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混沌分析范文1
關鍵詞:混沌序列; 離散化; 敏感性; 混沌序列
中圖分類號:TP391 文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)10-0043-03
Comparison and Analysis on Some Chaos Sequence Generators
ZHAO Yu-xia, FAN Jing-bo
(Shangluo University, Shangluo 726000, China)
Abstract:Some chaos sequence generators with better performance is introduced andthe method of binary sequence generated by the chaotic mapping is improved. Some common used chaos sequence generators are compared and analysed. Both Logistic mapping and Hybrid mapping are the better ones. Chaos sequence has the features of feasible generation,sensitivity to initial conditions and complete reappearance.Many image scrambling encryption arithmatics use the chaos sequence based on the above features.
Keywords:chaos sequence; discretization; sensitivity; chaos sequence
隨著計算機的廣泛應用以及網絡通信技術的迅速發展,越來越多的信息都借助計算機網絡進行傳輸,因而數據信息的保密儲存與傳輸就顯得十分重要?；煦鐒恿ο到y對初值依賴的確定性和敏感性[1-5],使得混沌序列作為信息存儲或傳輸中的隨機加密成為可能。
1 混沌序列
混沌序列是一種偽隨機序列。偽隨機的意思表面看起來很隨機,但其實是確定的序列。所謂“確定序列”是指:如果知道規則,可以一個不漏地寫出以后的全部序列(例如:1,4,9,16,25,36,…)。出于某些目的(例如擴頻通信),需要隨機序列,但從可操作的角度來說(收發必須要用完全相同的序列),需要做出這樣的序列,它“看上去很隨機”,但實際上是用不太復雜的規則以確定的方式產生的。這樣的序列叫偽隨機序列或者偽碼?；煦鐒恿ο到y在一定的控制參數范圍內和給定的初始條件下,運動是確定的,但該運動的長期狀態對初始條件極為敏感,即使初始狀態有非常小的差異也會導致產生不同的混沌序列。
2 幾種常用的混沌序列生成器
在圖像置亂加密算法中常用的幾種混沌序列生成器有Logistic映射、Hybrid映射、Optically bistable(光學雙穩)模型和Chebyshev映射。
2.1 Logistic映射
Logistic映射是一種非常簡單卻被廣泛應用的混沌序列生成器?；煦缦到y表述為:
xk+1=μxk(1-xk)(1)
式中:3.569 946≤μ≤4系統初值,x0∈(0,1),本文取μ=4。這樣Logistic映射可以定義在(0,1)上,相應地得到定義在(0,1)上的偽隨機序列是{xk,k=0,1,2,…)。對其進行非線性離散化,設{sk,k=0,1,2,…)為由混沌序列{xk,k=0,1,2,…)經離散化得到的0,1序列,sk的值由混沌序列xk和0.5比較而得,當xk
2.2 Hybrid映射
Hybird映射是一種新的混沌序列生成器[2],混沌系統表述為:
xk+1=b(1-μ1x2k),-1
1-μ2xk,0
本文取μ1=1.8,μ2=2.0,b=0.85時,映射處于混沌態。 這樣,Hybird映射可以相應地得到定義在(-1,1)上的偽隨機序列是{xk,k=0,1,2,…)。對其進行非線性離散化,設{sk,k=0,1,2,…)為由混沌序列{xk,k=0,1,2,…)經離散化得到的0,1序列,sk的值由混沌序列xk和0.5比較,當|xk|
2.3 光學雙穩模型
該模型可用一個一維非線性迭代系統來描述:
xk+1 =Asin 2(xk-B)
本文取A=4, B=2.5時,系統處于混沌狀態。給定該系統的初值x0,進行迭代運算,相應得到的偽隨機序列是{xk,k=0,1,2,…)。對其進行非線性離散化,設{sk,k=0,1,2,…)為由混沌序列{xk,k=0,1,2,…)經離散化得到的0,1序列,sk的值由混沌序列xk與2.5A/3比較而得,當xk>2.5A/3時,sk=1;否則sk=0。
2.4 Chebyshev映射
在此,采用4階的Chebyshev映射模型,用如下的方程表示:
xk+1=cos(4cos-1xk)
給定該系統的初值x0,進行迭代運算,得到的偽隨機序列為{xk,k=0,1,2,…)。對其進行非線性離散化,設{sk,k=0,1,2,…)為由混沌序列{xk,k=0,1,2,…)經離散化得到的0,1序列,sk的值由混沌序列xk和0比較而得,當xk>0時,sk=1;否則sk=0。
3 幾種混沌序列生成器的比較分析
3.1 幾種混沌序列生成器中實值混沌序列的比較
一個混沌序列的性能,主要看它的隨機性和它對初值的敏感程度[2,4-5,8]。隨機性指生成的序列沒有規律,即生成的散點圖越散亂越好;初值的敏感性指即使初值有非常小的差異也會產生不同的混沌序列。
圖1 4種混沌序列生成器生成的混沌序列的隨機性和初值敏感性
圖1為4種混沌序列生成器生成的混沌序列中隨機性和初值敏感性的對照。其中,橫軸為k的值,縱軸為xk 的值;“+”表示初值為0.7的部分混沌序列;“.”表示初值為0.700 001的部分混沌序列。
由圖1可以看出,Logistic映射與Hybird映射生成的混沌序列比較散亂,并且在迭代幾次后,初值雖然相差很小(僅有0.000 001),卻出現了明顯的分叉現象;Optical bistable映射生成的混沌序列出現了扎堆現象;Chebyshev映射生成的混沌序列不是很散亂,而且在經過很多次迭代后才出現分叉現象。顯然Logistic映射與Hybird映射生成的混沌序列有很好的隨機性和初值敏感性。
3.2 混沌序列生成0,1序列的隨機性比較
二值序列的比較主要看其頻數檢驗和序列檢驗。初值為0.7的計算結果見表1、表2。在頻數檢驗時,保證序列中0和1的個數大致相等,這是二值序列具有隨機性的最基本保證,其中n0為0的個數;n1為二值序列中1的個數;n為二值序列的長度。
