基于K-means算法的建筑群震害分析模型缩减方法

基于建筑群模型和弹塑性时程分析的精细化城市震害模拟技术能够为防震减灾及应急救援决策提供必要的依据和参考。为了减小城市建筑群震害模拟的计算量和计算时间,本文提出一种基于聚类算法的建筑群模型缩减方法。该方法采用K-means聚类算法,首先基于建筑结构属性向量对建筑群进行聚类,将相似的建筑结构聚为一组;然后从每组选取一个代表建筑组成建筑群缩减模型,通过减少需要分析的建筑结构数量来减少建筑群震害模拟的计算量。本文对传统的K-means算法进行改进,通过设定组内建筑结构的差异上限自动调整聚类分组数量;提出将具体地震动作用下结构地震损伤指数作为结构属性向量进行聚类,并通过算例对比分别采用两种缩减模型,即基于损伤指数聚类的缩减模型与基于结构力学模型参数聚类的缩减模型,计算结构损伤状态准确程度。对比结果表明:在聚类分组数量相同的情况下,基于损伤指数的分组明显优于基于模型参数的分组,采用模型缩减方法能够在保证足够计算精度前提下显著减少建筑群震害模拟计算量和计算时间。

软包装锂电池铝塑膜各向异性及应力模型研究

目的研究铝塑膜的性能各向异性,并构建其与各层基材性能关系的数学模型。方法通过拉伸试验系统研究铝塑膜各层基材的各向异性特征及应力应变行为,采用层状复合材料的混合定律,构建铝塑膜的强度与基材强度的关系模型。结果聚丙烯膜强度各向异性指数最低为1.5,尼龙膜延伸率各向异性指数最低为−0.8,铝箔的强度和延伸率各向异性指数分别为4.0和−8.7,铝塑膜复合膜的强度和延伸率各向异性指数与铝箔接近,是影响铝塑膜各向异性的关键基材。结论基于混合定律采用线性回归分析方法构建的铝塑膜应力模型与实际测试结果吻合良好,在工程领域可以用作铝塑膜基材选型的参考。

采用响应面法的非充气轮胎的固有频率分析

采用响应面法对非充气轮胎的固有频率(零阶)进行分析。选择影响非充气轮胎的固有频率的结构和材料参数(影响因子)并确定其取值范围,从中筛选出显著性影响因子并进行响应面模型的构建及优化分析,得到各显著性影响因子对非充气轮胎的固有频率的影响。结果表明:在其他显著性影响因子不变的前提下,非充气轮胎的固有频率随轮辐厚度和聚氨酯剪切模量的增大、非对称弧高度和轮辐长度的减小而增大;考虑两显著性影响因子的交互效应时,非充气轮胎的固有频率峰值分别在轮辐厚度最大和非对称弧高度最小、轮辐厚度最大和轮辐长度最小、轮辐厚度和聚氨酯剪切模量最大、非对称弧高度和轮辐长度最小、非对称弧高度最小和聚氨酯剪切模量最大、轮辐长度最小和聚氨酯剪切模量最大时出现。

基于试验现象的砖砌体墙体损伤状态划分及易损性研究

构件的易损性数据是建筑抗震韧性评价和地震损失评估的基础。然而,现阶段关于砖砌体结构地震易损性的研究大多聚焦在整体结构的维度上,相关评估标准中缺乏可用的砖砌体构件易损性数据。针对这一问题,本文首先搜集并整理了我国砖砌体墙体拟静力试验数据,以其中22个最具代表性的试件为样本,建立了砖砌体墙体拟静力试验数据库;其次,在众多常用的损伤状态划分方法中,选择最能反映真实损伤情况的宏观现象作为依据,基于试验现象分别定义了有/无构造柱砖砌体墙体的五种典型损伤状态,并给出了我国砖砌体墙体易性分析结果;最后,对比并分析了中美两国典型砖砌体墙体易损性的差异。研究结果表明:有构造柱的砖砌体墙体易损性低于无构造柱砖砌体墙体的易损性,特别是构造柱的设置显著降低了砖砌体墙体在地震中发生重度损伤的风险;中美两国典型砖砌体墙体易损性差异较大。

