建筑基本周期多因素机器学习预测模型

建筑物基本周期是其最重要的动力特性参数,影响因素众多。受限于曲线拟合的传统建模手段,目前的基本周期预测模型表达式中仅能包含高度或层数等单一因素,而忽略其他因素的影响。数据驱动机器学习方法的出现,为建筑周期多因素预测模型的建立提供了新思路。研究从大量文献中收集整理了2561条建筑周期的实测数据,形成了包含建筑高度、层数、材料、功能、地区等多因素的建筑周期实测数据库。建立了具有自学习能力的建筑基本周期多因素机器学习预测模型,避免了一般机器学习模型中繁琐的参数调节过程,提升模型的鲁棒性和适用性。与传统模型结果的对比表明:所提预测模型的适用结构类型范围广、准确性更高,配合云端服务器可形成一种全新的、开放式自学习的建筑周期预测模式。

部分埋入式箱形型钢再生混凝土梁受弯性能分析

根据工程实践,提出了部分埋入式箱形型钢再生混凝土梁(Partially Embedded Box Section Reinforced Recycled aggregate Concrete Beam,PEBRRCB),利用ABAQUS软件建立部分埋入式箱形型钢再生混凝土梁的有限元受弯性能模型,研究其正截面受弯性能,并考虑再生粗骨料取代率、箱形型钢埋置深度、再生混凝土强度和箱形型钢强度对梁受弯性能的影响规律,建立了部分埋入式箱形型钢再生混凝土梁的正截面受弯承载力计算方法。研究结果表明:取代率和混凝土强度的变化对梁的抗弯承载力和刚度的影响较小,但对延性有一定影响;型钢埋置深度和型钢强度的变化对梁的抗弯承载力、刚度和延性都有较明显影响;提出的计算公式可以准确计算部分埋入式箱形型钢再生混凝土梁的正截面受弯承载力。

型钢混凝土T形截面剪力墙基于性能的变形限值研究

为更好地评估T形截面型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)剪力墙变形性能,采用ABAQUS有限元软件对按照规范设计的324个T形截面SRC剪力墙构件的破坏形态和变形性能进行研究,根据收集的试验数据分析构件的破坏形态,提出T形截面SRC剪力墙的破坏形态划分准则;以构件的各材料应变极限值为准则来判别构件的性能状态,考虑轴压比、剪跨比、弯剪比、腹板暗柱配钢率、暗柱纵筋配筋率及箍筋暗柱特征值对构件变形性能的影响。对不同性能状态变形限值和参数进行线性回归分析,得到不同破坏类型下各性能状态位移角限值计算式;按规范ASCE 41修正各性能状态变形限值的失效概率,得到具有15%、20%、35%失效概率保证的各性能状态变形限值取值表。研究表明:剪跨比、轴压比对构件各性能状态位移角限值影响较大,暗柱腹板配钢率、纵筋配筋率及箍筋特征值对构件位移角限值影响相对较小,但能提高其延性。按规范ASCE 41修正后的位移角限值取值较为合理且有一定的安全储备。为T形截面SRC剪力墙基于性能的抗震设计与性能评估提供参考。

共旋梁单元几何非线性分析的子结构方法

采用有限元方法分析结构的非线性行为必须进行多次迭代求解,因此在保证非线性计算精度的同时提高其计算效率是关键。该文以内含2个平面梁单元的子结构为例,建立一种平面梁结构基于共旋法与子结构的几何非线性分析方法。共旋法具有将刚体位移从结构的大位移中扣除而得到准确的小变形的特点,子结构法则能将内部节点的自由度凝聚到边界节点从而大大减少结构非线性平衡方程组的阶数,该文将两者结合并利用有较好的通过荷载和位移极限点功能的修正弧长法编制了计算程序,对荷载-位移曲线具有“位移跳跃”或“荷载跌落”显著特征的数个算例进行分析,与已有文献的结果对比验证了方法及程序的正确性。

