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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

自复位支撑钢框架抗震性能评估与损伤演化分析

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工程力学 2024年第7期41卷 68-77页

作者：徐龙河鞠子薇江浩北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为研究自复位耗能(SCED)支撑失效前后支撑钢框架结构的抗震韧性及损伤演化规律,设计了一单榀三层自复位支撑钢框架(SCBSF)并对其进行精细化有限元模拟,探究了支撑第二刚度和摩擦力在考虑支撑失效时对结构宏观响应和关键构件损伤状态的... 详细信息

为研究自复位耗能(SCED)支撑失效前后支撑钢框架结构的抗震韧性及损伤演化规律,设计了一单榀三层自复位支撑钢框架(SCBSF)并对其进行精细化有限元模拟,探究了支撑第二刚度和摩擦力在考虑支撑失效时对结构宏观响应和关键构件损伤状态的影响规律。结果表明,在地震作用下,SCED支撑作为SCBSF第一道抗震防线,激活工作后为结构提供了稳定的耗能与卓越的复位能力,相比屈曲约束支撑(BRB)框架残余变形角最大减小了84.9%,显著降低结构震后修复成本;支撑达到最大行程破坏失效后,结构层间变形加剧,框架梁和柱塑性耗能占比增加了92.33%,主体结构损伤值增加了48.45%,结构的抗震性能与韧性水平明显降低。参数分析结果表明,提升支撑的第二刚度和摩擦力能有效降低结构响应,但具有较大第二刚度和摩擦力的支撑框架仍抵抗不了强震作用时,可能导致更多的支撑失效破坏,结构损伤加剧。因此,设计SCED支撑时,需要适当提高支撑第二刚度和摩擦力,建议第二刚度取值为第一刚度的7/50~4/25,支撑摩擦力与预压力比值取为1~1.2;提升支撑第二刚度相比提升摩擦力对结构损伤值控制效果更好,随着地震动强度增大,摩擦力与第二刚度对结构抗震性能的影响逐渐减小。

关键词：自复位耗能支撑钢框架抗震韧性损伤分析耗能能力残余变形

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循环荷载下筋材对桩承式低路堤荷载传递机制的影响试验

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中国公路学报 2024年第6期37卷 66-75页

作者：徐传堡贾亚飞郑俊杰郑烨炜武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

软土地区路基在长期交通荷载作用下,容易出现路面开裂、不均匀沉降等问题。桩承式路堤是软土地区最常用的路基加固方法之一,研究其在循环荷载下的动力特性,对于指导交通荷载下路堤的长期沉降控制具有重要意义。然而,现有的研究主要集中... 详细信息

软土地区路基在长期交通荷载作用下,容易出现路面开裂、不均匀沉降等问题。桩承式路堤是软土地区最常用的路基加固方法之一,研究其在循环荷载下的动力特性,对于指导交通荷载下路堤的长期沉降控制具有重要意义。然而,现有的研究主要集中于静载下的高路堤,对循环荷载下低路堤工作性能的研究较少。为此,开展了2组模型试验探究循环荷载下筋材对桩承式低路堤荷载传递机制的影响,分析了路堤沉降、荷载传递效率、应力应变分布等的变化特征。研究结果表明:桩承式低路堤在动载作用下产生较大的累积变形,筋材的加入有利于减小累积变形的发展。在所提试验条件下,加筋低路堤的累积变形减小了24.5%;在动载作用下,桩承式低路堤荷载传递效率随着循环次数的增加而逐渐降低,随后保持稳定;加筋增大了荷载传递效率,减小了荷载传递效率的降低幅度。在较大的循环次数和动载幅值下,未加筋低路堤的荷载传递效率持续下降,而加筋路堤缓慢增大;未加筋低路堤在静载作用下较早地形成部分土拱,随着动载的施加,土拱逐渐弱化;加筋低路堤的应力重分布现象有所改善。基于试验结果,提出了动载作用下桩承式低路堤的界定方法,并基于荷载传递效率降低系数,对模型试验中低路堤的工作性能进行了评价。

关键词：路基工程土拱演化荷载传递机制桩承式路堤循环荷载土工合成材料

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基于卷积神经网络的土体含水率智能识别

地球科学 2024年第5期49卷 1746-1758页

作者：庞元恩王智诚李旭杜赛朝北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

土体含水率是影响细粒土性质的主要因素.土体表层含水率的快速识别是农业和岩土工程中智能监测和智能建造技术发展中的急迫需求.为了克服传统含水率测量或监测方法无法满足土体表层含水率的实时无损监测的局限性,特研发基于图像的含水... 详细信息

