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CFRP-钢复合筋珊瑚海砂海水混凝土梁受弯性能及界限配筋率研究

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工程力学 2024年

作者：周济陈宗平黄禹铭覃钦泉梁延赵杨杰广西大学土木建筑工程学院南宁学院土木与建筑工程学院

为研究CFRP-钢复合筋(C-FSCB)珊瑚海砂海水混凝土(CSSC)梁的受弯性能，并验证基于理想破坏模式建立的界限配筋率计算公式的准确性，设计并制作了22根梁试件进行四点静力受弯试验，主要变化参数为纵筋配筋率、混凝土强度、剪跨比、筋材... 详细信息

为研究CFRP-钢复合筋(C-FSCB)珊瑚海砂海水混凝土(CSSC)梁的受弯性能，并验证基于理想破坏模式建立的界限配筋率计算公式的准确性，设计并制作了22根梁试件进行四点静力受弯试验，主要变化参数为纵筋配筋率、混凝土强度、剪跨比、筋材种类和混凝土种类。试验中获取了梁试件的破坏形态、弯矩-跨中挠度曲线、裂缝宽度和应变发展规律。结果表明：不同配筋率下，C-FSCB增强CSSC梁破坏时的控制状态包括C-FSCB拉断控制、C-FSCB屈服后混凝土压碎控制以及混凝土压碎控制，本文建立的界限配筋率计算公式可以控制C-FSCB增强CSSC梁的破坏类型。适筋率范围内，随着配筋率的增大，梁试件的峰值弯矩和抗弯刚度逐渐提高，延性系数先增大后减小。与钢筋梁相比，相同配筋率时C-FSCB梁的峰值弯矩提升了14%，延性系数降低了27%，抗弯刚度K1仅减小了7%，但K2却增大了52%。钢筋梁的最大裂缝宽度远小于C-FSCB梁，考虑结构的强度利用率后建议C-FSCB增强CSSC梁正常使用极限状态时的最大裂缝宽度限值取为0.5mm。根据适筋破坏时截面的受力分析，建立了C-FSCB增强CSSC梁的受弯极限承载力计算公式，具有良好的计算精度。

关键词： CFRP-钢复合筋珊瑚海砂海水混凝土梁界限配筋率受弯性能极限承载力

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阶跃函数模拟桥梁断面气动自激力的精度研究

振动工程学报 2024年第6期37卷 997-1005页

作者：吴长青张志田湖南理工学院土木建筑工程学院湖南岳阳414006 海南大学土木建筑工程学院海南海口570228

介绍了采用阶跃函数模拟桥梁断面时域气动自激力的方法并对模拟的精度进行了研究。提出了采用现代遗传优化算法进行阶跃函数参数识别的方法。在模拟桥梁断面时域自激力的过程中,建立了颤振导数与阶跃函数各参数之间的等量关系,基于MATLA... 详细信息

介绍了采用阶跃函数模拟桥梁断面时域气动自激力的方法并对模拟的精度进行了研究。提出了采用现代遗传优化算法进行阶跃函数参数识别的方法。在模拟桥梁断面时域自激力的过程中,建立了颤振导数与阶跃函数各参数之间的等量关系,基于MATLAB平台实现了遗传优化算法并识别了阶跃函数的各个参数,根据参数值与上述等量关系反算得到颤振导数的拟合值,并通过对比颤振导数的拟合值与试验值来评估模拟的精度。数值算例表明,遗传优化算法的计算效率很高且不受参数个数与参数取值范围的影响;阶跃函数参数个数对颤振导数拟合精度存在较大的影响;当参数个数较少时,对于较为复杂的颤振导数曲线,拟合精度不高。随着参数个数的增加,拟合精度显著提高。拟合精度直接影响后续时域颤振分析得到的桥梁颤振性能;因此,需要依据颤振导数曲线规律,合理地选取阶跃函数的参数个数,才能建立精度较高的时域自激力模型,进而准确评估桥梁的颤振稳定性能。

