2024年第7期指南
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编者注
随着新一代人工智能技术的快速发展以及行业从规模扩张向高质量发展的转变，土木工程正在发生前所未有的变化。以深度学习为代表的人工智能算法与结构施工各阶段的交叉日益加深，催生了感知识别、高效计算、多维优化、施工监控等方向的一系列新兴技术，使能高结构建筑施工。 -高性能土木工程结构。与此同时，我国土木工程经过几十年的快速发展，大量在役结构的安全评估需求急剧增加。亟待从准确性、效率、减少人工依赖等方面对现有的服务安全技术体系进行更新，以实现行业的可持续发展。
在《建筑结构学报》2024年第7期中，清华大学范建生教授作为该刊特约主编，组织“建筑结构智能建造与安全服务”专栏，发表高水平论文12篇。高质量的学术论文。栏目重点报道结构智能设计新范式、感知识别新技术、服务性能评价新方法等，展示人工智能技术与结构设计、施工、运营和管理的前沿融合应用。维护等环节。
客座编辑
范建生，清华大学教授。主要从事钢-混凝土组合结构及结构计算分析研究。发表论文300余篇，授权发明专利30项，参编法规30余部。获国家技术发明奖一等奖1项（排名第2）、国家科技进步奖创新团队奖（排名第3）、二等奖2项（排名第1、第8）、科学探索奖。负责国家重点研发计划项目、国家自然科学基金创新研究群体、重大项目、杰出青年基金等项目。被聘为长江学者（2015年）、创新领军人才（2016年）。
01
基于多特征驱动的既有建筑震害机器学习预测方法
王鲁吉 1, 黄晨宇 1, 单甲子 1,2, 余华 3, 苏锦荣 3
1.同济大学结构防灾减灾工程系
2.上海市韧性城市与智能防灾工程技术研究中心
3.四川省地震局
摘要： 快速预测城市既有建筑震害情况对于城市震后应急响应和快速救援恢复具有重要意义。为了实现既有建筑震害状况的快速定量评估，提出一种基于多元特征和机器学习模型驱动的既有建筑震害快速评估与预测方法。对于钢筋混凝土结构，通过实测的结构动力特性和HAZUS技术手册中的非线性性能参数，建立了真实在役建筑的等效数值分析模型；利用ATC-63地震振动库和一种数据驱动的非线性损伤评估指标，生成结构地震损伤状态的大样本数据集；通过特征工程研究，揭示不同类型特征之间的相关性；利用随机森林机器学习模型，根据初始设计特征、实测结构特征、实测地震动特征的损伤状态，实现结构地震测绘，测试集的确定系数为0.99，相对误差样本数±20%以内占99.23%；通过模型可解释性分析，揭示了模型输入特征对预测结果的重要性，其中结构模态周期是保证预测结果可靠性的重要特征之一；并利用现有地震台站的实测记录，成功预测了目标建筑群在地震作用下的破坏状况。所提出的多特征驱动的既有建筑结构震害快速评估方法具有较高的预测精度和效率。
关键词：现有多龄建筑；多特征；机器学习；快速评估；损害评估指标
关于作者
王鲁吉，1998年出生，男，博士研究生，主要从事建筑结构健康监测与损伤评估研究。电子邮件：
通讯作者
单甲子，1986年出生，男，工学博士，研究员。主要从事结构健康监测和智能防灾研究。电子邮件：
专家点评
本文提出了一种基于实测结构特征和地震动特征的既有建筑震害快速评估方法。该方法对于城市震后应急响应和快速救援工作具有重要的指导意义。
02
基于数据驱动和设计规则约束的钢框架-支撑结构布置智能设计方法
王伟 1,2, 付百超 1,2
1.同济大学土木工程防灾减灾国家重点实验室
2.同济大学建筑工程系
摘要：人工智能算法是实现建筑结构自动化、智能化设计的关键技术。然而，由于缺乏物理规则的约束，人工智能算法在实际工程应用中有时会产生不合理的结果。因此，将结构设计规则以神经网络模块的形式集成到生成对抗网络（GAN）中，提出了钢框架支撑结构布局的智能设计方法（frameGAN-sym）。介绍了该方法的基本原理和思想，并将frameGAN-sym的设计结果与frameGAN进行了详细的对比分析，证明其能够按照所提出的对称约束网络模块的要求生成对称性更强的结构图。 。通过三个不同高度的钢框架-支撑结构工程实例，比较了frameGAN、frameGAN-sym和手动设计的布局方案的力学性能。结果表明，frameGAN-sym布局方案在机械性能方面更接近于手动设计的布局方案。并且与frameGAN布局方案相比，减少了结构的扭转效应。
