同济大学学报(自然科学版)

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特约专题: 组合结构桥梁

  • 后结合预应力组合梁桥的混凝土预应力实效测试与分析

    苏庆田;邹迪升;张龙伟;陶仙玲;黄超;

    为了研究后结合预应力法在组合结构连续梁桥中的应用效果,并与常规预应力组合梁的预应力实施情况进行比较,基于换算截面法分别推导了后结合和常规结合连续组合梁桥的中支点截面应力计算公式,结合国内首座大跨度后结合预应力组合连续梁桥开展实桥受力性能测试,测量负弯矩区中支点截面在各施工工况中的应力状态。测量结果表明:后结合预应力法不会在钢梁中产生压应力,有效提升了预应力在混凝土中的施加效率,后结合法产生在混凝土中的预压应力是常规预应力法的1.3倍。计算分析表明,采用后结合预应力法在跨径70 m以下连续组合梁中可以实现混凝土桥面板为全预应力状态,在跨径110 m以下连续组合梁中可以实现混凝土不开裂的A类预应力状态。

    2021年08期 v.49 1061-1069+1058页 [查看摘要][在线阅读][下载 3270K]
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  • 抗剪连接程度对组合梁受力性能影响

    黄侨;郑兴;李文贤;

    为研究不同抗剪连接程度的钢-混凝土组合梁的受力状况,首先建立了组合梁的有限元模型进行计算,并通过4片试验梁检验其有效性和正确性。随后采用正交设计方法,选取焊钉数量、直径、长度和材料强度等因素对组合梁受力状态进行了参数分析。最后对抗剪连接程度的影响进行讨论,拟合得到不同连接程度下组合梁抗弯承载力和梁端滑移的计算公式。研究结果表明,焊钉数量和直径对组合梁界面滑移的影响最为明显;拟合公式能够较为准确地计算得到不同连接程度组合梁的承载力和梁端滑移;在桥梁工程中,由于连接件的数量通常是由构造要求决定的,故组合梁界面滑移的限值通常不控制设计。

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  • 橡胶-焊钉组合连接件对钢-混组合梁受力性能影响分析

    苏庆田;苏航;吴飞;

    为了研究橡胶-焊钉组合连接件力学性能及其对组合梁受力性能的影响,设计制作了5组15个推出试件,通过静力加载试验测试了橡胶-焊钉组合连接件的受力性能,并采用有限元模型针对组合焊钉连接件对于组合梁受力性能的影响进行了分析。试验及有限元分析结果表明:组合焊钉连接件在不改变推出试件承载能力的情况下有效减小了试件的抗剪刚度,且橡胶-焊钉组合连接件对连续组合梁挠度以及钢梁应力的影响很小,但对中支点位置的混凝土应力降低作用明显。对于布置直径为22和19 mm焊钉的组合梁桥,采用组合连接件后组合梁负弯矩区混凝土应力降低比例可达26%以及13%。针对刚度变化位置产生较大的应力突变问题,在正弯矩区与负弯矩区的交接部分设置2 m的过渡区域能够使应力突变大小减小30%,有效改善了变刚度区域应力突变的现象。

    2021年08期 v.49 1079-1087页 [查看摘要][在线阅读][下载 4216K]
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  • 短焊钉布置对超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能影响

    徐晨;张乐朋;江震;马骉;

    为考察短焊钉连接件布置对钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板抗弯性能的影响,进行了焊钉间距分别为200与300 mm的2种足尺节段桥面板试件弯曲荷载试验和基于UHPC塑性损伤模型的有限元参数化分析。试验结果表明:在部分组合桥面板中,焊钉间距由200 mm变为300mm,UHPC开裂达0.05 mm宽时对应的荷载等级提升了12.5%,主要贡献是钢-UHPC组合效应减弱。UHPC开裂达0.10 mm宽时的拉应变平均值为1 878×10~(-6),占材料极限拉应变的59%。参数化分析结果表明:焊钉间距由100 mm增大至400 mm导致组合桥面板弹性阶段抗弯刚度下降了14.1%,但开裂荷载等级提升了84.2%。短焊钉间距增大使部分组合桥面板结构受力趋向于更为经济,但需注意过大的焊钉间距会导致焊钉疲劳破坏。

