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结合数字孪生的斜拉桥系统更新和响应预测

振动．测试与诊断 2024年第1期44卷 11-17,193页

作者：方圣恩郭新宇福州大学土木工程学院福州350108 福州大学土木工程防震减灾信息化国家地方联合工程研究中心福州350108

由于传统建模方法难以反馈桥梁系统参数和响应的细微变化,为此提出了以数字孪生体作为结构系统的高保真映射模型。首先,定义数字孪生体包含物理孪生层、数字孪生层和信息交互媒介3部分,数字孪生层的孪生模型是对斜拉桥物理实体的虚拟映... 详细信息

由于传统建模方法难以反馈桥梁系统参数和响应的细微变化,为此提出了以数字孪生体作为结构系统的高保真映射模型。首先,定义数字孪生体包含物理孪生层、数字孪生层和信息交互媒介3部分,数字孪生层的孪生模型是对斜拉桥物理实体的虚拟映射,通过信息交互媒介实现不同层间信息的实时传递;其次,针对具体应用提出了结构信息化、信息数据化和数据模型化3条建模准则,实现对斜拉桥物理实体的信息勾勒和可视化过程,建立高保真的斜拉桥数字孪生模型;最后,以一座实桥端锚索的监测数据为感知信息,将变化的索参数实时反馈给孪生模型,实现模型更新和响应预测。研究结果表明,所提出的数字孪生建模方法能及时反馈实桥的参数变化,并预测由此造成的索力、塔顶偏位及主梁跨中挠度的细微改变。

关键词：斜拉桥数字孪生体建模框架和准则孪生模型更新信息交互媒介

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不同离子对混凝土碱硅酸反应影响的研究进展

材料导报 2024年第2期38卷 85-99页

作者：龚青南王德辉福州大学土木工程学院福州350108

混凝土的碱硅酸反应(Alkali-silica reaction,ASR)本质上是孔溶液中的离子、水分子与骨料中活性二氧化硅的反应。根据不同离子对ASR的影响效果,可将离子分为碱离子(Na^(+)、K^(+)和OH-)、锂离子和铝离子、钙离子。碱离子(Na^(+)、K^(+)... 详细信息

混凝土的碱硅酸反应(Alkali-silica reaction,ASR)本质上是孔溶液中的离子、水分子与骨料中活性二氧化硅的反应。根据不同离子对ASR的影响效果,可将离子分为碱离子(Na^(+)、K^(+)和OH-)、锂离子和铝离子、钙离子。碱离子(Na^(+)、K^(+)和OH^(-))促进混凝土的碱硅酸反应,导致混凝土发生更严重的膨胀性破坏。Al^(3+)和Li^(+)减缓混凝土碱硅酸反应造成的膨胀性破坏;Ca^(2+)起到的作用与n(Ca)/n(Si)(物质的量比)密切相关,当n(Ca)/n(Si)研究进展,包括ASR产物的种类、微观形貌、原子结构及水稳定性,综述了这些离子对ASR反应过程、ASR产物组成、ASR产物结晶性能及膨胀性的影响,展望了不同离子对混凝土ASR影响的未来研究方向。

关键词：碱硅酸反应碱离子锂离子铝离子钙离子 ASR产物

基于迁移成分分析的库岸跨区域滑坡易发性评价

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地球科学 2024年第5期49卷 1636-1653页

作者：苏燕黄绍翔赖晓鹤陈耀鑫杨凌鋆林川谢秀栋黄斌福州大学土木工程学院福建福州350108

考虑到滑坡编录制作的耗时性,建立一种“可迁移”的滑坡易发性模型已越发重要.合理利用现有完整滑坡数据地区的样本集对无样本区域进行易发性预测具有重要意义.运用迁移成分分析(transfer component analysis,TCA)方法,结合深度学习卷... 详细信息

