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钢绞线非均匀锈蚀下混凝土胀裂细观数值模拟

中外公路 2024年第2期44卷 174-181页

作者：曾天宝陈宏黄筱淇涂荣辉戴理朝南昌市城市规划设计研究总院江西南昌330000 浙江省交通工程管理中心浙江杭州310000 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

针对捻制构造钢绞线非均匀锈蚀引起的混凝土胀裂问题,该文建立钢绞线锈蚀产物非均匀膨胀模型和钢绞线非均匀锈蚀下混凝土胀裂细观数值模型。混凝土材料被模拟为由砂浆基质、骨料、界面层所组成的三相复合材料,并通过嵌入黏聚单元模拟由... 详细信息

针对捻制构造钢绞线非均匀锈蚀引起的混凝土胀裂问题,该文建立钢绞线锈蚀产物非均匀膨胀模型和钢绞线非均匀锈蚀下混凝土胀裂细观数值模型。混凝土材料被模拟为由砂浆基质、骨料、界面层所组成的三相复合材料,并通过嵌入黏聚单元模拟由钢绞线非均匀锈蚀导致的混凝土胀裂行为。通过与已有试验对比验证所建模型的合理性,并分析混凝土保护层厚度与骨料含量对锈胀裂缝宽度的影响。结果表明:所建立的非均匀细观数值模型能够合理地模拟钢绞线非均匀锈蚀导致的混凝土胀裂全过程。考虑钢绞线非均匀锈蚀特征可以有效地提高锈胀裂缝预测精度。锈胀裂缝宽度随混凝土保护层厚度减小而增大,随混凝土中骨料含量增大而减小。

关键词：桥梁工程钢绞线锈蚀锈胀开裂非均匀锈蚀细观数值模型

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基于小波散射卷积神经网络的结构损伤识别

振动与冲击 2023年第14期42卷 138-146页

作者：马亚飞李诚何羽王磊涂荣辉长沙理工大学土木工程学院长沙410114 浙江省交通工程管理中心杭州310014

损伤识别是结构状态评估领域的关键问题之一,对确保结构安全性有重要意义。深度学习算法在基于振动的结构损伤识别方面带来了许多突破,但从海量数据中挖掘结构损伤关键信息仍是亟待解决的技术难题。该研究提出了基于一维卷积神经网络(on... 详细信息

损伤识别是结构状态评估领域的关键问题之一,对确保结构安全性有重要意义。深度学习算法在基于振动的结构损伤识别方面带来了许多突破,但从海量数据中挖掘结构损伤关键信息仍是亟待解决的技术难题。该研究提出了基于一维卷积神经网络(one-dimensional-convolutional neural network,1D-CNN)深度学习的结构多类型损伤识别模型,采用小波散射变换对1D-CNN架构第一层卷积滤波器进行替换,通过散射系数实现输入层原始数据降维与特征提取,结合CNN卷积层、激活层和池化层实现监测数据特征增强处理。在此基础上,结合1D-CNN全连接层与Softmax函数实现特征数据分类,从而实现结构多类型损伤定位与定量高效识别。通过钢桁架结构和斜拉桥两种数值模型对上述框架进行了验证。结果表明:与普通卷积神经网络模型相比,基于小波散射卷积神经网络的结构损伤识别精度显著提升,损伤分类准确率达95.0%以上。随着传感数据环境噪声比例的增加,小波散射卷积神经网络损伤分类准确率虽略有下降,但仍保持较高精准度,说明该方法具有较强的鲁棒性抗噪能力。

关键词：结构状态评估深度学习小波散射变换卷积神经网络(CNN) 损伤识别

气候变化影响下钢筋混凝土碳化损伤不确定性分析

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铁道科学与工程学报 2023年第8期20卷 3181-3191页

作者：彭建新廖鹏飞王斌涂荣辉长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 广东省高速公路发展股份有限公司广东广州510000 浙江省交通工程管理中心浙江杭州310000

