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近场地震动竖向与水平分量统计特性对比

哈尔滨工程大学学报 2024年第2期45卷 230-237页

作者：李明珂袁万城土木工程防灾国家重点实验室(同济大学) 上海200092

为研究近场地震动竖向与水平分量特性,本文对PEER数据库中1202组近场强震的地震动进行统计分析,研究了竖向水平加速度峰值比PGAv/PGAh、反应谱之比Sav(T)/Sah(T)、竖向水平峰值到达时间的特性。讨论了PGAv/PGAh与断层距、场地条件、震... 详细信息

为研究近场地震动竖向与水平分量特性,本文对PEER数据库中1202组近场强震的地震动进行统计分析,研究了竖向水平加速度峰值比PGAv/PGAh、反应谱之比Sav(T)/Sah(T)、竖向水平峰值到达时间的特性。讨论了PGAv/PGAh与断层距、场地条件、震源机制的关系,并采用对数正态分布拟合不同场地条件、不同震源机制的PGAv/PGAh分布;对比了不同断层距、不同场地条件Sav(T)/Sah(T)的变化规律;研究了近场强震水平竖向分量峰值加速度的大小和到达时间上的相关性,并对结构分析过程中竖向地震动的选择提出建议。结果表明:断层距、场地条件、震源机制都会影响近场地震动的竖向分量,断层距小、走滑断层、场地条件差都易产生较大的竖向地震动;断层距小、场地条件差时,地震动竖向分量高频成分越强,断层距大、场地条件好,竖向地震动低频成分越强;竖向分量峰值加速度的大小与到达时间和两正交水平分量峰值加速度的大小与到达时间的几何平均数有明显的线性关系。

关键词：近断层竖向水平加速度峰值比加速度峰值比反应谱比加速度峰值到达时间断层距场地震源机制

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砂土场地桥梁群桩基础延性抗震性能分析

同济大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 893-901页

作者：王靖程叶爱君王晓伟同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

采用严格的增量动力分析(IDA)方法对砂土场地桥梁群桩基础的延性性能开展了系统研究。基于砂土中单墩-群桩基础体系振动台试验验证了数值模拟方法;以实际工程为背景,考虑与结构、土体相关的9个参数,建立了一系列分析模型;将7条实际地震... 详细信息

采用严格的增量动力分析(IDA)方法对砂土场地桥梁群桩基础的延性性能开展了系统研究。基于砂土中单墩-群桩基础体系振动台试验验证了数值模拟方法;以实际工程为背景,考虑与结构、土体相关的9个参数,建立了一系列分析模型;将7条实际地震记录作为输入,进行了系统的增量动力分析。基于计算结果,对地震下桥梁群桩基础的损伤破坏过程进行了验证,提出了表征群桩基础延性性能的位移、转角、强度3个指标,并揭示了各性能指标随结构、土体参数的变化规律。结果表明,群桩基础在易修复状态下的平均位移延性系数为2.52,平均水平承载力为首次屈服状态的1.41倍;极限状态下平均位移延性系数为3.62,平均水平承载力为首次屈服状态的1.47倍,延性性能可观且稳定;承台转动引起的桥墩漂移率最大不超过0.7%,不控制抗震设计。

关键词：群桩基础延性性能增量动力分析位移延性水平承载力承台转角

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平屋面摩擦速度的数值模拟研究

工程力学 2024年第2期41卷 151-159页

作者：辛林桂周晅毅顾明同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

建筑屋面的摩擦速度是决定其风致迁移雪荷载的重要因素。该文采用CFD(computational fluid dynamics)方法模拟了平屋面的摩擦速度,并结合其分布特征分析了屋面积雪传输率、侵蚀通量和暴露系数随跨度的变化趋势。为验证CFD方法的湍流模... 详细信息

