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基于气弹模型风洞试验的高耸桅杆风振响应特性

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 861-869页

作者：刘慕广杜睿谢壮宁华南理工大学土木与交通学院广州510640 华南理工大学亚热带建筑与城市科学全国重点实验室广州510640

为了探究高耸桅杆结构风振响应特性,采用刚性节段加连接棒法制作了356 m高桅杆的气弹模型,通过风洞试验研究了桅杆结构的位移响应高度分布特征和模态参与特性,并分析了风速和风向的影响.结果表明,桅杆结构的位移响应随高度呈非线性变化... 详细信息

为了探究高耸桅杆结构风振响应特性,采用刚性节段加连接棒法制作了356 m高桅杆的气弹模型,通过风洞试验研究了桅杆结构的位移响应高度分布特征和模态参与特性,并分析了风速和风向的影响.结果表明,桅杆结构的位移响应随高度呈非线性变化,其最大平均和脉动响应均出现在顶部2层纤绳锚固点间的中间部位.桅杆结构的横风向响应基本与顺风向相当.风向改变对平均位移有一定影响,对脉动无明显影响.结构顺、横风向风振响应中前三阶模态振动能量具有相近量级,且风速变化会对桅杆结构的模态频率产生一定影响.结构气动阻尼均为正值,且随风速增加而增大.桅杆结构的顺风向风振系数除底部外,其他高度均要显著低于规范值.风速和风向的改变对桅杆中、上部的风振系数影响较小,仅在底部影响较为明显.

关键词：桅杆气弹模型风洞试验风振响应风振系数

内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压力学性能

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 101-113页

作者：康澜陈炫洪书涛华南理工大学土木与交通学院/亚热带建筑与城市科学全国重点实验室广东广州510640

钢管混凝土作为一种发展前景广阔的结构形式,具有较好的承载力和塑性变形能力。矩形钢管混凝土柱作为其中常见的一种形式,在实际工程中的应用较为广泛。该研究基于矩形钢管混凝土在实际应用中存在的长短边约束不一致和对核心混凝土约束... 详细信息

钢管混凝土作为一种发展前景广阔的结构形式,具有较好的承载力和塑性变形能力。矩形钢管混凝土柱作为其中常见的一种形式,在实际工程中的应用较为广泛。该研究基于矩形钢管混凝土在实际应用中存在的长短边约束不一致和对核心混凝土约束不足两个问题,探究一种新型的矩形钢管混凝土构件,即内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱。为此,对11根内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱、2根内置跑道形箍筋的矩形钢管混凝土柱、2根普通矩形钢管混凝土柱开展了轴压力学性能试验,重点分析了并束距、钢管壁厚、混凝土强度等级、箍筋间距、箍筋直径、内置用钢量等重要参数对内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力和延性的影响规律。结果表明:在总用钢量不变的情况下,将矩形钢管的壁厚减薄,并加工成异形箍筋内置于核心混凝土中,能够有效地提高试件的轴压承载力和延性;内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压过程可以分为4个阶段——弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段、下降段;相比于普通矩形钢管混凝土柱,内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱有更为饱满的塑性强化段。在试验和参数分析结果的基础上,采用已有的约束混凝土本构模型,推导得到内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式。该研究可为实际工程应用提供科学依据和数据参考。

关键词：内置异形箍筋轴压力学性能轴压承载力矩形钢管混凝土柱

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地下结构排水盲沟减压抗浮简化设计方法

岩土工程学报 2024年

作者：潘泓刘荣照骆冠勇彭斯格曹洪华南理工大学土木与交通学院华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室

目前，排水盲沟减压抗浮系统中排水盲沟设计主要采用数值法分析计算，尚无简单实用的简化计算方法。基于盲沟为等水头边界及入渗量均布于盲沟单元等假定，建立排水盲沟网格简化模型，得到平面布置为矩形的盲沟单元水头分布解析解，给出... 详细信息