带可更换保险丝典型钢框架的地震损伤控制性能研究

结构地震损伤控制保险丝(以下简称保险丝)不仅具有控制结构损伤的功能,而且更换方便,有助于加快震损结构修复速率。从结构体系角度对带保险丝钢框架的损伤控制性能进行了研究,介绍了新型保险丝的构造和工作机理,建立了带保险丝结构的数值仿真模型,并对模型进行了合理性验证。采用静力和动力弹塑性时程分析方法,研究了带保险丝钢框架的损伤机理、层间变形和失效模式。研究结果表明:带保险丝钢框架的抗震性能受保险丝性能控制,中、大震作用下,结构损伤集中于保险丝,主体构件避免受到损伤;保险丝强度阈值应小于1.00,建议取0.85;保险丝的应用可改变结构的损伤机制,其可更换功能提升了结构的可恢复性;当结构遭遇的最大层间位移角达2.1%时,更换17%的保险丝即可恢复结构功能;带保险丝高强钢框架的残余变形更小,更易修复,可恢复性得到了进一步提升。

基于卷积神经网络的钢箱梁裂缝检测算法研究

地震作用和车辆动载的日常冲击常常会引起钢箱梁的表面裂缝损伤。在日常检修和震后开展安全检查时,由于裂缝在整张图像中的占比较低且受到笔迹、锈迹和焊缝等因素的严重干扰,很难从现场采集到的图像中高效并精确地检测出裂缝。为此,本文基于卷积神经网络提出了一种结合裂缝定位和裂缝分割的级联裂缝检测模型。首先,采用分类模型在原始图像中定位出裂缝所在位置,然后采用U-Net模型实现对裂缝的像素级检测。结果表明:本文方法可以实现对大部分裂缝的精确检测,F 1分数达到0.67,高于仅采用分割模型的0.55;此外,相比仅采用分割模型的检测方法,本文方法的检测效率提高了近70%,可达到9.25 s每张。

基于试验数据的填充墙RC框架性能指标限值研究

为了建立我国砌体填充墙RC框架结构性能水准与性能指标间的对应关系,通过收集整理国内填充墙RC框架拟静力试验数据,建立了本土化填充墙RC框架试件试验数据库。参考《建(构)筑物地震破坏等级划分》(GB/T24335-2009),定义了填充墙RC框架的5个性能水准及其破坏状态描述,根据试验现象提取试件首次达到每个性能水准时的层间位移角作为样本,通过统计分析,分别给出刚性连接和柔性连接填充墙RC框架具有84%保证率的层间位移角限值,并与《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)和现有研究中给出的限值进行对比,最后进一步分析了采用不同类型砌块的填充墙RC框架结构性能水准限值的差异。结果表明,相较于规范限值,刚性连接的填充墙RC框架限值在轻微破坏和中等破坏的性能水准下均偏小,而在严重破坏的性能水准下远大于规范限值;相较于现有限值,作者研究得出的限值具有性能水准判定标准统一、数据更符合我国国情的特点;相较于传统的黏土砖和普通混凝土砌块,采用加气混凝土砌块砌筑填充墙的RC框架结构侧向变形能力更好。

专业术语在科学交流中的运动机制研究

[目的/意义]专业术语在科学交流中充当重要载体,协助科学家在同一概念上达成共识。探究专业术语在科学交流中的运动机制,有助于揭示科学发展的阶段性特征,引导科学发展。[方法/过程]通过理论研究与实际学科的描述统计分析归纳专业术语运动的关键要素,归纳并设计其运动模型,通过Vensim进行控制变量仿真,观察专业术语的运动机制。[结果/结论]专业术语的发展通常具备3个阶段特征,即储备术语、术语规范化及科学交流环境促成,受专业术语结构及术语之间交互的影响较大。因此,应注意术语运动状态的监测,及时为专业术语提供合适的发展引导,加速术语整合过程与科学交流语境的塑成。

流体力学课程互动式教学的探讨与实践

流体力学是力学专业的核心课程,具有理论性强、应用面广的特点。针对学生学习积极性不高、参与度不够的问题,本课程对互动式教学方法进行了思考和实践。首先,对互动式教学的要素和条件进行了分析,结合流体力学应用性广、可演示可验证的特点,设计了贴合流体力学课程的互动式教学方法,同时制定了适用于互动式教学的评价方法。在互动式教学中,设计了两类互动内容,一类是调研分析互动,一类是探究性实验互动。从教学效果看,互动式教学提高了学生的积极性和参与度,显著提升了互动的频次和质量,带动了学生的知识理解和能力培养。