建筑屋面的摩擦速度是决定其风致迁移雪荷载的重要因素。该文采用CFD(computational fluid dynamics)方法模拟了平屋面的摩擦速度,并结合其分布特征分析了屋面积雪传输率、侵蚀通量和暴露系数随跨度的变化趋势。为验证CFD方法的湍流模型对平屋面摩擦速度模拟的影响,将数值模拟结果与Irwin探头风洞试验进行了对比,结果表明Realizable k-ε湍流模型的模拟结果与风洞试验最为接近。根据4种不同跨度屋面的CFD模拟结果发现,当屋面跨度与高度之比为4时,屋面平均摩擦速度最小;并且随着跨度的增大,屋面摩擦速度最小值所在的位置和积雪沉积的区域均逐渐向迎风侧屋檐靠近。同时发现,屋面积雪的平均侵蚀通量随着跨度的增大而减小,屋面积雪传输率和雪荷载暴露系数则随着跨度的增大而增大。

关键词：计算流体动力学(CFD) 平屋面 Irwin探头摩擦速度积雪传输率

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偏转风场下高层建筑设计风速的风向折减因子

同济大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 886-892页

作者：贺斌全涌顾明同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

提出了超高层建筑设计风荷载估算过程中考虑风场偏转影响的强风风速风向折减因子修正方法。在风洞中模拟了一个方形截面超高层建筑刚性模型。在偏转风场和无偏风场工况下,根据提出的修正方法计算了北京地区和南京地区高层建筑设计风速... 详细信息

提出了超高层建筑设计风荷载估算过程中考虑风场偏转影响的强风风速风向折减因子修正方法。在风洞中模拟了一个方形截面超高层建筑刚性模型。在偏转风场和无偏风场工况下,根据提出的修正方法计算了北京地区和南京地区高层建筑设计风速的风向折减因子,分析了风场偏转对高层建筑气动力风向折减效应的影响。结果表明,偏转风场会使建筑风压存在偏移现象,最不利风压出现的风向角与无偏风场下不同,而在考虑风向折减效应的风荷载估算方法中,如果忽略风场偏转的影响就可能导致超高层建筑风荷载的低估,使得结构设计偏于危险,提出的修正方法能够有效解决这一问题。

关键词：超高层建筑风荷载风向折减 Ekman螺线偏转风场风洞试验

钢筋混凝土剪力墙抗震滞回性能的多元时序深度神经网络预测

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工程力学 2024年第6期41卷 66-76页

作者：袁程熊青松孔庆钊同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

钢筋混凝土剪力墙结构抗震性能优越且造价合理,广泛用于抗震烈度较高的地区。准确地预测剪力墙的滞回性能与骨架曲线,直接决定了结构设计与分析的准确度与可靠性。该文提出了一种基于深度学习的剪力墙结构滞回性能预测方法,可以根据结... 详细信息

钢筋混凝土剪力墙结构抗震性能优越且造价合理,广泛用于抗震烈度较高的地区。准确地预测剪力墙的滞回性能与骨架曲线,直接决定了结构设计与分析的准确度与可靠性。该文提出了一种基于深度学习的剪力墙结构滞回性能预测方法,可以根据结构的基本设计参数(如材料属性、几何尺寸、荷载工况等),直接预测出其承载力。通过3组剪力墙的滞回试验预测1组结构的滞回曲线,结果表明:通过比较时域的特征,深度学习方法具有较高的预测精度。通过与有限元仿真结果对比,深度学习仅需输入不同参数就能够快速预测滞回曲线,其优势还在于具有较高的计算效率,而有限元仿真需要几何建模、本构模型选取、材料属性输入和荷载工况定义,整个过程相较于深度学习耗时耗力。

关键词：钢筋混凝土剪力墙多元时序深度神经网络滞回曲线抗震性能骨架曲线

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月球资源勘测与原位利用进展及关键挑战

同济大学学报(自然科学版) 2024年第8期52卷 1151-1162页

作者：童小华袁烽郑虎晏雄锋王超谢欢许雄徐聿升陈鹏魏超同济大学测绘与地理信息学院同济大学上海市航天测绘遥感与空间探测重点实验室同济大学建筑与城市规划学院同济大学土木工程防灾国家重点实验室同济大学土木工程学院

月面建造是人类探测、利用、开发月球的发展方向。围绕月面建造中用什么建、怎么建等关键问题，梳理了月球资源勘测与原位利用方向的研究进展。首先总结了面向月面原位资源利用的主要支撑技术，包括月壤特性分析、模拟月壤制备、月壤原... 详细信息

