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近距离爆炸作用下工字形截面钢柱荷载分布与动态响应数值模拟研究

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建筑结构学报 2024年第1期45卷 12-26页

作者：肖伟芳陈思琦赵宪忠同济大学土木工程学院

作为钢结构中主要承重构件的钢柱，其在近距离爆炸作用下的荷载分布和动态响应，尤其是入射角对钢柱爆炸荷载和动态响应的影响规律等方面研究较为匮乏。为此，采用LS-DYNA有限元分析软件，研究近距离爆炸作用下工字形截面钢柱在不同入... 详细信息

作为钢结构中主要承重构件的钢柱，其在近距离爆炸作用下的荷载分布和动态响应，尤其是入射角对钢柱爆炸荷载和动态响应的影响规律等方面研究较为匮乏。为此，采用LS-DYNA有限元分析软件，研究近距离爆炸作用下工字形截面钢柱在不同入射角下的爆炸荷载分布和动态响应。结果表明：当冲击波加载于钢柱截面强轴时，翼缘板爆炸荷载受稀疏波效应影响显著，与无限大反射面的相比，其反射冲量下降10%～50%;近距离爆炸工况下稀疏波传播速度远大于现行抗爆设计规范中所假设的环境声速，表明环境声速假设在近距离爆炸工况下并不适用；在弱轴加载工况下，稀疏波效应并不明显，由于冲击波在截面内发生多次反射，延长了其正相持时，因而腹板上的峰值冲量反而高于无限大反射面条件下的峰值冲量；当入射角小于同时通过迎爆侧翼缘板边缘点与工字形截面形心的入射角时，冲击波的主要作用区域为两翼缘板与腹板所围内凹区域，其爆炸荷载和腹板局部变形在入射角为30°时达到最大值，两个半翼缘板呈向外张开态势，且张开幅度随入射角的增大而减小；而当入射角大于同时通过迎爆侧翼缘板边缘点与工字形截面形心的入射角时，冲击波则主要作用于迎爆侧翼缘板，其爆炸荷载和整体挠度在入射角为90°时达到最大值，两个半翼缘板向内闭合，且闭合幅度随入射角的增大而增大。

关键词：工字形截面钢柱近距离爆炸爆炸荷载数值模拟变形模式入射角稀疏波效应

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角钢格构混凝土组合梁受弯性能研究

建筑结构学报 2024年第8期45卷 230-242页

作者：楼国彪李依繁贾桂林陈丕旭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实验室上海200092

为研究角钢格构混凝土组合梁的受弯性能,开展了四点弯曲试验及有限元模拟研究,并基于平衡条件推导正截面受弯承载力计算式,提出了相关设计建议。研究结果表明:纯弯段布置缀条可有效限制受压区角钢的屈曲失稳破坏;试验中受拉区配钢相同... 详细信息

为研究角钢格构混凝土组合梁的受弯性能,开展了四点弯曲试验及有限元模拟研究,并基于平衡条件推导正截面受弯承载力计算式,提出了相关设计建议。研究结果表明:纯弯段布置缀条可有效限制受压区角钢的屈曲失稳破坏;试验中受拉区配钢相同的对称配钢组合梁与非对称配钢组合梁相比,受弯承载力提高约10%,延性也有不同程度的提升。因此在经济合理的范围内,推荐使用对称配钢的角钢格构混凝土组合梁;增大配钢率可提高对称配钢角钢格构混凝土组合梁的受弯承载力,配钢率从3.94%提高至5.58%时,对称配钢组合梁的受弯承载力提高约20%;此外,角钢格构混凝土组合梁的受弯变形满足平截面假定;对于对称配钢的角钢格构混凝土组合梁,其角钢骨架对核心区混凝土的约束作用不可忽略,可根据Mander模型计算混凝土的强度提高系数,或简化的取1.2。

关键词：装配式角钢混凝土组合梁四点弯曲试验有限元分析受弯性能设计方法

基于自注意力机制与卷积神经网络的隧道衬砌裂缝智能检测

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铁道学报 2024年第9期46卷 182-192页

作者：周中闫龙宾张俊杰张东明龚琛杰中南大学土木工程学院湖南铁院土木工程检测有限公司同济大学土木工程学院

卷积操作固有的局部性，导致难以捕获裂缝的全局特征表示。针对这一问题，以YOLOv5网络框架为基础，通过融合自注意力机制和卷积神经网络提出一种高精度隧道衬砌裂缝智能检测算法ST-YOLO。构建一种双分支特征提取模块，分支一采用基于... 详细信息

卷积操作固有的局部性，导致难以捕获裂缝的全局特征表示。针对这一问题，以YOLOv5网络框架为基础，通过融合自注意力机制和卷积神经网络提出一种高精度隧道衬砌裂缝智能检测算法ST-YOLO。构建一种双分支特征提取模块，分支一采用基于自注意力机制的Swin Transformer网络提取裂缝的全局特征，分支二采用基于卷积神经网络的CSPDarkent提取裂缝的局部细节特征；采用卷积注意力增强的特征融合模块对两个分支所提取的裂缝特征进行多尺度融合，以实现裂缝全局特征和局部细节特征互补；借助YOLOv5的解耦头模块输出得到裂缝的分类置信度和位置结果。为验证本文提出算法的有效性，选用SSD、YOLOv4、YOLOv5、EfficientDet、Faster-RCNN五种基于卷积神经网络的目标检测算法进行对比分析。结果表明：在本文构建的隧道衬砌裂缝数据集上，ST-YOLO模型的F1分数和AP分别为83.95%和85.26%,相较于五种对比算法具有更高的识别精度及更好的环境适应性，适用于实际隧道工程裂缝病害检测任务。

