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基于混合监测理论的桥梁全局响应重构方法

振动与冲击 2025年第3期44卷 107-114页

作者：孙海彬李轶贤孙利民同济大学土木工程学院上海200092 香港理工大学环境与土木工程系香港999077

卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)和最大化后验概率法(maximum a posteriori,MAP)是结构荷载识别中常见的两类广义贝叶斯滤波算法,KF法计算效率高但数值稳定性较差,MAP法适用性强却需要复杂的矩阵求逆运算,加之这两类方法对荷载形式和测点... 详细信息

卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)和最大化后验概率法(maximum a posteriori,MAP)是结构荷载识别中常见的两类广义贝叶斯滤波算法,KF法计算效率高但数值稳定性较差,MAP法适用性强却需要复杂的矩阵求逆运算,加之这两类方法对荷载形式和测点布置的苛刻要求,目前仅适用于简单荷载的识别。为此,该研究提出了针对任意分布式荷载的贝叶斯全局响应重构方法,从在线和离线两个角度改进了现有方法。针对在线KF方法,该研究从结构动力特性中导出等效荷载向量来降低未知荷载的维度,得到满足可控性条件的等效系统模型,并采用输入状态联合估计方法同时识别等效荷载和全局响应。针对离线MAP方法,引入考虑了空间相关性的荷载先验分布,采用MAP策略同时对等效荷载和观测噪声进行迭代估计,随后根据识别得到的等效荷载重构全局响应。改进后的在线和离线方法均不需要提前获取荷载位置或分布形式。通过青州大桥在风荷载和交通荷载下采集的响应数据对所提方法的精度和适用性进行了验证。

关键词：卡尔曼滤波(KF) 最大化后验概率(MAP) 混合监测全局响应重构

不同初始预压应力水平混凝土给定超低温作用下有效预压性能试验研究

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工程力学 2025年第3期42卷 157-166页

作者：时旭东韩源海田佳伦清华大学土木工程系北京100084

为探究预应力混凝土在超低温环境下有效预压性能的变化情况,针对不同初始预压应力水平(分别为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6和0.7)的混凝土试件进行超低温试验,并选择两种典型的超低温情况(-80℃和-160℃)考察。试验结果显示:随初始时对预应... 详细信息

为探究预应力混凝土在超低温环境下有效预压性能的变化情况,针对不同初始预压应力水平(分别为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6和0.7)的混凝土试件进行超低温试验,并选择两种典型的超低温情况(-80℃和-160℃)考察。试验结果显示:随初始时对预应力混凝土施加的应力水平提高,其降温点和温均点时预压应力损失率及降温段时预压应力变化比率均表现为不断地降低状,而其降温段和恒温段时预压应力变化率及恒温段时预压应力变化比率则表现为先升后降状;此外预应力混凝土达到降温点后,其在恒温阶段的预压应力损失未随着超低温程度的加深而继续增加,反而有所减少,且其减少程度与初始预压应力水平相关;相比于作用较高的超低温时,作用较低超低温时的预应力混凝土的降温点和温均点时预压应力损失率均较大。该试验的结果及其拟合公式可为LNG储罐等预应力混凝土结构的设计与风险监测提供参考。

关键词：混凝土初始预压应力水平超低温有效预压性能降温点温均点

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清华园出土古墓砖力学性能与微结构的关系

建筑材料学报 2025年第1期28卷 82-87,94页

作者：韩建国清华大学土木工程系北京100084

对清华园出土的跨越1600年历史的古墓砖,进行了形貌、力学性能和孔隙率等宏观性能测试,以及化学组成、矿物组成等微观性能测试,全面剖析了不同朝代古墓砖的异同.结果表明:自晋朝至清朝,中国民间制砖工艺和制砖质量无显著变化;中国自秦... 详细信息

对清华园出土的跨越1600年历史的古墓砖,进行了形貌、力学性能和孔隙率等宏观性能测试,以及化学组成、矿物组成等微观性能测试,全面剖析了不同朝代古墓砖的异同.结果表明:自晋朝至清朝,中国民间制砖工艺和制砖质量无显著变化;中国自秦朝就掌握了红砖和青砖2种制砖工艺;相较于红砖,青砖的体积密度更小,孔隙率更大,强度更高,这是因为烧成过程中,附加的焖烧阶段提升了青砖的烧结程度,产生了更高程度的碳酸钙分解和伊利石结晶水的汽化,促进了钙长石和玻璃相的生成.