月面建造是人类探测、利用、开发月球的发展方向。围绕月面建造中用什么建、怎么建等关键问题，梳理了月球资源勘测与原位利用方向的研究进展。首先总结了面向月面原位资源利用的主要支撑技术，包括月壤特性分析、模拟月壤制备、月壤原位成型等关键技术；其次，介绍了月球基地智能建造进展，包括月面建筑方案的构想发展历程、原位建造技术对比、月球基地建造环境分析等；最后，总结了月球资源原位利用及月球基地建造在资源勘测、建造科学选址、月基承载安全、原位熔融成型、太空建造方案等方面的关键科学挑战。

关键词：深空探测月球建造原位资源利用模拟月壤

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

基于振动信号深度表征学习的高层建筑结构振动识别

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工程力学 2024年第9期41卷 134-143页

作者：熊青松熊海贝孔庆钊陈琳丁叶蔚袁程同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

振动识别对于实现结构振动控制、性态监测评估具有重要作用。“智慧城市”背景下的高层建筑结构对其振动响应识别提出了更高的要求,传统基于时频域转换与图神经网络的振动识别方法在计算成本和工程适用性上的局限性愈发显著。该文提出... 详细信息

振动识别对于实现结构振动控制、性态监测评估具有重要作用。“智慧城市”背景下的高层建筑结构对其振动响应识别提出了更高的要求,传统基于时频域转换与图神经网络的振动识别方法在计算成本和工程适用性上的局限性愈发显著。该文提出了一种基于振动信号深度表征学习的振动识别方法。在该方法中通过搭建自编码网络对一维频域信号进行自监督学习用以获取振动表征信息,然后基于原始信号和重构信号进行振动敏感参数定义和计算,其结果作为特征工程输入到线性分类器模型中进行训练,进而实现对振动的快速识别。该文以某超高层建筑在不同环境激励下的振动响应识别为例,验证了所提出方法的可靠性。同时为证明提出方法的优越性,引入了目前普遍认为最优的MFCC+CNN振动识别方法进行对比,结果表明,该文提出的方法在计算时间上节省了近20倍,并且整体识别精度从0.74提高到0.95以上。

关键词：振动识别表征学习高层建筑结构自编码器深度学习

对抗神经深度网络与信号重构技术对混凝土梁应力波损伤信号的模糊聚类

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工程力学 2024年第8期41卷 47-55页

作者：袁程熊青松秦晓明熊海贝孔庆钊同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

作为嵌入式的多功能压电换能器,球形智能骨料具有频带宽、响应迅速、与混凝土互融的优点。目前,基于该球形智能骨料的损伤识别方法已经被逐渐用于混凝土结构的健康监测,通过将损伤工况下获取的信号与基准信号相比来量化结构损伤。为了... 详细信息

作为嵌入式的多功能压电换能器,球形智能骨料具有频带宽、响应迅速、与混凝土互融的优点。目前,基于该球形智能骨料的损伤识别方法已经被逐渐用于混凝土结构的健康监测,通过将损伤工况下获取的信号与基准信号相比来量化结构损伤。为了表征所监测结构在不同阶段的损伤程度,需要利用小波分解法处理采集到的压电信号,从而间接得到相应的损伤指数。该过程将所有时域信号进行n阶小波分解换算成能量,最后通过计算根均方误差来表征结构的损伤因子。然而,整个换算过程需要消耗较大的算力对近百组的时域信号进行换能计算,加上信号采集频率高,减缓了整个计算过程,使得整个监测流程具有滞后性。针对以上问题,该文提出了一种基于对抗神经网络与监测信号重构的半监督监测方法,可以根据重构信号与初始健康信号在频域的差异提取损伤敏感特征,同时优化模糊聚类的伪标签传播,通过读取监测信号间接评估结构的损伤状态。所建立结构状态评估模型的优势在于通过“致损前训练验证、致损后快速预测”的逻辑,将耗时较长的训练、验证环节前置,保障后期预测评估的高效性。

关键词：钢筋混凝土梁结构健康监测压电陶瓷换能器深度学习模糊聚类

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