• 2017年第05期文章目次
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    • >校庆专稿
    • 论第三代结构设计理论

      2017, 45(05):0617-0624. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.001

      摘要 (3744) HTML (31) PDF 1.29 M (1070) 评论 (0) 收藏

      摘要:工程结构的第三代设计理论已经初具雏形、呼之欲出.从对结构设计理论的两个基本维度的分析入手,概略论述了第一代、第二代结构设计理论的发展历程.在此基础上,指出了第二代结构设计理论的局限性与基本矛盾,分析了第三代结构设计理论应该具有的基本特征,论述了其理论基础和基本构架.对为完整建立第三代结构设计理论尚需展开的研究做出了主题描述.

    • >土木工程与建筑学
    • 考虑地震动空间效应的深水桥梁减震性能

      2017, 45(05):0625-0632. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.002

      摘要 (3387) HTML (14) PDF 1.07 M (946) 评论 (0) 收藏

      摘要:以大跨深水连续梁桥为研究对象,提出了拉索减震体系。对考虑地震动空间效应的不同激励地震动输入的实现方法做了阐述,对比常规体系和弱固定体系,研究考虑地震动空间效应时深水桥梁拉索减震体系的减震效果,并进一步探讨了考虑地震动空间效应时动水压力对深水桥梁地震响应的影响。研究结果表明,拉索减震支座具有良好的减震性能,且其对地震动空间效应非常敏感;考虑地震动空间效应时动水压力对拉索减震体系、常规体系动力响应的影响较一致激励有所差异,且该差异随视波速、失相干系数及局部场地条件的不同而变化。因此,可为大跨度深水桥梁抗震设计提供一定的参考。

    • 高层再生混凝土框-剪结构动力弹塑性分析

      2017, 45(05):0633-0642. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.003

      摘要 (2412) HTML (13) PDF 1.31 M (728) 评论 (0) 收藏

      摘要:在对再生混凝土材料性能深入分析的基础上,根据再生和普通混凝土材料非线性性能的差异,探讨了再生混凝土弹塑性分析时软件选取、材料本构模型处理、结构构件模型选取等关键问题。在此基础上完成了一再生混凝土框架-剪力墙结构高层试点工程的动力弹塑性分析,并与相应的普通混凝土结构模型的分析结果进行了对比。结果表明,当再生粗骨料取代率不大于30%时,再生混凝土结构模型在大震作用下其弹塑性层间位移角虽然较普通混凝土模型有所增大,但可满足抗震设防第三水准“大震不倒”的有关要求。再生混凝土结构由于结构弹塑性变形及刚度滞回退化所耗散的能量占总能量的32.8%,耗能能力较相应的普通混凝土结构下降9.6%。根据构件的性能状态可见,高层再生混凝土框-剪结构符合“强柱弱梁”、“强墙肢弱连梁”等抗震设计基本要求。

    • 基于杠杆的位移放大型黏滞阻尼墙试验研究

      2017, 45(05):0643-0650. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.004

      摘要 (2762) HTML (13) PDF 1003.48 K (785) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决传统黏滞阻尼墙需要较大墙面积来提供足够阻尼力的问题,设计了一种基于杠杆的位移放大型黏滞阻尼墙。对传统黏滞阻尼墙和位移放大型黏滞阻尼墙的对比试件进行了滞回试验,检验了位移放大型黏滞阻尼墙的放大效果。将传统黏滞阻尼墙阻尼力公式中引入位移放大倍数,得到了位移放大型黏滞阻尼墙阻尼力公式,计算结果与试验结果吻合较好。对位移放大装置间隙导致的滞回曲线滑移现象进行了模拟,通过理论推导研究了间隙比对耗能降低率的影响程度。

    • 开口U形肋组合桥面板基本力学性能

      2017, 45(05):0651-0657. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.005

      摘要 (2532) HTML (24) PDF 974.53 K (720) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了检验本文所提出的开口U形肋组合桥面板在桥梁中使用的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了3个不同桥面板试件,其中包括一个混凝土桥面板,一个正交异性钢桥面板,一个带U形肋组合桥面板。通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形、极限承载力等。试验结果表明:在车轮荷载作用下开口U形肋组合桥面板的应力水平远远低于正交异性钢桥面板的,避免了桥面板钢结构疲劳的发生;在重量比混凝土桥面板轻57%的情况下,组合桥面板的承载力是混凝土桥面板的1.42倍;在用钢量约为钢桥面板一半的情况下,二者的承载力相当。

