基于深度学习的钝体断面外形气动性能高效预测方法

对于气动性能,钝体断面的气动外形非常重要,采用传统风洞试验及CFD模拟计算得到钝体断面气动性能需消耗大量时间,大大影响钝体断面气动外形的气动性能评估效率。通过卷积神经网络深度学习技术实现对气动性能的快速预测,深度学习模型训练完成后,输入形状信息和与形状相关的流场信息,即可输出不同几何形状下的阻力系数,进而得到钝体断面的气动性能。为寻找性能最优的深度学习模型,通过综合判定误差和参数量大小对卷积神经网络结构的深度和宽度进行优化。对深度学习模型输出阻力系数与CFD计算结果进行对比发现,误差符合预期要求,并且相较于传统方法,基于深度学习网络的预测所需时间达到数量级的提升,未来可作为钝体断面气动外形优化的关键方法。

增设角部阻尼器箍头榫木节点的抗震性能

为了给广府木结构的修复提供理论依据,采用菠萝格木材设计制作了5个箍头榫节点试件。考虑到榫卯构造尺寸的影响,首先进行了未加固无损节点的拟静力试验。然后,采用对原有外观影响较小的雀替型阻尼器对上述节点损坏试件进行加固,以尽可能保留建筑的原始风貌。最后,对加固节点进行拟静力试验,以研究节点的抗震性能变化以及阻尼器的加固效果。结果表明:采用阻尼器加固后的节点试件在加载至破坏时,榫卯处压痕明显,梁外榫外侧劈裂、脱榫现象明显,阻尼器脚部的橡胶与钢板有一定的脱离现象;对节点增设阻尼器能够弥补节点初期损伤导致的受力性能下降,为残损榫卯节点提供较好的后期刚度,提高节点的承载能力和耗能能力;与未加固试件相比,增设阻尼器后,试件的后期刚度、极限承载力、总滞回耗能均有所增加,分别提高18%、19%、20%以上。文中还在已有简化力学模型的基础上,结合OpenSees,提出了一种应用于箍头榫木结构的宏观模型建模方法。采用该方法得到的节点滞回曲线与试验结果吻合良好,可以有效模拟阻尼器加固的箍头榫木节点的滞回耗能特性。

钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应对比分析:试验研究

文章旨在研究并对比钢筋及BFRP筋(玄武岩纤维增强筋)混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应的异同,对4根钢筋混凝土深受弯构件及4根BFRP筋混凝土深受弯构件(梁高为300~1200mm)进行了剪切破坏试验。对比分析了荷载-位移曲线、斜裂缝宽度、混凝土应变、纵筋应变及腹筋应变随结构尺寸变化的发展趋势。揭示了钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件抗剪强度尺寸效应规律,并分析了设计规范和计算方法的适用性。研究表明:(1)BFRP筋混凝土深受弯构件的极限荷载约为钢筋混凝土深受弯构件的0.3~0.5倍,而挠度约为钢筋混凝土深受弯构件的1.4~1.7倍;(2)梁高从300mm增至1200mm时(试验梁的水平及竖向腹筋率均为0.51%),钢筋混凝土深受弯构件的名义极限抗剪强度下降34.0%,而BFRP筋混凝土深受弯构件下降45.7%;(3)对于大尺寸构件的抗剪承载力,设计规范的计算结果安全储备不足,未能合理考虑尺寸效应;(4)提出的尺寸效应理论公式可以定量描述结构尺寸对钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件名义极限抗剪强度的影响。

乌兹别克斯坦9度区某超高层建筑结构设计与优化

对于9度设防地区的超高层建筑,其结构设计基本由地震作用控制,因此抗震设计尤为重要。建筑消能减震技术可在提高结构地震安全储备的同时,降低整体工程造价,是结构优化设计的有效措施。对位于9度区的超高层建筑进行了结构方案选型对比、结构方案优化、减震设计方案比选、剪力墙内嵌钢板优化。结果显示,钢骨混凝土框架⁃核心筒方案相对于钢框架⁃支撑方案具备更高的成本优势;框架⁃核心筒方案可通过精细化设计作进一步优化;在此基础上,对钢骨混凝土框架⁃核心筒方案采用两种消能减震方案进行比选,结果表明,采用黏滞阻尼器方案的结构抗震性能明显优于采用黏滞阻尼墙方案;最后通过增大剪力墙竖向分布钢筋配筋率,对低区核心筒墙肢中的内嵌钢板进行了优化。

