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。

考虑台地效应的泸定6.8级地震某框架结构震害调查与分析

2022年9月5日四川省泸定县发生6.8级地震,在磨西台地上某框架结构的震害调查中,发现其东区和西区的框架结构出现不同程度的震害,且差异明显。其中,东、西区框架的首层柱上端均发生了“强梁弱柱”型破坏,西区框架中等及以上破坏等级的比例达到81%,而东区框架仅为13%,呈现出与台地边缘的强关联性。为分析东、西区框架结构震害差异的原因,采用FK-SEM方法分析了磨西台地的地震放大效应。计算结果表明,距离台地边缘越近,地震放大系数越大。其中,水平和竖向的地震放大系数在西区建筑场地分别为2.30和2.25,而在东区建筑场地则分别为2.01和1.99。在此基础上,采用磨西台站的地震动记录,对东、西区框架结构进行了震害模拟,分析了其破坏原因。研究结果表明:磨西台地边缘的地震影响系数的实际放大系数超过了《抗规》规定,存在不利地段影响和近场地震效应叠加的情况,仅按《抗规》不利地段进行考虑,多层框架结构难以实现“大震不倒”的设防目标;竖向地震作用是框架柱下端破坏的直接原因,主要破坏形态为偏拉、偏压破坏,水平地震作用导致其二次破坏;“仿雀替”构造对结构整体变形能力不利,是框架结构“强梁弱柱”型破坏的主要原因。根据震害调查和分析结果,建议在9度近断层设防地区,靠近台地边缘的多层框架结构,设计前宜对建筑场地进行分析,并考虑竖向地震的影响;在有民族特色的建筑设计中,应将“仿雀替”等装饰物与框架脱离,设计为非结构构件,以减少其对框架结构抗震性能的不利影响。

钢支撑-钢筋混凝土掉层框架结构抗震性能试验研究

为改善坡地钢筋混凝土(RC)掉层框架结构抗侧刚度分布的不均匀性,设计了一栋在上接地层设置钢支撑的RC掉层框架结构,按1/4比例提取其顺坡向中榀框架下部5层子结构为试验对象,开展钢支撑-RC掉层框架拟静力试验,观测试件的破坏过程,并对比RC掉层框架试验所得试件的破坏形态,分析试件滞回性能、延性和刚度退化等抗震性能指标。结果表明:试件的最终破坏是以第4层柱底混凝土压溃,梁端混凝土剥落、底部钢筋断裂,顶层柱顶混凝土剥落为标志。与RC掉层框架试验结果相比,钢支撑-RC掉层框架试件上接地柱的破坏明显减轻,柱端破坏分布也更为均匀,避免了掉层框架结构“半层破坏模式”的出现,改善了结构的耗能和抗地震倒塌能力。但试件上接地层相邻上一层的变形和破坏程度较大,应对该楼层的柱端进行适当的抗震加强;设置钢支撑后,试件的滞回曲线较为饱满,并具有良好的延性(正、负向加载的位移延性系数分别可达5.13、5.69),正负向加载的刚度退化曲线也趋于对称。

双目标优化与生成对抗网络结合的框架结构阻尼器布置方案智能设计方法

为实现框架结构的阻尼器智能化布置,结合减震设计原理和智能算法,采用双目标优化算法和生成对抗网络算法分别进行阻尼器竖向和水平智能布置研究,并将该方法应用到两个框架结构减震设计工程案例中。在框架结构减震设计中,采用双目标优化算法进行阻尼器竖向布置,并与逐层逼近法、工程师设计和非减震设计进行对比,结果表明,采用该优化算法得到的阻尼器竖向布置方案能有效降低层间位移角和楼层加速度,提高结构的抗震性能。在确定各楼层的阻尼器数量后,利用训练好的生成对抗网络生成模型,可快速、自动地选择和确定各楼层阻尼器的平面安装位置,生成的平面布置与工程师设计的平面布置在相似性差异度综合评价指标上小于临界值0.1,说明两者相似度较高,且有利于提高原结构的抗扭能力。将双目标优化算法与生成对抗网络相结合,不仅能满足框架结构的减震性能目标,而且可实现阻尼器布置方案的智能设计,提升减震工程设计效率。