    • 混合梁结合部格室-承压板协同作用机理

      2017, 45(05):0658-0663. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.006

      摘要 (2656) HTML (18) PDF 798.63 K (909) 评论 (0) 收藏

      摘要:为揭示混合梁结合部格室与承压板协同作用机理,基于弹性连续介质层法,考虑钢与混凝土间滑移效应及承压板对混凝土的局部承压作用,建立了格室-后承压板式混合梁结合部的理论计算方法。并与有限元计算结果进行比较,探讨了结合部传力机理的影响因素。研究结果表明,钢板-混凝土板累计轴向变形的差异是导致最大相对滑移出现在远离承压板一端的主要原因;随着结合部长度的增长,连接件剪力最大值呈先增大后减小至某一固定值的变化趋势;增加连接件刚度不会引起其剪力的大幅增长,增加混凝土轴向刚度或者减小钢格室轴向刚度均可减小连接件剪力。

    • 双面叠合试件界面抗剪性能试验研究

      2017, 45(05):0664-0672. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.007

      摘要 (2603) HTML (17) PDF 1.22 M (745) 评论 (0) 收藏

      摘要:叠合板式剪力墙结构是一种新型的装配式结构体系,已经在国内中低层建筑中推广应用。对于叠合剪力墙结构,叠合面抗剪性能是保证其整体工作的关键;界面连接钢筋形式对其抗剪性能的影响同样重要,目前相关试验研究较少。通过6个双面叠合试件剪切性能试验,研究不同界面连接钢筋形式下叠合面的抗剪特性。试验结果表明:双面叠合构件均发生叠合面的剪切破坏,叠合面的裂缝出现过程并不同步,直到叠合面裂缝出现,叠合试块整体性保持良好;叠合无筋构件呈明显的脆性破坏特征,破坏过程中改进的箍筋连接构件的延性优于传统的桁架连接构件;通过理论分析确定叠合面的破坏机理:新老混凝土界面的极限抗剪强度由混凝土粘结力,摩擦力和界面钢筋的销栓力共同作用,然而极限状态时界面的粘结力已经有一定程度的破坏,在计算极限承载力时并不能用三者的最大值简单相加。

    • 高强钢端板连接节点火灾下性能试验与理论研究

      2017, 45(05):0673-0683. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.008

      摘要 (2680) HTML (25) PDF 1.29 M (755) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用稳态火灾试验方法,对7个梁柱端板连接节点在550℃的火灾高温下开展足尺试验研究,得到此类节点在火灾下的受力性能以及失效机理。节点试件包括4个高强钢端板连接节点和3个普通钢端板连接节点,所研究参数为端板材料和端板厚度。为对比分析,同时对上述7个节点试件在常温下的相应力学性能进行试验研究。此外,将试验结果同现行欧洲钢结构设计规范Eurocode3中相应条文进行对比分析。研究表明,无论在常温下还是在火灾高温下,同普通钢端板连接节点相比,采用相对较薄的高强钢端板可在提高节点转动能力的同时不影响其抗弯承载力,从而确保结构整体的安全性能。

    • 大断面异形盾构衬砌结构纵向力学性能

      2017, 45(05):0684-0691. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.009

      摘要 (2719) HTML (28) PDF 1.04 M (756) 评论 (0) 收藏

      摘要:首先通过建立异形盾构三维有限元计算模型研究了多种因素对异形盾构纵向力学性能的影响,数值结果表明,异形盾构纵向整体向下位移、变形模式符合三次多项式形式;纵向刚度有效率随横向刚度有效率的增加先减小后增大,但纵向刚度受横向刚度的影响较小,异形盾构横向刚度有效率设计建议值为0.65;纵向刚度有效率随埋深增加而减小,错缝拼装能明显提高异形盾构的纵向刚度;纵向刚度有效率随基床系数的增加线性增长,其对异形盾构纵向刚度的影响最为明显;纵向螺栓预紧力对纵向刚度有效率的影响呈线性增加关系,但对异形盾构纵向刚度的影响并不明显。基于实测环缝张开量值建立了适用于异形盾构的纵向等效刚度和纵向刚度有效率简化解析模型,解析模型计算结果与数值计算结果吻合,证明该理论模型的有效性。

