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基于数据驱动和设计规则约束的钢框架-支撑结构平面布置智能设计方法

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 13-21页

作者：王伟付柏超同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室同济大学建筑工程系

人工智能算法是实现建筑结构自动化、智能化设计的关键技术。然而，由于缺乏物理规则的约束，人工智能算法在实际工程的应用中时而会生成不合理的结果。因此，将结构设计规则以神经网络模块的形式融合到生成对抗网络(GAN)中，提出一种... 详细信息

人工智能算法是实现建筑结构自动化、智能化设计的关键技术。然而，由于缺乏物理规则的约束，人工智能算法在实际工程的应用中时而会生成不合理的结果。因此，将结构设计规则以神经网络模块的形式融合到生成对抗网络(GAN)中，提出一种钢框架-支撑结构平面布置智能设计方法(FrameGAN-sym)。对该方法的基本原理和思路进行介绍，并将FrameGAN-sym的设计结果与FrameGAN进行详细的对比和分析，证明其能够按照所提出的对称约束网络模块的要求，生成对称性更强的结构图纸。通过不同高度的3个钢框架-支撑结构工程算例，对比FrameGAN、FrameGAN-sym以及人工设计平面布置方案的力学性能，结果表明，FrameGAN-sym布置方案在力学性能上更加接近人工设计布置方案，且较FrameGAN布置方案降低了结构的扭转效应。

关键词：钢框架-支撑结构人工智能平面布置设计对称性扭转效应

多道负刚度阻尼伸臂结构减震性能的随机响应分析

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建筑结构学报 2024年第5期45卷 55-68页

作者：孙飞飞杨光刘越杨嘉琦同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学建筑工程系上海200092

针对传统黏滞阻尼伸臂(conventional damped outrigger, CDO)结构中由于外柱刚度有限造成最大附加阻尼比受限的不足,引入负刚度机制,将负刚度装置与阻尼器并联,形成负刚度阻尼伸臂(negative stiffness damped outrigger, NSDO)结构,在... 详细信息

针对传统黏滞阻尼伸臂(conventional damped outrigger, CDO)结构中由于外柱刚度有限造成最大附加阻尼比受限的不足,引入负刚度机制,将负刚度装置与阻尼器并联,形成负刚度阻尼伸臂(negative stiffness damped outrigger, NSDO)结构,在降低阻尼需求、控制结构的风振及地震作用响应方面具有显著的优势。基于连续化的Timoshenko梁建立多道负刚度阻尼伸臂结构的简化分析模型,并通过虚拟小质量法建立核心筒-伸臂结构的状态空间方程,最终通过求解Lyapunov方程得到结构的随机地震响应。并以两道伸臂为例,对两道NSDO(简称“2NSDO”)结构、两种布置方案的混合伸臂结构进行了随机地震响应参数化分析。结果表明:与传统阻尼伸臂结构相比,合理设置的NSDO结构的减震效果明显提高,层间位移角与无控结构(仅核心筒)层间位移角之比(即层间位移角减震效果)从0.68降至0.25以下,有害层间位移角的减震效果从0.71降至0.4以下,加速度、基底剪力和倾覆弯矩的减震效果均从0.7左右降至0.5以下;对比不同的NSDO布置形式,对于有害层间位移角、加速度、基底剪力和倾覆弯矩指标,2NSDO结构和传统伸臂(conventional outrigger, CO)在下部、NSDO在上部(1CO+1NSDO)的混合伸臂结构具有基本相同的显著减震效果,均能降至0.55以下,NSDO在下部、CO在上部(1NSDO+1CO)混合伸臂结构的可降至0.82以下;对于层间位移角,2NSDO结构的减震效果最好,可降至0.25左右,1CO+1NSDO和1NSDO+1CO结构的分别降至0.3和0.4以下。综合考虑减震效果及对结构静力刚度的影响,工程中更推荐采用1CO+1NSDO的伸臂布置形式。

关键词：伸臂结构负刚度阻尼伸臂多伸臂随机地震响应减震效果

非饱和黏性土的广义有效应力三剪弹塑性本构模型

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工程力学 2024年第5期41卷 107-119页

作者：胡小荣路祥蔡晓锋南昌大学建筑工程学院南昌330031

将非饱和土广义有效应力原理与三剪强度准则相结合,提出了非饱和土广义有效应力三剪强度准则。将所提准则作为破坏准则,分别采用等量代换法和坐标平移法推导出新的破坏应力比,并将其与非饱和土修正剑桥模型相结合得到了新的屈服函数。... 详细信息