采用消能连梁的高层框架-核心筒结构减震方案分析

高层框架-核心筒结构在我国大中城市应用较多,该类建筑往往功能复杂且内部人口密集,若地震中发生严重破坏将造成严重的经济损失和人员伤亡。为了有效控制该类结构地震损伤,利用截面优化型消能连梁对其进行减震设计,通过比较多种减震方案对整体结构地震损伤控制的影响选择最优的减震设计方案。以某17层框架-核心筒结构为算例,采用MSC.MARC有限元软件建立数值模型,利用算例结构缩尺振动台试验现象以及截面优化型消能连梁拟静力试验结果,验证了该数值模型的准确性。进一步利用该数值模型对结构进行动力时程分析,通过层间位移角、损伤云图、附加阻尼比等指标综合对比各减震方案的效果。结果表明:消能连梁的刚度与原结构混凝土连梁相等,且强度略低于原结构混凝土连梁,约为0.8倍时,对整体结构的损伤控制效果最佳;当消能连梁在各楼层满布时,对结构整体的损伤控制效果最好;大震工况下,按上述满布方案设计的消能连梁可以减小结构26.3%的层间位移角,使结构的附加阻尼比达到8.73%。本研究为该类高层结构的消能减震设计提供了参考方案。

九寨沟7.0级地震房屋震害现场调查及其破坏特征

2017年8月8日四川省阿坝州九寨沟县发生7.0级地震,震源深度20km,造成大量房屋不同程度的破坏,引发地质灾害。针对Ⅷ、Ⅸ区的337栋不同结构类型的房屋进行了震害特征分析,给出震害矩阵,揭示各类结构房屋的破坏机理。经过统计,所调查的房屋中3.3%的建筑保持完好,19.9%的建筑发生轻微破坏,51.3%的建筑发生中等破坏,21.1%的建筑发生严重破坏,4.5%的建筑发生毁坏。经过调查,钢筋混凝土框架结构、大跨度空间结构、钢框架结构以及采用木板作为填充墙的穿斗式木构架房屋在本次地震中表现良好。分析表明,经过合理的抗震设计,基本达到了中震可修的抗震设防目标,极大程度地保护了人们的生命及财产安全。

考虑结构不确定性的框剪结构地震易损性分析

以框架-剪力墙结构为研究对象,按照我国现行抗震设计规范,设计了一个代表性办公楼结构,建立其非线性分析模型;并选择7个参数用以考虑结构参数的不确定性,选择PGA/PGV以考虑地震动参数的不确定性;结合地震动和结构不确定性参数,采用拉丁超立方采样与正交设计结合的方法,抽样形成地震-结构样本对;利用Perform-3D有限元分析软件,采用增量动力法(IDA)进行结构地震易损性分析,得到了该结构的地震易损性分析结果。研究表明:该类结构能够很好地满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震要求,具有良好的抗震性能。研究成果弥补了目前框架-剪力墙结构地震易损性分析中未考虑结构参数不确定性的不足,可为预测高层框架-剪力墙结构等重大工程结构的地震破坏和损失提供有力的科学依据。

形状优化的菱形开孔剪切型金属阻尼器减震性能

目的为解决传统开长缝的剪切型金属阻尼器应力集中以及焊接产生的热效应影响,提高阻尼器耗能能力,提出一种采用等强度线优化开孔形状的菱形开孔剪切型金属阻尼器.方法根据弹塑性力学理论寻找耗能单元截面在受弯、受剪条件下屈服强度相等的曲线,将该等强度曲线所围成的四边形作为对阻尼器耗能板的开孔形状,并推导了阻尼器弹性等效刚度与屈服强度的设计公式;对阻尼器耗能单元进行材料试验,基于真实的材料本构关系数据建立了精细化有限元数值仿真模型,模拟其低周往复加载的力学性能,分析阻尼器的变形模式与耗能能力,并比较了开长缝和开优化形状菱形孔阻尼器的减震性能.结果屈服强度的仿真结果与计算结果误差小于2%,刚度误差小于1%;相比传统的开长缝钢板阻尼器,形状优化的菱形开孔阻尼器累积等效塑性应变最大值减小为24.3%~37.5%;加载位移角小于1/20工况时,耗能未明显提升;加载位移角超过1/20工况时,形状优化的菱形开孔阻尼器单位体积耗能率增加多至32.9%.所建立的有限元模型是基于真实材性试验数据给出的,能更好地反映阻尼器金属的力学行为;设计公式计算结果与数值仿真结果吻合较好,可作为该类阻尼器的设计公式.结论与开长缝的钢板阻尼器相比,形状优化的菱形开孔阻尼器的强度随着滞回行为而稳定强化,具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力,塑性变形分布更加均匀,最大累积等效塑性应变明显减小.

