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寒区炭质千枚岩冻-动联合损伤特性

煤炭学报 2024年第S1期49卷 274-284页

作者：傅鹤林李欢李鲒胡凯巽中南大学土木工程学院

由于寒区隧道围岩在冻融及动载的作用下会产生严重的损伤和性能退化，因此研究两者耦合作用下岩石的劣化特征具有重要意义。利用MTS815加载系统对炭质千枚岩试样开展了0、30、60次不同冻融循环次数下的三轴多级循环加卸载试验，研究了... 详细信息

由于寒区隧道围岩在冻融及动载的作用下会产生严重的损伤和性能退化，因此研究两者耦合作用下岩石的劣化特征具有重要意义。利用MTS815加载系统对炭质千枚岩试样开展了0、30、60次不同冻融循环次数下的三轴多级循环加卸载试验，研究了冻融及循环荷载对炭质千枚岩力学参数及变形的影响，基于能量计算分析了不同冻融次数岩石在动载下的能量演化规律，从宏观和微观角度进行对比，分析岩石在静载与冻-动耦合下的破坏形态，揭示了相应的破坏模式。试验研究表明：(1)与静载压缩强度相比，在冻融和循环荷载共同作用下岩石的强度有明显的降低，并且表现出明显的塑性，同时冻融循环次数越多，该现象也越显著；(2)随着冻融循环次数的增加，弹性模量会逐渐减小而泊松比却逐渐增大；(3)在循环过程中，轴向和环向不可逆应变均逐渐增加，两者的应变增量均在每一级应力的初始循环内最大而后逐渐减小，而不可逆体积应变先增大后减小，即体积先以压实为主后逐渐转变为以膨胀为主；(4)岩石内部主要以弹性能为主，耗散能占比在第1个循环周期内迅速降低，在之后的循环周期内呈现阶梯式增加而后趋于稳定；(5)从宏观与微观角度分析，单调加载与循环加载作用下两者的破坏机理不同，但均为斜截面的剪切破坏，但循环加卸载破碎程度更大。

关键词：炭质千枚岩循环加载冻融循环变形特性破坏模式

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波形钢腹板梁焊接残余应力分布及试验验证

西南交通大学学报 2024年第2期59卷 289-297页

作者：冀伟刘勇湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为研究波形钢腹板梁焊接残余应力的分布规律,通过有限元软件建立其三维热弹塑性模型,利用热-力耦合分析技术对其焊接温度场和应力场进行有限元数值仿真,采用双椭球体热源和修改单元材料属性的方法实现能量输入和焊缝填充,并将模拟计算... 详细信息

为研究波形钢腹板梁焊接残余应力的分布规律,通过有限元软件建立其三维热弹塑性模型,利用热-力耦合分析技术对其焊接温度场和应力场进行有限元数值仿真,采用双椭球体热源和修改单元材料属性的方法实现能量输入和焊缝填充,并将模拟计算结果与实测值进行对比分析.结果表明:有限元预测的波形钢腹板梁残余应力分布与实测结果具有相同趋势,在波形钢腹板梁焊缝的弯折角处,残余应力发生一定幅度的连续应力波动;底板和腹板的残余应力峰值均出现在焊缝中心区域,其值分别为材料屈服强度的1.30倍和1.26倍;底板纵向残余拉应力在焊缝中心线两侧78 mm范围内急速下降后缓慢过渡为压应力,在底板较窄一侧压应力线性增大,最大值约为材料屈服强度的0.61倍;在底板较宽一侧压应力线性减小,并在边缘处转化为拉应力;焊接速度对残余应力分布扰动不大,而对残余应力峰值影响较显著;当焊接速度从150 mm/min增加至250 mm/min时,横向和纵向的残余应力最大值分别增加了27.11%和5.88%.

关键词：波形钢腹板梁焊接残余应力热力学数值模拟焊接速度

考虑侧壁摩擦的埋置结构扰动沉降计算方法研究

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应用基础与工程科学学报 2024年第5期32卷 1463-1473页

作者：曹洋丁笑寒陶静李国政姚凯捷福州大学土木工程学院

大体积地下埋置结构除承受下部地基支撑外，侧壁与土体的大面积接触将产生显著的摩擦效应，由此导致的结构附加变位有待重点关注.以外部施工扰动引起的地层及其内部既有结构物沉降为研究目标，在考虑埋置结构伴随下部地层出现下沉的基... 详细信息