    • 不同固结度冻融软土动载下孔压模型试验研究

      2017, 45(05):0692-0698. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.010

      摘要 (2425) HTML (20) PDF 1.07 M (820) 评论 (0) 收藏

      摘要:地铁联络通道采用冻结法施工后,冻融作用将导致软土结构弱化,且冻土融化过程中孔隙水消散速率缓慢,导致其在地铁运营初期存在初始固结度,地铁荷载长期作用下将引起不均匀沉降。本文以冻结温度和融土初始固结度为影响因素,通过室内动三轴试验对地铁循环荷载作用下冻融软土的孔压发展规律进行研究。结合试验数据,建立了考虑冻结温度和融土初始固结度的影响因素的冻融土动孔压累积试验模型。研究表明:冻融作用将改变土体内部颗粒联结形式和孔隙结构,导致在循环荷载作用下冻融土动孔压累积速率加快;冻结温度越低,冻融土孔压随振次发展速率越快,且在振动后期的稳定孔压值越大;融土初始固结度对孔压发展具有较大影响,初始固结度越高,孔压发展越缓慢,且稳定值越小;低温冻结和低初始固结度的耦合作用加剧了冻融土孔压的累积,使其结构呈现进一步软化。

    • >交通运输工程
    • 基于模糊聚类的车辆运动轨迹建模

      2017, 45(05):0699-0704. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.011

      摘要 (3113) HTML (20) PDF 918.18 K (850) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高车辆运动行为模式的学习与分析水平,综合考虑车辆运动轨迹特点及其建模的相关要求,提出了一种车辆运动轨迹建模方法。该方法主要由轨迹模糊聚类和路径建模两部分组成,首先拓展采用改进Hausdorff距离衡量轨迹之间的几何相似性,并基于此构建了改进模糊C均值轨迹聚类算法,用于实现车辆运动轨迹的聚类;在轨迹聚类的基础上,建立了基于离散状态的路径模型,并进而提出了相应的轨迹异常检测算法。最后,在真实场景下的试验结果验证了采用本文方法的适用性和有效性。

    • 基于低频定点检测数据的交叉口交通状态估计

      2017, 45(05):0705-0713. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.012

      摘要 (2457) HTML (14) PDF 1.23 M (828) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文针对我国中小城市数据现状, 提出了一种基于路中定点线圈低频(60s频率)检测数据的交叉口交通状态估计方法。该方法基于仿真数据,分析了不同环境变量组合条件下占有率、流量和交通状态的关系,并提出了基于线性拟合的交通状态分界线建立方法;又利用多元线性回归拟合出分界曲线各系数与环境变量的函数关系,用其估计一般条件下的交通状态。经过验证,本方法仿真环境和实证环境下的平均估计准确率分别达到80%和75%以上,且严重错误率均低于2.1%。

    • 基于BP神经网络的公路风吹雪雪深预测模型

      2017, 45(05):0714-0720. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.013

      摘要 (2715) HTML (22) PDF 1017.32 K (753) 评论 (0) 收藏

      摘要:公路风吹雪雪深预测作为国际雪冰学领域的研究热点和难点问题,一直未能很好解决。以白茫雪山防雪走廊段安装的自动气象站和当地气象局提供的气象资料为基础,提取了对公路风吹雪雪深有影响的4种因素(降雪量、大气温度、风速和湿度)的指标值,建立了基于Back Propagation Neural Network的公路风吹雪雪深预测模型。对研究区5次降雪过程中所记录的199组数据进行训练学习,用20组数据来验证建立的模型,验证结果表明20h累计雪深预测值的误差在10%以内,85%的雪深预测值误差在20%以内,因此所建立的模型具有很强的泛化能力和较高的精度。并对降雪量、大气温度、风速和湿度这4个因素进行了敏感性分析,表明雪深与降雪量成正比,与其他3个因素成反比,其中降雪量对雪深的影响最大,风速次之,湿度最小。

