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温度对PVA/ECC动态压缩性能影响

复合材料学报 2023年第1期40卷 355-368页

作者：刘泽军王昌野李艳张文彬河南理工大学土木工程学院焦作454003

为研究不同温度、不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量和不同应变率对高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA/ECC)动态压缩性能的影响,采用直径50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB),对高温浸水冷却后的PVA/ECC进行了冲击压缩试验,结果表明:当温度≥250... 详细信息

为研究不同温度、不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量和不同应变率对高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA/ECC)动态压缩性能的影响,采用直径50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB),对高温浸水冷却后的PVA/ECC进行了冲击压缩试验,结果表明:当温度≥250℃,PVA/ECC试件冲击破坏后的整体性变差,应力-应变曲线更趋于扁平,其动态峰值应变提高不明显但动态峰值应力、冲击韧度显著降低,且高温对较大纤维体积掺量PVA/ECC动态峰值应力、冲击韧度的劣化效应更明显;温度≤150℃时,增大PVA纤维体积掺量,PVA/ECC动态峰值应力、峰值应变和冲击韧度均明显提高,但当温度≥250℃时,增大PVA纤维体积掺量,PVA/ECC动态峰值应变增大,而冲击韧度的提高幅度显著降低且动态峰值应力下降;高温水冷后的PVA/ECC仍具有明显的应变率效应,但温度≥150℃后,其抗压强度的应变率敏感性有所降低。

关键词：高延性纤维增强水泥基复合材料聚乙烯醇分离式霍普金森压杆(SHPB) 温度动态压缩性能

ECC桥面板中栓钉抗剪性能试验研究与数值分析

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西南交通大学学报 2023年

作者：刘益铭张清华卜一之青岛理工大学土木工程学院西南交通大学土木工程学院

为研究栓钉在纤维增强水泥基复合材料（engineered cementitious composites， ECC）中的抗剪性能，开展了模型试验研究与有限元数值分析。基于推出模型试验，明确了ECC中栓钉的破坏模式，随后通过参数化有限元数值分析，进一步阐明栓... 详细信息

为研究栓钉在纤维增强水泥基复合材料（engineered cementitious composites， ECC）中的抗剪性能，开展了模型试验研究与有限元数值分析。基于推出模型试验，明确了ECC中栓钉的破坏模式，随后通过参数化有限元数值分析，进一步阐明栓钉直径、栓钉长径比、栓钉抗拉强度、ECC抗压强度对连接件抗剪性能及其失效模式的影响规律，并在上述研究的基础上，建立适用于ECC中栓钉抗剪承载力的计算方法。研究表明：ECC中栓钉的抗剪强度与推出模型的失效模式紧密相关，当推出模型的破坏模式表现为ECC压溃时，连接件的抗剪强度取决于ECC的抗压性能；当推出模型的破坏模式表现为栓钉剪断时，连接件的抗剪强度取决于栓钉的抗拉强度与ECC的抗压性能；提高ECC的抗压强度与减小栓钉长径比均有利于提升连接件的抗剪刚度，然而栓钉的抗拉强度对连接件的抗剪刚度影响较小；当栓钉长径比小于4.6时，栓钉抗剪强度随长径比的减小有所降低，建议采用长径比大于4.6的栓钉作为钢梁与ECC桥面板的剪力连接件。

关键词：桥梁工程栓钉推出试验抗剪性能纤维增强水泥基复合材料

基于WPT-SVD和GA-BPNN的混凝土结构损伤识别

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浙江大学学报（工学版） 2023年第1期57卷 100-110,132页

作者：戴理朝曹威易善昌王磊长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

针对基于压电波动法检测混凝土结构损伤离散性大的问题,提出基于小波包-奇异值分解(WPT-SVD)和遗传算法优化的BP神经网络(GA-BPNN)模型的损伤识别方法.该方法深度挖掘结构开裂损伤信号时频域变化特征,构建信号特征与损伤的对应关系,可... 详细信息

