外文飜譯-蜂窩式無線通訊系統(tǒng)自動控制方法來分析在惡劣環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

1、.譯文：（蜂窩式無線通訊系統(tǒng)自動控制方法來分析在惡劣環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性）摘要：這篇文章描述了一種解決在外部荷載作用下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析和壽命評估問題的新穎的方法。這個被提到的假說主要用于梁和框架，但是它也很容易擴展到其它結(jié)構(gòu)類型。通過使用蜂窩式無線通訊系統(tǒng)自動控制來模仿這個散亂的過程。通過采用合適的材料降解法來評價散亂的機械損傷。由于質(zhì)量擴散的速度通常取決于應(yīng)力狀態(tài)，已壞結(jié)構(gòu)的擴散過程和力學特性也通過建立一個合適的質(zhì)量傳遞中的隨機效應(yīng)模型來考慮。為了這個目的，在這段時間的非線性結(jié)構(gòu)分析在 有限元框架 中 通過一個不斷惡化的鋼筋混凝土梁單元的方法來完成。在處理復雜的幾何和力學邊界條件方面

2、，所提到的一套方法的效果被證明是有用的。首先，鋼筋混凝土箱形梁橫截面被考慮，所造成的破壞性進程通過相應(yīng)的彎矩曲率圖和軸力彎矩抵抗域來描述。其次，鋼筋混凝土連續(xù)T - 梁的耐久性分析被發(fā)展了。最后，所提到的方法應(yīng)用于已建拱橋的分析和它的重要構(gòu)件的鑒定。Introduction Introduction 令人滿意的結(jié)構(gòu)特性通常被描述成參照特定的把結(jié)構(gòu)的理想狀態(tài)與不理想狀態(tài)分開的極限狀態(tài)。在這方面，結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的是在結(jié)構(gòu)的整個使用壽命過程中，對于每個指定的極限狀態(tài)保證有足夠的結(jié)構(gòu)性能水平。一般來說，作用效應(yīng)S小于或等于結(jié)構(gòu)抗力R時，結(jié)構(gòu)是安全的。然而，對于混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)性能必須被認為是不定常的

3、，主要是因為 材料力學性能的逐步惡化，這使結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不足以承擔施加的荷載。因此，所需的作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R可能隨時間而變，并且導致實際壽命的可靠評估的結(jié)構(gòu)耐久性分析 Ta 應(yīng)該能夠 需要這種 變異。如此，設(shè)計者能夠解決概念設(shè)計過程或者設(shè)計結(jié)構(gòu)修復以使結(jié)構(gòu)壽命達到規(guī)定的設(shè)計值。接下來，注意力應(yīng)該主要集中在破壞過程，包括環(huán)境侵略性攻擊擴散劑，例如能夠?qū)е禄炷翋夯弯摻罡g的硫酸鹽和氯化物。這種過程包括一些因素，例如溫度和濕度。它的動態(tài)受是由熱度，濕度和各種化學物質(zhì)組成。另外，破壞包括由機械載荷與環(huán)境因素的相互作用，加速惡了化過程。基于先前的考慮，在惡劣的環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性分析應(yīng)該能夠包括擴

4、散過程和相應(yīng)的機械損傷，以及在擴散、破壞、結(jié)構(gòu)狀態(tài)之間的耦合效應(yīng)。然而，關(guān)于環(huán)境因素和材料特性的可用信息通常是非常有限的，并且在詳細和復雜的模型中不可避免的不確定性可能導致虛構(gòu)的結(jié)果?；谶@些原因，結(jié)構(gòu)壽命的評估可以通過宏觀模型來進行而變得更可靠，模型是用來開發(fā)擴散基本規(guī)律的影響力和通用性而用于定量預測損壞結(jié)構(gòu)體系的時變反應(yīng)。這篇文章描述了一個在環(huán)境侵襲下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析的新穎方法。 這個被提到的假說主要用于梁和框架，但是它也很容易擴展到其它結(jié)構(gòu)類型。擴散過程的分析通過使用一類被稱作細胞自動機的特殊進化算法來進行，這種方法把實際系統(tǒng)數(shù)學理想化，在這種方法中，空間和時間是彼此分離的，物質(zhì)的量

