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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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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

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

台风“苏迪罗”行进过程中沿海近地实测风场特性研究

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振动与冲击 2024年第11期43卷 272-278,296页

作者：张建国温祖坚雷鹰厦门大学土木工程系福建厦门361005

基于厦门大嶝岛台风观测点阵列布置风速仪的现场实测,选取了1513号台风“苏迪罗”在四个不同时间段的风速风向数据,对台风行进过程中的沿海近地风场特性进行了详细分析,得到了台风中心距离观测点400 km、250 km、150 km和120 km时的沿... 详细信息

基于厦门大嶝岛台风观测点阵列布置风速仪的现场实测,选取了1513号台风“苏迪罗”在四个不同时间段的风速风向数据,对台风行进过程中的沿海近地风场特性进行了详细分析,得到了台风中心距离观测点400 km、250 km、150 km和120 km时的沿海近地平均风速风向、风剖面、阵风因子、湍流度、湍流积分尺度和功率谱密度函数等参数,研究了各种参数同台风中心距和观测高度之间的关系,结果表明:在台风行进过程中,观测点所测风速的平均风速剖面满足对数律规律,粗糙长度z_0约为4.0 m。阵风因子和湍流度变化较为平缓,二者呈线性变化关系。三个方向上的湍流度比值约为1∶0.8∶0.45,湍流积分尺度离散性大,顺、横风向的功率谱密度函数符合von Karman谱的形式,但竖直方向不符合。该结果对深入了解台风在行进中对固定观测点的影响以及提高沿海工程结构的抗风安全性具有实际意义。

关键词：实测近地风特性台风中心距台风行进

低碳钢及其不锈钢复合钢材低周疲劳行为的对比研究

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工程力学 2024年第11期41卷 79-87页

作者：廖小伟潘之钊班慧勇宗亮孙博浙江工业大学土木工程学院浙江杭州310023 清华大学土木工程系北京100084 天津大学建筑工程学院天津300350

不锈钢复合钢材在土木工程结构中得到了越来越多的关注和应用,但是其在循环荷载作用下的力学行为还缺乏足够的认识。通过单轴拉伸试验和不同应变幅条件下的对称应变控制加载低周疲劳试验,对比研究了2 mm+10 mm热轧304+Q235B不锈钢复合... 详细信息

不锈钢复合钢材在土木工程结构中得到了越来越多的关注和应用,但是其在循环荷载作用下的力学行为还缺乏足够的认识。通过单轴拉伸试验和不同应变幅条件下的对称应变控制加载低周疲劳试验,对比研究了2 mm+10 mm热轧304+Q235B不锈钢复合钢材及其基层Q235B碳钢钢材的循环弹-塑性特性和低周疲劳寿命;结合数值模拟得到的疲劳试件截面应力分布,分析了复合钢材低周疲劳失效模式的力学机理。结果表明,在拉伸和循环荷载下,复层304不锈钢与基层Q235B碳钢之间均没有出现界面剥离现象;复合钢材及Q235B碳钢均表现出与加载应变幅正相关的循环硬化行为,且前者的循环应力响应大于后者;复合钢材的低周疲劳初始裂纹均出现在Q235B碳钢侧,这是由于复层不锈钢和基层碳钢不同的拉应力状态和塑性变形能力共同造成的,但是复合钢材与Q235B碳钢的低周疲劳寿命未表现出明显的区别。该批次304+Q235B不锈钢复合钢材具有良好的低周疲劳性能,可代替Q235B碳钢用于对腐蚀防护性能具有较高要求的工程构件中。

关键词：不锈钢复合钢材低周疲劳循环硬化单轴拉伸开裂机理

路基湿度测量方法、演化规律及调控技术研究进展

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中国公路学报 2024年第6期37卷 1-33页

作者：崔新壮张小宁王艺霖曾浩高上曹天才吕伟韩柏林重庆大学土木工程学院重庆400045 香港城市大学建筑与土木工程系中国香港999077 山东大学土建与水利学院山东济南250061

路基湿度状态是影响道路工程全寿命周期服役性能的关键因素之一。准确测量路基湿度、揭示路基湿度演化规律、提出合理的路基湿度调控技术一直是道路工程的重点问题。近年来,随着科学技术的不断发展,在路基湿度调控的相关研究中涌现出了... 详细信息

路基湿度状态是影响道路工程全寿命周期服役性能的关键因素之一。准确测量路基湿度、揭示路基湿度演化规律、提出合理的路基湿度调控技术一直是道路工程的重点问题。近年来,随着科学技术的不断发展,在路基湿度调控的相关研究中涌现出了大量新理论、新方法和新技术。聚焦路基湿度测量方法、演化规律以及调控技术3个方面,系统阐述了国内外有关路基湿度的研究现状。综合分析表明,在路基湿度测量方法上,传统破坏性路基湿度测量方法逐渐被低扰动和非扰动测量方法替代,时域反射技术(TDR)、频域反射技术(FDR)和探地雷达技术(GPR)等新技术为路基湿度测量提供了新方法,但在原位、无损、精准和快速测量方面仍有提升空间。在路基湿度演化规律研究上,理论计算、数值分析和缩尺模型试验是揭示路基湿度演化规律的主要研究手段,并从水-力-热多因素耦合下的非饱和土渗流、多孔介质的流动传热、缩尺模型的搭建等方面对路基湿度演化规律进行了研究与分析。然而路基湿度演化受复杂环境的直接影响,具有明显的时空效应,目前的研究成果尚不足以全面、精确地反映路基湿度演化规律。在路基湿度调控技术上,传统的路基内外部排水系统和以粒料隔离层为代表的路基结构在路基湿度调控方面具有显著效果,但由于无法阻隔路基内部的水汽迁移,其调控效果随着服役时间的增加逐渐减弱。以高性能吸疏水材料为代表的新型调控技术可实现路基湿度的主动调控,但尚未实现路基湿度的精细化、智能化调控,未来可向低成本、高效率和高实用性的路基湿度调控技术方向发展。