x21 = (n1 -n0 )2/n2
在序列檢驗時,對所得二值序列內00,01,10,11(二維均勻性)出現的次數進行統計, 其中 nij,i,j∈{0,1}表示二值序列中“ij”的個數。
x22 = 4n-1∑1i = 0∑1j = 0n2ij -2n∑1i = 0(n2i+ 1)
由表1和表2可以看出,Logistic映射產生的二值序列中頻數檢驗和序列檢驗的值最小,因此隨機性最好。Hybrid映射產生的二值序列中隨機性次之,但復雜度較高,因是一種較新的混沌序列生成器,所以密碼分析更加困難,它較Logistic映射產生的混沌序列安全。
3.3 兩種映射的非線性離散化的改進
上面所提到的非線性離散化方法比較普遍,而且產生的二值序列化成十進制數容易扎堆[5]。
鑒于此,文獻[5]中給出了Logistic映射的非線性離散化改進算法,即利用不同的初值生成兩個混沌序列{xk},{yk},k=0,1,2,…。sk的值由混沌序列xk和yk比較,當xk
其中,傳統算法中混沌序列的初值取0.7, 改進算法中混沌序列的初值分別為0.9和0.8。Logistic1,Hyirid1為改進后生成的序列。
對改進后產生的二值序列進行頻數檢驗和序列檢驗,其結果甚至優于傳統的方法,說明得到的二值序列和二值序列化成整數后的序列具有很好的隨機性。改進后使算法更加復雜,但安全性有了進一步的改善。
表1 4種混沌序列二值序列長度為10 000時的隨機性
方法0的個數1的個數00的個數01的個數10的個數11的個數頻數檢驗序列檢驗
Logistic4 9805 0202 4842 4952 4962 5241.6×10-5-0.811 3
Hybrid5 0864 9141 7843 3013 3011 6132.958 4×10-41.029 2×10-3
Optically4 8965 1044 1137827834 3214.326 4×10-44.722 1×10-3
Chebyshev6 5903 4103 1813 4093 40900.101 12.334 6×10-3
表2 4種混沌序列二值序列長度為20 000時的隨機性
方法0的個數1的個數00的個數01的個數1 0的個數11的個數頻數檢驗序列檢驗
Logistic9 99510 0054 9735 0225 0224 9822.5×10-7-0.601
Hybrid10 2019 7993 6466 5556 5543 2444.040 1×10-41.941×10-3
Optically9 59910 4018 0561 5431 5438 8571.608×10-39.590 8×10-3
Chebyshev13 2206 7806 4406 7796 78000.103 74.607×10-3
表3 2種混沌序列改進前后二值序列長度為10 000的隨機性
方法0的個數1的個數00的個數01的個數1 0的個數11的個數頻數檢驗序列檢驗
Logistic4 9805 0202 4842 4952 4962 5241.6×10-5-0.811 3
Logistic15 0254 9752 5292 4952 4952 4802.5×10-5-0.734 0
Hybrid5 0864 9141 7843 3013 3011 6132.958 4×10-41.029 2×10-3
Hybird14 9865 0141 8603 1253 1261 8887.84×10-66.256 4×10-2
表4 2種混沌序列改進前后二值序列長度為20 000的隨機性
方法0的個數1的個數00的個數01的個數1 0的個數11的個數頻數檢驗序列檢驗
Logistic9 99510 0054 9735 0225 0224 9822.5×10-7-0.601
Logistic110 0179 9834 9875 0305 0294 9532.89×10-6-0.234 2
Hybrid10 2019 7993 6466 5556 5543 2444.040 1×10-41.941×10-3
Hybrid19 98710 0133 7466 2416 2413 7711.69×10-61.231 7×10-3
圖2 二值序列以8位為單元化成整數后的隨機性比較
4 結 語
在此,將幾種常用的混沌序列生成器進行了比較分析,其中Logistic映射最簡單,具有很強的初值敏感性,產生的序列隨機性最好,但正是由于它的形式簡單和使用廣泛,所以不安全,易于攻擊;Hybrid映射產生的序列次之,但Hybrid映射形式較復雜,又是一種新的混沌序列生成器,所以安全性更好?？筛鶕唧w情況選擇合適的混沌序列生成器,也可以像文中那樣對現有算法進行改進,以此來加強算法?；煦缧蛄芯哂幸咨尚?、對初始條件強敏感性、可完全重現性等特點,用于圖象置亂將是一種安全有效的方法。
參考文獻
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混沌分析范文2
關鍵詞:圖像加密;混沌序列;加密;Logistic映射
中圖分類號:TP309文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)36-10244-02
The Analysis and Realization Based on the Algorithm of Chaotic Stream Cipher
ZHANG De-sheng
(Huanghuai University Department of Computer Science, Zhumadian 463000, China)
Abstract: In order to obtain an image encryption algorithm based on Chaotic Stream, we propose an Chaotic Stream symmetric encryption algorithm to encrypt digital images, and design a symmetric encryption algorithm of chaotic Stream based on Logistic mapping model to realize the chaotic encryption and decryption of digital image. The experiment show that the algorithm is not only simple, but good security.
