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基于状态空间法的平面圆弧曲梁面外动力学分析

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工程力学 2024年第S01期41卷 89-97页

作者：刘兴喜姚媛徐荣桥浙江理工大学土木工程系浙江杭州310018 浙江理工大学图书馆浙江杭州310018 浙江大学土木工程系浙江杭州310058

该文通过选择广义位移和与其对偶的广义力作为状态变量,建立了平面圆弧曲梁面外动力学问题的状态方程列式,并求解了工程中常见的四种边界条件下圆弧曲梁面外自由振动的频率和模态。利用状态空间列式和辛内积的概念,建立了振动模态关于... 详细信息

该文通过选择广义位移和与其对偶的广义力作为状态变量,建立了平面圆弧曲梁面外动力学问题的状态方程列式,并求解了工程中常见的四种边界条件下圆弧曲梁面外自由振动的频率和模态。利用状态空间列式和辛内积的概念,建立了振动模态关于质量和旋转惯量以及关于刚度的正交关系式。基于建立的振动模态关于质量和旋转惯量的正交关系式,运用模态叠加法得到了非齐次状态方程即面外强迫振动控制方程的解析解,并具体考察了竖向移动荷载作用下圆弧曲梁的动力响应。给出了数值算例,并与已有结果进行了比较,验证了该文方法在进行圆弧曲梁面外自由振动和强迫振动分析时的准确性和可靠性。

关键词：平面圆弧曲梁面外自由振动面外强迫振动状态空间法辛内积模态正交性模态叠加法

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统一边界条件下非饱和土一维固结理论研究

工程力学 2024年第3期41卷 63-72页

作者：秦爱芳郑青青江良华上海大学力学与工程科学学院土木工程系上海200444

非饱和土固结理论中的边界条件对土体的固结有着重要的影响,它反映了土体在固结过程中边界的透气透水状态。针对实际工程中边界条件的复杂多样性,该文引入一个统一形式边界条件,构建了一个在瞬时均布荷载作用下,由顶面统一边界、底面完... 详细信息

非饱和土固结理论中的边界条件对土体的固结有着重要的影响,它反映了土体在固结过程中边界的透气透水状态。针对实际工程中边界条件的复杂多样性,该文引入一个统一形式边界条件,构建了一个在瞬时均布荷载作用下,由顶面统一边界、底面完全不渗透边界组成的非饱和土一维固结计算模型。基于Fredlund非饱和土一维固结理论,采用Laplace变换等方法得到了Laplace域内超孔隙压力的解,再通过Laplace逆变换得到了时间域内相应解答。运用一个典型算例,设置合理的边界参数,将统一边界条件下的半解析解退化到几种常规边界条件下的解与文献中已有的结果进行比较,验证了所得解的正确性,并对非饱和土一维固结特性进行了简要分析。研究结果表明:统一边界条件下的半解析解相当于一个通解,具有广泛的适用性;通过改变相关边界参数的取值,可以模拟土层边界条件由完全不渗透到完全渗透的变化过程;固结过程中,边界条件对超孔隙气压力和超孔隙水压力的消散影响很大。因此,该文的研究具有一定的学术价值,所得的半解析解对不同边界条件下的实际工程具有参考价值。

关键词：非饱和土一维固结统一边界超孔隙压力半解析解

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束浆挤扩钢管桩竖向抗拔承载力计算方法

岩土力学 2024年第3期45卷 846-856页

作者：王长虹杨天笑马铖涛沈洋上海大学力学与工程科学学院土木工程系上海200444

随着城市地下空间的开发,深厚黏性土地区的基础抗浮问题愈发凸显。钻孔预制桩因环境友好,得到了广泛的应用,但钻孔过程削弱了预制桩的抗拔性能。拟开发一种新型的约束注浆挤扩钢管桩,为了准确评估束浆挤扩桩的承载力,分析了抗拔桩的破... 详细信息

随着城市地下空间的开发,深厚黏性土地区的基础抗浮问题愈发凸显。钻孔预制桩因环境友好,得到了广泛的应用,但钻孔过程削弱了预制桩的抗拔性能。拟开发一种新型的约束注浆挤扩钢管桩,为了准确评估束浆挤扩桩的承载力,分析了抗拔桩的破坏模式。基于对数螺旋线,提出局部滑裂面理论。采用经典案例,验证了抗拔承载力公式的有效性。基于正交试验设计理念,研究了束浆挤扩桩承载力的影响因素。结果表明,桩径和桩-土界面强度,对抗拔承载力的贡献最大。开展束浆挤扩桩的现场抗拔试验,与同直径钢管桩相比,束浆挤扩工艺可提高抗拔承载力达到70%。使用简化计算公式,计算基桩的抗拔承载力,误差控制在5%以内,更为准确安全。研究结果为约束注浆挤扩钢管桩承载力的设计和优化,提供了理论和技术参考。