关键词：钢框架-支撑结构；人工智能;平面图设计；对称;扭转效应
关于作者
王伟，1977年出生，男，工学博士，教授，主要从事智能建造及钢结构韧性提升研究。电子邮件：
通讯作者
付百超，1997年出生，男，博士研究生，主要从事钢结构智能设计研究。电子邮件：
专家点评
本文充分考虑结构对称性要求，将对称约束网络模块集成到生成对抗网络中，提出一种集数据驱动和设计规则约束于一体的智能设计方法——frameGAN-sym。为了进一步证明该方法相对于frameGAN在对称性上有所提高，在测试集上对比了两者的结构布局方案，并通过三个不同高度的钢框架-支撑结构工程案例对frameGAN和frameGAN-sym进行了比较。与结构工程师一起制定布局图的机械性能。该研究创新性强，工作量足，分析结果可信。
03
芯柱3D打印混凝土墙体轴压性能试验研究
蔡建国 1,2、王劲松 1,2、杜彩霞 1,2、范晓 3、张茜 1,2、冯健 1,2
1.东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室
2.东南大学国家预应力工程技术研究中心
3、中铁建设苏州设计研究院有限公司
摘要： 核心柱可以提高普通砌体墙体的承载能力。为了研究3D打印混凝土墙体中使用核心柱的可行性，设计了3D打印混凝土钢筋空心墙与现浇钢筋混凝土核心柱的复合墙体。其截面形式（竖肋、斜肋、组合肋）和核心柱数量（两芯柱、三芯柱、五芯柱）对3D打印混凝土墙体轴压性能的影响。结果表明：墙体破坏形式可分为一侧墙体底部塌陷、一侧墙体上半部破碎剥落、墙体整体破坏三种类型；竖向和斜向组合肋的截面形式受力性能最好，可以增强墙体的整体性，提高墙体的承载能力；增加核心柱数量可显着提高墙体的承载能力16.3%~19.1%，但分散的核心柱会削弱墙体的承载能力。完整性降低墙体开裂荷载34.3%~48.5%。通过对比不同规格的承载力计算公式，发现加筋砌块砌体墙的承载力计算值与试验值一致，误差小于8.5%。使用ABAQUS对核心柱3D打印混凝土墙进行模拟和分析。通过设置缺陷层来降低材料层之间薄弱区域的机械性能。仿真结果与试验结果相差小于10%，验证了模型的有效性。 ，可用于估算核心柱 3D 打印混凝土墙的承载力。
关键词：3D打印混凝土；墙;核心柱；横截面形状；静态测试；有限元分析；轴向压缩性能
关于作者
蔡建国，1984年出生，男，工学博士，教授，主要从事混凝土结构先进施工技术研究。电子邮件：
04
土木工程设计公式智能发现方法
陈佩瑶、王晨、丁然、范建生
清华大学土木工程系
摘要： 土木工程中的智能计算技术具有高精度、高效率的特点。然而，由于其黑箱性质，其结果难以被研究人员和工程师理解，这阻碍了其在以安全为首要原则的实际项目中的推广和应用。为此，提出一种基于量纲分析和工程先验知识的设计公式智能发现方法。通过智能计算技术从测试数据中自动识别影响材料和部件性能的关键特征，并智能生成尺寸平衡、物理性能等参数。设计计算公式含义明确、机械可解释性高。基于符号回归表达式树，建立考虑量纲约束的智能公式生成模型，保证公式的力学合理性；开发了基于谱聚类和决策树的多力学-几何变量场景和工程的归一化方法。特征分割算法进一步提高了模型的稳定性和准确性。以钢筋水泥基连梁受剪承载力为例，验证了该方法的有效性。结果表明，与手动经验公式相比，智能生成公式的计算结果准确率提高了61.3%，拟合相关性提高了23.3%。 ，相关系数为0.90，性能优异；此外，与传统的符号回归方法相比，智能生成的公式不仅更加准确，而且具有量纲正确性和更强的工程泛化能力；同时有助于揭示机械机理，加速新材料、新结构从测试到设计方法的实现过程。
关键词：土木工程；设计公式；人工智能;符号回归；机械可解释性
关于作者
陈培耀，2002年出生，男，本科，主要从事结构工程研究。邮箱：cpy20@
通讯作者
王晨，1993年出生，男，工学博士，助理研究员。主要从事结构工程研究。电子邮件：
专家点评
提出一种土木工程领域设计公式智能发现方法。该方法基于量纲分析理论和工程先验知识，能够自动从量纲平衡、物理意义明确、力学可解释性高的数据生成力学公式。 ，可以加速新材料、新部件从研发到工程应用的进程。设计技术具有创新性，对工程实践具有良好的参考价值。
