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建筑基本周期多因素机器学习预测模型

工程力学 2024年第2期41卷 171-179页

作者：陈隽宋颖豪王泽涛同济大学土木工程学院上海200092 土木工程防灾国家重点实验室同济大学上海200092

建筑物基本周期是其最重要的动力特性参数,影响因素众多。受限于曲线拟合的传统建模手段,目前的基本周期预测模型表达式中仅能包含高度或层数等单一因素,而忽略其他因素的影响。数据驱动机器学习方法的出现,为建筑周期多因素预测模型的... 详细信息

建筑物基本周期是其最重要的动力特性参数,影响因素众多。受限于曲线拟合的传统建模手段,目前的基本周期预测模型表达式中仅能包含高度或层数等单一因素,而忽略其他因素的影响。数据驱动机器学习方法的出现,为建筑周期多因素预测模型的建立提供了新思路。研究从大量文献中收集整理了2561条建筑周期的实测数据,形成了包含建筑高度、层数、材料、功能、地区等多因素的建筑周期实测数据库。建立了具有自学习能力的建筑基本周期多因素机器学习预测模型,避免了一般机器学习模型中繁琐的参数调节过程,提升模型的鲁棒性和适用性。与传统模型结果的对比表明:所提预测模型的适用结构类型范围广、准确性更高,配合云端服务器可形成一种全新的、开放式自学习的建筑周期预测模式。

关键词：基本周期实测数据多因素机器学习 AutoML

高强钢丝和钢绞线热膨胀和高温力学性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 198-205页

作者：楼国彪侯婧戚洪辉宋战辉李国强同济大学土木工程学院上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

为获取高强钢丝和钢绞线的热膨胀变形数据以及高温力学性能指标,通过国产1860 MPa钢丝的热膨胀变形试验研究,得到温度20~800℃下高强钢丝的热膨胀应变,并与已有的钢丝、钢绞线和钢丝束试验结果对比,提出了热膨胀应变拟合公式。通过高温... 详细信息

为获取高强钢丝和钢绞线的热膨胀变形数据以及高温力学性能指标,通过国产1860 MPa钢丝的热膨胀变形试验研究,得到温度20~800℃下高强钢丝的热膨胀应变,并与已有的钢丝、钢绞线和钢丝束试验结果对比,提出了热膨胀应变拟合公式。通过高温下稳态拉伸试验研究,得到了国产1860 MPa钢丝和1860 MPa钢绞线的破坏模式、应力-应变关系和高温力学性能指标,并与已有的钢绞线、钢丝束试验结果和欧洲抗火设计规范的建议值进行了对比。研究结果表明:高温下不同强度的钢绞线的弹性模量折减系数、断裂应变折减系数试验结果较离散,屈服强度折减系数、抗拉强度折减系数、极限应变折减系数试验结果较接近;在温度300~500℃时钢绞线的断裂应变远大于钢丝,在颈缩阶段的受力性能优于钢丝。欧洲规范中建议的应力-应变关系模型在颈缩阶段不适用于高强钢丝和钢绞线,为此,针对1860 MPa钢丝和钢绞线提出了高温下热膨胀系数和应力-应变关系模型,与试验结果吻合较好。

关键词：高强钢丝钢绞线高温热膨胀力学性能

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人群跳跃荷载时变协同性因子研究

振动工程学报 2024年第1期37卷 11-19页

作者：于秉仟陈隽李洋同济大学土木工程学院上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

协同性因子是跳跃人群中各单人间动作一致程度的度量指标,是人致结构振动分析中人群跳跃荷载建模的关键参数。现有协同性因子大都是定义在较长时段内的均值参数,其计算依据也是实验室条件下才能获取的地反力或特征点轨迹等,不能准确反... 详细信息