考虑到滑坡编录制作的耗时性,建立一种“可迁移”的滑坡易发性模型已越发重要.合理利用现有完整滑坡数据地区的样本集对无样本区域进行易发性预测具有重要意义.运用迁移成分分析(transfer component analysis,TCA)方法,结合深度学习卷积神经网络(convolutional neural network,CNN),尝试引入一种基于迁移学习域自适应方法的TCACNN模型,并以福建省两个库岸地区为例,提取11个库岸相关环境因子建立滑坡空间数据库,将有样本的池潭库区易发性模型迁移至无样本的棉花滩库区进行预测,实现跨区域滑坡易发性评价.通过对棉花滩库区进行易发性预测,结果显示:(1)采用TCA方法处理后的不同研究区数据最大均值差异(maximize mean discrepancy,MMD)明显降低(0.022),数据实现近似同分布;(2)TCA-CNN模型的跨区域预测精度为0.854,高于CNN模型(0.791),且通过历史滑坡验证其落入高、极高易发性区间的滑坡频率比占比最高(89.1%);(3)受试者工作特性(receiver operating characteristic,ROC)曲线下面积TCA-CNN模型为0.93,高于CNN模型的0.90.可见TCA-CNN模型能够有效运用建模区的样本数据实现对无样本区域的易发性评价,且相比于传统机器模型在进行跨区域预测时具有更高、更稳定的预测准确率,具备更强的泛化能力.

关键词：滑坡灾害滑坡易发性卷积神经网络迁移成分分析库岸边坡数据缺失

不同类型炸药近场水下爆炸下固支方板动态响应研究

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工程力学 2024年第11期41卷 179-194页

作者：赖志超邓硕秦健迟卉孟祥尧文彦博黄瑞源福州大学土木工程学院福建福州350116 海军研究院北京101612 防化研究院北京102205

该文开展了2.5 g TNT、RDX和B炸药在固支方板底部近距离起爆的水下爆炸试验,研究了固支方板在水下爆炸冲击波、气泡脉动、水射流载荷共同作用下的动态响应。试验结果表明:含能较低的TNT炸药使方板呈现整体上凸式永久变形,含能较高的B炸... 详细信息

该文开展了2.5 g TNT、RDX和B炸药在固支方板底部近距离起爆的水下爆炸试验,研究了固支方板在水下爆炸冲击波、气泡脉动、水射流载荷共同作用下的动态响应。试验结果表明:含能较低的TNT炸药使方板呈现整体上凸式永久变形,含能较高的B炸药和RDX炸药会使方板呈现中部上凸、边部下凹式永久变形。为了进一步探讨不同炸药对固支方板的毁伤特性,通过ABAQUS软件对水下爆炸全过程进行数值模拟,数值模拟结果显示:在气泡膨胀的过程中,气泡内部压力逐渐小于大气压力,固支方板在压力差的作用下向下凹陷,接着在气泡脉动和水射流的联合作用下向上凸起,在不同类型炸药产生的气泡作用下方板凸起过程中动态响应的差异是其呈现不同毁伤形态的根本原因。仿真结果还显示,固支方板的最大等效塑性应变发生在固支边界处;增加板厚可有效防止固支方板发生中凸边凹式变形。该文的工作可为水下战斗部设计提供参考。

关键词：水下爆炸高速摄像固支方板塑性大变形数值模拟

高强方钢管UHPC构件轴向冲击与冲击后剩余性能

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中国公路学报 2024年第5期37卷 234-245页

作者：杨晓强张强赖志超陈剑清马文硕福州大学土木工程学院福建福州350116

冲击具有作用源多样、低频多发、危害性大等鲜明特征,已成为桥梁垮塌的主要原因之一。高强钢管超高性能混凝土(UHPC)作为大跨高墩桥梁的优选构件之一,其受冲击作用的风险不可忽视。设计制作了9根高强方钢管UHPC短柱,以期研究其轴向冲击... 详细信息

