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    2024年 第52卷 第11期    刊出日期:2024-11-25
    土木建筑工程
    王红卫, 张光耀, 沈涛, 等
    2024, 52(11):  1-8.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.240029
    摘要 ( 136 )   HTML ( 4)   PDF (2677KB) ( 17 )  
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    等效源法近场声全息可以开展建筑构件隔声测量的工作。采用近场声全息测量构件隔声量时,重建参数对声场重建结果影响显著。基于对等效源法近场声全息隔声测量理论的分析,利用传声器阵列测得构件表面的复声压信号,通过声场重建得到构件的隔声量和表面法向声强分布。为进一步探究重建参数对等效源法近场声全息隔声测量精度的影响,通过控制变量法在隔声室开展以传统声压法为对比的建筑构件隔声测量实验。结果表明:当等效源面位置从-2 cm变化至-5 cm时,表面法向声强的重建平均误差值由3.9 dB增大至5.6 dB,隔声量的重建平均误差值由5.2 dB增大至6.9 dB,测量误差随等效源面距离而增大,因此等效源面宜靠近声源面;当全息测量面距离为4、8和16 cm时,表面法向声强的重建平均误差值分别为0.6、1.9和5.5 dB,隔声量的重建平均误差值分别为0.9、1.4和4.6 dB,测量误差随全息测量面距离而增大,因此建议全息测量面距离保持在8 cm之内;当等效源点数目与全息面测点数目一致时,与传统声压法差异仅为0.84 dB,当二者数目不一致时,隔声量和表面法向声强平均误差值均增大至4.6~6.8 dB。通过对重建参数进行优选可以有效提高构件隔声测量精度,对实验室测量建筑构件隔声性能与方法有重要借鉴意义,同时在隔声测量技术的实际运用中有较高的参考价值。

    凌育洪, 黄倩仪, 周靖, 等
    2024, 52(11):  9-20.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230648
    摘要 ( 2148 )   HTML ( 0)   PDF (5218KB) ( 22 )  
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    为验证广东省标准DBJ/T 15-92—2021《高层建筑混凝土结构技术规程》“二水准、二阶段”抗震性能化设计方法的合理性、可靠性和容错性,设计两批相同的3榀抗震构造等级分别为一级、二级、三级的1∶4缩尺平面RC框架结构试件,加载时各层楼板上布置铁质配重模拟分布荷载,考虑楼板及楼板荷载对框架结构破坏机制的影响。试验采用位移控制单点加载,加载点位于三层楼面梁标高处,在柱纵向钢筋达到屈服应变前为单循环加载,屈服后采用三循环加载。通过拟静力试验,考察结构的抗震破坏形态和破坏机制,分析滞回曲线、延性、刚度、耗能等抗震性能指标的演化规律。试验结果表明:试件损伤破坏的塑性铰发展路径基本相同,符合梁端塑性铰延性机构的破坏机制;试件没有明显剪切破坏特征,承载力利用系数ξ能实现“强剪弱弯”抗震设计要求;6榀框架结构试件的滞回曲线饱满,抗震延性系数范围为4.36~6.10,等效粘滞阻尼系数最大值范围为0.125~0.165,展现了良好的抗震耗能性能;楼板提高框架梁的刚度和承载力,对试件抗震破坏机制有明显影响,试件保持了“强柱弱梁”抗震破坏特征,构件重要性系数η能保证“强柱弱梁”的抗震设计要求;试件破坏特征有随机性,但破坏机制整体规律性较强,不同抗震构造等级试件的梯度特征明显。

    庞木林, 解威威, 杨绿峰
    2024, 52(11):  21-31.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.240059
    摘要 ( 121 )   HTML ( 0)   PDF (3414KB) ( 23 )  
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    矩形钢管对核心混凝土的约束效应有其特殊性,准确预测受弯构件截面塑性发展能力可有效保证构件的承载安全。为提高矩形钢管混凝土受弯构件截面强度的计算精度,在套箍系数的基础上进一步考虑高宽比和含钢率的影响,建立塑性发展系数多因素模型和抗弯强度改进模型。首先,基于钢管混凝土统一理论,研究矩形钢管混凝土受弯构件塑性发展系数的变化规律,并与当前规范计算公式进行对比;然后,结合规范和工程需求构造2 160个矩形钢管混凝土受弯数值模拟构件,利用改进的本构关系和构件失效判据开展纤维模型法精细分析,研究宽厚比、高宽比、含钢率、强度比对塑性发展系数的影响,确定高宽比和含钢率为塑性发展系数的主要影响因素,通过回归分析拟合与高宽比和含钢率相关的函数表达式,由此建立矩形钢管混凝土塑性发展系数多因素模型和抗弯强度改进模型;最后,利用搜集到的128组试验数据,将抗弯强度改进模型与国内外主要设计规范进行对比验证。结果表明,建立的塑性发展系数多因素模型克服了现行规范中计算模型精确性不足的缺陷,能够更加准确地反映矩形钢管混凝土受弯构件的塑性发展能力;建立的矩形钢管混凝土受弯构件抗弯强度改进模型求解的极限承载力与试验值比值的均值为0.971,均方根误差为0.118,吻合良好,具有更高的计算精度。

