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双重耗能连接正交胶合木结构振动台试验研究

建筑结构学报 2024年第9期45卷 216-226页

作者：熊海贝何倩郑颖达陈佳炜同济大学土木工程学院上海200092 南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

为研究采用软钢屈服和橡胶剪切双重耗能机制连接的正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)结构抗震性能,分别针对基准模型和底层多门洞模型2个足尺模型开展了模拟地震振动台试验研究。考虑近震和远震影响特点及场地特性,选用El Centro... 详细信息

为研究采用软钢屈服和橡胶剪切双重耗能机制连接的正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)结构抗震性能,分别针对基准模型和底层多门洞模型2个足尺模型开展了模拟地震振动台试验研究。考虑近震和远震影响特点及场地特性,选用El Centro波、汶川波和上海人工波,峰值加速度由0.035g逐级增大至0.80g,获取了两个模型的动力特性和地震响应。结果表明:基准模型和底层多门洞模型的基本自振频率分别为4.125 Hz和3.625 Hz;两个模型的振型在8度半罕遇地震(输入峰值加速度0.51g)试验前未出现明显变化,基本自振频率仅下降约5%,表明模型结构此前仅有轻微损伤,验证了耗能连接良好的消能减震效果;底层多门洞模型在经历输入峰值加速度0.80g的试验后,最大层间位移角为1/60,损伤集中于耗能连接的软钢耗能段屈服断裂,结构阻尼比达13%,实现了9度罕遇地震下连接可更换、结构可修复的目标。此外,两个模型在不同地震波激励下的剪重比-屋顶位移曲线形状相似,其中底层多门洞模型在加速度峰值为0.80g的El Centro波激励下,最大屋面位移接近100 mm,基底剪重比约1.80,但模型结构仍保持较强的弹性变形能力。

关键词：正交胶合木结构双重耗能连接振动台试验动力特性抗震性能

新型耗能连接正交胶合木剪力墙抗侧力性能试验

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 697-706页

作者：陈佳炜熊海贝彭增鑫王瑞明南京林业大学土木工程学院江苏南京210037 同济大学土木工程学院上海200092 联领建筑科技(上海)有限公司上海202172

为研究基于软钢屈服与橡胶剪切变形双重耗能机制新型连接的正交胶合木剪力墙抗侧力性能,考虑顶部竖向荷载、墙体高宽比、耗能连接件可更换性等因素,对6榀2.4m高足尺试件进行了单调及低周往复加载试验,并与普通金属连接正交胶合木墙体进... 详细信息

为研究基于软钢屈服与橡胶剪切变形双重耗能机制新型连接的正交胶合木剪力墙抗侧力性能,考虑顶部竖向荷载、墙体高宽比、耗能连接件可更换性等因素,对6榀2.4m高足尺试件进行了单调及低周往复加载试验,并与普通金属连接正交胶合木墙体进行对比试验,获取并分析了剪力墙的破坏过程、力学性能参数及各项因素对抗侧力性能的影响规律。结果表明:新型耗能连接正交胶合木剪力墙在侧向力下的损伤主要集中在耗能连接的软钢耗能段屈服断裂与耗能橡胶脱胶破坏,墙体板材与自攻螺钉未见损伤;增大顶部竖向荷载可有效提升墙体的抗侧力性能,而增大高宽比主要可增加墙体的变形能力与延性;与普通金属连接墙体相比,耗能连接墙体的最大承载力相近,但延性提升26%,耗能能力提升38%,最大层间位移角可达1/23,且在原位替换耗能连接修复的墙体与原墙体的抗侧力性能相近,表明新型耗能连接正交胶合木剪力墙具有较好抗震性能,可实现强震后连接可更换、结构可修复的设计目标。

关键词：正交胶合木剪力墙结构新型耗能连接抗侧力性能破坏模式

对抗神经深度网络与信号重构技术对混凝土梁应力波损伤信号的模糊聚类

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工程力学 2024年第8期41卷 47-55页

作者：袁程熊青松秦晓明熊海贝孔庆钊同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

作为嵌入式的多功能压电换能器,球形智能骨料具有频带宽、响应迅速、与混凝土互融的优点。目前,基于该球形智能骨料的损伤识别方法已经被逐渐用于混凝土结构的健康监测,通过将损伤工况下获取的信号与基准信号相比来量化结构损伤。为了... 详细信息

