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2021年  第51卷  第10期

预应力结构的研究与应用
索穹顶主动索的张拉影响系数
秦卫红, 王书良, 惠卓, 解鹏, 李云杰
2021, 51(10): 1-8. doi: 10.13204/j.gyjzG21042502
摘要:
碳纤维材料具有轻质高强、耐腐蚀及高耐久性方面的优点,碳纤维索穹顶结构可实现比钢索穹顶结构更大的跨度。索穹顶的预应力水平对结构受力和刚度的影响非常显著,因此需确保张拉完成后构件有效预应力的建立。提出了用于计算索穹顶结构主动索张拉值的张拉影响系数,分别从变形协调条件和虚功原理两个角度推导了索穹顶结构张拉影响系数的表达式,并利用碳纤维索穹顶模型试验及有限元分析对该张拉影响系数的准确性加以验证。此外,对3种张拉方案下预应力发展规律及节点的竖向位移进行了分析和探讨,进而建议了主动索的选取原则。
带铝肋先张预应力复材筋混凝土梁的长期刚度
孙瑜, 王强, 童翊轩, 朱虹
2021, 51(10): 9-13. doi: 10.13204/j.gyjzG21042510
摘要:
长期黏结性能退化会导致复材筋与混凝土之间的不可控滑移问题,附加铝肋是提高黏结性能的有效方式。为研究铝肋对抑制预应力复材筋混凝土梁长期刚度退化的作用,设计制作了6个试件,依次开展了短期和长期加载试验。通过对比梁端部无铝肋的试件,综合研究了铝肋对长期挠度、复材筋滑移和裂缝发展的影响规律。结果表明:附加铝肋能够显著抑制构件长期挠度的发展,使预应力复材筋混凝土梁保持良好的长期性能;设置了短铝肋(SA)和长铝肋(LA)的试件,相较于无铝肋试件,最大滑移分别减少了81.3%和86.7%,筋材滑移得到有效抑制;无铝肋试件近固定端裂缝宽度增加了323.53%,远大于有铝肋试件,附加铝肋对剪跨区混凝土裂缝发展的抑制效果明显。
预应力桁架式钢骨混凝土梁抗剪承载力试验研究
刘嘉琪, 曹大富, 王琨, 周雁玲, 董政
2021, 51(10): 14-20. doi: 10.13204/j.gyjzG21051308
摘要:
为研究预应力、剪跨比及竖腹杆间距对新型预应力桁架式钢骨混凝土梁抗剪性能的影响,设计制作了5根预应力桁架式钢骨混凝土混凝土梁和1根非预应力桁架式钢骨混凝土梁进行静力抗剪性能试验,研究试件的开裂荷载、极限荷载及挠度变形等。试验结果表明:预应力的施加以及竖腹杆间距的减小提高了试件的抗剪承载力并且有效限制了裂缝的产生与发展,但随着剪跨比的增大试件的抗剪承载力降低。基于抗剪破坏机理以及试验数据,提出了预应力桁架式钢骨混凝土梁的抗剪承载力计算式,以供工程设计参考。
预应力混凝土双T板弯曲试验有限元分析
葛益芃, 熊学玉
2021, 51(10): 21-27,52. doi: 10.13204/j.gyjzg21061511
摘要:
为了满足预应力混凝土双T板在大跨、重载结构中的使用需求,弥补国内针对该类试件足尺试验和有限元模拟方面的缺失,对4块先张法制成的足尺试件进行弯曲试验,试件跨度分别为12,13.2 m,并采用ABAQUS有限元分析软件结合实测材料特性建模,模拟试验的全过程,并基于较好的模拟结果研究混凝土强度、预应力筋用量、板面普通钢筋用量、板肋普通钢筋用量和有效预应力大小等对抗弯性能的影响。试验和有限元分析结果表明:按我国现行JGJ 369—2016《预应力混凝土结构设计规范》中双T板有较大的安全度,试件实际的承载力高于设计承载力的1.5倍,采用实测材料特性的计算值平均低于试验值9.8%;通过ABAQUS模拟的极限承载力偏差在5%以内,钢筋应力的全过程变化较一致;受弯状态下有效预应力对开裂荷载影响最大,预应力筋面积对抗弯承载力影响最大,配置的双层钢筋网片将抗弯承载力提高11.3%。