    刘岩, 陈奕贤, 王鑫, 等
    2024, 52(11):  32-42.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230790
    摘要 ( 125 )   HTML ( 1)   PDF (3152KB) ( 14 )  
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    目前规范中还未规定Π型构造形式的方管节点承载力计算公式。该文在经过试验验证有限元分析准确性的基础上,基于两种方管不同区域的材料本构关系模型,利用Abaqus软件对85组在轴力作用下的节点进行了数值模拟,得到了方管Π型节点在轴力作用下的极限承载力。随后,通过参数化分析和多元回归,得出影响Π型节点极限承载力的因素以及修正的承载力计算公式。结果表明,支管-主管宽度比β对节点极限承载力和初始刚度影响较大,增大支管宽度,能够显著提高节点的极限承载力,支管上施加的荷载由主管上表面的抗弯、抗剪作用和主管侧壁共同承担,节点的破坏模式也取决于β;主管宽厚比2γ越大,意味着主管上翼缘和支管连接区域变得更加细长,降低了主管上翼缘的抗弯刚度,节点承载力和初始刚度因此降低;支管-主管高宽比η和支管间距g对节点极限承载力有一定影响,增大支管截面的高度和支管间隙,即增大了沿主管纵向方向的支管、主管相交区域,使得支管在主管翼缘更宽的区域传递荷载,节点的塑性区域更大,材料利用更充分,因此提高了节点的承载能力;支管-主管厚度比τ对节点极限承载力和初始刚度影响不大,支管的壁厚增加,提高了支管的承载力,但节点最终破坏是主管上翼缘达到屈服破坏而并非支管破坏,因此支管厚度的变化对节点承载能力影响不明显。根据有限元模型的分析结果,通过曲线拟合提出了计算方管Π型节点极限承载力的参数方程,并对该方程的准确性进行了评价,为这类节点的进一步研究和工程应用提供了参考。

    强旭红, 田伟潇, 姜旭, 等
    2024, 52(11):  43-54.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230685
    摘要 ( 93 )   HTML ( 1)   PDF (4140KB) ( 14 )  
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    海洋等结构服役环境引起的点蚀会对钢结构的安全产生影响,而点蚀形式具有较强的多尺度多参数随机性。为在实际工程中对点蚀进行有效检测与损伤识别,基于卷积神经网络,结合试验研究、数值模拟、理论分析,对钢构件的局部随机点蚀进行系统研究。选用多参数局部随机点蚀数值模型,在遵循点蚀坑深度的分布模型、点蚀坑的直径时变模型的前提下,对点蚀坑的位置分布进行边界限制和交叉限制,利用Python实现点蚀坑在尺寸、位置和数量等方面的随机性,使Abaqus能够批量生成锈蚀位置和锈蚀率各不相同的钢板有限元模型,进行运算分析,得到各有限元模型的振型样本。之后,以有限元模型作为试验原型,将数值试验得到的大量前6阶振型样本作为数据集,用于建立、训练一种适用于损伤位置识别的卷积神经网络模型,并使用有限元数据集对模型的精度进行验证。最后,采用足尺试验的振型结果进一步验证卷积神经网络模型的精度。研究表明,该模型充分考虑了点蚀在形状参数和位置坐标等方面的随机性,参数合理,接近现实中的实际点蚀情况,识别准确率较高,在数值试验中点蚀损伤识别到真实区域及其相邻区域的准确率高达95.9%,在足尺试验中的准确率达到81.2%,能满足钢构件智能损伤识别实际应用的精度需求。