CO_(2)的累积排放会对钢筋混凝土造成严重不可逆的腐蚀损伤。此外,温度的升高也会加速腐蚀速率。因此,探究气候变化对未来混凝土的耐久性的影响具有重要意义。依据优化的碳化深度预测模型,结合世界气候变化研究组织机构(IPCC)预测的大气... 详细信息

CO_(2)的累积排放会对钢筋混凝土造成严重不可逆的腐蚀损伤。此外,温度的升高也会加速腐蚀速率。因此,探究气候变化对未来混凝土的耐久性的影响具有重要意义。依据优化的碳化深度预测模型,结合世界气候变化研究组织机构(IPCC)预测的大气CO_(2)浓度最新数据,描述了不同排放策略下的CO_(2)浓度和全球表面平均气温变化的规律,并分析两者对混凝土结构碳化损伤的影响。由此提出一种在不同CO_(2)排放策略作用下,同时考虑空间变异性、偶然和认知不确定性的混凝土碳化腐蚀概率评估方法,以此来计算不同服役时间下的混凝土碳化深度和碳化腐蚀开始概率。研究表明:根据最新气候报告数据,随着水灰比的增加,碳化深度在不断增加且增幅也不断变大;当考虑空间变异性时,会使RCP2.6和RCP8.5排放策略的碳化深度都增加12%以上。而无论是否考虑空间变异性,RCP8.5对应的碳化深度都是RCP2.6的1.77倍以上。在RCP8.5排放策略下,同时考虑空间变异性、偶然和认知不确定性的混凝土碳化腐蚀开始时间比仅考虑偶然不确定性提早了16 a。研究结果证明了研究混凝土碳化损伤考虑未来的气候变化和不确定性分析的必要性。

关键词：钢筋混凝土碳化 CO_(2)排放不确定性气候变化概率分析

锈蚀PC梁疲劳寿命预测及界面滑移区量化研究

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土木与环境工程学报(中英文) 2023年

作者：戴理朝刘静瑾涂荣辉王磊长沙理工大学土木工程学院浙江省交通工程管理中心

重复荷载和锈蚀共同作用会造成预应力混凝土（PC）构件疲劳损伤，降低其使用寿命。以钢绞线疲劳裂纹扩展尺寸、混凝土疲劳累积残余应变为损伤参数，综合考虑钢绞线疲劳裂纹扩展、界面锈蚀疲劳粘结退化及混凝土疲劳损伤的影响，提出考虑... 详细信息

重复荷载和锈蚀共同作用会造成预应力混凝土（PC）构件疲劳损伤，降低其使用寿命。以钢绞线疲劳裂纹扩展尺寸、混凝土疲劳累积残余应变为损伤参数，综合考虑钢绞线疲劳裂纹扩展、界面锈蚀疲劳粘结退化及混凝土疲劳损伤的影响，提出考虑力筋残余应变的粘结滑移区不协调变形量化方法及锈蚀PC梁疲劳寿命预测方法。然后通过试验数据验证预测方法的合理性，并讨论不同预应力、锈蚀程度和应力水平作用下锈蚀PC梁界面疲劳粘结滑移情况。研究结果表明：提出的预测方法可有效预测界面滑移情况及锈蚀PC梁的疲劳寿命；预应力大小是影响锈蚀PC梁发生疲劳粘结滑移的重要参数，随着锈蚀率、应力水平的提高，构件易发生疲劳粘结滑移，而预应力的增大可有效减少界面疲劳粘结滑移的发生；在高应力水平下更严重的应变不协调会导致更大的残余滑移，滑移量曲线及其斜率随着应力水平的提高而整体抬升、变陡。