冲击具有作用源多样、低频多发、危害性大等鲜明特征,已成为桥梁垮塌的主要原因之一。高强钢管超高性能混凝土(UHPC)作为大跨高墩桥梁的优选构件之一,其受冲击作用的风险不可忽视。设计制作了9根高强方钢管UHPC短柱,以期研究其轴向冲击性能及冲击后剩余性能。采用落锤试验机和液压试验机分别开展轴向冲击试验及冲击后剩余承载力试验,主要考虑冲击能量和钢纤维掺量2种参数,探究冲击力、变形、能量吸收、剩余承载力和剩余率等关键性能指标的变化规律。结果表明:高强钢管UHPC构件的抗冲击性能和剩余性能明显优于高强钢管高强混凝土构件,能够应对更大能量的轴向冲击作用;钢纤维与混凝土基体之间的黏结锚固作用及其形成的纤维网骨架能有效提高UHPC的强度、抗裂性、延性与耗能能力,这一特性使得构件在冲击作用下的峰值位移和残余变形随着钢纤维掺量的增加而显著降低;2%钢纤维掺量时,峰值位移与残余变形的降低幅度分别可达14.3%和31.4%,单位变形耗能最大提升了38.4%;在未发生严重损伤的情况下,构件的剩余承载力和剩余率随着钢纤维掺量的增加显著提高,分别可达28.3%和12.4%;在0~2%范围内,钢纤维体积掺量的增加可显著提高钢管混凝土构件的抗轴向冲击性能与冲击后剩余力学性能。需要指出,考虑的钢纤维掺量仅针对工程设计中常用范围,超出研究范围时需进一步论证分析。

关键词：桥梁工程轴向冲击试验研究剩余承载力高强钢管 UHPC 钢纤维体积掺量

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板结构水下爆炸下的空化特性

火炸药学报 2024年第8期47卷 714-729,I0003页

作者：陈钰帆黄锡堤赖志超秦健孟祥尧文彦博黄瑞源福州大学土木工程学院福建福州350100 海军研究院北京100161

针对水下爆炸过程中产生的空化效应会对舰船板结构产生二次加载作用,对结构的毁伤不可忽略,并且空化特性与爆炸的方位角和板的曲率等情况显著相关。采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了不同爆炸方位角和不同板曲率对空化特性以及板... 详细信息

针对水下爆炸过程中产生的空化效应会对舰船板结构产生二次加载作用,对结构的毁伤不可忽略,并且空化特性与爆炸的方位角和板的曲率等情况显著相关。采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了不同爆炸方位角和不同板曲率对空化特性以及板的动态响应的影响;通过对比不同爆距下的气泡和空化演化过程,验证了数值方法的准确性。结果表明,爆炸方位角在0°~90°之间时,空化区域的体积随方位角的增大先减小后增大,气泡和射流的方向受板的影响向板偏移;气泡脉动水射流和空化的耦合作用对板的动态响应占主导作用,方位角等于60°时可达总应变的73.15%;爆炸方位角会影响板的动态响应,临界方位角在45°附近,此时板的位移和等效塑性应变最大;板的曲率会显著影响空化现象,曲率越大空化现象越难发生,空化区域体积越小,板的动态响应随曲率的增大而减小,且减小率也随之减小。

关键词：爆炸力学水下爆炸空化效应爆炸方位角曲率动态响应

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钢管混凝土桁式弦杆组合连续梁抗弯性能

吉林大学学报（工学版） 2024年第6期54卷 1665-1676页

作者：黄汉辉陈康明吴庆雄福建船政交通职业学院土木工程学院福州350007 福州大学土木工程学院福州350116

为研究钢管混凝土桁式弦杆组合连续梁的抗弯性能和计算方法,开展了模型试验和理论分析,研究钢管混凝土桁式弦杆组合连续梁正、负弯矩区的应变分布、变形特性、破坏形态和抗弯承载能力,并对正、负弯矩区的抗弯承载能力计算方法进行讨论... 详细信息

为研究钢管混凝土桁式弦杆组合连续梁的抗弯性能和计算方法,开展了模型试验和理论分析,研究钢管混凝土桁式弦杆组合连续梁正、负弯矩区的应变分布、变形特性、破坏形态和抗弯承载能力,并对正、负弯矩区的抗弯承载能力计算方法进行讨论。结果表明:钢管混凝土桁式弦杆组合连续梁正、负弯矩区的腹杆和节点均具有较高的强度和刚度,能够保证节点破坏不会先于截面整体破坏。截面应变沿高度方向基本呈线性变化,满足平截面假定。正、负弯矩区的抗弯承载能力破坏形态分别是弦杆钢管全截面屈服和混凝土桥面板内部钢筋发生屈服。腹杆对钢管混凝土桁式弦杆组合连续梁正、负弯矩区抗弯承载能力的贡献度分别为12.5%和8.6%。本文提出了考虑腹杆贡献的钢管混凝土桁式弦杆组合连续梁抗弯承载能力的计算方法,其计算结果与试验和有限元分析结果进行对比分析,误差不超过8.1%。