将非饱和土广义有效应力原理与三剪强度准则相结合,提出了非饱和土广义有效应力三剪强度准则。将所提准则作为破坏准则,分别采用等量代换法和坐标平移法推导出新的破坏应力比,并将其与非饱和土修正剑桥模型相结合得到了新的屈服函数。相比于原来修正剑桥模型中的破坏应力比为定值,新的屈服函数可以更好地反应土体全应力状态、中间主应力效应和拉压不等效应。在弹塑性理论的框架下,建立了非饱和土的广义有效应力三剪弹塑性本构模型。以江西正常固结非饱和重塑红黏土作为试验研究对象,进行室内土工试验、土水特征曲线试验、压缩回弹试验、非饱和土常规三轴固结排水试验。将该本构模型计算结果与非饱和土三轴固结排水试验结果进行对比验证。结果表明:数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了该本构模型的正确性。在轴向应变较小时,等量代换法和坐标平移法模拟结果比较接近,随着轴向应变增大直至偏应力达到平稳状态的过程中,等量代换法计算结果要大于坐标平移法计算结果,且更接近于试验值。真三轴计算预测结果表明:在固结排水条件下,初始压实度、净围压、基质吸力相同,中间主应力影响系数越大,则剪应力和体应变越大。b值相同的情况下,轴向应变较小时,等量代换法计算结果和坐标平移法计算结果比较接近,随着轴向应变的增大,二者之间的差值也越来越大。

关键词：非饱和黏性土本构模型广义有效应力三剪强度准则江西红黏土

冻融循环作用下不同含水率灰土的细微观结构与宏观力学性能

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材料导报 2024年第7期38卷 93-99页

作者：吕晶赵欢张金翼席培峰长安大学建筑工程学院西安710061

为了探明素土和灰土在不同含水率时细微观结构与宏观力学性能受冻融循环的影响规律,开展了素土和灰土在不同含水率时的冻融循环试验、抗压强度试验和核磁共振试验。结果表明,素土和灰土抗压强度均随含水率的提高而降低;素土和灰土抗压... 详细信息

为了探明素土和灰土在不同含水率时细微观结构与宏观力学性能受冻融循环的影响规律,开展了素土和灰土在不同含水率时的冻融循环试验、抗压强度试验和核磁共振试验。结果表明,素土和灰土抗压强度均随含水率的提高而降低;素土和灰土抗压强度在同一含水率时均随着冻融循环次数的增加而降低,冻融循环六次时降低率可达到12次时的80%左右;灰土T_(2)谱信号峰值大于素土,T_(2)谱信号峰值随着灰土比例的提高而增大;不同含水率时素土和灰土T_(2)谱面积在冻融循环次数由3次增大至6次的增长率均明显大于6次至12次。

关键词：土遗址灰土冻融循环含水率力学性能核磁共振

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三维地形条件下雨水入渗与地表径流耦合分析

东南大学学报（自然科学版） 2024年第2期54卷 360-367页

作者：韩同春刘航刁玲怡施展斌吴俊扬浙江大学建筑工程学院杭州310058

为定量表述降雨发生后不同时刻下三维边坡土壤水分的分布和变化规律,基于有限体积法建立了雨水入渗与地表径流耦合模型.耦合模型分别采用二维不可压缩Navier-Stokes方程和三维非线性Richards方程作为地表径流和地下水渗流的控制方程,在... 详细信息

为定量表述降雨发生后不同时刻下三维边坡土壤水分的分布和变化规律,基于有限体积法建立了雨水入渗与地表径流耦合模型.耦合模型分别采用二维不可压缩Navier-Stokes方程和三维非线性Richards方程作为地表径流和地下水渗流的控制方程,在复杂三维地形条件下具有较强的适用性.对一处实际工程的分析结果表明:在三维地形因素的控制下,降雨引发的地表径流主要汇集于总体上自高向低流动的优势径流途径,并对降雨强度的变化产生延迟响应;在地表径流作用下,地表积水深度在局部空间上呈现出地势低洼处远大于地势较高处的显著不均匀分布,并且这种不均匀性随时间不断加剧;地表积水汇集产生的高水力梯度导致低洼处的雨水入渗更为强烈且持久.研究表明,考虑三维地形因素的雨水入渗与地表径流耦合模型能够为实际工程中边坡稳定性分析提供准确合理的数据支撑.

关键词：地表径流降雨入渗耦合模型三维地形数值模拟

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地下管廊抗震研究现状综述

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第2期57卷 209-222页

作者：梁建文陈慧芳李东桥巴振宁天津大学建筑工程学院天津300350

针对地下管廊工程建设高速发展、抗震减灾需求愈发凸显的现状,综述地下管廊抗震研究现状.首先,通过国内外以往的震害实例,对地下管廊的震害形式、震害影响因素及震害机理进行了系统性总结.其次,从拟静力试验和振动台试验两个方面总结了... 详细信息

针对地下管廊工程建设高速发展、抗震减灾需求愈发凸显的现状,综述地下管廊抗震研究现状.首先,通过国内外以往的震害实例,对地下管廊的震害形式、震害影响因素及震害机理进行了系统性总结.其次,从拟静力试验和振动台试验两个方面总结了地下管廊抗震性能的试验研究现状.再次,总结了地下管廊抗震分析的简化分析方法、动力时程方法、地震易损性评估及减隔震技术的研究现状.最后,基于文献综述提出了目前地下管廊抗震研究亟待解决的问题并做出展望,以期促进地下管廊抗震研究的发展.研究表明:地下管廊在地震作用下的破坏形式主要有混凝土剥落、裂缝贯通、接缝错位或张开、管廊受剪断裂等;地震作用下地下管廊穿越非均匀场地时动力响应的放大效应显著,地下管廊穿越软硬交互等非均匀场地时的抗震性能研究值得重视;交叉节点是地下管廊的薄弱环节,交叉管廊的抗震设计方法研究值得关注;预制管廊接头易受到地震破坏,不同类型预制管廊接头的抗震性能研究需深入探索;城市大型地下管廊系统抗震性能受到不同交叉节点和不同管廊之间的交互影响,高效的地下管廊系统建模方法和高效的简化分析方法亟待研究;城市大型地下管廊系统地震易损性分析是重要的发展方向;地下管廊的减隔震技术值得发展.