关键词：预应力混凝土锈蚀疲劳寿命应力水平粘结滑移

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锈蚀先张预应力混凝土构件传递长度研究

工业建筑 2023年第10期53卷 44-50页

作者：易驹王磊雷鸣胡卓涂荣辉长沙学院土木工程学院长沙410022 长沙理工大学土木工程学院长沙410114 浙江省交通工程管理中心杭州310014

锈蚀影响下先张预应力混凝土(PC)构件预应力传递长度评估对此类结构性能评价至关重要。首先基于厚壁圆筒理论,分析了预应力放张引起的端部混凝土开裂及传递界面受力特征。然后,考虑钢绞线七丝横截面锈胀特征,将初始放张开裂与锈胀开裂... 详细信息

锈蚀影响下先张预应力混凝土(PC)构件预应力传递长度评估对此类结构性能评价至关重要。首先基于厚壁圆筒理论,分析了预应力放张引起的端部混凝土开裂及传递界面受力特征。然后,考虑钢绞线七丝横截面锈胀特征,将初始放张开裂与锈胀开裂相结合,分析锈蚀影响下传递长度范围内混凝土二次开裂特征,得到传递长度范围内钢绞线侵蚀深度、锈蚀率与界面锈胀位移关系,并考虑开裂混凝土抗拉软化,推导传递长度内开裂混凝土及箍筋共同约束下钢绞线径向压应力计算模型,求得黏结应力分布。最后,基于黏结应力与预应力平衡关系,求得钢绞线与混凝土应变分布,确定锈胀开裂下预应力传递长度。将试验与理论结果对比表明所提出的方法可合理预测先张PC构件在不同锈蚀位置、锈蚀程度下的传递长度发展规律。

关键词：先张预应力混凝土锈蚀传递长度

微分等价递归算法研究及在体系可靠度分析中的应用

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微分等价递归算法研究及在体系可靠度分析中的应用

作者：涂荣辉长沙理工大学

学位级别：硕士

基于可靠度理论对土木工程结构进行可靠性设计和评估已经取得显著的成果,但目前研究和应用主要还是停留在构件和截面可靠度水平上,而工程中的结构大都是由多个构件组成的结构体系。如何对体系进行可靠度分析是近年来可靠度研究领域的热... 详细信息

基于可靠度理论对土木工程结构进行可靠性设计和评估已经取得显著的成果,但目前研究和应用主要还是停留在构件和截面可靠度水平上,而工程中的结构大都是由多个构件组成的结构体系。如何对体系进行可靠度分析是近年来可靠度研究领域的热点,而寻求结构体系的主要失效模式与计算体系的失效概率又是体系可靠度分析的两大难点。本文围绕体系可靠度分析中的这两大难点开展研究,取得以下主要成果。1、编制JC法计算构件可靠指标的程序;考虑失效模式间的相关性,分析三种情况功能函数的失效模式间相关系数的确定方法。2、传统微分等价递归算法求解等价失效模式存在计算量大、存储量大等缺陷,本文基于微分等价递归算法的基本原理,推导了等价失效模式的解析表达式,改进了微分等价递归算法。从三个方面分析微分等价递归算法等价失效模式的性能,提高了等价失效模式计算体系失效概率的精度。分析等价失效模式求解体系失效概率产生误差的原因,修正了微分等价递归算法计算体系失效概率的计算公式。3、将改进后的微分等价递归算法与广义β约界法结合起来识别体系的主要失效模式,不但不遗漏主要失效模式的识别,而且避免重复识别强相关性的失效路径,减少了主要失效模式识别过程的计算量、存储量,提高了主要失效模式的识别效率。4、基于微分等价递归算法基本原理的等价原则,推导体系功能函数重构为极限状态面的计算公式,为结构体系功能函数的重构奠定了理论基础。5、研究改进后的微分等价递归算法在串联、并联体系失效概率计算中的应用,并与概率网络估算技术、宽区间估算法、窄区间估算法及数值差分法进行比较,证实了改进后的微分等价递归算法在串、并联结构体系失效概率计算中的实用性和准确性。研究了串联结构体系最弱失效模式对体系失效概率的影响,进行最弱失效模式失效概率与体系失效概率之比的灵敏性分析,证实了最弱失效模式对体系失效概率的主要决定作用。