设有叠合柱的局部错层RC框架结构地震易损性分析

为研究某一设有叠合柱的局部错层钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构在近断层和远场地震作用下的破坏概率,自定义钢管混凝土叠合柱塑性铰参数,并与试验对比验证塑性铰参数的有效性。采用SAP2000建立非线性分析模型,选取近断层和远场地震波共22条,分别以地震峰值加速度(peak ground acceleration,PGA)和最大层间位移角作为地震动强度指标和结构性能指标,基于增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)结果和点估计函数对错层框架结构进行易损性分析。结果表明:对于远场地震动,结构满足“三水准”抗震设防要求,在罕遇地震下超越防止倒塌极限状态的概率仅为0.24%;结构在近断层多遇地震下仍能满足“小震不坏”的设计要求,设防地震下结构超越修复后使用极限状态的概率为53.63%,发生中等破坏的概率较大,罕遇地震下结构达到倒塌极限状态的概率为5.37%,较远场地震作用破坏更为严重。研究结果可为错层框架结构的设计和地震风险评估提供参考。

隔震支座安装在混凝土框架结构中的应用技术研究

本研究旨在探讨隔震支座在混凝土框架结构中的应用技术,以为工程实践提供指导。研究方法包括对隔震支座的工作原理、设计计算方法、施工质量检测以及实际性能进行阐述和评估。结果表明,隔震支座通过内部高弹性橡胶材料提供水平位移自由度和垂直承载能力,有效减小了结构的震动响应。参数设计计算确保支座性能符合要求,严格的施工质量检测保证了支座的正确安装。实际测试结果显示,支座的位移、承载力和阻尼性能均达到了设计指标。隔震支座是提高混凝土框架结构抗震性能的有效技术手段,需要精心设计、严格施工和定期维护,以发挥其隔震、减震作用,保障建筑结构的安全稳定。

基于神经网络的跨越地裂缝框架结构地震损伤及预测研究

为开展特殊地质环境下结构的损伤分析,以一跨越西安f4地裂缝的五层框架结构为研究对象,基于振动台试验和ABAQUS有限元分析结果,进行了BP神经网络模型的模型训练,选取变形和能量组合形式的双参数损伤模型计算结构损伤指标,采用加权系数法,开展了构件、楼层、结构三个层面的损伤预测分析,给出了不同地震作用下结构损伤程度评估。结果表明:地裂缝场地结构表现出明显上下盘效应,结构首层为薄弱层。BP神经网络损伤预测值与有限元计算值在不同工况下均较为一致,其对于构件、层间、整体结构损伤指数预测最大误差分别为8.86%、5.66%、7.57%,该研究成果为跨越地裂缝结构的性能评估提供一种准确且高效的研究方法。

空间框架结构扭转参数共振试验现象和机理

扭转参数共振现象在已有的结构参数共振试验中尚未观察到,针对此问题,通过试验手段对一个空间框架模型的扭转参数共振问题进行研究。采用不接触的电磁激励方法,激发空间框架结构模型的扭转参数共振,对空间框架扭转参数共振现象和机理进行观测和分析,研究了结构扭转参数共振的稳定性问题以及参数共振下稳态激励幅值与非线性响应幅值的变化关系。试验结果表明:当外部周期激励的频率大约为2倍的结构扭转自振频率时,空间结构将发生整体扭转参数共振;扭转参数共振稳定边界与已有其他结构平动参数共振的稳定边界相似,扭转参数共振的机制与平动参数共振基本相同;在不稳定区域内,当固定激励频率时,随着激励幅值的增大,非线性稳态响应的幅值近似地呈线性增大。

多台地掉层RC框架结构扭转效应及控制研究

山地掉层结构考虑坡地开挖工程量、边坡稳定性等因素,常需设置多个接地端,导致结构平面和立面不规则,扭转效应显著。为研究3个不等高接地端的多台地掉层钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构的扭转效应及控制措施,通过拟静力试验和振动台试验结果验证了有限元模型的可靠性,对建立的16个不同结构参数的有限元算例模型进行了弹性和弹塑性动力有限元分析,研究了此类框架结构扭转效应受接地端跨数、总掉层数、中接地端掉层数等因素的影响程度;通过算例分析对比了不同扭转控制措施的效果。研究结果表明:弹性状态下,3台地掉层RC框架结构在中接地层和上接地层处扭转效应显著,总体扭转效应小于对应的2台地掉层RC框架结构;而当结构进入弹塑性状态后,通过降低结构掉层部分长度在顺坡向总长度上的占比,可有效缓解结构的扭转效应;在3台地掉层RC框架结构中设置水平接地构件、钢支撑和黏滞阻尼器均能改善扭转效应,对于岩质边坡,设置水平接地构件对各扭转效应指标的改善最好。

框架结构对薄膜体声波谐振器性能提升的研究

本文研究了框架结构(Frame)对薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator,FBAR)提升性能的作用,从两种Frame结构对体声波能量的反射匹配基础理论出发,针对其功能特点,以实验的方式确定了低频和高频多组框架微结构的组合,对多组FBAR进行了版图绘制以及光刻流片,最终通过片上测试得到了所有分组的谐振器性能.对测试得到的性能进行了分组统计筛选,从测试结果来看,经过优选之后的Frame结构分组无论是对低频还是高频FBAR谐振器都具有提升性能的作用.对低频(1.7 GHz附近)FBAR来说,并联谐振品质因数可以提升1000以上.对高频(5.5 GHz附近)FBAR来说,并联谐振品质因数可以提升300以上.对横向寄生模式较强的高频FBAR,优选的Frame结构可以提升谐振器的横向寄生模式抑制,使串联谐振频率之下的阻抗相位波动减少5°以上.

