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基于机器学习的钢筋混凝土剪力墙分层壳单元参数优化

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工程力学 2024年

作者：陶慕轩王雨伦赵继之清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室重庆大学土木工程学院

分层壳单元是模拟二维结构构件的有效工具，机器学习的发展为传统分层壳模型的优化分析提供了新的选择。本研究使用机器学习方法对钢筋混凝土剪力墙结构进行高效精细数值模拟。首先，基于开发的分层壳程序，对不同的机器学习方法和损失... 详细信息

分层壳单元是模拟二维结构构件的有效工具，机器学习的发展为传统分层壳模型的优化分析提供了新的选择。本研究使用机器学习方法对钢筋混凝土剪力墙结构进行高效精细数值模拟。首先，基于开发的分层壳程序，对不同的机器学习方法和损失函数进行了比较，最终选取了粒子群优化算法和L1损失函数。然后，根据机器学习优化方法实现了本构参数的分析，并使用多个数值模型验证了所提出的分层壳模型和机器学习优化方法的稳定性和准确性。最后，根据试验和数值模拟的结果得到钢筋混凝土剪力墙有限元分析的参数推荐值，形成一种新型的高精度、高效和通用的计算模型。

关键词：钢筋混凝土剪力墙本构模型分层壳单元机器学习滞回曲线

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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超收敛等几何无网格配点法

计算力学学报 2024年

作者：齐栋梁刘建秀河北水利电力学院土木工程系

无网格法和等几何分析采用的形函数或基函数均具有高阶光滑特性，但应用于配点法分析时表现出奇数次基函数精度掉阶问题。本文以等几何基函数的一致性条件和无网格再生梯度理论为基础，提出了一种超收敛等几何无网格配点法。首先基于等... 详细信息

无网格法和等几何分析采用的形函数或基函数均具有高阶光滑特性，但应用于配点法分析时表现出奇数次基函数精度掉阶问题。本文以等几何基函数的一致性条件和无网格再生梯度理论为基础，提出了一种超收敛等几何无网格配点法。首先基于等几何基函数的无网格表示理论，构建了由等几何基函数再生点定义的混合梯度基向量，发展了一种等几何基函数梯度的无网格衍化形式，数值实现非常简捷。然后，将无网格法中形函数变换技术和递推梯度算法引入到配点法分析中，构建了变换等几何无网格形函数的二阶递推梯度。该梯度构造形式与传统等几何基函数梯度相比，满足额外高一阶再生条件，进而为实现超收敛配点法分析提供了保障。最后，文中通过一系列数值算例系统验证了超收敛等几何无网格配点法的精度和收敛性。数值结果表明，所提方法比传统等几何配点法具有更高计算精度，且在奇数次基函数下误差收敛阶次比传统方法高两阶，呈现超收敛特性。

关键词：无网格法等几何配点法再生梯度递推梯度超收敛

考虑SSI及地形效应的整体渡槽隔震性能分析

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1090-1099页

作者：韩钟骐敖选年蒋继彬王海深潘鹏清华大学土木工程系北京100084 云南省滇中引水工程有限公司昆明650000 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

该文以滇中引水工程松林渡槽为例,分析了桩土相互作用(soil-structure interaction,SSI)及地形效应(主要为V形河谷效应)对隔震渡槽结构地震响应的影响。采用大型通用有限元软件ABAQUS建模,通过m法及等效刚度桩考虑SSI,采用简化弹簧质量... 详细信息

该文以滇中引水工程松林渡槽为例,分析了桩土相互作用(soil-structure interaction,SSI)及地形效应(主要为V形河谷效应)对隔震渡槽结构地震响应的影响。采用大型通用有限元软件ABAQUS建模,通过m法及等效刚度桩考虑SSI,采用简化弹簧质量模型考虑流固耦合作用。结果表明:考虑SSI后,槽墩变形、槽段间相对位移及支座变形有所增大,其中支座变形接近设计限值,有破坏风险。考虑在V形河谷效应下水平偏振横波相对于水平面不同入射角的工况中,渡槽结构响应的大小依次为:水平入射、45°斜入射、一致输入、垂直入射,其中45°斜入射与一致输入相近;段间相对位移及支座顺槽向显著变形,为设计关注重点。

