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基于数据驱动和设计规则约束的钢框架-支撑结构平面布置智能设计方法

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 13-21页

作者：王伟付柏超同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 同济大学建筑工程系上海200092

人工智能算法是实现建筑结构自动化、智能化设计的关键技术。然而,由于缺乏物理规则的约束,人工智能算法在实际工程的应用中时而会生成不合理的结果。因此,将结构设计规则以神经网络模块的形式融合到生成对抗网络(GAN)中,提出一种钢框架... 详细信息

人工智能算法是实现建筑结构自动化、智能化设计的关键技术。然而,由于缺乏物理规则的约束,人工智能算法在实际工程的应用中时而会生成不合理的结果。因此,将结构设计规则以神经网络模块的形式融合到生成对抗网络(GAN)中,提出一种钢框架-支撑结构平面布置智能设计方法(FrameGAN-sym)。对该方法的基本原理和思路进行介绍,并将FrameGAN-sym的设计结果与FrameGAN进行详细的对比和分析,证明其能够按照所提出的对称约束网络模块的要求,生成对称性更强的结构图纸。通过不同高度的3个钢框架-支撑结构工程算例,对比FrameGAN、FrameGAN-sym以及人工设计平面布置方案的力学性能,结果表明,FrameGAN-sym布置方案在力学性能上更加接近人工设计布置方案,且较FrameGAN布置方案降低了结构的扭转效应。

关键词：钢框架-支撑结构人工智能平面布置设计对称性扭转效应

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多道负刚度阻尼伸臂结构减震性能的随机响应分析

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建筑结构学报 2024年第5期45卷 55-68页

作者：孙飞飞杨光刘越杨嘉琦同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学建筑工程系上海200092

针对传统黏滞阻尼伸臂(conventional damped outrigger, CDO)结构中由于外柱刚度有限造成最大附加阻尼比受限的不足,引入负刚度机制,将负刚度装置与阻尼器并联,形成负刚度阻尼伸臂(negative stiffness damped outrigger, NSDO)结构,在... 详细信息

针对传统黏滞阻尼伸臂(conventional damped outrigger, CDO)结构中由于外柱刚度有限造成最大附加阻尼比受限的不足,引入负刚度机制,将负刚度装置与阻尼器并联,形成负刚度阻尼伸臂(negative stiffness damped outrigger, NSDO)结构,在降低阻尼需求、控制结构的风振及地震作用响应方面具有显著的优势。基于连续化的Timoshenko梁建立多道负刚度阻尼伸臂结构的简化分析模型,并通过虚拟小质量法建立核心筒-伸臂结构的状态空间方程,最终通过求解Lyapunov方程得到结构的随机地震响应。并以两道伸臂为例,对两道NSDO(简称“2NSDO”)结构、两种布置方案的混合伸臂结构进行了随机地震响应参数化分析。结果表明:与传统阻尼伸臂结构相比,合理设置的NSDO结构的减震效果明显提高,层间位移角与无控结构(仅核心筒)层间位移角之比(即层间位移角减震效果)从0.68降至0.25以下,有害层间位移角的减震效果从0.71降至0.4以下,加速度、基底剪力和倾覆弯矩的减震效果均从0.7左右降至0.5以下;对比不同的NSDO布置形式,对于有害层间位移角、加速度、基底剪力和倾覆弯矩指标,2NSDO结构和传统伸臂(conventional outrigger, CO)在下部、NSDO在上部(1CO+1NSDO)的混合伸臂结构具有基本相同的显著减震效果,均能降至0.55以下,NSDO在下部、CO在上部(1NSDO+1CO)混合伸臂结构的可降至0.82以下;对于层间位移角,2NSDO结构的减震效果最好,可降至0.25左右,1CO+1NSDO和1NSDO+1CO结构的分别降至0.3和0.4以下。综合考虑减震效果及对结构静力刚度的影响,工程中更推荐采用1CO+1NSDO的伸臂布置形式。

关键词：伸臂结构负刚度阻尼伸臂多伸臂随机地震响应减震效果

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基于化力模型的供水钢管内腐蚀力学性能评估

浙江大学学报（工学版） 2024年第8期58卷 1681-1690页

作者：彭仁竹李素贞同济大学建筑工程系上海200092 同济大学土木工程防灾减灾国家重点实验室上海200092

为了解决已有钢管腐蚀深度预测模型未考虑电化学腐蚀机理,难以泛化到不同应用场景的问题,提出基于电化学腐蚀机理的腐蚀深度预测模型.该模型以溶解氧质量浓度和水温监测数据作为输入,预测管壁平均腐蚀深度.结合腐蚀深度预测模型、腐蚀深... 详细信息

为了解决已有钢管腐蚀深度预测模型未考虑电化学腐蚀机理,难以泛化到不同应用场景的问题,提出基于电化学腐蚀机理的腐蚀深度预测模型.该模型以溶解氧质量浓度和水温监测数据作为输入,预测管壁平均腐蚀深度.结合腐蚀深度预测模型、腐蚀深度-力学性能退化经验公式及Chaboche本构模型,提出化力模型,用于估算腐蚀后管材的单轴应力-应变曲线.该单轴应力-应变曲线可以为全寿命运营周期内管道结构的安全评估提供依据.以某根服役的供水钢管为案例,结合实时监测数据,验证了该模型的合理性和可行性.