目前，排水盲沟减压抗浮系统中排水盲沟设计主要采用数值法分析计算，尚无简单实用的简化计算方法。基于盲沟为等水头边界及入渗量均布于盲沟单元等假定，建立排水盲沟网格简化模型，得到平面布置为矩形的盲沟单元水头分布解析解，给出入渗量、单元几何尺寸等参数即可算得盲沟单元内水头分布。提出均匀入渗和非均匀入渗情况下底板入渗量分布的计算模式。通过算例验证，简化方法适用前提为盲沟及结构底板底部布置有渗透性远大于土体的疏水层，简化算法与有限元结果的相对误差较小且结果偏于保守，可用于盲沟布置的设计。对典型土层算例对比发现：若底板下部地层为弱透水层中夹有一层强透水层，底板入渗量会均匀分布，盲沟可等间距均匀布置；若下部地层无强透水层，入渗量大部分集中在距帷幕1到1.5倍坑底含水层厚度范围内，盲沟间距应在该范围内减小，在底板中部增大。

关键词：抗浮排水减压排水盲沟渗流简化方法

考虑结构空间约束的现浇楼盖梁跨中受弯性能试验

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哈尔滨工业大学学报 2024年第6期56卷 61-71页

作者：韩小雷郑振光杨坚林鹏陈鑫凯吴梓楠季静华南理工大学土木与交通学院广州510640 亚热带建筑科学国家重点实验室(华南理工大学) 广州510640 广州珠江外资建筑设计院有限公司广州510060

为研究结构空间约束导致现浇钢筋混凝土楼盖梁跨中受弯承载力超强的机制,以楼盖梁在结构中的空间位置和配筋率为变量,设计12根上部架立筋不伸入支座的楼盖梁试件并开展跨中受弯静力试验,并基于建立经典混凝土理论的试验方法进行了4根简... 详细信息

为研究结构空间约束导致现浇钢筋混凝土楼盖梁跨中受弯承载力超强的机制,以楼盖梁在结构中的空间位置和配筋率为变量,设计12根上部架立筋不伸入支座的楼盖梁试件并开展跨中受弯静力试验,并基于建立经典混凝土理论的试验方法进行了4根简支梁对比试验。对梁试件破坏形态、承载力、变形能力、轴向伸长进行研究,结果表明:楼盖梁试件承载力与按受弯构件计算承载力之比为1.57~2.77,与相应矩形简支梁试件和T形简支梁试件承载力相比均有较大提高,超强程度与配筋率成反比;与简支梁试件相比,楼盖梁试件跨中截面破坏形态未因轴压力而发生显著改变,但楼盖梁试件延性降低;楼盖梁试件轴向伸长随挠度的增大而增大。将楼盖梁视为压弯构件,提出根据楼盖梁试验峰值荷载确定相应轴力和弯矩的方法。计算结果表明,楼盖梁试件跨中截面压弯状态弯矩与受弯状态弯矩的比值为1.28~2.19。楼盖梁试件有限元数值模拟结果表明,随着楼盖梁截面包含的楼板范围增大,轴力沿梁跨分布趋于均匀。

关键词：楼盖梁结构空间约束跨中受弯性能承载力轴向伸长压弯构件

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三维有限元中奇异点源的简化分析方法

岩土力学 2024年第8期45卷 2483-2491页

作者：潘泓许嘉显骆冠勇彭斯格曹洪华南理工大学土木与交通学院广东广州510640 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510640

减压井是渗流控制的重要手段,减压浅井井底的入渗量不可忽略。在渗流场有限元有关井的计算中,含水层与井半径有巨大尺寸差异,只有将井周围的网格尺寸限制在厘米级或更少,才能达到合理的精度,但效率过低。为提高效率,分析时通常将井底简... 详细信息

减压井是渗流控制的重要手段,减压浅井井底的入渗量不可忽略。在渗流场有限元有关井的计算中,含水层与井半径有巨大尺寸差异,只有将井周围的网格尺寸限制在厘米级或更少,才能达到合理的精度,但效率过低。为提高效率,分析时通常将井底简化为点源。由于点源附近的水头梯度极大,是奇异点,有限元中通常要进行等效处理才能保证全局的精度。提出了以零体积点元模拟点源的方法,该方法基于修正井水位法,利用点源解析解及四面体渗流单元,推导了点元单元的显式解。使用该点元单元模拟井底,可以在不失全局精度的条件下用大网格对点源进行模拟,避免了迭代计算,极大提高了利用三维有限元模拟点源的效率。详细介绍了该点元显式解的推导过程,验证其计算精度,并探究出简化计算方法的适用范围。最后介绍了该方法在实际排水减压抗浮工程中的应用。

