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不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点试验研究

工程力学 2024年第S1期41卷 50-56页

作者：杨晓峰班慧勇石永久清华大学土木工程系北京100084

不锈钢复合钢材是一种成本低、强度高、耐腐蚀性能优异的高性能钢材,其在对耐腐蚀要求高的工程结构应用中尤其具有竞争力。该文旨在通过试验,研究不锈钢复合钢材焊接方管T形节点在静力和低周往复荷载作用下的力学性能,设计、制作了4个... 详细信息

不锈钢复合钢材是一种成本低、强度高、耐腐蚀性能优异的高性能钢材,其在对耐腐蚀要求高的工程结构应用中尤其具有竞争力。该文旨在通过试验,研究不锈钢复合钢材焊接方管T形节点在静力和低周往复荷载作用下的力学性能,设计、制作了4个管节点试件并完成了加载,基于试验结果重点研究了各管节点试件的试验过程、破坏模式、荷载-位移响应和应变发展等;按中国规范GB 50017和欧洲规范EN 1993-1-8进行了节点承载力计算,并与试验值进行了对比。研究结果表明,对于支管承受轴向压力的管节点试件,以主管上表面塑性破坏为主;对于支管承受水平低周往复荷载的管节点试件,以主管上表面塑性变形和主管与支管之间连接焊缝断裂破坏为主;当管节点破坏模式符合现行规范GB 50017和EN 1993-1-8中规定时,相关承载力计算公式仍适用于此类不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点的设计计算。

关键词：不锈钢复合钢材焊接T形管节点力学性能试验研究设计方法

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L型槽不出筋叠合板承载性能足尺试验研究

工程科学与技术 2024年

作者：刘威郭小农文艺王兵周森徐军戴靠山同济大学土木工程学院上海宝冶集团有限公司四川大学土木工程系

针对传统叠合板外伸钢筋严重影响施工质量和效率的问题，提出L型槽不出筋叠合板端部设计新方法，该方法采用预设L型槽孔来放置板边、板间的连接钢筋，避免了板端出筋，具有制作、储运、施工方便等优势，可大幅提高施工效率。为探究该L... 详细信息

针对传统叠合板外伸钢筋严重影响施工质量和效率的问题，提出L型槽不出筋叠合板端部设计新方法，该方法采用预设L型槽孔来放置板边、板间的连接钢筋，避免了板端出筋，具有制作、储运、施工方便等优势，可大幅提高施工效率。为探究该L型槽端部设计方法对板梁连接处的整体性以及对叠合板承载性能的影响，本研究采用堆载的方式对6个带端梁的足尺楼板试件进行了静载试验，包括3个L型槽不出筋叠合板、2个传统叠合板以及1个同尺寸现浇整板。采用应变采集仪、高精度位移计和裂缝观测仪获得了试件关键部位的试验数据，如端部L型钢筋、传统叠合板端部伸出钢筋的应变，叠合板跨中挠度，跨中裂缝宽度、间距等并进行了分析。结果表明：L型槽配合L型筋的结构设计可起到与传统纵向钢筋一致的连接效果，其L型钢筋弯折与L型槽相互作用限制了板端部钢筋的滑移，虽然L型钢筋长度较短，较传统伸出钢筋与后浇混凝土粘结强度也略低，其仍然能有效传递荷载；新型端部构造对板的跨中承载力影响微小，L型槽不出筋叠合板与传统叠合板的力学性能总体相近，满足正常使用极限状态和承载能力极限状态性能要求。通过试验初步验证了新型L型槽不出筋叠合板构造设计的可行性。

关键词：不出筋叠合板足尺试验 L型槽力学性能板梁连接

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土木工程设计公式智能发现方法

建筑结构学报 2024年第7期45卷 80-88页

作者：陈培尧王琛丁然樊健生清华大学土木工程系北京100084

土木工程智能计算技术具有高准确性和高效性,但由于黑盒性质,其结果难以被研究者与工程师理解,阻碍了其在以安全性为首要原则的实际工程中的推广应用。为此,提出一种基于量纲分析与工程先验知识的设计公式智能发现方法,通过智能计算技... 详细信息

