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基于K-means算法的建筑群震害分析模型缩减方法

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世界地震工程 2024年第1期40卷 72-79页

作者：陈夏楠张令心林旭川王祺中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 中国地震局工程力学研究所地震灾害防治应急管理部重点实验室黑龙江哈尔滨150080

基于建筑群模型和弹塑性时程分析的精细化城市震害模拟技术能够为防震减灾及应急救援决策提供必要的依据和参考。为了减小城市建筑群震害模拟的计算量和计算时间,本文提出一种基于聚类算法的建筑群模型缩减方法。该方法采用K-means聚类... 详细信息

基于建筑群模型和弹塑性时程分析的精细化城市震害模拟技术能够为防震减灾及应急救援决策提供必要的依据和参考。为了减小城市建筑群震害模拟的计算量和计算时间,本文提出一种基于聚类算法的建筑群模型缩减方法。该方法采用K-means聚类算法,首先基于建筑结构属性向量对建筑群进行聚类,将相似的建筑结构聚为一组;然后从每组选取一个代表建筑组成建筑群缩减模型,通过减少需要分析的建筑结构数量来减少建筑群震害模拟的计算量。本文对传统的K-means算法进行改进,通过设定组内建筑结构的差异上限自动调整聚类分组数量;提出将具体地震动作用下结构地震损伤指数作为结构属性向量进行聚类,并通过算例对比分别采用两种缩减模型,即基于损伤指数聚类的缩减模型与基于结构力学模型参数聚类的缩减模型,计算结构损伤状态准确程度。对比结果表明:在聚类分组数量相同的情况下,基于损伤指数的分组明显优于基于模型参数的分组,采用模型缩减方法能够在保证足够计算精度前提下显著减少建筑群震害模拟计算量和计算时间。

关键词：城市建筑群 K-means算法模型缩减结构模型参数地震损伤指数

基于深度学习的桥梁地震损伤快速评估方法研究

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基于深度学习的桥梁地震损伤快速评估方法研究

作者：苗思雨重庆交通大学

学位级别：硕士

传统桥梁结构的震害损伤评估一般是由资深研究学者或工程设计人员亲临现场进行勘探,但此种方法受限于评估人员的专业性和灾害现场环境,且评估时间长、效率差。因此,发展一种快速、准确且安全的方法进行桥梁结构震害损伤评估具有重要的... 详细信息

传统桥梁结构的震害损伤评估一般是由资深研究学者或工程设计人员亲临现场进行勘探,但此种方法受限于评估人员的专业性和灾害现场环境,且评估时间长、效率差。因此,发展一种快速、准确且安全的方法进行桥梁结构震害损伤评估具有重要的理论意义与实用价值,可以为灾后救援工作的顺利实施提供科学支撑和理论依据。本文提出了一种基于小波时频分析和卷积神经网络的桥梁结构震害快速损伤评估方法,该方法同时考虑了地震动的时域信息和非平稳的频域特征,建立起地震动信号与桥梁结构震害损伤之间的映射关系。主要研究内容如下:(1)对地震动加速度时程数据进行小波变换,获得地震动的时、频域特征,并绘制小波时频图,将其汇总形成卷积神经网络数据集。(2)通过Open Sees平台建立某三跨连续梁桥有限元模型,对桥梁结构进行非线性动力时程分析,基于Park-Ang双参数损伤模型计算Park损伤指数,并依据地震性能损伤目标,采用Green、Yellow、Red三种标签对损伤指数进行分类。(3)利用广泛使用的卷积神经网络:Alex Net、VGG16Net、Res Net34、Res Net101和轻量级卷积神经网络Mobile Net V2、Mobile Net V3对小波时频图数据集进行训练,采用迁移学习的方法,结合本文研究对象和目标,探寻适用于桥梁结构震害损伤评估的卷积神经网络。研究结果表明:本方法在桥梁结构震害损伤评估中具有较大的应用潜力,其中Res Net101网络模型识别性能最好,验证集识别准确率为83.25%。而轻量级卷积神经网络Mobile Net V2相比于Res Net101网络模型参数减少了20倍,而识别准确率仅仅下降了11%。

关键词：桥梁震害地震动时频特性小波变换地震损伤指数卷积神经网络

基于能量法的钢骨超高强混凝土柱-混凝土梁节点地震损伤分析

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防灾减灾工程学报 2017年第1期37卷 17-24页

作者：杨德强闫长旺刘曙光内蒙古工业大学土木工程学院内蒙古呼和浩特010051 内蒙古工业大学矿业学院内蒙古呼和浩特010051

为了研究钢骨超高强混凝土(SRUHSC)柱-混凝土(RC)梁框架节点的地震损伤,在12个框架节点低周反复加载试验基础上,分析损伤发展规律。根据能量等效原理,以框架节点在外力所作功为初始总能量,建立了框架节点地震损伤定量计算方法,并对地震... 详细信息

为了研究钢骨超高强混凝土(SRUHSC)柱-混凝土(RC)梁框架节点的地震损伤,在12个框架节点低周反复加载试验基础上,分析损伤发展规律。根据能量等效原理,以框架节点在外力所作功为初始总能量,建立了框架节点地震损伤定量计算方法,并对地震损伤指数增长规律进行了分析。分析了配箍率、轴压比、钢骨形式3种试验参数对地震损伤指数的影响。进而提出了SRUHSC柱-RC梁框架节点的地震损伤评定模型。结果表明:基于能量法建立的地震损伤指数和评定模型,能较好地反映在低周反复荷载作用下SRUHSC柱-RC梁框架节点的损伤状态,该结果可为此类结构的抗震加固修复提供理论参考。

