基于粒子群优化BP神经网络的中空夹层钢管混凝土柱轴压承载力研究

圆中空夹层钢管混凝土(concrete filled double-skin steel tube,CFDST)柱因其独特的结构形式与优异的力学性能,已成为现代工程结构中的主要受力构件。然而外钢管、内钢管与核心混凝土之间的相互约束作用导致其受力比较复杂。为此,采用PSO-BP混合神经网络算法对圆CFDST柱的轴压承载力进行了研究。收集了167组数据建立数据库,并选取8种影响因素作为输入层参数,轴压承载力作为输出层参数,分析了传统BP神经网络模型所存在的缺陷,建立了PSO-BP神经网络模型。此外,将机器学习模型与3种规范的结果进行比较,结果表明机器学习模型的精度比3种规范的精度更高。相较于BP神经网络模型,PSO-BP神经网络模型具有更好的预测能力,更有助于预测CFDST柱的轴压承载力,对工程上研究CFDST柱的力学性能有着重要意义。

爆炸荷载下聚脲涂覆含局部缺陷油气管道的失效判定研究

通过埋地静爆试验,对经聚脲弹性体材料加固的含局部缺陷埋地油气管道抗爆性能及损伤评价进行研究,同时结合所得试验数据进行数值模拟,建立了浅埋爆炸荷载下聚脲弹性体材料加固含局部缺陷埋地油气管道损伤失效评估准则。结果表明:在折合距离为0.23 m/kg 1/3试验条件的浅埋爆炸荷载作用下,含局部缺陷普通管道与含局部缺陷聚脲管道迎爆面均发生了明显凹陷变形,含缺陷聚脲管道凹陷变形量较前者降低28.87%,且管道迎爆面及端部连接处易于遭受损伤;含局部缺陷普通管道迎爆面超压高于含局部缺陷聚脲管道且变形响应时间早于后者,表明聚脲材料可以有效降低爆炸冲击波压力峰值和推迟爆炸冲击波的作用时间。在进行爆炸荷载作用下管道的损伤失效判定时引入衡量管道横截面变形的截面临界椭圆度指标,最终建立了基于管道截面临界椭圆度的聚脲涂覆含局部缺陷埋地油气管道的超压-冲量损伤准则及判定公式。

非对称破坏模式下临坡地基的Meyerhof承载力新解

利用统一强度理论的平面应变强度方程,综合考虑中间主应力、基础至坡肩的水平距离、边坡高度和基底粗糙情况等因素,提出临坡地基坡面非对称破坏模式和坡底非对称破坏模式,继而建立条形基础下临坡地基新的Meyerhof承载力解答,给出具体应用步骤并开展理论退化分析与对比验证。研究表明:考虑坡后土体强度贡献所提出的非对称破坏模式更符合临坡地基的实际破坏形态;所得临坡地基Meyerhof承载力解答与文献模型试验和数值模拟均吻合良好;中间主应力可明显提高临坡地基的承载力;临坡地基承载力随边坡高度增加先减小后恒定。研究结果合理反映了土体强度的中间主应力效应、破坏模式的非对称性以及基础旁侧土体强度等工程实际情况,对临坡地基优化设计具有一定的理论指导意义。

基于OBE理念的“分段融入式”工程图学课程探索

结合现代工程图学课程体系的特点,以画法几何与工程制图课程为载体,从平面图形、基本体、立体表面交线、组合体,以及建筑工程图等方面,论述了三维建模软件Revit与工程图学课程融合的切入点,提出了基于OBE理念的“分段融入式”工程图学课程的实施方案。教学过程强调以学生为中心,通过创新设计项目引导学生协同学习,培养学生的团队协作精神和创新精神。并以长安大学为例,详细介绍了“分段融入式”工程图学课程的教学实践,包括教学内容、教学安排和实践效果。

钢管混凝土边框剪力墙受剪承载力计算方法对比研究

为研究不同力学模型在钢管混凝土边框剪力墙受剪承载力计算中的适用性,总结了国内外学者推导的经验公式和理论模型,建立了基于软化拉压杆模型、统一强度理论和国内外相关规范的承载力计算方法,对比分析了理论力学模型和多国规范在预测此类组合墙受剪承载力上的表现,探讨了轴压比、高宽比、宽厚比和材料性能等对计算结果误差的影响;最后结合已有试验数据,验证了各模型的计算精度和适用性。结果表明:由于未考虑构件各部分所分担的剪力,多数规范模型理论计算结果普遍低于试验值,而统一强度理论与软化拉压杆模型计算结果相对准确;软化拉压杆模型计算方法能充分考虑墙体各部分对承载力的贡献,计算偏差基本控制在20%以内;在各项参数变动的前提下,软化拉压杆模型更能准确预测钢管混凝土边框剪力墙的受剪承载力,计算值与试验值吻合良好,能合理反映钢管混凝土边框剪力墙的受剪机理,为其承载力计算方法的优化设计提供理论依据。

