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结合多通道MTF和CNN的框架结构损伤识别方法

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振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 217-224,404,405页

作者：梁韬叶涛萍李守文方佳畅黄天立中南大学土木工程学院长沙410075 中建二局第一建筑工程有限公司北京100023

为提高复杂框架结构损伤识别的准确率,提出了一种基于多通道马尔可夫变迁场(multi-channel Markov transition field,简称MCMTF)和卷积神经网络(convolutional neural network,简称CNN)的框架结构损伤识别方法。首先,采用MCMTF理论将原... 详细信息

为提高复杂框架结构损伤识别的准确率,提出了一种基于多通道马尔可夫变迁场(multi-channel Markov transition field,简称MCMTF)和卷积神经网络(convolutional neural network,简称CNN)的框架结构损伤识别方法。首先,采用MCMTF理论将原始一维振动信号转换为二维图像,实现数据升维和多通道数据融合;其次,以MCMTF转换后的图像数据集作为输入训练CNN模型;最后,经调参优化自动提取损伤敏感特征,并实现损伤识别。将该方法应用于IASC-ASCE Benchmark框架结构数值模型及3层钢框架结构模型试验,对比研究了多通道MTF、单通道MTF和原始数据矩阵3种数据输入方式,CNN、长短时记忆(long short term memory,简称LSTM)神经网络和深度神经网络(deep neural network,简称DNN)3种网络模型,以及噪声对框架结构损伤识别准确率的影响。结果表明:MCMTF与CNN结合方法的损伤识别准确率最优且具有良好的鲁棒性,其对Benchmark框架数值模型模拟损伤的识别准确率可达94.4%,对3层钢框架试验模型实际损伤的识别准确率可达98.4%。

关键词：损伤识别振动响应卷积神经网络多通道马尔可夫变迁场数据升维数据融合

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泸定县6.8级地震村镇建筑震害调查与分析

振动与冲击 2024年第6期43卷 121-131,140页

作者：陈云董金爽张奉超海南大学土木建筑工程学院海口570228 中铁一局集团建筑安装工程有限公司西安710054

为分析泸定县6.8级地震中村镇建筑的震害,对震中附近的磨西镇、得妥镇、燕子沟镇的村镇建筑开展了震害调查,总结村镇结构中砖木结构、砖混结构和框架结构的典型震害特征,对震中附近评估烈度为Ⅸ度区域的村镇建筑进行地震破坏等级评估、... 详细信息

为分析泸定县6.8级地震中村镇建筑的震害,对震中附近的磨西镇、得妥镇、燕子沟镇的村镇建筑开展了震害调查,总结村镇结构中砖木结构、砖混结构和框架结构的典型震害特征,对震中附近评估烈度为Ⅸ度区域的村镇建筑进行地震破坏等级评估、统计与分析。调查结果显示:整体上,砖木结构及砖混结构是此次地震中震害现象较为明显和严重的结构形式;框架结构震害整体较轻,基本未破坏数量占调研框架结构的72.5%。砖木结构及砖混结构震害特征主要表现为地基的不均匀沉降、墙体开裂、楼(屋)面破坏、非结构构件破坏及整体倒塌;框架结构震害特征主要表现为梁、柱及节点破坏、非结构构件的破坏。此次地震中,砖木结构、砖混结构严重破坏及倒塌的房屋占该两类房屋整体震害的比例较高,严重破坏砖木及砖混结构约为框架结构的6倍,且框架结构未出现倒塌,基本未破坏的框架结构占比较高。3种结构抗震能力由强到弱依次为:框架结构、砖混结构、砖木结构。针对不同结构形式的震害特征,应通过抗震加固全面提升可修复震害房屋及既有农房抗震防灾能力,以提高村镇建筑整体力学性能,减少地震伤亡及损失。

关键词：泸定地震震害调查村镇建筑砖木结构砖混结构框架结构

钢结构工程高强度螺栓微小松动视觉检测方法研究

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中国公路学报 2024年第2期37卷 125-141页

作者：姚志东陈志华刘红波卢佳祁天津大学建筑工程学院天津300072 中冶建筑研究总院(深圳)有限公司广东深圳518055

基于计算机视觉的螺栓松动检测方法中,一类是通过对连接节点图像进行透视矫正并分析螺栓轮廓边缘直线角度的变化以及时发现微小的松动缺陷。然而,目前这类方法在图像矫正和螺栓轮廓边缘检测的可靠性方面还有较大的改进空间。为此,针对... 详细信息

