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靶向精细化分析的鲁棒等几何无网格配点法

力学学报 2024年第8期56卷 2313-2326页

作者：齐栋梁河北水利电力学院土木工程系河北沧州061000

现有等几何基函数的无网格表示理论虽然搭建起了无网格法和等几何分析方法的连接桥梁,但该方法并未解决高阶梯度计算复杂且耗时的问题.文章在无网格形函数再生梯度理论基础上,构建了由等几何基函数再生点定义的混合梯度基向量,提出了一... 详细信息

现有等几何基函数的无网格表示理论虽然搭建起了无网格法和等几何分析方法的连接桥梁,但该方法并未解决高阶梯度计算复杂且耗时的问题.文章在无网格形函数再生梯度理论基础上,构建了由等几何基函数再生点定义的混合梯度基向量,提出了一种等几何基函数梯度的无网格等价表述形式,丰富和完善了无网格法与等几何分析的无缝衔接.在此基础上,提出了一种鲁棒的等几何无网格配点法,该方法保证了全域内近似函数的一致性、高效性和模型局部靶向精细化的简捷性.与传统等几何基函数梯度的递推算法相比,所提方法可同步构造相应阶次等几何基函数梯度,数值实现更加简捷.文中以二维二次基函数为例,数值验证了特定影响域条件下所构造的无网格再生梯度与等几何基函数的标准梯度之间的等价性.同时对比分析了所提无网格再生梯度与等几何无网格形函数直接梯度的再生条件,结果表明,等几何无网格形函数直接梯度的再生条件并不稳定,而所提等几何基函数的无网格再生梯度在不同节点序列精确满足不同阶次的再生条件,保证了配点法分析的结果收敛性.数值算例结果表明,所提配点方法相较于传统等几何配点法在局部细化问题分析方面具有更高的计算精度.

关键词：无网格法等几何配点法再生梯度局部细化鲁棒

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

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高地震烈度区复杂地质条件渡槽结构

清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1264-1277页

作者：张延杰曾显志王海深韩钟骐邓开来潘鹏云南省滇中引水工程有限公司昆明650000 清华大学土木工程系北京100084 西南交通大学土木工程学院成都610031

滇中引水工程规模巨大,面临高地震烈度、多活动断裂、复杂地质条件等众多工程建设难题。渡槽是滇中引水工程中用于跨越河流和山谷等特殊地形的重要输水结构之一,确保渡槽结构安全是保障输水功能持续的关键和前提。针对滇中引水工程渡槽... 详细信息

滇中引水工程规模巨大,面临高地震烈度、多活动断裂、复杂地质条件等众多工程建设难题。渡槽是滇中引水工程中用于跨越河流和山谷等特殊地形的重要输水结构之一,确保渡槽结构安全是保障输水功能持续的关键和前提。针对滇中引水工程渡槽结构,部分学者已开展大量理论分析、模型试验及数值模拟等研究工作,该文归纳分析了相关研究成果,并展望未来的研究趋势,旨在为类似工程的建设和发展提供参考和借鉴。研究表明:水槽相互作用及土结相互作用模拟是准确分析渡槽结构地震响应的关键,形成考虑土体渡槽水体的多物理场耦合分析技术,可为滇中引水工程渡槽结构的数值分析提供技术支撑。在此基础上,研究高地震烈度区、复杂地质条件下渡槽结构的抗震及减隔震性能,分析V形河谷等地形差异对渡槽结构的抗震性能影响机理,阐明不同减隔震措施的减隔震机理。随着社会不断发展,人们对渡槽结构在输水能力和跨越能力方面的需求日益增加,如何进一步保证在高地震烈度区和复杂地质条件下的渡槽结构安全和输水功能持续意义重大。利用槽内水体晃动实现调谐液体阻尼器减震效果、研发新型减隔震装置和渡槽防渗止水是未来重要的发展方向。

关键词：滇中引水渡槽高地震烈度复杂地质地震响应

起讫点建成环境对轨道交通高峰时段网络客流的作用机制分析

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地理科学进展 2024年第9期43卷 1785-1797页

作者：庞磊任利剑姜宇逍运迎霞天津大学建筑学院香港城市大学建筑与土木工程系

建成环境与轨道交通客流之间联系密切。然而既有研究主要致力于探究建成环境对轨道交通站点客流的影响，对网络客流的影响分析较少。与站点客流不同，网络客流的矢量性受起讫点建成环境的双重作用。论文基于多源地理空间数据构建“5D+N... 详细信息