大体积地下埋置结构除承受下部地基支撑外，侧壁与土体的大面积接触将产生显著的摩擦效应，由此导致的结构附加变位有待重点关注.以外部施工扰动引起的地层及其内部既有结构物沉降为研究目标，在考虑埋置结构伴随下部地层出现下沉的基础上，观察侧壁摩擦对结构沉降的影响，从而得到更为精确的大体积结构物竖向扰动变位计算结果.借助盾构隧道下穿地下行车通道开挖这一典型工程案例，首先基于Pasternak地基模型并结合两阶段分析方法，建立通道结构在开挖扰动作用下的力学平衡方程，进而在结构侧壁与土体间引入Clough-Duncan双曲线模型，进一步建立在结构-地层竖向摩擦作用下的荷载平衡公式，描述摩擦力对行车通道沉降的附加效果，并利用有限差分方法对方程进行循环迭代求解，最后通过实际工程案例验证该计算方法的适用性.结果表明，盾构隧道下穿开挖扰动带来埋置结构与两侧地层不同程度的沉降变形，由此形成的行车通道与侧面土体沉降差在结构侧壁产生显著的剪切应力，通道侧壁与土体较大的接触面积使地层沉降带动结构物继续下沉，软弱土地层中摩擦力对应的计算结果增量高达30%以上.因此，对于大体积地下埋置结构而言，由侧壁摩擦导致的结构竖向附加变位不可忽略.

关键词：埋置结构扰动变位侧壁摩擦 Clough-Duncan双曲线模型盾构下穿计算方法

基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取研究

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振动与冲击 2024年第7期43卷 30-41页

作者：王晓磊王浠铭阎卫东吕大刚沈阳建筑大学土木工程学院沈阳110168 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

为了合理地考虑竖向地震作用和实现水平和竖向地震动的联合选取,提出了基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取方法:扩展广义条件强度参数的基本理论,提出水平和竖向地震动广义条件强度参数分布的构建方法,并与“无条件分布”... 详细信息

为了合理地考虑竖向地震作用和实现水平和竖向地震动的联合选取,提出了基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取方法:扩展广义条件强度参数的基本理论,提出水平和竖向地震动广义条件强度参数分布的构建方法,并与“无条件分布”对比,提出基于广义条件强度参数的水平和竖向地震动联合选取方法的基本理论,给出以水平强度参数作为条件的实际算例,利用现有水平-水平、水平-竖向强度参数相关系数模型构建水平和竖向地震动广义条件强度参数目标分布,对目标地震动数据库进行联合选取,将选取结果与传统选取方法进行对比,说明该方法的合理性。结果表明:构建出的水平和竖向广义条件强度参数分布与“无条件”分布之间存在一定差异;水平和竖向地震动联合选取结果与目标理论分布匹配良好;与仅考虑水平向广义条件强度参数地震动选取方法相比,联合选取方法能够考虑竖向地震动特性,并且不会对水平向造成影响,提出的水平和竖向地震动联合选取方法能够更加合理地、全面地考虑水平和竖向地震动特性,为工程结构在水平和竖向地震动作用下的抗震性能研究提供地震动输入基础。

关键词：水平和竖向地震动广义条件强度参数(GCIM) 地震动选取相关系数模型概率地震危险性分析

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正交胶合木新型抗剪及抗拉连接耗能特性试验

同济大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 684-696页

作者：熊海贝武喆陈佳炜同济大学土木工程学院上海200092 南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

连接节点是保证木结构抗震性能的重要因素,节点的耗能能力是衡量其是否适用于抗震区的重要指标。提出了适用于正交胶合木(cross laminated timber,CLT)结构的新型耗能抗剪连接节点和新型耗能抗拉连接节点,为研究该类连接节点的破坏模式... 详细信息

连接节点是保证木结构抗震性能的重要因素,节点的耗能能力是衡量其是否适用于抗震区的重要指标。提出了适用于正交胶合木(cross laminated timber,CLT)结构的新型耗能抗剪连接节点和新型耗能抗拉连接节点,为研究该类连接节点的破坏模式及力学性能,开展了15组低周往复加载试验。试验结果表明,新型耗能连接节点试件延性系数(D)均大于9.0,满足欧洲规范Eurocode 8中对高延性节点D>6的要求,属于高延性范围;新型耗能连接节点工作阶段强度退化系数均低于20%,具备工程适用性;新型耗能连接节点工作阶段等效黏滞阻尼系数为12%~22%,普通商用连接节点等效黏滞阻尼系数为2.5%~15.8%,两类新型耗能连接节点具有较好的耗能能力。

关键词：正交胶合木新型连接节点耗能特性力学性能破坏模式

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钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生仿真

交通运输工程学报 2024年第1期24卷 131-145页

作者：赵秋唐琨李英豪邓俊逸福州大学土木工程学院福建福州350116 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为建立适用于钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生分析方法,以Roe-Siegmund循环内聚力模型为基础,考虑混合加载模式下的内聚力参数转换,对ABAQUS进行二次开发,形成反映疲劳累计损伤的VUMAT子程序;通过试验数据获得了Q345钢材对应的焊接区... 详细信息