关键词：古墓砖清华园力学性能化学组成矿物组成

基于卷积神经网络的桥梁裂缝两阶段识别算法研究

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工程力学 2025年

作者：冯昊龙刘宇飞刘晓刚刘诚清华大学土木工程系北京科技大学土木与资源工程学院土木工程系中路高科交通检测检验认证有限公司

为解决桥梁裂缝智能识别场景下桥梁表面图像条件复杂、对智能识别算法的识别效果产生严重干扰的问题，提出了“分类筛选-裂缝识别”的两阶段桥梁裂缝识别算法。根据桥检实拍图像的图像特征调整MobilenetV3的网络结构，构建桥梁表面图像... 详细信息

为解决桥梁裂缝智能识别场景下桥梁表面图像条件复杂、对智能识别算法的识别效果产生严重干扰的问题，提出了“分类筛选-裂缝识别”的两阶段桥梁裂缝识别算法。根据桥检实拍图像的图像特征调整MobilenetV3的网络结构，构建桥梁表面图像的筛选分类模型，实现对背景图像、干扰图像及低质量图像的自动筛除；通过迁移学习方法训练框-网格融合式裂缝识别模型，实现裂缝识别与定位，为进一步的裂缝精细分割、裂缝测量提供条件。算法开发过程中构建了包含5000张图像的图像分类数据集、包含6400张图像的裂缝识别数据集；最终得到的图像分类最高准确率为97.9%，裂缝网格识别最高准确率为65.6%。结果表明：基于本文提出的桥梁裂缝智能检测方法可实现桥梁裂缝的高效率、自动化检测，算法具有较强的抗干扰能力。

关键词：桥梁与隧道工程裂缝识别算法算法研究深度学习两阶段识别算法卷积神经网络

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结构钢材颈缩后真应力-应变关系模型

工程力学 2025年

作者：闫伸张孟尧周景升赵宪忠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悉尼大学土木工程系

对建筑钢结构进行数值仿真以探究其塑性乃至极限性态时，准确可靠的钢材全过程真应力-应变关系至关重要；然而，因材性试样加载后期出现的颈缩现象及其造成的塑性应变局部化，试样颈缩后的真应力-应变关系无法从工程应力-应变关系直接... 详细信息

对建筑钢结构进行数值仿真以探究其塑性乃至极限性态时，准确可靠的钢材全过程真应力-应变关系至关重要；然而，因材性试样加载后期出现的颈缩现象及其造成的塑性应变局部化，试样颈缩后的真应力-应变关系无法从工程应力-应变关系直接转换获得。鉴于此，本文提出了一种全新的用于描述钢材颈缩后真应力-应变关系的模型—GPN（Generalised Post Necking）模型。GPN模型具有颈缩点处真应力-应变曲线可导、颈缩后应变硬化模量随塑性应变发展下降程度依需可控、适用于各种牌号钢材（LYP160至12.9级螺栓）的优点，并经材性试验与钢结构连接试验的验证，展示出明显高于Swift-Voce模型、Ling模型、MWA（Modified Weighted Average）模型等经典模型的精度和适用性。此外，通过对涵盖各牌号钢材的76条工程应力-应变关系曲线开展分析，明确了不同强度钢材颈缩后工程应力-应变曲线的特征及其表征方法，建立了颈缩后工程应力-应变曲线与真应力-应变曲线的映射关系，进而提出了GPN模型参数的直接计算方法。

关键词：钢结构真应力-应变关系理论模型工程应力-应变关系颈缩应变硬化简化校核方法

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不锈钢材料高温力学性能与本构模型

东南大学学报(自然科学版) 2025年

作者：邢哲全坤韬毋凯冬范圣刚王元清河海大学土木与交通学院东南大学土木工程学院清华大学土木工程系

不锈钢材料的高温力学性能是研究不锈钢结构抗火性能的基础。不锈钢作为一种高性能钢材，相较于普通碳钢，具有非线性强、无明显屈服点和屈服平台、应变硬化显著以及抗火性能优异等特性。基于一组不锈钢的高温材性试验，综合大量国内外... 详细信息