作为嵌入式的多功能压电换能器,球形智能骨料具有频带宽、响应迅速、与混凝土互融的优点。目前,基于该球形智能骨料的损伤识别方法已经被逐渐用于混凝土结构的健康监测,通过将损伤工况下获取的信号与基准信号相比来量化结构损伤。为了表征所监测结构在不同阶段的损伤程度,需要利用小波分解法处理采集到的压电信号,从而间接得到相应的损伤指数。该过程将所有时域信号进行n阶小波分解换算成能量,最后通过计算根均方误差来表征结构的损伤因子。然而,整个换算过程需要消耗较大的算力对近百组的时域信号进行换能计算,加上信号采集频率高,减缓了整个计算过程,使得整个监测流程具有滞后性。针对以上问题,该文提出了一种基于对抗神经网络与监测信号重构的半监督监测方法,可以根据重构信号与初始健康信号在频域的差异提取损伤敏感特征,同时优化模糊聚类的伪标签传播,通过读取监测信号间接评估结构的损伤状态。所建立结构状态评估模型的优势在于通过“致损前训练验证、致损后快速预测”的逻辑,将耗时较长的训练、验证环节前置,保障后期预测评估的高效性。

关键词：钢筋混凝土梁结构健康监测压电陶瓷换能器深度学习模糊聚类

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基于振动信号深度表征学习的高层建筑结构振动识别

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工程力学 2024年第9期41卷 134-143页

作者：熊青松熊海贝孔庆钊陈琳丁叶蔚袁程同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

振动识别对于实现结构振动控制、性态监测评估具有重要作用。“智慧城市”背景下的高层建筑结构对其振动响应识别提出了更高的要求,传统基于时频域转换与图神经网络的振动识别方法在计算成本和工程适用性上的局限性愈发显著。该文提出... 详细信息

振动识别对于实现结构振动控制、性态监测评估具有重要作用。“智慧城市”背景下的高层建筑结构对其振动响应识别提出了更高的要求,传统基于时频域转换与图神经网络的振动识别方法在计算成本和工程适用性上的局限性愈发显著。该文提出了一种基于振动信号深度表征学习的振动识别方法。在该方法中通过搭建自编码网络对一维频域信号进行自监督学习用以获取振动表征信息,然后基于原始信号和重构信号进行振动敏感参数定义和计算,其结果作为特征工程输入到线性分类器模型中进行训练,进而实现对振动的快速识别。该文以某超高层建筑在不同环境激励下的振动响应识别为例,验证了所提出方法的可靠性。同时为证明提出方法的优越性,引入了目前普遍认为最优的MFCC+CNN振动识别方法进行对比,结果表明,该文提出的方法在计算时间上节省了近20倍,并且整体识别精度从0.74提高到0.95以上。

关键词：振动识别表征学习高层建筑结构自编码器深度学习

基于数-物模型混合交互反馈的结构近实时震害评估理论框架

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结构工程师 2024年第1期40卷 1-10页

作者：熊青松熊海贝袁程孔庆钊同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 香港理工大学土木及环境工程学系中国香港

科学合理的结构震害评估对于提升城市抗震韧性与运维智慧具有重要意义。针对韧性城市构建现阶段的实际需求与重要难题,面向“全域、动态、实时”的结构震害评估新范式,以基于数模的多模态特征融合和基于物模的多层次数值仿真模拟为理论... 详细信息

科学合理的结构震害评估对于提升城市抗震韧性与运维智慧具有重要意义。针对韧性城市构建现阶段的实际需求与重要难题,面向“全域、动态、实时”的结构震害评估新范式,以基于数模的多模态特征融合和基于物模的多层次数值仿真模拟为理论架构的两大基本要素,依托深度学习、数字孪生、数物融合等新技术,提出了基于数-物模型混合交互反馈的结构近实时震害评估理论框架,并对该框架中的主要研究内容与关键科学问题进行了详细阐述。所提出的理论架构有望提升结构震害评估的实时性与智能性,助力推进韧性城市构建以及城市系统的智慧运维。

关键词：结构震害数-物融合混合交互反馈近实时评估深度学习

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一种新型可展拱桥的探索

湖南大学学报（自然科学版） 2018年第1期45卷 19-25页

作者：熊海贝宋依洁同济大学土木工程学院上海200092

提出了一种新型的救灾用可展拱桥体系,包括可展桥体系、构件、连接、展开方式等.该可展桥以三角形剪式单元作为基本可展构件,以小型机械牵引,快速展开固定.可展拱桥由可展主拱肋、吊杆、可展桥面板等构件组成,形成了兼具可展性与稳定性... 详细信息

提出了一种新型的救灾用可展拱桥体系,包括可展桥体系、构件、连接、展开方式等.该可展桥以三角形剪式单元作为基本可展构件,以小型机械牵引,快速展开固定.可展拱桥由可展主拱肋、吊杆、可展桥面板等构件组成,形成了兼具可展性与稳定性的空间结构.对有限元弹性和弹塑性模型进行分析,优化桥体结构,进行线性及非线性屈曲分析.优选方案的线性屈曲安全系数为5.72,非线性屈曲安全系数为2.95,验证了该可展桥的承载能力和结构性能.该可展桥具有构件轻巧、运输方便、施工快捷、承载力大等优点.

