基于数字孪生的老旧建筑结构安全性定量预测方法

为提高对老旧建筑的安全分析能力,提出一种基于数字孪生的老旧建筑结构安全性定量预测方法,通过老旧建筑结构风险要素辨识搭建智能监测系统,监测建筑关键结构初步判断安全状态,将监测数据作为外部参数输入模型中进行数值模拟,定量预测建筑的破坏部分和破坏程度;以西安某具有70多年历史的老旧建筑为例进行验证,根据工程实际设计监测方案,对其进行为期2年的结构安全监测;使用Revit软件建立该建筑的数值模型并导入到ABAQUS中,将监测数据作为外部参数输入数值模拟,并假定监测数值超过沉降阈值进行定量预测建筑破坏情况。结果表明:该老旧建筑目前处于安全状态,假定建筑沉降值超过安全阈值,则楼梯前侧结构发生破坏的可能性增加。验证了基于数字孪生技术将实时监测数据和数值模拟相融合的定量预测方法,对老旧建筑整体及局部结构安全性分析判断有较高的可行性。

隧道岩体崩落灾害下施工人员疏散模拟方法研究

在隧道工程建设过程中,岩体崩落等安全事故属于常见的危险情况。为能够综合考虑到岩体坍塌这类动态危险障碍物对隧道内施工人员应急疏散的影响,选取某高原地区铁路隧道工程作为研究对象,运用元胞自动机理论(CA)构建了隧道内人员与动态危险障碍物(如落石)轨迹交互模型,并研发了岩体崩落时的人员疏散模拟方法。在此基础上,对隧道内不同岩体崩落灾害等级和范围下的应急疏散过程进行了分级分段的数值模拟和讨论。结果表明:开发的数值模拟方法能够准确地模拟出不同灾害等级下人群在岩体崩落时的疏散过程和伤亡情况;根据模拟结果可知,当发生同一等级的岩体崩落事故时,随着灾害范围的扩大,受伤人数增加,整体疏散速度变慢,从而导致疏散时间延长;同时,灾害等级也是影响施工人员安全的主要因素,灾害等级越高,坍塌岩块的密度越大,从而增加了临灾群体受伤和死亡的概率。该疏散模型为隧道灾害条件下施工人员应急疏散提供了参考依据。

围压对花岗岩强度特性与脆性的影响及其表征

围压是影响岩石力学属性的主要因素之一。为了研究围压效应对花岗岩强度特性和脆性特征的影响效应及机理,以色季拉山花岗岩为研究对象,开展不同围压工况的室内三轴压缩试验,得到破坏形态、峰值应力等强度参数的变化规律,并在统一强度理论框架内构建考虑围压效应的三轴本构模型。基于全应力应变曲线建立采用断裂能表征的岩石脆性评价指标,确定围压与岩石脆性的定量关系。在此基础上,采用RPFA软件模拟花岗岩在不同围压下的破坏全过程及声发射演化特性,揭示花岗岩的损伤演化机制。结果表明:围压可有效限制花岗岩内部细观裂纹的产生和扩展,进而显著提高花岗岩的宏观强度及变形性能;本文建立的三轴本构模型和脆性评价指标可有效反映围压效应对岩石强度特性和脆性的影响规律。

冻融循环下玄武岩纤维混凝土冲击力学性能预测模型

冻融循环下纤维混凝土的劣化规律是寒区服役混凝土工程安全性和耐久性评价的重要依据,现有服役混凝土工程的安全性和耐久性评价的研究具有工作量大、成本高、周期长等特点,构建基于机器学习的高精度力学性能预测模型已成为本领域研究热点。为探究冻融循环后玄武岩纤维混凝土冲击力学性能的高精度预测模型,采用SHPB装置对冻融循环后BFRC开展动态冲击压缩力学性能试验,并构建机器学习-Optuna混合预测模型,对60组以玄武岩纤维体积掺量、冻融循环次数、动荷载冲击速度为影响因素建立的动态峰值应力样本数据集进行预测。结果表明:k近邻、Lasso、多层感知机、极度梯度提升树和随机森林5种经典机器学习模型的预测准确度均较高,说明机器学习算法对于冻融循环后BFRC动态力学性能预测具有良好的预测效果,其中随机森林算法为最优预测算法;RF-Optuna混合预测模型显示出0.9754的拟合优度,具有良好的预测精度;非数据集工况预测表明,该混合模型对于各影响因素均具有良好泛化能力。研究成果可为冻融循环条件下BFRC动态力学性能的快捷精准预测提供参考。

