同济大学学报(自然科学版)

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特约专题:地下工程抗震

  • 考虑接触非线性的盾构隧道纵向分析模型及其应用

    耿萍;陈枰良;陈昌健;杨琪;郭翔宇;何川;

    盾构隧道环缝接触状态与传递的内力有关,但传统盾构隧道结构分析模型不能考虑轴力、剪力、弯矩共同作用下的环缝接触非线性。提出了一种考虑3种内力共同作用下接触非线性的盾构隧道纵向分析模型,并据此对汕头湾盾构隧道穿越蠕滑断层的力学行为进行分析。研究发现:(1)当考虑纵向接头同时传递轴力、剪力、弯矩时,其传力作用可等效为考虑轴向和弯曲刚度折减的梁,其折减系数与位移偏心距有关;(2)汕头湾盾构隧道在蠕滑作用下的力学分析表明,纵向接头接触非线性对结构内力影响较大,忽视非线性的影响可能带来1.4~3.3倍的误差。研究成果可用于蠕滑断层位错等复杂荷载作用下的盾构隧道纵向力学行为分析。

    2021年06期 v.49 759-769页 [查看摘要][在线阅读][下载 3916K]
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  • 砂土中垫层隔震基础地震响应离心模型试验及数值分析

    张浩;贾亚杰;梁发云;李通达;

    针对砂土地基中的一种新型基础型式——垫层隔震基础,开展地基-基础-结构动力相互作用的离心振动台试验和三维数值模拟。通过对比不同峰值和类型地震波作用下新型垫层隔震基础与传统群桩基础的动力响应,探讨垫层隔震基础的隔震机理,并结合参数分析垫层厚度等因素对垫层隔震基础地震响应的影响规律。结果表明,与群桩基础相比,垫层隔震基础的上部结构加速度降低,但其峰值及残余位移较大;桩顶约束减弱,筏板与垫层在强震下相对滑动,传递的惯性力降低,导致桩身最大弯矩减小且位置下移;桩身弯矩随垫层厚度的降低而显著增大。

    2021年06期 v.49 770-782页 [查看摘要][在线阅读][下载 3998K]
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  • 地下结构抗震分析反应谱法与现有简化方法对比

    赵密;李苗;昝子卉;高志懂;杜修力;王君杰;

    对比地下结构抗震分析的反应谱法与规范建议的简化分析方法即反应位移法和反应加速度法的计算精度。在简介3种方法的基础上,以3个地铁车站二维横断面抗震分析为例,以动力时程分析结果为参考标准,比较3类抗震分析方法的计算精度。研究表明,反应谱法计算地下结构变形及内力的误差为0.1%~14%,反应加速度法的误差为0.2%~26%,反应位移法的误差为9%~44%,反应谱法的计算精度高于反应加速度法和反应位移法。

    2021年06期 v.49 783-790页 [查看摘要][在线阅读][下载 3060K]
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  • 基于概率神经网络的地铁车站易损性分析

    陈之毅;黄鹏飞;

    基于深度学习方法提出了一种地震响应概率模型,并基于此模型推导了地铁车站结构极限状态超越概率的计算公式,以评价结构的地震易损性。首先采用主成分分析对地震强度指标进行正交化和降维;为了克服传统地震响应概率模型中地震动强度指标与结构地震响应指标服从对数空间线性分布假设的局限性,基于BP神经网络建立趋势模型以预测结构的地震响应;基于概率神经网络建立误差模型以描述基于统计的趋势模型与基于物理机制的数值模型之间的误差,以拓展残差的齐次方差正态分布假设的严格限制。最后,以上海典型2层三跨地铁车站为算例,计算得到其易损性曲线。结果表明,基于深度学习建立的趋势模型较好地模拟了地铁车站结构地震响应随地震强度指标第一主成分的非线性变化特征;建立的误差模型准确地描述了趋势模型预测值的残差随地震强度指标第一主成分的方差非齐次特征。

    2021年06期 v.49 791-798+756页 [查看摘要][在线阅读][下载 18804K]
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  • 考虑桩-土相互作用的高墩桥梁抗震性能

    陈旭;李春祥;

    采用非线性p-y弹簧模型模拟土体与桩基的相互作用,并通过有限元建模研究了土层对基岩地震动的滤波效应及土体非线性对高墩桥梁地震响应的影响。分析结果表明,若采用合适的地震动输入,在地震动强度较小时,线弹性6弹簧模型能够对高墩的剪力及弯矩响应进行较为精确的估计;但在强震作用下,则会显著高估墩身剪力需求。并且不论采用何种地震输入,6弹簧模型都会极大地低估承台位移响应,对桩基础损伤状态得到偏于不安全的估计。