双钢板-混凝土组合防护结构受力机理研究综述

双钢板-混凝土组合结构不仅具有省模板、少支模等施工便捷性,而且具有抗渗性好、变形能力强、抗冲击与抗爆性能突出等良好的力学性能,在核设施、近海工程设施等防护抗灾结构中具有良好应用前景。除了抵御极端荷载外,防护结构在常规荷载下的良好受力性能对其维持正常使用功能、减少日常事故风险以及避免次生灾害至关重要。本文介绍了双钢板-混凝土组合防护结构的工程应用与研究现状,着重总结了各类新型双钢板-混凝土组合结构构件与连接的受力机理与性能,并以近年相关理论分析、试验与数值模拟等研究为例进行详细说明。内容主要涉及双钢板-混凝土组合防护结构中剪力连接件受剪与受拉性能、平面及曲面双钢板-混凝土组合梁斜截面抗剪与正截面抗弯性能、双钢板-混凝土组合墙(板)面外局部荷载作用下冲切性能与墙体受压性能、双钢板-混凝土组合壳面外冲切性能。

汶川地震黄土地区远场地震动特征分析

远场地震作用对长周期结构的抗震设计依据提出了新的要求,由于缺乏远场地震动实测记录,国内外对远场地震动特性的研究尚不成熟。对汶川地震部分台站记录进行分析,研究远场地震动峰值及反应谱特征,讨论传播距离和场地条件对远场地震动的影响。结果表明：远场基岩场地在周期0.5s以上、土层场地在0.5-2s和3-6s存在明显放大效应;远场Ⅱ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,在周期1-4.5s之间,谱值明显高于设计谱;远场Ⅲ类场地、设计地震第二组和第三组的地震动反应谱,特征周期值比设计谱明显向右偏移。规范设计谱在强地震动的长周期部分被低估,应适当增大长周期部分的谱值。

不同版本规范设计的底框砌体结构地震易损性对比

历次地震震害表明,底框砌体结构在遭遇大地震时破坏严重。本文比较了《GBJ11-89建筑抗震设计规范》和《GB50011-2001建筑抗震设计规范》中关于该类结构的抗震设计要求。参考某地一个实际底框砌体结构建筑设计资料,分别按上述两版本规范设计了2个具有代表性的底框砌体结构。采用层间剪切模型基于IDA方法对结构进行了地震易损性分析,对比分析结果表明:按两版本规范设计的底框砌体结构的破坏均出现在过渡层;在设防地震作用下,按《89规范》设计的结构达到中等破坏的概率最大,使用功能受到影响,按《01规范》设计的结构达到轻微破坏状态的概率最大,使用功能基本无影响;在罕遇地震作用下,按《01规范》设计的结构发生严重破坏和毁坏的概率比按《89规范》设计的结构明显降低,抗震能力明显提高。本文提供的结果可丰富底框砌体结构地震易损性数据,为区域地震风险评估、震害预测等研究提供更加精细的易损性模型。

