大型桥梁结构模型修正的RBF响应面与子结构方法

桥梁结构是重要的基础设施，确保其安全运营，意义重大。针对大型复杂桥梁结构模型修正中面临的问题，本项目通过理论方法分析、试验研究和工程应用，进行深入、系统和模型与原型验证研究。首先，分析桥梁结构模型修正中参数和特征信息的选取及其对模型修正的影响和规律，以便合理选取待修正参数和充分利用有限的实测信息；其次，研究基于径向基函数(RBF)响应面方法并应用于桥梁结构模型修正，该方法把优化过程中反复迭代计算的工作由有限元模型转移至具有明确数学表达式的响应面模型，计算效率大幅提高，结合桥梁健康监测系统，可实现大型复杂桥梁的快速、高效和实时地模型修正；接着，针对斜拉桥提出一种子结构方法，该方法通过斜拉桥自身的力学特性划分子结构，无须对结构进行截断或施加外部约束，即确保结构的完整性，又大为简化计算过程，具有较强的工程实用性；然后，基于现场实测和数值分析，对桥梁温度效应展开深入研究，提出了更符合工程实际的桥梁温度场计算方法，并解决了实际工程问题最后，通过几类不同复杂层次的实验室桥梁Benchmark模型对研究的问题进行试验研究，并通过实际桥梁实现研究成果的原型验证与工程应用。 通过本项目研究，为实际工程中大型桥梁结构的模型修正、状态评估与安全预警提供科学的理论和方法。 2100433B

针对大型复杂桥梁结构模型修正中面临的问题，本项目将通过理论方法分析、试验研究和工程应用，进行深入、系统和模型与原型验证研究。首先，分析桥梁结构模型修正中参数和特征信息的选取及其对模型修正的影响和规律，以便合理选取待修正参数和充分利用有限的实测信息；其次，研究基于径向基函数(RBF)响应面方法并应用于桥梁结构模型修正，该方法把优化过程中反复迭代计算的工作由有限元模型转移至具有明确数学表达式的响应面模型，计算效率大幅提高，结合桥梁健康监测系统，可实现大型复杂桥梁的快速、高效和实时地模型修正；第三，针对斜拉桥提出一种子结构方法，该方法通过斜拉桥自身的力学特性划分子结构，无须对结构进行截断或施加外部约束，即确保结构的完整性，又大为简化计算过程，具有较强的工程实用性；最后，通过几类不同复杂层次的实验室桥梁Benchmark模型对研究的问题进行试验研究，并通过实际桥梁实现研究成果的原型验证与工程应用。

三维地质结构模型精度评估与误差修正问题是当前制约三维地质建模技术深入发展应用的瓶颈。我们以典型场区地质体三维空间分布形态为研究对象，对三维地质结构模型构建方法、地质实体模型精度评估理论、误差检测及修正技术进行了深入研究。我们提出了三维地质结构模型精度评估、误差检测、动态修正的总体研究框架。在三维地质结构模型精度评估方面，分别构建三维地质结构模型精度评估的一般理论模型、面向特定地质体的实际操作模型和地质结构构造不确定性的三维空间分布模型，重点研究了地质实体自身特性、三维地质建模方法对三维地质结构模型精度的影响，解决了由一般地质界面的内插误差和特殊地质体的外推误差引起的精度评估问题。在模型误差修正方面，提出了基于建模初始数据的模型误差修正方法和基于建模中间结果的模型误差修正方法，在具体实现时，引入“数据—模型的可视化交互技术”。针对典型研究场区的地层分布特点，我们提出了一种重构沉积地层系统三维实体模型的新方法“钻孔-层面-实体法”。沉积地层系统三维构模的难点主要集中于对缺失地层地质成因的判定以及缺失边界的界定上。为了重构缺失地层引起的不连续地质界面，“钻孔-层面-实体法”首先使用二分拓扑结构将钻孔数据离散化为一系列散点，并基于这些散点插值拟合出各个地层顶、底界面的初始高程，自动推算出缺失地层的地质成因；然后按照不同的地质成因，自动对缺失地层及其控制界面进行交切处理、高程调整与一致性处理；最后生成用三维块体或三棱柱体元充填的三维实体模型。“钻孔-层面-实体法”具有自动性高、适应性强的优点，研究实例显示了其建模结果自然、合理，非常接近于实际地层分布情况。在项目执行过程中，公开发表论文14篇（其中SCI刊物《Engineering Geology》1篇，EI收录6篇）；申请发明专利3项（其中1项已授权）。这些研究成果为建立一套完整的三维地质结构模型精度评估与误差修正的理论体系和方法体系奠定了基础，有助于完善复杂地质条件下三维地质模拟的方法与技术。 2100433B

三维地质结构模型精度评估与误差修正问题已成为制约三维地质建模技术深入发展应用的瓶颈。本课题以典型场区典型地质体三维空间分布形态为研究对象，将三维地质结构模型构建与模型精度评估、误差检测、修正作为整体过程加以研究，将模型的精度控制因素和误差修正方法相结合，将工程实验验证和计算机模拟计算结果相结合，采用计算机图形三维可视化技术来克服场地模型试验的缺点，建立三维地质结构模型精度评估的一般理论模型、面向特定地质体的实际操作模型和地质结构构造不确定性的三维空间分布模型，重点研究建模源数据的属性、地质实体自身特性、三维地质建模方法对三维地质结构模型精度的影响，提出、实现并完善三维地质结构模型误差修正方法，形成三维地质结构模型精度评估、误差检测、动态修正的标准流程框架，达到预测与控制模型精度、修正模型误差的目的。本课题研究成果有助于完善复杂地质条件下三维地质模拟的方法与技术。

结构模型（structural model），哲学和文化人类学用语，指在经验的基础上提出一种抽象结构形式。

其目的在于使知识和组织系统化。有各种分类，如因果结构模型、功能结构模型、机械结构模型、统计结构模型等。因果结构模型为自然科学所普遍使用，观察者依据这种模型而预言系统的未来发展情况；功能结构模型则是对人类社会的观察模式，它把一种文化或一个社会看成是为了达到某种目的而拟定的一系列手段和方法的组织；机械结构模型表现出一个结构的元素与现象的相似程度；统计结构模型是一个结构的元素与现象并不相同，只是在统计意义上的大致分类。这些分类方法很难完全说明结构模型的特征。一般认为，结构模型作为一种说明现象的方法是有用的.在不能以还原的方法说明观察与客体之间的相同与否时，可以用以作为进一步的解释 。2100433B