锈蚀RC柱水平抗力的机器学习预测及参数敏感性分析

为实现地震作用下破坏模式未知锈蚀RC柱的水平抗力快速预测,基于机器学习(ML)方法对锈蚀矩形RC柱的剩余水平抗力开展研究。首先,确定ML模型的输入参数,建立锈蚀矩形RC柱数据集,并对输入参数之间的相关性进行分析;然后,选择6种代表性ML算法(SVM、KNN、ANN、CNN、RF和CatBoost),搭建锈蚀RC柱的水平抗力ML模型,并采用网格搜索或试错法对模型的超参数进行优化,基于5折-交叉验证确定了ML模型的最优超参数;最后,根据4个常用的回归评估指标(E_(MA)、E_(RMS)、E_(MAP)和R^(2))与测试集,对6种ML模型的预测精度进行评估,并基于性能优异的ML模型开展了输入参数重要性排序以及参数敏感性分析。结果表明:神经网络模型的预测性能普遍优于集成类或其他单一类模型,其中ANN模型的预测效果最佳,其预测值与试验值之比的均值和标准差分别为1.01和0.14;剪跨比对锈蚀矩形RC柱的水平抗力影响最大且较为显著,重要性占比可高达35%;矩形RC柱的水平抗力随着剪跨比、箍筋间距与截面有效高度比以及钢筋锈蚀率的增加呈减小趋势,而随着轴压比的增加呈先增大后趋于稳定或减小趋势。

传统民居木结构柱-插梁透榫插销节点抗震性能试验研究

以传统民居柱-插梁透榫插销榫卯节点为研究对象,结合节点拟静力试验和透榫插销单元剪切试验,分析节点刚度、承载能力、耗能、转动中心的非对称性及其形成机制,讨论不同加载模式对透榫插销单元抗剪性能的影响,进一步推导节点转动刚度和内应力屈服次序.结果表明:透榫插销节点正、负向转动屈服模式分别为插销连接处剪切屈服和榫头上下表面横纹嵌压屈服,对应转动初始刚度和屈服弯矩差异达3倍以上,主要受梁端对柱挤压和木销拉结作用影响;节点屈服后,木销连接处残余变形导致节点拉向转动时拔榫难以复位,梁端与柱表面脱离,仅通过榫头上下表面挤压摩擦产生抵抗弯矩;拉向、拉压循环加载模式下,透榫插销单元失效模式为插销处剪切和弯曲断裂;初始剪切刚度和屈服荷载均高于单调加载,但极限位移仅为单调加载的56%和78%,因插销连接失效对应整体节点极限转角为0.08~0.11 rad.通过分别推导榫头-卯口挤压内力和梁端-柱拉、压内力形成的弯矩,叠加获得节点弯矩-转角关系与试验值吻合良好.

双向加载下不同因素对H型钢构件板壳节段损伤域长度的影响

为研究双向加载条件下,轴压比、长细比、腹板高厚和翼缘宽厚比4个主要参数对H型钢构件损伤域长度的影响,利用有限元软件ABAQUS建立板壳模型进行有限元分析,并给出了双向加载下板壳节段损伤域长度的计算公式。分析结果表明:双向加载更加符合实际情况,所得损伤域长度偏大,提高了板壳节段取值的准确性;在一定区域内,损伤域长度与轴压比和腹板高厚比呈正相关,且增长幅度可达初始值的1倍以上,与翼缘宽厚比呈负相关,最大降幅可达50%以上。当长细比小于临界值时,两者呈负相关,最大降幅达34.28%;反之,两者呈正相关,最大增幅达58.26%。

不同去柱工况下多层钢框架结构抗连续倒塌机理研究

为探究不同去柱工况对多层钢框架结构抗连续倒塌性能影响,分别对中柱失效和角柱失效工况的2层2跨钢框架梁-柱子结构进行Pushdown加载试验,研究其在倒塌过程中的抗力曲线和破坏模式。试验结果表明:中柱失效下钢框架主要依靠弯曲机制和悬链线机制抵抗外加荷载,且悬链线机制具有一定的滞后性;而角柱失效下钢框架主要依靠弯曲机制抵抗倒塌,且由于空腹效应的存在,可以有效提高结构的抗倒塌承载力。随后通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对所研究试件进行数值模拟,并对现实场景中可能出现的6种去柱工况分别进行抗连续倒塌分析。通过对比6种去柱工况钢框架结构的抗力曲线和抗倒塌风险可知:不同去柱工况下的钢框架结构水平约束条件不同,从而空腹效应发展也不尽相同;考虑空腹效应并考虑单位面积结构的承载力时,邻角柱失效与邻边柱失效工况下的钢框架结构具有较高的倒塌风险。

基于长短期记忆网络的FRP约束混凝土圆柱循环轴压应力-应变预测模型

纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)已被广泛应用于既有混凝土结构的加固改造和新建结构中。FRP约束混凝土柱在地震作用下通常会受到轴压的往复循环作用,研究FRP约束混凝土在循环轴压作用下的应力-应变特性对于FRP在实际工程中的应用具有重要意义。该文提出了一种用于建模循环轴压下FRP约束混凝土柱应力-应变特性的神经网络预测模型,该模型采用长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)单元对循环应力-应变曲线中的滞回特性进行建模,构件的物理参数被有效地集成在网络的输入中。该模型能以端到端的方式进行高效的训练且不依赖任何专家经验。制作了一个包含166个FRP约束普通混凝土柱的循环轴压数据库,在该数据库上对模型的准确性和鲁棒性进行了充分的评估,结果表明测试集平均预测误差仅为0.32 MPa。此外,对网络结构和超参数的影响进行了详细的讨论,结果表明该模型具有出色的预测性能。