缓黏结预应力筋拉拔试验细观数值模拟
肖启晟, 熊学玉
2021, 51(10): 28-32,39. doi: 10.13204/j.gyjzg21061507
摘要:
在结构体系的受力性能上,缓黏结预应力体系相比于有黏和无黏预应力体系的区别主要源自于筋材与混凝土之间黏结作用关系的差异。受限于观测手段,拉拔试验中主要通过黏结-滑移关系曲线判断黏结作用情况。相较于试验方法,数值模拟方法可以量化观测和提取在黏结作用过程中材料产生的损伤和断裂情况。采用修正的内聚力模型(CZM)在细观尺度上模拟了缓黏结预应力筋与混凝土的黏结作用过程,在宏观力学行为和破坏形态上得到了较好的模拟结果。通过所提取的损伤和裂缝开展数据,探讨因为材料的断裂和裂缝扩展演化所导致的非线性黏结作用行为。
大直径预应力钢绞线黏结性能试验研究
张丹萍, 秦士洪, 廖劲锋, 沙鸥, 祝年虎, 肖思伟
2021, 51(10): 33-39. doi: 10.13204/j.gyjzG21081711
摘要:
在大吨位预应力情况下,大直径预应力钢绞线较普通直径预应力钢绞线(1×7结构、公称直径15.2 mm)有着明显的优势。目前国内已有多种型号的大直径预应力钢绞线应用于工程,但对其在混凝土(先张法情况)或水泥浆中(后张法情况)的黏结性能还不明确,而黏结性能对预应力构件的裂缝和刚度控制至关重要。为此,以1×19结构、公称直径21.8 mm的大直径预应力钢绞线为对象,进行了30个试件的静力拉拔试验。通过试验及分析,获得了黏结破坏形式,探明了钢绞线直径、黏结长度及黏结方式对钢绞线黏结性能的影响,获得了钢绞线的黏结应力-滑移曲线以及相对黏结特性系数,并结合相关构件的受弯裂缝试验研究结果,认为后张法大直径预应力钢绞线的黏结性能相对普通预应力钢绞线有所降低,但对构件的正常使用性能影响不大。
附加常规摩擦阻尼器的自复位交错层积竹摇摆墙试验研究
黄明, 刘烨, 丁一, 吕清芳
2021, 51(10): 40-46,61. doi: 10.13204/j.gyjzG21042509
摘要:
对单层单跨的附加常规摩擦阻尼器(CFD)的自复位交错层积竹(CLB)摇摆墙结构进行低周反复加载试验,得到了试验墙体的损伤模式、滞回曲线及骨架曲线,并对其刚度退化问题进行了探究。试验结果表明:附加CFD的摇摆墙主体未发生较大的破坏,试件的损伤模式主要为上部连接件和预应力筋锚固垫板处竹材的碎裂。试件不设置阻尼器时滞回曲线近似呈双线性,设置阻尼器后滞回曲线呈“旗帜型”,且随着弯矩贡献比的减小,滞回曲线愈加饱满。试件在经历了二次加载后仍具有较好的强度,但其在不经过修复受到二次加载时,刚度会发生下降。
预应力空间斜拉悬吊中央钢结构施工方法及过程分析研究
黄健飞, 罗斌, 张宁远, 王召
2021, 51(10): 47-52. doi: 10.13204/j.gyjzg21042504
摘要:
预应力空间斜拉悬吊中央钢结构是大跨空间结构中的一种特殊结构形式,它主要由斜向的承重索、中部钢结构和下部的稳定索组成。中国海洋大学综合楼的斜拉船屋结构是该结构形式的典型应用,主要包括采光顶和船屋钢构件、承重索和稳定索。基于该工程实例,提出了斜拉悬吊结构的施工方法:首先通过斜向牵引承重索将中部钢结构提升至高空;然后安装和张拉配重工装索;安装采光顶和稳定索并撤除配重工装索。过程中通过调整配重工装索索力使中部钢结构保持在设计标高是关键之一。根据结构特点和施工方法,通过对承重索和关键施工工况的配重工装索的找力分析以及施工过程典型工况的分析,揭示结构响应的变化规律,达到了关键工况的预定控制目标。
城乡规划和建筑理论
基于兴趣点大数据的成都市主城区空间活力分局分析
罗铮蒸, 张樱子
2021, 51(10): 53-61. doi: 10.13204/j.gyjzG20082401
摘要:
空间活力是影响城市发展的重要因素,基于兴趣点(POI)数据,依托ArcGIS平台,从数学空间、现象数据两角度,利用层次分析、变异系数、最邻近系数、核密度分析、空间自相关分析等方法对成都市主城区的活力空间分局进行研究,总结城市活力空间的分局特征,并探讨影响因素。得出:1)成都主城区兴趣点设施的空间分布表现出明显向心性;2)各类设施在空间上的分布形态和集聚中心有所差异;3)成都市空间活力分局为“三圈层”模式;4)活力空间与人口分布、路网密度存在较强的空间正相关关系。
基于地理信息系统的崇礼冬奥风景道景观规划研究
曹胜昔, 张涛, 薛蕊, 郜鹏
2021, 51(10): 62-65. doi: 10.13204/j.gyjzG21033103
摘要:
近年来风景道在我国蓬勃发展,但是对于风景道沿线景观资源的利用提升缺乏理性分析,存在认知不足的情况。以崇礼冬奥风景道为例,基于地理信息系统(GIS)分析现状道路周边风景资源,运用层次分析法对各项景观资源要素进行评价分级,得出权重因子。根据权重叠加出的结果进行科学规划分区,确定了自行车道选线,选择了湿地驿站、森林驿站的最佳位置。
层次分析法视角下的北京老旧小区更新策略研究
李江, 沈雨
2021, 51(10): 66-73,80. doi: 10.13204/j.gyjzg20061210
摘要:
我国如今已由新城建设逐步过渡到城市更新阶段。北京市老旧小区存量巨大,进行老旧小区适应性更新改造对于完善建筑使用功能、改善人居环境、提升城市魅力等方面都具有重要意义。老旧小区更新改造过程当中,了解居民的自身切实需求、划分更新项目的建设优先次序是其中的重要环节。采用层次分析法对老旧小区更新内容进行权重计算,得到紧迫程度排序,为更新流程提供科学理论依据。并以此为基础,确定关键更新改造内容的设计思路与方法。
当代乡村博物馆现状与设计——以田汉文化园为例
吕昌, 魏春雨
2021, 51(10): 74-80. doi: 10.13204/j.gyjzg21022003
摘要:
中国的乡村博物馆是以20世纪末的生态博物馆为肇始,逐步向小型、服务型的当代乡村博物馆的方向发展。其存在意义也从针对少数民族区域的生态环境、文化遗产的全面保护转而为广大乡村地区加强文化自我认同、丰富精神生活、展现地域文化发挥积极作用。近年来,乡村博物馆建设与乡村旅游开发辅车相依,也面临相似的困境。以湖南长沙县田汉文化园为例,以戏剧化的情境空间构建的角度分析布景式的空间体验,为纠正时下符号化、图像化、拼贴式的设计乱象提供参考。
寒冷地区被动式超低能耗建筑设计辅助能耗目标值研究
吴迪, 张新炜, 付孟泽
2021, 51(10): 81-86. doi: 10.13204/j.gyjzG21060909
摘要:
目前,被动式超低能耗建筑标准适用于设计后评价,缺乏针对设计前期形体生成阶段的能耗目标值。以寒冷地区典型居住建筑为研究对象,对形体生成阶段的被动超低建筑能耗目标进行研究。通过实地调研和数据分析,建立寒冷地区被动式超低能耗居住建筑典型模型,确定影响能耗变量的取值范围,并采用正交工况设计和能耗模拟相结合的方式,推导居住建筑形体生成阶段的采暖需求目标值。提出的能耗目标值计算方法可有效控制被动式建筑能耗、辅助超低能耗建筑设计,并为其他地区以及其他建筑类型的超低能耗建筑设计理念提供理论支撑和设计参考。
工程结构和结构抗震
碳纤维增强复材布加固前后T型竖缝耗能装配式剪力墙抗震性能试验研究
张玉敏, 李祥, 庞豹, 王宇亮, 蔡占军, 何斌
2021, 51(10): 87-93,65. doi: 10.13204/j.gyjzG20092309
摘要:
为研究竖缝耗能的T型装配式剪力墙接缝及整体构件的抗震性能,对2个T型竖缝耗能剪力墙试件进行拟静力试验,直至加载到试件破坏,破坏后的试件采用碳纤维增强复材(CFRP)布加固处理后进行二次加载。剪力墙的主要变化参数为轴压比(0.1、0.3),对比分析加固前后剪力墙的承载能力、滞回性能、耗能性能及刚度退化等。研究结果表明:T型竖缝耗能剪力墙具有良好的工作性能,且CFRP加固结构能快速恢复建筑使用功能。加固前后位移延性系数均接近或大于3,试件具有良好的变形能力。阻尼器具有良好的连接和工作性能,试件整体表现出较好的耗能能力。
缀板式冷弯薄钢双肢格构柱轴压承载力研究
金路, 陈强, 田大可
2021, 51(10): 94-100. doi: 10.13204/j.gyjzG21060604
摘要:
为了满足特殊低层轻型房屋结构的大刚度和高承载要求,提出一种缀板式冷弯薄钢双肢格构柱,并对其进行轴压承载力研究。采用ABAQUS有限元软件,分析了柱二次卷边长度、腹板厚度、缀板数对薄钢格构柱轴压承载力的影响机制,得到了各工况格构柱的荷载-位移曲线、应力发展趋势及破坏模式。研究表明:相同截面的冷弯薄钢格构柱承载力随柱长增加而降低,构件破坏模式从强度破坏转向整体失稳破坏且同时伴有局部屈曲和畸变屈曲;增加板件厚度对提高冷弯薄钢格构柱轴压承载力效果明显,而二次卷边长度和缀板数对薄钢格构柱轴压承载力的影响非正增长。经对比分析,缀板式双肢薄钢格构柱在轴压作用下承载能力高、抗侧刚度好。在所研究的格构柱截面尺寸参数范围内,建议格构柱薄钢厚度取1.0~1.5 mm、缀板间距取300 mm、二次卷边长度取截面高度1/3,为构件设计提供参考。
腹板开孔冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件整体屈曲性能分析
姚行友, 程国威, 郭彦利, 周水, 杨嘉宝
2021, 51(10): 101-108,100. doi: 10.13204/j.gyjzg21081302
摘要:
采用有限元分析软件ABAQUS对腹板开孔冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件的开孔类型、开孔大小、开孔间距等参数进行分析,研究腹板开孔对构件整体屈曲性能的影响。结果表明:开孔大小对不同截面尺寸构件整体稳定影响较大;整体稳定系数φb随着圆孔直径的增大或矩形孔高度和长度的增大而降低;当孔间距大于一定限值后对整体稳定系数φb影响不大。基于腹板开孔受弯构件整体屈曲系数的有限元分析结果,提出了腹板开矩形孔和圆孔的弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件整体稳定系数修正建议式。并将整体稳定系数修正建议式的计算结果与北美规范计算结果和有限元分析结果进行对比,表明建议计算方法是精确可行的,可用于冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件整体稳定系数的计算。
带预应力套箍的避雷针法兰节点抗风性能研究
彭生江, 张广平, 王秀丽, 魏建民, 张富平, 朱中城
2021, 51(10): 109-115,121. doi: 10.13204/j.gyjzG21053120
摘要:
针对输电塔避雷针破坏问题,基于减小高强螺栓应力幅值及节点双重防护的理念提出了避雷针与输电塔结构之间的新型连接方式,即钢绞线加强法兰节点。利用有限元软件WORKBENCH建立了有限元模型,研究了钢绞线预拉力20 kN、不同风速下两种避雷针的应力与位移,分别以风速5,15,30,50 m/s为参数,分析流体对避雷针结构的压应力云图、流线矢量图、应力及位移值。并对不同荷载工况下避雷针的应力响应及位移响应与实测值进行对比。结果表明:在相同风速荷载作用下,避雷针受到流体压强相同,且避雷针与人字柱连接处应力最大;与常规的连接方式相比,新型连接方法能显著降低顶部位移,有效降低连接螺栓的应力峰值,保证避雷针安全使用,且风速越大,效果越明显。
