基于循环神经网络的超大直径盾构掘进地表沉降预测方法研究

为了研究超大直径盾构掘进过程地面沉降规律,以武汉市和平大道南延线盾构工程为研究对象,首先收集了超大直径盾构下穿过程掘进参数和地层地质参数,并使用盾构掘进过程深跨比描述超大直径盾构影响特征;其次,通过收集现场沉降测点数据分析盾构隧道施工阶段地表沉降的影响范围,计算了90%、95%、99%三种置信区间下地表沉降影响范围;最后,选取不同范围内的多元时序数据作为输入参数,分别建立了基于贝叶斯优化算法(BO)的长短期记忆(LSTM)、BP神经网络和随机森林(RF)大直径盾构地面沉降预测模型.模型运行过程中,通过贝叶斯优化算法分别寻找三种不同模型下的最优超参数,并通过四种评价指标对比模型精度.结果如下:①在90%置信水平下三种算法均表现出最高精度,通过区间计算筛选有效输入参数能有效提高模型预测精度;②LSTM对隧道沉降的预测结果优于传统机器学习算法模型,MAPE最低达到8.91%,R^(2)达到90%.

高跨比和剪跨长度对UHPC弯拉性能的试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)的弯拉性能,以高跨比和剪跨长度为变量,进行了多组四点弯曲试验,探究高跨比和剪跨长度对UHPC弯拉性能的影响。结果表明:当其他设计参数不变时,UHPC试件跨中截面等效弯曲应力强度随高跨比或者剪跨长度的增大而减小;且各试件在纯弯区开裂时,达到极限荷载时位移量比较接近;剪跨长度越小,荷载-挠度曲线离散型越大;剪切变形对试件跨中纯弯段曲率影响较大。

装配式变电站钢框架梁截面选型与优化研究

钢框架结构已取代钢筋混凝土框架结构成为装配式变电站配电装置楼的主要结构型式。不同于钢筋混凝土结构,钢结构设计标准未对钢框架梁高跨比做出明确规定,其截面选型依赖于设计人员经验和多次试算,选型不当易造成用钢量浪费。文章通过对钢框架结构简化模型静力分析和理论推演,得到最优梁柱线刚度比和梁临界高跨比,并结合变电站实际案例分析,从而推导出适合变电站的钢框架梁推荐高跨比,为变电站钢框架梁截面选型和优化提供依据。

混凝土深受弯构件力学性能分析与裂缝宽度检测

为保证混凝土深受弯构件的服役寿命,分析了其在载荷作用下的力学性能,并检测其裂缝宽度。在制备4种不同剪跨比的混凝土深受弯构件后,制定加载方案。然后基于有限元模型分析构件在载荷下的应力分布情况,并通过构件受剪分析模型计算混凝土深受弯构件的受剪承载力,同时利用拉压杆模型检测裂缝宽度。试验结果显示:剪跨比能够直接影响构件的力学性能。剪跨比为0.26、载荷达到600 kN左右时,跨中位移最高值为8.6 mm;剪跨比为1.04、载荷为300 kN左右时,跨中位移达到12.5 mm,构件从剪切破坏状态变化成剪弯破坏;根据构件裂缝之间的受力情况,可以准确获取裂缝最大宽度值;剪跨比较大时,构件裂缝较宽位置,大部分均位于支座附近。

超高性能混凝土T形截面梁受剪性能试验研究

对9片超高性能混凝土(UHPC)T形梁设计进行了受剪性能试验,分析钢纤维掺量、配箍率和剪跨比等主要参数对试验梁破坏形态、裂缝开展过程和抗剪承载力的响应影响规律。基于公开发表的57片UHPC梁受剪实测数据,分析对比了既有多国规范的抗剪承载力计算方法。试验结果表明:UHPC-T梁具有较高的抗剪承载力和延性,2%~3%的配纤率有助于更好地发挥钢纤维的抗剪贡献,既有规范对UHPC-T梁的抗剪承载力计算偏保守,对钢纤维的贡献有待进一步研究。