关键词：市政工程供水钢管化力模型电化学腐蚀单轴应力-应变曲线

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地震动脉冲分量表征模型研究综述

地震工程与工程振动 2024年第3期44卷 1-16页

作者：高文俊李歆同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 同济大学结构防灾减灾工程系上海200092

通过回顾地震工程研究领域的文献,对研究中采用的地震动脉冲分量表征模型进行了收集与整理。针对各类模型的特点进行了比较与讨论,并对其研究意义以及在结构抗震研究中所发挥的作用进行梳理总结,提炼出了研究框架。根据现有的研究结果指... 详细信息

通过回顾地震工程研究领域的文献,对研究中采用的地震动脉冲分量表征模型进行了收集与整理。针对各类模型的特点进行了比较与讨论,并对其研究意义以及在结构抗震研究中所发挥的作用进行梳理总结,提炼出了研究框架。根据现有的研究结果指出:考虑地震动脉冲效应的地震危险性分析是研究框架中的核心环节;对于反映相同脉冲特征的不同脉冲表征模型,尽管它们采用的数学表达形式存在差异,但是在动力学上的表现是接近的;具有滑冲效应特征的脉冲表征模型和具有前方向性效应特征的脉冲表征模型之间存在相似性。最后,对结构地震反应计算分析中地震动选取的相关考虑因素进行了讨论。

关键词：地震动脉冲分量表征模型地震动脉冲分量脉冲型地震动地震工程

附加不同形式调谐质量惯容系统的高耸烟囱轻量化减震控制

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振动工程学报 2024年第3期37卷 464-475页

作者：张力张瑞甫薛松涛谢丽宇同济大学土木工程学院土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院结构防灾减灾工程系上海200092 日本东北工业大学建筑系仙台982-8577

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法,然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间,这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统(TMIS)控制高耸烟囱的地震响应,以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减... 详细信息

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法,然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间,这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统(TMIS)控制高耸烟囱的地震响应,以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减震目标。同时,考虑烟囱高阶模态对其地震响应不容忽视的影响,提出沿烟囱高度布置的分布式TMIS以实现多模态控制效果。建立了基于两种不同惯容子系统的TMIS力学模型及相应的附加分布式TMIS烟囱运动方程。以金井清谱为随机地震激励输入,并基于改进的定点理论提出了分布式TMIS的部分设计参数简化假设,提出了基于需求的分布式TMIS烟囱结构多模态优化设计方法。通过实例验证了所建议设计方法的有效性,并对比检验了分布式TMIS的轻量化及多模态控制效果,通过参数分析检验了所采用的改进定点理论简化的合理性。结果表明:所建议的设计方法可以按照预定目标发挥两种分布式TMIS的减震性能,两种分布式TMIS均显示了明显的轻量化减震效果。

关键词：减震惯容烟囱多模态控制调谐

工字形钢梁-矩形钢管柱单向螺栓节点抗弯承载力理论计算方法

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土木工程学报 2024年第2期57卷 35-45页

作者：李国强蒋蕴涵陈琛王苑佐王彦博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 北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

针对工字形纯钢梁和钢-混凝土组合梁分别与矩形钢管柱和矩形钢管混凝土柱采用单向螺栓(也称单边拧紧螺栓)连接形成的4种节点形式,对其在弯矩作用下的受力机理及破坏模式进行分析,讨论导致节点失效的因素。总结节点在弯矩作用下的9种失... 详细信息

针对工字形纯钢梁和钢-混凝土组合梁分别与矩形钢管柱和矩形钢管混凝土柱采用单向螺栓(也称单边拧紧螺栓)连接形成的4种节点形式,对其在弯矩作用下的受力机理及破坏模式进行分析,讨论导致节点失效的因素。总结节点在弯矩作用下的9种失效模式,包括:单向螺栓拉断、端板受弯屈服、矩形钢管柱壁翼板受拉屈服、矩形钢管柱壁翼板受压屈服、矩形钢管柱壁腹板受压屈曲、混凝土楼板局部压溃、钢筋屈服、矩形钢管柱内混凝土局部压溃、矩形钢管柱壁腹板受压屈服,进而基于破坏模式给出节点各组件承载力的计算公式。对4种节点在不同破坏模式下的正弯矩承载力和负弯矩承载力进行分析,给出节点承载力计算公式。将节点抗弯承载力的理论计算结果与试验结果进行对比,验证理论计算方法的可靠性。

关键词：工字形钢梁矩形钢管柱单向螺栓节点抗弯承载力

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沉浸式力学实验数字孪生系统架构研究

工程力学 2024年

作者：李颖熊冰桑笑晗熊青松孔庆钊同济大学土木工程防灾国家重点实验室

沉浸式力学实验数字孪生技术将真实世界的结构实体与虚拟空间的力学模型融合，不仅有助于实验者对结构力学行为的深层次理解，更有利于计算资源的均衡调控、共享和节约。针对力学实验数字孪生的自动化、精准度和稳定性的难题，文章提出... 详细信息