05
基于阵列超声和特征融合神经网络的钢筋混凝土结构内部裂纹检测
杨涵1、李思涵1、舒江鹏1、徐采娥2、宁英杰3、叶建龙4
1.浙江大学建筑工程学院
2.浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室
3、浙江交通集团有限公司
4、浙江交通集团检测技术有限公司
摘要： 在工程实践和现有研究中，对于混凝土结构内部病害的无损检测，超声断层图像通常需要先验知识进行人工定性判读，很少用于精确的定量检测。为此，提出一种基于阵列超声和特征融合神经网络的深度学习方法，用于钢筋混凝土结构内部裂缝的像素级无损检测。制作具有预设内部裂纹的钢筋混凝土构件，利用低频剪切超声和换能器阵列扫描获得阵列超声B扫描图像并构建数据集。建立了具有编码器-解码器架构的深度神经网络，并使用特征融合策略和残差模块来优化模型，使其更兼容B扫描图像的语义结构。通过配准，独立的局部预测图被组合成该截面的全局表示，以显示全局信息，例如裂纹位置以及沿组件长度在整个截面上的分布。结果显示，训练集、验证集和测试集的F-score均高于70%。所提出的特征融合深度神经网络可以识别宽度低至1 mm的裂纹，裂纹长度量化的平均绝对百分比误差为6.22%，证实了该方法的有效性。
关键词：钢筋混凝土结构；内部裂纹检测；阵列超声；特征融合；深度神经网络
关于作者
杨瀚，1996年出生，男，博士研究生，主要从事结构无损检测和深度学习研究。电子邮件：
通讯作者
舒江鹏，1987年出生，男，博士，研究员，主要从事智能建设与运维研究。电子邮件：
专家点评
本文将基于优化深度神经网络的阵列超声扫描与截面图像重建方法引入到混凝土构件的无损检测中，并结合深度学习智能模型，突破了原有人工的局限性。超声图像判读需要技术人员具备专业知识。通过实现像素级截面图像重建，提高了现有混凝土结构内部裂缝自动化无损检测技术水平，拓展了其适用条件。文笔流畅，技术路径清晰，测试方法详细，研究具有创新性。
06
平面三角桁架和沃伦平行弦桁架结构火灾倒塌预警方法
李金羽 1, 李国强 1,2, 朱少军 1
1.同济大学土木工程学院
2.同济大学土木工程防灾国家重点实验室
摘要：为了研究平面三角形和Warren平行弦钢桁架结构在火灾下的倒塌预警方法，建立了有限元模型，研究了两类桁架在火灾下的倒塌机理和倒塌模式；在此基础上，对两种类型的平面钢桁架进行了研究，基于每种倒塌模式下关键物理量的变化规律，并基于桁架关键节点的位移和位移速率以及火灾温度等多个参数-针对桁架接收构件，提出了火灾导致倒塌的分级预警方法。为了科学预测桁架剩余倒塌时间，采用了预警时间比和剩余倒塌时间比两个参数。采用蒙特卡罗抽样方法，获得具有可靠性意义、可直接用于实际项目的时间比值。所提出的火灾塌陷预警方法和时间比值将通过真实的火灾塌陷试验和数值算例进行验证。结果表明：平面三角桁架和Warren平行弦桁架表现出铰链型、滑移型、屈曲后铰链型、屈曲后滑移型、再平衡等多种倒塌模式；当预警时间比例为70%时，可靠性~80%时，可以相对准确地预测Warren平行弦杆和平面三角桁架的实际剩余倒塌时间。
关键词：平面桁架；火;倒塌警告；位移；位移率；可靠性
关于作者
李金宇，1998年出生，男，博士研究生，主要从事钢结构耐火研究。电子邮件：
通讯作者
朱少军，1994年出生，男，博士。工学博士，助理教授，主要从事智慧消防、结构智能设计与施工研究。电子邮件：
专家点评
平面钢桁架结构冗余度低，发生火灾时容易倒塌。与建筑火灾倒塌预测相比，建筑火灾倒塌预警更直接符合城市消防安全需求，对火灾扑救具有重要的指导意义。本文对平面三角桁架和Warren平行弦钢桁架结构进行多参数分析，总结了两类桁架的倒塌模式钢结构图纸符号识别图，提出了基于位移、位移速率和温度的三级倒塌预警方法。火成员。通过蒙特卡洛随机抽样方法考虑各种随机参数对预警结果的影响，并结合火灾实验和数值算例对预警方法进行验证。研究内容具有较强的理论和实践意义。
07
预制冷弯薄壁钢-泡沫混凝土组合墙体抗震性能试验研究
彭志明 1,2、陈忠凡 1,2、许志峰 3、黄宇豪 1,2、罗毅 4
1.东南大学中巴重大基础设施智慧防灾“一带一路”联合实验室
2.东南大学土木工程学院
3.山东科技大学土木建筑学院