全预制拼接槽形UHPC梁抗弯抗剪性能试验研究

为实现UHPC结构在房屋建筑中的应用,提出了一种全预制拼接槽形UHPC梁,该梁截面呈槽形,带螺栓肋且肋上设贯通螺栓孔,梁柱可由两片槽形带肋梁正拼接和反拼接形成工字形和回字形两种梁、柱全装配式组合连接模式.为研究全预制拼接槽形UHPC梁的抗弯抗剪性能,共完成3根梁抗弯试验,分别为现浇工字形梁、回字形拼接梁、工字形拼接梁.通过抗弯试验发现,拼接梁的刚度略高于现浇梁,而反接槽形拼接梁的抗弯承载力高于现浇梁,以此证明UHPC拼接梁的抗弯性能优于UHPC现浇梁.为研究工字形拼接梁的抗剪性能,设置了不同剪跨比和箍筋间距,通过正交试验设计完成了9根反拼接槽形拼接梁的抗剪试验研究,获得开裂和破坏荷载、变形和裂缝分布规律等.通过抗剪试验发现,在箍筋间距相同时,工字形拼接梁随剪跨比由1增大为2、3,破坏模式由斜压破坏转变为剪压破坏;对于有腹筋梁,箍筋间距相同时,剪跨比越大,槽形拼接梁承载力越低,延性越大,且有腹筋梁的箍筋对主裂缝的发展具有有效的约束作用.

BFRP筋局部钢纤维混凝土梁斜截面抗剪性能试验研究

为了研究BFRP筋钢纤维混凝土梁斜截面的抗剪性能,以BFRP筋钢纤维混凝土梁为研究对象,开展了9根BFRP筋钢纤维混凝土梁的斜截面抗剪承载力试验,分析了试验构件的破坏形态,探讨了剪跨比、BFRP筋配筋率、钢纤维体积掺量、钢纤维范围等参数对BFRP筋钢纤维混凝土梁抗剪性能的影响。结果表明,BFRP筋钢纤维混凝土梁的破坏形态以剪切破坏为主;试验梁的斜截面抗剪承载力随着剪跨比的增大而下降,随着纤维掺量和BFRP筋配筋率的增大而提高;支座以内剪跨范围设置钢纤维能够较好地改善BFRP筋混凝土梁的斜截面抗剪性能。最后,由试验数据拟合得到BFRP筋钢纤维混凝土梁斜截面抗剪承载力计算公式,公式计算值与试验结果吻合较好。研究丰富了FRP筋混凝土复合结构斜截面设计理论,对FRP筋钢纤维混凝土复合结构在实际工程的应用具有参考价值。

地锚式独塔悬索桥非对称主缆合理设计参数计算方法研究

为快速拟定地锚式独塔悬索桥非对称主缆的合理设计参数,并估算主缆、锚碇、桥塔等工程量,提出非对称主缆合理设计参数计算方法。该方法基于传统抛物线理论,推导主缆的线形以及拉力近似解,通过比选得到满足工程实际控制因素的设计参数合理取值区间,确定主缆垂跨比与高跨比,估算主缆设计截面面积。以济新高速黄河三峡大桥--单跨510 m地锚式独塔回转缆钢桁梁悬索桥为背景,采用该方法计算主缆的合理设计参数,最终选择垂跨比为0.0675,高跨比为0.20,主缆截面面积为339024.2 mm 2,与节线法、分段悬链线法进行对比验证,结果表明:该计算方法路径明确,效率高,精度满足拟定方案与初步估算需要,可用于同类型桥梁的设计。

考虑剪切变形的连续钢-混组合梁动力特性分析

考虑剪切变形和剪切滑移的影响,提出了一种适用于分析连续钢-混组合梁(steel-concrete composite continuous beams, SCCCBs)动力特性的理论模型。把连续钢-混组合梁的n-1个中间支撑代替为未知反力Ri(i=n-1),从而连续组合梁的动力学问题退化为承受未知荷载的简支组合梁动力学问题。通过Laplace变换和逆变换,得到包含未知反力的振型函数。代入梁端和中间支撑边界条件,即可获得关于n-1个未知反力的线性方程组,由其系数矩阵行列式不为0即可求得自振频率。模型中把混凝土子梁和钢梁分别按照独立的Timoshenko梁单元考虑,相比于子梁同剪切转角假设模型和不考虑剪切变形的模型,具有更高的计算精度。最后,分析了剪切变形、边中跨比和跨高比等因素对连续钢-混组合梁自振特性的影响。结果表明:该理论计算结果具有更高的计算精度;当L/(nh)>10时,可忽略剪切变形对连续钢-混组合梁自振频率的影响。