基于节段模型测力方法的塔式起重机风荷载特性研究

塔式起重机被广泛应用于铁道工程和土木工程施工过程,属于高耸结构体系,风荷载是塔式起重机结构设计的控制性荷载。为完善《塔式起重机设计规范》(GB/T 13752—2017)和《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中的塔式起重机斜风向设计风荷载计算方法,解决风向、吊臂、平衡臂位置等因素对塔式起重机遮挡和干扰引起的设计风荷载计算问题。选取平头塔式起重机为研究对象,对塔身、吊臂、平衡臂进行多工况的节段模型测力风洞试验,研究湍流强度、节段干扰和遮挡等因素对塔式起重机节段风荷载特性的影响规律,研究不同风向下节段阻力系数分布规律,对比标准化阻力系数与当前主要规范的异同,进而探讨节段斜风向标准化阻力系数计算方法。研究结果表明湍流强度对节段阻力系数影响较小,可忽略,而平衡臂和吊臂相邻节段的干扰会减小测试节段的阻力系数;在斜风向下,由于吊臂和平衡臂之间存在相邻节段干扰,国内外规范方法的计算值均会大于干扰工况的节段风洞试验值;当前主要国家规范规定的垂直风向塔身、吊臂、平衡臂阻力系数与风洞试验测得的阻力系数值较为接近,基于风洞试验结果给出典型风向的塔式起重机各节段的风荷载系数取值可用于结构设计;基于风洞试验测试结果推导的塔式起重机斜风向风荷载计算方法具有较好的拟合效果。研究成果可推荐相关工程应用,可为相关规范的修改或补充提供参考。

附加不同形式调谐质量惯容系统的高耸烟囱轻量化减震控制

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法,然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间,这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统(TMIS)控制高耸烟囱的地震响应,以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减震目标。同时,考虑烟囱高阶模态对其地震响应不容忽视的影响,提出沿烟囱高度布置的分布式TMIS以实现多模态控制效果。建立了基于两种不同惯容子系统的TMIS力学模型及相应的附加分布式TMIS烟囱运动方程。以金井清谱为随机地震激励输入,并基于改进的定点理论提出了分布式TMIS的部分设计参数简化假设,提出了基于需求的分布式TMIS烟囱结构多模态优化设计方法。通过实例验证了所建议设计方法的有效性,并对比检验了分布式TMIS的轻量化及多模态控制效果,通过参数分析检验了所采用的改进定点理论简化的合理性。结果表明:所建议的设计方法可以按照预定目标发挥两种分布式TMIS的减震性能,两种分布式TMIS均显示了明显的轻量化减震效果。

湖北工人文化宫超限结构设计

湖北工人文化宫的主要功能为职工培训和展览等,主体结构采用框架-剪力墙结构,存在扭转不规则、偏心布置、楼板不连续、局部跃层柱等不规则项,属于复杂超限高层建筑。采用抗震性能化设计对主要构件进行复核,采用YJK和MIDAS Building软件对结构进行多遇地震弹性计算和弹性时程分析以及罕遇地震下的动力弹塑性时程分析和楼板应力分析等。分析结果表明,整体结构可以满足规范的要求,达到预定的性能目标。并根据分析结果采取抗震加强措施。在容易产生共振的大跨度预应力楼盖区域,以高阻尼橡胶减振垫作为减振材料,对楼盖在人行激励下和有节奏运动激励下的楼板舒适度进行分析。分析结果表明,楼板舒适度满足规范要求。