基于博弈论组合赋权云物元模型的城市道路交通系统风险评价

为保障城市道路交通系统安全运行,降低城市交通事故发生概率,提出了一种基于博弈论组合赋权云物元城市道路交通系统风险评价模型。从城市道路交通系统风险因素出发,结合《城市道路交通管理评价指标体系》,选取实习期驾驶员比例等15个风险评价指标,构建“人-车-道-环”评价指标体系。基于云物元模型,解决评价指标中存在模糊性与随机性的问题,同时采用博弈论将C-OWA有序加权算子处理的专家打分值和改进熵权法求出的权重进行组合优化,围绕待评物元与风险等级之间的隶属度,计算得出风险等级。将该模型应用于中国西部某城市A道路交通系统,展开风险评价,同时将该模型的评价结果与C-OWA云物元模型和熵权云物元模型的评价结果进行对比。结果表明:该模型得出城市A道路交通系统中各指标风险评价结果与实地走访调研结果及实际情况基本一致,且博弈论组合赋权云物元城市道路交通系统风险评价模型更加具有实用性和有效性,可为城市道路交通系统风险评价提供新思路。

不同恒温时间加热下花岗岩冲击压缩力学特性及破碎特征

为研究不同恒温时间的实时高温作用对花岗岩冲击压缩力学特性与破碎特征的影响,开展了高温时SHPB冲击压缩试验及筛分试验。首先,将花岗岩加热到700℃并进行0、30、60、90及120 min这5种不同时间的恒温热处理;其次,不对试样做冷却处理,利用同步对杆装置进行高温时SHPB试验,收集破碎试件并开展筛分试验;最后,结合抗压强度、分形维数等数据,分析花岗岩的力学特性及破碎特征。研究结果表明:恒温时间对花岗岩动态抗压强度影响较大,试件抗压强度随恒温时间增加而呈明显下降趋势;花岗岩破碎程度随恒温时间增加而不断加剧,表现在破碎试件中细块数量逐渐减少,细粒数量不断增多。不同恒温时间加热下花岗岩冲击压缩破坏的分形维数集中在2.2~2.7之间,且与恒温时间呈现正相关关系。实时高温作用下花岗岩动态抗压能力与宏观破碎分形特征均具有明显的应变率强化效应。

花岗岩和混凝土在单轴冲击压缩荷载下的动态性能比较

采用黄铜波形整形器改进后的分离式Hopkinson压杆装置,分别对花岗岩和混凝土试件进行不同应变率(101～103)s-1下的单轴冲击压缩试验,有效地减少传统Hopkinson压杆试验中,岩石类脆性材料在内部应力达到均衡之前过早破坏以及输入波的高频震荡给试验数据带来的波动性。试验结果表明,应变率不仅影响这2种岩石类材料的强度,而且也影响材料的破碎程度和破碎形式,但对材料的初始弹性模量、破坏应变以及能量吸收率影响不大。从花岗岩和混凝土材料的微观结构特征和能量吸收能力等方面,对比分析这2种材料动态性能的共同特点和相互差异,合理地解释试验现象。该方法与结论对其他类型的脆性材料的动态性能研究具有一定的参考价值。

花岗岩在单轴冲击压缩荷载下的动态断裂分析

利用脉冲整形器改进后的分离式Hopkinson压杆(SHPB)系统,对新加坡Bukit Timah地区的花岗岩圆柱形试样进行了高应变率下的单轴压缩实验。实验结果发现:随着应变率的增加,不仅花岗岩材料的抗压强度增大,而且以轴向拉伸劈裂为主要破坏形式的破碎程度也有所提高,表现为碎块的尺寸减小和数量增加。针对上述花岗岩的动态特性,采用多裂纹相互作用的动态滑移型裂纹模型定量的分析了不同应变率下,材料的微裂纹的初始长度、角度、初始裂纹间距以及裂纹面的摩擦系数等微裂纹特征对材料动态强度及破碎的影响,将岩石类材料的宏观动力学特性与其细观微结构联系起来,合理地解释了花岗岩的动态强度及破碎程度的应变率相关性。

钢管混凝土轴向受压短柱承载力的统一解

应用双剪统一强度理论,分别对轴心受压钢管混凝土短柱的核心混凝土和薄壁钢管在三向应力状态下的轴向极限应力进行理论分析,得出侧向力对核心混凝土、薄壁钢管和钢管混凝土柱的3个约束效应系数,推导出钢管混凝土轴向受压短柱承载力的统一解。与有关文献的试验结果比较,结论基本一致,证明双剪统一强度理论对钢管混凝土的理论分析有很好的适用性。该推导结果为钢管混凝土承载力分析计算提供了一定的理论依据。

