拉索涡振下考虑车辆和温度联合作用的斜拉桥钢锚箱疲劳性能

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作者 祝志文 颜爽 +1 位作者 丁望星 廖原 《振动工程学报》 北大核心 2025年第2期268-278,共11页

为评价运营状态下斜拉桥拉索发生大幅涡激振动时的钢锚箱疲劳性能,连续监测了某大跨斜拉桥发生涡激振动的某拉索振动加速度和钢锚箱构造细节应力,在时/频域内研究了该拉索的振动特性,以及拉索涡激振动、车辆加载和温度作用对钢锚箱构造... 为评价运营状态下斜拉桥拉索发生大幅涡激振动时的钢锚箱疲劳性能,连续监测了某大跨斜拉桥发生涡激振动的某拉索振动加速度和钢锚箱构造细节应力,在时/频域内研究了该拉索的振动特性,以及拉索涡激振动、车辆加载和温度作用对钢锚箱构造细节应力的贡献,探究了这三种荷载对钢锚箱的加载机制,评价了这三种荷载联合作用下钢锚箱的疲劳性能。研究发现,试验斜拉索在风速2~9 m/s之间发生了明显的风致振动,观测到的面内最大加速度峰值达25 m/s^(2),为多模态参与的高阶涡激振动,面内振动明显大于面外,主振模态出现在拉索第5~17阶。温度作用虽每天仅产生一个应力循环,但在钢锚箱构造细节上产生的最大应力幅明显大于车辆应力幅;虽然车辆通行产生的应力幅较小,但一辆货车通行产生一个应力幅,应力循环次数大;拉索涡激振动惯性力施加在钢锚箱上,但在构造细节上观测到的应力水平极低,因此可完全忽略拉索涡激振动对钢锚箱应力和疲劳的影响。研究认为,钢锚箱疲劳评价需考虑温度作用,但受拉索涡激振动、通行车辆和温度作用的联合加载,在钢锚箱疲劳最不利的顶板和底板与钢箱梁外腹板焊缝桥面端,以及承压板与外腹板焊缝两端的四个构造细节处,疲劳寿命均明显大于100年。因此即使拉索发生涡激振动,该在役钢锚箱疲劳性能也满足桥梁设计要求。 展开更多

关键词 斜拉索 疲劳 涡激振动 钢锚箱 车辆加载 温度作用

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混杂纤维对硫铝酸盐水泥基ECC材料性能的影响 被引量：1

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作者 周书澎 刘泽平 +1 位作者 区庆佑 王传林 《材料导报》 北大核心 2025年第5期141-147,共7页

研究了聚乙烯醇(PVA)纤维、聚酯纤维(PET纤维)的“纤维混杂效应”对硫铝酸盐水泥基ECC材料(SAC-ECC)力学性能影响,引入纤维增强系数和混杂效应系数以评价两种纤维混杂效应。结果表明,在相同体积掺量下,PVA-ECC流动度和表观孔隙率均高于P... 研究了聚乙烯醇(PVA)纤维、聚酯纤维(PET纤维)的“纤维混杂效应”对硫铝酸盐水泥基ECC材料(SAC-ECC)力学性能影响,引入纤维增强系数和混杂效应系数以评价两种纤维混杂效应。结果表明,在相同体积掺量下,PVA-ECC流动度和表观孔隙率均高于PET-ECC,混掺PVA和PET纤维条件下其表观孔隙率和流动度介于两者单掺时的数值之间。随着PVA和PET纤维掺量增加,SAC-ECC抗折和抗压强度呈先降后升趋势,且在相同掺量下掺加PET纤维的水泥砂浆强度更高。混掺PVA纤维和PET纤维会发挥正混杂效应,可进一步提高砂浆的抗拉、抗压强度,且PVA∶PET混合比例为1∶2时对SAC-ECC强度提升效果最佳。混杂纤维提高ECC与玄武岩纤维复合材料(BFRP)筋粘结强度效果较好,而单掺0.3%PET纤维对新旧水泥基材料粘结性能提升效果较好。 展开更多

关键词 聚乙烯醇纤维 聚酯纤维 硫铝酸盐水泥基ECC材料(SAC-ECC) 力学性能 混杂效应

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切角措施对串列方柱气动性能影响的大涡模拟研究

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作者 刘帅永 祝志文 +2 位作者 郑德乾 祝瑜哲 MOHAMMED Elhassan 《振动工程学报》 北大核心 2025年第1期214-222,共9页

