Abstract:

为提高人行桥的舒适度，提出了一种可变质量与阻尼的半主动调谐质量阻尼器（STMD）。该STMD不但能通过水泵和电磁阀等驱动装置实时调节质量以重调频率来适应人行桥动力特性的变化，而且能实时改变电涡流阻尼的磁导间距来调节阻尼系数以提高耗能效果。首先介绍了STMD变质量及变阻尼的算法及模型试验，然后进行基于人群激励概率性随机模型的案例分析。对比研究了无控结构、优化设计的被动TMD、变质量STMD、变阻尼STMD及变质量变阻尼STMD在随机协同人群荷载下的100次加速度响应，通过这100组加速度的最大值、均方根（RMS）值及最大1-s RMS值共3个舒适度评估指标的最大值、平均值和标准差，分析了不同TMD的减振效果及鲁棒性。研究结果表明，由于人群荷载和人体参数的随机性，结构的动力响应有较大的差异。整体而言，可同时变质量变阻尼的STMD具有最佳的减振效果，且其标准差也最小，即具有最好的鲁棒性。

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活荷载取值是建筑结构可靠性设计的基础，样本采集又是荷载建模的关键。针对传统的抽样采集、入户称重的研究方式存在的入户难、称重难、效率低和样本少等问题，提出了基于网络房产中介平台开放的全景虚拟（virtual reality，VR）看房方式及网络大数据研究住宅持久性活荷载的方式。首先，利用VR看房获得房间尺寸、室内物品类型及数量等数据，再通过网络爬虫从互联网大数据资源中获得物品重量，实现非称重方式的活荷载调查。采用该方法调查了9座城市的4 676个住宅房间样本（总面积近75 000m²），通过数据统计分析与荷载组合得到了住宅活荷载标准值，并与现行规范建议值进行了对比。结果表明，任意时点持久性活荷载标准差显著增大，不同城市活荷载变动时间均值不同且整体呈现下降趋势。VR系统结合网络大数据可以实现高效、便捷的住宅活荷载调查，形成一种全新的活荷载研究方式。

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超弹性形状记忆合金具有优越的自恢复性能，在工程抗震应用中能够赋予结构完美的自复位性能，但由于其超弹性旗帜形本构关系，自身耗能能力十分有限，致使其难以满足结构地震下的抗震需求。探求在保留形状记忆合金自恢复性能的前提下，尝试将超弹性形状记忆合金与摩擦阻尼器组合应用，以使形状记忆合金系统的耗能能力最大化。首先，对超弹性形状记忆合金自恢复耗能平衡设计理念进行深入研究，引入系统平衡参数的概念，提出相应的配比设计公式；随后，通过开展形状记忆合金超弹性性能试验、简易摩擦阻尼器试验以及组合张拉试验，证明上述平衡设计理念的实用性以及平衡设计公式的可行性。平衡设计理念的提出以及其验证能够推进并指导形状记忆合金在工程抗震中的应用。

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采用南海原位级配珊瑚砂和聚丙烯双向土工格栅，开展了不同法向应力下珊瑚砂和筋土界面大型直剪试验。试验结果表明，珊瑚砂和筋土界面剪应力—剪切位移曲线呈现明显的应变软化特征，峰值抗剪强度线呈现双折线形态，残余抗剪强度线则呈现较好的线性关系；各级法向应力下珊瑚砂与土工格栅界面摩擦比均值达到1.37左右，远高于石英砂与土工格栅界面摩擦比，说明在珊瑚砂中加筋能充分发挥加筋效果；珊瑚砂和筋土界面在剪切过程中总体上经历了相对剪缩—相对剪胀—相对剪缩的过程，对珊瑚砂加筋可显著减小其剪缩变形；珊瑚砂和筋土界面直剪试验试样的相对破碎率接近，均随法向应力的增大而增大，但增幅逐渐趋缓。采用邓肯—张模型和剪切软化模型分别描述南海原位级配珊瑚砂与聚丙烯双向土工格栅界面峰前和峰后剪应力—剪切位移曲线，所建立的筋土界面本构模型能够很好地反映其剪切特性。