不锈钢材料的高温力学性能是研究不锈钢结构抗火性能的基础。不锈钢作为一种高性能钢材，相较于普通碳钢，具有非线性强、无明显屈服点和屈服平台、应变硬化显著以及抗火性能优异等特性。基于一组不锈钢的高温材性试验，综合大量国内外不锈钢材料的高温力学性能试验结果，对不同牌号的不锈钢进行分组，并给出了较为准确的不锈钢材料力学性能的高温折减系数及相关计算公式。基于我国《不锈钢结构技术规程》（CECS 410—2015）中不锈钢材料的常温本构模型，提出了不锈钢材料的高温本构模型，并利用该组不锈钢材料的高温力学性能试验结果对模型的准确性加以验证，以期为我国后续不锈钢结构抗火性能的研究和设计提供参考依据。

关键词：不锈钢高温材料力学性能折减系数本构模型

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一维有限元的EEP单元及其自适应分析

应用数学和力学 2025年第1期46卷 1-11页

作者：杨帅袁驷清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

对m(>1)次单元,基于单元能量投影(element energy projection,简称EEP)法提出的简约格式位移解u∗具有比常规有限元解uh至少高一阶的精度,据此提出了EEP单元概念,并给出以EEP单元作为最终解的自适应有限元求解策略.通过编制相应的计算程... 详细信息

对m(>1)次单元,基于单元能量投影(element energy projection,简称EEP)法提出的简约格式位移解u∗具有比常规有限元解uh至少高一阶的精度,据此提出了EEP单元概念,并给出以EEP单元作为最终解的自适应有限元求解策略.通过编制相应的计算程序分析了一维非自伴随问题,计算结果与理论预期吻合较好,验证了自适应求解策略的有效性和可靠性.研究结果表明:该法可以给出按最大模度量、逐点满足误差限的解答,相较于常规单元,最终的求解单元数更少.

关键词：一维有限元单元能量投影(EEP) EEP单元自适应有限元法

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几种自适应有限元方法的对比分析

工程力学 2025年

作者：杨帅袁驷清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室

新近提出的降阶单元的自适应有限元法，已在一系列初值问题和边值问题中取得成功，但尚缺乏与其他类似的自适应有限元法较为详细全面的对比分析。该文以一维非自伴随边值问题为模型问题，在最大模的度量下，同时考察现有的四种相类似的... 详细信息

新近提出的降阶单元的自适应有限元法，已在一系列初值问题和边值问题中取得成功，但尚缺乏与其他类似的自适应有限元法较为详细全面的对比分析。该文以一维非自伴随边值问题为模型问题，在最大模的度量下，同时考察现有的四种相类似的一维自适应有限元算法，进行对比计算和分析，总结参比方法的优劣。本文的对比分析表明：作为自适应有限元分析方法，特别是从局部加密功能和性能来看，降阶单元原理简明、算法简单，在可靠、通用和计算效率等方面，均优于其他方法。

关键词：降阶单元边值问题最大模一维问题自适应有限元

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时空降阶单元及其自适应分析初探

工程力学 2025年第1期42卷 10-19页

作者：袁驷袁全清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

基于初值问题和边值问题中降阶单元的成功实现,进一步提出时空降阶单元,以弹性弦振动方程(波动方程)为例,构造了自适应有限元分析算法。时空降阶单元继承了初值和边值问题中降阶单元的所有优点,可以给出按最大模度量满足误差限的降阶单... 详细信息

基于初值问题和边值问题中降阶单元的成功实现,进一步提出时空降阶单元,以弹性弦振动方程(波动方程)为例,构造了自适应有限元分析算法。时空降阶单元继承了初值和边值问题中降阶单元的所有优点,可以给出按最大模度量满足误差限的降阶单元的解答。该文对这一研究进展做一简要介绍,并给出包括若干强迫振动以及移动荷载反应的典型算例以展示本法的可行性、有效性和可靠性。

关键词：时空有限元弦振动方程降阶单元最大模自适应有限元法