关键词：束浆挤扩钢管桩抗拔承载力对数螺旋线简化计算方法

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理论驱动的弹性结构体系图神经网络计算模型

工程力学 2024年第2期41卷 25-34页

作者：宋凌寒王琛樊健生清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

该文提出了一个理论驱动的弹性结构体系图神经网络计算模型StructGNN-E,能够高保真数字化结构体系的拓扑连接关系与构件组成信息,无需外部标签数据即可实现对任意杆系结构体系的弹性内力分析,且计算结果具有理论正确性。总结了结构体系... 详细信息

该文提出了一个理论驱动的弹性结构体系图神经网络计算模型StructGNN-E,能够高保真数字化结构体系的拓扑连接关系与构件组成信息,无需外部标签数据即可实现对任意杆系结构体系的弹性内力分析,且计算结果具有理论正确性。总结了结构体系层次的特点,理论分析了常规神经网络的不可行性,进而采用了基于非欧图数据的图神经网络架构,能够有效刻画结构体系的非序列性与非平移不变性。考虑到体系层次数据严重匮乏以及常规智能计算方法忽视力学意义的问题,通过将三大力学方程与深度学习推理过程相结合,提出了适用于体系内力分析的理论驱动模式,实现了不依赖于外部标签数据的智能求解方案。数值试验表明:StructGNN-E模型能够高精度完成杆系结构体系的弹性内力分析,且在大规模框架结构计算中计算效率提升可达36%。通过具体的对比试验,证明了常规深度学习模型与数据驱动模式在体系层次的不适用性,进一步阐释了StructGNN-E模型的有效性与合理性。

关键词：结构体系图神经网络理论驱动深度学习结构分析

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建筑结构隔震技术研究进展

工程力学 2024年第5期41卷 39-54页

作者：潘鹏曾一曹迎日艾华浩王海深清华大学土木工程系北京100084 土木工程安全与耐久教育部重点实验室清华大学北京100084

建筑结构隔震技术通过在建筑结构底部或中间楼层设置隔震装置,延长结构的自振周期,并提供适当的阻尼使得结构的响应大幅度减小,能够更有效地保护房屋结构以及室内设备的安全,可显著提升建筑震后功能可恢复能力。目前建筑结构隔震技术已... 详细信息

建筑结构隔震技术通过在建筑结构底部或中间楼层设置隔震装置,延长结构的自振周期,并提供适当的阻尼使得结构的响应大幅度减小,能够更有效地保护房屋结构以及室内设备的安全,可显著提升建筑震后功能可恢复能力。目前建筑结构隔震技术已经有较为成熟的技术产品和工程应用,已广泛应用于住宅、医院、学校、博物馆和图书馆等建筑中。随着《建设工程抗震管理条例》的颁布,预期隔震技术将有更广阔的应用场景。隔震建筑也将逐步从低层、简单建筑结构向高层、复杂建筑结构的方向发展。目前常用的隔震装置存在着抗拉能力不足、对竖向地震或竖向环境振动减振效果不足、控制频宽窄、适应性不足以及使用状态及损伤状态难以监测等问题。为此,众多学者针对以上问题进行了深入研究,开发了抗拉隔震支座、三维隔震(振)支座、半主动隔震支座和隔震支座的健康监测系统,为扩展隔震技术的应用范围提供了解决方法。目前,相关研究偏重于新型隔震装置的性能研究,未来应全面考虑新型隔震装置对于建筑的影响,提出配套的设计方法,并进行示范性工程应用,加快隔震技术的推广。

关键词：隔震技术抗拉支座三维隔震(振)支座半主动隔震系统健康监测综述

开槽型混凝土叠合板受力性能有限元分析与承载力计算

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 216-225页

作者：聂鑫周心怡庄亮东清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

开槽型混凝土叠合板采用板端开槽放置附加钢筋的形式取代胡子筋,可以提高施工效率,在工程中已得到广泛应用。为进一步研究开槽型叠合板的受力性能和关键设计参数,采用有限元软件ABAQUS进行建模分析。针对槽口附加钢筋滑移模拟和新旧混... 详细信息

开槽型混凝土叠合板采用板端开槽放置附加钢筋的形式取代胡子筋,可以提高施工效率,在工程中已得到广泛应用。为进一步研究开槽型叠合板的受力性能和关键设计参数,采用有限元软件ABAQUS进行建模分析。针对槽口附加钢筋滑移模拟和新旧混凝土界面模拟方法开展研究,并与试验结果对比,验证了有限元建模的合理性。进一步通过该有限元模型开展参数分析。结果表明,附加钢筋直径过大或过小于预制板纵筋直径都会损伤受力性能,槽口保护层厚度由40 mm减小至20 mm时,叠合板承载力提高18.3%,槽口长度由100 mm增加至300 mm时,叠合板的承载力提高176%。同时,对开槽型叠合板承载力的设计公式进行了理论推导,并与有限元分析结果对比,误差基本小于10%,两者吻合较好。