    • 高速铁路路桥过渡段动力特性受其刚度变异性影响的随机性分析

      2017, 45(05):0721-0731. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.014

      摘要 (2802) HTML (14) PDF 1.52 M (755) 评论 (0) 收藏

      摘要:路桥过渡段由于施工控制及填料的不均匀性而使其力学参数具有较大变异性,针对过渡段关键不确定性因素对其动力特性的影响以及过渡段动力设计的安全评估,运用铁路大系统动力学理论,并通过修正扣件弹簧的刚度矩阵实现钢轨梁与轨下基础平面模型的垂向传力耦合,同时引入无限单元法消除边界效应,建立高速铁路路桥过渡段车辆-轨道-线下基础系统垂向耦合振动模型;利用该模型,应用基于拉丁超立方抽样的随机有限元法,分析了过渡段路基刚度参数变异性对过渡段车-路系统动力响应的影响,结果表明:刚度参数的变异性对钢轨垂向动位移的影响大于对轮轨力及车体加速度的影响,且各动力响应主要对倒梯形部分填料的参数变化较为敏感;动力响应数据偏离正态性,在95%的置信水平下,过渡段轮轨力、车体加速度的最大值近似服从韦伯分布,钢轨垂向动位移最大值的数据分布则呈现明显的“高峰厚尾”,易出现异常大值,为减小钢轨垂向动位移以及便于施工质量管控,应适当提高过渡段路基刚度;选用钢轨垂向动位移最大值作为过渡段动力设计的安全评价指标,计算显示现行设计模糊失效概率为0.00045,失效概率较小,动力设计较为可靠。

    • >机械、 车辆与能源工程
    • 基于线控制动系统的车辆横摆稳定性优化控制

      2017, 45(05):0732-0740. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.015

      摘要 (2469) HTML (19) PDF 1.16 M (885) 评论 (0) 收藏

      摘要:对带有线控制动系统(brake by wire, BBW)的车辆进行研究,提出了一种横摆稳定性优化控制策略。以二自由度单轨车辆模型为参考模型,利用比例-积分(Proportional-integral,PI)控制算法求出附加横摆力矩。由所计算出的车辆附加横摆力矩、方向盘转角来识别驾驶员转向意图和车辆实际行驶特性,通过广义逆法和数学归划法相结合的方法将附加横摆力矩分配到作用车轮上,由线控制动系统采用主缸定频调压法对各个轮缸的目标液压力进行跟踪控制。硬件在环试验结果表明,该控制策略能够有效地保证车辆在高附和低附等不同路面工况下的横摆稳定性。

    • 低速磁浮列车悬浮系统动力学建模及非线性控制研究

      2017, 45(05):0741-0749. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.016

      摘要 (2843) HTML (47) PDF 1.07 M (929) 评论 (0) 收藏

      摘要:以国家磁浮交通研究中心的低速磁浮列车为研究对象,探讨了外界扰动、非线性和时变性条件下悬浮控制系统的设计问题。首先建立悬浮系统非线性数学模型,并搭建悬浮系统仿真平台。然后设计线性PD控制律,仿真表明其性能依赖参数的选取,对扰动敏感,鲁棒性弱。为提高悬浮控制器的鲁棒性,由可变边界层和指数趋近律出发,导出改进型的滑模控制律。用Lyapunov法证明其稳定性。仿真结果表明该控制律动态性能好,控制精度高,鲁棒性强,且能有效抑制系统颤振。最后通过整车试验证明所提出的改进型滑模控制律的有效性。

    • 城市有轨电车碰撞联合仿真分析

      2017, 45(05):0750-0753. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.017

      摘要 (2395) HTML (11) PDF 503.43 K (620) 评论 (0) 收藏

      摘要:本文提出非线性有限元和多刚体动力学联合仿真的方法对现代有轨电车碰撞进行模拟,该方法可广泛适用于轨道车辆碰撞事故的重现、车辆结构的被动安全设计以及后续性能优化。仿真计算结果表明,有轨电车与刚性障碍物倾斜碰撞的过程中,碰撞角度对车辆是否脱轨具有决定性的影响。随着碰撞角度的增加,车辆脱轨的风险急剧上升。通常情况下为了防止有轨电车碰撞脱轨,最大的撞击角度应低于25°。此外,轮轨摩擦系数对有轨电车碰撞过程中的脱轨也具有明显的影响。当轮轨摩擦系数由于雨雪等气候因素降低时,一方面车辆所需要的制动距离明显增加,更容易造成有轨电车碰撞事故的发生;另一方面钢轨对于车轮运动的抑制作用减弱,加大了车辆脱轨的风险。