Key words: image encryption; chaotic stream; encryption; logistic mapping
1 混沌概述
混沌現象是指在非線性動態系統中出現的確定性和類似隨機的過程,這種過程非周期、不收斂,但有界,并且對初始值和外部參數有極其敏感的依賴性,即初始條件的微小差異會隨著時間的推移,以李雅普諾夫指數規律相互分離,最終變成運動軌跡或特性完全不同的2條軌跡?；煦缡且环N復雜的動力學系統,可以提供數量眾多、非相關、類隨機、易于產生和再生的信號,并且只要一個映射公式和初始值就可以產生混沌序列,不必存儲各個序列點的值。混沌之所以能被用于加密技術,是因為其具有如下獨特性質:
1) 內在隨機性:它與外在隨機性的不同之處在于,混沌系統是由完全確定性的方程來描述的,無需附加任何隨機元素,但系統仍會表現出類似隨機性的行為。
2) 對初始條件的敏感依賴性:只要初始條件稍有差別或微小擾動就會使系統的最終狀態出現巨大的差異。
3) 長期不可預測性:由于初始條件的微小差異可能對以后的時間演化產生巨大的影響,因此不能長期預測將來某一時刻的動力學特性。
4) 確定性:混沌是由確定性系統產生的,是一個真實的物理系。當我們取相同的初值時,產生的混沌序列是一定的。
5) 遍歷性:混沌變量能在一定范圍內按其自身規律不重復的遍歷所有的狀態。
混沌是確定系統中出現的類隨機現象,混沌系統具有對初始條件和系統參數的極端敏感性,以及混沌序列長期演化結果的不可預測性,這些特性使得混沌系統極具密碼學價值,非常適用于序列加密。
2 混沌序列加密思想
混沌序列加密的基本原理是利用混沌系統產生的混沌序列作為加密密鑰序列,利用該序列對明文進行加密,密文經信道傳輸,接收方利用同樣的混沌系統產生的解密密鑰把明文提取出來,實現解密。也就是說混沌序列加密的關鍵,就是利用混沌序列做出密鑰流生成器,混沌序列加密算法主要研究混沌密鑰流的生成算法。
混沌系統是確定性非線性系統產生的類似隨機性的行為,它屬于確定性系統而又難于預測?；煦缦到y對初值和系統參數極端敏感,相同的混沌系統在具有微小差別的初始條件下,系統的長期行為將發生巨大的變化;混沌系統的長期行為不可預測;混沌本身是一個確定性非線性系統產生的類似隨機性的行為,只要系統參數和初始條件給定,混沌現象本身可以重復;混沌具有偽隨機性,類似噪聲。
利用混沌系統,可以產生周期無限長、非相關、類似噪聲、又確定可以再生的混沌序列,這種序列難于重構和預測,從而使敵方和非法入侵者難于破譯,非常適合應用于信息的加密,其隨機性、抗破譯能力均優于傳統的隨機序列。這些我使得混沌序列能夠成為一種優秀的加密序列,產生非常好的加密效果。
3 混沌序列加密方法設計與實現
3.1 混沌序列加密方法和特點
首先,利用混沌系統產生序列,再對混沌序列進行適當的處理,然后利用處理后得到的序列與明文進行作用,得到密文。密鑰為混沌系統的初始值或系統參數。
為了取得更好的加密效果,我們可以利用多種混沌系統對同一明文進行多次加密,還可以利用經典密碼學的方法對序列進行加密處理,從而提高加密效果,極大地增加非法入侵者破譯的難度。解密是加密的逆過程,我們可以利用密鑰產生混沌序列,與密文進行相互作用從而恢復出明文信息。
混沌序列加密方法的特點是:
1) 有非常好的隨機性,類似噪聲,難于和破譯,其隨機性遠遠優于傳統的隨機序列發生器產生的隨機序列。
2) 密鑰空間大,混沌系統一般有多個參數。
3) 混沌系統難于重構,因此,混沌序列也難于重構,從而抗破譯能力比傳統的隨機序列發生器產生的隨機序列強。
4) 混沌序列產生方便,與非線性反饋移位寄存器相比,提供了更大的靈活性。
3.2 混沌序列加密方法設計與實現
Logistic序列的遍歷統計特性等同于零均值白噪聲,具有良好的隨機性、相關性和復雜性,使得對其進行正確的長期預測不可能,可用于信息加密。
假設{Pn}是明文信息序列,{Kn}是密鑰信息序列,由Logistic方程迭代產生后進行處理后所得,{Cn}是密文信息序列。
加密算法設計為:{Cn}={Pn}{Kn}
解密算法設計為:{Pn}={Cn}{Kn}
基于Logistic混沌映射的加密原理圖如圖1所示,解密過程是加密的逆過程。初始值x0和u是Logistic方程的參數,同時是加密系統的密鑰參數。
因為混沌系統對初始條件的敏感依賴性,對于僅有微小差別的初值,混沌系統在迭代了一定次數后便會產生截然不同的混沌序列。為了使相近初始值的混沌序列互相間更加不相關,本方案的混沌序列經過1000次以上迭代后取值,可以有效地放大誤差使得對初始條件的攻擊無效,是加密效果更好,安全性更高。由于加密的是數字量,所以必須使用一種方法將這個由實數構成的序列{Xn}映射成由整數構成的偽隨機序列來充當加密密鑰。這種映射中最簡單的一種莫過于選取Xn小數點后的幾位有效數字構成整數。
4 軟件仿真結果
以Logistic為例研究用離散混沌系統產生混沌序列,對文本、圖像信息進行加密解密仿真。程序界面如圖2所示。
4.1 對文本文件加密解密
取密鑰參數u=3.8999,x0=0.736,加密解密文本文件仿真結果如圖3,a為加密前的明文,b為加密后的密文,c為正確解密的明文。由于混沌系統對初始條件敏感依賴性,所以改變x0=0.7361,解密后的明文如圖d)。可見,即使密鑰存在細微的差別,也不能夠對密文正確地解密。
a) 加密前的明文 b) 加密后的密文 c) 解密的明文 d) 錯誤密鑰解密的明文