基于计算机视觉的螺栓松动检测方法中,一类是通过对连接节点图像进行透视矫正并分析螺栓轮廓边缘直线角度的变化以及时发现微小的松动缺陷。然而,目前这类方法在图像矫正和螺栓轮廓边缘检测的可靠性方面还有较大的改进空间。为此,针对钢结构螺栓连接节点,提出了基于深度学习的螺栓松动视觉检测方法。首先,基于YOLOv5检测螺栓目标。针对螺栓感兴趣区域(RoI),基于鲁棒性较高的Attention U-Net提取螺栓轮廓边缘直线。为了提高螺栓目标检测精度,目标检测模型应设定较低置信度阈值以保证目标无漏检,再通过螺栓RoI提取的边缘直线数量筛除伪螺栓。使用透视变换法对节点图像进行矫正,变换所需的参考点是根据螺栓检测框之间空间移动后的相交关系自动定位的。最后,根据矫正图像中的螺栓轮廓边缘直线计算螺栓角度,通过检测螺栓和基准螺栓之间的角度差异判断松动情况。研究结果表明:螺栓目标检测的AP值为0.97;螺栓轮廓边缘检测的准确率、召回率和F1的均值分别为0.846、0.807与0.825,且在多种复杂背景干扰下具有较高的鲁棒性;伪螺栓筛除法可过滤掉99.82%的伪螺栓目标;提出的图像矫正法适用于常见的多种螺栓排列形式的连接节点;当松动判别阈值仅为2.8°时,螺栓松动检测的准确率可达99.7%。该方法在大型钢结构螺栓连接节点自动化运维方面具有较好的应用前景。

关键词：桥梁工程螺栓微小松动检测计算机视觉与深度学习连接节点目标检测轮廓边缘直线检测透视矫正

灌浆插筋式模块钢结构连接节点力学性能试验研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第3期57卷 311-320页

作者：陈志华孟凡贵刘红波尚静媛崔萌闫翔宇天津大学建筑工程学院天津300072 河北工程大学土木工程学院邯郸056038 天津津贝尔建筑工程试验检测技术有限公司天津300130 天津建工科技有限公司天津300403

针对模块钢结构建筑间的连接问题,提出了一种新型的由钢筋与CGM灌浆料组成的灌浆插筋式模块钢结构连接节点形式,并采用试验和理论分析的方法,对节点柱的轴压性能、轴拉性能和抗弯性能进行了深入研究,提出了相应的承载力计算方法.研究结... 详细信息

针对模块钢结构建筑间的连接问题,提出了一种新型的由钢筋与CGM灌浆料组成的灌浆插筋式模块钢结构连接节点形式,并采用试验和理论分析的方法,对节点柱的轴压性能、轴拉性能和抗弯性能进行了深入研究,提出了相应的承载力计算方法.研究结果表明:①在轴向压力作用下,此节点上下两侧空钢管发生屈曲破坏,轴压承载力约为钢管截面屈服承载力的97%,表明此节点具有较好的抗压承载能力;不同钢筋直径试件的荷载-位移曲线基本一致,表明节点的抗压承载力与钢筋直径无关;②在轴向拉力作用下,试件在节点的连接缝隙处发生分离,灌浆料表面呈现了斜向裂缝;在钢筋直径为14~18 mm的范围内,构件的极限抗拉承载力为钢管极限承载力的28%~32%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小;③在弯矩作用下,试件一侧受拉、另一侧受压,在节点的连接缝隙处钢管发生分离,受拉区灌浆料形成斜向裂缝;在钢筋直径为14~18 mm的范围内,构件的抗弯承载力为钢管承载力的37%~47%,并且随着钢筋直径的增大,试件的极限抗拉承载力增大、延性减小,试件的屈服位移和极限位移均增大.