装配式复式钢管混凝土节点抗震性能试验

提出一种便于灾后修复的装配式复式钢管混凝土节点。为明确端板厚度、柱轴压比、螺栓直径、混凝土填充度和内钢管截面形状对节点抗震性能的影响,对6个缩尺比为1∶2的节点试件进行拟静力试验,研究了节点的承载力、延性、刚度退化、承载力退化和耗能能力。结果表明:节点的破坏形态包含端板弯曲、钢梁翼缘屈曲、端板与翼缘间焊缝开裂和螺栓翘曲断裂;6个试件的荷载-位移滞回曲线饱满,表明节点具有较强的耗能能力;位移延性系数均大于4.89,具有良好的塑性变形能力和延性;强度退化系数基本保持在0.9~1.0,表现出良好的承载力稳定性;增大端板厚度,可显著提高节点的各项抗震性能指标;增大柱轴压比、提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会提高节点承载力,而螺栓直径几乎不影响节点承载力;改变柱轴压比和螺栓直径对节点耗能影响极小,提高混凝土填充度和方钢管代替内圆钢管均会明显降低节点耗能能力。建立的非线性有限元模型得到的节点破坏形态、承载力与试验结果吻合良好。

局部穿透腐蚀高强钢管混凝土柱抗冲击性能研究

钢管混凝土(concrete-filled square steel, CFST)出现局部腐蚀时,其抗冲击性能会受到明显影响。为此,利用ABAQUS软件建立了方形高强钢管混凝土柱(high-strength concrete-filled square steel, HSCFST)数值模型,考虑开缝角度、开缝长度、冲击面和冲击能等参数对HSCFST柱抗冲击性能的影响。结果表明:局部穿透腐蚀影响下,水平开缝的正面冲击构件的裂缝会出现闭合现象,而侧面冲击构件破坏时裂缝呈现“三角形”形态;冲击力平台值主要受冲击面的影响,其次是开缝角度,而开缝长度主要对承受背面冲击的构件影响较大;开缝角度的增大和开缝长度的减小与冲击力平台值的提高成正比,承受正面冲击的构件其抗冲击性能优于承受侧面和背面冲击的构件。减小开缝角度会增大构件的跨中挠度,受正面冲击的构件的跨中挠度要小于受背面和侧面冲击的构件;构件的能量吸收率与开缝长度的增加成正比,与开缝角度的增大成反比,受背面冲击的构件的能量吸收率最高,正面冲击则最小。基于大量参数分析结果,提出了局部穿透腐蚀作用下HSCFST柱的动力抗弯承载力影响系数的实用计算方法。

中国古代木结构有限元动力分析

通过对我国古建筑木结构的结构特性研究，提出了将榫卯和斗拱简化为变刚性连接，用三维动力弹塑性有限元分析，得出了我国古建筑木结构的典型代表西安东门城楼的固有频率、振型。在ElCentro波作用下分析给出了轴力、加速度和位移等的时程响应曲线，讨论了变刚度单元的刚度系数的影响，为古建筑研究提供了一种新的分析模型。

基于统一强度理论的石油套管柱抗挤强度

为了研究石油套管柱的力学性能,采用统一强度理论,合理考虑中间主应力效应和材料拉压比的影响,推导了石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度计算公式,建立了石油套管柱双轴抗挤强度和三轴抗挤强度与单轴抗挤强度的关系,并分析了材料的拉压比、中间主应力效应、径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况等因素对不同类型抗挤强度的影响特性。研究结果表明:材料的拉压强度不等特性(SD效应)对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度均有显著影响,材料拉压比越大,套管柱的单轴抗挤强度越小,双轴抗挤强度越大,而三轴抗挤强度与双轴抗挤强度的差值和材料拉压比的关系与外荷载有关;中间主应力效应对石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也有显著影响,随统一强度理论参数b值的增加,套管柱的单轴抗挤强度和双轴抗挤强度不断增大,考虑中间主应力效应可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能,具有可观的经济效益;径厚比、压缩屈服强度、荷载大小和荷载工况对套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度也具有一定影响。该结果适用于具有SD效应和中间主应力效应的材料,并将多种屈服准则下石油套管柱的单轴抗挤强度、双轴抗挤强度和三轴抗挤强度表达式分别统一起来,具有广泛的适用性,可为石油套管柱的抗挤强度设计提供借鉴。

圆中空夹层钢管混凝土柱承载力研究

采用统一强度理论,对圆中空夹层钢管混凝土柱进行了研究,分析了钢管的拉压强度比,以及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响,提出了圆中空夹层钢管混凝土柱的极限承载力计算公式,与文献资料的试验结果作了比较,验证了理论公式的正确性,并得出了中空夹层钢管混凝土柱和钢管混凝土具有相同优点等结论。该结果为中空夹层钢管混凝土柱的承载力分析计算提供了一定的理论依据,对工程设计有一定的参考价值。