    • 氩氧氛围下天然气缸内燃烧的离子电流特性

      2017, 45(05):0754-0760. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.018

      摘要 (2643) HTML (14) PDF 935.73 K (570) 评论 (0) 收藏

      摘要:在一台改装的直列双缸火花点火发动机上,将进气由空气改为具有更高比热比的氩气和氧气的混合气,进气道喷射天然气,研究了氩-氧氛围下天然气缸内燃烧的离子电流特性。结果表明,相比于空气氛围,氩-氧氛围下缸内离子电流信号强度显著增强;在氩气体积分数为79%及以下时,离子电流信号特征值与基于缸压计算的燃烧特征值具有很强的一致性;离子电流信号能够检测缸内的爆震燃烧,具有很好的可靠性,但对爆震强度的敏感程度较弱。

    • 机械变速器齿轮敲击及抑制措施试验研究

      2017, 45(05):0761-0769. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.019

      摘要 (2458) HTML (20) PDF 1.26 M (675) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用专用台架试验和实车试验系统地研究了机械变速器齿轮敲击动力学特征、产生机理及抑制措施。首先,阐述了变速器齿轮敲击试验工况和传感器布置方案,明确试验测试和数据后处理中的注意事项;其次,通过专用台架试验测试了原车装备的离合器扭转减振器性能参数,利用实车试验分析原车在驻车怠速和爬行2种稳态工况下变速器齿轮敲击现象;最后,提出通过扭转减振器参数调校抑制齿轮敲击强度,并通过实车试验验证其有效性。研究成果可进一步用于指导离合器产品开发和解决工程实际中的变速器齿轮敲击难题。

    • 梭形翻板太阳直射辐射传输计算模型及实现

      2017, 45(05):0770-0775. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.020

      摘要 (2459) HTML (17) PDF 718.67 K (709) 评论 (0) 收藏

      摘要:首先,取相邻2块遮阳翻板为研究对象, 采用解析法建立直射辐射直接透过部分的计算模型,采用光线追踪法得到的反射次数和方向建立直射镜面反射部分的计算模型,采用净辐射法建立直射漫反射部分的计算模型;其次,在模型分析基础上,用MATLAB软件编制了能描述翻板形状、尺寸、倾角、表面光学特性的梭形翻板直射辐射传输计算程序;最后,分析了传统计算方法对梭形翻板进行平板假设所带来的误差,认为用“平板假设”模型的计算结果偏大,特别是在翻板开口朝向正对太阳光线入射方向时误差值最大,其余情况相对误差都在5%以上。

    • >海洋与地球科学
    • 基于图像纹理分析的海域磁异常分区

      2017, 45(05):0776-0781. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.021

      摘要 (2314) HTML (12) PDF 897.16 K (835) 评论 (0) 收藏

      摘要:摘 要:将图像纹理分析技术应用于海洋磁异常资料的分区,采用Gabor滤波器和灰度共生矩阵相结合的图像纹理分析方法,提取海洋磁异常的纹理特征信息,通过OKMS聚类算法实现不同纹理特征区域磁异常场的分区。模型试验结果表明,利用Gabor滤波器和灰度共生矩阵相结合的图像纹理分析方法可有效提取磁异常的纹理特征信息,对磁异常纹理特征信息的聚类分区取得较好效果。实际应用于加罗林海域磁异常的分区结果显示,加罗林海域可分为11个磁异常区块,分区结果与条带磁异常区和岩浆活动区对应较好,该方法为海洋磁异常的分区解释提供了参考依据。

    • 建闸河口整治工程与河床演变特征研究

      2017, 45(05):0782. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.2017.05.022

      摘要 (2436) HTML (17) PDF 1.22 M (759) 评论 (0) 收藏

      摘要:建闸河口整治工程引起的河床演变调整十分复杂。基于验证好的潮流,泥沙输运及河床演变模型分析了双龙河口整治一期工程和二期工程后水动力和河床演变的响应特征。结果表明,闸下河道水动力变化和河道冲淤分布与局部浚深拓宽及纳潮量增加有密切联系。仅对河道上段局部河道进行整治,浚深拓宽段的涨落潮不对称现象加剧,局部产生回流区。若以固定坡降对整条河道进行整治,则涨落潮流速显著增加且不对称性减小。纳潮量增加在工程初期会引起口门段冲刷,而局部拓宽段会因流速相对减小而产生淤积,特别是在回流区淤积严重。因此为延长工程寿命,尚需辅以定期开闸放水和局部清淤等措施。

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