检修闸门门槽受剪承载力研究

现行水工混凝土规范对高水头闸门门槽的受剪承载力复核提出了要求,但尚缺乏对应的计算方法。为此,文章针对检修闸门门槽的受剪承载力展开了试验和数值研究。以拉西瓦水电站进水口检修闸门门槽原型为对象,设计了2组13个缩尺检修闸门门槽试件的静力试验,研究剪跨比、混凝土强度与横向配筋率对检修闸门门槽破坏模式和极限受剪承载力的影响。通过三维有限元数值仿真,补充说明对应参数的影响规律。最后基于试验结果通过回归分析提出计算检修闸门门槽的受剪承载力计算公式,并给出算例进行应用展示。研究结果表明检修闸门门槽的受剪破坏机理为斜压破坏,混凝土的抗剪贡献占主导地位,受剪承载力提升幅度和混凝土轴心抗压强度增幅相同。尽管提高配筋率可提升受剪承载力,但该方法经济性差。检修门门槽的名义剪压比在剪跨比0.16~0.22随剪跨比的增加而近似线性增加,但在剪跨比0.22~0.28基本保持不变。

考虑几何参数影响的联肢剪力墙抗震性能研究

耦联比是反映联肢剪力墙墙肢与连梁的耦合作用程度的重要参数。然而,耦联比与结构体系的非线性特征高度相关,导致在结构初步设计阶段难以确定。因此,有必要引入在初步设计阶段即可方便确定的其他参数。本研究采用连梁跨高比和墙肢高宽比来代替耦联比,设计了9个联肢剪力墙原型结构,利用增量动力分析方法,研究了连梁跨高比和墙肢高宽比对钢筋混凝土联肢剪力墙地震易损性特征和极限承载力的影响。采用双因子二次响应面法进一步揭示了连梁跨高比和墙肢高宽比的组合对联肢剪力墙整体性能的影响,得到响应变量的最优值,并利用曲线拟合找出连梁跨高比和墙肢高宽比最优关系。结果表明,连梁跨高比和墙肢高宽比可以有效地作为耦联比的补充,在初步设计阶段作为衡量钢筋混凝土联肢剪力墙的整体抗震性能的参数。

基于有限元法波形钢腹板连续刚构桥几何参数研究

波形钢腹板连续刚构桥主梁的设计过程中,起着决定性作用的参数为高跨比,该参数不仅决定了主梁的应力、应变分布性能,也影响了主梁结构的使用寿命与稳定性。为研究波形钢腹板连续刚构桥合理高跨比对结构受力性能的影响,以某大跨度波形钢腹板混凝土连续刚构桥为背景,采用有限元法利用杆系模型对主梁在不同高跨比参数下应力和变形的响应进行了分析。同时采用实体模型对不同腹板高度下主梁的屈曲性能进行了对比研究。最后采用综合评价法对各参数进行综合评估,归纳总结出对结构最有利、最合理的参数,为同类桥梁设计提供参考借鉴。

高速铁路上承式连续钢桁组合梁合理设计参数研究

为给高速铁路上承式连续钢桁组合梁的结构设计提供理论支撑,以某高速铁路主跨172 m跨运河上承式连续钢桁组合梁桥为背景,进行合理设计参数研究。分析桁高、边中跨比及桥面板是否设置预应力筋对结构静力特性以及用钢量的影响,并进行车-桥耦合振动分析。结果表明:主桁桁高合理取值为主跨跨径的1/12,此时桥梁结构能够获得较好的技术及经济指标;边中跨比取0.4~0.5时,结构静力特性均能满足规范要求,取0.5时最为合理;混凝土桥面板不适宜设置纵向预应力筋,为避免中支点附近桥面板开裂,采用UHPC超高性能混凝土是较好的解决方案;该桥型在上述设计参数下,列车运行速度在350 km/h及以下时,舒适性指标可达到“优秀”。

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥刚度设计及取值研究

研究目的：通过统计国内外已建成并安全运营的大跨度铁路钢桁梁斜拉桥刚度参数，参考国内外现有规范，结合铁路斜拉桥的刚度特点，分析大跨度铁路钢桁梁斜拉桥的刚度指标。在此基础上，通过车桥耦合振动的分析方法，分析大跨度铁路钢桁梁斜拉桥高跨比、宽跨比对车辆与桥梁的动力响应影响，提出大跨度铁路钢桁梁斜拉桥的刚度取值范围。研究结论：（1）结合已建成的大跨度铁路钢桁梁斜拉桥及现有规范，考虑荷载差异，大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向刚度可适当偏低，大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向挠跨比设计值可取为1／500～1／800；（2）设计风速时横向挠跨比可放宽到1／1000—1／2000，可行车风速下横向挠跨比限值按规范取为1／4000；（3）桁架高跨比可取为1／25～1／40，桁架宽跨比可取为1／25—1／35；（4）本文研究成果对今后大跨度铁路斜拉桥初步设计工作具有一定的指导意义。

蜂窝梁的挠度影响因素分析

对蜂窝梁的扩张比,孔的类型,蜂窝梁的高跨比和剪跨比四个因素对挠度的影响进行分析比较,并与等截面实腹式梁的挠度进行对比,得出蜂窝梁的扩张比,高跨比对挠度影响较大,并指出蜂窝梁扩张比的合适范围及挠度扩大系数α值的变化规律.

