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工程力学 2024年

作者：丁佳伟吕大刚曹正罡哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨工业大学土木工程学院智能防灾减灾工业与信息化部重点实验室

基于空间相关随机场的区域地震风险量化，需要对所有感兴趣地点的地震动强度进行联合分布建模，因此评估地面运动的空间相关性是在区域尺度上评估地震损失评估的第一步。区域群体建筑结构的数量、种类以及分布的随机性、复杂性，对震前... 详细信息

基于空间相关随机场的区域地震风险量化，需要对所有感兴趣地点的地震动强度进行联合分布建模，因此评估地面运动的空间相关性是在区域尺度上评估地震损失评估的第一步。区域群体建筑结构的数量、种类以及分布的随机性、复杂性，对震前预测和震后评估都具有重要影响。本文提出了考虑地震动空间相关性和建筑结构空间分布不确定性的区域群体建筑概率损失评估框架，基于地统计学方法表征地震动强度参数（IMs）的空间相关性，采用“双层蒙特卡洛法”随机模拟地震动空间相关性影响场和区域群体建筑结构的空间分布，实现快速、高效和准确的区域地震损失评估。以一个50km×50km的区域为例，假定区域中心发生Mw7.2级地震情景，分别以不同的损失比为基础计算了考虑空间相关性与不考虑空间相关性以及区域建筑结构固定空间分布与随机空间分布情况下的地震直接经济损失，结果表明：考虑地震动空间相关性对区域地震直接经济损失的评估精度具有重要的影响，在考虑空间相关性的情况下，区域群体建筑结构直接经济损失的蒙特卡洛模拟统计结果呈对数正态分布，损失年超越概率在中、高直接经济损失处将明显大于未考虑空间相关性的损失年超越概率。

关键词：区域群体建筑概率损失评估直接经济损失空间相关性地统计学

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基于随机子空间和统计模型的输电塔损伤识别

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振动．测试与诊断 2023年第2期43卷 329-335,411,412页

作者：曹枚根杨婷婷王瑜郑翀周文松北方工业大学土木工程学院北京100144 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室哈尔滨150090 国网温州供电公司温州325000

针对输电塔结构,给出一种基于随机子空间结合统计模型的损伤诊断方法,利用输电塔振动响应信号挖掘数据统计特征并构建高灵敏损伤诊断指标实现输电塔结构局部构件的损伤检测。首先,获取输电塔结构的瞬态动力响应数据;其次,利用随机子空... 详细信息

针对输电塔结构,给出一种基于随机子空间结合统计模型的损伤诊断方法,利用输电塔振动响应信号挖掘数据统计特征并构建高灵敏损伤诊断指标实现输电塔结构局部构件的损伤检测。首先,获取输电塔结构的瞬态动力响应数据;其次,利用随机子空间法识别模态参数,构造名义模态参数,并定义一个与参数识别过程相关的残差向量表征结构动力参数变化;最后,计算该残差对结构参数的灵敏度,并构造残差灵敏度的χ^(2)统计量作为结构损伤诊断指标。通过数值模拟及现场试验对某足尺输电塔结构进行分析,结果表明,上述方法可有效对输电塔结构局部构件的螺栓松动、杆件破坏等损伤进行识别。

关键词：输电塔结构振动随机子空间算法统计模型损伤识别

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带有防火保护的圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能分析与设计

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工程力学 2024年第6期41卷 118-129页

作者：段泊池杨冬冬刘发起杨华结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 黑龙江哈尔滨150090 土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点试验室(哈尔滨工业大学) 黑龙江哈尔滨150090 扬州大学建筑科学与工程学院江苏扬州225127

抗火性能是圆钢管约束钢筋混凝土柱设计时的关键问题之一,尽管目前相关研究已逐渐完善,但带有防火保护条件下该类构件的抗火性能研究与设计仍不充分,已有的行业标准中构件高温稳定承载力公式未与常温公式相连续,且其中的防火保护层设计... 详细信息