关键词：路基工程湿度综述测量方法演化规律调控技术

基于序贯理论的混凝土结构有效预应力实测概率估计方法

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 100-107页

作者：许庆曾滨徐晓达李嘉伟王研妍中冶建筑研究总院有限公司北京100088 清华大学土木工程系北京100084

为建立基于实测数据的混凝土结构有效预应力分布性态评估与评价特征值计算方法,引入预应力比的概念,从单筋、构件、结构3个层次表征有效预应力概率分布性状。通过理论分析、数值模拟相结合的方法,研究各层次预应力比概率分布规律,建立... 详细信息

为建立基于实测数据的混凝土结构有效预应力分布性态评估与评价特征值计算方法,引入预应力比的概念,从单筋、构件、结构3个层次表征有效预应力概率分布性状。通过理论分析、数值模拟相结合的方法,研究各层次预应力比概率分布规律,建立了考虑结构预应力体系布置特征及设计差异影响的高斯混合模型分类简化分析理论;并引入序贯估计理论,以95%保证率特征参数最大估计误差作为约束条件,结合bootstrap方法、EM算法、枢轴量法建立了抽样停止准则,提出了基于实测数据的结构-单筋-构件预应力比序贯抽样估计及评价特征值计算方法;以某无黏结预应力混凝土框架结构为工程实例验证了该方法有效性。研究表明:相比于采用固定样本量的传统抽样方法,序贯抽样方法可有效量化估计精度,减少估计样本数量,降低检测成本;构件评价特征值的最大估计误差随预应力筋数量增加而逐渐降低,估计精度达95%以上。

关键词：预应力混凝土结构预应力比高斯混合模型序贯估计方法最大估计误差

矩形截面连续纤维GFRP箍筋弯曲段受拉性能

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复合材料学报 2024年

作者：公衍斌王震宇邵永波常志远烟台大学土木工程学院西华大学建筑与土木工程学院

纤维增强复合材料(FRP)箍筋角部弯曲段受拉强度是箍筋破坏的关键控制参数，为研究新型矩形截面连续纤维玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)箍筋的弯曲段受拉性能，采用ACIB.5试验方法测试并得到了9种不同矩形截面GFRP箍筋与传统拉挤圆形截... 详细信息

纤维增强复合材料(FRP)箍筋角部弯曲段受拉强度是箍筋破坏的关键控制参数，为研究新型矩形截面连续纤维玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)箍筋的弯曲段受拉性能，采用ACIB.5试验方法测试并得到了9种不同矩形截面GFRP箍筋与传统拉挤圆形截面箍筋的弯曲段受拉强度，考察了箍筋形式、截面宽度、厚度及宽厚比对GFRP箍筋弯曲段受拉性能的影响规律。试验结果表明，矩形截面连续纤维GFRP箍筋的弯曲段受拉强度与圆形截面拉挤箍筋相比有明显提高。弯曲段受拉强度与直线段受拉强度之比随矩形截面厚度的减小而增大，随截面宽度增加而减小。当截面面积一定时，随着宽厚比的增大，弯曲段受拉强度与直线段受拉强度之比呈增大趋势，但增长幅度逐渐减小。根据试验数据建立了考虑弯曲半径与截面宽厚比影响的矩形截面连续纤维GFRP箍筋弯曲段受拉强度预测模型，箍筋弯曲半径建议在25～40mm范围内取值，依据不同的弯曲半径，连续纤维GFRP箍筋最优宽厚比的建议取值范围为2～8，为该类箍筋实际应用提供了设计依据。

关键词： GFRP 箍筋矩形截面弯曲段受拉性能

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清华园出土古墓砖力学性能与微结构关系

建筑材料学报 2024年

作者：韩建国阎培渝清华大学土木工程系

对晋朝至清朝跨越1600年历史的古墓砖，进行了力学性能和微结构分析。通过形貌、力学性能、孔隙率等宏观性能，以及化学成分、矿物组成等微观性能，全面剖析了不同朝代古墓砖的异同。研究结果表明：自晋朝至清朝，我国民间制砖工艺和制... 详细信息

对晋朝至清朝跨越1600年历史的古墓砖，进行了力学性能和微结构分析。通过形貌、力学性能、孔隙率等宏观性能，以及化学成分、矿物组成等微观性能，全面剖析了不同朝代古墓砖的异同。研究结果表明：自晋朝至清朝，我国民间制砖工艺和制砖质量无显著变化；我国自秦朝就掌握了红砖和青砖两种制砖工艺；青砖相对于红砖，其体积密度小、孔隙率大，但强度高，这是由于烧成过程中，附加的焖烧阶段提升了青砖的烧结程度，产生了更高程度的碳酸钙分解和伊利石结晶水的汽化，促进了钙长石和玻璃相的生成所致。

关键词：古墓砖清华园力学性能化学成分矿物组成