    2021年08期 v.49 1088-1096页 [查看摘要][在线阅读][下载 2836K]
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  • 超高性能混凝土铺层提升钢桥面板疲劳性能试验研究

    程斌;田亮;孙斌;徐晨;

    为明确超高性能混凝土(UHPC)铺层对钢桥面板疲劳性能的定量提升效果,考虑单轮和双轮两种加载模式,对正交异性钢桥面板典型的U肋-盖板-横隔板焊接节点在UHPC铺装前后的疲劳性能开展试验研究。首先基于静载试验得到焊接节点关键区域的热点应力分布,随后开展高周常幅疲劳试验,得到节点试件的疲劳裂纹萌生及扩展过程、疲劳破坏模式、刚度退化以及疲劳寿命等关键性能指标。结果表明:同等荷载作用下,钢-UHPC组合节点焊趾处热点应力值显著降低,最大降幅达58%;与无UHPC铺层节点相比,钢-UHPC组合节点的疲劳裂纹数量减少,裂纹扩展速率和刚度退化速度得到了有效抑制,特征疲劳寿命也得到了大幅提高。国际焊接协会疲劳设计指南中的FAT 90、FAT100级S-N(应力幅-疲劳寿命)曲线可适用于UHPC铺装前后钢桥面板的疲劳寿命评估。

    2021年08期 v.49 1097-1106页 [查看摘要][在线阅读][下载 5598K]
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土木工程与建筑学

  • 基于小波优化LSTM-ARMA模型的岩土工程非线性时间序列预测

    钱建固;吴安海;季军;成龙;徐巍;

    为了更精确地预测岩土工程应力、变形等的非线性时间序列,提出了基于小波优化的长短时记忆神经网络-自回归滑动平均模型(LSTM-ARMA)预测模型。首先使用小波分析将监测序列分解成趋势项和噪声项,采用LSTM网络滚动预测趋势项、ARMA模型预测噪声项,并将趋势项预测值与噪声项预测值之和作为总的时间序列预测值。在此基础上,以上海云岭超深基坑工程为案例进行了基坑地表沉降分析,结果表明组合模型的预测精度要高于单一LSTM模型且更加稳定;进一步采用弹塑性有限元对基坑开挖诱发的地表沉降进行了预测,并与人工智能预测结果进行对比,验证了人工智预测模型的合理性。分析表明,当后续工况与前置工况所诱发的变形机理突变时,人工智能预测误差增大,但伴随后续工况的推进,人工智能预测误差将逐渐减小。

    2021年08期 v.49 1107-1115页 [查看摘要][在线阅读][下载 2140K]
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  • 软土地层中分隔型基坑变形特性及应力路径

    李航;廖少明;汤永净;申明亮;

    以上海软土地区紧邻历史保护建筑的超大地下综合体施工为例,建立考虑土体小应变特性的三维有限元计算模型,研究分隔型基坑变形特性及土体应力路径;将数值模拟结果与现场实测数据进行比对以检验模型参数取值的合理性,并基于此模型进行多工况计算分析。结果表明:仅靠优化基坑开挖顺序对基坑变形控制作用有限且不全面,有必要考虑地下结构回筑引起的基坑支护刚度和边界条件变化;先开挖小基坑并完成其地下结构回筑后再施工较大基坑的施工方案效果最优,与较不利工况相比可减小紧邻敏感建筑物侧围护结构最大侧向变形30%;不同开挖顺序、地下结构施工引起的边界条件变化,以及不同排水条件使得坑内外土体应力状态复杂多变,其中坑内土体在不同工况下呈现不同应力路径,坑外土体则呈现多次卸荷的应力路径;当应用伺服式预应力钢支撑时,坑外土体表现出先水平卸荷而后加荷的应力路径,围护结构变形控制在开挖深度的0.1%内,可有效保护周边敏感建筑物的安全。

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  • 细粒含量对饱和砂土静态液化失稳特性影响的三轴试验研究

    吕玺琳;翁锰森;蔡剑韬;张滨;