协同性因子是跳跃人群中各单人间动作一致程度的度量指标,是人致结构振动分析中人群跳跃荷载建模的关键参数。现有协同性因子大都是定义在较长时段内的均值参数,其计算依据也是实验室条件下才能获取的地反力或特征点轨迹等,不能准确反映跳跃者个体差异的时变特性,也难以直接应用于实际场景下结构的振动监测。对此,提出了人群跳跃荷载的时变协同性因子,采用计算机视觉中的多目标跟踪技术对跳跃人群进行实时监测,并计算协同性因子。开展了佩戴无线测力鞋垫的多人跳跃实验,通过与实验结果的对比,验证了时变协同性因子的合理性以及多目标跟踪技术的有效性,可用于工程结构的安全运维、人致结构振动分析和人群跳跃时变荷载的模拟。

关键词：人群跳跃荷载时变协同性因子多目标跟踪智能运维

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考虑轴力与底板约束的埋入式钢柱脚刚度模型

哈尔滨工业大学学报 2024年第2期56卷 18-27页

作者：赵宪忠许晓旭闫伸土木工程防灾国家重点实验室(同济大学) 上海200092 同济大学土木工程学院上海200092

为准确预测埋入式(特别是浅埋)钢柱脚节点的初始转动刚度,将柱脚的埋入段简化为地基梁,基于初参数法完善考虑轴力影响的Winkler地基上的Timoshenko梁理论,提出受锚栓和混凝土约束的柱脚底板转动刚度的计算方法,进而建立可以综合反映柱... 详细信息

为准确预测埋入式(特别是浅埋)钢柱脚节点的初始转动刚度,将柱脚的埋入段简化为地基梁,基于初参数法完善考虑轴力影响的Winkler地基上的Timoshenko梁理论,提出受锚栓和混凝土约束的柱脚底板转动刚度的计算方法,进而建立可以综合反映柱脚埋深、埋入段剪切变形、钢柱轴力、底板约束影响的埋入式钢柱脚转动刚度模型。基于已验证的有限元模型进行参数分析,研究埋深比、轴力和锚栓布置对柱脚转动刚度的影响。与有限元结果的对比表明,提出的刚度模型较过往文献中理论模型具有更高的精度和更好的适用性,尤其是对于埋深比为0.5~1.5的浅埋柱脚节点。理论与有限元结果表明:埋深比较小时,柱脚转动刚度随埋深比的增加快速增大,而埋深比增加到一定程度后,其对转动刚度几乎无影响;柱脚转动刚度随钢柱轴压力增加呈增大的趋势;对于浅埋柱脚节点,底板约束对其转动刚度的影响较大,而随着埋深的增大,其影响逐渐减小;底板转动约束对埋深比小于1.5的节点刚度具有显著影响,当埋深比增大至2.5,其影响可以忽略。

关键词：埋入式柱脚转动刚度埋深轴力底板约束 Timoshenko梁 Winkler地基

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钢绞线热铸锚节点高温下抗拉性能试验研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第3期51卷 1-7页

作者：楼国彪侯婧戚洪辉宋战辉同济大学土木工程学院上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

针对锌铜合金熔点较低(约460℃±10℃)、高温下热铸锚节点容易失效的问题,对预应力钢绞线热铸锚节点进行了高温抗拉性能试验,获得了高温下试件的破坏模式和抗拉承载力,提出了钢绞线热铸锚节点在高温下极限抗拉承载力计算公式,以及在各... 详细信息

针对锌铜合金熔点较低(约460℃±10℃)、高温下热铸锚节点容易失效的问题,对预应力钢绞线热铸锚节点进行了高温抗拉性能试验,获得了高温下试件的破坏模式和抗拉承载力,提出了钢绞线热铸锚节点在高温下极限抗拉承载力计算公式,以及在各荷载比下的临界温度,可用于钢绞线热铸锚节点的抗火承载力验算与防火保护层厚度设计.试验研究表明,温度低于200℃时,破坏模式为钢绞线断裂;温度高于200℃时,破坏模式通常为钢绞线滑脱.温度为150~440℃时,钢绞线热铸锚节点的极限抗拉承载力随温度升高而降低,287℃、340℃、392℃和425℃时的极限承载力分别为常温时的77.3%、39%、35.2%和10.5%.