串列双方柱的干扰效应受方柱气动外形的影响显著,方柱角部形状的变化将导致周边流场的改变,进而影响上、下游方柱的气动性能,串列双方柱的风荷载干扰效应相关影响及机理还有待进一步研究。本文采用基于空间平均的大涡模拟方法,以亚临界... 串列双方柱的干扰效应受方柱气动外形的影响显著,方柱角部形状的变化将导致周边流场的改变,进而影响上、下游方柱的气动性能,串列双方柱的风荷载干扰效应相关影响及机理还有待进一步研究。本文采用基于空间平均的大涡模拟方法,以亚临界间距比和超临界间距比的串列方柱为对象,分别对上、下游方柱考虑有、无切角(切角率均为10%)两种情况,研究两类典型间距比下不同切角措施对串列方柱风荷载的影响及其机理。将标准串列方柱风压系数与风洞试验结果对比,验证本文模拟方法及参数设置的有效性;从气动力系数统计值及自谱、平均和脉动风压系数分布等角度,对比分析了两种典型间距比下不同切角措施对串列双方柱气动性能的影响,着重从时均和瞬态流场角度进行机理分析。结果表明,两种典型间距比下,不同位置的切角措施均会影响方柱周围流动分离,从而引起流态变化,其中上、下游方柱均采取切角措施,可以更有效地减弱方柱的平均和脉动风荷载。 展开更多

关键词 高层建筑 串列方柱 切角措施 大涡模拟 气动性能 流场机理

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基于XGBoost算法的冻土强度预测与影响因素分析

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作者 王晨光 秦浩然 +1 位作者 杨超越 王延宁 《金属矿山》 北大核心 2025年第7期43-50,共8页

深厚表土层井筒施工中较多采用冻结法,其中无侧限抗压强度是冻结设计的重要力学参数。由于室内试验的局限性及影响因素的复杂性,强度经验公式的适用性差。提出了采用高度集成的XGBoost算法预测不同粒径分布冻土强度的方法,与其他经验公... 深厚表土层井筒施工中较多采用冻结法,其中无侧限抗压强度是冻结设计的重要力学参数。由于室内试验的局限性及影响因素的复杂性,强度经验公式的适用性差。提出了采用高度集成的XGBoost算法预测不同粒径分布冻土强度的方法,与其他经验公式方法相比,准确度较高。进一步通过皮尔逊相关系数分析,分别研究温度、应变速率与冻土无侧限抗压强度的非线性相关性。结果表明:温度和无侧限抗压强度呈强负相关性;强度前期增速较大,中期增速平缓,后期增速较大。应变速率和无侧限抗压强度呈正相关性,强度对不同大小的应变速率敏感程度不同。应变速率较小时,强度略有增加;应变速率增大时,强度增幅增大。不同土体变化趋势相似,但粒径分布不同造成最终强度有差异。该研究可为冻结法施工中土体强度预测提供科学依据。 展开更多

关键词 冻结法施工 无侧限抗压强度 机器学习 温度 应变速率

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独塔部分地锚斜拉桥涡振气动抑振措施与气动影响研究

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作者 祝志文 刘桂荣 +2 位作者 沈焯悦 刘帅永 汤琴 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第2期757-769,共13页