土木工程智能计算技术具有高准确性和高效性,但由于黑盒性质,其结果难以被研究者与工程师理解,阻碍了其在以安全性为首要原则的实际工程中的推广应用。为此,提出一种基于量纲分析与工程先验知识的设计公式智能发现方法,通过智能计算技术自动从试验数据中识别出影响材料与构件性能的关键特征,并智能生成量纲平衡、物理含义清晰、力学可解释性高的设计计算公式。基于符号回归表达式树建立了考虑量纲约束的公式智能生成模型,能够保证公式的力学合理性;研发了针对多力学-几何变量场景的归一化方法与基于谱聚类和决策树的工程特征分段算法,进一步提高了模型的稳定性和准确性。以配筋水泥基材料连梁的受剪承载力为例验证该方法的有效性,结果表明:智能生成的公式相较于人工经验公式计算结果准确性提高61.3%,拟合相关性提高23.3%,相关系数达0.90,性能优异;此外,与传统符号回归方法相比,智能生成的公式不仅更为准确,且具有量纲正确性,工程泛化能力更强;同时,有助于揭示力学机理,加速新材料、新结构从试验到设计方法的落地转化流程。

关键词：土木工程设计公式人工智能符号回归力学可解释性

基于机器学习的高铁边坡位移预测不确定性度量与应用

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中国铁道科学 2024年第1期45卷 56-67页

作者：邓志兴谢康李泰灃苏谦韩征肖宪普中南大学土木工程学院湖南长沙410083 西南交通大学土木工程学院四川成都610000 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050000

为解决不确定性问题对高铁边坡位移预测精度的影响,引入区间预测理论量化位移预测中的不确定性问题,并建立Bootstrap-GRU-BP混合区间预测模型(BGB模型)。该模型首先采用基于Bootstrap的门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)算法度量... 详细信息

为解决不确定性问题对高铁边坡位移预测精度的影响,引入区间预测理论量化位移预测中的不确定性问题,并建立Bootstrap-GRU-BP混合区间预测模型(BGB模型)。该模型首先采用基于Bootstrap的门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)算法度量位移预测均值和认知误差的方差,再采用BP算法度量随机误差的方差,然后将位移预测均值、认知误差和随机误差的方差3者结合在一起,量化出一定置信水平下的预测区间。最后,基于杭绍台高铁沿线边坡的监测数据,探讨BGB模型认知不确定性的响应特征,并通过对比多种区间预测模型来验证BGB模型的优越性。结果表明:BGB模型不仅能构造清晰可靠的预测区间,还能提供高精度的点预测结果;改变模型输入特征和预测算法会导致认知不确定性的改变,而BGB模型所构造的预测区间能正确地响应不确定性的变化;对比以极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)和支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)为核心的区间预测模型,BGB模型的区间预测和点预测性均能更优。研究成果可为高铁边坡位移发展提供可靠的预测结果,进而为高铁边坡可靠度分析提供理论基础。

关键词：边坡位移预测不确定性度量区间预测机器学习 Bootstrap算法

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薄膜/衬底系统中随机缺陷的敏感性研究

固体力学学报 2024年第5期 652-664页

作者：赖安迪廖军欧迪付果长沙理工大学土木工程学院力学系

由于原材料的差异和制造工艺的复杂性，工程结构中难以避免地存在随机缺陷.考虑到薄膜/衬底系统对缺陷的敏感性，本文采用Monte-Carlo法对随机缺陷结构的稳定性进行统计分析，并结合数值模拟探讨含随机缺陷的薄膜/衬底系统在失稳下的形... 详细信息