关键词：预应力索热铸锚节点高温试验火灾抗拉性能

用于金属阻尼器的Q235钢材循环硬化应变幅相关特性

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工程力学 2024年第5期41卷 26-38,246页

作者：钟云龙李国强相阳同济大学土木工程学院上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

金属阻尼器作为一种成本较低的减震构件被广泛应用于各类工程结构之中,通常采用低强度高延性钢材制作。在地震作用下,金属阻尼器会经历随机的循环塑性变形历程,其材料力学性能会发生变化,产生循环硬化或软化。为了探究常用于金属阻尼器... 详细信息

金属阻尼器作为一种成本较低的减震构件被广泛应用于各类工程结构之中,通常采用低强度高延性钢材制作。在地震作用下,金属阻尼器会经历随机的循环塑性变形历程,其材料力学性能会发生变化,产生循环硬化或软化。为了探究常用于金属阻尼器的Q235钢材在各类循环应变幅下的力学性能,该文对Q235钢材在常应变幅、升应变幅与降应变幅循环荷载下的力学性能进行了试验研究,最大应变幅达到10%,分析了加载应变幅值和应变历史对钢材硬化性能的影响。结果表明,Q235钢材的硬化能力与加载应变幅相关,较大应变幅下积累的塑性变形会提高后续较小应变幅下钢材的硬化量,升应变幅荷载下钢材的硬化能力与加载历史无关。在此基础上,通过MATLAB优化工具箱标定了各个常应变幅试件的最优化CHABOCHE模型参数,参数结果表明仅考虑各向同性硬化的应变幅依赖效应即可准确反映Q235钢材在各个应变幅下的循环力学响应。以剪切阻尼器为例,基于有限元软件ABAQUS,通过编制子程序USDFLD考虑了材料硬化的应变幅依赖效应,分析对比了是否考虑钢材硬化应变幅依赖特性对阻尼器性能预测的影响。分析表明Q235钢材的循环硬化的应变幅相关特性对阻尼器性能分析影响很大,需要在分析中考虑。

关键词：结构工程本构模型试验研究循环硬化应变幅相关阻尼器

爆炸荷载作用下砌体填充墙对RC框架结构损伤破坏的影响

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振动与冲击 2024年第3期43卷 93-104,157页

作者：陈公轻吴昊吕晋贤陈德同济大学土木工程学院上海200092

砌体填充墙作为非结构构件在建筑结构抗爆分析中常被忽略,而实际爆炸事故中填充墙多发生严重破坏,从而影响爆炸波的传播及其与结构的相互作用以及结构的损伤破坏等级。基于精细化数值仿真方法评估外部爆炸作用下砌体填充墙对钢筋混凝土(... 详细信息

砌体填充墙作为非结构构件在建筑结构抗爆分析中常被忽略,而实际爆炸事故中填充墙多发生严重破坏,从而影响爆炸波的传播及其与结构的相互作用以及结构的损伤破坏等级。基于精细化数值仿真方法评估外部爆炸作用下砌体填充墙对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构损伤破坏的影响。首先,采用LS-DYNA有限元分析软件分别对典型砌体填充墙和含填充墙RC框架的近区爆炸试验进行复现,验证所采用的填充墙简化微观建模方法、材料本构模型和参数,以及任意拉格朗日欧拉爆炸荷载施加方法和爆炸波-结构流固耦合算法的适用性。进一步结合结构混合单元建模方法,开展了美国联邦应急管理署规定的普通轿车炸弹(454 kg TNT当量)在底层边柱位置爆炸下,6度、7度和8度抗震设防烈度的典型6层纯框架和含填充墙框架结构动力行为的数值仿真分析,考察了爆炸波传播路径,以及结构的动态响应、损伤破坏和抗倒塌机制。结果表明:该工况中填充墙能够有效阻挡爆炸波的传播,作用于目标柱相邻内柱上的超压峰值降低95%,减轻了内部构件的损伤程度;但同时加剧了结构迎爆面的损伤破坏,如3种抗震设防烈度的含填充墙框架目标柱柱中侧向位移较纯框架分别增加21.4%、31.1%和14.8%;不同抗震设防烈度的纯框架和含填充墙框架的顶层目标柱竖向位移基本相同,即抗震设防烈度及砌体填充墙对框架结构整体倒塌行为的影响可以忽略。