BIM技术在建筑施工安全管理中的应用研究

从保障建筑施工安全角度,基于BIM虚拟施工技术,构建了由资料基础模块、BIM虚拟施工模块以及安全监控模块3部分组成的多维数字化安全管理体系,重点分析了其中的关键环节,包括危害因素识别,危险区域划分,施工空间冲突管理,安全措施制定,实时安全监控、安全评价以及基于BIM的数字化安全培训等。并以防范高处坠落事故为例,介绍其应用。

岩石类材料损伤黏弹塑性动态本构模型研究

针对岩石类材料的动态力学特性,基于损伤演化和元件模型理论,将岩石类材料视为由具有损伤特性、弹性特性、塑性特性及黏滞特性的非均质点组成,建立考虑损伤的黏弹塑性动态本构模型,并推导出本构方程的微分表达式。将下山单纯形法嵌入自适应混合遗传算法中,编制反演分析程序,在岩石冲击试验数据的基础上,确定出损伤动态本构方程的待定特征参数。利用确定出来的动态本构方程得到的再生应力–应变曲线与试验曲线之间有很好的一致性,从而可验证该损伤黏弹塑性动态本构方程的适用性。

受火温度和冷却方式对混凝土抗压强度影响

火灾后混凝土结构的力学性能大幅降低,特别是在消防射水扑救后其性能恶化更为显著.对添加了矿粉和粉煤灰的强度等级为C35的商品混凝土试件加热(300℃,400℃,600℃,800℃)后,分别进行自然冷却和水冷却处理,观测分析其理化特性的变化规律.在常温自然环境下将试件静置2周以上,然后对试件分别进行单轴抗压试验和弹性模量试验.研究表明冷却方式和加热温度对混凝土材料的抗压强度、弹性模量、压缩破坏模式等力学性能影响显著.在总结试验规律的基础上,构建考虑温度及冷却方式影响的非线性弹性本构方程,采用微分演化算法辨识出本构方程中的特征参数,所得计算曲线与试验曲线的一致性很好,验证了本构方程的适用性.

花岗岩和混凝土动态拉伸性能研究

为了研究岩石类材料在高加载率下的动态拉伸性能,利用纯铜波形整形器改进后的分离式Hopkin-son压杆装置(SHPB),在不同加载率下分别对花岗岩和混凝土试件进行了动态巴西圆盘实验.基于实验结果,分析了岩石类材料的动态拉伸破坏时间、劈裂破坏模式、动态拉伸应变和拉伸应力的加载率相关性规律.通过对比研究表明岩石类材料在高加载率下抗拉强度的加载率敏感性远大于其抗压强度,混凝土的动态力学性能的加载率敏感性大于花岗岩.

基于IFS-动态加权的地下综合体深基坑施工风险评价

为控制地下综合体深基坑施工风险,提出了一种基于直觉模糊集(IFS)-动态加权的风险评价方法。从地质条件、建筑环境、岩土设计、施工方案和偶然风险5个方面分析地下综合体深基坑施工风险因素,构建了综合风险评价指标体系。采取施工风险5级划分方法,利用IFS理论确定指标风险;以偏大型正态加权函数确定指标权重,得到系统综合风险。以西安市某地下综合体深基坑施工实际为背景,进行方法应用。结果表明,该西安市地下综合体深基坑施工系统风险等级为显著风险。其中,指标“邻近建筑”“地下管网”的风险等级为高度风险,“道路交通”“基坑边坡稳定性”“降排水实施”为显著风险,对此提出了相应的安全措施。

土压力滑楔理论的统一解

基于滑楔理论计算土压力的基本原理,运用考虑中间主应力效应的统一强度理论,对传统的土压力公式不能反映土体材料强度的中间主应力效应的公式进行了改进,推导了基于滑楔理论的土压力统一解公式,Coulomb和Rankine土压力公式为其特例。通过变换统一强度参数,可获得一系列的解。在工程运用中可根据土质和工程的实际情况,适当选择统一强度参数和应力状态来确定土压力的大小。

