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土木工程设计公式智能发现方法

建筑结构学报 2024年第7期45卷 80-88页

作者：陈培尧王琛丁然樊健生清华大学土木工程系北京100084

土木工程智能计算技术具有高准确性和高效性,但由于黑盒性质,其结果难以被研究者与工程师理解,阻碍了其在以安全性为首要原则的实际工程中的推广应用。为此,提出一种基于量纲分析与工程先验知识的设计公式智能发现方法,通过智能计算技... 详细信息

土木工程智能计算技术具有高准确性和高效性,但由于黑盒性质,其结果难以被研究者与工程师理解,阻碍了其在以安全性为首要原则的实际工程中的推广应用。为此,提出一种基于量纲分析与工程先验知识的设计公式智能发现方法,通过智能计算技术自动从试验数据中识别出影响材料与构件性能的关键特征,并智能生成量纲平衡、物理含义清晰、力学可解释性高的设计计算公式。基于符号回归表达式树建立了考虑量纲约束的公式智能生成模型,能够保证公式的力学合理性;研发了针对多力学-几何变量场景的归一化方法与基于谱聚类和决策树的工程特征分段算法,进一步提高了模型的稳定性和准确性。以配筋水泥基材料连梁的受剪承载力为例验证该方法的有效性,结果表明:智能生成的公式相较于人工经验公式计算结果准确性提高61.3%,拟合相关性提高23.3%,相关系数达0.90,性能优异;此外,与传统符号回归方法相比,智能生成的公式不仅更为准确,且具有量纲正确性,工程泛化能力更强;同时,有助于揭示力学机理,加速新材料、新结构从试验到设计方法的落地转化流程。

关键词：土木工程设计公式人工智能符号回归力学可解释性

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不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点试验研究

工程力学 2024年第S01期41卷 50-56页

作者：杨晓峰班慧勇石永久清华大学土木工程系北京100084

不锈钢复合钢材是一种成本低、强度高、耐腐蚀性能优异的高性能钢材,其在对耐腐蚀要求高的工程结构应用中尤其具有竞争力。该文旨在通过试验,研究不锈钢复合钢材焊接方管T形节点在静力和低周往复荷载作用下的力学性能,设计、制作了4个... 详细信息

不锈钢复合钢材是一种成本低、强度高、耐腐蚀性能优异的高性能钢材,其在对耐腐蚀要求高的工程结构应用中尤其具有竞争力。该文旨在通过试验,研究不锈钢复合钢材焊接方管T形节点在静力和低周往复荷载作用下的力学性能,设计、制作了4个管节点试件并完成了加载,基于试验结果重点研究了各管节点试件的试验过程、破坏模式、荷载-位移响应和应变发展等;按中国规范GB 50017和欧洲规范EN 1993-1-8进行了节点承载力计算,并与试验值进行了对比。研究结果表明,对于支管承受轴向压力的管节点试件,以主管上表面塑性破坏为主;对于支管承受水平低周往复荷载的管节点试件,以主管上表面塑性变形和主管与支管之间连接焊缝断裂破坏为主;当管节点破坏模式符合现行规范GB 50017和EN 1993-1-8中规定时,相关承载力计算公式仍适用于此类不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点的设计计算。

关键词：不锈钢复合钢材焊接T形管节点力学性能试验研究设计方法

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平面双向多功能加载试验装置研制与应用

建筑结构学报 2024年第8期45卷 216-229页

作者：樊健生刘入瑞丁然清华大学土木工程系北京100084

为了对新型材料和新型结构的二维基本受力单元开展试验研究、提出精准的非线性本构模型、加快新型材料和新型结构在工程中的推广应用,基于对美、日、德等国相关试验装备的调研分析,研发了一种薄膜试验机——平面双向加载试验装置(planar... 详细信息

为了对新型材料和新型结构的二维基本受力单元开展试验研究、提出精准的非线性本构模型、加快新型材料和新型结构在工程中的推广应用,基于对美、日、德等国相关试验装备的调研分析,研发了一种薄膜试验机——平面双向加载试验装置(planar bi-directional element tester,PBET),设计并制作了自平衡刚架系统、能够有效削弱边缘约束的加载系统、能够实现复杂加载工况和路径的控制系统以及功能丰富的量测系统等。利用PBET完成了配筋UHPC单元单向受拉试验、素UHPC单元双向受拉试验、素UHPC单元拉压耦合试验、单钢板钢筋混凝土单元拉压耦合试验、双钢板钢筋混凝土单元拉压耦合试验,结果表明:PBET装置能够对素UHPC、配筋UHPC、单钢板混凝土和双钢板混凝土等多种结构单元开展包括单向受拉、双向受拉、双向拉压耦合等多种工况的测试,并实现顺序加载、比例加载以及加载路径转换等功能,从而为UHPC、ECC等新型材料以及钢板混凝土等新型结构的一维和二维基本受力性能及本构关系研究提供支撑。