关键词：渗流有限元法井点奇异点单元

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基于车速引导的交叉口公交优先自适应控制模型

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交通运输系统工程与信息 2024年第4期24卷 69-80页

作者：田鑫卢凯高志刚华南理工大学土木与交通学院广州510640 华南理工大学亚热带建筑与城市科学全国重点实验室广州510640 广州通达汽车电气股份有限公司广州510450

为进一步满足公交车辆在交叉口不同流量情形下实时优先的需求,本文以交叉口人均平均等待时间最小为目标,提出基于车速引导的交叉口公交优先自适应控制模型。通过考虑交叉口进口道实时流量情况和公交车的实时运行状态,建立公交车车速与... 详细信息

为进一步满足公交车辆在交叉口不同流量情形下实时优先的需求,本文以交叉口人均平均等待时间最小为目标,提出基于车速引导的交叉口公交优先自适应控制模型。通过考虑交叉口进口道实时流量情况和公交车的实时运行状态,建立公交车车速与信号配时参数之间的联系,实现交叉口信号配时方案和公交车车速引导方案的同步优化求解。用0-1决策变量表示交叉口的相位相序以降低模型的计算复杂度,进而提升模型的求解速度;最后通过案例仿真实验对比,验证了本文模型的有效性。案例分析结果表明,本文模型在3种不同流量情形下与对比方案相比,可至少减少17.86%、12.04%、8.81%的公交车车均延误时间,21.82%、17.86%、17.74%的公交车均停车次数,以及24.56%、8.03%、3.38%的乘客平均等待时间。同时本文模型在不同流量情形的求解时间均不足0.01 s,相比现有模型,计算时间大幅降低,进一步满足了公交实时优先计算效率的要求。由此可见,本文通过建立基于车速引导的交叉口公交优先自适应模型,在不影响交叉口整体和社会车辆通行效率情况下,实现了公交车优先通行并减少了交叉口人均平均等待时间,同时也能满足网联环境中对于模型优化速率的需要。

关键词：交通工程网联环境车速引导信号控制公交优先自适应控制

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楼盖短梁受力性能试验与有限元分析

土木工程学报 2024年

作者：郑振光韩小雷陈鑫凯季静林静聪华南理工大学土木与交通学院华南理工大学亚热带建筑与城市科学全国重点实验室

为研究结构空间约束对楼盖短梁受力性能的影响，以楼盖短梁底筋配筋率和所处空间位置为变量，在框架结构中设计12根跨高比为3.3的楼盖短梁并进行竖向静力试验，并与4根相同参数的简支短梁试验结果进行对比。结果表明：楼盖短梁表现为首... 详细信息

为研究结构空间约束对楼盖短梁受力性能的影响，以楼盖短梁底筋配筋率和所处空间位置为变量，在框架结构中设计12根跨高比为3.3的楼盖短梁并进行竖向静力试验，并与4根相同参数的简支短梁试验结果进行对比。结果表明：楼盖短梁表现为首先发生纵筋屈服、最终沿临界斜裂缝劈裂，简支短梁表现为首先发生纵筋屈服、最终发生弯曲破坏或剪压破坏。与简支短梁相比，楼盖短梁承载力提高、延性降低。楼盖短梁承载力与底筋配筋率正相关，受空间位置的影响较小。建立试验框架的有限元模型进行数值模拟，结果显示：随着楼盖短梁截面所取的楼板翼缘宽度增大，轴压力沿梁跨分布趋于均匀。楼盖短梁所受轴向约束刚度增大时，轴力和承载力增大，承载力从受弯承载力控制转变为受剪承载力控制。采用我国规范承载力计算方法，分别按有无轴力计算楼盖短梁试件承载力，结果表明考虑轴压力才能准确判断破坏形态和计算承载力。