4.华侨大学福建省智能基础设施与监控重点实验室
摘要: 为了促进冷弯薄壁钢结构房屋结构体系的发展，提高其装配率，针对翼缘与腹板墙肢的连接提出了3种干式装配形式。对3块不同装配形式的冷弯薄壁钢-泡沫混凝土组合墙体和1块现浇墙体进行准静态加载试验，分析其破坏模式、承载力、侧向刚度、能耗和延性采用等指标研究了三种干式连接的可靠性以及不同装配形式下墙体抗震性能的差异。结果表明：墙体损伤主要集中在腹板墙肢处，柱间墙板及内部填充的泡沫混凝土出现交叉对角裂缝，水平横撑出现局部屈曲，多处水平裂缝出现在法兰壁肢的底部。和垂直裂缝；三种设计的干式连接，安全可靠，连接前不会损坏元件；与现浇墙体相比，装配式墙体的承载能力和初始刚度有所降低，但变形和能耗能力较强；与腹板拼接墙相比，张拉连接墙的峰值荷载、初始刚度和总能耗分别提高了36.5%、15.0%和12.5%，L的峰值荷载和总能耗分别提高连体墙能耗分别增加22.8%和54.5%，初始刚度下降21.5%。综合考虑三种墙体装配形式的抗震性能、运输条件和施工难度等因素钢结构图纸符号识别图，本工程优选采用L形片连接的装配形式。实际的。基于叠加原理，推导了预制组合墙体的侧向刚度，验证了计算方法的正确性。
关键词：预制复合墙体；冷弯薄壁型钢；泡沫混凝土；伪静态测试；抗震性能
关于作者
彭志明，1992年出生，男，博士研究生，主要从事轻钢结构抗震性能研究。邮箱：zhmpeng@
通讯作者
陈忠范，1961年出生，男，工学博士，教授，主要从事轻钢结构及钢-混凝土组合结构抗震性能研究。邮箱：101003944@
专家点评
本文提出了预制冷弯薄壁钢-泡沫混凝土组合墙的三种干式连接方法，并通过实验研究了不同连接方法下组合墙的滞回性能，最终建立了L-连接时组合墙的模型。异形连接器。车身整体侧向刚度的计算方法。研究成果为新型复合墙体的工程应用提供了有意义的参考。
08
预埋钢筋钢筋混凝土梁-钢柱过渡节点抗震性能及设计方法研究
世毅 1、王伟 1、王世业 1、鲍连金 2、李明 2、童军 2、田云宇 3
1.同济大学土木工程防灾减灾国家重点实验室
2.华东建筑设计研究院有限公司
3、浙江大地钢结构有限公司
摘要: 为解决传统钢-混凝土梁式转换结构用钢量大、吊装难度大、节点区施工复杂等问题，设计了一种预埋钢筋的钢筋混凝土梁-钢柱转换节点。提出建议，并根据实际项目进行。全尺寸模型准静态试验；同时提出基于ABAQUS软件的有限元模拟方法，考虑混凝土剥落破坏引起的性能退化，并对转换缝的单面钢筋长度、螺栓间距、混凝土强度和轴压抗震性能进行对比的影响进行了研究。研究表明，该节点的破坏模式为核心区剪切破坏，具有完整的滞回曲线，具有良好的延性和耗能能力；接头延性与单边钢筋长度呈正相关，与混凝土强度、轴压比呈负相关。间距影响不大；节点承载力和总能耗与单面钢筋长度和混凝土强度正相关，与螺柱间距和轴压比负相关。当单面型钢截面长度为型钢截面高度的2倍、螺柱间距为200mm、混凝土强度等级为C40时，构件能取得较好的抗震性能。根据分析结果，建立了预埋钢筋钢筋混凝土梁-钢柱转换缝受剪承载力计算公式，并给出了结构建议。
关键词：RC梁-钢柱转换接头；嵌入式钢；准静态试验；有限元分析；参数分析；抗震性能
关于作者
石毅，1997年出生，男，硕士研究生，主要从事钢结构及组合结构抗震性能研究。电子邮件：
通讯作者
王伟，1977年出生，男，工学博士。主要从事钢结构及组合结构的耗能、减震及增韧研究。电子邮件：
专家点评
本文针对传统内置钢混凝土梁转换结构全长布置的缺点，提出了一种预埋短钢新形式。三个预埋型钢截面的钢筋混凝土梁-钢柱转换节点构件为准静态。基于试验，提出了一种基于ABAQUS软件的有限元模拟方法来考虑混凝土剥落失效引起的性能下降。同时建立了预埋型钢钢筋混凝土梁-钢柱转换缝受剪承载力计算公式。研究工作内容丰富、富有创新性。
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“有形结构·创新无限”建筑结构中青年专家论坛（西安站）将于2024年10月在陕西西安举办，主题为“高性能结构与防灾减灾”缓解”，将收集广泛的论文。通过评审的论文将发表在《Journal of Building Structures》主刊和增刊上（均被EI检索）。
截止日期：2024 年 4 月 30 日