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为了保障高填方地基的稳定性和后期使用的安全性，开展了白鹤滩水电站高填方工程沉降变形的现场监测，分析了原地基和填筑体在施工期及竣工后的沉降规律，探讨了填筑高度、地基综合压实度、时间和水位变化对高填方地基沉降的影响。结果表明，以砾石填料为主的高填方工程，原地基和填筑体对总沉降均有较大贡献，其中原地基沉降占总沉降量的39.7%，填筑体沉降占总沉降量的60.3%。适当提高地基综合压实度是控制地基沉降的有效措施。使用不同拟合模型预测了高填方地基的沉降，结果表明指数模型能够较好反映此类高填方工程的沉降变形规律。水库蓄水引起填筑区域地下水位上升，土体发生的瞬时湿化变形占总体湿化变形量的60.9%。孔隙水压力的增长和消散主要受地下水位和填筑荷载的影响，填筑施工期孔压增量与上覆荷载增量呈线性关系，其孔隙水压力系数等于0.021，土体在填筑期间始终处于稳定状态。竣工后超静孔隙水压力逐渐消散，地基开始固结沉降。

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为了在规划设计阶段定量化地考虑工程结构的环境和社会影响，提出一种综合性的全寿命可持续性成本指标框架和计算模型。在环境影响方面，将空气、水体和土壤污染物的防治成本作为量化指标，提出工程活动、交通绕行和交通拥堵引起的环境成本模型，汇总常见建筑材料和燃料动力的环境成本费率。在社会影响方面，提出社会成本量化模型，涵盖施工和交通安全、客货运输、区域经济、居住环境和公共服务等方面。以沿海桥梁维护方案比选为例，说明全寿命可持续性成本的参数取值和计算方法。结果表明，对于占用车道的桥梁维修方案，环境和社会成本之和远超直接经济成本，而不占用车道的维护方案的环境和社会成本很少，其中环氧涂层方案的可持续性优于电化学除氯方案。

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为深入探讨饱和土的电渗透系数及其影响因素，自制了一种简单便捷的电渗透系数试验装置。该装置可以保证在电渗试验过程中试样含水率和孔隙比相对稳定，并排除由于试样两端水头差引起水力渗流的影响。利用该试验装置对5种不同孔隙比的饱和重塑黏性土试样进行电渗试验，结果表明，在低电压和小孔隙比条件下排水量与时间成正比。在此基础上，探讨了电势梯度及孔隙比对电渗透系数的影响规律。试验结果表明，电渗透系数随着电势梯度或孔隙比的增大而增大，且与电势梯度和孔隙比均近似呈线性关系。其中，孔隙比对电渗透系数的影响较大。

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在饱和黏性土的非水相有机液体（NAPL）渗透试验中，NAPL-土的相互作用易导致土样收缩而产生侧壁渗漏，影响试验结果的可靠性。采用固结渗透仪开展了上海淤泥质黏土的煤油渗透试验，研究竖向固结压力p_v的大小和土样结构性对侧壁渗漏以及试验结果的影响。研究结果表明，絮凝结构的原状土样在p_v 为 50 kPa、200 kPa下均存在侧壁渗漏，测得的渗透系数偏大，在p_v = 400 kPa下可得到可靠的试验结果。对于分散结构的重塑土，在p_v = 400 kPa下仍然存在侧壁渗漏。根据原状土样的孔径分布以及在p_v = 400 kPa下的渗透试验结果，讨论了上海淤泥质黏土中NAPL渗透的基本特性，对了解沿海软黏土中NAPL类污染物的迁移特征有指导价值。

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为设计出一个符合标准且成本最低的机场飞行区地势表面，在飞行区内划分出骨架和扭曲面，上层规划从全局角度确定骨架具体位置，下层规划根据上层规划的结果，以局部表面跟天然地面的拟合程度为目标，合理衔接骨架并使得扭曲面设计最优，形成基于双层规划的飞行区地势设计优化模型，最后运用遗传算法求解。采用该模型计算得到的三明机场地势设计实例表明，优化模型的排水、坡度、坡段设计均符合既有要求，且与实际工程相比，更贴合天然地形，填方量下降7.50%，土方总计下降8.06%，工程成本降低10.73%。

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为准确预测沥青路面服役期间的车辙深度，简化预测流程，基于温度场预测模型和车辙预估模型计算10个地区半刚性基层沥青路面的车辙等效温度，分析了面层厚度和地区因素对等效温度的影响，建立了考虑深度、年平均气温和年降雨量的预估模型，对模型进行了全面的检验。结果表明，面层厚度只对0.5 cm深度处的车辙等效温度有显著影响，地区对各亚层的车辙等效温度均有显著影响；基于车辙等效温度沿深度的分布特性，提出了外延性和稳健性较好的模型；结合地区修正因子，建立了考虑地区差异的车辙等效温度模型。与国内外已有的模型相比，建立的车辙等效温度模型对于不同的设计条件、材料和交通量具有更好的适用性。