    马勤国, 郭皓公, 罗晓晓
    2024, 52(11):  55-68.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230470
    摘要 ( 183 )   HTML ( 1)   PDF (6394KB) ( 32 )  
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    对不同含水率的原状和重塑花岗岩残积土开展常规三轴固结不排水试验,对比分析饱和度对原状土和重塑土剪切变形特性的影响规律,并通过测定原状土和重塑土的土水特征曲线,给出基质吸力与抗剪强度指标之间的关系,建立花岗岩残积土非饱和抗剪强度表达式。结果表明:原状和重塑花岗岩残积土的应力-应变曲线的硬化程度随着含水率和围压的增加而上升,原状土的应力-应变曲线在低含水率、低围压条件下表现为软化型,重塑土均表现为硬化型;原状土和重塑土的应力路径随含水率的变化基本相同,随着含水率降低,剪切过程中产生的孔隙水压力逐渐减小,有效应力路径逐渐向总应力路径靠拢;花岗岩残积土土水特征曲线可分为饱和、过渡、残余3个阶段,脱湿过程中原状土的残余吸力大于重塑土,过渡区范围比重塑土大,在高饱和度状态下,原状土和重塑土的含水率随基质吸力的增加变化幅度很小,达到进气值后才随着基质吸力开始明显下降,进入到残余阶段含水率的变化逐渐缓慢;基质吸力对土体内摩擦角的影响很小,黏聚力随着基质吸力的增加不断增大,吸附内摩擦角逐渐减小,基质吸力对土体抗剪强度的贡献逐渐减弱,基质吸力对原状土与重塑土有效黏聚力的影响远大于有效内摩擦角,通过基质吸力与吸力强度之间的回归关系建立的非饱和双曲模型对预测花岗岩残积土的抗剪强度具有很好的适用性。

    郜新军, 王剑博, 苏庆辉, 等
    2024, 52(11):  69-82.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230736
    摘要 ( 81 )   HTML ( 1)   PDF (5689KB) ( 7 )  
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    盾构施工中产生的废弃粉质黏土泥浆具有含水率高、强度低、颗粒粒径较小及难以快速固结的特点,脱水处置难度大;如何对其进行有效的脱水固化处理,是减少其在运输或存储过程中污染环境的关键。基于自行研制的废弃泥浆真空脱水装置,开展自重、自重+真空、自重稳定+真空、自重稳定+分级真空等4种不同形式下的室内脱水模型试验研究,分析废弃粉质黏土泥浆在不同的加载方式下泥—水界面沉降、孔隙水压力、脱水量以及脱水后残余泥浆含水率的变化规律,并对不同加载方式下对废弃粉质黏土泥浆的脱水效果进行对比。试验结果表明:4种脱水方式中,先对废弃粉质黏土泥浆进行自重脱水处理、再对其底部分级施加真空作用的加载方式对废弃粉质黏土泥浆的脱水效果最好,可有效降低废弃粉质黏土泥浆的含水率;采用该方法对初始含水率为97.50%的废弃粉质黏土泥浆进行脱水处理后,其含水率分布范围介于28.21%~34.25%,其内部孔隙水压力最小可达-72.92 kPa。同时,基于分段线性化的思想建立了废弃泥浆一维脱水理论分析模型,对废弃粉质黏土泥浆在脱水过程中的泥—水界面沉降进行数值模拟,并将数值模拟与试验结果进行了对比分析;随后通过对不同加载方式下脱水效率进行模拟分析探究了最佳加载方式。该研究可为盾构废弃粉质黏土泥浆快速脱水处理提供理论基础和实践依据。

    智慧交通系统
    王江锋, 丁卫东, 罗冬宇, 等
    2024, 52(11):  83-94.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.240064
    摘要 ( 108 )   HTML ( 2)   PDF (2655KB) ( 18 )  
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    大城市多种交通方式交织形成了彼此互通的客流网络,而跨交通方式客流之间的时空关联关系错综复杂,需要客流联合预测来解析整体出行规律,这对实现跨交通方式客流无缝衔接出行至关重要。针对跨交通方式客流网络,引入跨交通方式超图关联矩阵刻画公交和地铁的客流超图网络之间关联关系,提出一种基于双模时空超图卷积网络(BSTHCN)的跨交通方式客流联合预测模型。具体来说,模型由3部分组成:输入模块、时空卷积模块(包括时间卷积和空间卷积)和输出模块,可同时捕捉公交、地铁站点和线路的客流特征,以及两种客流网络之间换乘客流特征。最终,模型可识别提取重要信息特征,并进行特征聚合和分配。实证分析结果表明,相对于经典预测模型而言,BSTHCN具有更优的预测精度,以预测1h后的客流为例,在公交和地铁数据集上的平均绝对误差(MAE)指标至少分别减小了8.93%和8.10%,均方根误差(RMSE)指标至少分别降低了10.64%、7.47%。且BSTHCN的参数量和模型运行时间均在合理范围内,相比于时空卷积网络(S-TGCN)和扩散卷积递归神经网络(DCRNN),BSTHCN在实现更精准预测的同时,运行时间仅增加了4.82%。综合来看,BSTHCN显示出较强的竞争力。消融实验结果则进一步表明,BSTHCN在引入超图并考虑跨交通方式关联后,可更好地反映客流网络中的局部与整体特征,提升客流预测的精度。