关键词：楼盖短梁结构空间约束承载力轴压力

基于随机森林算法的型钢混凝土梁柱纤维单元参数优化

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哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：陈熹俊韩小雷张垒吴智辉季静华南理工大学土木与交通学院亚热带建筑与城市科学全国重点实验室(华南理工大学)

为提高型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)梁柱构件的弹塑性分析精度，提出基于随机森林算法的SRC梁柱纤维单元参数预测模型(PMFEP-SRC)，对SRC梁柱纤维单元的滞回曲线拟合效果进行优化。基于收集的153根SRC梁柱试件试验数据... 详细信息

为提高型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)梁柱构件的弹塑性分析精度，提出基于随机森林算法的SRC梁柱纤维单元参数预测模型(PMFEP-SRC)，对SRC梁柱纤维单元的滞回曲线拟合效果进行优化。基于收集的153根SRC梁柱试件试验数据，以极限承载力比值RF和耗能能力比值RE为目标参数，承载力调整系数CF和刚度调整系数CS为调整参数，爬山算法作为寻优手段，实现纤维单元最优调整参数的求解。通过随机森林算法，以SRC梁柱试件的试验控制参数作为特征参数，纤维单元最优调整参数(求解的承载力调整系数CF与刚度调整系数CS)作为标签，训练并建立PMFEP-SRC。设计并完成一批不同剪跨比的SRC柱低周往复加载试验，通过试验数据进一步验证了PMFEP-SRC的准确性与可靠性。结果表明：PMFEP-SRC能够较好地拟合不同破坏形态SRC梁柱试件的滞回曲线，对SRC试件的极限承载力和耗能面积的拟合精度远高于未经参数优化的纤维单元。

关键词：型钢混凝土梁柱纤维单元低周往复加载试验弹塑性分析随机森林算法

基于PGSA的B样条蒙皮自由曲面薄壳结构形态优化方法研究

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建筑结构学报 2024年

作者：石开荣吉古雪梅姜正荣亚热带建筑与城市科学全国重点实验室华南理工大学土木与交通学院

根据模拟植物生长算法基本原理，在基于生长空间限定与并行搜索的模拟植物生长算法（GSL&PS-PGSA）的基础上提出了一种变步长并行搜索机制，从而形成新型模拟植物生长算法——生长空间限定与变步长并行搜索的模拟植物生长算法(GSL&VPS-P... 详细信息

根据模拟植物生长算法基本原理，在基于生长空间限定与并行搜索的模拟植物生长算法（GSL&PS-PGSA）的基础上提出了一种变步长并行搜索机制，从而形成新型模拟植物生长算法——生长空间限定与变步长并行搜索的模拟植物生长算法(GSL&VPS-PGSA)，并首次将其引入自由曲面薄壳结构形态优化领域。该形态优化方法基于B样条蒙皮法，先由若干型值点进行B样条曲线重构，并调整曲线的型值点数、阶次及节点向量，得到具有相同属性的一簇截面控制曲线，再通过蒙皮法将截面曲线拟合为初始自由曲面，以此为基础，以B样条曲线的型值点坐标为设计变量，以结构整体应变能为优化目标，采用GSL&VPS-PGSA优化新算法得到造型和受力性能相协同的自由曲面薄壳结构。算例分析结果表明：B样条蒙皮法通过参数化建模可创建任意形状且光滑的自由曲面，且其型值点、阶次等形状控制参数为进一步的形态优化提供了条件；GSL&VPS-PGSA引入变步长并行搜索机制能较简洁地控制解的精度，并大大提高算法效率，与遗传算法、逆吊法相比，该算法优化效果更加显著且具有明显优势；所建立的形态优化方法，能获取以承受薄膜应力为主的合理结构形态，并适用于多变量、复杂约束条件，以及有限元网格划分精细的大规模自由曲面实体结构的形态优化问题。

关键词：自由曲面薄壳结构 B样条蒙皮曲面模拟植物生长算法形态优化