5、來源于一個有限集分離的價值。原則上，任何滿足不同平衡的物理系統(tǒng)通過引入離散坐標系和變量，以及離散的時間步驟可近似為一個細胞自動機。然而，值得指出的是基于細胞自動機的模型提供了一個物理模型而不是一個近似可供選擇的方法。值得注意的是， 在混凝土中，典型物理過程的元胞自動機模型的例子在水泥復合材料領(lǐng)域可以發(fā)現(xiàn)。事實上，它們表述了一個復雜的性能，類似于與微分方程相關(guān)聯(lián)，但是由于它們簡單的公式化的表述更有潛力適用于更復雜，更完整的系統(tǒng)，提供給整個系統(tǒng)一些突發(fā)的性質(zhì)，只有通過它的本身動態(tài)自我包括。基于這個演化模型，耦合擴散的機械損傷 通過引入混凝土和鋼筋有效抵抗區(qū)的降級理論，依據(jù)合適的損傷指數(shù)來評估的。由

6、于擴散的比率通常取決于應(yīng)力狀態(tài)，損壞結(jié)構(gòu)的擴散過程和機械性能之間的相互作用通常也通過一個合適的質(zhì)量傳遞隨機效應(yīng)的模型來考慮。為了這個目的，在這段時間的非線性結(jié)構(gòu)分析在有限元框架中通過一個不斷惡化的鋼筋混凝土梁單元的方法來完成。在處理復雜的幾何和力學邊界條件方面，所提到的一套方法的效果被證明是有用的。首先，鋼筋混凝土箱形梁橫截面被考慮，所造成的破壞性進程通過相應(yīng)的彎矩曲率圖和軸力彎矩抵抗域來描述。其次，鋼筋混凝土連續(xù)T - 梁的耐久性分析被發(fā)展了。最后，所提到的方法應(yīng)用于已建拱橋的分析和它的重要構(gòu)件的鑒定。擴散過程模型擴散過程和細胞自動機固體中化學成分擴散的動力學過程通常通過把大規(guī)模擴散率與造成

7、網(wǎng)狀系統(tǒng)質(zhì)量傳遞原因的濃度梯度聯(lián)系起來的數(shù)學關(guān)系來表述(Glicksman 2000)。 最簡單的模型是由Fick第一定律來描述的，這個定律假定質(zhì)量轉(zhuǎn)移與擴散梯度之間是線性關(guān)系。Fick的模型與質(zhì)量守恒定律的結(jié)合產(chǎn)生了Fick第二定律，這個定律在各向同性介質(zhì)中單個組合的情況下可以寫成一下形式：其中：C=C（x, t）=該組件的質(zhì)量濃度D=（x, t）=擴散系數(shù)x=(x, y , z)時間 tC=grad C. 導致這個簡單模型修改的復雜性可能產(chǎn)生于各向異性，多組分擴散，化學反應(yīng)，外部的應(yīng)力場，內(nèi)存和隨機效應(yīng)。例如，在混凝土結(jié)構(gòu)而言，擴散系數(shù)取決于幾個參數(shù)，如相對濕度，溫度和機械應(yīng)力,Ficks

8、方程,必須與熱和水分的流動方程,以及力學問題構(gòu)成原理相結(jié)合。然而，像所提到的，由于這些模型校準的不確定性，用宏觀的方法評估結(jié)構(gòu)壽命更容易進行，它利用Ficks定律的力量和通用性預測進經(jīng)受擴散的系統(tǒng)的定量反應(yīng)。尤其，如果擴散系數(shù)D被假定為一個常數(shù)，二階非線性偏微分方程（1）被簡化成以下線性形式，其中，盡管方程是線性的，但是這種方程的解析解只存在于一些有限的簡單經(jīng)典問題中。因此，處理復雜幾何和力學邊界條件的一般方法通常需要使用數(shù)值方法。在這項研究中，通過使用一類特殊的進化算法稱為細胞自動機的方法有效地解決了擴散方程。細胞自動機首次是在19481950被Neumann and Ulam首次引進的，接

9、下來其他的研究人員在許多科學領(lǐng)域應(yīng)用它。起初，涉及到對圖靈機的自我復制問題的研究，細胞自動機在20世紀70年代離開實驗室，并在學術(shù)界隨著Conway發(fā)明的著名游戲流行 ?；旧希麄兇砹撕唵蔚奈镔|(zhì)系統(tǒng)數(shù)學理想化，在這一系統(tǒng)，空間和時間是不分離的，物理量取自一個離散值的有限集合。事實上，如前所述， 通過引入離散坐標和變量，以及離散時間的步驟，任何滿足微分方程的物理系統(tǒng)可近似作為細胞自動機。因此，合理地說，基于細胞自動機的模型提供了一個可供選擇和更廣泛的物理模型而不是近似值的方法 。他們表現(xiàn)出復雜的行為，類似于復雜的微分方程，但是，在這種情況下，根據(jù)簡單的規(guī)則從簡單的實體之間的相互作用出現(xiàn)復雜性