土体含水率是影响细粒土性质的主要因素.土体表层含水率的快速识别是农业和岩土工程中智能监测和智能建造技术发展中的急迫需求.为了克服传统含水率测量或监测方法无法满足土体表层含水率的实时无损监测的局限性,特研发基于图像的含水率智能识别算法.首先在实验室中收集了4种不同类别的土体、在不同含水率下的表面照片,获得了超过1400张图片的高质量样本库,为机器学习模型构建奠定了数据基础.然后采用经典的卷积神经网络对土体含水率图像数据集进行学习,建立了土体含水率智能识别模型.模型比选结果表明:基于ResNet34架构的土体含水率识别模型效果最佳,在测试集上的含水率预测平均误差约为2%.该模型初步满足了土体表层含水率的实时无损监测需求,能够为农业和岩土工程中智能监测和智能建造技术发展提供重要手段.

关键词：土体含水率深度学习卷积神经网络智能监测智能建造工程地质

新型模块化钢结构插入式连接节点受力性能研究

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工程力学 2024年第1期41卷 30-38页

作者：徐龙河杨晓乐张格北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为推广钢结构集成模块在高层建筑及抗震设防区域的应用,提出了一种具有附加耗能的新型全装配模块化钢结构插入式连接节点,节点采用T型连接件代替传统焊接连接实现模块单元全装配,连接件与摩擦板进行相对滑移提供附加耗能。根据节点受力... 详细信息

为推广钢结构集成模块在高层建筑及抗震设防区域的应用,提出了一种具有附加耗能的新型全装配模块化钢结构插入式连接节点,节点采用T型连接件代替传统焊接连接实现模块单元全装配,连接件与摩擦板进行相对滑移提供附加耗能。根据节点受力及变形机理,推导其初始转动刚度理论公式。建立半装配与全装配模块化钢结构插入式连接节点的精细化数值模型,对比分析两种节点的滞回曲线、耗能能力及应力应变分布规律。结果表明,全装配插入式节点具有饱满的类平行四边形滞回曲线,其初始转动刚度理论计算值与数值结果吻合良好,有效验证了节点刚度公式的准确性。与半装配插入式节点相比,全装配插入式节点最大承载力降低约26.59%,整体能量耗散系数最大增加约70.06%,可通过T型连接件将塑性损伤转移至预设区域,保护主要构件并实现损伤可控,显著提高节点的抗震性能。

关键词：模块化钢结构全装配插入式连接节点数值模拟理论初始转动刚度附加耗能损伤可控

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热带海岛典型地貌风场特性的无人机实测

太阳能学报 2024年第2期45卷 116-126页

作者：黄斌王文想李昊刘金轲潘月月董金爽海南大学土木建筑工程学院海口570228 潍坊学院建筑工程学院潍坊261061

利用双无人机测风系统实测海岛三类典型场地的风场特性,并与多国风荷载规范对比。结果表明,近海岸、低矮温室基地、多高层建筑群实测风剖面分别与中国规范A类、日本规范Ⅲ类、美国规范B类剖面较吻合。近海岸湍流强度小于各国规范,低矮... 详细信息

利用双无人机测风系统实测海岛三类典型场地的风场特性,并与多国风荷载规范对比。结果表明,近海岸、低矮温室基地、多高层建筑群实测风剖面分别与中国规范A类、日本规范Ⅲ类、美国规范B类剖面较吻合。近海岸湍流强度小于各国规范,低矮温室、多高层建筑群实测值分别与日本规范Ⅲ类、Ⅳ类场地值较吻合。阵风因子随粗糙度、湍流强度提高而增大,近海岸、多高层建筑群阵风因子与湍流强度相关性分别接近Ishizaki、Cao建议模型。实测积分尺度随高度而增大,随粗糙度而减小,提出热带海岛典型地貌的积分尺度公式。同一地貌的风速竖向、水平相关性随高差、水平间距增大而减弱;同一高差的风速竖向相关性随粗糙度提高而减弱。von Karman谱能较好地描述热带海岛脉动风在频域内的能量分布特性。

关键词：热带海岛近海岸低矮温室基地多高层密集建筑群风场特性无人机实测

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含孔洞Cu_(64)Zr_(36)及Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料拉伸变形的分子动力学研究

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材料导报 2024年第15期38卷 235-240页

作者：李泽政申宏飞吴文平武汉大学土木建筑工程学院工程力学系武汉430072

本工作采用分子动力学模拟研究了含孔洞Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃和Cu/Cu_(64)Zr_(36)晶体/非晶复合材料的拉伸变形行为。结果表明:Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃在加载过程中由孔洞引起的应变集中导致剪切转变区(STZ)被激活并诱发剪切带的形成,... 详细信息