由于原材料的差异和制造工艺的复杂性，工程结构中难以避免地存在随机缺陷.考虑到薄膜/衬底系统对缺陷的敏感性，本文采用Monte-Carlo法对随机缺陷结构的稳定性进行统计分析，并结合数值模拟探讨含随机缺陷的薄膜/衬底系统在失稳下的形貌演化和后屈曲平衡路径.数值结果表明，随机缺陷结构的临界载荷呈现不稳定性，其中缺陷显著降低了结构的临界载荷，随机缺陷破坏了结构的对称性，使有序的棋盘状图案转化成无序的褶皱核图案并影响了后续的形貌走势.该研究评估了薄膜结构中随机缺陷的潜在风险和影响，旨在提高薄膜器件、涂层和表面处理的可靠性和性能，同时缩小稳定性理论研究成果与实际设计应用之间的差距.

关键词：随机缺陷缺陷敏感性形貌演化后屈曲稳定性

CFRP板纵向加固RC柱在水平低周循环荷载下的力学性能研究与应用

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第7期51卷 148-163页

作者：强旭红陈岩松姜旭谭成同济大学土木工程学院上海200092

开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向... 详细信息

开发了一种纵向粘贴CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)板的RC(Reinforced Concrete,钢筋混凝土)柱抗弯加固系统,该加固系统由纵向粘贴在柱表面的预制CFRP板和防止柱底CFRP板脱粘的混凝土加厚层组成.为研究纵向粘贴CFRP板对RC柱的抗弯性能影响,设计并开展了5根足尺矩形RC柱的水平低周循环加载试验.研究结果表明:粘贴CFRP板加固能有效延缓柱的开裂;柱的破坏模式得到明显改善;相较于未加固柱子,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的RC柱极限承载力分别提高了15.1%和17.4%;加固后柱的抗弯承载力和刚度得到提高,但增加CFRP板的层数对极限强度和刚度没有显著影响,反而会降低柱的延性,相较于仅采用增大柱底截面的方式加固的对照柱,粘贴1层CFRP板和2层CFRP板加固的试验柱的延性系数分别降低16.2%和35.1%;试验过程中,由于柱与基础节点承载力的限制,CFRP的最大应变仅达到极限应变的24%,抗拉强度未得到充分发挥.该加固方法已在某医院加固工程中得到应用,跟踪研究表明,加固后柱子的抗弯承载力有明显提升,加固方法得到工程业界的认可.

关键词：钢筋混凝土柱抗弯加固水平低周循环加载碳纤维增强复合材料板纵向粘贴

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考虑侧壁摩擦的埋置结构扰动沉降计算方法研究

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应用基础与工程科学学报 2024年第5期32卷 1463-1473页

作者：曹洋丁笑寒陶静李国政姚凯捷福州大学土木工程学院

大体积地下埋置结构除承受下部地基支撑外，侧壁与土体的大面积接触将产生显著的摩擦效应，由此导致的结构附加变位有待重点关注.以外部施工扰动引起的地层及其内部既有结构物沉降为研究目标，在考虑埋置结构伴随下部地层出现下沉的基... 详细信息

大体积地下埋置结构除承受下部地基支撑外，侧壁与土体的大面积接触将产生显著的摩擦效应，由此导致的结构附加变位有待重点关注.以外部施工扰动引起的地层及其内部既有结构物沉降为研究目标，在考虑埋置结构伴随下部地层出现下沉的基础上，观察侧壁摩擦对结构沉降的影响，从而得到更为精确的大体积结构物竖向扰动变位计算结果.借助盾构隧道下穿地下行车通道开挖这一典型工程案例，首先基于Pasternak地基模型并结合两阶段分析方法，建立通道结构在开挖扰动作用下的力学平衡方程，进而在结构侧壁与土体间引入Clough-Duncan双曲线模型，进一步建立在结构-地层竖向摩擦作用下的荷载平衡公式，描述摩擦力对行车通道沉降的附加效果，并利用有限差分方法对方程进行循环迭代求解，最后通过实际工程案例验证该计算方法的适用性.结果表明，盾构隧道下穿开挖扰动带来埋置结构与两侧地层不同程度的沉降变形，由此形成的行车通道与侧面土体沉降差在结构侧壁产生显著的剪切应力，通道侧壁与土体较大的接触面积使地层沉降带动结构物继续下沉，软弱土地层中摩擦力对应的计算结果增量高达30%以上.因此，对于大体积地下埋置结构而言，由侧壁摩擦导致的结构竖向附加变位不可忽略.