大跨度非对称转体斜拉桥钢球铰力学性能研究
赵焕民
2021, 51(10): 116-121. doi: 10.13204/j.gyjzG20111805
摘要:
针对超大吨位非对称桥梁水平转体施工称重、配重难度大的问题,研发了一种桥梁水平转体新体系,该体系通过设置承重撑脚承担上部的不平衡力矩,其传力路径明确、受力合理、施工方便快捷,可节省超大吨位非对称桥梁称重、配重等施工工序时间和费用。采用有限元软件ABAQUS建立了该新型体系的受力分析模型,分析了竖向荷载和不平衡力矩作用下球铰和钢管混凝土撑脚的受力情况。有限元分析研究结果表明:钢管混凝土撑脚与球铰之间的荷载分配与力学概念分析基本一致,球铰摩擦矩可以抵消部分不平衡力矩;当摩擦系数由0.03增加至0.1时,摩擦矩增加,球铰竖向荷载增加2.4%,撑脚竖向荷载降低19.1%,考虑到转体的牵引力应尽量小,因此应使球铰的摩擦系数尽量小。可以采用文中提出的算式计算不平衡力矩作用下钢管混凝土撑脚承担的荷载。
无单元伽辽金法在钢框架节点耐火极限中的应用
高志华, 赵昭, 侯英杰, 柴少波
2021, 51(10): 122-126. doi: 10.13204/j.gyjzG20051211
摘要:
基于正交基函数的无单元伽辽金法,利用MATLAB编制了求解瞬态温度场和弹塑性应力场耦合的热弹塑性离散方程程序,并将其应用到钢框架中柱的受火试验非线性分析中,对钢框架受火过程的测温点的温度变化和转角随温度的变化趋势进行了研究。通过对解析结果与数值分析结果及现场实测数据的分析比较,验证了该方法的适用性和优越性,为高温下钢框架的研究提供了一种新方法。
考虑集束度影响的装配式组合梁折减刚度计算方法
罗成, 范亮, 青宇
2021, 51(10): 127-133. doi: 10.13204/j.gyjzg20100907
摘要:
为研究装配式组合梁中剪力键集束式布置时剪力键集束度(单个断面预留孔剪力键数量与全梁剪力键总量的比值)对梁体刚度的影响,开展了1片现浇组合梁和2片不同集束度的装配式组合梁的静力加载试验,测试其截面应变分布、界面滑移和跨中挠度,并分析截面刚度、挠度变化等规律。基于无剪力连接区段刚度连续渐变假定,以及等效前后无剪力连接区段面积相等原则的刚度等效简化方法,推导了无剪力连接区段等效抗弯刚度,结合弹性理论建立了装配式组合梁弹性抗弯刚度折减系数η的计算式,得到考虑集束度影响的装配式组合梁弹性折减刚度计算方法,并应用于不同加载方式下装配式组合梁跨中挠度方程。对比可知,该方程计算值与试验实测结果吻合较好,最小偏差为0.4%,最大偏差为14.8%,表明该方程计算式具有良好的精度,可以用于分析集束度对装配式集束键群组合梁刚度的影响。
部分预制装配型钢混凝土梁工程方案分析
何昌杰, 李璐, 黄虎, 李建新, 杨勇
2021, 51(10): 134-140. doi: 10.13204/j.gyjzG21020108
摘要:
结合实际工程采用部分预制装配型钢混凝土空心梁(HPSRC梁)对大型预应力混凝土叠合梁进行设计方案比选分析。基于试验研究提出了HPSRC梁截面选型计算方法,计算结果表明采用HPSRC梁可以有效减小预应力钢筋混凝土梁截面高度、减轻结构质量、简化现场施工工序。进而选取有限元分析模型对HPSRC梁两阶段施工过程进行模拟分析,其施工、使用两阶段的应力及挠度变化均满足设计要求。
钢渣处理车间落锤致振动影响及减振效果分析
徐曼, 曾滨, 许庆
2021, 51(10): 141-146. doi: 10.13204/j.gyjzg21041903
摘要:
工业炼钢厂房机械作业具有强度大、振动明显、危险性高等特点,对厂房结构安全和其园区内的工作人员的工作舒适度产生一定的影响,厂房振动不满足要求时,宜进行改造或采取减隔振措施以提高厂房的安全性和舒适性。以广东湛江宝钢厂的钢渣处理车间为研究对象,开展实地振动测试,分析落锤处理钢渣工艺对结构与周围环境振动的影响,提出减振措施并建立有限元模型分析其减振效果。结果表明:落锤产生的地面振动响应较大,在局部地区,地面振动加速度和振动计权加速度级超出了GB 50868—2013《建筑工程容许振动标准》容许值,对舒适度影响显著;厂房结构对振动的阻隔作用不明显,周围环境振动较大;采用增设软土层的方式减振效果明显,软土层厚度0.3 m时,振动幅值减小至原值的10%。
岩土及地下工程
一个基于微观界面滑移效应的纤维加筋砂土抗剪强度理论模型
冯德銮, 肖雪莉, 梁仕华
2021, 51(10): 147-156,140. doi: 10.13204/j.gyjzg20122215
摘要:
纤维加筋土是一种复杂的多相复合材料,其强度由内部多相物质的物性以及不同相物质间的耦合力学响应机制共同决定。为考虑纤维几何特征和力学特性对纤维加筋砂土抗剪强度的影响,根据砂颗粒之间以及砂颗粒与纤维之间相互作用产生的微观界面滑移效应,划分纤维加筋砂土的物质相以构造反映其内部材料特征信息的纤维加筋砂土细观胞元。基于细观胞元内部纤维与砂颗粒集合体两相材料间的微细观变形协调条件,结合可有效描述力学响应界面不连续性的应变梯度理论,导出基于细观物理机制的纤维加筋砂土强度理论模型。采用Michalowski-Cermak的纤维加筋砂土三轴固结不排水剪切试验结果对纤维加筋砂土细观胞元模型进行验证,结果表明该模型能有效地模拟和预测纤维加筋砂土的屈服强度。纤维掺入诱发其邻近砂颗粒集合体产生塑性转动梯度和摩擦界面滑移,是纤维加筋砂土纤维强化效应的细观物理机制。
平面应变条件下考虑冻融作用的原状黄土非线性变形特性研究
赵阳, 张玉, 刘瑾, 孟天一, 李宝平, 陈静茹, 平高权
2021, 51(10): 157-162. doi: 10.13204/j.gyjzg20102803
摘要:
针对平面应变条件下冻融作用后原状黄土的非线性变形问题,利用平面应变改造后的真三轴仪,对不同冻融循环次数的原状黄土进行了平面应变竖向加载试验,探究平面应变条件下冻融作用后原状黄土的偏差应力与轴向应变及轴向应变与侧向应变的关系;建立了黏聚力和内摩擦角随冻融循环次数变化的关系。依据平面应变条件下的切线关系并引入冻融循环次数,建立了切线变形模量和泊松比随应力-应变状态变化的关系。通过对平面应变条件下冻融作用后原状黄土应力-应变关系的模型计算与试验结果比较,验证了非线性模型的正确性。
黏性土中钢管桩承载力的静力触探设计方法
王磊, 俞峰, 王子郡
2021, 51(10): 163-169. doi: 10.13204/j.gyjzG20092205
摘要:
基于静力触探试验(CPT)指标的钢管桩承载力设计方法目前大多适用于砂性土。在前人工作基础上,提出了针对黏性土地基的钢管桩承载力CPT设计方法。通过引入最终土塞率指标来考虑土塞效应,并对应力折减、挤土效应、侧阻退化、桩端影响区等关键问题做优化考虑。经过与原位试桩实测数据的对比,表明该方法的预测精度比已有方法提升明显,与针对砂性土的已有设计方法合并使用,可实现天然成层土地基中钢管桩承载力的工程计算。
复材结构
纤维增强复材约束矩形混凝土轴压强度和极限压应变计算方法研究
黄新良, 陈文广, 谭佩, 徐金俊, 钱四江
2021, 51(10): 170-176. doi: 10.13204/j.gyjzG21021601
摘要:
