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3D打印GFRP层内失效力学行为的理论模型及细观机制

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2713-2731页

作者：赵煜胡海洋药天运于翔周勇军景媛长安大学公路学院西安710064 长安大学建筑工程学院西安710061

为实现3D打印纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)桥梁工程构件力学性能的精确分析,推进3D打印FRP技术在桥梁工程中的应用,本文分别从理论及试验角度对3D打印FRP的关键力学性能进行了探索。首先,结合打印FRP的细观结... 详细信息

为实现3D打印纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)桥梁工程构件力学性能的精确分析,推进3D打印FRP技术在桥梁工程中的应用,本文分别从理论及试验角度对3D打印FRP的关键力学性能进行了探索。首先,结合打印FRP的细观结构空间几何特征,提出了打印丝连续假设。进而,基于该假设及面内应力转轴模型,构建了层内应力下3D打印FRP的杨氏模量分析预测模型。同时,考虑材料的多种失效模式,基于Tsai-Wu理论建立了层内应力下该材料的抗拉强度分析预测模型,且该模型考虑了4种不同的剪切强度计算模式。其次,考虑材料的打印角度、线宽及层厚,设计了系统性的杨氏模量及抗拉强度测试分析试验,对上述两类理论模型的精确性进行了验证。研究结果表明:打印角度与杨氏模量及抗拉强度之间呈明显的负相关关系,当打印角度从0°增加至90°时,杨氏模量的减小幅度范围为65.48%~79.62%,抗拉强度的减小幅度范围为50.99%~71.55%。打印线宽对杨氏模量及抗拉强度的影响较明显,0.6mm及0.8mm线宽下材料的两类关键力学性能相近,且均明显强于0.4mm线宽下的力学性能,其中杨氏模量的变化幅度范围为20.18%~49.27%,抗拉强度的变化幅度范围为27.53%~54.55%。宏观尺度失效结果表明,存在两类失效模式,分别为打印丝断裂失效及打印丝分离失效。同时,本文从细观尺度揭示了两类失效模式产生的机制及打印参数对关键力学性能的影响机制。综上,本次构建的两类模型为量化评价3D打印FRP桥梁工程构件的关键力学性能提供了理论支撑。

关键词：桥梁工程 3D打印纤维增强树脂基复合材料细观结构失效模式打印参数

花岗岩石粉对机制砂混凝土基本性能及气体渗透特性的影响

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3704-3715页

作者：周翱翔张云升钱如胜苗改霞薛翠真张宇乔宏霞兰州理工大学土木工程学院兰州730050 浙江工业大学建筑工程学院杭州310014

采用花岗岩石粉等质量(0%~32%)替代部分水泥制备机制砂混凝土,应用等温量热、压汞、准稳态气体渗透等方法测试机制砂混凝土的水泥水化热、孔隙结构、力学强度及气体渗透性能,结合灰色关联分析建立不同龄期(28天~130天)石粉-机制砂混凝... 详细信息

采用花岗岩石粉等质量(0%~32%)替代部分水泥制备机制砂混凝土,应用等温量热、压汞、准稳态气体渗透等方法测试机制砂混凝土的水泥水化热、孔隙结构、力学强度及气体渗透性能,结合灰色关联分析建立不同龄期(28天~130天)石粉-机制砂混凝土气体渗透特性与孔隙特征之间关系。结果表明:机制砂混凝土中掺入适量石粉可减缓水化放热、改善孔隙结构、提高抗压强度及降低气体渗透系数;8%石粉掺量机制砂混凝土的抗压强度最高、气体渗透系数最低,其灰色关联分析表明有效孔隙率和小于100 nm孔隙对气体渗透性影响最显著。

关键词：花岗岩石粉机制砂混凝土孔隙特征气体渗透性灰色关联分析

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球体低速斜撞击成坑规律试验研究

浙江大学学报（工学版） 2024年第4期58卷 828-837页

作者：戴立夫凌道盛郑建靖施昌宇浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 中交第二航务工程局有限公司技术中心湖北武汉430040 浙江大学超重力研究中心浙江杭州310058

通过设计球体发射低速撞击试验装置,系统开展不同角度条件下球体撞击干砂靶成坑试验,定量分析撞击速度、角度对撞击坑型的影响,定性分析球体低速斜撞击干砂靶的成坑过程及机理,修正低速斜撞击条件下的成坑相似律.讨论所修正的相似律在... 详细信息