建成环境与轨道交通客流之间联系密切。然而既有研究主要致力于探究建成环境对轨道交通站点客流的影响，对网络客流的影响分析较少。与站点客流不同，网络客流的矢量性受起讫点建成环境的双重作用。论文基于多源地理空间数据构建“5D+N”维度的建成环境指标体系，采用可解释轻量级梯度提升机机器学习模型(LightGBM-SHAP)从特征贡献度、单变量非线性关系、双变量交互效应三个方面解析起讫点建成环境对高峰时段网络客流的影响。针对天津的案例研究表明：(1)对早高峰网络客流重要度排序前5位的建成环境因素综合贡献达到13.22，其中讫点距市中心距离贡献度最大，从起讫点双重视角来看，讫点建成环境贡献度(20.86)大于起点建成环境贡献度(18.30)；(2)建成环境因素与早高峰网络客流的非线性关系差异显著，存在非线性正相关、非线性负相关等多种关系，阈值效应也存在单端阈值、多段阈值等多种情况；(3)对于早高峰网络客流，起点或讫点公交站点密度分别与讫点中介中心性有显著交互作用，公交站点密度在两者交互效应中处于主导地位。研究结果对引导站域建成环境更新及提升轨道交通客流效能提供了精准有效的策略指引。

关键词：城市轨道交通早高峰网络客流建成环境 LightGBM-SHAP 非线性交互效应天津

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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

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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支持复杂规范条文解译的基元函数提取与分析

工程力学 2024年

作者：逯静洲曹心瑜郑哲陆新征林佳瑞清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点试验室烟台大学土木工程学院

规则条文解译(Rule interpretation)是智能审图(Automated rule checking， ARC)面临的关键挑战之一，目前依赖领域专家完成规则解译，耗时耗力。其根本原因是规范条文包含大量复杂逻辑与领域隐含知识，计算机缺乏相应的基本常识与逻辑... 详细信息

规则条文解译(Rule interpretation)是智能审图(Automated rule checking， ARC)面临的关键挑战之一，目前依赖领域专家完成规则解译，耗时耗力。其根本原因是规范条文包含大量复杂逻辑与领域隐含知识，计算机缺乏相应的基本常识与逻辑规则，因此难以有效理解和解译复杂设计规范条文。因此，本研究以《建筑设计防火规范》关键内容为例，通过系统整理、分析与拆解有关规范条文，首次提出了基元函数概念，以表征不同规范条文规则推理与逻辑计算过程共用的基础算法单元；并面向复杂规范条文解析，建立了有关基元函数的识别与提取方法，识别、定义了存在性检查、数量检查、几何检查、距离检查、面积检查、空间位置检查、窗墙比检查、属性检查共8类66个基元函数，构建了首个针对我国建筑结构设计审查的基元函数库。同时，研究从审查对象以及基元函数复杂度、使用频次、共现特征与复杂条文表示能力等方面进行了详细分析，结果表明：基元函数使用频率呈长尾分布；属性类函数与其他各类函数都有较高的共现次数；所建立的基元函数具有强大的复杂逻辑表示能力，可大幅提升复杂条文解译范围与推理能力。

关键词：建筑规范基元函数文本分析规则解译自动合规性审图智能设计智能建造

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

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真空预压淤堵区渗透系数的计算方法

岩土力学 2024年第7期45卷 2085-2093页

作者：崔允亮潘方然高楥园金子原浙大城市学院土木工程系浙江杭州310015 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

在废弃泥浆的真空预压过程中,预制竖向排水板周围经常会形成淤堵区域。准确测量和计算淤堵区泥浆的渗透系数对于预测废弃泥浆固结的情况至关重要。由于淤堵区泥浆渗透系数难以直接测量,且缺乏理论推导方法,因此提出了淤堵区渗透系数与... 详细信息

在废弃泥浆的真空预压过程中,预制竖向排水板周围经常会形成淤堵区域。准确测量和计算淤堵区泥浆的渗透系数对于预测废弃泥浆固结的情况至关重要。由于淤堵区泥浆渗透系数难以直接测量,且缺乏理论推导方法,因此提出了淤堵区渗透系数与淤堵区厚度的计算方法。为研究淤堵区的形成和验证计算方法,设计了一套试验装置进行验证,证明了该计算方法的实用性和可行性。同时,研究得出在工程现场对废弃泥浆进行真空预压时,应将真空度控制在90 kPa以下,并且在60~80 kPa之间,真空度越低,淤堵区的形成越慢。提出了淤堵区渗透系数计算方法,可用于预测真空预压过程中淤泥的固结程度。

关键词：废弃泥浆真空预压淤堵区渗透系数计算方法