轴压荷载下纤维增强复材(FRP)约束混凝土应力-应变本构关系可分为强化型和软化型两类约束模型,其在极限状态时所固有的轴压应力及应变构成了各自本构的参数基础,准确计算这些本构参数可为FRP约束混凝土结构的性能评估提供判别依据。通过对现有FRP约束矩形混凝土抗压强度和极限压应变经验模型的性能进行综合评价,表明已有经验模型普遍存在通用性差、预测准确性低以及离散性大等问题。针对传统预测模型的局限性,基于反向传播神经网络,分别建立了强化型和软化型FRP约束矩形混凝土抗压强度和极限压应变预测模型。研究结果表明:神经网络模型不仅能反映各类控制参数对轴压应力及应变的影响,且相比于已有经验模型,基于神经网络模型的计算值和试验值吻合更好,偏差和随机性都显著减小,保证了预测结果的准确性和稳定性。
结构安全性评定及加固
基于一维空洞卷积神经网络的结构损伤检测方法研究
李睿, 张纯
2021, 51(10): 177-183. doi: 10.13204/j.gyjzg20103011
摘要:
利用振动响应对结构损伤进行智能检测和诊断意义重大,但传统深度卷积神经网络模型在处理结构振动信号时存在模型参数多、信号细节信息损失、泛化性能不好等问题,因此提出一种基于一维空洞卷积神经网络的结构损伤检测方法。该方法所使用的神经网络模型通过空洞卷积来代替传统的卷积与池化的组合层,保持参数数量不变的情况下增大感受野;同时采用全局池化代替传统的全连接层来减少模型参数,以防止过拟合的出现,进而针对实际振动信号数据集类别不平衡的现象,通过对不同类别信号设置惩罚权重来训练代价敏感分类器,能有效提高样本不平衡情况下的结构损伤检测精度。卡塔尔大学看台缩尺模型损伤试验的验证与应用分析表明,利用该方法能够在不损失信号细节信息的情况下,从原始加速度信号中自动提取最优特征并分类,达到较高的识别准确率和分类成功率,以用于实时损伤检测。
基于差异进化-高斯算法的隧道施工极限位移预测研究
詹涛
2021, 51(10): 184-188,133. doi: 10.13204/j.gyjzG20081201
摘要:
针对数值模拟隧道开挖过程中极限位移的求解参数众多、难以获取且计算耗时长的问题,将高斯算法(GP)与差异进化算法(DE)相结合,选用DE算法取代共轭梯度法实现了在训练过程中对GP超参数的选取,解决了共轭梯度法对初始值过于依赖且容易陷于局部最优的问题,提高了GP泛化性能,构建了用于隧道开挖过程极限位移预测的DE-GP方法,简化了隧道极限位移计算求解过程。以某公路隧道作为分析对象,预测分析隧道开挖时的极限位移。结果显示:DE-GP算法的泛化性能优于GP算法和最小二乘支持向量机算法(LSSVM);极限位移的预测结果与数值计算结果比较接近,预测精度较高,提高了计算速度,为隧道极限位移的预测提供了更加高效的求解途径。
钢管混凝土密实度超声波层析成像无损检测研究
刘杨, 邵志伟, 张慧杰, 赵伟涛, 张雷, 查晓雄
2021, 51(10): 189-200. doi: 10.13204/j.gyjzG21020313
摘要:
为研究超声波层析成像技术对钢管混凝土密实度无损检测的有效性,分别从理论研究、有限元模拟和试验测试三个方面对钢管内混凝土缺陷的位置和大小进行了定性分析及定量判别。研究结果表明:钢管内混凝土存在缺陷时,声波传播路径会发生变化;以低于截面声速平均值百分比的定量计算方法可作为混凝土的判缺指标;有限元软件ABAQUS能够直观地反映声波传播方式,得出了与理论一致的最短路径传播方式;在试验测试中,超声波层析成像技术能完成对预设缺陷的识别。理论计算、有限元模拟及试验测试均表明,对于超声波层析成像技术,截面声速平均值随着缺陷体增大而降低,截面声速最低值随着缺陷体增大而降低。
基于物联网的既有建筑全生命周期安全运维服务系统关键技术研究
焦柯, 赖鸿立, 彭子祥, 杨新, 袁辉, 王建强
2021, 51(10): 201-210,8. doi: 10.13204/j.gyjzg20111504
摘要:
针对不同年代、不同类型的建筑物进行不同种类的实时监测和定期“体检”,有助于发现安全隐患,避免事故,达到提前预警,及时维护的目的,有助于提高建筑物的耐久性,有利于绿色发展和保护人民生命财产安全。提出了房屋全生命周期管理模式,探讨了基于物联网的建筑安全运维服务系统架构、运行模式、服务内容等,明确了基于物联网的建筑安全运维服务系统的各项子系统及其相应的功能,研发了微信服务号“建筑安全卫士”、基于物联网的大数据采集监测平台、建筑安全评估系统以及安全预警及辅助决策系统,简要介绍了贝叶斯网络、深度神经网络等多种先进算法在建筑安全评估中的应用以及基于物联网的自动化健康监测平台的关键技术,使得该系统能为各类用户提供各种实时服务和专业服务,完成建筑安全运维服务的目标,推动建立建筑物安全保障管理体系,助力智慧城镇建设,以有效的监测评估和安全运维管理形成城市发展的全周期闭环。
工程实录
考虑地下管廊影响的结构地震响应分析与工程改进措施研究
杨科, 张文瀚, 黄懿
2021, 51(10): 211-216,162. doi: 10.13204/j.gyjzg20111403
摘要:
城市地下管廊在修建后常常对上部的地面既有建筑在地震作用下的响应产生不利影响,在水平地震工况下,上部结构的不利影响相对无地下管廊影响的情况将被放大,甚至可能超出上部结构的正常使用范围。以某实际工程为背景,通过现行GB/T 51336—2018《地下结构抗震设计标准》建议的非线性时程分析方法分析上部建筑在地下管廊施工前后的地震响应,得到了管廊施工前后上部结构的地震响应差异并通过计算结果来分析产生差异的原因。通过模拟管廊周围地层注浆加固和调整管廊结构截面设计方法后的上部结构地震动响应,得出改善既有高层建筑地震动响应为目标的地下管廊施工控制措施。在实际工程完工后,现场提取加固前、后的土样进行了室内动三轴试验,得到的试验结果进一步佐证了注浆加固土体对地基土动力特性的改善效果及对上部结构地震响应的控制作用。
海外科技交流
“欧洲工业遗产之路”模式下京津冀区域工业遗产旅游开发研究
刘歆, 吕博学, 邢文路
2021, 51(10): 217-224. doi: 10.13204/j.gyjzG20083002
摘要:
欧洲工业遗产之路(ERIH)作为世界上最成功的工业遗产区域旅游路线之一,其模式对京津冀地区工业遗产旅游开发具有重要的借鉴意义。通过整理欧洲工业遗产之路的主要构成部分,总结其成功的经验,分析该模式在京津冀地区的可行性和意义。结合该模式和京津冀地区工业遗产旅游的具体情况,提出了京津冀工业遗产之路营构的具体设想和建议。
观点评论
中国建筑学会工业建筑分会第十三届学术年会:人物专访 赵永勃
赵永勃, 李子珺
2021, 51(10): 225-227.
摘要:
随着经济社会的全面发展,及人工智能、大数据、互联网+等信息技术的进一步加速,工业建筑不断成长进步并迎来了新的发展与变化。由重机器、重功能、重工艺向更加注重工业建筑人文的体现,新技术、新材料和绿色的运用,及由单一功能向复合功能转变、系统化工艺设计、多要素集合、智能化和数字化集约的方向发展。在国家倡导存量发展的理念下,伴随着高科技时代孕育而生的新兴产业,传统工业建筑如何在“十四五”期间及未来,在内外部产业环境接受全新挑战,构建创新驱动、协同发展的现代产业体系的背景下,开辟“新工业建筑”的发展征程是值得探讨的课题。本刊以“中国建筑学会工业建筑分会第十三届学术年会”为契机,邀请了多位建筑设计界的专家学者以“新工业建筑”为主题开展专访,回顾工业建筑的发展历程,及其为国民经济发展做出的重要贡献,展望新材料、新技术及双碳战略等带给工业建筑的新挑战和新机遇,共同探讨新时代下新工业建筑的设计实践与发展,以飨读者。此次专访由“知播.云上星光”策划组织。“知播·云上星光”是《工业建筑》杂志社为读者精心打造的知识创新服务项目,分享国内国际建筑科学与环境科学领域的学术前沿、应用进展及行业资讯。