基于生成对抗网络的自动框架结构设计

本文在结构设计中引入人工智能方法,通过提出建筑结构特征表达方法,构建以生成对抗网络为核心的框架结构自动设计方法。在数据前处理阶段,通过对建筑结构图纸分析,提出建筑特征表达方法与结构特征表达方法。在构建算法模型阶段,实现在有限的数据量下训练生成对抗算法学习框架结构布置,构建了依据建筑信息自动生成含有构件尺寸信息的框架结构自动布置模型,并提出了评价指标量化评价模型的结构设计能力。在案例中使用本文构建的框架结构自动布置模型完成一栋实际建筑的自动设计,验证了本文提出方法对结构设计效率的提高。

附设黏滞阻尼器的RC框架结构抗震韧性评估

为研究黏滞阻尼器对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构抗震韧性影响,基于增量动力时程分析方法,对附设黏滞阻尼器的RC框架结构开展抗震韧性能力评估。结合FEMA P-58以及我国抗震韧性评价标准,将主要受损构件的修复费用、修复时间曲线以及易损性信息按实际情况进行相应修正,并对无控结构和有控结构的修复费用、修复时间和人员伤亡等主要抗震韧性指标进行对比分析,明确了黏滞阻尼器对RC框架结构抗震韧性的影响。研究表明,在RC框架结构中适当设置黏滞阻尼器不仅能够减小结构地震响应、降低结构破坏概率,还能有效提升结构抗震韧性。

减隔震技术对9度近断层区框架结构抗震性能影响与经济性分析

为研究减隔震技术对9度近断层区框架结构抗震性能影响及其经济性,以某多层框架结构为研究对象,在保证结构力学指标为85%的规范限值的原则下,对其分别进行抗震、减震、隔震设计,采用ETABS软件建立结构的抗震、减震、隔震模型并对其进行近断层和非近断层地震动作用下的抗震性能对比分析,以及工程量和经济性分析。结果表明,各模型在近断层地震动下的反应大于非近断层地震动下的。在近断层罕遇地震下,相较于抗震模型,隔震模型最大层间位移角减小6898%,楼面峰值加速度减小7677%,楼层剪力减小8367%;相较于抗震、减震模型,隔震模型在近断层多遇地震和设防地震下的响应及填充墙破坏程度最小,隔震结构抗震性能最优。相较于抗震模型,减震、隔震模型造价分别降低857%、554%,所以减震设计的工程造价最低。

盾构下穿诱发框架结构沉降实测与模拟分析

为研究盾构隧道施工对上方框架结构的影响,以广州市综合管廊盾构斜交下穿中高层框架结构为工程背景,采用现场沉降监测及数值反演的方法分析结构的响应规律。结果表明:本工程盾构下穿位置的柱基沉降过程表现为主要沉降-沉降回弹-沉降稳定3个阶段;沉降较大的柱基主要分布在盾构轴线沿线位置,差异沉降较大的柱基则主要分布在盾构轴线的周边位置;盾构的穿越位置会影响建筑物的倾斜趋势;盾构穿越后及时进行洞内二次注浆,能减小框架结构在稳定阶段的沉降、不均匀沉降及整体倾斜。

地震作用下掉层钢框架结构抗倒塌能力分析

采用PERFORM-3D程序对掉层钢框架结构进行了抗震倒塌能力研究。考虑不同的掉层情况和结构措施,设计了2个普通钢框架结构模型和4个掉层钢框架结构模型(其中2个模型带拉梁加强),利用增量动力分析方法对上述钢框架模型进行了易损性分析和抗震倒塌能力评估。结果表明,掉层钢框架结构的抗震倒塌能力与掉层数关系不大;采用拉梁加强的掉层钢框架,上接地侧的抗震倒塌能力和抗震倒塌安全储备性能有所提高,但掉层侧的抗震倒塌能力和抗地震倒塌安全储备降低;增加拉梁的数量对该类结构影响不大,但会改变其破坏模式;上接地侧倒塌模式下,上接地一层是上接地侧最薄弱的楼层;掉层侧倒塌模式下,上接地二层是掉层侧最薄弱的楼层。