    2021年06期 v.49 799-806页 [查看摘要][在线阅读][下载 2032K]
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  • 沉管隧道多尺度方法与地震响应分析

    禹海涛;宋毅;李亚东;张劭华;徐磊;

    针对目前沉管隧道多质点-弹簧抗震简化分析模型的不足,如无法合理模拟沉管接头的细部构造及力学特征,提出了一种同时表征沉管隧道宏观整体响应和细观接头构造的多尺度分析方法,其中宏观多质点-弹簧-梁耦合模型用于描述沉管隧道结构与地层的动力相互作用以及宏观整体地震响应特征,细观精细化模型用于捕捉沉管接头的张合量、剪力键受力等动态演化规律。以广州某沉管隧道为应用实例,建立了相应的地震响应多尺度分析模型,综合考虑地震动输入方向、运营期环境温度变化等工况组合,研究了沉管隧道管节受力、接头变形、剪力键受力等地震响应特性以及关键因素的影响规律。结果表明,地震动输入方向随着与隧道轴向夹角的增加,结构剪力及弯矩明显增大,而轴力及接头变形随之减小,90°输入时峰值轴力的降幅超过了85%,而接头最大张合量仅为0°输入时的17%;环境温度变化对沉管隧道轴向受力及接头变形影响显著,降温导致接头最大张开量增加了约30%,并使隧道出现了接近峰值轴力60%的拉力。

    2021年06期 v.49 807-815页 [查看摘要][在线阅读][下载 2434K]
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土木工程与建筑学

  • 采用拉索模数伸缩缝的斜交桥地震易损性分析

    张鹏辉;冯睿为;周连绪;郭军军;袁万城;

    为了研究拉索模数伸缩缝对一座30°斜交角的三跨混凝土斜交连续梁桥抗震性能的影响,利用理论易损性分析方法分析了脉冲地震动和无脉冲地震动作用下拉索模数伸缩缝的减震效果,并提出了以震后维修费用曲线评价桥梁结构体系抗震性能的方法。结果表明,采用拉索模数伸缩缝后桥墩和支座的易损性均显著降低;速度脉冲效应不会改变结构的破坏模式,但对于采用拉索模数伸缩缝的斜交桥,速度脉冲效应会显著增加支座和桥墩的易损性;无论是脉冲地震动还是无脉冲地震动作用下,采用拉索模数伸缩缝均能有效减小斜交桥的震后维修费用。

    2021年06期 v.49 816-824页 [查看摘要][在线阅读][下载 2466K]
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  • 高性能纤维增强混凝土与筋材复合体系拉伸性能研究

    余江滔;史天成;郁颉;谢正良;俞可权;

    超高性能混凝土(UHPC)具有优异的抗压强度,而超高延性水泥基复合材料(ECC)具有优良的拉伸应变强化能力,二者均属于高性能纤维增强基材。纤维增强复合材料筋(FRP bar)具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性能好的优点。高性能基体与高强度筋材的结合使用,有望解决传统钢筋混凝土结构的耐久性问题,同时保证结构体系的承载能力。选取力学性能不同的3种基体(普通混凝土、ECC和UHPC)与2种筋材(钢筋、BFRP筋),在其材料性能试验基础上,对其组成的6种配筋复合体系进行了轴拉试验。试验结果表明,复合材料的拉伸性能受多种因素的影响。高性能基材可以有效地提升构件强度,但复合体系的变形能力由基材与筋材中应变能力较弱的一方决定;高性能基材所提供的抗拉贡献和应变软化会导致复合体系提前进入破坏状态,反而降低了体系的延性(拉伸变形能力)。初步证明,基于高性能材料的结构构件设计必须综合考虑材料各自的力学性能和材料间相互作用造成的综合影响。

    2021年06期 v.49 825-833+890页 [查看摘要][在线阅读][下载 3925K]
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  • 开孔建筑内压风洞试验及其与国内外规范对比

    陈胜;黄鹏;顾明;