关键词：可靠度体系失效概率失效模式系统功能函数微分等价递归算法

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宜宾长江大桥主梁施工应力测试与分析

桥梁建设 2008年第2期38卷 71-73,77页

作者：刘扬涂荣辉中南大学土木建筑学院湖南长沙410008 长沙理工大学桥梁与结构工程学院湖南长沙410076

混凝土实测应变包含弹性应变、徐变应变及混凝土自由变形、温度应变等非应力应变。探讨了无应力应变、徐变应变以及混凝土水化热影响的剔除办法,提出用测试应变增量来反映应力的处理方法,并将该方法应用于宜宾长江大桥工程实例,结果表... 详细信息

混凝土实测应变包含弹性应变、徐变应变及混凝土自由变形、温度应变等非应力应变。探讨了无应力应变、徐变应变以及混凝土水化热影响的剔除办法,提出用测试应变增量来反映应力的处理方法,并将该方法应用于宜宾长江大桥工程实例,结果表明应力实测值与理论计算值吻合较好。

关键词：预应力混凝土桥斜拉桥施工阶段非应力应变徐变应变水化热

缅怀我们的恩师——叶笃正先生的学术成就和治学精神

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大气科学 2024年第1期48卷 1-7页

作者：黄荣辉黄刚中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学国家重点实验室北京100029 中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100029

本文是为纪念我们的恩师叶笃正先生逝世10周年及他对我国大气科学和中国科学院大气物理研究所发展的重大贡献而写。本文简要地回顾他对大气科学的主要贡献,在70多年的研究生涯,他提出了罗斯贝波能量频散理论,此理论已是动力气象学的经... 详细信息

本文是为纪念我们的恩师叶笃正先生逝世10周年及他对我国大气科学和中国科学院大气物理研究所发展的重大贡献而写。本文简要地回顾他对大气科学的主要贡献,在70多年的研究生涯,他提出了罗斯贝波能量频散理论,此理论已是动力气象学的经典理论之一;并且他创立了东亚大气环流理论和青藏高原气象学;特别是他提出了大气运动过程适应的尺度理论以及全球增暖适应的新概念。本文还简单回顾了他对大气物理研究所发展的杰出贡献和他严谨、认真的科学精神。

关键词：频散大气环流适应青藏高原气候变化

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大气热带波动研究进展

大气科学 2024年第1期48卷 305-320页

作者：武亮冯涛黄荣辉中国科学院大气物理研究所北京100029 中国气象局上海台风研究所上海200030 河海大学海洋学院南京210098

本文简要回顾了热带波动的浅水理论解及对应的波动特征。系统介绍了从观测资料中区分和分离热带波动的信号的方法,指出近年来在热带波动观测和分离研究方面取得了明显进展,许多不同于经典波动理论的新特征被揭示。在此基础上回顾了几种... 详细信息

本文简要回顾了热带波动的浅水理论解及对应的波动特征。系统介绍了从观测资料中区分和分离热带波动的信号的方法,指出近年来在热带波动观测和分离研究方面取得了明显进展,许多不同于经典波动理论的新特征被揭示。在此基础上回顾了几种影响波动演变的机制(如,波流相互作用、波动—积云对流相互作用、水汽作用等)来部分解释观测热带波动与理论的差异的可能原因。这些研究表明局地大尺度环流和湿对流等在热带波动结构演变、强度和位置中有着重要作用。文中还综述了热带波动对热带气旋生成和路径的影响及可能机制,这表明热带波动的变化能够较好解释热带天气(如,热带气旋)的变化特征。最后,大气热带波动研究依然有许多科学问题亟待解决,它对于大气科学发展具有重要科学意义。

关键词：大气热带波动浅水方程解观测特征和机理热带气旋

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