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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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台风气候下低矮建筑屋面实测风压的分形特征

湖南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：崔炳唱黄鹏同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室

在中国东南沿海地区，台风造成的损失主要是由于低矮建筑的破坏，台风期间屋面风压的特性具有重要的工程价值.基于物理学的分形理论，本文对风压脉冲信号的分形特征展开研究.依托同济大学浦东实测基地，以2011年台风“梅花”期间低矮双... 详细信息

在中国东南沿海地区，台风造成的损失主要是由于低矮建筑的破坏，台风期间屋面风压的特性具有重要的工程价值.基于物理学的分形理论，本文对风压脉冲信号的分形特征展开研究.依托同济大学浦东实测基地，以2011年台风“梅花”期间低矮双坡实测房屋面风压数据和近地面风速数据为样本，采用盒子计数法估计风压时程序列的分形维数.论证了分形维数值和风压脉动强弱的正相关性.分析了屋盖全区域的分形特征以及屋盖坡角和来流方向等对分形特征的影响.结果表明，台风气候下屋面风压是反持久性时间序列，全屋面区域测点风压分形维数的平均值是1.700.建筑坡角和来流方向对屋面风压的分形特征影响较大，分形维数的峰值出现在远离来流的向风面山墙区域，局部低值出现在屋脊的中心区域.对分形特征和非高斯性的相关性进行了分析，分形维数与峰度系数之间负相关性较强，在0°坡角下二者负相关系数为-0.509.

关键词：建筑屋盖现场实测分形特征反持久性台风

基于双气动弹性模型风洞试验的邻近超高层建筑风致干扰效应

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空气动力学学报 2024年

作者：苏林焜顾明同济大学土木工程防灾国家重点实验室

由于超高层建筑通常在城市中心比邻而建，风致干扰效应对邻近建筑的影响不可忽视。先前关于风致干扰效应的研究中少有使用两个气动弹性模型进行风洞试验，因此气动弹性效应对风致干扰效应的影响不能被很好地反映出来。本文基于一系列双... 详细信息

由于超高层建筑通常在城市中心比邻而建，风致干扰效应对邻近建筑的影响不可忽视。先前关于风致干扰效应的研究中少有使用两个气动弹性模型进行风洞试验，因此气动弹性效应对风致干扰效应的影响不能被很好地反映出来。本文基于一系列双气动弹性模型风洞实验，研究了相邻两座方形超高层建筑顶部横风响应的气动干扰效应，分析了干扰位置、折减风速、模型类型等气动干扰因素的影响。对35个干扰位置进行双气弹模型风洞实验，在每个位置上设置18个折减风速，获得干扰因子的等值线图。最后，在双气动弹性典型干扰位置处进行一刚性一气动弹性建筑模型风洞实验。通过比较两种风洞实验的结果，发现气动弹性效应使得中高风速下受扰建筑的负气动阻尼绝对值增大且干扰因子升高，忽略施扰建筑气动弹性效应会使得风致响应的评估结果偏于危险。

关键词：气动弹性模型风洞试验气动弹性效应气动阻尼干扰效应

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考虑质量偏心的板状飞掷物数值模拟

振动与冲击 2024年第20期 26-34页

作者：黄鹏周华亮黎子昱林华坛同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室

风致板状飞掷物是风灾中造成建筑围护结构破坏的主要因素之一，且常因材质不均匀等因素导致质量偏心。建立考虑质量偏心的板状飞掷物运动数值模型，研究了不同质心位置和初始风攻角影响下飞掷物的飞行姿态、轨迹和速度，分析了飞掷物存... 详细信息

风致板状飞掷物是风灾中造成建筑围护结构破坏的主要因素之一，且常因材质不均匀等因素导致质量偏心。建立考虑质量偏心的板状飞掷物运动数值模型，研究了不同质心位置和初始风攻角影响下飞掷物的飞行姿态、轨迹和速度，分析了飞掷物存在质量偏心时对人群和建筑的影响。研究表明：数值模型准确高效，可应用于大量不同初始参数飞掷物的快速模拟；质量偏心会加剧板状飞掷物在运动中的反向翻转，转动会耗散平动的能量从而降低冲击的速度；起飞时质心偏下飞掷物一般下坠得更快，质心偏上则更容易导致轨迹发散，且质量偏心对飞掷物冲击建筑围护结构的姿态较为关键。

关键词：板状飞掷物质量偏心飞行姿态飞行轨迹数值方法

非平稳随机激励下高维非线性系统可靠度分析的概率密度全局演化方法

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考虑土与结构相互作用的摇摆墙-框架结构地震响应参数分析

振动工程学报 2024年第6期37卷 903-914页

作者：律梦泽陈建兵同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海 200092 同济大学土木工程学院上海 200092