沉浸式力学实验数字孪生技术将真实世界的结构实体与虚拟空间的力学模型融合，不仅有助于实验者对结构力学行为的深层次理解，更有利于计算资源的均衡调控、共享和节约。针对力学实验数字孪生的自动化、精准度和稳定性的难题，文章提出了采用边缘硬件性态感知、云服务器数据存储与中央调控、雾服务器有限元计算和分别基于Unity平台/Web平台/HoloLens混合现实平台三种孪生模型可视化方式的分布式在线数字孪生系统架构，并从时域和空间域提出了衡量结构实体与孪生模型映射自动化、精准性和稳定性的指标——刷新率、性态误差和波动率。进一步，以简单的悬臂梁实验为研究对象，搭建了基于该架构的三套沉浸式力学实验数字孪生系统。系统验证分析结果表明，该三种系统架构均可实现自动的、精准的和稳定的沉浸式力学实验，其中Web平台孪生模型可视化刷新率略高、波动率较小且便于访问，Unity客户平台三维数字场景重构更为便捷和真实，HoloLens混合现实平台的沉浸感和交互效果更强。

关键词：力学实验数字孪生边雾云架构有限元计算混合现实

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套管式屈曲约束支撑内芯抗屈曲机理研究

工程力学 2024年

作者：陈雨周锋同济大学土木工程防灾国家重点实验室

屈曲约束支撑受压不易发生失稳的一个重要原因是约束部件对核心受力部件(内芯)挠曲变形的限制作用。如今关于一字型内芯抗屈曲机理的研究成果丰富，而对钢管这种型钢内芯所存在的杆整体屈曲和截面局部屈曲时序的认识仍不足，关键参数对... 详细信息

屈曲约束支撑受压不易发生失稳的一个重要原因是约束部件对核心受力部件(内芯)挠曲变形的限制作用。如今关于一字型内芯抗屈曲机理的研究成果丰富，而对钢管这种型钢内芯所存在的杆整体屈曲和截面局部屈曲时序的认识仍不足，关键参数对套管式屈曲约束支撑稳定性的影响规律不够清晰。因此本文首先通过理论分析，揭示了在工程参数范围内方管内芯整体屈曲和截面局部屈曲的时序以及接触模式的演变规律，推导了截面局部接触力的计算公式。之后基于已有试验结果建立有限元数值模型，深入分析方管内芯宽厚比、外套管刚度和间隙对循环加载下构件承载能力的影响。最后通过有限元模拟分析了方管内芯整体接触和局部接触的演化以及局部接触力的分布和大小，对理论结果进行验证。研究结果发现当截面宽厚比b/t与长细比λg满足一定关系时，内芯会在N点整体接触模式下出现截面局部接触；随着外套管抗弯刚度的增加，整体稳定性增强，但外管刚度对局部稳定性的影响有限；内芯宽厚比较小(b/t=10)的构件强度受整体稳定能力控制，而内芯宽厚比相对较大(b/t =13、18)的构件则更容易发生相关失稳或局部失稳；对于发生局部失稳的构件，缩小与外管的间隙不能明显提升构件的稳定承载能力。

关键词：屈曲约束支撑抗屈曲机理有限元分析方管内芯整体稳定局部稳定

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钻爆法隧道智能建造:最新技术与未来展望

现代隧道技术 2024年第2期61卷 18-27页

作者：朱合华凌加鑫朱梦琦李晓军武威同济大学土木工程学院上海200092 土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092

在隧道建造条件的极端化和新一代信息技术发展引起的产业变革的双重影响下,隧道智能建造成为了隧道建设发展的必然趋势。隧道智能建造是顺应第四次工业革命的需要,用信息技术的理论和方法改造和提升传统隧道建造模式,实现隧道建设的数... 详细信息

在隧道建造条件的极端化和新一代信息技术发展引起的产业变革的双重影响下,隧道智能建造成为了隧道建设发展的必然趋势。隧道智能建造是顺应第四次工业革命的需要,用信息技术的理论和方法改造和提升传统隧道建造模式,实现隧道建设的数字化赋能和数字化转型,从而成为推动隧道建设发展的核心驱动力。在这样的背景下,文章聚焦于钻爆法隧道智能建造的最新技术发展,对隧道智能建造必要性、整体解决方案、“采集-传输-处理-表达-分析-服务”信息流进行阐述,最后对隧道智能建造的未来进行展望。通过综述目前隧道智能建造领域数据采集、传输、处理、表达、分析和服务的最新技术和研究进展,提出了“数字-数值-数据一体化分析理论”、“人-机-环境全要素数字孪生”、“采集-设计-施工一体化建造模式”和“全工程设备自动化”四大关键难题,以期实现隧道智能建造,提高重大基础设施工程质量和建造效率。

关键词：钻爆法智能建造解决方案智能设计和分析智能施工