通过设计球体发射低速撞击试验装置,系统开展不同角度条件下球体撞击干砂靶成坑试验,定量分析撞击速度、角度对撞击坑型的影响,定性分析球体低速斜撞击干砂靶的成坑过程及机理,修正低速斜撞击条件下的成坑相似律.讨论所修正的相似律在不同撞击条件下的适用性及其在天文学上的应用.试验结果表明,坑型随撞击速度的增加而增大;坑长、坑体积随撞击角度增加而增加,坑宽随撞击角度的增加先减小再增加,坑深随撞击角度的增加先增加后减小;成坑体积可由撞击角度、撞击速度、球体尺寸、球体密度、重力参数进行缩放得到;低速斜撞击成坑过程中动量和能量共同影响耗散冲击过程.

关键词：成坑效应低速斜撞击量纲分析相似律试验研究

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并列切角方柱风致干扰效应的大涡模拟研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第3期45卷 599-606页

作者：李方慧张智博张特范佳红尚靖淳黑龙江大学建筑工程学院黑龙江哈尔滨150080

针对并列切角高层建筑间的干扰影响问题,本文采用大涡模拟方法研究雷诺数22 000的均匀流场下并列切角(切角率10%)方柱的干扰效应。基于模型的网格收敛性分析及模型准确性验证,对比分析不同间距比下并列切角方柱的气动干扰效应和流场分布... 详细信息

针对并列切角高层建筑间的干扰影响问题,本文采用大涡模拟方法研究雷诺数22 000的均匀流场下并列切角(切角率10%)方柱的干扰效应。基于模型的网格收敛性分析及模型准确性验证,对比分析不同间距比下并列切角方柱的气动干扰效应和流场分布,并探寻风压干扰效应的影响规律和形成机理。结果表明:对于并列切角方柱,平均阻力系数主要呈放大效应,脉动升力系数主要呈减小效应。在并列切角方柱处于小间距(B/L=1.2)时,由于风与壁面的相互作用,产生风压力,风压力与方柱表面力叠加,对正压区域产生加强效果,表现为放大效应,对负压区域进行削弱,出现减小效应;当B/L=1.5时,结构干扰最剧烈,其中相邻立面后流场的切角处放大效明显,干扰因子最大值为2.58;当B/L≥4.0时,除相邻立面外的其他立面与切角干扰效应趋于消失;当B/L=8.0时,相邻立面仍然存在28%的放大效应。

关键词：并列切角方柱大涡模拟均匀流场气动干扰效应流场分布风压干扰效应阻力系数放大效应

不同城市绿地类型碳源/汇的城乡梯度格局--以杭州市为例

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生态学报 2024年第3期44卷 930-943页

作者：孙洋洋沈泽琦黄乐妍胡金丽赵馨玉吴珏莹胡广浙江理工大学建筑工程学院杭州310018

探究城市化对绿地空间碳源/汇的空间分布格局的影响,对评估城市生态系统的碳足迹和制定相应的碳收支管理措施具有重要意义。以净生态系统生产力(NEP)做为碳源/汇的反映指标,基于净初级生产力和土壤呼吸估算杭州市主城区绿地碳源/汇的空... 详细信息

探究城市化对绿地空间碳源/汇的空间分布格局的影响,对评估城市生态系统的碳足迹和制定相应的碳收支管理措施具有重要意义。以净生态系统生产力(NEP)做为碳源/汇的反映指标,基于净初级生产力和土壤呼吸估算杭州市主城区绿地碳源/汇的空间分布格局,关注城乡梯度对不同绿地类型碳源/汇水平的作用。基于净初级生产力和土壤呼吸数据综合获得绿地空间NEP,通过土地利用数据和Fragstats软件进行景观格局分析,采用多元线性回归模型和逐步回归模型筛选影响NEP的景观、植被和气象因子,最后利用广义加性模型探讨NEP与各因子之间的关系。此外,分别比较了相同统计过程在不同城乡梯度和不同绿地类型之间的模型差异。结果表明:杭州市绿地空间NEP分布及其影响因子存在显著的城乡梯度与绿地类型差异。2019—2022年杭州市主城区绿地空间,整体表现为碳源,年均NEP为-0.277 kg C m^(-2) a^(-1);其中表现为碳汇的绿地主要分布在杭州市主城区的西部,而碳源绿地主要分布在中部和东部。整体绿地空间的NEP大小与绿地斑块面积、乔木盖度和灌木盖度呈正相关,与灌木物种丰富度和气温呈负相关。NEP随城区、城郊结合部、郊区的城乡梯度逐步增强;城区NEP与乔木盖度呈正相关,与景观多样性和气温呈负相关;城郊结合部NEP与乔木物种丰富度和灌木盖度呈正相关,与绿地斑块密度和气温呈负相关;郊区NEP则与聚集度指数、乔木盖度和灌木盖度呈正相关。公园、农田、自然植被的NEP依次增大并受到不同因素的调控。公园NEP与聚集度指数、乔木盖度和灌木盖度呈正相关,与景观分割指数、灌木物种丰富度和气温呈负相关;农田NEP与聚集度指数和灌木盖度呈正相关,与气温呈负相关;而自然植被NEP则与乔木盖度呈正相关,与景观多样性指数和气温呈负相关。研究进一步揭示了城市化对绿地空间碳源/汇的影响,为城乡碳收支的差异化管理提供了一定的理论和数据支持。