为解决Π形截面双边箱主梁易引发涡振的问题,以结构复杂的独塔部分地锚斜拉桥为例,采用Ansys有限元软件建立全桥模型,根据动力特性分析的结果设计节段模型,开展不同风攻角和风速下的节段模型涡振试验,研究气动抑振措施及其气动影响。研... 为解决Π形截面双边箱主梁易引发涡振的问题,以结构复杂的独塔部分地锚斜拉桥为例,采用Ansys有限元软件建立全桥模型,根据动力特性分析的结果设计节段模型,开展不同风攻角和风速下的节段模型涡振试验,研究气动抑振措施及其气动影响。研究结果表明:在规范阻尼比水平、常遇风速范围和±3°风攻角范围内,原设计主梁断面在竖弯和扭转方向均发生了明显的涡激振动,竖弯涡振幅值明显超过规范限值。增设下稳定板或倒L形裙板能显著降低±3°风攻角范围内的竖弯涡振幅值,也能一定程度降低扭转涡振幅值,使得桥梁涡振满足规范要求。但5°风攻角时仅增设一种气动措施无法抑制涡振,需同时增设下稳定板和倒L形裙板。原主梁和增设气动措施的主梁在±3°风攻角范围内有足够的颤振稳定性,表明增设的涡振气动措施不影响原主梁的颤振稳定性。测力试验表明,与增设下稳定板基本不改变原主梁的阻力系数不同,增设倒L形裙板能明显减小原主梁阻力系数,且负风攻角下阻力降幅明显大于正攻角,表明倒L形裙板能流线化Π形截面主梁气动外形。增设倒L形裙板将明显增大升力和扭矩系数曲线斜率,预示竖弯和扭转气动阻尼的增大,因而能降低竖弯和扭转涡振,改善桥梁的抗涡振性能。研究结果能为大桥抗涡振设计提供依据,也能为同类桥梁抗风设计提供参考。 展开更多

关键词 涡振 部分地锚斜拉桥 双边箱主梁 抑振措施 力系数 气动机理

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基于截断总体最小二乘法与L_(1)正则化的结构损伤识别

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作者 骆紫薇 蔡楚欣 +1 位作者 赖小李 刘焕林 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期217-223,共7页

模态参数因其易于获取且对结构损伤敏感等特点常被用于结构损伤识别。基于模态参数和有限元模型的损伤识别方法能有效定位和量化结构损伤,但在测量噪声和模型误差等因素的共同影响下,识别结果可能与实际情况存在较大偏差,难以准确评估... 模态参数因其易于获取且对结构损伤敏感等特点常被用于结构损伤识别。基于模态参数和有限元模型的损伤识别方法能有效定位和量化结构损伤,但在测量噪声和模型误差等因素的共同影响下,识别结果可能与实际情况存在较大偏差,难以准确评估结构的安全状态。针对此问题,基于截断总体最小二乘法与L_(1)正则化技术,提出了一种新的结构损伤识别方法。该方法首先分析了既有灵敏度方程中误差的来源;然后,通过截断总体最小二乘法构造了损伤折减系数改变量与模态参数改变量之间新的近似关系式;最后,结合结构损伤的稀疏性,引入L_(1)正则化对问题进行约束,以改善问题的不适定性并提高识别精度。数值仿真和试验结果表明,所提方法能有效地识别结构的多种损伤工况,且误判较少,具有较高的识别精度和较强的鲁棒性。 展开更多

关键词 结构损伤识别 一阶灵敏度分析 L_(1)正则化 截断总体最小二乘法

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环境影响下基于动态核熵成分分析的损伤识别方法

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作者 黄杰忠 杨健 +1 位作者 陈斯信 李东升 《振动与冲击》 北大核心 2025年第18期291-301,共11页

传统的核主成分分析方法(kernel principal component analysis,KPCA)在复杂监测数据的处理过程中,受限于数据需满足高斯分布假设及模型的静态特性,导致其在变化环境中的损伤识别效果较差。为克服上述局限性,提出一种基于动态核熵成分分... 传统的核主成分分析方法(kernel principal component analysis,KPCA)在复杂监测数据的处理过程中,受限于数据需满足高斯分布假设及模型的静态特性,导致其在变化环境中的损伤识别效果较差。为克服上述局限性,提出一种基于动态核熵成分分析(dynamic kernel entropy component analysis,DKECA)的损伤识别方法。该方法首先构建包含历史与当前数据的时滞矩阵,提取监测数据的动态特征;随后,通过核熵成分分析(kernel entropy component analysis,KECA)选择最大化Rényi熵的核主成分,将数据投影至非线性特征子空间。由于基于Rényi熵的核主成分选择不依赖于数据的特定分布,该方法在处理非高斯数据时具备显著优势。最后,通过构建基于T 2统计量的控制图,并结合核密度估计设定阈值实现损伤识别。该方法应用于环境变化下的木桁架桥和Z24桥损伤识别,并与主成分分析、KPCA和KECA进行了对比分析。结果表明,DKECA在非线性、非高斯动态数据的处理及复杂环境条件下的损伤识别中,表现出优于其他方法的性能优势。 展开更多