圖3文本文件仿真結果
4.2 對圖像文件加密解密
對一幅256×256Lena圖像進行加密解密仿真結果如圖4所示。a)是原始圖像,加密后的結果如圖b)所示,采用相同的密鑰解密后的結果如圖c),當密鑰存在微小的差別時,解密后的結果如圖d)所示。
a) 加密前的圖像 b) 加密后的圖像 c) 正確解密后的結果 d) 錯誤密鑰解密的結果
圖4Lena圖像仿真結果
5 安全性分析
因為Logistic是最簡單的一維混沌映射,實現非常簡單,所以該加密方案具有很好的運算速度。因此,在實時性要求高的情況下可以采用Logistic映射的混沌加密方案。與現有的序列密碼加密方法相比,基于混沌系統的序列密碼加密方法可以說是一種安全性較高、有效的加密方法。
由于有限精度效應造成的短周期現象,低維混沌序列的保密性是不夠的?；煦缧蛄械挠邢蘧葘崿F是決定它能否在實際中應用的關鍵。
參考文獻:
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混沌分析范文3
關鍵詞：LMS；步長；非線性函數模型；自適應CS-LMS算法；混沌通信
中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)16-3867-02
An Improved Adaptive CS-LMS Algorithm and its Performance Analysis in Chaotic Communication
SONG Guo-dong, ZHANG Huai-yuan
(Electronic and Information Engineering College of Southwest University , Chongqing 400715,China)
Abstract: CS-LMS algorithm provides faster convergence and higher flexibility than the normalized least mean square (NLMS) by mini? mizing the Lagrangian function. This paper, in order to solve adaptive filter’s conflict of gaining the fast convergence speed and low steady state error, a non- linear functional model between step size and signal error will be established, and we will continue to apply this new al? gorithm to chaotic communication. Simulation results present the proposed algorithm enhances the speed of convergence and quality of sta? bility distinctly.
Key words: LMS; step size; a non- Linear functional model; adaptive CS-LMS filter; chaotic communication
該文給出的改進的CS-LMS算法,是在步長參數μ與誤差信號e(n)之間建立了一種新的非線性函數關系,該算法與傳統LMS和CS-LMS算法自適應濾波算法相比，具有較快的收斂速率并且在高信噪比下穩態誤差方面表現的比較優越，但在仿真中也發現，非線性函數中的參數對算法性能有著決定性的影響，所以一定要結合實際情況合理選擇各類步長參數。
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混沌分析范文4
關鍵詞：橋墩混凝土；裂縫；
Abstract: This paper mainly on concrete piers in the process of construction the reasons caused the cracks are analyzed, and puts forward the corresponding prevention measures.
Key words: concrete cracks in bridge piers;
中圖分類號：TU45 文獻標識碼： A文章編號：2095-2104（2012）01-0020-02
1、引言
隨著經濟的發展與科學技術的進步，全國各地興建了大量的混凝土建筑，橋梁的興建更是遍地開花，但是許多混凝土橋墩在施工中出現了不同程度、不同形式的裂縫一直困擾橋梁工程技術人員。為了進一步加強對橋梁橋墩混凝土裂縫的認識，盡量避免工程中出現危害較大的裂縫，本文對混凝土橋墩裂縫的原因作了分析、總結，并提出了在實際施工中具有可操作性的預防措施和處理方法。
2、橋墩混凝土裂縫主要類型及成因
混凝土是一種多相體，它具有抗壓極限強度較高、耐久性良好的優點，又具有抗拉強度較低，受拉時抗變形能力小，容易開裂等缺點?；炷两Y構所產生的裂縫原因大致可分為以下三種：
1)由外荷載（如靜、動載荷）的直接應力所產生的裂縫；
2)由結構的次應力（彎矩及切力）引起的裂縫；
3)變形變化所產生的裂縫，即主要由溫度、收縮、不均勻沉降或膨脹等因素而引起的裂縫。