    通过风洞试验研究开孔建筑孔口周边外压与内压的相关性以及湍流强度、风向角和开孔率对内压的影响,并将风洞试验结果与国内外现行风荷载规范进行对比,分析各国规范的优势和不足。研究表明,开孔结构内压与孔口周边外压在时程上具有高度的同步性,但是斜风向角时在功率谱上存在很大的差异,内压均值响应随湍流度和开孔率的增大而增大。我国规范和美国ASCE7-16均较大低估了内压系数的大小,而澳大利亚/新西兰AS/NZS 1170.2:2011对内压系数的取值与风洞试验结果吻合较好。

    2021年06期 v.49 834-842页 [查看摘要][在线阅读][下载 2615K]
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交通运输工程

  • 基于跟驰行为谱的跟驰风险状态预测

    汪敏;涂辉招;李浩;

    跟驰风险状态反映车辆跟驰行驶过程中的危险程度。为了实时预测跟驰风险状态,基于跟驰行为谱,提取碰撞时间倒数、横向摆动系数、速度不稳定系数3种跟驰风险状态指标,并确定状态划分阈值。采用精确决策树、提升树、线性回归拟合、支持向量机、K-近邻、集成树6种机器学习预测模型进行跟驰风险状态预测,选取准确率、四级风险状态召回率、平均召回率对模型预测效果进行评价,对不同预测时长和不同特征指标序列时长下的预测效果进行对比。基于驾驶模拟器采集的不同道路类型和交通状态组合下6种典型跟驰场景驾驶行为数据进行分析,结果表明,精确决策树预测跟驰风险状态效果最佳;拥挤交通流下支路跟驰的预测效果显著好于其他场景,其他5种场景下的预测效果无显著差异;通过增加特征指标序列时长,可缓解预测效果因预测时长增大而变差的问题。可为车辆主动安全预警与防控提供技术支撑。

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  • 高密度路网区高速公路可变信息标志版面要素组合

    荆迪菲;宋灿灿;郭忠印;高华睿;

    为确定适用于高密度路网区高速公路的可变信息标志(VMS)版面要素组合,综合运用小型驾驶模拟器和眼动仪采集了20名驾驶员视认4种VMS版面和2种普通标志的数据,采用指标方差分析检验了6种版面诱导结果、驾驶操纵稳定性、驾驶操纵负荷、视认行为的差异性,结果表明,VMS版面4与普通标志牌无显著差异,不会对行车安全造成影响。采用指标因子分析法提出综合反映驾驶员各项驾驶行为指标特征的参数S,实现对驾驶行为的多元量化评价,结果表明VMS版面4最佳。综合以上分析,推荐高密度路网区高速公路VMS版面要素组合形式为,路网形状采用拓扑图表示,高速公路用平纵相连的光带表示,其他道路线形用短横线简略表示,互通用圆形表示;红、黄、绿色分别表示拥堵、缓行、畅通3种路况;各互通处采用白色三角标注路段指向,枢纽、一般互通处分别标注地名和互通名,并对驾驶员所处位置进行醒目标注。

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  • 考虑桥梁结构运动的河口大跨桥梁事故风险因素分析

    李骁楠;陈丰;董博文;

    为降低河口大跨桥梁的事故率、提升通行效率,基于嘉绍大桥的系统监测多源实时数据,研究气象、交通、时间和大桥结构数据对河口大跨桥梁交通事故发生率的影响。提取了通车运行4年内的事故数据,分别采用时间匹配法和随机抽样法抽取非事故数据,建立了条件logistic回归模型。结果表明,(1)交通流量、湿度是河口大跨桥梁交通事故发生概率的显著正影响因素;(2)平均通行速度是大桥交通事故发生概率的显著负影响因素;(3)当大桥处于高峰时间时,事故可能性会显著增加;(4)根据现有数据,大桥的挠度变化、结构振动和交通流中的货车比例对事故发生概率无显著影响。

    2021年06期 v.49 863-871页 [查看摘要][在线阅读][下载 1226K]
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  • 基于自律分散系统在线技术的轨道电路监测系统优化

    曾小清;方云根;袁腾飞;李健;王奕曾;

    针对传统集中式系统结构无法满足ZPW-2000轨道电路监测系统在运行过程中的在线扩展、在线维修以及系统容错需求的现状,提出了基于自律分散系统(ADS)在线技术的ZPW-2000轨道电路监测系统优化方法。在分析自律分散系统特征的基础上,构建ZPW-2000轨道电路监测系统的优化方案,提出了ADS在线技术的轨道电路监测系统架构与要素。通过案例实验分析,证明了ADS自律分散系统在线技术在在线扩展、在线维修以及系统容错方面的优势,可有效提高ZPW-2000轨道电路监测系统的可靠性和可维护性,并且增加系统扩展的灵活性。