针对基于压电波动法检测混凝土结构损伤离散性大的问题,提出基于小波包-奇异值分解(WPT-SVD)和遗传算法优化的BP神经网络(GA-BPNN)模型的损伤识别方法.该方法深度挖掘结构开裂损伤信号时频域变化特征,构建信号特征与损伤的对应关系,可以有效地识别结构损伤位置和程度.在混凝土结构表面粘贴压电传感器测得损伤信号,对损伤信号进行WPT分解,以获得多维时频矩阵.采用SVD对不同损伤状态下的时频矩阵进行降维,构建具有较高损伤敏感性的特征向量.建立具有自适应学习能力的GA-BPNN,实现结构的损伤识别.试验验证表明,压电信号奇异值可以作为损伤特征参量,主要频段的奇异值随着损伤的发展而下降,归一化奇异值向量距与损伤情况呈现3阶段对应关系. GA-BPNN较BPNN能够更好地表征信号特征与损伤间的关联性,识别结果更加稳定且精确度高,结构损伤位置和程度的识别精确度分别达到95.19%和94.47%.

关键词：混凝土结构损伤识别压电波动法奇异值分解神经网络

基于AO算法优化VMD参数联合小波阈值的桥梁信号去噪方法

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中国公路学报 2023年第7期36卷 158-168页

作者：蒋田勇喻晨宇黄可赵杰王磊长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

当桥梁进行状态评估和健康监测时,所获得的桥梁信号易受外部环境的干扰,难以反映桥梁结构的真实响应。针对桥梁信号夹杂环境噪声等问题,提出了基于联合天鹰算法(Aquila Optimizer, AO)、变分模态分解(Variational Mode Decomposition, V... 详细信息

当桥梁进行状态评估和健康监测时,所获得的桥梁信号易受外部环境的干扰,难以反映桥梁结构的真实响应。针对桥梁信号夹杂环境噪声等问题,提出了基于联合天鹰算法(Aquila Optimizer, AO)、变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)和小波阈值的去噪方法。该方法首先利用AO算法优化VMD的参数,然后用VMD对含噪声的信号进行自适应分解,再去除方差贡献率较小的模态,最后对剩余的模态进行小波阈值去噪处理,重构信号得到去噪后的真实信号。对模拟信号和桥梁动应变的实测信号分别进行分析,结果表明:基于AO算法优化VMD参数联合小波阈值的去噪方法能有效滤除噪声信号,且去噪效果优于单一的小波阈值去噪、EMD联合小波阈值去噪以及EEMD联合小波阈值去噪等常用的去噪方法,研究成果可为桥梁信号的去噪处理提供有意义的参考。

关键词：桥梁工程健康监测天鹰算法桥梁信号变分模态分解小波阈值去噪

钢框架内嵌角部圆弧缺口AAC砌体填充墙滞回性能研究

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建筑科学与工程学报 2022年第1期39卷 77-86页

作者：郁有升郭亚楠青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033

基于在填充墙的角部设置缺口可弱化拉(压)力带的原理,设计了一系列钢框架内嵌角部圆弧缺口填充墙试件,包括1个纯钢框架、1个无缺口蒸压轻质加气混凝土(AAC)砌体填充墙钢框架和9个带不同尺寸圆弧缺口的AAC砌体填充墙钢框架,采用ABAQUS软... 详细信息

基于在填充墙的角部设置缺口可弱化拉(压)力带的原理,设计了一系列钢框架内嵌角部圆弧缺口填充墙试件,包括1个纯钢框架、1个无缺口蒸压轻质加气混凝土(AAC)砌体填充墙钢框架和9个带不同尺寸圆弧缺口的AAC砌体填充墙钢框架,采用ABAQUS软件对各试件进行了有限元模拟分析。研究了填充墙角部设置的圆弧缺口构造对钢框架滞回性能、承载能力、延性、刚度退化、强度退化及耗能能力的影响。结果表明:填充墙角部设置的圆弧缺口构造可以削弱AAC砌体填充墙对钢框架承载能力的贡献,有效延缓墙体破坏,降低墙体对钢框架的附加刚度,延缓AAC砌体填充墙钢框架的刚度退化速率;填充墙角部设置的圆弧缺口构造还能改变AAC砌体填充墙的破坏模式;根据有限元分析结果,建议圆弧缺口的弧长为πl/2,圆弧半径l为AAC砌体填充墙高度的1/10~1/7。

