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海工钢管混凝土腐蚀损伤特征及其智能评估方法

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建筑结构学报 2024年第S1期 304-315页

作者：周晓光侯超李威南方科技大学海洋科学与工程系清华大学土木工程系

为准确高效评估服役于沿海和海洋环境中钢管混凝土的腐蚀程度，对该类构件的腐蚀损伤特征及其智能评估方法开展研究。基于Q355、Q460和Q690钢板的腐蚀形貌图像数据库，提出一种通过微观图像计算钢材均匀腐蚀分量与局部腐蚀分量的方法，... 详细信息

为准确高效评估服役于沿海和海洋环境中钢管混凝土的腐蚀程度，对该类构件的腐蚀损伤特征及其智能评估方法开展研究。基于Q355、Q460和Q690钢板的腐蚀形貌图像数据库，提出一种通过微观图像计算钢材均匀腐蚀分量与局部腐蚀分量的方法，研究腐蚀损伤的空间分布特征；对比分析RGB和HSV两种颜色空间下腐蚀钢材的颜色分布，为后续优化深度学习模型提供新途径；依据GB 50144—2019《工业建筑可靠性鉴定标准》,构建钢管混凝土构件基于剩余承载力的腐蚀分级标准，采用五种主流的卷积神经网络算法建立该类构件的腐蚀等级评估模型，并从颜色空间和注意力机制方面进行模型优化。结果表明：随着腐蚀周期的增加，三种强度等级钢材的局部腐蚀分量占比均逐渐降低；钢板在RGB和HSV颜色空间下的分布呈现不同的变化趋势，RGB的蓝色分量和HSV的饱和度分量能够在一定程度上表征钢材的腐蚀程度；所构建的优化方法能够进一步提高模型性能，其中优化ResNet34模型具有较高的预测精度，对所有图像的腐蚀等级预测准确率均达到94%以上。

关键词：钢管混凝土腐蚀损伤智能评估深度学习颜色空间

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混合基础隔震体系优化设计及性能

振动工程学报 2024年第1期37卷 137-147页

作者：李春祥龙秋雨曹黎媛上海大学力学与工程科学学院土木工程系上海200444

为解决基础隔震结构中隔震层位移需求过大的问题,提出了一种基础隔震结构(Base Isolated Structure,BIS)+串并联调谐质量阻尼器惯容器(Tuned Tandem Mass Damper-Inerter, TTMDI)的混合隔震体系。采用Bouc-Wen滞回模型模拟隔震层的非线... 详细信息

为解决基础隔震结构中隔震层位移需求过大的问题,提出了一种基础隔震结构(Base Isolated Structure,BIS)+串并联调谐质量阻尼器惯容器(Tuned Tandem Mass Damper-Inerter, TTMDI)的混合隔震体系。采用Bouc-Wen滞回模型模拟隔震层的非线性力-变形行为,基于随机等效线性化和模式搜索优化算法并考虑地震动模型,在频域内建立了BIS+TTMDI体系的优化设计框架。分别从鲁棒性、有效性、刚度和阻尼系数、冲程及对地震频率敏感性方面对BIS+TTMDI体系的性能进行评估,并与BIS+调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)、串并联调谐质量阻尼器(TunedTandemMassDamper,TTMD)和调谐质量阻尼器惯容器(TunedMass Damper-Inerter, TMDI)进行比较。通过对近场地震动下某七层混合基础隔震结构(包括BIS+TTMDI和BIS+TMDI体系)的动力弹塑性分析,评价了其减/隔震性能。结果表明:BIS+TTMDI体系具有最好的减/隔震性能和强鲁棒性;而且在BIS+TTMDI体系中TTMDI的总阻尼需求不到BIS+TMDI体系中TMDI的一半,因而更为经济实用。

关键词：混合基础隔震结构振动控制优化设计等效线性化动力弹塑性分析

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束浆挤扩钢管桩竖向抗拔承载力计算方法

岩土力学 2024年第3期45卷 846-856页

作者：王长虹杨天笑马铖涛沈洋上海大学力学与工程科学学院土木工程系上海200444

随着城市地下空间的开发,深厚黏性土地区的基础抗浮问题愈发凸显。钻孔预制桩因环境友好,得到了广泛的应用,但钻孔过程削弱了预制桩的抗拔性能。拟开发一种新型的约束注浆挤扩钢管桩,为了准确评估束浆挤扩桩的承载力,分析了抗拔桩的破... 详细信息