关键词：爆炸荷载砌体填充墙 RC框架数值模拟抗震设计

LQ550冷轧高强薄钢板高周疲劳性能试验研究

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 189-197页

作者：王雅倩李元齐同济大学土木工程学院上海200092

冷弯型钢具有冷加工便捷、截面高效灵活、连接方便等优势,在冷弯型钢结构体系中得到广泛应用,同时疲劳破坏作为重要破坏形式之一,其研究对冷弯型钢的进一步推广具有重要意义。而新修订GB 50018—202X《冷弯型钢结构技术标准》(报批稿)中... 详细信息

冷弯型钢具有冷加工便捷、截面高效灵活、连接方便等优势,在冷弯型钢结构体系中得到广泛应用,同时疲劳破坏作为重要破坏形式之一,其研究对冷弯型钢的进一步推广具有重要意义。而新修订GB 50018—202X《冷弯型钢结构技术标准》(报批稿)中,尚无关于冷弯型钢抗疲劳设计的相关条文。为此,对0.8 mm和1.2 mm两种厚度、不同取材方向的LQ550冷轧高强薄钢板进行了拉伸高周疲劳试验,采用最小二乘法拟合得到反映疲劳性能的S-N曲线,并与现行相关规范和Q690高强钢已有疲劳试验曲线进行对比。试验结果表明:沿轧制方向取材的钢板疲劳性能优于垂直于轧制方向取材的钢板疲劳性能;厚度越大,沿轧制方向取材的钢板疲劳性能越差,垂直于轧制方向取材的钢板疲劳性能越好;两种厚度的钢板合并拟合且在95%保证率下,沿轧制方向的母材疲劳极限应力分别比AISC 360-2016、AISI S100-2016、GB 50017—2017的理论计算值提高192%、172%、165%,垂直于轧制方向的母材疲劳极限应力分别提高103%、88%、84%,即受轧制影响,钢板的疲劳性能远高于普通钢的;垂直于轧制方向取材的钢板疲劳性能和高强钢的相近。

关键词： LQ550冷轧高强薄钢板高周疲劳性能 S-N曲线轧制方向钢板厚度

基于钢框架梁柱焊接节点超低周疲劳性能的焊接孔构造优化研究

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 206-215页

作者：吴雨杭李元齐同济大学土木工程学院上海200092

强往复荷载作用可能导致钢框架梁柱节点的焊接孔处发生超低周疲劳(ULCF)断裂,将数值模拟的应力应变状态代入循环孔洞扩张模型(CVGM)是预测ULCF断裂的普遍方法。将上述方法扩展至改进循环孔洞扩张模型(ICVGM),可用于各类焊接孔形节点的... 详细信息

强往复荷载作用可能导致钢框架梁柱节点的焊接孔处发生超低周疲劳(ULCF)断裂,将数值模拟的应力应变状态代入循环孔洞扩张模型(CVGM)是预测ULCF断裂的普遍方法。将上述方法扩展至改进循环孔洞扩张模型(ICVGM),可用于各类焊接孔形节点的断裂预测,给出优化的焊接孔形。为此,基于既有试验数据提出ICVGM参数标定方法,确定Q355钢的相关参数;将ICVGM预测结果与钢框架节点局部试件断裂试验结果进行对比,揭示二者的一致性,验证ICVGM较CVGM的准确性;同时,采用ICVGM获得不同焊接孔形节点的断裂倾向,提出优化建议及合理孔形。有限元参数分析表明:增加焊接孔长度可以降低节点的断裂倾向;采用半圆形及FEMA-350推荐孔形节点的断裂倾向最低;优化孔形使得断裂位置由热影响区转移至母材,从而提高节点延性。

关键词：梁柱焊接节点往复作用超低周疲劳断裂改进循环孔洞扩张模型参数标定优化焊接孔形