装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙轴压性能研究

提出一种装配式带夹芯保温槽型玻璃钢-钢板-槽钢-混凝土组合剪力墙,设计3个具有不同配筋形式和混凝土种类的墙板试件进行轴心受压试验,获得墙板在轴压作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、承载力储备系数、延性系数、材料利用率等性能指标。通过ABAQUS有限元分析软件对墙板进行参数化分析,研究内嵌钢板强度和厚度对其轴压性能的影响。结果表明,墙板具有良好的承载力储备能力和延性性能;混凝土中掺入1%体积比的钢纤维可显著提高墙板内混凝土的抗拉性能,使混凝土强度得到更加充分的利用,布置钢筋可以显著提高墙板延性;墙板的承载力和延性随内嵌钢板厚度和强度的增加而增大,强度为Q355、厚度为4、6mm时,墙板材料利用率更高。提出适用于该类墙板的轴压承载力设计公式,考虑钢板屈曲和截面组合效应的墙板轴心受压承载力设计公式计算结果较精确。

弱非线性系统下的耗能减震结构随机地震响应分析

本文研究了结构刚度弱非线性和滞变弱非线性的耗能减震结构的随机地震响应问题。首先利用整体本构关系建立单自由度弱非线性耗能结构的运动方程;然后结合带支撑黏弹性阻尼器的等效阻尼原理和随机等效线性化法对其进行等效;最后基于FPK(Fokker-Planck-Kolmogorov)方程法推导出结构刚度弱非线性耗能结构随机地震响应值的解析解,基于等效Duffing体系法推导出结构刚度滞变弱非线性耗能结构随机地震响应值的解析解,并对这2种方法的误差进行了分析。算例分析表明:计算结果可靠、有效;相较于现有的随机等效线性化法的求解方法,FPK法和等效Duffing体系法具有更高的精度。

双向密肋楼盖的计算及设计探讨

在双向密肋楼盖的设计中采用弹性板对楼板进行计算分析,但与实际密肋楼盖结构相比,常用软件的计算模型在柱帽区域的计算假定存在重复考虑柱帽厚板与框梁重叠区域、板柱连接区与梁柱连接区重叠区域的问题。针对该问题,对密肋楼盖柱帽区域建立了多种不同计算假定的计算模型,分析了各模型对楼盖构件内力的影响,结果表明:考虑这些计算假定上的差异后,会导致与柱帽区域相连接的构件内力计算结果产生极大的变化。设计中应充分关注这些差异带来的影响,避免出现结构安全问题。此外,对密肋楼盖采用将柱帽格构化为等代梁的分析方法,能够避免过高估计柱帽承载能力,计算结果合理,且能方便对柱帽进行配筋设计。

面向建筑韧性目标的减隔震设计研究与实践

为培养土木工程类学生防灾减灾设计能力,本文以《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》(以下简称《导则》)为核心内容,提出建筑物在遭受设防地震时满足正常使用要求,并根据使用功能及损坏后果提出Ⅰ、Ⅱ类建筑性能目标。以预期抗震韧性目标为导向,提出一种面向两区八类建筑的“三水准设防、两阶段设计”策略,以实现《导则》对Ⅰ、Ⅱ类建筑进行减隔震设计时正常使用要求,提高震后建筑维持和恢复使用功能的能力。选取某医技楼和学校作为Ⅰ类和Ⅱ类建筑的典型算例,以震后修复费用、修复时间和人员伤亡指标提出预期韧性目标,并对其按照韧性设防策略进行隔震与减震设计。基于弹塑性时程分析结果采用SAUSG-RES提取工程需求参数进行韧性等级评定。结果表明,两区八类建筑采用韧性设防策略后,结构在遭受设防地震时满足正常使用要求,经过简单修复后可恢复使用功能,达到韧性一星等级;在遭受罕遇地震后经过适度修复可恢复使用功能,达到高韧性等级。韧性设防策略不仅完善了传统抗震设防的不足,而且衔接《导则》要求与工程设计习惯,为抗震设计课程高阶性改革提供了参考思路。