    唐进君, 任茂昕, 李志涛, 等
    2024, 52(11):  95-105.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230595
    摘要 ( 143 )   HTML ( 2)   PDF (2501KB) ( 14 )  
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    城市轨道交通与地面公交之间的便利衔接是满足居民多元化出行需求,促进城市公共交通系统发展的关键。现有研究在建立公交线路优化模型时缺少对一些重要微观指标的考虑,例如高峰期需等待多班公交的比例和车内拥挤度等。同时对线路运营中随机性和异质性要求的考虑也存在不足,导致其在实际应用中表现欠佳。为解决上述问题,该文从公交的服务过程出发,以乘客出行成本与企业成本最小化为目标,建立考虑运行速度、车辆类型、发车频率、线路票价、车辆拥挤程度、线路线型等影响因素的优化模型,使用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行模型求解,并针对遗传操作部分进行改进。同时为提高求解精度,设计了一种微观仿真算法对解进行评估。在此基础上,采用Kriging代理模型进行辅助计算以提高算法求解效率。最后,以深圳市地铁公交接驳为例,采集地铁与公交IC卡刷卡数据,对提出的算法进行验证。同时,进一步对线路票价、运行速度、运营车型以及客流大小等因素进行了灵敏度分析,依据分析结果提出了运营线路的改善建议。结果表明,该算法相较于传统NSGA-Ⅱ算法能在相同的求解时间下得到更好的线路优化方案,方案平均节省约35.49%的总成本,且迭代速度提高26.94%。由此可见,该文提出的地铁接驳公交优化方法对提升接驳效率与运营水平均具有实际意义。

    张婷, 陈丰, 李璜, 等
    2024, 52(11):  106-117.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230762
    摘要 ( 116 )   HTML ( 1)   PDF (2729KB) ( 34 )  
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    快速路交织区主动管控策略对提高快速路运行效率、改善行车环境、提升行车安全等具有重要意义。主动发光标线是一种新型道路交通安全主动管控设施,因其智能可控、虚实变换、应急预警等功能特点,越来越受到关注和逐步被推广应用。为探究发光标线这一新型道路标线在快速路交织区对行车安全的作用效果,从驾驶人角度出发,基于驾驶模拟试验,分析发光标线对驾驶行为的影响特征,评估发光标线作用效果。通过设计夜间环境下普通标线和发光标线两种驾驶模拟试验场景方案,获取驾驶行为数据,从行车安全性、舒适性和驾驶人操纵表现3方面选取速度标准差、横向偏移标准差、纵向加速度均方根值、加速度标准差、平均速度、油门功效6项指标构建评价指标体系。进一步分析各项指标在不同标线场景下的差异显著性及效应量水平,最后采用可拓物元方法构建综合评价模型,对比两种标线方案的作用效果。研究结果表明:发光标线对交织区及临近交织区路段驾驶行为特性具有较显著的影响,发光标线下驾驶人横向位置感知和操纵水平提升,车速调控能力提高,车辆行驶更加平稳。基于可拓物元模型综合评价结果表明,在快速路交织区及临近交织区路段发光标线作用效果均优于普通标线,有利于提升快速路交织区行车安全。