关键词：桥梁颤振时域阶跃函数遗传优化

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基于应变片法的非平行多裂纹相互作用及起裂机理

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第5期34卷 1655-1668页

作者：沈晴晴黄典一饶秋华易威孙栋良李卓中南大学土木工程学院长沙410075 湖南工学院土木与建筑工程学院衡阳421002

通过计算3条非平行斜裂纹的最大应力强度因子KⅠ,kmax(θ)和KⅡ,kmax(θ),揭示其相互作用机理,并采用多裂纹起裂准则预测非平行多裂纹的起裂参数。对含3条非平行斜裂纹的红砂岩试样开展单轴压缩试验,采用应变片测量方法监测裂纹尖端附... 详细信息

通过计算3条非平行斜裂纹的最大应力强度因子KⅠ,kmax(θ)和KⅡ,kmax(θ),揭示其相互作用机理,并采用多裂纹起裂准则预测非平行多裂纹的起裂参数。对含3条非平行斜裂纹的红砂岩试样开展单轴压缩试验,采用应变片测量方法监测裂纹尖端附近的应变,以确定裂纹起裂顺序。结果表明:裂缝相对倾角的变化对破坏轨迹影响不大且多裂纹尖端很少同时起裂。单轴压缩下含3条非平行斜裂纹红砂岩试件破坏形式可分为两种:翼裂纹贯通和翼裂纹-次生裂纹贯通。断裂机理均为Ⅰ型(拉伸)起裂。预测结果与试验结果吻合较好,验证了理论结果的有效性。

关键词：非平行多裂纹相互作用机理起裂机理应变片法

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混凝土抗压强度的可解释深度学习预测模型

东北大学学报（自然科学版） 2024年第5期45卷 738-744,752页

作者：章伟琪王辉明新疆大学建筑工程学院新疆乌鲁木齐830017

为快速、准确地预测混凝土抗压强度,采用深度学习技术建立预测模型,使用贝叶斯优化算法进行模型自动优化调节,并结合SHapley Additive exPlanations(SHAP)可解释性方法对预测结果进行分析,以克服预测模型的“黑盒子”问题.利用深度学习... 详细信息

为快速、准确地预测混凝土抗压强度,采用深度学习技术建立预测模型,使用贝叶斯优化算法进行模型自动优化调节,并结合SHapley Additive exPlanations(SHAP)可解释性方法对预测结果进行分析,以克服预测模型的“黑盒子”问题.利用深度学习模型挖掘各输入特征参数与抗压强度之间潜在的规律;通过可视化输入特征参数的SHAP值分析参数对抗压强度预测结果的重要性及影响规律.结果表明,所建深度学习模型相比其他传统模型具有更好的性能;SHAP分析结果与试验结果一致,该模型较好地反映了各特征参数之间复杂的非线性关系,可为混凝土材料的工程设计提供依据和参考.

关键词：混凝土抗压强度深度学习 SHAP方法可解释性

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颗粒级配和表面纹理对饱和砂-钢界面剪切强度的影响

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岩土工程学报 2024年第2期46卷 335-344页

作者：李逸凡李大勇张雨坤潍坊学院建筑工程学院山东潍坊261041 山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580

钢桩和钢制吸力基础广泛应用于海洋工程,土体与基础结构界面力学特性决定着其承载能力。通过饱和砂-钢界面排水剪切试验,揭示了颗粒级配、表面纹理和法向边界条件对界面剪切特性的影响规律。研究表明:由于颗粒剪切方式和孔隙水压力消散... 详细信息

钢桩和钢制吸力基础广泛应用于海洋工程,土体与基础结构界面力学特性决定着其承载能力。通过饱和砂-钢界面排水剪切试验,揭示了颗粒级配、表面纹理和法向边界条件对界面剪切特性的影响规律。研究表明:由于颗粒剪切方式和孔隙水压力消散方式的不同,常法向应力(CNL)下剪应力-位移曲线出现明显的应变软化现象。变法向应力(VNL)下,界面剪切强度随法向应力的增大不断提高。对于光滑和凸起构造,界面摩擦角随不均匀系数C_(u)的增加基本呈线性增长。对于凹槽构造,界面摩擦角随C_(u)的增加而减小。饱和砂-粗糙度钢板界面剪切效能的发挥受水的影响显著,砂与钢板之间水膜的存在减弱了砂颗粒和钢界面的摩擦,使得界面摩擦性能不能完全发挥。