根據工程實踐中來看，橋墩裂縫成因很小一部分由荷載引起的，其余大部分橋墩裂縫的成因是由變形變化引起的。變形所產生的裂縫又分為溫差產生的裂縫和收縮所產生的裂縫。溫差所產生的裂縫如外界溫度驟然變化及混凝土水化熱不均所產生的裂縫；收縮裂縫所產生的裂縫有干縮、塑性收縮、碳化收縮及自收縮等產生的裂縫。
2.1溫度變化引起的裂縫
混凝土具有熱脹冷縮性質，當外部環境或內部溫度發生變化，混凝土將發生變形、若變形遭到約束，則在結構內將產生應力，當應力超過混凝土的抗拉強度時即產生溫度裂縫。引起溫度變化的主要因素有年月溫差、日照差別、驟然降溫、水化熱、蒸汽養護或冬季施工措施不當等。
在以上產生裂縫因素中影響最大的就是水化熱引起的溫度變化，水化熱就是水泥在水化過程中放出的熱量使混凝土體內溫度上升，與混凝土體外形成溫差，導致出現裂縫。由于混凝土體積大，聚積在混凝土內部的水化熱不易散發，使得混凝土內部溫度顯著升高，體積膨脹，由于混凝土的導熱性能較差，而混凝土外部卻隨氣溫降低而冷卻收縮，混凝土內部膨脹與外部收縮這兩種作用相互抵制，使外部混凝土產生很大的拉應力，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種抗拉應力時，便出現裂縫。如果此時混凝土表面不能保持潮濕的養護環境，則混凝土表面由于水分蒸發較快而使初期的混凝土產生干縮，將加速裂縫的產生。
2.2收縮引起的裂縫
在實際工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的，在混凝土收縮種類中塑性收縮和縮水收縮（干縮）是發生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和碳化收縮。
1)塑性收縮裂縫
發生在施工過程中、混凝土澆筑后4-15小時左右，此時水泥水化反應激烈，分子鏈逐漸形成，出現泌水和水分急劇蒸發，混凝土失水收縮，此時骨料與膠合料之間產生不均勻的沉縮變形。都發生在混凝土終凝之前，即塑性階段，稱為塑性收縮。塑性收縮所產生量級很大，可達1%左右。常在澆筑大體積混凝土后4-15小時內，在表面上，特別在養護不良的部位出現龜裂，裂縫無規則，既寬又密，屬于表面裂縫。由于收縮的作用，這些裂縫往往沿鋼筋分布。
2) 縮水收縮（干縮）
混凝土結硬以后，隨著表層水分逐步蒸發，濕度逐步降低，混凝土體積減小，稱為縮水收縮（干縮）。因混凝土表層水分損失快，內部損失慢，因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產生收縮裂縫。混凝土硬化后收縮主要就是縮水收縮。
3)自生收縮
自生收縮是混凝土在硬化過程中，水泥與水發生水化反應，這種收縮與外界濕度無關，且可以是正的（即收縮，如普通硅酸鹽水泥混凝土），也可以使負的（即膨脹，如礦渣水泥混凝土與粉煤灰水泥混凝土）。
4)碳化收縮
大氣中的二氧化碳與水泥的水化物發生化學反應引起的收縮變形。談話收縮只有在濕度50%左右才能發生，且隨二氧化碳的濃度的增加而加快。
混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬于表面裂縫，裂縫寬度較細，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規律。
2.3約束條件的影響
約束條件是指各種結構物在變形變化中所受之約束而阻礙其變形。橋梁橋墩的外部約束指橋墩的邊界條件如橋墩承臺、橋墩模板等對橋墩混凝土變形的約束。
當橋墩承臺與橋墩混凝土澆筑間隔時間較長，橋墩混凝土收縮變形時承臺即阻礙橋墩混凝土的收縮，當其所產生拉應力超過混凝土抗拉強度時，橋墩便產生裂縫。承臺約束所產生裂縫一般在橋墩中心附近，為豎向裂縫。
橋墩混凝土澆筑初期，橋梁橋墩模板對其起約束作用。若拆模較早，釋放了混凝土所受握裹力，混凝土向外放張，若所受拉應力超過混凝土的抗拉強度時，即產生裂縫。
3、溫度應力的分析
3.1溫度應力的形成
1)早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內形成殘余應力。
2)中期：自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止，這個時期中，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝土的彈性模量變化不大。
3)晚期：混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起的，這些應力與前兩種的殘余應力相疊加。
3.2溫度應力的分類
1)自生應力：邊界上沒有任何約束或完全精致的結構，如果內部溫度非線性分布的，由于結構本身相互約束而出現的溫度應力。
2)約束應力：結構的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應力。
這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用，從而產生裂縫。
4、橋梁橋墩混凝土裂縫的預防
橋梁橋墩混凝土的非受力裂縫會嚴重降低橋墩混凝土結構的整體性和耐久性?，F在對于工程質量要求越來越嚴格，一般要求橋墩上少出現、甚至不允許出現非受力裂縫，這樣就必須加強對橋梁橋墩混凝土裂縫的預防。由于橋墩混凝土裂縫的主要原因為水化熱、驟然降溫、日照及收縮等，因而主要針對降低混凝土水化熱、防止溫度驟變、減少收縮及提高混凝土抗裂能力等方面著手。