基于LM-BP神经网络的钢筋混凝土框架结构震害快速预测模型

为了快速对建筑群进行震害预测,构建城乡地震易损性模型,为防灾减灾工程提供依据并助力韧性城乡建设,本文选取位于抗震设防烈度为7度区的某市,把该市已完成的震害预测项目的基础数据和结果作为数据库的样本来源,以框架结构作为研究对象,将层数、层高、楼高、柱面积率等12个易获取且关联度较高的关键数据作为震害影响因子,充分利用了Matlab可视性良好的建模特性及LM算法能够快速拟合的优势,训练了一个基于LM算法的BP神经网络震害预测模型。采用多组数据测试,对单次模拟结果数据进行对比,并通过多次随机选取数据样本建立模型,验证该模型的精度和稳定性。测试结果表明,本文所选取的震害影响因子能够对框架结构的震害预测结果进行准确映射,该方法准确快速高效,可以应用于建筑群的快速震害预测实际工作中。

基于震害资料的云南地区砌体结构易损性研究

砌体结构房屋是存在于我国的一种量大面广的结构。针对一个地区砌体结构开展结构地震易损性分析,有利于把握该地区砌体结构整体抗震性能,对于该地区防震减灾工作的开展有着重要的指导意义。该研究收集整理了2001年到2010年10年间发生于云南地区地震的震后砌体结构震害资料,并对震后统计得到的震害矩阵进行分析,发现云南农村地区砌体结构的抗震性能与所在地区的抗震设防标准相关性小,而城区砌体结构与所在地区抗震设防标准相关性较强;由于所收集的资料中缺乏Ⅸ、Ⅹ烈度区的震害资料,从而给出了云南农村和城区不完备的砌体结构经验震害矩阵;进一步采用贝塔概率密度分布函数来拟合震害指数的分布,并根据标准震害矩阵和某一烈度下建筑物已知的震害分布得出其他烈度下的震害分布,最后给出了云南农村和城区砌体结构震害矩阵和易损性曲线。该研究可为云南地区的防震减灾规划、地震灾害预测提供参考。

国内外智慧城市评价指标体系对比分析及启示

智慧城市概念一经提出就成为国内外研究的热点问题,如何对城市的智慧化水平进行评价,不同的国家研究部门提出过不同的评价指标体系,但评价指标体系之间存在较大的差异性。为此,文章在对欧盟中等规模城市智慧排名评价指标、IBM智慧城市评估标准要素等9个智慧城市评价指标体系进行对比分析的基础上设计了一套智慧城市评价指标体系,以期对以后的智慧城市评价指标体系研究提供借鉴。

区域与城市地震风险评估与监测技术研究项目及研究进展

我国城市化进程的加快使人口与财富高度集中,城市向大型化、复杂化发展,在地震面前变得越发脆弱,而我国多数城市位于地震高危险区,灾害风险迅速攀升。充分借鉴国际减轻地震灾害风险先进理念,结合当今智能技术,开展地震风险评估与监测技术研究,已成为我国当前防震减灾工作的重中之重。国家重点研发计划项目"区域与城市地震风险评估与监测技术研究"以研发高性能区域与城市地震灾害监测及组网观测技术为手段,建立融合工程结构性态、社会和经济等多元信息的区域与城市大震风险动态评价指标体系、评估技术和软件系统平台,并开展应用示范,实现区域与城市地震灾害风险科学化、精准化和动态化评估,为显著提升我国抗御地震灾害风险能力提供关键技术支撑。经过两年的研究,设计并生产了MEMS加速度计样品,提出了观测网络优化布置方法、典型结构台阵优化布设方案和改进的数据多跳路由算法数据传输模式;构建了RC构件可视损伤识别的卷积神经网络Damage-Net,引入强跟踪滤波算法,实现了建筑结构体系时变物理参数的有效追踪,并建立了建筑抗震韧性评价方法;提出了基于计算机视觉的数据异常探测方法、桥梁结构基于弹塑性耗能差率的损伤指数模型和基于卷积神经网络和递归图的桥梁损伤识别方法,建立了桥梁地震破坏监测和性态评估标准Benchmark模型;分别建立了基于遥感数据的建筑物提取技术、单体建筑结构和区域建筑群结构性能水平恢复函数模型和结构恢复能力计算方法,构建了区域和城市大震风险评估指标体系和风险动态评价模型;提出了基于物联网大震灾害监测系统总体架构、考虑多损伤状态的参数化桥梁地震灾害风险评估模型,开发了建筑群地震灾害仿真系统;初步完成了示范建筑地震监测方案设计,完成了示范桥梁地震监测网络建设和三河市多元信息的数据库建设;初步设计了三河市区域地震灾害监测网络。