关键词：可展拱桥三角形剪式单元结构性能屈曲分析灾后交通

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国外高层木结构研究综述

同济大学学报（自然科学版） 2016年第9期44卷 1297-1306页

作者：熊海贝欧阳禄吴颖同济大学土木工程学院上海200092

整理和分析了国外高层木结构研究现状,重点介绍了适用于高层木结构的正交层板胶合木(CLT)的最新研究进展,指出纵横交错的层板在承受平面外荷载时,其横向层的滚动抗剪性能需重点关注.针对高层木结构的关键问题,即结构体系、结构抗震与抗... 详细信息

整理和分析了国外高层木结构研究现状,重点介绍了适用于高层木结构的正交层板胶合木(CLT)的最新研究进展,指出纵横交错的层板在承受平面外荷载时,其横向层的滚动抗剪性能需重点关注.针对高层木结构的关键问题,即结构体系、结构抗震与抗风性能、节点连接和抗火性能的研究进展进行了综述,指出结构体系中抗侧力性能、构件间的连接以及力的传递是今后研究的重点;高层木结构抗火性能的研究可以借鉴低层和多层木结构,但高度和人群密集的影响需特别关注.最后,对我国高层木结构的发展进行了展望,对关键问题进行了分析和总结.

关键词：高层木结构绿色建筑正交层板胶合木滚动抗剪性能抗震与抗风

高层混凝土框架核心筒-木盒混合结构抗震性能研究

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建筑结构学报 2018年第8期39卷 62-70页

作者：熊海贝陈佳炜吴颖同济大学土木工程学院

提出了一种以混凝土框架-核心筒结构为“主结构”,每层主结构间内嵌3层装配式轻型木结构为“子结构”的装配式高层建筑结构体系。该混合结构体系实现了建筑使用功能多样化,结构体系集成化,建筑材料绿色化,建造施工装配化的特点。着重研... 详细信息

提出了一种以混凝土框架-核心筒结构为“主结构”,每层主结构间内嵌3层装配式轻型木结构为“子结构”的装配式高层建筑结构体系。该混合结构体系实现了建筑使用功能多样化,结构体系集成化,建筑材料绿色化,建造施工装配化的特点。着重研究了体系中主结构与子结构间的连接,根据连接的特点和强弱,提出了3种不同的结构模型：1）重力模型,其特点是主结构与子结构在侧向不连接或弱连接,不考虑子结构对整体结构抗侧刚度的贡献;2）刚度模型,主子结构间采用螺栓有效连接;3）隔震模型,其子结构底面与主结构采用隔震支座连接。采用有限元软件SAP2000对3种具有不同受力特点的模型结构进行抗震性能分析研究。结果表明：重力模型主结构受力安全合理;刚度模型中子结构对整体结构抗侧刚度的贡献可达6%~35%;隔震模型中隔震子结构可明显降低整体结构的地震反应。与建筑功能相同的混凝土框架核心筒结构相比,混凝土框架核心筒-木盒结构自重可减轻25%,地震作用可减小30%,有利于在地震设防区应用。

关键词：高层建筑绿色建筑混凝土-木混合结构结构连接有限元分析抗震性能

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半刚性连接梁柱式木结构抗侧力性能研究

同济大学学报（自然科学版） 2018年第8期46卷 1011-1017页

作者：刘应扬张枫熊海贝郑州大学土木工程学院河南郑州450001 同济大学土木工程学院上海200092

考虑木结构节点的半刚性特性,推导了半刚性框架在侧向力作用下的刚度计算公式,讨论了节点半刚性对框架内力分配的影响.对3榀单层单跨梁柱式木框架足尺试件进行了水平荷载试验,其中1榀为单调加载,2榀为低周反复加载;对5个采用相同设计的... 详细信息

考虑木结构节点的半刚性特性,推导了半刚性框架在侧向力作用下的刚度计算公式,讨论了节点半刚性对框架内力分配的影响.对3榀单层单跨梁柱式木框架足尺试件进行了水平荷载试验,其中1榀为单调加载,2榀为低周反复加载;对5个采用相同设计的梁柱节点足尺试件进行了抗弯性能试验,其中3个为单调加载,2个为低周反复加载.根据试验现象研究了螺栓连接木结构梁柱框架的抗侧力性能、梁柱节点的抗弯性能以及两者的传力机理和破坏模式.最后,基于获得的试验数据对推导的理论公式进行了验证.

关键词：木结构框架半刚性连接抗侧力性能理论分析试验研究