    通过开展三轴固结不排水剪切试验,研究了初始相对密实度、黏土掺量及固结方式对含细粒砂土静态液化特性的影响。纯丰浦砂试验结果表明,中密和密实试样的应力应变关系呈持续应变硬化特性,孔压先增加后减小到负值,只有在极松散(密实度D_r=5%)情况才出现持续的应变软化。掺入一定量上海黏土的丰浦砂试样试验结果表明,在细粒含量不高条件下,细粒含量增加导致砂土更易发生应变软化。基于试验结果以及计算得到的二阶功变化情况,获得了砂土静态液化失稳触发点对应的应力比。该应力比随试样初始密实度增大而增大,随细粒含量增加而减小,说明砂土越松散、细颗粒含量越高越易触发静态液化失稳。

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交通运输工程

  • 基于MOVES模型本地化的轻型车排放因子估计方法

    单肖年;刘皓冰;张小丽;陈小鸿;叶建红;

    考虑中美两国车辆排放限制标准及测试工况的差异,提出了MOVES模型本地化修正的方法,并进行了案例分析。研究表明,我国车辆排放控制水平虽较为滞后但发展较快,如我国国I至国VIa轻型车一氧化碳排放限值标准所对应的美国轻型车排放特征年份分别为:1995、1999、2002、2007、2010及2012年。此外,对估计的轻型车排放因子与真实的测试结果进行了对比分析。

    2021年08期 v.49 1135-1143+1201页 [查看摘要][在线阅读][下载 1540K]
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  • 考虑复杂场景的常导高速磁浮辅助停车区优化布置

    楚彭子;虞翊;董丹阳;赵华华;林辉;

    针对辅助停车区(ASA)布置的复杂场景,面向多目标速度曲线共存线路,以辅助停车区数量与列车区间追踪时间最小化为目标,以列车安全运行为约束,构建了多目标优化模型,设计与讨论了带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-II),提出了一种考虑辅助停车区布置特征的种群初始化策略,使得算法具有良好计算性能。算例仿真验证了模型与算法解决复杂场景下辅助停车区优化布置的有效性,为求解辅助停车区布置问题提供了新思路。

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  • W300-1型扣件弹条疲劳寿命的预测和评估

    刘艳;姜秀杰;李秋彤;赵威;刘欢;

    为有效评估和预测W300-1型扣件弹条在实际工作状态下的疲劳寿命,综合考虑弹条材料的弹塑性力学特性及复杂接触关系,建立有限元模型;分析弹条在不同安装扭矩下的受力情况,并用数字图像相关(DIC)测试结果予以验证;基于京沪高铁实测轮轨力时程曲线,施加等效循环疲劳载荷谱,结合弹条材料应变-寿命曲线,预测弹条疲劳寿命;分析安装扭矩、疲劳载荷幅值、以及两者匹配关系(应力比)对弹条疲劳寿命的影响。结果表明:无论处于略微欠拧、正常安装或过拧状态,弹条危险点位置均位于跟端圆弧内表面,已发生塑性变形。弹条疲劳寿命随安装扭矩和疲劳载荷幅值的增加而降低,与危险点应力比呈线性关系。因此,为保证弹条的实际使用寿命,特别是在车速较高或波磨较严重的线路,建议弹条安装时安装扭矩不超过300 N·m。

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机械、车辆与能源工程

  • 基于目标优化的自动驾驶决策规划系统自动化测试方法

    邢星宇;吴旭阳;刘力豪;陈君毅;余卓平;

    利用仿真技术的场景测试方法已成为国内外研究热点,其中如何在大量场景中找到有价值的关键场景至关重要。针对上述问题,基于优化搜索算法提出了一种面向决策规划系统的关键场景自动化测试方法,能够克服传统场景测试方法的盲目性,提高测试效率。基于决策规划系统硬件在环测试平台,验证了该方法的有效性,并对比了不同搜索算法的关键场景生成效果。实验结果表明,贝叶斯优化算法和遗传算法相比于随机搜索算法产生危险关键场景的数量提高了3.3倍和2.5倍,配合自动化测试手段,方法能够有效提高场景测试效率。

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  • 双质量飞轮怠速敲击的能量影响因素分析与验证

    张逸;吴光强;

    分析了与双离合变速器匹配的双质量飞轮在发动机怠速工况下,减振弹簧和次级侧传力板之间、次级侧花键和变速器输入轴之间产生敲击的机理;提出了一种将敲击能量作为评价双质量飞轮敲击异响的方法;用正交试验(DOE)的设计方法指导仿真试验,厘清了双质量飞轮各关键参数对敲击能量的影响,提出了优化基础阻尼来抑制弹簧敲击的解决措施;通过实车试验验证了敲击能量仿真试验的研究方法有效,验证了仿真试验结果、客观试验结果和主观评价之间的一致性。