抗火性能是圆钢管约束钢筋混凝土柱设计时的关键问题之一,尽管目前相关研究已逐渐完善,但带有防火保护条件下该类构件的抗火性能研究与设计仍不充分,已有的行业标准中构件高温稳定承载力公式未与常温公式相连续,且其中的防火保护层设计公式不具有明确的物理意义。基于ABAQUS软件,该文开展了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱在ISO 834标准火灾作用下温度场和耐火极限的有限元分析,研究了荷载比、截面尺寸、长细比、防火保护层厚度等关键参数对构件耐火极限的影响规律,并提出了钢管温度、钢筋温度以及混凝土等效温度的简化计算公式。结果表明:随着防火保护层厚度的增大,构件的耐火极限近似线性增大。基于系统性参数分析,提出了带有防火保护圆钢管约束钢筋混凝土柱高温下截面承载力和稳定承载力设计公式,以用于确定构件达到不同耐火极限所需的防火保护层厚度,该方法保持了与现行标准中常温承载力计算公式的连续性。

关键词：圆钢管约束钢筋混凝土柱耐火极限防火保护设计方法有限元

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巨型射电望远镜结构关键技术研究

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建筑结构学报 2023年第4期44卷 129-140页

作者：范峰钱宏亮陈德珅沈世钊哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木智能防灾减灾工业和信息化重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院山东威海264209

随着射电望远镜口径的增大,自重、风荷载和温度作用等对反射面的形状精度带来前所未有的不利影响,合理结构形式的选择及优化十分重要。从望远镜结构体系创新及轻量化、形状精度控制等方面,对作者团队近二十年来在巨型射电望远镜结构相... 详细信息

随着射电望远镜口径的增大,自重、风荷载和温度作用等对反射面的形状精度带来前所未有的不利影响,合理结构形式的选择及优化十分重要。从望远镜结构体系创新及轻量化、形状精度控制等方面,对作者团队近二十年来在巨型射电望远镜结构相关领域的研究作出总结:从副反射面支撑、俯仰机构、背架结构等三个方面改进巨型全方位可转动望远镜结构方案,提出改进遗传算法解决大规模型材式变量的优化问题,并给出风荷载和温度作用两个精度关键影响因素的作用机理及响应规律;针对新型式巨型望远镜结构,总结“中国天眼”500 m口径射电望远镜结构方案关键设计要点,并给出风荷载、温度作用以及变位疲劳等复杂作用的影响。基于改进的结构方案及优化算法设计的110 m口径全可动望远镜结构,在精度和轻量化方面具有明显优势,所研发的500 m口径射电望远镜结构新型式方案实现了预期的功能和精度要求。

关键词：射电望远镜结构体系创新形状精度控制轻量化

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两端不等约束的方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能分析

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建筑结构学报 2023年第2期44卷 165-176页

作者：杨冬冬刘发起杨华扬州大学建筑科学与工程学院江苏扬州225127 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室黑龙江哈尔滨150090

为研究两端不等约束的钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能,提出相应的抗火设计方法,开展了两端不等约束方钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能有限元分析,分析轴向约束刚度比、转动约束刚度比、截面边长、荷载比和长细比等参数对柱在火灾下的... 详细信息

为研究两端不等约束的钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能,提出相应的抗火设计方法,开展了两端不等约束方钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能有限元分析,分析轴向约束刚度比、转动约束刚度比、截面边长、荷载比和长细比等参数对柱在火灾下的变形、轴力、弯矩、计算长度和耐火极限等的影响。结果表明:随着柱上下任一端转动约束刚度的增大,柱破坏时的计算长度减小,耐火极限增长;当柱两端转动约束刚度比在0~0.5之间时,增大转动约束刚度比对耐火极限提高的有利作用尤为明显。基于参数分析结果,提出了不同升温时刻和两端不等约束刚度下钢管约束钢筋混凝土柱计算长度系数和柱中轴力的简化计算公式,进而建立了与两端铰接柱和两端等约束柱抗火设计公式表达形式相同的两端不等约束柱的抗火设计方法,该方法可精确地计算两端不等约束的方钢管约束钢筋混凝土柱破坏时的轴力和计算长度以及耐火极限,可以用于无侧移平面框架中轴向约束和不等转动约束耦合作用下方钢管约束钢筋混凝土柱的抗火性能设计。