    2021年06期 v.49 872-879页 [查看摘要][在线阅读][下载 1635K]
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环境科学与工程

  • 金梦海湾及其邻近海域水环境因子时空分布特征

    匡翠萍;王丹;赵钒;刘会欣;朱磊;

    近年来渤海西北部的金梦海湾绿潮等灾害频发,对周边海域养殖、旅游等造成严重影响。基于MIKE 21软件建立金梦海湾水动力和水质数学模型,模拟和分析氮、磷等主要污染物的时空分布特性,并结合主成分分析对金梦海湾水质状况进行评价。结果表明,金梦海湾海域潮流为沿岸往复流,涨潮西南向,落潮东北向,流速较小,水动力较弱。金梦海湾及其邻近海域水质时空分布规律明显:在时间尺度上,丰水期水体污染比平水期和枯水期严重;在空间尺度上,水体污染程度整体呈现由河口向外海递减的趋势,其中汤河口近岸海域污染较严重,主要污染源为河流输入污染。

    2021年06期 v.49 880-890页 [查看摘要][在线阅读][下载 5137K]
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  • 基于数字栅格的河网小流域水质数学模型构建与应用

    尹海龙;林夷媛;赵东华;石泽敏;

    河网地区降雨充沛,河道水质受点源排放和降雨径流面源污染排放影响出现时空动态变化。针对小流域水质达标评估的需求,构建了基于栅格化空间重力汇水流向的降雨径流污染模型,并通过耦合河道水动力水质模型,建立点源、面源排放与河道水质的动态响应关系。以我国常州市武进港小流域为研究区域,对该模型系统进行了率定,确定了水质模型的主要参数。建立的模型系统能够实现对河网水质日尺度的动态模拟,继而实现从年均水质达标到每日水质达标的精细化分析。针对研究区域污染源组成特点,对不同污染负荷削减方案进行模拟评估。最优工况下,入湖断面高锰酸盐、氨氮和总磷的年达标频次(地表水Ⅲ类标准)分别从23.0%、0、16.4%升高至71.8%、66.3%、75.9%。

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电子、计算机、控制与系统

  • 基于密度自适应深度网络的点云场景语义分割算法

    卫刚;赵安铭;王志成;

    由于传感器噪声干扰,点云密度不均匀,场景复杂多样以及物体之间存在遮挡现象等问题,使得三维点云场景语义分割问题的研究工作极具挑战性。针对三维点云数据采样密度不均匀以及图卷积网络深度有限的问题,提出一种密度自适应的方法。该方法通过多层感知器学习一个权重函数,利用核密度估计学习一个密度函数,对非均匀采样的点云数据进行卷积操作。同时,受深度学习在图像领域的启发,引入残差连接、空洞卷积等结构,训练更深层的点云分割网络。该算法在多个点云分割的标准数据集上取得了优秀的性能。

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  • 基于因子图模型的用户可信度评估

    白昀;蔡皖东;

    为克服传统方法在缺少用户个人信息及发布内容的情况下无法有效地评估用户可信度问题,提出基于评论反馈信息和信任关系的用户可信度因子图模型(UFGM)。该模型将信任关系和评论反馈对用户可信度评估的影响形式化为一个概率模型,并提出半监督分类的学习方法构建模型。在Extended Epinions数据集上验证了模型的有效性,并发现信任关系比评论反馈更易对用户可信度评估产生积极影响。与传统算法相比,UFGM能在缺少用户描述信息及评论信息的情况下将用户可信度评估的准确度提高12%~29%。

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  • 《同济大学学报(自然科学版)》征稿启事

    <正>《同济大学学报(自然科学版)》是由同济大学主办的自然科学综合性学术期刊,主要刊登国内外土木建筑工程、交通运输工程、环境科学、材料科学、新能源技术等学科的高水平首发研究成果。本刊为中国自然科学核心期刊和中国科技论文统计用刊源之一,并被EI等40多个国内外权威检索系统收录。本刊目前采用网络投稿与审稿,不接收纸质稿件和E-mail投稿。网络投稿请直接登录《同济大学学报(自然科学版)》编辑部网站注册投稿(http://tjxb.cnjournals.cn),或登录同济大学官网→科学研究→学术期刊→同济大学学报(自然科学版)界面注册投稿,有关投稿要求及注意事项如下:

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