关键词：平面双向加载试验装置加载路径 UHPC/ECC结构钢板混凝土结构

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降雨入渗下非饱和土边坡浅层破坏机制分析

中南大学学报（自然科学版） 2024年第7期55卷 2701-2711页

作者：王骜洵蒋函静许帅徐永福上海交通大学土木工程系上海200240

通过孔隙表面分维描述土的孔隙结构,应用分形模型确定非饱和土的水力特性。选取基质吸力变化分布作为评价指标,通过二维渗流计算获取降雨-蒸发循环作用下非饱和土边坡的扰动程度和大气影响深度。进一步分析土的孔隙表面分维、进气值和... 详细信息

通过孔隙表面分维描述土的孔隙结构,应用分形模型确定非饱和土的水力特性。选取基质吸力变化分布作为评价指标,通过二维渗流计算获取降雨-蒸发循环作用下非饱和土边坡的扰动程度和大气影响深度。进一步分析土的孔隙表面分维、进气值和饱和渗透系数及降雨强度与非饱和土边坡的浅层破坏形式的相关性。研究结果表明:降雨-蒸发循环作用引起的边坡土层的基质吸力变化比体积含水率的变化显著;土的孔隙表面分维、进气值和饱和渗透系数均与大气影响深度呈正相关,降雨强度影响较小;基质吸力可以作为边坡扰动程度和大气影响深度的评价指标;非饱和土边坡浅层破坏形式受土的孔隙表面分维、进气值和饱和渗透系数控制,与降雨强度相关性低。本研究可为非饱和土边坡浅层破坏及相关工程地质问题研究提供参考。

关键词：孔隙表面分维非饱和土浅层破坏降雨入渗

面向施工机器人定位的多模态数据融合方法研究综述

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计算机工程与应用 2024年第15期60卷 11-23页

作者：李佳益马智亮陈礼杰季鑫霖清华大学土木工程系北京100084 香港大学土木工程系中国香港999077

施工机器人的定位数据源种类繁多,融合多模态数据不仅有助于提升建筑项目中施工机器人的定位性能,同时也方便施工机器人的协同作业。数据融合方法旨在通过不同数据源的优势互补,改进数据采集及处理方法等,实现施工机器人的定位和数据共... 详细信息

施工机器人的定位数据源种类繁多,融合多模态数据不仅有助于提升建筑项目中施工机器人的定位性能,同时也方便施工机器人的协同作业。数据融合方法旨在通过不同数据源的优势互补,改进数据采集及处理方法等,实现施工机器人的定位和数据共享,支持施工机器人定位精度、实时性或鲁棒性等的提高,从而提高整体建筑施工效率和项目管理水平。已有不少针对特定场景探索施工机器人定位的数据融合方法相关研究成果,但尚无针对施工机器人定位的数据融合方法相关研究综述。经系统的检索,首先,按照是否与先验数据融合,将其分为先验数据与传感器实时数据融合和多种传感器数据融合两类进行分析;然后,对数据融合方法进行对比分析;最后,总结和展望了施工机器人多模态数据融合方法的未来研究方向。从研究结果分析,现阶段已有的研究成果中,施工机器人定位的数据源选择差异性较大,定位效果差异也很大。该综述可为相关领域的进一步研究提供参考。

关键词：施工机器人定位数据融合方法多模态数据

双向受力的开槽混凝土叠合板力学性能试验研究

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第2期54卷 251-259页

作者：聂鑫庄亮东李易凡杨悦清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 北京航空航天大学土木工程系北京100191

为了解决双向受力的叠合板拼缝处外伸的胡子筋容易与其他部件产生冲突从而影响施工的问题,采用了一种双向受力的开槽混凝土叠合板,在板件拼缝位置预留槽口,并在槽口处放置附加钢筋进行预制板之间的连接,共设置了3个试件对其力学性能进... 详细信息

为了解决双向受力的叠合板拼缝处外伸的胡子筋容易与其他部件产生冲突从而影响施工的问题,采用了一种双向受力的开槽混凝土叠合板,在板件拼缝位置预留槽口,并在槽口处放置附加钢筋进行预制板之间的连接,共设置了3个试件对其力学性能进行试验研究.试验结果表明,双向受力的开槽混凝土叠合板与现浇混凝土板的承载力、刚度比分别达到0.99和1.08,延性系数达到9.59,且二者破坏形态一致,增加槽口数量对试件弹性刚度、开裂荷载、极限承载力的影响有限,但是可以提升叠合板的延性.双向受力的开槽混凝土叠合板可以实现拼缝处的有效传力,具有与现浇混凝土板一致的力学性能,在应用于实际工程时,可以提高施工效率、降低钢筋用量、提升经济效益,具有广阔的应用前景.