关键词：绿地空间净生态系统生产力城乡梯度净初级生产力广义加性模型

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多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法研究

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振动与冲击 2024年第1期43卷 64-70页

作者：兰树伟周东华陈旭毛德均昆明学院建筑工程学院昆明650214 昆明理工大学建筑工程学院昆明650500

剪切型支撑钢框架整体稳定计算需考虑钢框架与剪切型支撑之间的相互作用,还需要考虑同层柱间的相互支援以及层与层之间的支援作用,规范计算长度系数法无法考虑这些因素可能会造成不合理设计。提出了一种计算多层剪切型支撑钢框架整体稳... 详细信息

剪切型支撑钢框架整体稳定计算需考虑钢框架与剪切型支撑之间的相互作用,还需要考虑同层柱间的相互支援以及层与层之间的支援作用,规范计算长度系数法无法考虑这些因素可能会造成不合理设计。提出了一种计算多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法,首先分析了支撑刚度与结构临界承载力之间的关系,推导了层临界支撑刚度计算公式,接着利用弹簧-摇摆柱力学模型推导了任意支撑下框架柱临界刚度比系数计算公式,然后将各楼层的有效抗侧刚度及荷载刚度进行楼层间的组装,将求解剪切型支撑钢框架的临界承载力转化为求解结构的楼层有效抗侧刚度,最后基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接求解多层剪切型支撑钢框架临界承载力的计算公式,该公式能够判断结构的薄弱层,可以定量地计算楼层之间相互支援程度,有效地弥补规范尚无法求解弱支撑钢框架柱计算长度系数的不足。

关键词：钢框架剪切型支撑层临界支撑刚度有效抗侧刚度整体稳定临界因子临界力

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盾构管片开口解析分析方法及其应用

中国公路学报 2024年第7期37卷 189-203页

作者：陈张鹏臧延伟杨仲轩徐荣桥龚晓南王金昌刘长宝严佳佳浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 浙江大学平衡建筑研究中心浙江杭州310058 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311120 公路数智养护浙江省工程研究中心浙江杭州310051

为方便隧道中人员和车辆在灾害中能就近逃生和避险,需要设置大量的地下结构联络通道,这就带来了盾构隧道管片开口问题。采用Timoshenko曲梁理论描述管片的力学行为,通过土弹簧和荷载模拟周围土体对隧道的约束和加载作用,三向弹簧模拟环... 详细信息

为方便隧道中人员和车辆在灾害中能就近逃生和避险,需要设置大量的地下结构联络通道,这就带来了盾构隧道管片开口问题。采用Timoshenko曲梁理论描述管片的力学行为,通过土弹簧和荷载模拟周围土体对隧道的约束和加载作用,三向弹簧模拟环内纵缝接头,均布剪切弹簧模拟环间接头,建立了分析模型。首先采用状态空间法,推导了不考虑开口时多环衬砌传递方程。其次引入自由边界条件,调整荷载和系统矩阵,导出了考虑开口工况和错缝拼装的多环衬砌传递方程,得到了开口工况下盾构隧道的响应。最后结合之江路联络通道工程,通过数值算例,验证所提方法的同时分析了大直径盾构隧道开口工况下开口环和邻近环的变形和内力分布规律,研究了地质条件和环间连接情况对衬砌开口的影响。结果表明:开口环位移增加而内力减小,邻近环则位移和内力都增加;周围地质条件越好,隧道受开口工况的影响越小。在实际工程中,可以通过增强环间连接的方法来减小开口工况对于衬砌受力的影响。