GFRP材料光伏基础支架的力学仿真分析

针对淤泥地基固有缺陷及光伏支架受力特点,提出一种新型玻璃纤维增强复合材料(GFRP)浅埋圆形扩展式基础加空心立柱支架的结构设计方案,并进行了力学仿真分析。仿真结果显示:该光伏基础支架结构在极端瞬时风荷载作用下能保障承载安全,地基无大面积破坏;实测风压循环加载条件下,结构未触变破坏,位移和应力水平维持在可控范围。为降低材料成本同时控制结构变形,建议增加基础内部肋板或支撑、扩大抗风方向尺寸以提升结构刚度;针对圆形扩展式基础埋置施工,提出采用带护筒的大直径旋挖工艺的可行性建议。该研究为光伏基础支架新结构开发提供了理论支撑。

山地大跨结构关键设计技术研究

恒力应急指挥中心三侧靠山,形成两个高低接地面、具有特色的掉层高层建筑。结构通过设置钢桁架连接构件,将主体结构与山体形成有效连接,将掉层部分简化了嵌固端,简化了结构的边界条件。采用弹塑性分析对结构在罕遇地震下的承载力及刚度进行验证。同时采用山体与主体结构一体化的分析技术,找寻在真实地震工况下,主体与山体连接构件的内力,验证其可靠性。对于大跨结构,采用了新型的预应力型钢混凝土梁,有效降低结构自重,减小梁高,大幅提高结构效率。本工程属于具有特色的山地建筑,结构设计采用创新处理方法,能够为类似工程项目提供参考。

高温作用后新型高强QN1803不锈钢轴压构件局部稳定性能研究

通过建立新型高强度QN1803不锈钢工字形和方矩形截面短柱的有限元模型对其高温作用后的局部稳定性能进行了数值模拟分析.通过参数分析探究了残余应力、局部初始几何缺陷及温度工况对构件局部稳定性能及极限承载力的影响.研究结果表明:对于方矩形构件及截面正则化长细比小于1.0的厚实工字形构件,残余应力对承载力的影响较小;对于薄柔工字形构件,残余应力会降低其截面承载力,且降低幅度随着温度的升高而下降.此外,随着温度升高,初始几何缺陷对不锈钢工字形构件承载力产生显著影响且正则化宽厚比的影响限值变大,对不锈钢方矩形构件承载力的影响则相反.最后,本文基于参数分析结果,评估了现行欧洲规范EN 1993-1-4、美国规范ASCE/SEI-8-02以及中国《不锈钢结构技术规程》(CECS 410:2015)中不锈钢构件局部稳定性能常温设计方法的适用性,发现了现有设计方法中对高强不锈钢轴心受压构件的高温作用后设计指导尚存在不合理之处并提出了优化建议.

考虑填充墙力学贡献的规范RC框架办公楼抗震韧性评价

提升建筑结构的抗震韧性是当前工程界抗震减灾的核心任务,根据现代规范设计的钢筋混凝土框架尽管具有较高的抗倒塌安全储备,但其韧性能力并不明确。既有研究在量化结构抗震韧性时,均仅采用结构构件的地震响应作为输入,忽略了非结构构件对整体结构地震响应的影响。针对上述问题,该文根据规范最低要求,设计一栋六层钢筋混凝土框架办公楼,并对其抗震韧性进行评价,明确了该办公楼的抗震韧性与《建筑抗震韧性评价标准》中建议的韧性目标的差距,揭示各类构件对结构韧性的影响。对比研究了填充墙力学贡献对办公楼抗震韧性的影响。研究结果表明:该六层框架办公楼的修复费用主要来源于填充墙和暖通类设备的修复工作,而修复时间主要由结构构件和填充墙的修复时间组成。填充墙的力学贡献会提高该办公楼的抗震韧性,减少结构构件和位移型非结构构件的修复费用和时间约50%,但对加速度型非结构构件的影响较小。