关键词：隧道工程结构裂缝目标检测深度学习神经网络

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

不同渗漏位置下管道渗蚀物理模型试验及细观机理研究

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浙江大学学报（工学版） 2024年第6期58卷 1209-1220页

作者：王子业谭勇龙莹莹同济大学土木工程学院上海200092

针对管道渗漏诱发的地面塌陷问题,采用级配均匀的福建标准砂,研究管道不同渗漏位置对水土流失发展规律的影响.利用离散元与有限差分耦合(DEM-FDM)的方法在细观层面对管道渗漏进行模拟,探究管道不同渗漏位置对地层应力以及渗流侵蚀发展... 详细信息

针对管道渗漏诱发的地面塌陷问题,采用级配均匀的福建标准砂,研究管道不同渗漏位置对水土流失发展规律的影响.利用离散元与有限差分耦合(DEM-FDM)的方法在细观层面对管道渗漏进行模拟,探究管道不同渗漏位置对地层应力以及渗流侵蚀发展的影响,分析渗漏前后管道所受水、土压力的变化以及土拱的发展情况.试验及数据模拟研究结果表明:1)管道渗漏会经历初步渗漏、渗漏发展、渗漏收敛3个阶段.2)管道腰部发生渗漏会对地层造成更大的扰动并受到更为强烈的渗流侵蚀作用,诱发更为严重的地面塌陷.3)管道发生渗漏后,管道表面渗漏处受到的土压力会减小,而管道表面渗漏处周围所受到的土压力会增加,但其受到的水土合力基本保持不变.4)管道不同位置发生渗漏时,管道表面土压力的发展是不同的:顶部发生渗漏,管道表面渗漏处周围土压力逐渐减小;腰部发生渗漏,管道表面不同位置处的土压力则分别展现出增加、减小以及不变3种趋势.

关键词：管道渗漏渗漏位置渗流侵蚀 DEM-FDM 土拱

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柱形装药空中运动爆炸冲击波荷载计算模型

爆炸与冲击 2024年第7期44卷 105-123页

作者：王明涛程月华吴昊同济大学土木工程学院上海200092

为预测战斗部的爆炸威力,对柱形装药运动爆炸的入射和反射冲击波峰值超压和最大冲量开展数值仿真研究。首先,基于AUTODYN有限元分析程序提出了“三阶段”装药运动爆炸有限元分析方法,通过与已有静止和运动爆炸试验结果对比,验证了方法... 详细信息

为预测战斗部的爆炸威力,对柱形装药运动爆炸的入射和反射冲击波峰值超压和最大冲量开展数值仿真研究。首先,基于AUTODYN有限元分析程序提出了“三阶段”装药运动爆炸有限元分析方法,通过与已有静止和运动爆炸试验结果对比,验证了方法的可靠性。然后,考虑装药运动速度、长径比、比例距离、方位角和刚性反射等影响因素,开展了运动爆炸工况下200组柱形装药的数值模拟。结果表明:相较于静爆,动爆冲击波场整体前移,波阵面强度在装药运动方向增强而在反方向减弱,该影响与装药运动速度正相关。最后,针对柱形装药空中自由场运动爆炸和垂直于目标迎爆面运动爆炸的典型工况,分别提出了装药运动爆炸入射和反射冲击波峰值超压以及最大冲量的计算模型。该模型与2种战斗部柱形TNT装药运动爆炸工况的数值模拟结果符合良好,能较好地计算柱形装药空中运动爆炸冲击波荷载。

关键词：柱形装药空中运动爆炸峰值超压最大冲量计算模型

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

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铝合金板式节点受弯滞回性能试验研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第3期51卷 20-30页

作者：郭小农王幸业陈劭臻张锦东同济大学土木工程学院上海200092

为研究铝合金板式节点的受弯滞回性能,并与静力性能进行比较,完成了4个足尺试件的滞回加载及单调加载试验,并采用通用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行数值模拟,得到了铝合金板式节点的破坏模式、弯矩-转角关系及耗能能力.采用分... 详细信息

为研究铝合金板式节点的受弯滞回性能,并与静力性能进行比较,完成了4个足尺试件的滞回加载及单调加载试验,并采用通用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行数值模拟,得到了铝合金板式节点的破坏模式、弯矩-转角关系及耗能能力.采用分配梁对两杆进行对称加载,节点域为纯弯段.研究结果表明铝合金板式节点为典型半刚性节点,根据受力过程可分为弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段和破坏阶段,并得到节点弯矩-转角关系曲线.节点破坏模式为杆件净截面拉断,裂缝由杆件端头最外排螺孔处开始扩展.节点在破坏前无明显预兆,为典型脆性破坏,荷载-位移曲线没有下降段.节点滞回加载的骨架曲线与单调加载曲线接近,但滞回加载过程节点的累积损伤,导致节点延性低于单调加载.增加螺栓数量可改善节点耗能性能,使滞回曲线更加饱满.

关键词：铝合金板式节点滞回曲线网壳

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