关键词：渡槽桩土相互作用地形效应有限元模拟隔震

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基于修正Mohr-Coulomb准则的岩土材料本构模型子程序开发

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工程力学 2024年

作者：冯捷讯潘鹏清华大学土木工程系清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室

Mohr-Coulomb准则在岩土工程有限元分析中应用广泛，既有研究表明Abbo-Sloan提出的修正Mohr-Coulomb准则比传统Mohr-Coulomb准则具有更好的数值稳定性。然而，现有通用有限元分析软件均未提供基于该准则的岩土材料本构模型。此外，现有... 详细信息

Mohr-Coulomb准则在岩土工程有限元分析中应用广泛，既有研究表明Abbo-Sloan提出的修正Mohr-Coulomb准则比传统Mohr-Coulomb准则具有更好的数值稳定性。然而，现有通用有限元分析软件均未提供基于该准则的岩土材料本构模型。此外，现有基于修正Mohr-Coulomb准则的本构模型子程序存在数值精度和稳定性不足的问题。本文针对修正Mohr-Coulomb准则提出了一种新的应力更新算法，给出了相关参数计算公式和该算法的实施步骤。以通用有限元程序ABAQUS为平台，开发了相应的UMAT子程序。通过土体单元常规三轴压缩算例和岩土工程边坡稳定性分析算例对开发的UMAT子程序进行了测试。算例结果表明，基于修正Mohr-Coulomb准则的UMAT本构模型子程序具有较高的计算精度和良好的收敛性。

关键词：修正Mohr-Coulomb准则应力更新算法本构模型用户子程序 Abaqus

不同畸变研究方法在薄壁箱梁畸变计算中的差异分析

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建筑钢结构进展 2024年

作者：王兆南张元海兰州城市学院土木工程系兰州交通大学土木工程学院

为揭示偏心竖向荷载作用下薄壁箱梁的畸变，基于能量变分原理和箱梁各板件的静力平衡分析，给出优化后箱梁畸变研究的3种方法。推导出各方法研究梯形截面箱梁畸变解析计算式的普遍形式，得出相应的四阶畸变控制微分方程。对各畸变研究... 详细信息

为揭示偏心竖向荷载作用下薄壁箱梁的畸变，基于能量变分原理和箱梁各板件的静力平衡分析，给出优化后箱梁畸变研究的3种方法。推导出各方法研究梯形截面箱梁畸变解析计算式的普遍形式，得出相应的四阶畸变控制微分方程。对各畸变研究方法采用典型数值算例进行验证，研究结果表明：优化后的各畸变研究方法计算的畸变翘曲正应力的值同文献数值相差很小，各方法之间误差最大不超过5.39%，方法 2和方法 3计算结果误差很小可忽略；各方法计算矩形截面箱梁的畸变扇性坐标值都相等，梯形截面箱梁的则不同；畸变翘曲惯性矩和框架横向抗弯惯性矩的计算值大小和畸变分析过程有关；仅有端隔板的简支箱梁在畸变集中荷载作用下，在靠近梁端的区域存在反向畸变变形。

关键词：薄壁箱梁畸变能量变分法板元分析法畸变几何特性

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双竖向连梁偏心支撑组合框架理论研究

工程力学 2024年

作者：吴桢灏庄亮东赵永飞巫山湖南大学土木工程学院清华大学土木工程系清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室

双竖向连梁偏心支撑组合框架（简称“DY-EBCF”）能在保证足够承载力和抗侧刚度的同时，最大限度降低连梁对下部空间的占用。但仅有的试验研究成果无法证实该结构的优越性和普适性，阻碍了其在实际工程中的应用。本文基于结构力学原理... 详细信息

双竖向连梁偏心支撑组合框架（简称“DY-EBCF”）能在保证足够承载力和抗侧刚度的同时，最大限度降低连梁对下部空间的占用。但仅有的试验研究成果无法证实该结构的优越性和普适性，阻碍了其在实际工程中的应用。本文基于结构力学原理，建立了DY-EBCF结构的理论模型，推导出了在侧向荷载作用下结构的变形模式和内力分布，理论模型表明，相比于原组合框架结构，DY-EBCF的梁端内力和柱端内力均有所增加，而梁端转角有一定的减小，并且可以通过增大2个连梁之间的中心距来降低梁端和连梁安装位置处的弯矩值，从而减轻混凝土板的损伤；之后提出了该结构体系“多段线”式的理论骨架曲线，并给出了关键点的荷载、侧移计算公式，按照该方法得到的骨架曲线与试验骨架曲线吻合良好，验证了模型的准确性。最后，讨论了结构关键设计参数，包括：梁柱线刚度比、连梁剪切刚度和布置间距、斜撑刚度对结构力学性能的影响，并给出了相应的取值建议。