基于统一强度理论的巴西圆盘劈裂强度分析

基于统一强度理论,构建了考虑2个较大主应力相互影响并适用于不同拉压比材料的巴西圆盘试验应力分析的统一劈裂破坏强度准则,通过参数变化得到常用的多种强度准则推导结果;为了验证理论公式,对C35商品混凝土试件进行了巴西圆盘劈裂试验,在试验研究基础上对统一强度准则演化出的多种强度准则计算结果进行对比分析。结果表明:材料的拉压比和中间切应力及相应作用面上正应力组合的加权参数对材料劈裂抗拉强度影响很大,最大拉应变强度理论和最大拉应力强度理论计算得到的劈裂强度分别为上、下限值,其他强度理论得到的值在两者之间,从而验证了统一强度理论对巴西圆盘劈裂试验分析的可靠性和适用性。

基于自适应混合遗传算法的岩石类材料动态参数反演

将多元函数的下山单纯形法嵌入遗传算法,加强了算法的局部搜索能力,并且将交叉概率、变异概率以及局部搜索概率改进为随遗传个体的适应度值改变和进化代数的增加而调整的自适应型。在此基础上针对岩石类材料的特性,将数值计算值与冲击压缩实验结果之间的相对均方差作为适应度函数,编制了反演分析算法来确定岩石类材料考虑损伤的非线弹性动态本构模型的待定特征参数。结果表明:由动态本构方程得到的再生应力-应变曲线与实验曲线之间具有较好的一致性,从而验证了该反演分析方法是合理可行的以及动态本构模型对于岩石类材料的适用性。

堤防管涌发生可能性识别的网格搜索-支持向量机方法

针对堤防管涌的评价涉及多种变量且各变量之间存在着高度的非线性关系,应用统计学习理论并结合工程实际,提出基于支持向量机(SVM)理论的堤防管涌发生可能性识别方法。将影响管涌演化、发生和导致破坏的因素进行归纳,选取坝高H、坝前水深Hp、下游边坡m、土的有效凝聚力c、有效内摩擦角ψ、饱和单位容重γ、渗透系数K、最大有效粒径疏db和下游滤层倾角δ共9种代表性的优势参数作为模型的输入,将堤坝管涌发生的可能性因子λ作为模型的输出,以16个堤防管涌工程实例作为学习样本进行训练,采用RBF核函数,建立堤防管涌发生可能性识别的支持向量机分类模型。为提高预测模型的泛化能力和预测精度,利用网格搜索寻优方法对支持向量机模型的参数进行了优化,并对7组待判实例进行判别。研究结果表明:建立的网格搜索优化支持向量机分类模型对堤防管涌发生可能性识别结果与实际结果吻合,正确率达95%,可考虑在实际工程中进行推广。

黄芩素对SCC15口腔癌细胞增殖和Caspase-3活性的影响

目的探讨黄芩素(BAI)对人口腔癌细胞株SCC15增殖和半胱氨酸蛋白酶(Caspase)-3活性的影响。方法以噻唑蓝比色法(MTT)检测BAI在不同浓度(终浓度的50、100、200μg/ml)不同作用时间(0、12、24、36、48、60、72 h)条件下对SCC15口腔癌细胞增殖活性的影响。比色法检测Caspase-3活性的变化,通过流式细胞仪检测细胞周期的变化。结果 BAI在体外对SCC15细胞株具有直接抑制增殖作用,并呈时间和剂量依赖性,对SCC15细胞的IC50是153.20μg/ml。不同浓度BAI处理细胞后,SCC15细胞被阻止于G0/G1期,抑制SCC15细胞分裂而降低其增殖能力。结论 BAI可对人SCC15口腔癌细胞株的凋亡具有促进作用,并且促凋亡作用呈时间-剂量依赖性。BAI体外具有增加He La细胞Caspase-3活性的作用,能明显上调SCC15细胞中Caspase-3活性,且呈时间与浓度依赖性。

建筑设计对施工安全的影响分析与评价

为研究建筑设计与施工安全的相关性,以函调和实地访谈等方式调研了国内20多家建筑施工单位和设计单位。在调查研究基础上,构建了建筑设计对施工安全影响的危险有害因素评价模式,分析归纳出建筑设计对施工过程中不同分部分项工程存在的4大类危险有害因素,给出相应危险因素可能导致的安全事故,并且提出了设计阶段可采取的建筑安全设计建议。最后用层次分析法对建筑设计施工安全的危险有害因素作进一步的分析评价,得到各因素对施工安全的影响程度排序,明确影响最大的几个危险有害因素,为建筑设计中减少和避免出现影响施工安全的设计缺陷提供必要的科学依据。