关键词：模块钢结构节点水泥基灌浆料轴压性能轴拉性能抗弯性能

穿越变化地层的沉管隧道接头地震响应的解析解

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岩土力学 2024年第S1期45卷 289-298页

作者：周桓竹刘圣安李斌陈炜昀苏雷郑俊杰郑烨炜武汉大学土木建筑工程学院中交第一航务工程有限公司中山大学土木工程学院青岛理工大学土木工程学院

沉管隧道接头是穿越变化地层的沉管隧道抗震设计的关键。介绍了穿越变化地层的沉管隧道接头地震响应的理论分析模型。分析模型包含两个柔性接头和3个管节单元，利用Pasternak双参数地基模型模拟下卧地层，利用Euler-Bernoulli梁模型模... 详细信息

沉管隧道接头是穿越变化地层的沉管隧道抗震设计的关键。介绍了穿越变化地层的沉管隧道接头地震响应的理论分析模型。分析模型包含两个柔性接头和3个管节单元，利用Pasternak双参数地基模型模拟下卧地层，利用Euler-Bernoulli梁模型模拟沉管隧道管节，考虑了穿越变化地层的沉管隧道接头的力和变形传递，立足于两端连接人工岛的沉管隧道类型，以自由边界模拟结构两端连接方式。基于矩阵传递原理，建立了考虑行波效应的沉管隧道接头的地震响应解析解。利用有限元模拟结果验证了解析解的可靠性。发现使用柔性接头可以明显减小变化地层界面的剪力和弯矩，自由边界条件下，接头剪切刚度主要影响接头剪力，接头弯曲刚度主要影响接头弯矩。当沉管隧道接头的受力呈现同向最大值时，对应的地震波相位角并不一致。地震波垂直入射时，接头受力最小。

关键词：沉管隧道接头地震响应变化地层行波效应

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露天潜孔钻机随钻测量系统研发与应用研究

岩土工程学报 2024年第7期46卷 1509-1515页

作者：侯仕军丁伟捷田帅康梁书锋刘殿书郭大超中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 成远矿业开发股份有限公司辽宁辽阳111299

露天采矿随钻测量技术研究目前尚处于初期阶段,研发随钻参数测量系统是实现随钻测量技术服务于采矿工程行业的首要任务。基于TAIYE-390-Ⅱ潜孔钻机工作原理,确定了随钻参数,提出了一套通用的测量方法,并研发了测量装置。装置主要由数据... 详细信息

露天采矿随钻测量技术研究目前尚处于初期阶段,研发随钻参数测量系统是实现随钻测量技术服务于采矿工程行业的首要任务。基于TAIYE-390-Ⅱ潜孔钻机工作原理,确定了随钻参数,提出了一套通用的测量方法,并研发了测量装置。装置主要由数据采集系统、数据转换系统和数据处理系统组成,可实现对钻进时间、钻进深度、钻进速度、钻杆轴压、回转力矩、回转速度、冲击风压和冲击风量等参数的实时准确测量、采集、计算、存储、显示和远程传输。结合某石灰岩矿钻孔数据,提出了一种反映岩性变化的数据整合方法,并借助钻孔成像试验分析了随钻测量技术在岩体结构面识别中的可行性。结果表明钻进速度和回转力矩对岩体结构响应最为灵敏,冲击风量和冲击风压在钻凿含孔洞的破碎岩体时表现突出,而钻杆轴压和回转速度在岩体结构识别中作用较小。研究成果在潜孔钻机随钻测量系统研发和随钻岩性识别等方面具有重要的理论意义和应用价值。

关键词：随钻测量潜孔钻机系统研发岩体结构炮孔成像

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铺设枕下胶垫对有砟道床静动力学性能的影响

铁道建筑 2024年第5期64卷 52-58页

作者：王森曹跃华肖宏中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司辽宁大连116600 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

在一重载铁路重车方向直线段选取长100 m的试验段,铺设枕下胶垫进行现场试验,对比了铺设枕下胶垫道床与普通轨枕道床阻力,并建立枕下胶垫-有砟道床仿真模型,从道砟颗粒运动特性、颗粒间接触力和道床应力水平三个方面探讨枕下胶垫与有砟... 详细信息