关键词：界面剪切特性颗粒级配表面纹理构造法向边界条件界面摩擦系数

碳-玻混杂纤维网格增强水泥基材料板轴拉性能与力阻响应特性研究

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建筑结构学报 2024年第8期45卷 83-92页

作者：林旭华张大伟刘嘉荣谢志禹武于森浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 浙大城市学院工程学院浙江杭州310015

为研究碳-玻混杂纤维网格增强水泥基材料(carbon-glass hybrid fiber grid reinforced cementitious matrix,C-GFRCM)板的轴拉性能与力阻响应,开展12组C-GFRCM板单轴拉伸试验,分析砂浆类型、预应力水平、黏合剂以及玻璃纤维布粘贴方式... 详细信息

为研究碳-玻混杂纤维网格增强水泥基材料(carbon-glass hybrid fiber grid reinforced cementitious matrix,C-GFRCM)板的轴拉性能与力阻响应,开展12组C-GFRCM板单轴拉伸试验,分析砂浆类型、预应力水平、黏合剂以及玻璃纤维布粘贴方式对其受拉性能和纤维利用率的影响,研究C-GFRCM板拉伸过程中碳纤维束的电阻变化与试件受力状态的响应机制,以及力阻响应与裂缝发生位置的规律。结果表明:预应力C-GFRCM板多为单裂缝破坏模式,环氧树脂黏合CGFRCM板多为纤维拉断破坏,地聚物黏合C-GFRCM板纤维发生滑移而拉断-拔出破坏;预应力工艺主要提升C-GFRCM板的开裂荷载,且预应力水平越高提升效果越明显,最大可提高267%;采用环氧树脂黏合剂分散粘贴玻璃纤维布可显著增强C-GFRCM板的极限荷载,最大可提高320%;拉伸过程中C-GFRCM板的力阻响应呈现三阶段特征,即弹性阶段电阻无明显变化;裂缝发展阶段在裂缝产生处电阻开始增长与波动;裂缝扩大与破坏阶段在主裂缝处电阻增长显著,采用力阻响应可以准确表征C-GFRCM板的受力状态并判断裂缝发生位置,不同设计参数C-GFRCM板的电阻变化对受力状态的敏感性不同。

关键词：碳-玻混杂纤维网格增强水泥基材料预应力单轴拉伸力阻响应裂缝

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考虑层理倾角的炭质板岩蠕变损伤本构模型

浙江大学学报（工学版） 2024年第8期58卷 1704-1716页

作者：胡涛涛贺韶君王栋长安大学公路学院陕西西安710064 山东华宇工学院能源与建筑工程学院山东德州253034

针对层状岩体的各向异性特征,以炭质板岩为研究对象,开展不同层理倾角炭质板岩的蠕变力学试验.基于蠕变试验结果,建立可以描述不同层理倾角炭质板岩加速蠕变的改进Nishihara非线性损伤蠕变本构模型,推导该模型的一维、三维本构方程.研... 详细信息

针对层状岩体的各向异性特征,以炭质板岩为研究对象,开展不同层理倾角炭质板岩的蠕变力学试验.基于蠕变试验结果,建立可以描述不同层理倾角炭质板岩加速蠕变的改进Nishihara非线性损伤蠕变本构模型,推导该模型的一维、三维本构方程.研究结果表明,炭质板岩的蠕变过程存在明显的应力阈值.当应力小于阈值时,炭质板岩只发生衰减蠕变;当应力达到或大于阈值时,开始发生稳态蠕变;当应力达到或超过破坏应力时,炭质板岩发生加速蠕变并发生蠕变破坏.模型参数反演辨识结果表明,改进Nishihara蠕变模型能够很好地描述炭质板岩的整个蠕变过程.基于参数辨识结果,对模型参数与围压和层理倾角的关系进行探讨,得到损伤参数c与层理倾角的关系式,分析损伤参数d与黏滞系数对加速蠕变阶段的影响.