基于BIM+5G的超高层建筑健康监测实践研究

为解决健康监测系统在超高层建筑施工中的应用问题,论文以招商局太子湾大厦项目为例,根据现场实际需求与经典工程案例相结合,利用BIM+5G技术,以BIM建模技术和5G为核心,将设备与物联网、大数据等信息技术相结合,对健康监测系统的监测方法、监测周期、监测预警、观测点保护等进行详细叙述,通过科学的监测方法和合理的人员管理,有效把控健康检测的全过程,减少现场结构技术问题及其他不确定性因素。

渗流条件下圆锥形冻结壁温度场数值分析

为得到盾构隧道端头圆锥形冻结壁加固结构在渗流条件下的温度场的变化规律,文中运用COMSOL有限元数值模拟软件建立三维瞬态水热耦合模型,通过设置模型两侧边界水头差和2条观测路径对圆锥形冻结壁的发展、封闭性等变化情况进行研究,结果表明越靠近圆锥形锥部区域的冻结壁厚度越小,且随着水头差的增大,冻结壁朝渗流方向偏移程度越大,整体冻结壁厚度减小;路径1中最接近冻结管的5#点在冻结8d冻结壁交圈,其他点越靠近冻结管降温越快;路径2中靠近圆锥形锥部的6#点与底部的10#点在冻结20d前后降温速率出现较大变化,所得结果可为类似冻结工程设计提供参考。

铰接支撑双重抗侧框架及其弹塑性抗侧性能研究

基于现有分层装配柔性支撑框架,提出改进的铰接支撑双重抗震改进型轻钢框架体系.外墙转角或边墙处采用贯通式边柱,结构内部采用柱分层、梁贯通式结构设计.内部分层立柱之间设置柔性交叉支撑提供结构的初始抗侧刚度,贯通式边柱与水平贯通梁刚性或半刚性连接形成外围框架,提供后继抗侧储备并形成第2道抗侧防线.采用理论分析方法得到改进型框架梁、柱、支撑等构件初步设计方法,并基于Pushover分析改进型框架弹塑性抗侧承载性能和关键结构参数影响规律.该结构传力机制清晰,具备多重抗侧承载机制,并可基于结构力学方法有效得到结构设计准则.柔性支撑在距边柱一定距离后其位置变化不影响结构抗侧承载性能.内部分层立柱节点刚度对结构抗侧性能影响较小,实际设计中可采用全螺栓连接或限位铰接.边框梁柱连接刚度将影响外围框架刚度和结构失效机制,实际设计中宜采用加劲型螺栓连接以保证有足够的抗弯刚度.体系中各节点均可在保障结构性能条件下采用螺栓连接以实现全装配化建造.

基于知识和数据联合驱动的全灌浆套筒失效模式预测与解释

为精准预测全灌浆套筒失效模式(钢筋拉断、钢筋拔出),该文提出一种基于知识和数据联合驱动的全灌浆套筒失效模式预测方法。根据348例全灌浆套筒试验数据,通过机器学习回归算法与规范公式分别得到全灌浆套筒灌浆连接承载力预测值与钢筋极限抗拉承载力计算值,并基于领域知识建立两者与失效模式关系的特征参数,将其与试验数据组成新的数据库。基于新的数据库,通过机器学习分类算法对全灌浆套筒失效模式自动预测。研究结果表明,随机森林算法对全灌浆套筒灌浆连接承载力与失效模式均具有最好的预测效果。相比其他全灌浆套筒失效模式预测方法,该文提出的知识和数据联合驱动预测方法更具竞争力,总体分类准确率可达到94.3%。结合Shapley additive explanations (SHAP)方法和Partial dependent plot (PDP)方法对预测结果进行解释,审视各参数对失效模式的影响。SHAP与PDP的解释结果都表明钢筋锚固长度与灌浆料抗压强度是对失效模式影响最大的两个试验参数,其中PDP解释结果还给出两者影响失效模式转化的临界值,分别为6.01 d(d为钢筋直径)、80.87 MPa。