实际工程结构遭受的灾害性动力作用(如强风、地震等)往往具有显著的随机性和非平稳性.对复杂随机激励下高维非线性系统的动力可靠度进行精细化分析,对于实际工程结构的抗灾设计和优化具有重要意义.基于一般连续随机过程的降维概率密度... 详细信息

实际工程结构遭受的灾害性动力作用(如强风、地震等)往往具有显著的随机性和非平稳性.对复杂随机激励下高维非线性系统的动力可靠度进行精细化分析,对于实际工程结构的抗灾设计和优化具有重要意义.基于一般连续随机过程的降维概率密度演化方程,给出了一类非平稳随机激励下的高维非线性系统动力可靠度分析方法.具体地,若仅针对系统某一感兴趣物理量在给定安全域下的首次超越问题,则可以构造该物理量在安全域内的吸收边界过程,并建立其瞬时概率密度函数满足的二维偏微分方程,即降维概率密度演化方程.方程中的本征漂移系数是驱动概率密度演化的全局性物理驱动力,可以通过对原系统有限次代表性确定性动力分析获取的数据进行数值构造.采用数值方法求解降维概率密度演化方程,即可获得系统的动力可靠度解答.文中通过两个算例验证了该方法的有效性,并讨论了需要进一步研究的问题.

关键词：降维概率密度演化方程高维非线性随机动力系统非平稳随机激励动力可靠度分析物理驱动

来源：博看期刊评论

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土木工程学报 2024年

作者：何东毅李培振同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室

摇摆墙-框架结构体系是一种较新颖的抗震体系，能够有效改善普通框架结构易于在地震中发生层屈服破坏的问题。然而，目前对该体系的研究资料较为有限，且现有研究大多基于刚性地基假设，未考虑到土与结构之间的相互作用，因此所得结果... 详细信息

摇摆墙-框架结构体系是一种较新颖的抗震体系，能够有效改善普通框架结构易于在地震中发生层屈服破坏的问题。然而，目前对该体系的研究资料较为有限，且现有研究大多基于刚性地基假设，未考虑到土与结构之间的相互作用，因此所得结果不够准确。对于摇摆墙的设计，也需要通过参数分析来研究，以获取地震作用下不同参数对结构响应的影响规律。本文采用经过试验数据验证的有限元模型，通过改变模型中的土体性质、摇摆墙刚度和高度，对摇摆墙-框架结构在SSI体系中的地震响应规律进行了研究。研究结果显示，就上部结构整体而言，摇摆墙参数对结构的地震响应影响不明显，但土体性质的变化则对结构响应产生明显影响。而对于结构的不同楼层来说，摇摆墙刚度和高度的增加能够提升结构的整体性能，使得在地震作用下层间位移角响应更加均匀。

关键词：土与结构相互作用摇摆墙-框架结构地震响应参数分析

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胶合木预应力套管螺栓连接梁柱节点受力性能

建筑结构学报 2024年第9期45卷 253-261页

作者：何敏娟戴鹏飞李征同济大学建筑工程系上海200092 同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092

胶合木结构中的梁柱大多采用钢填板螺栓进行连接,即通过内嵌的钢板、采用螺栓连接梁柱构件。然而,这种连接方式存在螺孔与螺杆间空隙大、初始刚度低、木材易劈裂等问题。为提高节点的初始刚度、改善既有破坏模式中木材劈裂问题,提出一种... 详细信息

胶合木结构中的梁柱大多采用钢填板螺栓进行连接,即通过内嵌的钢板、采用螺栓连接梁柱构件。然而,这种连接方式存在螺孔与螺杆间空隙大、初始刚度低、木材易劈裂等问题。为提高节点的初始刚度、改善既有破坏模式中木材劈裂问题,提出一种将T形钢连接件的翼缘通过对拉螺栓连接于柱侧、T形钢连接件的腹板插入梁端并通过预应力套管螺栓与梁端紧密连接的节点构造。为了研究套管形状对节点受力性能的影响,分别制作使用方形套管和圆形套管的胶合木预应力套管螺栓节点试件,开展单调和往复加载试验。基于试验,得到了节点刚度、承载力以及延性等性能,并分析不同形状预应力套管螺栓节点的受力性能。结果表明:与传统钢填板螺栓节点相比,所提出的预应力套管螺栓连接梁柱节点初始刚度是其3倍以上;使用方形套管可延缓木材劈裂、减缓节点的刚度退化,但承载力比圆形套管节点降低9%。

关键词：胶合木结构梁柱节点预应力套管螺栓连接套管形状拟静力试验受力性能

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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

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