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饱和黏土中吸力桶基础离心振动台试验及地震响应分析

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岩石力学与工程学报 2025年第3期44卷 769-780页

作者：崔鹤黄茂松时振昊同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室上海200092

我国近海风电场表层海床主要为软黏土,易发生循环弱化与变形累积。在地震作用下吸力桶基础及上部结构可发生位移过量累积,威胁风机正常服役。开展单桶及多桶导管架基础风机离心振动台试验,并基于考虑土体小应变刚度的循环加载不排水黏... 详细信息

我国近海风电场表层海床主要为软黏土,易发生循环弱化与变形累积。在地震作用下吸力桶基础及上部结构可发生位移过量累积,威胁风机正常服役。开展单桶及多桶导管架基础风机离心振动台试验,并基于考虑土体小应变刚度的循环加载不排水黏土总应力本构模型,建立吸力桶基础风机地震响应数值模型。通过数值计算与离心模型试验结果进行对比,验证数值方法的合理性。利用建立的数值方法,探究静力加载特性一致条件下,不同吸力桶基础型式(单桶与多桶导管架)对地震荷载下风机上部结构加速度与变形响应的影响,并讨论风机响应与基础型式对地震荷载主频过滤效应的关联关系。研究结果表明:该数值模型可以合理反映黏土地基吸力桶基础及风机结构的地震响应;风机塔顶最终累积位移与其振动幅值具有较强相关性;静力加载特性一致时,与单桶基础相比,多桶基础可过滤部分地震荷载高阶主频振动,从而导致更小的塔顶加速度及累积位移。

关键词：土力学离心振动台试验吸力桶基础风机地震数值模拟

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考虑地震强度不确定性的车站韧性评估方法

岩土工程学报 2025年第1期47卷 164-172页

作者：张陈龙张东明黄忠凯黄宏伟同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

地铁车站作为地下交通的枢纽,是社会经济交流和人员交往的重要组成部分,但其同时也面临着诸多灾害风险。以前包括地震在内的灾害,会对地下交通网络造成严重后果,也对城市功能造成重大损失。因此,地铁车站等关键交通枢纽的韧性评估对于... 详细信息

地铁车站作为地下交通的枢纽,是社会经济交流和人员交往的重要组成部分,但其同时也面临着诸多灾害风险。以前包括地震在内的灾害,会对地下交通网络造成严重后果,也对城市功能造成重大损失。因此,地铁车站等关键交通枢纽的韧性评估对于提高城市安全性和维护其功能至关重要。提供了一个考虑地震强度不确定性的综合韧性评估框架,用于评估浅埋地铁车站在地震灾害下的鲁棒性和快速恢复能力。该框架方法利用有限元软件,建立相关地铁车站数值模型;然后,通过所选择的地震动展开大量数值分析,以便生成关于峰值地面加速度(PGA)的地铁车站易损性函数;接着利用蒙特卡洛模拟进一步量化地震动强度不确定性,并最终确定车站在各个损伤阶段的概率。最终,通过联立地铁车站损伤概率与经济损失关系,考虑地铁车站的恢复路径和可恢复性,完成韧性评估。本研究通过该韧性评估框架和所计算出的韧性指标R,评价和讨论了性能恢复模型和场地条件对车站抗震韧性的影响。这项工作可以帮助地铁网络基于韧性的设计和管理,以支持对地震灾害的适应,从而促进相关决策者关于资源的有效分配。

关键词：地铁车站地震韧性地震易损性地震动不确定性恢复模型

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大直径单桩基础海上风机非线性共振特性

岩土力学 2025年第1期46卷 156-164页

作者：田抒平王振钰张陈蓉同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

海上风机的自振频率与转动频率或叶片扫略频率一致时会产生共振现象,严重时会损坏风机结构。现有研究对共振频率评估多以弹性分析为主,没有考虑实际桩-土相互作用非线性对风机共振特性的影响。以大直径单桩基础海上风机为研究对象,基于... 详细信息

海上风机的自振频率与转动频率或叶片扫略频率一致时会产生共振现象,严重时会损坏风机结构。现有研究对共振频率评估多以弹性分析为主,没有考虑实际桩-土相互作用非线性对风机共振特性的影响。以大直径单桩基础海上风机为研究对象,基于动力Winkler地基模型,采用双曲线型桩周土抗力-桩身侧向位移(p-y)骨干曲线考虑桩土刚度非线性,采用剪应变相关滞回阻尼考虑土体能量耗散,提出了海上风机共振频率的非线性频域理论简化分析方法。通过与开展的一系列模型试验结果以及Lely(A2)海上风机现场实测数据对比,验证了非线性风机共振频率计算方法的正确性。随后,开展了砂土密实度、桩长和桩径对于风机共振频率非线性影响的参数分析,研究认为风机系统共振频率随着荷载水平的增加而呈现减小趋势,且当砂土较松散、桩长较短或桩径较小时,共振频率受土体非线性的影响更为明显。