关键词：炭质板岩层理倾角蠕变特性本构模型参数辨识

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海上风电大直径楔形单桩高频振动沉桩特性

可再生能源 2024年第9期42卷 1189-1197页

作者：袁兰陆亚重庆工程学院建筑工程学院重庆400056

为研究海上风电中大直径楔形单桩基础在安装方面的经济性,文章采用ABAQUS中的耦合欧拉-拉格朗日方法(CEL)建立高频振动荷载下单桩基础的有限元模型,对比分析同等用钢量的楔形单桩和等截面单桩的沉桩特性。通过分析桩体贯入速度、摩阻力... 详细信息

为研究海上风电中大直径楔形单桩基础在安装方面的经济性,文章采用ABAQUS中的耦合欧拉-拉格朗日方法(CEL)建立高频振动荷载下单桩基础的有限元模型,对比分析同等用钢量的楔形单桩和等截面单桩的沉桩特性。通过分析桩体贯入速度、摩阻力、土体位移和土体应力,探讨楔形结构对基础安装的影响。分析结果显示:楔形单桩在砂土中所需总沉桩时间比等截面单桩减少了38%,在施工方面具有较好的经济效益;但在沉桩后期,楔形单桩的浅层土体位移峰值位置后移,峰值增量有所增加,传递到地基中的能量更多,对土体的扰动更为强烈,地表径向扰动范围增大了0.01r(r为等截面单桩半径)。研究成果不仅为海上风电单桩基础截面型式的设计提供依据,更为探索大直径楔形单桩基础在海上风电项目中的潜在价值提供了重要参考。

关键词：高频振动楔形单桩海上风电耦合欧拉-拉格朗日(CEL) 沉桩特性

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复杂温度路径下非饱和土的热-水-力耦合响应特性

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应用基础与工程科学学报 2024年第5期32卷 1294-1306页

作者：陈佩佩金铭张桓伟郭志光白冰诸瑞松北京建筑大学理学院北京建筑大学土木与交通工程学院中国建筑土木建设有限公司北京交通大学土木建筑工程学院

复杂温度路径下非饱和土热-水-力多场耦合研究在交通岩土和工程地质等方面有着重要的意义.考虑孔隙比和温度影响效应修正经典土水特征曲线模型，从而更准确地确定热-水-力耦合数值建模所涉及的关键耦合参数.通过与室内模型试验结果的对... 详细信息

复杂温度路径下非饱和土热-水-力多场耦合研究在交通岩土和工程地质等方面有着重要的意义.考虑孔隙比和温度影响效应修正经典土水特征曲线模型，从而更准确地确定热-水-力耦合数值建模所涉及的关键耦合参数.通过与室内模型试验结果的对比验证，证实了数值模型的精度和可靠性.针对周期循环和指数增长两类典型的温度路径作用下非饱和土热-水-力多场耦合响应特性开展分析，研究结果表明：周期温度荷载作用下温度和饱和度循环变化过程呈现出与温度荷载相同的周期；且其周期变化中均有相位延滞和波幅衰减现象，且距离热源越远，波幅衰减越大；测点总位移亦随温度荷载发生相同周期的循环变化，然而并未出现相位延滞情况，距离热源越近，总位移的波幅越大.在指数增长温度路径下，各测点的饱和度和温度具体表现为先减小后增大，越靠近热源的测点，减小的程度越大且越早达到极低点，而后迅速抬升到稳定阶段；然而总位移曲线却呈现为与温度曲线不同的演变特征.

关键词：复杂温度路径 VG模型修正热-水-力耦合试验验证数值分析