本工作采用分子动力学模拟研究了含孔洞Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃和Cu/Cu_(64)Zr_(36)晶体/非晶复合材料的拉伸变形行为。结果表明:Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃在加载过程中由孔洞引起的应变集中导致剪切转变区(STZ)被激活并诱发剪切带的形成,而Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料通过晶体相中的位错滑移有效避免了灾难性剪切局部化,阻碍了剪切带的扩展。应变局部化程度出现台阶式的跳跃主要由位错的成核和发射引起,而应变局部化程度的缓慢增加与STZ的激活有关,一旦剪切带形成会导致应变局部化程度的快速增加。孔洞的存在改变了剪切应变和非仿射平方位移的分布,原子剪切应变和非仿射平方位移最小值D_(min)^(2)的最大值总是分布在孔洞周围,使其成为最有可能位错成核、STZ激活并诱发剪切带形成的位点。大量的位错运动和均匀的STZ激活是提高复合材料整体塑性的主要原因,晶体相中位错密度的变化与非晶相中的剪切带活动密切相关。当剪切带扩展受阻,只出现均匀的STZ激活,位错密度基本保持不变,应力累积。一旦STZ局部化,重新诱发剪切带的扩展,位错密度增加和应力释放,这也是Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料应力波动的主要原因。

关键词： Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料剪切带剪切转变区位错分子动力学模拟

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埋入式后压浆管桩竖向抗拔破坏模式研究

铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 602-612页

作者：邹志炎卢继忠张逸博傅旭东武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

埋入式后压浆管桩作为一种新型桩基础,集钻孔灌注桩和预应力管桩的优点于一体,可以解决灌注桩桩身质量不可靠和预应力管桩沉桩困难等问题。对埋入式后压浆管桩的竖向抗拔试验进行CT扫描,得到不同位移状态下模型桩的CT扫描图像,直观地揭... 详细信息

埋入式后压浆管桩作为一种新型桩基础,集钻孔灌注桩和预应力管桩的优点于一体,可以解决灌注桩桩身质量不可靠和预应力管桩沉桩困难等问题。对埋入式后压浆管桩的竖向抗拔试验进行CT扫描,得到不同位移状态下模型桩的CT扫描图像,直观地揭示破坏面的发展规律,并建立破坏面方程。对其他学者提出的抗拔桩破坏面方程进行优化,通过静力平衡方程,获得优化后破坏面方程对应的埋入式后压浆管桩抗拔极限承载力函数,并采用遗传算法确定优化后破坏面方程的参数。将多种理论假定破坏面与试验获得的破坏面进行对比分析,验证所得破坏面方程的准确性。研究发现:埋入式后压浆管桩在上拔位移到达0.45倍桩径时发生破坏,此时灌浆层与土体紧密结合,两者之间未出现明显位移,破坏仅发生在灌浆层之外的桩周土体中;破坏面从桩底向桩顶延伸,越靠近桩顶,破坏面距离桩身越远,破坏面在桩底与混凝土侧壁相切,在地面与水平面的夹角接近42°,呈喇叭形破坏;本文的理论假定破坏面与试验获得的破坏面的相关指数R^(2)=0.97,前人的理论假定破坏面与试验获得的破坏面的相关指数R^(2)=0.91,本文的破坏面方程更加贴近试验获得的破坏面。研究成果对埋入式后压浆管桩的设计计算具有重要的参考价值。

关键词：铁路电力工程埋入式后压浆管桩 CT扫描破坏面抗拔极限承载力遗传算法

采用持久发光材料为内部光源的光催化复合材料研究进展

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材料导报 2024年第15期38卷 96-105页

作者：蔡心杰徐亦冬王玉全武金婷浙江大学建筑工程学院杭州310058 浙大宁波理工学院土木建筑工程学院浙江宁波315100

光催化材料和持久发光材料(LPLs)均是以太阳能为能量来源的清洁材料,其中光催化材料已在空气净化、医疗卫生、自清洁建材等领域获得显著的成果。目前,已有研究表明将LPLs作为光催化材料的内部光源可以进一步改进光催化材料的催化时长和... 详细信息

光催化材料和持久发光材料(LPLs)均是以太阳能为能量来源的清洁材料,其中光催化材料已在空气净化、医疗卫生、自清洁建材等领域获得显著的成果。目前,已有研究表明将LPLs作为光催化材料的内部光源可以进一步改进光催化材料的催化时长和效率,因此本文旨在总结现有关于持久发光-光催化复合材料的国内外研究进展:首先介绍了光催化材料及LPLs的种类;其次讨论了持久发光-光催化复合材料的复合条件、作用机理、合成方法;最后总结了持久发光-光催化复合材料的催化性能研究进展,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：光催化持久发光材料水泥基材料污染物降解