关键词：装配整体式结构开槽混凝土叠合板双向板力学性能设计方法

设定地震的近断层地铁车站结构宽频地震响应分析

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工程科学与技术 2024年

作者：吴孟桃王斌巴振宁戴靠山梁建文四川大学土木工程系天津大学土木工程系

利用确定性物理模拟方法构建震源-路径-场地耦合的强地震动场，进而将模拟地震动作为输入评估近断层场地中重要工程结构的抗震性能是当前地震工程领域的前沿课题。本文针对断层-车站全过程响应模拟，在前期提出的频率波数域-谱元-有限元... 详细信息

利用确定性物理模拟方法构建震源-路径-场地耦合的强地震动场，进而将模拟地震动作为输入评估近断层场地中重要工程结构的抗震性能是当前地震工程领域的前沿课题。本文针对断层-车站全过程响应模拟，在前期提出的频率波数域-谱元-有限元（FK-SE-FE）强耦合3步方法的基础上，进一步引入结合确定性低频成分和随机高频扰动的运动学混合震源模型，实现基于设定地震的近断层地铁车站结构宽频地震响应分析。以天津市地铁地下车站为例，根据现有轨道交通线网选取6个重要站点作为研究对象，建立了考虑土-结构动力相互作用的地铁车站结构精细化有限元模型；以天津南隐伏断裂为背景，基于目标地区的活动断层探测、地震危险性评价和岩土勘探钻孔数据等资料，构造了目标断层的运动学混合震源模型和区域地下速度结构，给出了设定6.1级地震下车站所在场地的0～10 Hz地震动幅值及波形特征；将合成的宽频地震波作为土层-车站系统的多维多点地震动输入，从变形云图、最大层间位移角和侧墙相对位移等多个角度比较了不同车站的动力响应。结果表明：本文研究方法能够反映不同车站场地地震动的空间差异，可评估潜在地震发生时近断层地铁车站结构的破坏风险，为相关场地区域内的地下交通抗震设防提供参考。

关键词：设定地震地震波传播混合震源模型地铁车站全过程响应

震源-盆地-结构整体物理模型地震模拟：FK-SE-FE方法

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振动工程学报 2024年

作者：吴孟桃王斌巴振宁戴靠山梁建文四川大学土木工程系天津大学土木工程系

震源特性、传播路径和场地条件是影响地震动的关键因素，相关研究为结构抗震设计提供基础。本文针对考虑震源-路径-场地效应的工程结构地震响应模拟，充分发挥频率-波数域（FK）技术半解析求解深部地壳半无限空间内源格林函数、SEM高效... 详细信息

震源特性、传播路径和场地条件是影响地震动的关键因素，相关研究为结构抗震设计提供基础。本文针对考虑震源-路径-场地效应的工程结构地震响应模拟，充分发挥频率-波数域（FK）技术半解析求解深部地壳半无限空间内源格林函数、SEM高效计算大尺度复杂场地非均匀波场、FEM精细模拟工程结构与构件及其弹塑性特性的优势，建立了FK-SE-FE强耦合三步走方法。通过“震源-场地”和“场地-结构”两方面的算例比较，逐步验证了方法的正确性和精度。进而以美国SAC钢框架结构基准模型为实例，开展位错点源、沉积盆地和上部结构的地震模拟及其作用效应分析，重点探讨了有无沉积盆地和是否考虑土-结构相互作用对钢框架结构地震响应的影响。结果表明：与从模型底部直接输入加速度地震波的方案相比，考虑土-结构相互作用情况的结构顶层峰值响应显著降低；波传播过程中沉积盆地的存在显著增大了结构的整体地震响应和最大形变沿层高的分布，且结构开始振动时间明显延后。

关键词：位错点源盆地效应结构基准模型地震波传播全过程模拟

桥梁结构中E-GFRP单向板徐变性能与双尺度均匀化数值评估

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工程力学 2024年第8期41卷 93-106页

作者：辛灏辉高卿林冯鹏刘玉擎西安交通大学土木工程系陕西西安710049 清华大学土木工程系北京100084 同济大学桥梁工程系上海200092

由于玻璃纤维增强复合材料(GFRP)组分材料中的树脂属于高分子材料,桥梁工程界对GFRP结构的徐变性能十分担忧,阻碍了其推广应用。该文聚焦于桥梁工程E型玻璃纤维增强复合材料(E-GFRP)单向板,基于双尺度均匀化数值模拟方法,从纤维和树脂... 详细信息

由于玻璃纤维增强复合材料(GFRP)组分材料中的树脂属于高分子材料,桥梁工程界对GFRP结构的徐变性能十分担忧,阻碍了其推广应用。该文聚焦于桥梁工程E型玻璃纤维增强复合材料(E-GFRP)单向板,基于双尺度均匀化数值模拟方法,从纤维和树脂的徐变性能评估了E-GFRP单向板的徐变性能,并与试验结果进行比较验证了预测结果的准确性。在此基础上,分析了应力水平、纤维体积率及持荷形式对E-GFRP单层板徐变性能的影响,结果表明,应力水平越高、纤维体积率越小,单层板的徐变粘滞应变越大。在此基础上,提出了不同纤维体积率下E-GFRP单层板粘滞应变模型,准确表述了应力水平、持荷时间和徐变应变之间的关系。最后,提出了E-GFRP单层板徐变断裂时间预测公式,可为E-GFRP结构的长期性能预测提供参考。

关键词： E型玻璃纤维增强复合材料(E-GFRP) 双尺度数值模拟徐变性能粘滞应变模型徐变断裂时间

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