提升RC框架结构抗震韧性的冗余柱性能分析

本文提出了一种通过设置可更换冗余柱以增强钢筋混凝土框架结构抗震韧性的方法。通过冗余柱纵筋在钢筋机械套筒里的锚固长度以控制冗余柱与框架连接节点处的钢筋失效,节点的刚性连接转变为铰链连接。以钢筋直径和锚固长度为变量,对钢筋机械连接套筒试件进行了13组拉伸试验和6组高应力拉压试验,每组包含3个试件,一个试件包含两段钢筋和一个机械套筒。试验结果表明,适当设计机械连接套筒锚固长度,可实现可控成铰性能。将实测数据应用于冗余柱的截面和构件仿真分析中,证明可通过改变钢筋于套筒锚固长度控制当冗余柱极限变形达到设计值时柱端自动成铰,使冗余柱损坏后仍为关键结构柱提供竖向承载能力,同时保护关键柱在遭遇强震时不易发生严重破坏。

起波配筋混凝土框架结构的抗内爆性能数值模拟

人工塑性铰在框架结构抗震研究中已经得到广泛应用,其能够控制梁塑性铰出现的位置,避免框架结构在地震中出现梁柱节点破坏而发生连续倒塌,实现“强柱弱梁”的设计目标。一种新型起波钢筋构造的人工塑性铰为结构抗爆设计提供了新的思路。现有的结构静载试验表明,起波钢筋兼具优异的变形性能和较强的极限承载力。采用简化混合建模的方法,基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对采用不同起波配筋方案的钢筋混凝土框架结构进行数值模拟。研究结果表明:在爆炸荷载作用下,起波配筋梁能有效地吸收冲击力,降低支座反力,推迟反力峰值出现时间,保护梁柱节点,将破坏限制在梁板构件,从而防止结构发生连续倒塌。

采煤沉陷区框架结构抗变形研究现状与展望

针对我国矿山城市采煤沉陷区土地资源工程建设利用难的问题,在统计采煤沉陷区发展现状、综合治理及其工程建设利用率的基础上,分析了利用采煤沉陷区场地进行工程建设的必要性。从框架结构抗变形原理、共同作用机理、混凝土框架结构及钢框架结构抗变形技术等4个方面,总结分析了框架结构建筑物变形损害与保护技术的研究发展历程与不足之处;并展望了框架结构建筑物抗变形技术的发展方向:地表移动变形下大跨及多高层框架结构附加效应的动态演化规律,地表移动变形下地基-基础-结构共同作用的力学行为及变形协同机制,框架结构建筑物新型抗变形技术,框架结构建筑物抗震抗变形调控技术,以便形成地表移动变形下框架结构建筑物的综合理论与技术体系,为实现采煤沉陷区进行大型框架结构建筑物工程建设利用提供理论和技术支撑。

隧道侧穿箱基框架结构体系振动台试验及数值模拟

以郑州市轨道交通7号线侧穿箱基框架结构工程为背景,开展了室内振动台缩尺模型试验,并借助有限元软件ABAQUS对不同工况进行数值建模,将振动台试验和数值模拟结果进行对比,验证数值模拟结果的可靠性。基于验证后的模型,分析隧道侧穿箱基框架结构体系的动力响应特性。结果表明:①隧道或箱基框架结构的存在均会降低整个体系的自振频率;②箱基框架结构的存在会降低隧道结构的加速度响应,同时减弱隧道结构所受到的弯矩,而对其所受剪力的影响不大;③隧道结构的存在会减弱箱基框架结构的加速度响应和位移响应。箱室的存在会改变地震波的传播路径,且当箱基框架结构高于三层时,楼板加速度响应随楼层高度的增大更明显。

功能可恢复RCS混合框架结构研究进展

钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)混合框架结构以其结合了混凝土优异的抗压性能及钢材优异的抗弯性能而受到广泛关注,而可恢复功能结构以其震后快速恢复使用功能的能力,也成为地震工程界研究的新热点。功能可恢复RCS混合框架结构可以在弯矩较大的梁端和柱脚部位设置可更换构件,实现结构的功能可恢复能力。文中简述了近年来功能可恢复RCS混合框架结构研究进展,重点关注各类型功能可恢复钢梁、功能可恢复摇摆柱脚的构造研究,介绍了功能可恢复RCS混合框架结构性能分析研究进展。最后,对功能可恢复RCS混合框架结构仍需深入研究的问题进行了展望。