关键词：海上风机非线性共振频率 p-y曲线 Winkler地基

预应力盾构隧道的等效刚度梁模型及纵向变形控制研究

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中南大学学报(自然科学版) 2025年第2期56卷 610-621页

作者：王亚廖少明马思浩刘颖彬同济大学地下建筑与工程系上海200092

地质条件、附加荷载以及约束条件等变化易使盾构隧道纵向产生不均匀变形,引发接缝渗漏,施加纵向预应力可以有效解决这一问题。为探究预应力盾构隧道的纵向力学特性,针对完全闭合、部分张开2种环缝接触状态下的预应力盾构隧道建立纵向等... 详细信息

地质条件、附加荷载以及约束条件等变化易使盾构隧道纵向产生不均匀变形,引发接缝渗漏,施加纵向预应力可以有效解决这一问题。为探究预应力盾构隧道的纵向力学特性,针对完全闭合、部分张开2种环缝接触状态下的预应力盾构隧道建立纵向等效刚度梁模型,基于提出的7个纵向变形控制指标,结合上海某越江隧道工程实例,优化确定隧道的最佳纵向预应力,分析最佳预应力对超限纵向弯矩的影响。研究结果表明:某越江隧道在最佳预应力9.24MN下的纵向抗弯刚度及纵向曲率半径均大幅增加,且环缝变形量减小99.67%,环缝密封性显著提升;最佳预应力盾构隧道在纵向弯曲过程中,纵向曲率半径先达到界限值15000m,随后部分螺栓进入屈服状态、环缝张开量相继达到2mm、6mm,混凝土应力达到抗压强度,最后部分螺栓达到抗拉变形量发生破坏;与非预应力盾构隧道相比,最佳预应力隧道的超限纵向弯矩和抗弯刚度增大2.46~9.33倍,纵向承载能力显著增强,但纵向曲率半径减小了2.13%~6.70%。建议通过施加纵向预应力降低盾构隧道纵向不均匀变形,在施加过程中,重点关注隧道纵向曲率半径和螺栓应力的变化。

关键词：等效刚度梁模型盾构隧道最佳预应力纵向变形控制超限纵向弯矩

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基于UH模型的盾构隧道非线性地基反力确定方法

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岩土工程学报 2025年第2期47卷 284-295页

作者：梁发云魏圣明陈可袁强闫静雅顾晓强同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海申通地铁集团有限公司上海200070

为合理反映堆载作用下盾构隧道地基系数的非线性特征,基于UH模型(统一硬化模型)和MSD方法(mobilizable strength design)提出了一种确定隧道非线性地基反力的方法;并以隧道中心处的土体应力-应变曲线描述全土域的力学行为,提出了预测盾... 详细信息

为合理反映堆载作用下盾构隧道地基系数的非线性特征,基于UH模型(统一硬化模型)和MSD方法(mobilizable strength design)提出了一种确定隧道非线性地基反力的方法;并以隧道中心处的土体应力-应变曲线描述全土域的力学行为,提出了预测盾构隧道地基反力的实用简化方法;基于上海第(4)、(5)1层土的UH模型统计参数,将隧道地基反力拟合为双曲线函数形式,进一步将由此获得的初始刚度及极限强度与本构模型参数进行拟合,提出上海地铁盾构隧道的地基反力函数表达式;通过对上海软土盾构隧道堆载工况的多因素分析,验证了该公式对隧道大变形预测问题的实用性。计算结果表明,堆载工况下隧道收敛变形对地基反力曲线的初始刚度要比其极限强度更为敏感,而隧道地基初始刚度主要与土体κ/λ、围压大小等因素相关。

关键词：地基反力曲线 UH模型 MSD方法堆载地铁隧道

预制装配式混凝土风电机组塔架干连接环向接缝抗扭承载力

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太阳能学报 2025年第3期46卷 538-545页

作者：李金威陈俊岭林长丰林文敏王志成同济大学建筑工程系上海200092

预制装配式钢-混凝土混合式风电机组塔架中的混凝土塔段常采用分段预制、各分段间环向接缝干连接的方式制作和现场拼装。该文根据混凝土塔段环向接缝的受力特征,推导竖向力和弯矩共同作用下环向接缝的抗扭承载力积分表达式,通过Python... 详细信息