关键词：方钢管约束钢筋混凝土柱两端不等约束有限元分析耐火极限计算长度系数

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主余震序列地震动谱加速度的空间相关性研究

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振动工程学报 2024年

作者：丁佳伟吕大刚曹正罡哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨工业大学土木工程学院智能防灾减灾工业与信息化部重点实验室哈尔滨工业大学地震灾害防治应急管理部重点实验室

按照一定的挑选准则从NGA-West2地震动数据库中挑选了8个主余震地震事件，560条主余震序列地震记录，采用ASK14地震预测方程对主余震序列进行残差分析，并获得各台站主余震序列地震动的事件内残差，对其进行标准化处理。依据地统计学半... 详细信息

按照一定的挑选准则从NGA-West2地震动数据库中挑选了8个主余震地震事件，560条主余震序列地震记录，采用ASK14地震预测方程对主余震序列进行残差分析，并获得各台站主余震序列地震动的事件内残差，对其进行标准化处理。依据地统计学半变异函数方法，采用指数半变异函数模型与手工拟合方法计算主余震序列的谱加速度的空间自相关性；鉴于Pearson线性相关系数可以较好地衡量定距变量之间的线性关系，采用Pearson线性相关系数来计算不考虑空间信息的主余震序列地震动不同谱加速度周期间标准化事件内残差的互相关性；依据马尔可夫的假设原理，将空间信息引入到互相关性计算中，进而获得空间互相关性随空间距离（h）的变化的表达式。结果表明：主震无论在空间自相关性、互相关特性等方面均与余震具有明显不同，余震在长周期阶段普遍具有更高的空间相关性，忽略主震与余震的空间相关性或采用主震特性代替余震特性，将对地震危险性分析、损失评估以及主余震序列地震动的合成等方面的研究造成不利的影响。

关键词：主余震序列半变异函数空间自相关性马尔可夫模型空间互相关性

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单层球面网壳既有设计方法可靠度校核分析

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工程力学 2022年第S01期39卷 42-49页

作者：贾明明吕大刚鲜晓东哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

中国现行的空间结构设计方法仍然采用经验的整体安全系数,未能较好地考虑不确定性因素的影响。该文选取K8型单层球面网壳,对该结构进行整体可靠度分析。建立荷载和结构参数的概率模型,分别采用蒙特卡洛模拟和响应面法,构造结构真实的荷... 详细信息

中国现行的空间结构设计方法仍然采用经验的整体安全系数,未能较好地考虑不确定性因素的影响。该文选取K8型单层球面网壳,对该结构进行整体可靠度分析。建立荷载和结构参数的概率模型,分别采用蒙特卡洛模拟和响应面法,构造结构真实的荷载与抗力极限状态方程,进而采用FORM计算其失效概率和可靠指标。同时对《空间网格结构技术规程》(JGJ 7-2010)提供的设计方法进行校准,基于规程的整体安全系数设计公式生成结构的极限状态方程,并得到其失效概率和可靠指标。分析结果表明:现有规程设计方法偏于保守,过低估计了结构的可靠性,应该基于全概率整体可靠度分析方法对现有设计方法进行修正。

关键词：单层球面网壳整体稳定性可靠度校核设计方法

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配置新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁的受剪性能试验

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复合材料学报 2022年第11期39卷 5074-5085页

作者：原野王震宇王代玉哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 烟台大学土木工程学院烟台264005

对采用新型封闭缠绕式玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)箍筋的混凝土梁进行了三点加载试验,考察了箍筋形式、纵筋配筋率、剪跨比、箍筋间距对配置新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁受剪性能的影响规律。试验结果表明,新型封闭缠绕式GFRP箍... 详细信息