关键词：桥梁工程组合连续梁钢管混凝土桁式弦杆抗弯性能模型试验理论分析计算方法

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氧化石墨烯改性纤维增强水泥基材料的拉伸性能

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建筑材料学报 2024年第5期27卷 400-407页

作者：罗素蓉姚佳敏周恩泉王世杰福州大学土木工程学院福建福州350116 福建省建筑设计研究院有限公司福建福州350001

为了提高聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料的力学性能,将氧化石墨烯(GO)引入PVA纤维增强水泥基材料中,探究GO掺量在0%~0.05%范围内对材料单轴拉伸性能的影响.结果表明:掺入适量的GO能够有效提高材料的单轴拉伸性能,当GO掺量为0.01%时,2... 详细信息

为了提高聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料的力学性能,将氧化石墨烯(GO)引入PVA纤维增强水泥基材料中,探究GO掺量在0%~0.05%范围内对材料单轴拉伸性能的影响.结果表明:掺入适量的GO能够有效提高材料的单轴拉伸性能,当GO掺量为0.01%时,28 d时材料的初裂拉伸强度、极限拉伸强度和极限拉伸应变均达到最大值,与未掺GO的对照组相比分别提高了26.97%、31.28%、23.25%;适量的GO可以优化孔隙结构,减少材料内部缺陷,促进水化产物的生成,使微观结构致密化,增强纤维和基体间的界面结合力,从而改善PVA纤维增强水泥基材料的宏观性能.

关键词：氧化石墨烯水泥基材料单轴拉伸性能微观性能聚乙烯醇(PVA)纤维

一种原位测量非饱和土的气体扩散系数和渗透系数的方法与装置

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岩土工程学报 2024年第5期46卷 948-958页

作者：刘红位王孟奇詹良通冯嵩吴涛福州大学紫金地质与矿业学院福建福州350108 浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310058 浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室浙江杭州310058 福州大学土木工程学院福建福州350108 江苏科技大学土木工程与建筑学院江苏镇江212000

气体扩散系数Dg和渗透系数Kg是研究非饱和土中气体运移的两个重要参数。推导了稳态条件下,非饱和土中气体运移参数的计算理论。该理论基于示踪气体浓度C与气体流量q1之间及压力梯度P与气体流量q2之间的变化规律,分别确定非饱和土的Dg,K... 详细信息

气体扩散系数Dg和渗透系数Kg是研究非饱和土中气体运移的两个重要参数。推导了稳态条件下,非饱和土中气体运移参数的计算理论。该理论基于示踪气体浓度C与气体流量q1之间及压力梯度P与气体流量q2之间的变化规律,分别确定非饱和土的Dg,Kg。依据推导的理论公式,设计并研制了一种原位测量非饱和土的Dg,Kg的装置。开展土柱试验,利用新装置测量非饱和土的Dg,Kg,并采用单元试验和数值模拟验证新方法和装置的有效性。研究表明新方法测量的非饱和土的Dg,Kg与单元试验及数值模拟结果吻合良好。基于数值模拟开展的敏感性分析结果揭示:Dg测量准确度随土体的质量含水率w减少而降低,而Kg的测量准确度受含水量的影响不显著;非饱和土的Dg,Kg的测量准确度均随着注气球半径增加而降低,但是注气球半径对Kg的测量准确度的影响更为显著,当注气球半径增加到0.05 m时,其准确度约为55%;土体各向异性降低测量准确度,当竖向与水平向的气体运移参数的比值Dgv/Dgh和Kgv/Kgh均为0.1时,Dg,Kg的测量准确度仍可达到40%以上。

关键词：非饱和土气体扩散系数气体渗透系数原位测量装置数值模拟