4.1加強溫度控制、降低水化熱
1)采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加入引氣劑或塑化劑等措施減少混凝土中的水泥用量；減少水泥用量對水化熱的降低具有重要作用，首先征得設計同意，混凝土按照為60天抗壓強度進行試配，通過幾十組試配，最終來確定是你用量。
2)拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆注溫度。
3)熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；
4)在混凝土中埋設冷卻水管，通入冷水降溫；通過冷卻水循環，降低混凝土內部溫度，減小內外溫差。在混凝土內部合理布置測溫點，埋設測溫傳感器，及時通過測溫點監測內部溫度，掌握混凝土內部各測點的溫度變化，以便及時調整冷卻水的流量，控制溫差，確?；炷羶韧鉁夭钚∮?5℃，混凝土終凝后，方可通水循環，冷卻水管使用完畢后，需要壓注水泥漿封閉。
5)規定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發生急劇的溫度梯度。
6)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構，在寒冷季節采取保溫措施；應采用草簾子覆蓋或采用塑料布覆蓋，以減少表面熱量的散發。
4.2加強養護管理
每次混凝土澆筑完畢，應及時按溫控措施的要求進行保溫養護，并應符合以下規定：
1)保溫養護措施應能使混凝土澆筑塊體的內外溫度及降溫速度滿足溫控指標的要求；
2)保溫養護的持續時間應根據溫度應力（包括混凝土收縮產生的溫度應力）來確定，但養護時間不小于15天，保溫覆蓋層的拆除應分層逐步進行；
3)在保溫養護過程中應保證混凝土表面的濕潤。保溫養護是大體積混凝土施工的關鍵環節，其目的主要是降低橋墩混凝土澆筑塊體的內外溫差，以降低混凝土塊體的溫度應力；其次是降低橋墩混凝土澆筑塊體的降溫速度，充分利用混凝土的抗拉強度，以提高混凝土塊體承受溫度應力時的抗裂能力，達到防止或控制溫度裂縫的目的。施工人員應根據事先確定的溫控指標的要求，來確定橋墩混凝土澆筑后的養護措施。
在混凝土內部及表面合理布置布設測溫點，加強溫度觀測，并根據大氣條件，隨時了解混凝土澆筑后溫度的升降情況，掌握混凝土內外溫差變化，及時采取增減覆蓋物等措施，以便將混凝土內外溫差控制在25℃以內。
5、結束語
對于混凝土橋墩工程，尤其是鐵路混凝土橋墩，往往屬于大體積混凝土工程，出現裂縫的情況較多。只有在工程施工中有針對性地采取有效的防裂措施，才能有效的較少或避免混凝土的開裂。但混凝土橋墩裂縫的形成原因相當復雜，還須所有工程技術人員對其作進一步的探討，并提出更有效的控制措施。
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混沌分析范文5
【關鍵詞】橋梁墩身;混凝土開裂;防治措施
混凝土是建筑工程中使用最為廣泛的一種材料，混凝土自身的耐熱性、耐腐蝕性、高強度等優良特性，都很好地契合了施工的需求，因而在近些年得到了廣泛的使用。但是在橋梁的施工過程中，施工環境相對復雜，常出現因施工不當、養護管理不善而引發的混凝土開裂現象。這種情況出現的比較普遍，不僅影響了橋梁的正常使用，而且降低了橋梁的使用壽命?；炷磷陨硪坏┏霈F開裂的情況，此時進行維修成本相當高，而且施工的難度進一步加大。面對這種現狀，我們必須及時發現導致混凝土開裂的原因，從而做出相應的防治措施，盡可能避免出現混凝土開裂的情況。
一、常見的混凝土裂縫形式
混凝土出現裂縫對于橋梁墩身而言是常有的事，但是裂縫的種類也是多種多樣。不同的橋墩類型，不同的部位，出現的裂縫形式就會有所差別。以下主要分析幾種常見的裂縫。
1）縱向深層裂縫
縱向深層裂縫在橋梁中很常見，一般這種裂縫都是貫穿整個橋墩，橋墩的一個地方出現，那么整個橋墩都會出現?？v向深層裂縫產生的影響很廣。而且該裂縫出現的比較對稱，比較有規律，在拆模十天之內就就可以發現，如果在10天之內沒有發現，以后也不會產生這類裂縫。裂縫的寬度一般都在0.2mm以上、深度也超過10cm。
2）龜裂
龜裂一般出現在混凝土的表面。龜裂出現在拆模之后的一段時間內，龜裂的裂縫的寬度很小，一般都在0.2mm以內，這需要仔細檢查才能發現。這種裂縫看似裂縫很小，但是產生龜裂的面積大，嚴重影響橋梁的質量和使用壽命。
3）縱向、環向裂縫
縱向、環向裂縫出現的地方比較有限，但是它也很容易出現。這種裂縫只出現在墩身護面鋼筋的外側，這可能跟鋼筋外側的自身環境、受力等多種因素有關?？p寬在0.2mm以上，長度不等，裂縫的深度與鋼筋保護層的厚度有關，二者之間呈正比關系?？偟膩碚f，這種裂縫出現的比較少，實行控制措施也比較簡單。
二、混凝土開裂的原因分析
混凝土在施工的過程中容易受到多種因素的影響，而使其產生開裂的現象?；炷烈坏┏霈F開裂的情況，就會對橋梁的使用產生很嚴重的影響。仔細探究混凝土開裂的具體原因，這一點對于相應的防治措施的采用十分關鍵。
1）水泥水化熱的影響