基于能力谱方法的输电塔抗震性能评估

针对输电塔-线体系,采取一种基于能力谱方法的抗震性能评估方法。首先,将输电塔-线体系简化为集中质点模型,并进行Pushover分析,得到其顶点位移-基底剪力关系曲线。然后,根据输电塔场地类别和设防烈度等,将设计反应谱转化为需求谱;建立控制指标与抗震性能之间的对应关系,将输电塔抗震性能划分为五级并建立相应的量化评价模型;按照能力谱方法绘制输电塔的能力谱曲线和需求谱曲线,确定输电塔结构性能点,进而对其抗震性能进行评价。最后,采用能力谱对某输电塔进行抗震性能评估,并采用动力时程分析方法对其进行验证。分析结果表明,能力谱方法分析结果与时程分析结果具有较好的一致性,满足工程精度要求。采用SRSS荷载分布时,在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下,能力谱法得到的输电塔顶点水平位移相对误差均在5%以内,建议采用SRSS分布模式对输电塔进行Pushover分析。

混凝土构件温度与收缩应力敏感参数筛选方法

混凝土温度与收缩应力受多种因素影响,随着构件尺寸和浇筑龄期等改变,敏感参数会发生转化。在混凝土温度及收缩裂缝的理论计算、数值分析和裂缝控制工艺研究方面,若敏感参数判断不当,得到的分析结果会偏差较大,制定的裂缝控制工艺较难具有针对性。文中提出主导约束概念,即2种以上约束同时存在时,最大拉应力基本由主导约束决定,影响混凝土温度与收缩应力的敏感参数也存在于主导约束相关参数中。按照材料构成、温度梯度和外部约束3个不同约束形式建立混凝土构件模型,通过有限元数值计算,分析各个参数值在不同约束中的敏感特性,获得常见混凝土构件温度收缩应力的敏感参数。在此基础上结合参数取值及变化范围,形成影响常见混凝土构件温度收缩应力敏感参数的筛选方法。

基于BIM建筑结构设计模型集成框架应用开发

分析建筑信息模型的信息集成过程和特征以及建筑结构模型基本对象表达的复杂性和模型数据积累的反复性,构建一种主要涵盖建筑和结构设计阶段的信息模型集成框架体系.该体系具有可扩展性、兼容性、阶段性等特点,通过开发的模型转换平台可以初步实现建筑、结构模型信息的集成,为研发基于建筑信息模型技术的下一代集成建筑工程软件系统提供技术支持.

基于图形理解的建筑结构三维重建技术

在实际应用中,现有的三维重建算法无法有效地应用到建筑领域.以建筑行业的基本制图规范为指导,结合图形识别理解和人工智能技术,提出了一种基于图形理解的建筑结构三视图自动识别与重建方法.该方法以自动识别建筑构件的轮廓为基础,通过对符号、注释等语义信息的理解与综合以及对相邻实体间拓扑关系的分析,快捷、有效地完成对建筑物的整体重建.实验结果表明,在少量人机交互的基础上,该方法对实际的建筑图是有效的.

基于BIM的IPD协同工作模型与信息利用框架

为更好地支持集成项目交付(IPD)项目的实施,研制基于建筑信息模型(BIM)的IPD协同工作平台.作为基础,本文广泛收集了国外公开的IPD项目案例,基于这些案例归纳IPD项目实施过程中体现的具体特征,并在此基础上建立IPD协同工作模型.基于该模型,通过分析IPD项目实施过程中与信息利用相关的角色、活动、信息等要素,建立基于BIM的IPD项目信息利用框架,为研制基于BIM的IPD协同工作平台奠定基础.

基于小波包能量谱的结构损伤预警方法研究

基于小波包分析推导了结构动力系统在不同分析尺度上的状态方程和观测方程,在此基础上研究了结构动力响应在不同分析尺度上的时-频特性以及系统矩阵和测量噪声在各个分析尺度上的递推性。理论分析证明,采用结构动力响应的小波包能量谱进行结构损伤预警具有较好的损伤敏感性和噪声鲁棒性。根据瞬态激励的特性提出对激励和响应的时域互相关序列进行小波包分解得到小波包能量谱,并在此基础上计算结构损伤预警指标。通过一钢筋混凝土板静力承载力的振动试验分析,对板不同受力阶段的损伤状态进行了判别,并与实际损伤程度进行了比较。

基于小波包能量谱的结构损伤预警方法试验研究

通过钢梁损伤试验,验证基于小波包能量谱的结构损伤预警方法在实际结构上应用的有效性。对钢梁进行完好工况和三个损伤工况的动力响应测试,对得到的响应进行小波包分解,考察损伤前后各个特征频带的能量变化。试验结果显示,损伤预警指标ERV和ERVD能够对三种损伤工况做出有效预警;同一工况的多次测试得到的损伤预警指标ERVD虽有变化但变化不大。基于小波包能量谱的结构损伤预警指标对结构损伤具有敏感性、对测试噪声具有鲁棒性,可以用于实际结构损伤预警。