随着城市地下空间的开发,深厚黏性土地区的基础抗浮问题愈发凸显。钻孔预制桩因环境友好,得到了广泛的应用,但钻孔过程削弱了预制桩的抗拔性能。拟开发一种新型的约束注浆挤扩钢管桩,为了准确评估束浆挤扩桩的承载力,分析了抗拔桩的破坏模式。基于对数螺旋线,提出局部滑裂面理论。采用经典案例,验证了抗拔承载力公式的有效性。基于正交试验设计理念,研究了束浆挤扩桩承载力的影响因素。结果表明,桩径和桩-土界面强度,对抗拔承载力的贡献最大。开展束浆挤扩桩的现场抗拔试验,与同直径钢管桩相比,束浆挤扩工艺可提高抗拔承载力达到70%。使用简化计算公式,计算基桩的抗拔承载力,误差控制在5%以内,更为准确安全。研究结果为约束注浆挤扩钢管桩承载力的设计和优化,提供了理论和技术参考。

关键词：束浆挤扩钢管桩抗拔承载力对数螺旋线简化计算方法

面向月面原位建造的模拟月壤太阳聚光熔融试验研究

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华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 130-138页

作者：杨少博冯鹏张道博左洋祁俊峰包查润王钦玉清华大学土木工程系北京100084 北京卫星制造厂有限公司北京100094

基于探月工程的月面自动化建造需要,面向月面原位资源与能源的利用问题,研究了以太阳光直接聚光熔融固化月壤技术方案,展现了在月面利用太阳光和月壤进行建造的应用潜力.采用菲涅尔透镜进行聚光熔融固化模拟月壤CUG-1A,采用自主搭建的... 详细信息

基于探月工程的月面自动化建造需要,面向月面原位资源与能源的利用问题,研究了以太阳光直接聚光熔融固化月壤技术方案,展现了在月面利用太阳光和月壤进行建造的应用潜力.采用菲涅尔透镜进行聚光熔融固化模拟月壤CUG-1A,采用自主搭建的试验设备进行了熔融固化成型,研究了成形过程工艺参数,分析了影响成形结果相关因素,提出了试验条件下模拟月壤单层熔融固化的最优参数方案.在此基础上,对成形样件进行了微观几何形态和化学成分分析,进一步解释了此种月壤固化成形方法的机理.本研究验证了太阳能聚光熔融固化月壤建造的有效性,形成了原理样机,并提出了相应工艺参数,为探月与月面建造提供了技术参考.

关键词：月面建造原位资源利用太阳能聚光熔融固化微观分析

基于CEL方法的瓷砖智能化铺贴质量数值分析

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第1期55卷 268-278页

作者：吴楷张艳荣孔祥明张浩楠李大林雷霆北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 清华大学土木工程系北京100084

基于耦合的欧拉-拉格朗日方法(CEL方法)建立瓷砖-瓷砖胶-混凝土流固耦合施工模型,模拟研究机器人的布料方式、布料管数和荷载类型对瓷砖回弹量、接触面积、缺陷分布等铺贴质量指标的影响规律和机理。研究结果表明:与垂直布料相比,水平... 详细信息

基于耦合的欧拉-拉格朗日方法(CEL方法)建立瓷砖-瓷砖胶-混凝土流固耦合施工模型,模拟研究机器人的布料方式、布料管数和荷载类型对瓷砖回弹量、接触面积、缺陷分布等铺贴质量指标的影响规律和机理。研究结果表明:与垂直布料相比,水平布料瓷砖胶的塑性变形较小,胶条形态保持稳定且呈等间距分布。布料管数增加对瓷砖回弹量与接触面积均无影响,但会使瓷砖-瓷砖胶的界面缺陷明显变窄且分布更加均匀。相较于单一的直压荷载,耦合垂直振动荷载引起的不均匀塑性变形导致瓷砖回弹量和瓷砖-瓷砖胶接触面积同时降低;而耦合剪切振动荷载既有利于消除瓷砖回弹量又能显著增大瓷砖-瓷砖胶接触面积,有效减少界面缺陷。