关键词：隧道工程盾构隧道状态空间法解析方法管片开口

钢结构工程高强度螺栓微小松动视觉检测方法研究

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中国公路学报 2024年第2期37卷 125-141页

作者：姚志东陈志华刘红波卢佳祁天津大学建筑工程学院天津300072 中冶建筑研究总院(深圳)有限公司广东深圳518055

基于计算机视觉的螺栓松动检测方法中,一类是通过对连接节点图像进行透视矫正并分析螺栓轮廓边缘直线角度的变化以及时发现微小的松动缺陷。然而,目前这类方法在图像矫正和螺栓轮廓边缘检测的可靠性方面还有较大的改进空间。为此,针对... 详细信息

基于计算机视觉的螺栓松动检测方法中,一类是通过对连接节点图像进行透视矫正并分析螺栓轮廓边缘直线角度的变化以及时发现微小的松动缺陷。然而,目前这类方法在图像矫正和螺栓轮廓边缘检测的可靠性方面还有较大的改进空间。为此,针对钢结构螺栓连接节点,提出了基于深度学习的螺栓松动视觉检测方法。首先,基于YOLOv5检测螺栓目标。针对螺栓感兴趣区域(RoI),基于鲁棒性较高的Attention U-Net提取螺栓轮廓边缘直线。为了提高螺栓目标检测精度,目标检测模型应设定较低置信度阈值以保证目标无漏检,再通过螺栓RoI提取的边缘直线数量筛除伪螺栓。使用透视变换法对节点图像进行矫正,变换所需的参考点是根据螺栓检测框之间空间移动后的相交关系自动定位的。最后,根据矫正图像中的螺栓轮廓边缘直线计算螺栓角度,通过检测螺栓和基准螺栓之间的角度差异判断松动情况。研究结果表明:螺栓目标检测的AP值为0.97;螺栓轮廓边缘检测的准确率、召回率和F1的均值分别为0.846、0.807与0.825,且在多种复杂背景干扰下具有较高的鲁棒性;伪螺栓筛除法可过滤掉99.82%的伪螺栓目标;提出的图像矫正法适用于常见的多种螺栓排列形式的连接节点;当松动判别阈值仅为2.8°时,螺栓松动检测的准确率可达99.7%。该方法在大型钢结构螺栓连接节点自动化运维方面具有较好的应用前景。

关键词：桥梁工程螺栓微小松动检测计算机视觉与深度学习连接节点目标检测轮廓边缘直线检测透视矫正

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矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性

北京航空航天大学学报 2024年

作者：袁家辉陈水福夏俞超刘奕浙江大学建筑工程学院浙江理工大学建筑工程学院中冶南方城市建设工程技术有限公司

为探讨建筑深宽比和来流湍流特性对矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性的影响，本文对深宽比为1/9～9的矩形高层建筑在4种风场中进行了同步测压风洞试验。基于试验结果，分析了建筑深宽比、湍流强度和湍流积分尺度对顺风向脉动风... 详细信息

为探讨建筑深宽比和来流湍流特性对矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性的影响，本文对深宽比为1/9～9的矩形高层建筑在4种风场中进行了同步测压风洞试验。基于试验结果，分析了建筑深宽比、湍流强度和湍流积分尺度对顺风向脉动风荷载竖向相关系数和相干函数的影响；通过非线性最小二乘法，拟合得到了适用于深宽比为1/9～9的矩形高层建筑竖向相关性数学模型。结果表明：顺风向脉动风荷载相关系数同时受到建筑深宽比和测点层高差影响，相关系数随测点层高差增大呈指数衰减；顺风向脉动相干函数随频率增大呈指数衰减，且衰减速率与高差和平均风速的比值大致成正比；对于不同深宽比建筑，湍流积分尺度和湍流强度对顺风向脉动风荷载相关性的影响不同；本文针对不同风场提出的矩形高层建筑顺风向脉动风荷载相关系数和相干函数公式和试验结果吻合良好，可为建筑结构设计及荷载规范修订提供参考。

关键词：矩形高层建筑脉动风荷载空间相关性风洞试验深宽比