关键词 结构健康监测 损伤识别 环境影响 核主成分分析(KPCA) 核熵成分分析(KECA)

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MICP加固花岗岩残积土的渗透特性 被引量：1

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作者 王延宁 黄龙剑 +2 位作者 陈前 俞缙 刘士雨 《土木与环境工程学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第5期38-46,共9页

MICP技术可以显著降低固化土壤的渗透系数,然而目前没有关于MICP固化土壤渗透系数的理论计算方法。基于理论推导和试验验证的方法,研究MICP加固花岗岩残积土的渗透特性,提出MICP加固花岗岩残积土的碳酸钙生成量和渗透系数理论表达式。假... MICP技术可以显著降低固化土壤的渗透系数,然而目前没有关于MICP固化土壤渗透系数的理论计算方法。基于理论推导和试验验证的方法,研究MICP加固花岗岩残积土的渗透特性,提出MICP加固花岗岩残积土的碳酸钙生成量和渗透系数理论表达式。假设MICP的反应速率线性衰减,通过酶促反应动力学方程得到MICP加固土体的CaCO3生成量,估算CaCO3晶体的粒径和个数,从而获得加固后试样的孔隙比、迂曲度和颗粒比表面积,代入修正的Kozeny-Carman方程,得到加固后土体的渗透系数理论表达式。与试验数据对比分析结果表明:CaCO3的产量早期增加快,后期增加变缓并逐渐趋于稳定;MICP加固土体的渗透系数其具有早期降低快,后期趋于平稳的特征。胶结液浓度为0.50、0.75、1.00、1.25 kmol/m3的试样渗透系数最终分别降低了35%、40%、45%和55%。提出的CaCO3含量表达式和渗透系数表达式与试验结果拟合良好,可为微生物加固的设计计算提供参考。 展开更多

关键词 微生物诱导碳酸钙沉淀 花岗岩残积土 加固 Kozeny-Carman方程 胶结作用

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硅烷偶联剂改性聚丙烯纤维水泥基复合材料的性能研究 被引量：5

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作者 孙嘉琦 刘曦 +3 位作者 王传林 苏芝棋 鲁鑫 麦靖敏 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2024年第7期2355-2362,2371,共9页

本文使用不同类型(KH550和KH560)和不同浓度(0.5%、1.0%、1.5%和2.0%,质量分数)的SCA对聚丙烯纤维(PPF)进行表面改性,通过无侧限抗压强度试验和抗折试验,研究了SCA改性聚丙烯纤维水泥基复合材料的承压能力,并使用扫描电子显微镜对改性... 本文使用不同类型(KH550和KH560)和不同浓度(0.5%、1.0%、1.5%和2.0%,质量分数)的SCA对聚丙烯纤维(PPF)进行表面改性,通过无侧限抗压强度试验和抗折试验,研究了SCA改性聚丙烯纤维水泥基复合材料的承压能力,并使用扫描电子显微镜对改性后的聚丙烯纤维水泥基复合材料进行了微观表征。结果表明:KH560改性聚丙烯纤维对水泥基复合材料的流动度影响较大,KH550次之;整体上,SCA浓度越接近1.5%,对聚丙烯纤维水泥基复合材料流动度的影响越大;随着KH550浓度增大,水泥基复合材料孔隙率总体呈降低趋势,随着KH560浓度增大,水泥基复合材料孔隙率呈先下降后上升的趋势,并且浓度为1.5%时孔隙率最小;两种SCA均提高了PPF表面的粗糙度,并能在PPF-SCA-基体界面实现化学键连接;两种SCA对聚丙烯纤维水泥基复合材料抗折强度的影响较小,但能有效提高抗压强度。总体而言,KH550改性效果优于KH560。 展开更多

关键词 硅烷偶联剂 聚丙烯纤维 水泥基复合材料 表面改性 力学性能 微观结构

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基于扩展有限元法的钢桥面横隔板弧形切口疲劳裂纹扩展特性研究 被引量：5

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作者 向泽 刘力 祝志文 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期46-53,共8页