关键词：蒸压轻质加气混凝土填充墙钢框架相互作用角部圆弧缺口滞回性能

基于改进PF算法的锈蚀RC结构抗弯承载力预测方法

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工程力学 2023年第9期40卷 108-116,189页

作者：戴理朝梁紫璋胡卓王磊长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为提高锈蚀钢筋混凝土(RC)结构抗弯承载力评估精度,该文综合考虑锈蚀RC结构几何尺寸、钢筋截面积及力学性能、混凝土强度、粘结性能等因素,提出了基于改进粒子滤波(PF)算法的抗弯承载力模型参数更新及预测方法。通过生成大量的粒子以表... 详细信息

为提高锈蚀钢筋混凝土(RC)结构抗弯承载力评估精度,该文综合考虑锈蚀RC结构几何尺寸、钢筋截面积及力学性能、混凝土强度、粘结性能等因素,提出了基于改进粒子滤波(PF)算法的抗弯承载力模型参数更新及预测方法。通过生成大量的粒子以表征承载力退化过程中模型参数的不确定性,从选择不同建议密度函数的角度改进PF算法以解决传统PF算法中粒子退化的问题,分别采用PF、扩展粒子滤波(EPF)、无迹粒子滤波(UPF)算法对模型参数进行估计与更新,实现了锈蚀RC结构抗弯承载力的有效预测。结果表明:随着钢筋锈蚀率的增加,RC结构的抗弯承载力逐渐降低。基于改进PF算法的锈蚀RC结构抗弯承载力预测方法因考虑了模型参数更新使得预测结果更接近试验数据。基于EKF和UKF的改进PF算法可有效抑制粒子退化,其预测精度较PF算法更高;锈蚀RC结构抗弯承载力预测精度随着训练数据及粒子数的增加而提高。

关键词： RC结构锈蚀抗弯承载力扩展粒子滤波算法无迹粒子滤波算法

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承压型组合剪力键剪切性能试验与承载力计算

工程力学 2023年第11期40卷 120-129页

作者：马亚飞周彪王磊张建仁长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

针对抗剪需求较大的钢-混凝土组合结构,改进了一种带横向焊钉的承压型组合剪力键。设计并开展了10个承压型组合剪力键和1个非承压型组合剪力键单调推出试验,明确了混凝土端部承压、混凝土强度、肋板厚度、肋板孔径和焊钉直径对承压型组... 详细信息

针对抗剪需求较大的钢-混凝土组合结构,改进了一种带横向焊钉的承压型组合剪力键。设计并开展了10个承压型组合剪力键和1个非承压型组合剪力键单调推出试验,明确了混凝土端部承压、混凝土强度、肋板厚度、肋板孔径和焊钉直径对承压型组合剪力键失效模式和破坏过程的影响。建立了承压型组合剪力键有限元模型,在结合试验验证仿真模型可靠性的基础上,进一步揭示了承压型组合剪力键受力机理。以试验变量为基础,建立并分析了108个承压型组合剪力键有限元模型,推导了承压型组合剪力键极限承载力与各参数变量之间的线性关系,对极限承载力分析结果进行多元线性回归提出了承压型组合剪力键极限承载力计算模型。结果表明:承压型组合剪力键混凝土板失效模式为大面积竖向裂缝和端部裂缝,内表面形成由焊钉高度附近向下延伸的斜主裂缝,非承压型组合剪力键混凝土板无明显端部裂缝,承压型组合剪力键极限承载力约为非承压型组合剪力键的1.4倍;与肋板孔径和焊钉直径相比,承压型组合剪力键极限承载力对混凝土强度和肋板厚度更为敏感。该研究提出的承压型组合剪力键极限承载力计算公式物理意义明确,计算值与仿真和试验结果吻合较好,可为组合剪力键设计和工程应用提供参考。

关键词：钢混组合梁组合剪力键推出试验极限承载力剪切机理

基于WOA-GRNN代理模型的Π形截面梁风嘴气动外形优化

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中国公路学报 2023年第8期36卷 76-86页

作者：刘汉云陈柏翔韩艳胡朋蔡春声王力东长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

Π形截面大跨度桥梁极易发生涡激振动,工程中常通过增设风嘴进行抑振,然而风嘴参数选择及抑振效果高度依赖经验或枚举试算,效率低下。为此,基于WOA-GRNN代理模型对Π形截面梁在多参数设计空间内的气动外形优化问题进行了研究。首先,选... 详细信息