关键词：地下管廊震害拟静力试验振动台试验简化分析方法动力时程方法地震易损性减隔震技术

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混凝土结构全寿命减碳技术研究进展

建筑结构学报 2024年第3期45卷 1-14页

作者：赵羽习张大伟夏晋孟涛曾强弓扶元浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

混凝土结构应用广泛,但其在施工、服役和退役的全寿命周期均有较大量的碳排放,因此,混凝土结构全寿命减碳技术的研发与应用,对于推动建筑业低碳发展至关重要。从混凝土结构全寿命角度出发,将结构生命过程划分为服役前(包括材料制备和施... 详细信息

混凝土结构应用广泛,但其在施工、服役和退役的全寿命周期均有较大量的碳排放,因此,混凝土结构全寿命减碳技术的研发与应用,对于推动建筑业低碳发展至关重要。从混凝土结构全寿命角度出发,将结构生命过程划分为服役前(包括材料制备和施工建造)、服役中(包括运营和维护)、服役后(包括拆除和回收)3个阶段,以全寿命周期总碳排放量和年均碳排放量为评价指标,分阶段探讨了混凝土结构减碳技术理念;提出了采用新型低碳胶凝材料、提升结构耐久性以及退役后建筑固废循环利用等方式实现混凝土结构全寿命减碳;总结了混凝土结构减碳设计理论的研究现状,建议通过多目标优化分析,实现可靠性、经济性和碳排放的平衡设计;对混凝土结构全寿命减碳设计下一步研究和实施的方向进行了展望。

关键词：混凝土结构碳排放全寿命周期减碳技术减碳设计

斜拉桥钢塔地震损伤特性及输入地震动参数的影响

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浙江大学学报（工学版） 2024年第4期58卷 817-827页

作者：郏洲谢旭王天佳成程浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

以主跨为165 m的独塔钢斜拉桥为研究对象,建立精细化钢塔计算模型.选取经峰值加速度调整后的历史地震记录作为地震动输入,分析顺桥向弹塑性时程反应,研究钢塔的钢板局部失稳以及超低周疲劳开裂特性,讨论纤维模型的适用性.结果表明,沿高... 详细信息

以主跨为165 m的独塔钢斜拉桥为研究对象,建立精细化钢塔计算模型.选取经峰值加速度调整后的历史地震记录作为地震动输入,分析顺桥向弹塑性时程反应,研究钢塔的钢板局部失稳以及超低周疲劳开裂特性,讨论纤维模型的适用性.结果表明,沿高度方向加载的Pushover法能够预测钢塔顺桥向地震塑性发展的顺序和位置;纤维模型能够获得钢塔的弹塑性地震位移反应以及地震损伤位置,不能精确评价结构残余变形与损伤程度;输入地震动的峰值地面速度(PGV)/峰值地面加速度(PGA)值是影响结构地震损伤程度的指标;当PGA相同时,PGV/PGA值越大的地震动引起的钢塔地震损伤越显著,钢塔斜拉桥抗震性能验算应选用PGV/PGA值大的地震动时程.

关键词：钢塔地震损伤近断层地震动钢板局部失稳超低周疲劳损伤

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裂纹对金属磁记忆信号影响的试验研究

工程力学 2024年第5期41卷 247-256页

作者：刘柳包胜浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

为分析构件应力集中区域裂纹对磁记忆信号的影响,分别对Q345钢材有裂纹和无裂纹两类菱形缺陷试件开展逐级加载拉伸试验,采集卸载后试件表面磁记忆信号,通过ABAQUS有限元模拟得出试件卸载后等效残余应力分布,对比分析磁记忆信号分布和演... 详细信息

为分析构件应力集中区域裂纹对磁记忆信号的影响,分别对Q345钢材有裂纹和无裂纹两类菱形缺陷试件开展逐级加载拉伸试验,采集卸载后试件表面磁记忆信号,通过ABAQUS有限元模拟得出试件卸载后等效残余应力分布,对比分析磁记忆信号分布和演变规律,提取了4个反映磁记忆信号畸变程度的特征参数。结果表明:磁记忆信号可以反映残余应力扩展的演变过程;由于裂纹的存在,磁记忆信号的分布特征会发生改变;对磁记忆信号特征参数定量分析发现,裂纹的存在不会改变磁记忆信号畸变程度随外加荷载变化的整体规律,但是磁记忆信号畸变程度和其随荷载增大的速率都会增加。

关键词：金属磁记忆残余应力裂纹有限元仿真特征参数