关键词：埋置结构扰动变位侧壁摩擦 Clough-Duncan双曲线模型盾构下穿计算方法

新型CFRP网格-重组竹复合板力学试验研究

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Journal of Southeast University(English Edition) 2024年第2期40卷 210-220页

作者：吕清芳易凡刘烨东南大学土木工程学院南京211189 四川大学建筑与环境学院成都610065

为提高重组竹的力学性能并减轻其各向异性缺陷,设计了一种新型CFRP网格-重组竹复合板(CBCP).分别对8组CBCP拉伸试样和18组CBCP拉拔试样进行单轴拉伸试验和拉拔试验,以分析其力学行为并评估复合方法的影响.选择3个相似的构成模型对拉拔... 详细信息

为提高重组竹的力学性能并减轻其各向异性缺陷,设计了一种新型CFRP网格-重组竹复合板(CBCP).分别对8组CBCP拉伸试样和18组CBCP拉拔试样进行单轴拉伸试验和拉拔试验,以分析其力学行为并评估复合方法的影响.选择3个相似的构成模型对拉拔试样的黏结应力-滑移曲线进行拟合,根据试验结果确定CFRP网格和重组竹的临界锚固长度及计算方法,并分析讨论了CFRP层数、横向CFRP束特性和锚固长度对CFRP网格与重组竹黏结性能的影响.结果表明,复合CFRP网格可使重组竹的顺纹和横纹抗拉强度分别提高35.77%和135.20%,从而改善了重组竹的各向异性缺陷.增加网格层数和间距可提高CBCP的拉伸性能.随着锚固长度的增加,平均界面黏结强度呈幂函数递减,而峰值载荷滑移则线性递减.

关键词： CFRP 重组竹单轴拉伸试验拉拔试验力学性能

基于物理信息神经网络的多介质非线性瞬态热传导问题研究

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力学学报 2024年

作者：陈豪龙唐欣越王润华周焕林柳占立合肥工业大学土木与水利工程学院工程力学系清华大学航天航空学院应用力学教育部实验室

文章基于物理信息神经网络(Physics-informed Neural Network, PINN)求解多介质非线性瞬态热传导问题。根据多介质热物性参数的不同,将求解区域划分成多个子域,在每个子域中单独应用PINN,不同子域通过公共界面的通量连续性条件相联系.... 详细信息

文章基于物理信息神经网络(Physics-informed Neural Network, PINN)求解多介质非线性瞬态热传导问题。根据多介质热物性参数的不同,将求解区域划分成多个子域,在每个子域中单独应用PINN,不同子域通过公共界面的通量连续性条件相联系.利用偏微分方程、初始条件、边界条件和子域间公共界面连续性条件的残差构建损失函数.通过自动微分算法计算偏微分方程中温度对各输入变量的偏导数.利用链式求导法计算损失函数对权重和偏差的梯度，再根据梯度下降法更新网络参数.为了加速网络收敛,在激活函数中引入训练参数,通过调节激活函数斜率,使网络具有自适应性.文章探讨了PINN在求解多介质非线性瞬态热传导问题中的适用性,并进一步讨论了不同激活函数、学习率、网络结构和损失函数中的各项权重等对PINN计算结果的影响.计算结果表明, PINN在求解多介质非线性瞬态热传导问题时仍具有较高的可靠性和较简洁的求解流程,且不需要对求解域进行人为的前处理,有一定工程应用可行性.文章通过系统的理论分析和数值验证,充分展示了PINN解决复杂热传导问题的可靠性.

关键词：物理信息神经网络非线性瞬态热传导问题多介质自适应激活函数