Π形截面大跨度桥梁极易发生涡激振动,工程中常通过增设风嘴进行抑振,然而风嘴参数选择及抑振效果高度依赖经验或枚举试算,效率低下。为此,基于WOA-GRNN代理模型对Π形截面梁在多参数设计空间内的气动外形优化问题进行了研究。首先,选取风嘴长度、纵深和风攻角,构成多参数设计空间;其次,采用最优拉丁超立方抽样和Sculptor?网格变形驱动技术获取设计空间初始代表点集及其高质量计算网格,通过CFD数值模拟获得训练数据池;然后,建立风嘴设计参数和桥梁涡振响应的WOA-GRNN代理模型,通过数据池训练模型;接着,以某典型Π形截面大跨桥梁为工程背景,利用训练后WOA-GRNN代理模型预测多参数设计空间内的桥梁涡振响应面,通过自适应差分进化算法全域寻优,获得了最优设计参数及涡振响应值;最后,通过风洞试验结果对比验证了所提方法的正确性。研究结果表明:WOA-GRNN代理模型可显著提高桥梁气动外形优化效率;对案例Π形截面梁,最优风嘴气动外形#1的竖弯涡振响应相较于原型断面降低99%,抑振效果极佳。研究成果可为今后同类型Π形截面梁的涡振控制、气动外形优化以及相关研究提供重要参考。

关键词：桥梁工程气动外形优化代理模型风嘴 Π形截面梁涡激振动

海底隧道平纵线形对驾驶人视觉特征及车速的影响

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交通信息与安全 2023年第2期41卷 50-58页

作者：潘福全杨敬洲张丽霞李炜聪杨晓霞邴其春青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520

海底隧道平纵线形组合方式复杂多样,容易导致驾驶人产生分心、疲劳等不良反应。为此,采集了30名驾驶人的实车数据,量化分析了海底隧道平纵线形对驾驶人视觉特征及车速的影响。运用Facelab眼动仪、GPS X10车载坡度计、行车记录仪等设备... 详细信息

海底隧道平纵线形组合方式复杂多样,容易导致驾驶人产生分心、疲劳等不良反应。为此,采集了30名驾驶人的实车数据,量化分析了海底隧道平纵线形对驾驶人视觉特征及车速的影响。运用Facelab眼动仪、GPS X10车载坡度计、行车记录仪等设备采集眨眼频率、单位时间内人眼闭合时间所占比例(percentage of eye closure over the pupil per unit time,PERCLOS)、隧道坡度、车速等数据。利用偏相关性分析得出海底隧道坡度、曲率与驾驶人眨眼频率、PERCLOS、车速的相关性及显著性,采用Ploy 2D非线性曲面拟合方法,分别建立眨眼频率、PERCLOS、车速与坡度-曲率的数学模型,量化分析眨眼频率、PERCLOS及车速与海底隧道平纵线形之间的关系,进而反映出海底隧道不同平纵线形组合对驾驶人的精神状态及行车状态的影响。结果表明:坡度1.3%和圆曲线半径4348 m的海底隧道平纵线形组合方式下,驾驶人的眨眼频率最大,精神最放松,适当增加上坡坡度值、减小圆曲线半径可以提高驾驶人的紧张感;坡度3.05%和圆曲线半径3521 m的海底隧道平纵线形组合方式下,驾驶人的PERCLOS最大,疲劳程度最高,适当增加下坡坡度值、减小圆曲线半径可以缓解驾驶人的疲劳;坡度1.78%和圆曲线半径2433 m的海底隧道平纵线形组合方式下,车速最快,适当增加上坡坡度值和圆曲线半径,可以降低车速。本文构建的视觉特征及车速模型,可以反映驾驶人的精神及行车状态随平纵线形的变化,为海底隧道平纵线形安全设计与运营管理提供理论支撑。

关键词：交通安全海底隧道平纵线形 Ploy 2D建模视觉特征车速