对采用新型封闭缠绕式玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)箍筋的混凝土梁进行了三点加载试验,考察了箍筋形式、纵筋配筋率、剪跨比、箍筋间距对配置新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁受剪性能的影响规律。试验结果表明,新型封闭缠绕式GFRP箍筋的弯曲段强度与平直段受拉强度之比达到0.81,是拉挤成型箍筋的2.07倍。剪跨比和箍筋间距相同时,新型封闭缠绕式GFRP箍筋混凝土梁的受剪性能更好,其材料利用效率显著高于拉挤成型箍筋。梁的抗剪承载力随纵筋配筋率增加的提高幅度不大,但梁的延性有较明显改善。当箍筋间距为75 mm,新型封闭缠绕式GFRP箍筋的应变显著增大,同时对剪压区混凝土产生一定的约束作用,提升了受剪承载力。采用中国(GB 50608−2020)、美国(ACI 440.1R-15)、加拿大(CSA S806-12)、英国(BISE−1999)和日本(JSCE−1997)五种纤维增强树脂复合材料(FRP)筋混凝土结构设计规范计算的受剪承载力显著低于试验值,建议适当提高新型封闭缠绕式GFRP箍筋的断裂应变限值。

关键词：受剪性能混凝土梁 FRP筋剪跨比箍筋

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节点刚度缺陷对柱面索撑网壳稳定性的影响

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哈尔滨工业大学学报 2022年第4期54卷 118-123页

作者：曹正罡龙振飞赵林李展熇孙瑛结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 中南大学土木工程学院长沙410083

为研究装配式节点的初始刚度缺陷对索撑网壳稳定性能的影响,分别对各节点具有相同刚度偏差和随机刚度偏差的柱面索撑网壳进行了非线性全过程计算,分析了结构的失稳机理与破坏模式。并基于节点刚度不对称度β的概念,提出了柱面索撑网壳... 详细信息

为研究装配式节点的初始刚度缺陷对索撑网壳稳定性能的影响,分别对各节点具有相同刚度偏差和随机刚度偏差的柱面索撑网壳进行了非线性全过程计算,分析了结构的失稳机理与破坏模式。并基于节点刚度不对称度β的概念,提出了柱面索撑网壳失稳模式的判别方法,为初始刚度缺陷的控制标准提供了依据。研究结果表明:对于沿两纵边支承的柱面索撑网壳,考虑节点半刚性的稳定承载力相比于理想刚接结构下降了15%;半刚接柱面索撑网壳对随机节点刚度缺陷较敏感,当随机缺陷的最大幅值为初始刚度的2%时,极限承载力相比于无缺陷的半刚接结构最多下降了36%;由于节点刚度的不对称分布,导致了柱面索撑网壳可能发生正对称失稳或反对称失稳两种模式,且当节点刚度不对称度大于1时,结构将从正对称失稳转变为反对称失稳,承载力随之下降30%左右。

关键词：空间结构体系柱面索撑网壳节点刚度缺陷失稳模式稳定承载力

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基于混合算法的自由曲面网格结构多目标优化

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哈尔滨工业大学学报 2022年第4期54卷 111-117页

作者：王志成曹正罡赵林李展熇范峰孙瑛结构工程灾变与控制教育部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090 中南大学土木工程学院长沙410083

为有效提高自由曲面网格结构的性能,改进了自由曲面网格结构的多目标优化方法,基于NURBS技术生成自由曲面,以曲面控制点高度为优化变量,结构应变能为静力性能优化目标,提出了以综合考虑曲面相似性、流畅性以及网格规整性的几何综合量化... 详细信息

为有效提高自由曲面网格结构的性能,改进了自由曲面网格结构的多目标优化方法,基于NURBS技术生成自由曲面,以曲面控制点高度为优化变量,结构应变能为静力性能优化目标,提出了以综合考虑曲面相似性、流畅性以及网格规整性的几何综合量化指标为几何优化目标;将目标函数的敏感度与进化算法NSGA-II结合,提出了敏感度混合进化算法。进行了自由曲面索撑网壳与自由曲面空间网格结构的多目标优化。研究结果表明:与其他3种算法相比,敏感度混合进化算法不仅可获得精确性、均匀性更好的Pareto解集,而且明显提高了算法的优化效率;两个结构优化后的应变能分别下降了21.2%、60.9%,几何综合量化指标分别下降了15.4%、30.9%;优化后结构自身的力学性能有所提高,以综合量化指标为目标函数有效提高了自由曲面的相似性、网格流畅性以及网格规整性。

关键词：自由曲面多目标优化敏感度混合进化算法非均匀有理B样条 Pareto解集

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