关键词： CEL方法智能化施工铺贴质量数值分析

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钢-正交胶合木组合梁浆锚栓钉连接件受剪性能

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建筑结构学报 2024年第3期45卷 232-242页

作者：凌志彬刘淳张赫男苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011

为研究钢-正交胶合木(CLT)组合梁浆锚栓钉连接件(GSC)的受剪性能,设计8组GSC和2组浆锚螺栓连接件(BCGP)进行推出试验。试验参数包括栓钉直径(16~22 mm)、栓钉排数(单排、双排)、开槽方式(单向、双向)、开槽倾斜角度(0°~30°)、连接件类... 详细信息

为研究钢-正交胶合木(CLT)组合梁浆锚栓钉连接件(GSC)的受剪性能,设计8组GSC和2组浆锚螺栓连接件(BCGP)进行推出试验。试验参数包括栓钉直径(16~22 mm)、栓钉排数(单排、双排)、开槽方式(单向、双向)、开槽倾斜角度(0°~30°)、连接件类型(栓钉、螺栓)和灌浆料是否添加钢纤维。试验结果表明:GSC破坏模式为栓钉弯曲或剪断,同时伴有灌浆体转动与开裂;BCGP破坏模式为螺栓剪断,同时螺栓根部灌浆料被压溃;随栓钉直径从16 mm增加至19 mm, GSC受剪承载力与剪切刚度近似呈线性增长;相比于矩形槽口,随着楔形槽口倾斜面的增加,连接件受剪承载力降低,剪切刚度有所提高;槽口倾斜角度由0°增加至30°时,受剪承载力呈先下降后上升的趋势,剪切刚度呈先上升后下降的趋势,相较于矩形槽口,楔形槽口灌浆块体转动现象更为明显;受群钉效应的影响,双排与单排栓钉连接件的总承载力和总剪切刚度并不呈两倍关系。理论推导了GSC槽口处CLT板表层局部压溃破坏时的受剪承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好;针对栓钉剪切破坏情况,已有受剪承载力计算式的计算结果与试验值之间存在一定误差,最高达50%以上。

关键词：钢-正交胶合木组合梁栓钉灌浆连接推出试验受剪性能

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基于疲劳可靠度的钢桥面板限载取值

交通运输工程学报 2024年第1期24卷 245-256页

作者：翟慕赛钱佳宸褚乐陶怡然苏州科技大学土木工程学院江苏苏州215011

为确定钢桥面板限载的合理取值,建立钢桥面板多尺度有限元模型,利用动态称重(WIM)和Monte Carlo方法生成随机车流样本并进行有限元模型动态加载,通过雨流计数法获取钢桥面板随机疲劳应力谱,基于可靠度理论和疲劳累积损伤理论计算钢桥面... 详细信息

为确定钢桥面板限载的合理取值,建立钢桥面板多尺度有限元模型,利用动态称重(WIM)和Monte Carlo方法生成随机车流样本并进行有限元模型动态加载,通过雨流计数法获取钢桥面板随机疲劳应力谱,基于可靠度理论和疲劳累积损伤理论计算钢桥面板典型细节疲劳可靠度,提出基于疲劳可靠度的钢桥面板限载取值方法;以某跨海斜拉桥钢桥面板为例,基于连续12个月的WIM数据,分别对钢桥面板典型细节进行疲劳可靠性评估,考虑交通量和荷载水平的线性年增长系数,确定了不同交通状况下钢桥面板的限载取值。研究结果表明:当前交通状况下钢桥面板疲劳可靠度指标均高于目标疲劳可靠度指标;交通量和荷载水平对钢桥面板疲劳可靠度指标影响较大,考虑交通量线性年增长系数为2.0%或荷载线性年增长系数为0.4%时,钢桥面板部分细节在设计使用年限内疲劳可靠度指标低于目标疲劳可靠度指标;考虑交通量线性年增长系数为3.0%且荷载线性年增长系数为0.6%时,当前49.0 t限载条件下细节疲劳可靠度指标低于目标疲劳可靠度指标,设置限载为36.5 t时疲劳可靠度能够满足疲劳安全要求;当前荷载水平下行车道最大日均货车交通量为3 820 veh,运营过程中交通量增加显著时应加强钢桥面板疲劳损伤检测,必要时采取车辆分流或桥梁限载措施。