水泥是混凝土配制過程中一種必不可少的原料，而且水泥的量直接關系到混凝土的質量。水泥進行水化的時候，該過程會產生大量的熱，此時混凝土內部的溫度急劇升高。溫度升高持續有一段時期，一般維持在澆筑后的一星期左右。溫度的升高對混凝土的性能有很大的影響?；炷羶炔亢捅砻娴纳釛l件是不同的，但是整體的溫度很高，因為散熱程度不同，因而容易形成溫度梯度。溫度梯度的形成，內部就容易產生壓應力，表面產生拉應力，當拉應力一旦超過界限值，此時混凝土表面就會出現裂縫。
2）混凝土收縮
混凝土自身有一定的收縮性?；炷猎诳諝庵心Y過程中出現的體積減小的現象就稱為混凝土收縮。混凝土的收縮是不可逆的。而一旦在收縮的過程中受到外力的作用，此時的開裂現象就比較明顯?；炷潦湛s現象是一種自然的現象，但是在混凝土收縮的過程中出現裂縫，就需要格外引起注意，對整個過程加以嚴格的控制。在此過程中產生的裂縫主要分為三種：塑性收縮、干燥收縮、溫度收縮，根據受到的外來條件的不同主要分為這三大類。
3）外界氣候溫度變化的影響
現如今，空氣污染的進一步加劇，人們生活的氣候變化也更加反復無常。春夏秋冬經常隨機播放，如此一來，巨大的溫差必然會對混凝土的質量產生較大的影響。除了混凝土內部引發的裂縫，外界環境的變化也是引發混凝土開裂的一大重要原因。外界溫度越高，混凝土澆筑時的溫度就會越高，外界的溫度越低，混凝土澆筑時的溫度就會越低，如此一來，就容易形成溫度梯度，進而演變成混凝土裂縫。外界溫度的變化與混凝土裂縫有著直接的聯系，因而在混凝土配制和施工的過程中要格外注意。
三、混凝土裂縫的防治措施
混凝土出現裂縫已經成為了各大橋梁的通病之一，這也嚴重影響了混凝土自身的質量。在現有的發展情況下，積極采取應對措施，解決混凝土開裂的問題，已經成為了我們首要解決的問題。以下就主要分析幾種常見的控制措施。
1）嚴格控制混凝土配比
混凝土配制比例的確定需要事先經過仔細地實驗，多次確認無誤之后再確定?；炷僚渲七^程中使用的原料種類比較單一，但是每種原料都是缺一不可，發揮的作用也無可取代。在保障混凝土自身性能滿足設計要求的前提下，合理地選擇需要使用的原料。盡可能降低混凝土的單位用水量和水泥用量，對于需要使用的混凝土骨料也要進行嚴格控制。由于混凝土開裂很大程度與水泥水化熱有關，因而選擇水泥時盡可能選擇那種大壩水泥，這種水泥產生的熱量比較少，放熱速度也比較緩和，比較符合橋梁中混凝土的要求。使用的骨料盡可能選擇質量好，堿活性小的。此外，減少水泥的用量，也是一項十分關鍵的措施。我們可以通過加入煤灰、減水劑等低堿或無堿外加劑來減少水泥的用量。這樣不僅提升節約了水泥，而且提升了混凝土的使用性能。
2）混凝土施工過程中的控制措施
混凝土的施工工序比較復雜，要在整個施工過程中進行控制，就必須加強對整個施工過程的監管。①控制鋼筋施工不當而引起的裂縫?；炷潦┕ぶ氨仨氁幚砗娩摻钸@一道工序，而且鋼筋施工的效果就直接影響到混凝土的質量。整個過程必須要搭設工作平臺，避免在工作的過程中對固定的鋼筋產生影響。進一步提升鋼筋結構的穩定性。②增加構造鋼筋數量。鋼筋的數量會對混凝土的施工效果產生一定的影響。橋梁墩身本身就是一除容易出現裂縫的地方，針對這種情況，我們可以在墩身下部容易開裂的部位增加小直徑、小間距的構造鋼筋，以此來提升混凝土的抗裂性能，從而減少裂縫的出現。③控制混凝土入模溫度。溫度對混凝土的性能影響很大，因而在澆筑混凝土的時候，要嚴格控制模具的溫度。夏天施工的時候盡可能避開炎熱的天氣，實在無法避免的情況下，可以相應減少混凝土的攪拌次數。在冬天澆筑時為了確保溫度滿足要求，可以適當增加混凝土攪拌次數，提升混凝土自身溫度。④混凝土的養護?；炷恋酿B護措施很關鍵。尤其是在拆模之后的一段時間內，合理的養護措施對于提升混凝土性能有很大的幫助。
結語：綜上所述，橋梁墩身出現混凝土開裂的情況比較普遍，但是這個問題的存在也嚴重降低了橋梁的使用質量，因此我們必須根據現狀采取相應的防治措施，嚴格控制混凝土的配比，加強對施工過程的監管和控制，逐步提升混凝土的施工質量，從而提升橋梁的質量和使用壽命。
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混沌分析范文6
【關鍵詞】橋梁墩柱；混凝土；外觀質量
中圖分類號： TU528 文獻標識碼： A 文章編號：
前言
隨著我國加入WTO 組織,建筑產品國際化進程的加快,人們的觀念不斷更新, 社會對建筑產品的要求越來越高,“外觀質量”以其可見性和觀賞性引起了建設業主和社會各界的高度重視和追求。為提高建筑產品的質量,創造精品工程,打造品牌,增強市場競爭力,企業采取了各種提高工程質量的管理方法及施工工藝。因此,必須認真分析橋梁墩柱混凝土外觀質量存在的問題,并提出相應的處理、控制措施。
墩柱外觀質量存在的問題
1、混凝土表面泌水起砂
產生混凝土表面泌水起砂的主要原因是:
（1）墩柱模板加工的精度不夠；（2）模板因周轉次數多局部變形,導致接縫不嚴密而漏漿；（3）混凝土配合比不準確；（4）混凝土澆筑時間較長,攪拌時間短,沒有拌和均勻,振搗不密實或產生漏振；（5）模板加固不牢或地基不堅實, 支撐剛度不夠造成模板下陷變形；（6）在預留孔和預埋件處以及鋼筋密集處,澆筑的混凝土未充滿模板,振搗不夠；（7）澆筑方法不當,振搗未按規定程序及規范施工。
2、混凝土表面氣泡
混凝土外表的氣泡現象,要想完全杜絕,達到一點氣泡都沒有,在目前現有的施工工藝條件下有一定困難。氣泡出現的主要原因:（1）混凝土的振搗力度不夠, 振搗時間短、漏振、欠振以致水分氣泡未完全逸出；（2）混凝土分層厚度不均及拌和混凝土的坍落度過大,難以將多余水分完全振出；（3）不按振搗程序操作,由內向外振將水分趕向無孔的鋼模死角,致使水分很難振出；（4）拌合物的水灰比過大。