在一重载铁路重车方向直线段选取长100 m的试验段,铺设枕下胶垫进行现场试验,对比了铺设枕下胶垫道床与普通轨枕道床阻力,并建立枕下胶垫-有砟道床仿真模型,从道砟颗粒运动特性、颗粒间接触力和道床应力水平三个方面探讨枕下胶垫与有砟道床的相互作用机理。现场试验结果表明:铺设枕下胶垫道床横向、纵向阻力均略大于普通轨枕道床,且两者均满足TB 10625—2017《重载铁路设计规范》要求;铺设枕下胶垫道床振动加速度平均值比普通轨枕道床减小36.09%。数值模拟结果表明:列车荷载作用下铺设枕下胶垫道床道砟颗粒振动加速度峰值比普通轨枕道床减小10.02%;铺设枕下胶垫可以降低列车峰值荷载对枕下20~35 cm深处道砟颗粒的影响;铺设枕下胶垫道床道砟颗粒平均接触力比普通轨枕道床减小20.19%,接触力分布更均匀;铺设枕下胶垫可减缓轨枕对道床的振动冲击,使道床平均应力减小26.52%。综上所述,铺设枕下胶垫可以明显减少道砟的破碎及粉化。

关键词：重载铁路力学性能现场试验数值模拟枕下胶垫振动加速度接触力

钢框架-自复位SRC墙板结构的地震易损性分析

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建筑钢结构进展 2024年第1期26卷 10-21页

作者：隋璐吴函恒唐鹏辉袁涛涛长安大学建筑工程学院西安710061 中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

为了研究钢框架-型钢混凝土(SRC)自复位墙板结构的抗震性能,完成了钢框架-自复位SRC墙板子结构模型的低周往复加载试验,以研究其工作机理和失效机制。提出了基于宏观单元的非线性分析模型,并利用试验结果验证模型的准确性,研究结果表明... 详细信息

为了研究钢框架-型钢混凝土(SRC)自复位墙板结构的抗震性能,完成了钢框架-自复位SRC墙板子结构模型的低周往复加载试验,以研究其工作机理和失效机制。提出了基于宏观单元的非线性分析模型,并利用试验结果验证模型的准确性,研究结果表明该非线性分析模型能较好地模拟自复位SRC墙板的非线性行为。分别建立6层和15层钢框架-自复位SRC墙板结构的整体模型并进行增量动力时程分析(IDA)。以地面峰值加速度为地震动强度指标,以最大层间位移角为损伤指标,根据IDA结果得到不同极限状态下的易损性曲线,建立地震易损性矩阵,并对不同极限状态下结构的损伤风险进行了评估,研究表明:6层和15层钢框架-自复位SRC墙板结构在50年内的倒塌概率分别为0.138%和0.095%,远小于FEMA 750规定的1%,由此可见,钢框架-自复位SRC墙板结构抗震性能较好,并具备良好的抗地震倒塌能力。

关键词：可恢复功能结构自复位SRC墙板非线性分析模型易损性损伤风险

不同卸载方向下高应力岩石真三轴卸荷力学特性研究

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水文地质工程地质 2024年第3期51卷 80-89页

作者：向前王科翁磊尤伟军储昭飞李泽宇中建三局第一建设工程有限公司湖北武汉430040 无限元数创科技有限公司浙江杭州311215 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

深部岩体开挖过程中,围岩应力场在开挖面附近形成交替分布的应力升高区(加载区)和应力降低区(卸载区),极易引发高应力岩体失稳破坏。尽管目前已有诸多关于岩石加卸载破坏方面的研究,但在复杂真三轴应力路径下岩石加卸载破坏机理的认识... 详细信息

深部岩体开挖过程中,围岩应力场在开挖面附近形成交替分布的应力升高区(加载区)和应力降低区(卸载区),极易引发高应力岩体失稳破坏。尽管目前已有诸多关于岩石加卸载破坏方面的研究,但在复杂真三轴应力路径下岩石加卸载破坏机理的认识仍不充分。针对这一问题,文章以山东玲珑金矿花岗岩立方块试样为研究对象,首先进行了不同侧向应力下真三轴加载破坏试验,并进一步开展了不同卸荷方向下真三轴卸载破坏试验,深入研究了花岗岩试样在复杂真三轴加卸载路径下的强度及破坏特征。试验结果表明:随着中间主应力的增大,真三轴加载条件花岗岩的破坏模式由张拉-剪切复合型破坏转变到张拉破坏,真三轴加载破坏强度先增大后缓慢减小;在相同中间主应力和最小主应力条件下,花岗岩的真三轴卸载破坏强度均小于其加载破坏强度,Mogi强度公式可以很好地拟合卸载最小主应力条件下的真三轴卸载强度。该成果可为深部岩体工程稳定性控制和设计提供重要的理论依据和指导。

关键词：真三轴加卸载中间主应力卸载方向强度岩石力学

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