10、。原文：Cellular Automata Approach to Durability Analysis of Concrete Structures in Aggressive EnvironmentsAbstract: This paper presents a novel approach to the problem of durability analysis and lifetime assessment of concrete structures（under the diffusive attack from external aggressive agents.The pr

11、oposed formulation mainly refers to beams and frames, but it can be easily extended also to other types of structures. The diffusion process is modeled by using cellular automata. The mechanical damage coupled to diffusion is evaluated by introducing suitable material degradation laws. Since the rat

12、e of mass diffusion usually depends on the stress state, the interaction between the diffusion process and the mechanical behavior of the damaged structure is also taken into account by a proper modeling of the stochastic effects in the mass transfer To this aim , the nonlinear structural analyses d

13、uring time are performed within the framework of the finite element method by means of a deteriorating reinforced concrete beam element . The effectiveness of the proposed methodology in handling complex geometrical and mechanical boundary conditions is demonstrated through some applications. Firstl

14、y , a reinforced concrete box girder cross section is considered and the damaging process is described by the corresponding evolution of both bending moment-curvature diagrams and axial force-bending moment resistance domains . Secondly, the durability analysis of a reinforced concrete continuous T

15、- beam is developed. Finally, the proposed approach is applied to the analysis of an existing arch bridge and to the identification of its critical members. Introduction Satisfactory structural performance is usually described with reference to a specified set of limit states, which separate desired

16、 states of the structure from the undesired ones. In this context, the main objective of the structural design is to assure an adequate level of structural performance for each specified limit state during the whole service life of the structure. From a general point of view, a structure is safe whe

17、n the effects of the applied actions S are no larger than the corresponding resistance R. However , for concrete structures the structural performance must be considered as time dependent , mainly because of the progressive deterioration of the mechanical properties of materials which makes the stru

18、ctural system less able to withstand the applied actions . As a consequence, both the demand IResearch Associate , Dept of structural Enginee 五ng , Politecnico di 靦lano , Piazza L da Vinci 32 , 20133 Milan , llaly ( corresponding author ) E 一mail : biondini strupolimiit ZPro 企ssor , Dept ofstructura

19、landGeotec 恤ica1Enginee 五ng , univof Rome " La Sapienza , , , Via Eudossiana 18 , 00184 Rome , llalyE 一mail : 的們cobontempi tmiromalit 3Pro 企ssor , Dept ofcivil , Environmental , andArchitectura1Engineer - ing , Univ of Colorado , CB 428 , Boulder , CO 80309 一0428E 一mail : danfrangopol coloradoe

20、du 4Pro 企ssor , Dept of structural Enginee 五ng , Politecnico di Milano , Piazza L da Vinci 32 , 20133 Milan , llalyE 一mail : malerba strupollmiit Note Associate Editor : Sashi K Ktmnath Discussion open until April l , 2005 Separ 爪e discussions must be submitted for individual papers.To extend the cl

21、osing date by one month , a written request must be filed with the ASCE Managing Editor The manuscript for this paper was sub 似tted for review and possible publication on August 20 , 2002 ; approved on Jtme 23 , 2004 This paper 15 paTt ofthejournal 了StructuralEngineer - 認g , Vol 130 , No 11 , Novemb

22、erl , 2004 ASCE , ISSN 0733 一9445 / 2004 / 11 一1724 一1737 / 51800 S and the resistance R may vary during time and a durability analysis leading to a reliable assessment of the actual structural lifetime Ta should be able to account for such variability (Sa1Ja and Vesikari 1996; Enright and Frangopol

23、 1998a, 1998b). In this way, the designer can address the conceptual design process or plan the rehabilitation of the structure in order to achieve a prescribed design value Td of the structural lifetime.In the following , the attention will be mainly focused on the damaging process induced by the d

24、iffusive attack of environmental aggressive agents , like sulfate and chloride , which may lead to deterioration of concrete and corrosion of reinforcement ( CEB 1992 ) . Such process involves several factors, including temperature and humidity . Its dynamics is governed by coupled diffusion process

25、 of heat, moisture, and various chemical substances. In addition, damage induced by mechanical loading interacts with the environmental factors and accelerates the deterioration process( Saetta et al. 1993 , Xi and Bazant 1999 ; Xi et al . 2000 ; Kong et al . 2002 ) . Based on the previous considerations, a durability analysis of concrete structures in aggressive environments should be capable to account for both the diffu