3、混凝土表面露筋
產生露筋的原因:（1）鋼筋骨架尺寸偏大；（2）鋼筋墊塊位移,或鋼筋緊貼模板,造成混凝土保護層不夠；（3）保護層部位的混凝土振搗不夠或漏振；（4）模板澆筑前未濕潤或濕潤不夠,模板吸水過多,致使混凝土水化不好,強度降低, 拆模時掉角露出鋼筋；（5）未達到規定強度即拆模,拆模過早形成掉角露筋；（6） 鋼筋過密,混凝土未能充滿鋼筋周圍空間；（7）振搗時,振搗棒撞擊鋼筋,使鋼筋位移；（8）冬季施工混凝土保溫措施不好,混凝土受凍,造成拆模掉角露筋。
4、混凝土表面裂縫
造成裂縫的原因:（1）水化熱作用；（2）混凝土收縮作用；（3）蒸汽養護或冬季施工時施工措施不當,混凝土驟冷驟熱,內外溫度不均，易出現裂縫；（4）混凝土分層或分段澆筑時,接頭部位處理不好,易在新舊混凝土和施工縫之間出現裂縫；（5）施工時模板剛度不足,在澆筑混凝土時,由于側向壓力的作用使得模板變形,產生與模板變形一致的裂縫；（6）施工時拆模過早,混凝土強度不足,使得構件在自重或施工荷載作用下產生裂縫；（7）施工前對支架壓實不足。
5、外觀顏色不一
造成外觀顏色不一致的原因:（1）使用的水泥、砂、碎石、外加劑等原料在產地上、品牌上、顏色上的不完全一致所造成；（2）養護條件不同所致；（3）拌合物在配合比上不完全一致。
墩柱外觀質量的控制措施
施工模板質量的控制
通過對模板的設計加工及安裝拆除等方面的有關控制，避免墩柱出現錯臺及明顯接縫的現象，確保墩柱結構物尺寸的精確及混凝土外表的光潔度。
模板的設計加工。墩柱模板是保證混凝土結構外觀質量的關鍵，鋼模板必須具有足夠的剛度及光潔度，并且要求單元面積大，接縫較少，接縫嚴密平順。鋼模板應根據結構施工圖及有關受力進行計算設計，且模板由專業生產廠家加工，確保鋼模板的加工質量。鋼模板在廠區加工完成后必須進行試拼驗收，在運至施工現場時再進行復試拼驗收，模板在專用場地內試拼。試拼檢查模板的加工精度，對精度差的局部地方進行整修，檢查不同節段間拼裝后的接縫的平順度及密封度，對精度較差的接縫用手提電動砂輪機進行磨平處理，以達到接縫平順嚴密的要求。對各單元鋼模內側板面進行“刨光”處理，“刨光”是用砂輪片磨掉鋼模表面氧化層，再用工業砂布磨平使其表面呈現金屬光澤，之后在板面上涂刷防護油以確保拆模后結構混凝土表面的光潔度。
模板的裝拆及保養。模板安裝前先給模板內側涂刷脫模劑，涂刷要均勻，待油劑自然風干后(一般以不明顯沾手為標準)才進行安裝操作。模板的拆除期限視氣溫、混凝土強度情況而定，一般氣溫低于+15℃時，24h 以后拆模；當氣溫高于+15℃時，12h 以后拆模，拆模時混凝土強度至少10MPa 以上。拆模后都要對模板進行磨刷整修等保養工作，確保模板每次使用的精度及光潔度要求。
注重模板的使用和管理。應選用能夠保證板面平整、光滑的冷軋鋼板做模板，板面要求平整、光潔、無砂眼、無銹斑、無傷痕。板材拼接的內表面須打磨光滑平整，無明顯凹凸痕跡。模板安裝要牢固穩定，墩柱的模板要用四根帶松緊器的鋼絲繩固定。
2、混凝土的控制
（1）混凝土原材的選用。嚴把原材料質量關，選用質量好、相對固定的原材料保證了混凝土外觀顏色的協調。
（2）嚴格混凝土配料、攪拌的規范操作。在選料上，要選用級配良好的砂石料，水泥庫存要一周以上，盡量選用同一產地、同一批次的原材料，不同批次的商品混凝土有時色差較大，盡量選用自拌混凝土。在配料時，要根據經驗和計算確定配合比，在保證施工工藝的前提下，盡量選用較小的坍落度，并進行澆筑試驗，保證混凝土表面均勻一致，色澤自然。要控制好混凝土的攪拌時間，保證混凝土拌合料均勻。在運輸時，要注意選用混凝土運輸車運輸混凝土，運到現場時最好先攪拌，然后卸料澆筑。
規范混凝土的澆鋪和振搗操作。堅持澆與搗并重，克服重振搗輕澆鋪的習慣。最好實行分層分段澆筑，在混凝土初凝時間內完成混凝土的分層接茬，分層虛鋪厚度以40cm 為宜，模板有陰角倒坡時，混凝土鋪至內側倒坡以下5cm，進行充分振搗，待將氣泡振出后，再澆筑倒坡處混凝土。每層振搗時始終保持澆與搗前后要相差一定的距離，一般為1m 左右?；炷翝蹭仌r盡量做到四周略高，中間略低;不能用振搗棒振趕攤平混凝土，以防止砂漿散失，導致混凝土均勻性較差?；炷翝蹭佉侠矸侄畏謱?，振搗棒要快插慢拔，不要出現漏振、欠振、過振、早振、快振、遲振等影響混凝土外觀質量的操作?；炷琳駬v時，應先周圍后中間，以便把氣泡盡量往中間趕避免氣泡聚集在模板處。同時，在混凝土澆筑過程中，要使混凝土保護層墊塊的間距最好在60～80cm 之間，墩柱的箍筋與主筋要緊貼，混凝土振搗時，振搗棒切勿碰鋼筋和模板，以確保消除鋼筋顯隱現象。
3、其它有關的控制措施
（1）加強鋼筋安裝穩定性和精度，避免鋼筋與模板的沖突，保證結構混凝土保護層的均勻性，有效防止露筋等外觀缺陷。
（2）加強混凝土的養護工作，防止混凝土結構外表發生裂紋。保證養護的頻率和時間，養護使用自來水，以保證混凝土的顏色一致。
（3）重視文明施工，注意結構物外觀防護，如做好高處施工混凝土的砂漿清除及污水引流工作，避免污染下層的結構物外表，保持混凝土結構外觀的清潔。
四、結束語
按照以上技術進行改進后，墩柱的外觀質量得到了有效的控制，混凝土外表光潔，沒有蜂窩、麻面及氣泡等外觀質量缺陷，達到了預期效果，滿足了業主的要求。
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