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  • 圆柱与扭转柱杆件受电弓气动与噪声研究

    李启良;李卓明;魏峥;

    受电弓气动与噪声性能对高速列车非常重要,为此开展了圆柱和扭转柱杆件受电弓气动与噪声仿真分析。与圆柱杆件相比,扭转柱杆件受电弓虽然平均阻力稍有增大,但其平均和脉动升力大幅度降低,从气动力角度来看对改善受电弓运行稳定性和受流质量有积极作用。通过对受电弓尾迹流场开展聚类分析发现,圆柱杆件和扭转柱杆件受电弓尾迹流场均存在三条闭环转换路径。与圆柱杆件相比,扭转柱杆件的第二条转换路径稍短,但第三条转换路径稍长。当下臂杆由圆柱变为扭转柱时,在高度方向将由单一的旋涡向多个正负交替旋涡转变。扭转柱杆件受电弓消除圆柱杆件受电弓的峰值噪声,总声压级减少了1.5 dB,改善了受电弓气动噪声性能。

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电子、计算机、控制与系统

  • 基于神经网络算法的单框架控制力矩陀螺系统复合控制

    岳继光;何洪志;吴琛浩;赵雷;鲁明;来林;

    提出一种基于双神经网络的前馈-反馈控制系统,采集单框架控制力矩陀螺系统在不同条件下的运行数据并使用卡尔曼滤波处理,基于神经网络构建了涵盖控制通道与干扰通道信息的虚拟广义被控对象模型,由此设计了神经网络前馈补偿器。实现了前馈补偿器-原反馈控制器的复合控制系统,减少了传统的前馈-反馈复合控制需要精确地获取干扰通道信息的约束,能够克服单框架控制力矩陀螺系统存在的复杂干扰对控制性能的影响。仿真结果表明了方案能够提升系统稳态精度,减小稳态误差,改善控制动态性能。

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  • 基于集聚系数的工作流切片与多云优化调度

    王鹏伟;雷颖慧;赵玉莹;章昭辉;

    已有的工作流云调度研究,通常将任务和云资源一一对应,难以解决由于频繁的数据通信而带来的完工时间上升、成本增加以及可能的故障风险等问题。因此,为减轻任务间数据通信对完工时间和成本的影响,提出了一种基于集聚系数的工作流切片与多云优化调度解决方案。通过聚类算法对工作流进行初步切片,引入集聚系数来判断和优化切片效果,并在寻找调度方案的过程中根据云实例的实际情况动态地调整切片结果。实验结果表明,所提方案能够有效地减少工作流中因大量数据通信而带来的高昂成本和完工时间。

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测绘科学与技术

  • 基于高分辨率合成孔径雷达影像的角反射器绝对定位

    宋瑞庆;伍吉仓;马明雷;张香;李陶;

    详细介绍了合成孔径雷达(SAR)影像大地测量的定位公式和解算流程,利用加权质心法实现了SAR影像中点目标精细定位。针对同轨SAR影像因空间基线过短造成的定位精度和稳定性差问题,提出了一种添加高程限制条件的解决方法。采用数景高分辨率TerraSAR-X和Sentinel-1 SAR影像,对布设于武汉和上海的6个角反射器分别进行了绝对定位实验。结果表明,利用TerraSAR-X影像获得的角反射器内符合定位精度可达到厘米级,利用Sentinel-1影像获得的角反射器内符合定位精度可达到分米级。

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  • 组合结构桥梁专题介绍

    <正>组合结构桥梁是继混凝土桥梁和钢桥之后的一种新型桥梁,通过在桥梁不同部位合理布置混凝土和钢材使得两种材料的优势得到充分发挥,实现相比于单一材料桥梁具有更好的受力性能和经济性能,成为了21世纪一种极富创新的桥梁结构形式。近些年,采用钢与混凝土材料形成的组合结构桥梁不仅在新建桥梁中得到大量推广使用,而且在旧桥加固改造中也得到大量应用。

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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。

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