沪通长江大桥主航道桥总体设计参数分析

为研究公铁两用斜拉桥的力学性能,以沪通长江大桥主航道桥[(140+462+1 092+462+140)m双塔斜拉桥]为对象,采用空间板梁单元法建立全桥有限元模型,对边跨支点数量、边中跨比、主梁高跨比和宽跨比、塔梁高跨比等设计参数进行分析。结果表明:边跨设置辅助墩可改善结构受力、提高桥梁整体刚度;边中跨比增大使结构总体刚度减小,活载塔底顺桥向弯矩增大;主梁高度增大可提高结构整体刚度,但提高幅度有限,同时对恒、活载拉索应力的影响也较小;主梁宽度增大使横弯基频增大、竖弯基频减小,扭频先减小后增大而后趋于平稳,结构颤振稳定性提高;塔高增大使结构竖向刚度增大而索塔纵向刚度降低,活载塔底顺桥向弯矩减小,恒、活载拉索应力减小。

胶合木张弦梁弯曲性能试验及工程应用研究

为了进一步研究胶合木张弦梁(BSS)的力学性能,进行了10榀花旗松胶合木梁(2榀普通胶合木梁(B),8榀的张弦胶合木梁)的抗弯试验研究。结果表明:张弦梁可改善普通梁的脆性破坏模式,使上弦木梁的受压性能得到有效发挥,破坏表现出塑性特征,极限承载能力提高3倍以上。张弦梁的极限承载力及刚度与跨高比成反比,与垂跨比成正比,与腹杆数量成正比。初始预应力水平对承载能力的影响不明显,仅对刚度有贡献。结构破坏时的延性需要综合考虑各项因素。结合一项设计完成的50.4 m跨胶合木张弦拱结构实例,阐述关键连接节点及预应力取值等问题,并对整体结构性能进行了分析。研究内容可为胶合木张弦梁理论及工程应用提供参考。

活性粉末混凝土T形梁抗剪试验研究

通过改变模型试验梁的剪跨比、配箍率和纵筋配筋率,对12根钢筋活性粉末混凝土(RPC)T形试验梁进行试验,研究活性粉末混凝土T形梁抗剪承载力和破坏形态及主要影响因素。结果表明:与普通混凝土梁相比,活性粉末混凝土T形试验梁具有较高的抗剪承载力和变形能力;剪跨比在1～4范围内时,试验梁的破坏形态表现为斜压和剪压破坏,且与普通混凝土梁的破坏形态有着明显差异;剪跨比、配箍率和纵筋配筋率对试验梁的抗剪承载力影响显著,抗剪承载力随着剪跨比的增大而减小,随配箍率的提高而提高,随纵筋配筋率的增大而增大。

钢筋混凝土剪力墙构件恢复力模型

目的研究RC剪力墙构件并给出其基于试验结果的恢复力模型.方法在同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行了15片变参数剪力墙构件的拟静力试验,分析了剪力墙构件骨架曲线和滞回规律的特点.提出了以屈服点、峰值点和极限点为特征点,包括负刚度段的三折线骨架曲线模型.结果从理论分析和试验数据得到影响特征点值的主要影响因素,给出了骨架曲线的计算方法.给出了滞回模型,再加载刚度Kl和卸载刚度Ku1、Ku2的计算方法及剪力墙构件恢复力模型的计算方法.结论利用已有剪力墙构件试验结果对笔者的计算方法进行了验证,结果符合较好.计算方法简单,便于工程应用.

有腹筋预应力超高强混凝土梁受剪承载力试验研究

为揭示有腹筋预应力超高强混凝土梁受剪性能,通过11根预应力超高强混凝土梁和4根预应力普通混凝土梁受剪性能试验,对比分析了不同参数对试验梁的破坏形态、荷载-挠度曲线、承载能力和钢筋应变的影响.结果表明:预应力超高强混凝土梁的破坏形态与预应力普通混凝土梁相似,且预应力超高强混凝土梁具有更好的刚度、承载能力和剪切延性.增大剪跨比和箍筋间距均可降低极限承载力,另外,当预应力度大于0.34时,提高预应力度对极限承载力才有积极贡献.建立了有腹筋预应力超高强混凝土梁斜截面受剪承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好.此外,利用现行规范(GB 50010-2010)计算有腹筋预应力超高强混凝土梁受剪承载力的计算结果离散性较大,计算结果不稳定.