钢筋混凝土结构整体承载能力、可靠度和整体抗力系数校准--以简支梁为例

目前,基于构件承载能力极限状态的荷载抗力系数设计法或分项系数法是世界各国土木工程结构设计规范所主要采用的概率极限状态设计方法,目前这两种方法存在两个基本矛盾,需要发展基于结构整体可靠度的整体安全系数设计方法。总结钢筋混凝土结构整体承载力设计值和整体抗力系数的确定方法,将FIB混凝土结构整体抗力系数设计法与结构整体可靠度理论相结合,提出钢筋混凝土结构整体承载能力可靠度和整体抗力系数的校准原理。以双面配筋钢筋混凝土结构简支梁为例,通过非线性有限元分析和蒙特卡洛模拟,校准得到钢筋混凝土简支梁的整体承载能力可靠度和整体抗力系数,研究发现钢筋混凝土简支梁的整体承载力可靠指标总体大于构件承载力可靠指标,且整体可靠度指标和构件可靠度指标均远大于目标可靠度指标,表明《建筑结构可靠性设计统一标准》(GB 50058—2018)的目标可靠度指标有较大提升空间。

西咸自由贸易企业服务中心超高层建筑结构设计

西咸自由贸易企业服务中心地处高烈度区,与渭河断裂之间的距离约2km,应考虑近场效应。项目采用钢管混凝土框架(钢梁)+钢筋混凝土核心筒混合结构,存在扭转不规则、刚度突变、有加强层和通高层等不规则项。为提高结构刚度,在避难层设置了2道伸臂桁架加强层。采用YJK、MIDAS Building软件进行了小震弹性对比分析,采用YJK进行了小震弹性时程分析。根据设定的抗震性能目标,对主体结构主要部位和关键构件进行了性能化设计;采用SAUSAGE软件进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析;采用ANSYS软件对伸臂桁架关键节点进行有限元分析。结果表明:各项指标均符合设计要求,结构及构件均达到预设性能目标,结构体系合理,安全可靠。本工程部分墙体为钢板混凝土剪力墙,设计中应注重钢板混凝土剪力墙的构造措施,施工中应采取措施控制钢板变形。

基于设计值法的结构可靠性设计实用性研究

目前,结构设计主要采用基于概率的分项系数法,而随着材料强度、施工工艺、设备性能的改善以及荷载作用的变化,该法在使用过程中因分项系数的取值固定而缺乏灵活性、通用性、并且可靠度控制精度不足.为此,国际上提出了设计值法.该法可从根本上解决目前设计方法的缺陷,但仍缺乏足够的工程实用性,尚未全面推广.鉴于此,根据工程设计习惯,以结构可靠度理论和设计值法为基础,建立基于设计值法的实用设计表达式,并结合工程实际给新的设计表达式选取最优的灵敏度系数,从而建立新的实用性设计值法的应用研究理论.结果表明,新的实用设计值法在工程应用中提高了可靠度控制精度和实用性.

建筑结构设计中控制裂缝的措施分析

在建筑结构设计中,裂缝控制是一个非常重要的环节。裂缝的出现不仅会影响建筑物的美观,更重要的是会影响其结构和安全性。因此,如何有效地控制建筑结构中的裂缝成为了一个值得研究的课题。本文从建筑结构设计中裂缝的类型与成因出发,探讨了控制裂缝的措施。通过优化结构设计、材料选择与施工过程管理与监控以及考虑环境因素等手段,综合控制裂缝的产生和发展。通过分析,本文总结了控制裂缝的措施在实际工程中的应用效果,为建筑结构设计提供了有益的参考。

基于BIM技术与模拟退火算法的村镇轻钢框架结构智能设计方法

传统村镇住宅结构设计需要进行大量的人工试算与重复建模,而受制于建设成本,村镇住宅无法像城镇住宅一样通过设计师进行专业的结构设计与验算,其安全性与经济性均难以满足要求。为此,提出一种村镇轻钢框架结构智能设计方法,包括智能建模与智能优化两个环节。基于图层自动识别算法、光学字符识别技术、自适应分块算法提出村镇轻钢框架结构BIM智能建模方法,包括图层识别、轴文本数据提取、墙体轮廓提取等,智能建模结果基本满足实际工程要求。基于提出的两阶段模拟退火算法给出村镇轻钢框架结构的智能优化方法,优化速度较快,优化效果良好。通过实际工程案例对提出的智能设计方法进行验证,结果表明,提出的村镇轻钢框架结构智能设计方法具有可行性,与传统的人工设计方法相比,设计周期可缩短70%以上,材料用量、结构设计指标接近人工设计结果。