    戴义博, 赵晓华, 边扬, 等
    2024, 52(11):  118-133.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230757
    摘要 ( 72 )   HTML ( 0)   PDF (4185KB) ( 8 )  
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    为改善高速公路桥梁路段雾天环境下的交通运行状态,以人因为导向,提出传统交通安全设施与风险预警、动态限速、视线诱导等智能技术融合的桥梁运行风险主动预警防控策略,通过不同风险等级下防控水平的变化,充分利用设施资源,实现由静态告知向动态引导过渡的多层级、差异化防控目标。但该过程对于驾驶行为及交通运行的安全高效性是否起到改善效用尚未清晰,难以支撑其有效设计与应用。故以鄂东长江大桥为例,通过驾驶模拟测试量化评估防控策略改善效用,以验证其有效性,基于人因需求服务于防控策略配置优选与实施,进而指导实际应用具有更优的作用效果。研究综合考虑心理感受、安全效用及通行效率3个层面,通过各指标改善率实现防控策略改善效用评价。结果表明:主动预警防控策略有助于提高驾驶人自信程度并缓解紧张感,明显改善了驾驶人行为表现及交通运行状态,提高了车辆横纵向运行安全性和通行效率;对于安全效用的改善能力最强,尤其体现在纵向层面;较高亮度视线诱导策略更有利于提高安全水平,显著增加通行能力,相比于低亮度条件对于驾驶人心理感受可能存在一定负面影响,但并不明显;当桥梁能见度为100 m时,推荐智能雾天诱导灯闪烁频率为0.5 Hz,亮度为3 500 cd/m2。研究结果为防控策略在雾天桥梁的实际应用提供了必要的理论依据。提出的雾天跨江桥段运行风险主动防控的解决方案及其改善效用分析思路,为风险路段的靶向防控和治理提供借鉴。

    王晓飞, 王子旗, 丁振中, 郭月利, 姚江贝
    2024, 52(11):  134-140.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230777
    摘要 ( 96 )   HTML ( 0)   PDF (2345KB) ( 12 )  
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    无人驾驶车辆的传感器代替人眼感知道路空间的信息,保障一定感知空间的可感知性,是无人驾驶安全运行的重要前提。因此,该文在国内外研究文献调研以及相关软硬件技术分析的基础上,分析了当前无人驾驶车辆感知技术的局限性,包括激光雷达、摄像头和毫米波雷达等传感器的识别范围和特性;利用激光雷达和组合导航系统对道路的现实信息进行采集,进一步利用收集到的点云数据、定位信息、同步定位与建模算法构建无人驾驶车辆的三维感知空间,实现了道路的三维数字模型构建。同时在三维点云地图中进行测距能力、水平视场角和垂直视场角等参数数学表达模型构建,利用空间坐标变换方法,将传感器识别范围内的三维点云数据进行分离,并转换到统一的坐标系下。最后利用Delaunay三角化方法,构建出能够反映感知空间特性的三维模型,从而实现三维感知空间的可感知性的判定方法。为验证该文方法的实用性和准确性,利用实地采集的数据对算法进行了测试。测试结果表明,该文提出的方法具有良好的鲁棒性,能够在复杂的道路环境中稳定工作,可以准确评估无人驾驶车辆的感知能力。这一研究成果不仅为无人驾驶车辆的道路设计和安全评估提供了科学依据,也为无人驾驶技术的进一步发展和应用提供了强有力的技术支持。

    王磊, 谭忠盛, 骆建军, 李宇杰, 李飞龙, 尚素英
    2024, 52(11):  141-150.  doi:10.12141/j.issn.1000-565X.230430
    摘要 ( 121 )   HTML ( 0)   PDF (5912KB) ( 15 )  
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    横风作用下运行环境不同导致高速列车气动特性发生突变,严重影响列车运行安全和乘客的舒适性。基于高速列车流场的可压缩、非定常特性,建立隧道-列车-横风三维数值模型,采用SST k-ω湍流模型进行求解,通过与动模型试验对比,验证了数值模拟的准确性,进一步分析横风对列车周围流场与表面压力分布的影响,得到了横风作用下列车气动荷载变化规律。研究结果表明:列车周围流场分布受横风影响显著,隧道外流场向列车背风侧偏移,并形成起始于隧道入口处的纵向涡旋,而隧道内列车背风侧涡旋消失,迎风侧形成延伸至入口处的垂向涡旋,并在列车驶入过程中隧道内涡旋结构逐渐消失。在列车驶入隧道前列车迎风面气动压力以正值为主,背风面气动压力以负值为主。当列车驶入隧道时列车表面压力发生剧烈变化,气动压力波动程度随列车驶入而明显减弱。气动荷载变化规律与风环境密切相关,无风时尾车横向力和升力变化幅值最大,而横风下头车横向力和升力变化幅值最大。此外,列车气动性能与编组位置密切相关,横风下头车横向力变化幅值分别是中车、尾车的4.8倍和15.4倍,头车升力变化幅值分别为中车、尾车的1.1倍和1.2倍,头车发生行车安全事故风险最高。研究成果可为类似情形下高速列车运行安全性评价和高铁隧道选线提供参考。

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