关键词：桥梁工程钢桥面板疲劳可靠度限载动态称重疲劳累积损伤理论

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高地震烈度区复杂地质条件渡槽结构

清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1264-1277页

作者：张延杰曾显志王海深韩钟骐邓开来潘鹏云南省滇中引水工程有限公司昆明650000 清华大学土木工程系北京100084 西南交通大学土木工程学院成都610031

滇中引水工程规模巨大,面临高地震烈度、多活动断裂、复杂地质条件等众多工程建设难题。渡槽是滇中引水工程中用于跨越河流和山谷等特殊地形的重要输水结构之一,确保渡槽结构安全是保障输水功能持续的关键和前提。针对滇中引水工程渡槽... 详细信息

滇中引水工程规模巨大,面临高地震烈度、多活动断裂、复杂地质条件等众多工程建设难题。渡槽是滇中引水工程中用于跨越河流和山谷等特殊地形的重要输水结构之一,确保渡槽结构安全是保障输水功能持续的关键和前提。针对滇中引水工程渡槽结构,部分学者已开展大量理论分析、模型试验及数值模拟等研究工作,该文归纳分析了相关研究成果,并展望未来的研究趋势,旨在为类似工程的建设和发展提供参考和借鉴。研究表明:水槽相互作用及土结相互作用模拟是准确分析渡槽结构地震响应的关键,形成考虑土体渡槽水体的多物理场耦合分析技术,可为滇中引水工程渡槽结构的数值分析提供技术支撑。在此基础上,研究高地震烈度区、复杂地质条件下渡槽结构的抗震及减隔震性能,分析V形河谷等地形差异对渡槽结构的抗震性能影响机理,阐明不同减隔震措施的减隔震机理。随着社会不断发展,人们对渡槽结构在输水能力和跨越能力方面的需求日益增加,如何进一步保证在高地震烈度区和复杂地质条件下的渡槽结构安全和输水功能持续意义重大。利用槽内水体晃动实现调谐液体阻尼器减震效果、研发新型减隔震装置和渡槽防渗止水是未来重要的发展方向。

关键词：滇中引水渡槽高地震烈度复杂地质地震响应

三水准地震下隔震结构提离摇摆界限谱模型研究及试验验证

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振动工程学报 2024年第1期37卷 126-136页

作者：杨杰任逸飞何文福许浩上海核工程研究设计院有限公司上海200233 上海大学土木工程系上海200444

准确评价隔震结构的摇摆响应状态是判断地震作用下隔震支座是否稳定以及结构是否安全的重要基础。根据支座的不同受力变形状态,提出隔震结构的摇摆界限状态,即未提离、提离和摇摆状态,并提出了基于刚体摇摆模型的状态判别方法。通过地... 详细信息

准确评价隔震结构的摇摆响应状态是判断地震作用下隔震支座是否稳定以及结构是否安全的重要基础。根据支座的不同受力变形状态,提出隔震结构的摇摆界限状态,即未提离、提离和摇摆状态,并提出了基于刚体摇摆模型的状态判别方法。通过地震时程分析,讨论了高宽比AR、竖向屈重比α_(v)、水平屈重比α_(h)、竖向周期T_(v)、水平周期T_(h)、系统阻尼比η等参数对隔震结构摇摆响应的影响,得到了隔震结构未提离、提离、摇摆的界限谱以及各参数对界限谱的影响规律,并通过两个振动台试验进行验证。分析结果表明,摇摆响应随α_(v),T_(h),η的增加而减小,随AR,T_(v)增加而增大,其中T_(v),T_(h)对摇摆响应的影响最大,控制摇摆响应最关键的措施是增加T_(h)、减小T_(v)。

关键词：隔震结构规范反应谱提离摇摆界限谱振动台试验