为了解正变异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳开裂的规律,以某跨径350 m的独塔单跨钢箱梁自锚式悬索桥为背景,基于扩展有限元法建立纵肋-横隔板弧形切口多尺度裂纹扩展数值模型,求解弧形切口在轮载作用下的应力强度因子,分析轮载-热残余... 为了解正变异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳开裂的规律,以某跨径350 m的独塔单跨钢箱梁自锚式悬索桥为背景,基于扩展有限元法建立纵肋-横隔板弧形切口多尺度裂纹扩展数值模型,求解弧形切口在轮载作用下的应力强度因子,分析轮载-热残余应力耦合作用下的疲劳裂纹扩展形态和特性。结果表明:当顺桥向车轮作用于弧形切口正上方时,应力强度因子急剧增大,基于该响应曲线可以识别疲劳荷载模型的轴组,但无法识别轴组内的单轴。弧形切口切向热残余拉应力峰值达到341.1 MPa,使得轮载作用下的压应力幅转换为拉应力幅,裂纹扩展方向与实桥疲劳裂纹的扩展形态基本吻合。由于弧形切口处于复杂的三维变形状态,以面内变形为主,因而弧形切口为Ⅰ型断裂主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹扩展模式,裂纹扩展速率与应力强度因子幅均随着裂纹扩展呈现出先增大后减小的趋势。 展开更多

关键词 正交异性钢桥面板 模隔板 弧形切口 疲劳 裂纹 应力强度因子 热残余应力 扩展有限元法

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考虑非线性环境温度影响的切换ICA损伤识别方法

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作者 黄杰忠 祁辉 +1 位作者 李东升 吴鸣 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第24期125-134,161,共11页

在土木工程结构的长期健康监测过程中,变化环境对结构动力特性的影响甚至会掩盖损伤引起的动力特性变化,导致传统基于振动的损伤识别方法失效。独立成分分析(independent component analysis, ICA)方法可用于环境因素影响分离,但其有效... 在土木工程结构的长期健康监测过程中,变化环境对结构动力特性的影响甚至会掩盖损伤引起的动力特性变化,导致传统基于振动的损伤识别方法失效。独立成分分析(independent component analysis, ICA)方法可用于环境因素影响分离,但其有效性受限于数据间需满足较好的线性相关性。为此,该文将切换温度引入到ICA方法中,提出适用于非线性环境因素影响下的切换ICA损伤识别方法。该方法结合主成分分析(principal component analysis, PCA)和高斯混合模型(Gaussian mixture model, GMM)确定温度切换点,利用切换温度将非线性相关的频率数据分段线性化;然后,针对分段线性化后的频率数据,采用ICA方法计算数据的环境源和损伤源;最后,基于ICA损伤源,计算其SPE(squared prediction error)统计量作为损伤指标,通过X-bar控制图实现损伤预警。7自由度数值算例和Z24桥的监测数据验证了该方法的有效性。 展开更多

关键词 损伤识别 环境变化 独立成分分析(ICA) 主成分分析(PCA) 非线性相关

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季节性环境影响下基于VMD-PCA-GPR方法的桥梁损伤识别

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作者 黄杰忠 元思杰 李东升 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第24期332-342,共11页

环境因素变化可能会掩盖损伤引起的结构动力特性变化,导致传统基于振动的损伤识别方法失效。为解决这一问题,该文提出了一种将变分模态分解(variational modedecomposition,VMD)、主成分分析(principal component analysis,PCA)和高斯... 环境因素变化可能会掩盖损伤引起的结构动力特性变化,导致传统基于振动的损伤识别方法失效。为解决这一问题,该文提出了一种将变分模态分解(variational modedecomposition,VMD)、主成分分析(principal component analysis,PCA)和高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)相融合的结构损伤识别方法。首先,利用VMD算法对频率数据进行预处理,得到分离季节性环境模式后的第1本征模态数据(IMF,);其次,采用PCA方法对IMF,数据进行分析,计算PCA残差的欧式距离;然后,以IMFi数据和相对应的PCA残差欧式距离为输人和输出,采用GPR模型学习输人-输出之间的计算规则;最后,利用训练好的GPR模型来预测剩余部分IMF,数据的PCA欧式距离,计算预测值与真实值之间的预测残差,并采用统计控制图进行损伤预警。实验室木桥和Z24桥的监测数据验证了该方法的有效性。 展开更多

关键词 损伤识别 环境变化 变分模态分解(VMD) 主成分分析(PCA) 高斯过程回归(GPR)

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