非饱和土库仑主动土压力统一解

基于非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解,合理考虑中间主应力效应,建立了非饱和土库仑主动土压力统一解,并对其进行可比性分析,将其计算结果与非饱和土朗肯主动土压力统一解进行对比,得出各因素的影响特性。研究结果表明,中间主应力和基质吸力对库仑主动土压力的影响显著,随统一强度理论参数和基质吸力的增加,库仑主动土压力不断减小直至为0,证明了考虑中间主应力可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能,具有可观的经济效益;库仑主动土压力随墙背倾角与填土倾角的增大而增大,随有效内摩擦角和基质吸力角的增大而减小,外摩擦角的影响不显著。非饱和土库仑主动土压力统一解具有更广泛的适用性,朗肯主动土压力统一解为其特例,其结果对边坡、基坑等工程的土压力确定和支挡结构设计有很好的借鉴作用。

圆中空夹层钢管混凝土短柱的承载力

针对圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力,应用薄壁圆筒的统一强度理论极限解,考虑内圆与外圆中空夹层钢管混凝土的内外钢管薄壁效应,提出了计算公式,与文献资料的试验结果做了比较。同时分析了钢管的径厚比、拉压强度比以及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响规律。结果表明:把内外钢管看成薄壁圆筒,推导的极限承载力计算公式的计算值与试验值误差小;极限承载力随着径厚比及拉压强度比的增大而减小,随中间主应力的增大而增大。

用统一强度理论求厚壁圆筒和厚壁球壳的极限解

采用俞茂宏统一强度理论分析了厚壁圆筒和厚壁球壳的极限荷载 ,得出了统一解形式。利用此解可以合理地得出不同材料的相应解 ,它既可以适用于拉压强度相等的材料 ,也可以适用于拉压强度不相等的材料 ,并且能充分发挥材料性能 ,从而减轻结构重量 。

中国古代木结构的弹塑性有限元分析

通过对中国古代木结构的结构特性分析，得出了合理的力学模型，采用变刚度单元模拟真实木结构梁柱的榫卯连接，用虚拟单元的不同刚度条件反映真实的半刚性连接，将变刚度单元加入有限元程序，对西安东门城楼进行了弹塑性有限元分析，得出了不同刚度系数下的力学性能。

用统一强度理论和统一滑移线场理论求解某些塑性平面应变问题

采用俞茂宏统一强度理论和统一滑移线场理论分析了高压厚壁圆筒的极限载荷，得出了统一解形式，常用的Ｔｒｅｓｃａ、Ｍｉｓｅｓ、Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍ ｂ 和双剪强度理论解等均为特例，利用此解可以合理地得出不同材料的相应解，它既可以适用于拉压强度相等的材料，也可以适用于拉压强度不相等的材料，并且能充分发挥材料性能，从而减轻结构重量，取得多方面的效益。

基于双剪统一强度理论的轴心受压钢管混凝土承载力的研究

从双剪统一强度理论出发,推导出钢管混凝土核心混凝土抗压强度的计算公式,进行了钢管混凝土试件的轴心抗压试验,得出了其荷载变形曲线及极限荷载,并进行了钢管混凝土承载力的理论计算,所得理论结果与试验结果基本一致,说明双剪统一强度理论对于钢管混凝土的理论计算有非常好的适用性,为钢管混凝土的分析计算提供了一定的理论依据。

拉压强度不等材料的厚壁圆筒的统一极限解

采用俞茂鋐统一强度理论分析了厚壁圆筒的极限荷载，得出统一解形式，它既可以适用于拉压强度相等的材料，也可以适用于拉压强度不相等的材料．

西安东门城墙的弹塑性有限元分析

西安东门城墙是我国的重点保护文物，对其研究意义重大．采用俞茂宏统一强度理论建立的弹塑性本构模型对其研究，得到了不同强度准则下的荷载系数位移曲线、塑性区分布、主应力迹线、弹塑性极限等结构特性．研究表明，不同的强度理论（如ＭｏｈｒＣｏｕｌｏｍｂ理论、广义双剪强度理论和ＤｒｕｃｋｅｒＰｒａｇｅｒ准则）对城墙结构分析有很大的影响．

钢筋混凝土特种楼梯非线性有限元分析

应用有限元分析软件ANSYS对静力荷载作用下的Π型悬挑楼梯进行了结构非线性分析。在竖向荷载作用下,当平台板的荷载值增大到0.007 2 N/mm2时,结构的变形发生在平台板端部,最大变形值为3.065 1 mm;楼梯跑之间的相互作用使得楼梯在XOY平面X方向有较大的变形,结构的塑性区分布集中表现在结构裂缝出现的位置。

用双剪统一屈服准则求矩形板的极限荷载

采用俞茂宏双剪统一屈服准则求出了矩形板的塑性极限荷载的统一解，得出不同参数ｂ值对极限荷载的影响曲线，从而得出一系列从Ｔｒｅｓｃａ的单剪屈服准则解到双剪屈服准则（俞茂宏，１９６１）的矩形板极限荷载。文献中已有的Ｔｒｅｓｃａ解为本文的一个特例。