关键词：偏心支撑组合框架双竖向连梁理论模型骨架曲线参数分析取值建议

PHD-PVD真空预压联合电渗法处理工程废浆试验研究

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土木与环境工程学报（中英文） 2024年第4期46卷 129-135页

作者：卢雪清李航刘飞禹重庆市勘测院重庆401121 上海大学土木工程系上海200444

为了改进传统真空预压法的缺陷,提出一种PHD-PVD真空预压联合电渗处治工程废浆的方法。通过6组大型室内模型试验,对工程废浆固结过程中的排水量、电流强度、沉降值等进行监测,通过测量土体含水率及十字板抗剪强度并结合压汞试验宏微观... 详细信息

为了改进传统真空预压法的缺陷,提出一种PHD-PVD真空预压联合电渗处治工程废浆的方法。通过6组大型室内模型试验,对工程废浆固结过程中的排水量、电流强度、沉降值等进行监测,通过测量土体含水率及十字板抗剪强度并结合压汞试验宏微观分析土体的加固效果,研究真空泵和电源的间歇断开处理对PHD-PVD真空预压联合电渗法加固工程废浆效果的影响。试验结果表明,联合电渗法有效提升了PHD-PVD真空预压法后期的排水效率,远端土体固结程度得到提高,强度显著提升;对真空泵和电源的间歇断开式处理使土中产生新的排水通道,一定程度上缓解了排水板附近的淤堵,使得试验后期也保持了较快的排水速率,排水总量得到提升。压汞试验结果表明,采用间歇断开式的PHD-PVD真空预压联合电渗法处理的工程废浆,其峰值孔径更小,土体微观结构更加致密。

关键词：真空预压电渗排水板工程废浆防淤堵

Y型双肢连梁偏心支撑组合框架力学性能试验研究

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工程力学 2024年

作者：吴桢灏庄亮东王巍湖南大学土木工程学院清华大学土木工程系清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室

传统的Y型单肢连梁偏心支撑组合框架（简称“SY-EBCF”）已被证明是一种高效的消能减震结构体系；但连梁的引入会压缩建筑空间，降低建筑功能；本文在SY-EBCF形式的基础上，提出了Y型双肢连梁偏心支撑组合框架（简称“DY-EBCF”）通过... 详细信息

传统的Y型单肢连梁偏心支撑组合框架（简称“SY-EBCF”）已被证明是一种高效的消能减震结构体系；但连梁的引入会压缩建筑空间，降低建筑功能；本文在SY-EBCF形式的基础上，提出了Y型双肢连梁偏心支撑组合框架（简称“DY-EBCF”）通过增加连梁数目，减小连梁尺寸，既能保证偏心支撑能够提供足够的承载力和刚度，又能最大限度的降低连梁对下部空间的占用。为研究DY-EBCF的力学性能，本文分别对一个DY-EBCF试件和拆卸失效连梁后的试件开展了拟静力试验，分析了试件的失效模式、荷载位移曲线和关键截面应变分布。试验结果表明：连梁主要依靠腹板剪切变形耗散能量，在其失效退出工作前，DY-EBCF试件的滞回曲线饱满且稳定；当拆除失效连梁后，结构在不平衡内力作用下恢复到原位，残余变形角为0.002 rad，小于连梁可更换的最大残余位移角（0.003 rad）；余下的组合框架部分水平承载力虽降低至未拆卸连梁时的1/2，但结构仍具有稳定承载的能力。最后对比了DY-EBCF和SY-EBCF的试验结果，证明了DY-EBCF在耗能能力、刚度和变形能力方面具有更好的抗震性能。

关键词： Y型偏心支撑组合框架双肢连梁建筑使用空间试验研究力学性能