关键词：钢骨超高强混凝土能量等效原理地震损伤指数地震损伤评价模型

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锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤分析

硅酸盐通报 2016年第10期35卷 3330-3335,3350页

作者：邢国华孙诚项荣晨刘伯权长安大学建筑工程学院西安710061

对12根锈蚀钢筋混凝土梁进行了地震损伤分析,得到锈蚀梁地震损伤指数随加载循环水平的变化曲线,即D-N曲线,分析了锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤演化规律以及钢筋锈蚀率、试件破坏形式对地震损伤指数的影响。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁... 详细信息

对12根锈蚀钢筋混凝土梁进行了地震损伤分析,得到锈蚀梁地震损伤指数随加载循环水平的变化曲线,即D-N曲线,分析了锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤演化规律以及钢筋锈蚀率、试件破坏形式对地震损伤指数的影响。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤指数随循环水平的增加而增大,且地震损伤指数增长速率逐渐加大;同一循环水平下锈蚀梁地震损伤指数随锈蚀率的增加而增大,而对于锈蚀率低于5%的锈蚀混凝土梁试件,由于锈蚀改善了钢筋与混凝土间的粘结性能,其损伤指数略低于未锈蚀梁的损伤指数;纵筋与箍筋同时锈蚀的混凝土梁地震损伤演化规律与仅箍筋锈蚀的混凝土梁损伤演化类似;随着锈蚀率增大,锈蚀钢筋混凝土梁将由弯曲破坏演变为剪切破坏,与发生弯曲破坏的锈蚀梁相比,锈蚀梁发生剪切破坏时地震损伤指数较小,但绝大多数损伤指数均大于0.6;锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤模型中试件经历的循环加载位移幅值对损伤指数起主控作用。

关键词：钢筋混凝土梁箍筋锈蚀率地震损伤指数演化

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锈蚀钢筋混凝土梁承载性能退化模型研究

锈蚀钢筋混凝土梁承载性能退化模型研究

作者：何卫东长安大学

学位级别：硕士

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素。侵蚀环境下混凝土结构中钢筋易于发生锈蚀,造成混凝土、钢筋等材料力学性能劣化、界面粘结性能退化以及构件截面几何尺寸变化,导致服役期混凝土结构承载能力下降,严重影响结构的安全使... 详细信息

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素。侵蚀环境下混凝土结构中钢筋易于发生锈蚀,造成混凝土、钢筋等材料力学性能劣化、界面粘结性能退化以及构件截面几何尺寸变化,导致服役期混凝土结构承载能力下降,严重影响结构的安全使用。钢筋混凝土梁是混凝土结构中重要的受力构件,因此锈蚀钢筋混凝土梁的性能退化模型的研究显得尤为重要。本文研究了钢筋在氯盐和酸雨环境中的锈蚀形态及锈蚀后力学性能,系统分析了锈蚀钢筋混凝土梁的正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力以及锈蚀梁的有效抗弯刚度,并对锈蚀钢筋混凝土梁进行了地震损伤分析,采用ABAQUS程序中的塑性损伤模型对复杂应力下混凝土的破坏情况进行了数值模拟。通过在模拟酸雨溶液及质量分数为3.5%的氯化钠溶液中的浸泡试验,对钢筋锈蚀行为进行了试验研究,浸泡时间分别为3天和8天,研究了钢筋锈蚀形态及锈蚀后钢筋的力学性能。研究结果表明:在氯盐和酸雨环境中,钢筋表面均有锈蚀产物生成,在氯盐环境下的锈蚀产物较酸雨环境中的锈蚀产物紧密,且在酸雨环境中钢筋锈蚀较为严重;钢筋质量损失率随浸泡时间的增加而增大;在低锈蚀率情况下,钢筋屈服强度以及极限强度几乎没有变化。以锈损率较低的钢筋混凝土简支梁为对象,提出考虑钢筋、混凝土材料性能劣化和几何尺寸变化的受弯承载力计算公式;采用换算截面法计算锈蚀钢筋混凝土梁的等效刚度,给出考虑锈蚀钢筋、混凝土二者间黏结性能退化的有效刚度计算公式,建议锈蚀钢筋混凝土在集中荷载作用下跨中挠度的计算方法,通过39根锈蚀钢筋混凝土梁的试验数据对建议受弯分析模型进行了验证。锈蚀试件计算得到的荷载-跨中挠度曲线与试验曲线吻合较好,变化趋势相当。在试验研究基础上,结合已有试验成果,以锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面为研究对象,对锈蚀钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力进行了探讨。提出了集中荷载作用下的锈蚀钢筋混凝土梁抗剪强度计算模型,应用拉压杆模型对锈蚀梁受剪承载力进行了计算,并通过75根锈蚀梁的试验结果对建议计算模型验证。基于ABAQUS对12根锈蚀钢筋混凝土梁进行了地震损伤分析,得到锈蚀梁地震损伤指数随加载循环水平的变化曲线,即D-N曲线,分析了锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤演化规律以及锈蚀率、试件破坏形式对地震损伤指数的影响。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤指数随循环水平增加而增大,且地震损伤指数增长速率逐渐加大;锈蚀钢筋混凝土梁地震损伤模型中试件经历的循环加载位移幅值对损伤指数起主控作用。

关键词：黏结锈蚀受弯性能抗剪强度梁有效刚度地震损伤指数