户地震
•设计规程：我国及世界其它国家
Story 1 2 Without dampers 0.959 0.552 With dampers 0.365 0.181
Performance criterion of seismic damage:
0.90 DM i , GDM 0.50
General St. Important St.
28 viscous damper by Taylor Ld Co., the maximum damping force 1200kN
Seismic response control of Jiangsu Suqian Construction Mansion using viscous damper by the company of Jiangsu, China (LIU Weiqian et al, 2003)
•智能材料与结构系统
航天飞行器结 构健康监测与 自适应控制 复合材料 集成技术
自感知
飞机机翼形状自 适应控制与疲劳 损 伤 监 测
自诊断
急需
微 电 子 技 术
基础 计 算 机 技 术 信 息 处理技术
自适应 自愈合
土木水利大型 结构健康监测 与 控 制
•智能结构系统
传感系统
监测、诊断与控制 结 构 是 智能结构系统的主要功能 数据处理
②TMD控制能力有限（质量之比3％、给结构附加 的阻尼比不超过4%） ——不适合大阻尼、如钢筋混凝土结构控制
③TMD系统的质量行程通常较大
• HMD系统——TMD和主动控制作动器组合而成
• AMD系统——质量块和主动控制作动器组成
质量块是作动器给结构施加控制力的支撑点
u ca ka m k,c
HMD系统
Shanghai Huangpu Five-star Hotel
——Adjacent Buildings Connected by Oil Dampers （LU Xilin et al, 2003)
A 60-story ultra-tall building (333 m) with 10-story large podium (49.6 m) connected by oil dampers to reduce their torsional seismic response
Viscous Damper Products VD-100,VD-200,VD-500
There are 4 companies for making passive dampers
2.2 Seismic Design Approaches of PEDS
The response spectrum with damping ratio 1~20%
Oil damper
Tower
Podium
The oil damper:
F CX
= 0.15; C=250kNs/m
The maximum damping force: 500kN, 600kN 40 dampers by the company in Shanghai, China
m (T , ) m (T ,0 .05) m ( , T )
《Seismic Design Code of Buildings》 （GB50011-2001)
1) Modal decomposed response spectrum method 2) Pushover analysis 3) Time history response analysis method
The Plane of 1th story
The evevation
The computational model
15 10 5
力(10 4N) 恢复
0 -5 -10 -15 -3
Frictional damper with T core
-2
-1
0
1
2
3
位 移 (cm)
The seismic damage index of structure
位移传感器
ABS/ATS系统控制小型结构需要数千瓦、控制大型
拉索
结构则高达数千千瓦能源（Soong et al，1991）
连接件 作动器 DSP 板和 控制计算机 固定框架
被动TMD系统的不足
①只能控制结构某个振型的反应，而且控制效果 对被控振型的频率非常敏感（最优频率比偏离 5%时，控制效果下降约30％） ——不适合结构抗震控制
钢筋锈蚀、材料老化 损伤积累、抗力衰减 ●长期载荷、疲劳荷载 地表塌陷、边坡失稳 ---灾害演变作用导致系统损伤积累的突然失效 ●工程活动的诱变灾害
地震灾害
唐山地震中， 24.2 万余人死亡、整座城市 瞬间夷为平地 神户地震中， 6000 人死亡， 35 万人受伤， 300万人无家可归，损失超过1500亿美元
监测诊断 系统 控制决策
驱动系统
I. 结构振动控制系统
结构振动控制分类
被动控制系统
（隔震与耗能减振）
不可控也 不需要动力
主动控制系统
可控但 需要大量的动力
“智能”阻尼器
（半主动控制）
可控但 只需要少量的动力
•发展概况
• 50年代：结构变刚度概念—日本Kobori • 60年代：沙层或橡胶层基础隔震结构—中国李立 • 60年代末：叠层橡胶支座隔震—美国Kelly 基础隔震发展 • 70年代初：结构设置金属耗能元件—美国Kelly 结构耗能减振发展 • 72年：结构振动的现代控制方法—美国Yao 结构主动控制发展 • 80年代末～90年代初：AMD、半主动控制系统 结构主动控制应用 • 90年代：智能驱动材料的应用 结构振动的智能控制兴起
北京饭店抗震加固的 粘滞耗能减振应用
（王亚勇等，1999）
Damping brace Stiffness brace Structure II
Structure I
156 JARRET (Viscous-Spring) dampers, maximum damping force 500kN
北京火车站抗震加固的 粘滞耗能减振应用 （魏承基等，2000）
风致振动及其危害
特殊的风振效应——涡激振动、驰振、颤振 、抖振 可能导致结构振动发散
长期的风振效应将导致结构疲劳损伤与裂纹扩展
岩土工程灾变危害
耐久性失效及危害
钢材腐蚀与疲劳损伤 混凝土开裂与剥离 结构抗力严重退化
重大工程的灾变危害 已经成为制约工程活动和重大工程安 全运行的关键问题 危及社会和经济的可持续发展 监测 与 控制 是 重大工程灾害（变）演化规律研究与 安全保障的重要途径
( Park & Ang, 1985 )
GDM i DM i
i 1
n
( Ou et al, 1993 )
•Normalized cumulative energy dissipation parameter
h
1
m
E hs Fy x y
( Fajfar, 1992 )
if T1<1.5s, h=[0.8,1.0], otherwise h0.8
2.3 Damage Performance-Based Design Method (DPBDM) ——Based on the capacity spectrum
i) Seismic Damage Analysis
Seismic Damage Model
xm E hs DM i x cu F y x cu
土木工程智能结构系统
欧进萍
大连理工大学 哈尔滨工业大学
引 言
I. 结构振动控制系统 II. 结构健康监测系统
III.智能混凝土、制品与结构
引
言
重大工程
大型结构、重要基础设施、重大岩土工程
自然灾害作用
●地震作用、强风作用、极值风浪作用
结构振动、地表塌陷、山体滑坡
●工程灾变危害 ●环境侵蚀、腐蚀作用
快速发展阶段（1992～）:
• 日本多栋采用AMD/HMD的建筑建成 • 结构半主动控制和智能控制蓬勃掀起(能量输入少、控制鲁棒性好）
——结束了长期争论的结构主动控制的能源和系统可靠性问题
1986～1989，美国Soong等人 系统地完成了1:4模型的单层、三层和六层 钢框架模型的ATS和AMD主动控制试验
R.C. Structure for the Refectory of Zhenrong Middle School in Yunnan
• R.C. frame, 2 stories • Seismic fortified intensity > 9 degree i.e. max. acceleration > 0.4g
ma
ma
u
m k,c
AMD系统
HMD/AMD系统一般设置在结构顶层
日本京桥成和大楼 (1989)
AMD-1 AMD-2 控制计算机 传感器
传感器
传感器
日本彩虹桥施工期桥塔HMD控制
（1991～1992）
日本横滨LANDMARK大厦 (1993)
128 frictional dampers with multiple frictional layers, the maximum damping force 250kN, developed in HIT