预制装配式钢-混凝土混合式风电机组塔架中的混凝土塔段常采用分段预制、各分段间环向接缝干连接的方式制作和现场拼装。该文根据混凝土塔段环向接缝的受力特征,推导竖向力和弯矩共同作用下环向接缝的抗扭承载力积分表达式,通过Python编程计算其抗扭承载力。选用两组ABAQUS精细化有限元模拟结果与已有的铝管水平接缝抗扭承载力试验结果对比,验证提出的理论积分公式和计算程序的准确性。最后,选用工程中混凝土塔段常用的典型尺寸和竖向力,采用所提出的计算方法开展15组算例,在此基础上提出抗扭承载力的6参数计算模型,并通过最小二乘法拟合确定参数取值,给出可供预制装配式混凝土混合式风电机组塔架工程应用的环向接缝抗扭承载力设计公式。

关键词：风电机组塔架扭转承载力干连接设计方法

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基于混合监测理论的桥梁全局响应重构方法

振动与冲击 2025年第3期44卷 107-114页

作者：孙海彬李轶贤孙利民同济大学土木工程学院上海200092 香港理工大学环境与土木工程系香港999077

卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)和最大化后验概率法(maximum a posteriori,MAP)是结构荷载识别中常见的两类广义贝叶斯滤波算法,KF法计算效率高但数值稳定性较差,MAP法适用性强却需要复杂的矩阵求逆运算,加之这两类方法对荷载形式和测点... 详细信息

卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)和最大化后验概率法(maximum a posteriori,MAP)是结构荷载识别中常见的两类广义贝叶斯滤波算法,KF法计算效率高但数值稳定性较差,MAP法适用性强却需要复杂的矩阵求逆运算,加之这两类方法对荷载形式和测点布置的苛刻要求,目前仅适用于简单荷载的识别。为此,该研究提出了针对任意分布式荷载的贝叶斯全局响应重构方法,从在线和离线两个角度改进了现有方法。针对在线KF方法,该研究从结构动力特性中导出等效荷载向量来降低未知荷载的维度,得到满足可控性条件的等效系统模型,并采用输入状态联合估计方法同时识别等效荷载和全局响应。针对离线MAP方法,引入考虑了空间相关性的荷载先验分布,采用MAP策略同时对等效荷载和观测噪声进行迭代估计,随后根据识别得到的等效荷载重构全局响应。改进后的在线和离线方法均不需要提前获取荷载位置或分布形式。通过青州大桥在风荷载和交通荷载下采集的响应数据对所提方法的精度和适用性进行了验证。

关键词：卡尔曼滤波(KF) 最大化后验概率(MAP) 混合监测全局响应重构

基于长短期记忆神经网络的方柱表面风压时程预测

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工程力学 2025年第4期42卷 130-138,186页

作者：杜晓庆鲁羿董浩天胡采瑶上海大学土木工程系上海200444 同济大学桥梁系上海200092

该文提出了一种基于长短期记忆神经网络的风压时程预测模型,可通过少量测点的风压时间序列预测结构周向未知位置的风压时程。基于不同风向角下均匀来流方柱测压风洞试验数据,模型有效预测了方柱表面未知位置的风压时程。模型数据集需考... 详细信息

该文提出了一种基于长短期记忆神经网络的风压时程预测模型,可通过少量测点的风压时间序列预测结构周向未知位置的风压时程。基于不同风向角下均匀来流方柱测压风洞试验数据,模型有效预测了方柱表面未知位置的风压时程。模型数据集需考虑合理序列长度范围内的关联性,以提高预测精度;多层网络结构能够提高模型的数据特征捕捉能力;训练测点数量的增加可以改善预测效果,但需考虑预测精度和测点布置经济性之间的平衡。平均风压分布、脉动风压分布和典型测点风压时程的预测值与试验值较为吻合,但方柱角点附近风压极值的预测误差相对较高,可能与该区域风压非高斯特征较强有关。

关键词：风压预测方柱风洞试验机器学习长短期记忆神经网络

高饱和度含气土动力问题的有限体积法分步解法

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岩土力学 2025年

作者：邹诗环黄茂松时振昊同济大学地下建筑与工程系同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室

我国东南沿海海域广泛分布含封闭小气泡的海洋软土，小气泡的存在将对其压缩性产生很大影响。应用矢量分解方法的有限体积法分步解法能显著提高分步解法的稳定时间步长，且易于在开源有限体积法平台OpenFOAM上实现，故其具有高效与通用... 详细信息

我国东南沿海海域广泛分布含封闭小气泡的海洋软土，小气泡的存在将对其压缩性产生很大影响。应用矢量分解方法的有限体积法分步解法能显著提高分步解法的稳定时间步长，且易于在开源有限体积法平台OpenFOAM上实现，故其具有高效与通用的特点。算例分析表明：所提出的分步求解算法能合理反映高饱和度含气土的动力响应；小气泡的存在将极大降低高饱和度含气土的瞬时孔压响应与孔压幅值，且考虑重力作用时，饱和度的下降会导致动孔压相位滞后。

关键词：高饱和度含气土矢量分解方法分步解法有限体积法 OpenFOAM