关键词：叠合板槽口有限元分析设计方法受弯承载力

高效装配式钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 189-199页

作者：赵子琪赵作周刘巍刘娟清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

针对装配式剪力墙边缘构件竖向连接钢筋数量较多、直径较小,造成套筒多、钢筋对中困难且现场灌浆困难,人工加工绑扎箍筋耗工费时且难以自动化作业生产等问题,提出了剪力墙边缘构件采用大直径钢筋和大直径套筒连接、箍筋采用连续螺旋方... 详细信息

针对装配式剪力墙边缘构件竖向连接钢筋数量较多、直径较小,造成套筒多、钢筋对中困难且现场灌浆困难,人工加工绑扎箍筋耗工费时且难以自动化作业生产等问题,提出了剪力墙边缘构件采用大直径钢筋和大直径套筒连接、箍筋采用连续螺旋方箍构造的高效装配式剪力墙构造形式,完成了3个设计轴压比为0.2、1个设计轴压比为0.6和2个设计轴压比为0.4的足尺装配式剪力墙试件的拟静力加载试验,研究不同轴压比、边缘构件纵筋连接形式与箍筋构造形式下剪力墙的抗震性能。结果表明:6个剪力墙均实现了预期的弯曲破坏模式;剪力墙受弯承载力实测值为计算值的1.03~1.15倍,具有一定的安全冗余度;剪力墙极限位移角为1/77~1/42,大于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中要求的罕遇地震作用下剪力墙结构弹塑性层间位移角的限值1/120,表现出良好的变形能力。提出的装配式剪力墙构造连接方案合理可靠,在保证剪力墙的承载能力和抗震性能的前提下,建造成本较传统连接方案的降低了8%~18%。

关键词：装配式剪力墙灌浆套筒螺旋箍拟静力试验抗震性能

基于Swin-Unet的坝面混凝土裂缝自动标注与分割方法研究

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水力发电学报 2024年

作者：杨汉龙陈锦剑潘越上海交通大学土木工程系

针对一般分割模型用于表观裂缝分割时训练数据短缺导致的模型精度不足的问题，本文提出了一种适用于坝面混凝土裂缝分割的图像处理方法，该方法融合图像特征提取与深度学习技术，实现了裂缝的自动标注与高精度分割。该算法首先采用Otsu... 详细信息

针对一般分割模型用于表观裂缝分割时训练数据短缺导致的模型精度不足的问题，本文提出了一种适用于坝面混凝土裂缝分割的图像处理方法，该方法融合图像特征提取与深度学习技术，实现了裂缝的自动标注与高精度分割。该算法首先采用Otsu二值化和边缘检测相结合的策略，融合裂缝的形状特征与轮廓信息，对无标签的裂缝缺陷进行自动标注，构建了一个包含19101张裂缝掩膜的大规模数据集；然后将Swin-Transformer的层次化注意力机制引入Unet架构，设计了一种结合Swin-Transformer和Unet的混合模型（Swin-Unet）；最后，在自建数据集上对该模型进行了实验验证和结果分析。结果表明：Swin-Unet在裂缝分类准确度上达到最高（100%），在分割IoU指标上达到93.1%，比Unet分割模型（85.6%）提高了7.5%，表明Swin-Transformer架构的引入能够增强模型对全局特征与局部特征的关联能力，显著提高裂缝缺陷的分割精度；此外，通过对裂缝最小外接矩形的分析，裂缝的方向分布与形状分布具有明显聚集性，对于理解裂缝形成的机制以及预测裂缝扩展方向具有重要参考价值。

关键词：深度学习裂缝分割自动标注 Otsu二值化边缘检测注意力机制

基于序贯理论的混凝土结构有效预应力实测概率估计方法

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 100-107页

作者：许庆曾滨徐晓达李嘉伟王研妍中冶建筑研究总院有限公司北京100088 清华大学土木工程系北京100084

为建立基于实测数据的混凝土结构有效预应力分布性态评估与评价特征值计算方法,引入预应力比的概念,从单筋、构件、结构3个层次表征有效预应力概率分布性状。通过理论分析、数值模拟相结合的方法,研究各层次预应力比概率分布规律,建立... 详细信息

为建立基于实测数据的混凝土结构有效预应力分布性态评估与评价特征值计算方法,引入预应力比的概念,从单筋、构件、结构3个层次表征有效预应力概率分布性状。通过理论分析、数值模拟相结合的方法,研究各层次预应力比概率分布规律,建立了考虑结构预应力体系布置特征及设计差异影响的高斯混合模型分类简化分析理论;并引入序贯估计理论,以95%保证率特征参数最大估计误差作为约束条件,结合bootstrap方法、EM算法、枢轴量法建立了抽样停止准则,提出了基于实测数据的结构-单筋-构件预应力比序贯抽样估计及评价特征值计算方法;以某无黏结预应力混凝土框架结构为工程实例验证了该方法有效性。研究表明:相比于采用固定样本量的传统抽样方法,序贯抽样方法可有效量化估计精度,减少估计样本数量,降低检测成本;构件评价特征值的最大估计误差随预应力筋数量增加而逐渐降低,估计精度达95%以上。

关键词：预应力混凝土结构预应力比高斯混合模型序贯估计方法最大估计误差