为建立适用于钢桥面板U肋-盖板焊缝疲劳裂纹萌生分析方法,以Roe-Siegmund循环内聚力模型为基础,考虑混合加载模式下的内聚力参数转换,对ABAQUS进行二次开发,形成反映疲劳累计损伤的VUMAT子程序;通过试验数据获得了Q345钢材对应的焊接区域材料内聚力参数,基于Voronoi图法、焊接区域晶粒微观形态与力学特性建立了U肋-盖板焊缝焊趾处微观晶粒组织,并与宏观二维平面应变模型合并,模拟了多尺度疲劳裂纹萌生;结合等效结构应力法和线弹性断裂力学裂纹扩展理论,考虑初始缺陷形态和疲劳断裂临界标准反推了不同应力水平下的累积内聚力长度,进而得到疲劳裂纹萌生寿命的计算方法。分析结果表明:采用提出的方法模拟U肋-盖板焊缝焊趾裂纹萌生行为时,裂纹在焊趾处萌生并垂直于顶板表面进行扩展,形成了穿晶断裂模式,微观晶粒组织应力分布随裂纹萌生及短裂纹扩展而不断变化,且随着微观晶粒组织分布和力学特性的随机性变化,仿真结果中的短裂纹扩展路径细节与临界循环次数均不相同;反推得到的累积内聚力长度随初始缺陷形状比、长裂纹扩展临界深度、微观晶粒组织分布及其力学特性以及所处应力幅值的不同产生变化,考虑上述因素获取的累积内聚力长度-等效结构应力幅拟合曲线能够获取对应的裂纹萌生寿命。由此可知,建立的多尺度疲劳裂纹萌生仿真分析方法可为钢桥面板疲劳裂纹萌生寿命的获取提供新的解决路径。

关键词：桥梁工程钢桥面板循环内聚力模型 Voronoi图法断裂力学等效结构应力法

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

改进VMD及其在时变结构地震响应瞬时频率识别中的应用

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振动工程学报 2024年第3期37卷 402-413页

作者：王焱楠尚旭强黄天立中南大学土木工程学院湖南长沙410075

强地震动作用下,结构动力特性因损伤将随时间变化,变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)可用于分析结构地震响应的瞬时频率变化规律,揭示地震过程中结构的损伤状态。针对人为预设分解模态数K和二次惩罚因子α参数不准确导... 详细信息

强地震动作用下,结构动力特性因损伤将随时间变化,变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)可用于分析结构地震响应的瞬时频率变化规律,揭示地震过程中结构的损伤状态。针对人为预设分解模态数K和二次惩罚因子α参数不准确导致VMD非平稳响应出现模态混叠的问题,提出了一种改进的VMD(Improved VMD,IVMD)算法,结合Hilbert变换(HT)可准确识别非平稳地震激励下时变结构的瞬时频率。采用多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法确定分解模态数K,基于整体正交系数和能量比系数构建综合目标函数,并采用樽海鞘算法(Slap Swarm Algorithm,SSA)优化确定二次惩罚因子。在优化确定K和α参数的基础上,结合IVMD和HT识别时变结构地震响应瞬时频率。典型模拟信号和地震激励下4层时变框架结构数值模拟响应表明,相比VMD算法,IVMD算法识别得到的瞬时频率精度更高;12层钢筋混凝土框架结构模型地震模拟振动台试验数据验证了所提方法的实用性。

关键词：地震激励时变框架结构振动台试验瞬时频率识别变分模态分解

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黄土盾构下穿不同地下非连续管线的模型试验

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第3期51卷 59-68页

作者：苏永华李明湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

针对城市盾构隧道施工下穿既有输气管线引起管线沉降与受力问题,以河南省某在建高速公路为工程背景,进行室内模型试验和有限元数值模拟.考虑不同非连续管线接头间距、接头刚度和管隧间距的影响,探讨管隧正交工况下,隧道开挖对非连续管... 详细信息

针对城市盾构隧道施工下穿既有输气管线引起管线沉降与受力问题,以河南省某在建高速公路为工程背景,进行室内模型试验和有限元数值模拟.考虑不同非连续管线接头间距、接头刚度和管隧间距的影响,探讨管隧正交工况下,隧道开挖对非连续管线沉降、弯矩及管土接触应力的影响.研究结果表明:黄土盾构正交下穿管线存在沉降集中区,在该区范围内,管线接头与管段相对刚度比的大小对管线平均沉降增长速率影响较大,相对刚度比由1.30减小至0.21,非连续管线平均沉降增长速率增大1.5倍;相对刚度比相对大小对非连续管线沉降和弯矩起到决定性作用;通过定义非连续管线综合刚度比,揭示不同综合刚度比下非连续管线最大沉降变化规律和管线最大正负弯矩相对变化规律,其中综合刚度比与管线最大沉降服从3次多项式拟合函数,管线的最大正弯矩值随着最大负弯矩值的改变服从4次多项式拟合函数;管线的管土接触应力变化均呈现“双峰型”变化,管土接触峰值应力随着接头间距的增大而增大;数值模拟表明,管线最大沉降随着管隧间距增大而呈现折线型减小,该转折点出现在管隧间距与隧道开挖直径比为1处.

关键词：地下工程盾构管隧正交沉降模型试验