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城市快速路雨天较晴天通行缓慢、拥堵频发，通过对比雨天、晴天环境下快速路运行特征，揭示晴雨环境下服务流率与车速的动态关系，是城市快速路智能化动态管理的首要问题，为此研究快速路晴雨天环境下的最佳服务流率分析方法。首先，利用线圈检测数据分析雨天和晴天环境下流率、速度、占有率的分布特征，采用K-S检验证实了晴雨天交通流存在显著差异；分别对雨天和晴天进行通行能力及运行失效分析，结果显示按现行规范标准确定的饱和度（V/C）并不适用于雨天交通流服务水平分析，存在侧重强调最大通过量而对发生交通失效后表达不准确的局限性。鉴于此，提出兼顾一定运行车速且最大化服务交通量的方法，给出最佳服务流率的概念及其确定方法。建立综合流量—速度—占有率的3维K-Means聚类模型，得到雨天、晴天运行失效前后的交通状态聚类结果，阐释了运行失效前后的服务流率与服务水平关系，指出运行失效前稳定流率可以作为最佳服务流率。

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针对自适应巡航控制（ACC）系统中前车运动状态不确定性造成的模型失配和性能下降问题，提出一种改进前车状态预测的自适应巡航控制策略。首先，基于前车的历史速度和加速度信息利用时间卷积网络预测前车的未来加速度轨迹，然后将预测加速度作为扰动构建自适应巡航系统的预测控制模型，最后在Matlab—Carsim联合仿真平台进行仿真实验。实验结果显示，时间卷积网络能够对车辆加速度取得较好的预测效果，且相对于传统MPC改进方法能够减小速度跟踪误差，并提高跟驰车辆对前车速度变化的响应速度。

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区域路网中线路和区段数量多、运力资源组成复杂、客货运输需求差异大，区域路网列车运行图质量直接关系到铁路网整体运输效能。基于列车运行图在运输能力、运营效益和服务质量三方面的运输效能表现，从不同版本运行图质量变化和单个版本运行图质量检验2个需求点出发，构建了区域路网列车运行图整体运输效能5级评价指标体系，提出了融合灰色关联度法、横向拉开档次法的版本对比评价方法，以及基于K-MEANS++聚类和改进理想解法（TOPSIS）的区段对比评价方法。以上海铁路局3个不同版本的全局路网列车运行图为例，版本对比评价结果显示0620图编制质量最佳，且在区段对比评价中表现良好。本文方法实现区域路网列车运行图多维度分层次评价，评价结果可为运行图编制调整提供决策依据。

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研究一类契合箱流波动的铁路集装箱中心站直达班列开行方案优化问题。以班列始发集结车小时和沿途改编车小时消耗最小为目标，考虑中心站改编能力和箱流组织方案唯一等限制，利用统计时段内集装箱流日均值，构建基于箱流日均数据的中心站直达班列开行方案优化模型。进而直接利用集装箱流波动数据，构建基于箱流动态数据的中心站直达班列开行方案优化模型。然后开发概率约束的确定性转化方法，并设计基于车流序列优选-更新-接续的元启发式求解过程。最后，设计实验场景对箱流日均数据模型和箱流动态数据模型的中心站直达班列开行方案进行比对。结果表明：集装箱流在±10%、±15%、±20%和±25%波动区间，日均数据模型的稳定性分别为77.2%、72.4%、68.4%和51.6%，动态数据模型的稳定性分别为96.0%、92.8%、88.2%和77.2%，动态数据模型适应性更强。

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为解决高速电驱传动系统的齿轮啸叫问题，在传统齿轮修形方式的基础上，基于传动系统动态啮合刚度计算，探讨了电驱传动高速端齿轮系振动响应分析及结构优化设计方法。首先，将高速端齿轮系离散为齿轮副单元和轴段单元并进一步耦合轴承—壳体单元，给出了对应单元的动力学方程，建立了系统动力学模型；其次，推导了动态啮合刚度数学模型，以齿轮副传递误差和动态啮合刚度乘积作为激励力，求解了系统扭转振动响应；之后，结合某电驱传动系统，开展了振动响应仿真并与实测结果进行对比，验证了系统动力学模型及基于动态啮合刚度求解振动响应的有效性；最后，研究了不同齿轮副布局形式及零件结构对动态啮合刚度和传递误差的影响，制定了结构优化方案并对优化前后实测结果进行比较。结果表明，优化后高速端齿轮系振动响应明显下降，齿轮啸叫问题得到有效改善。研究结果可为电驱传动齿轮系统的优化设计提供思路。

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为实现氨氢燃料在内燃机上的应用，基于Cantera平台建立了氨氢燃料内燃兰金循环模型，进行了不同氨氢掺混比例、过量空气系数和喷水量等条件下内燃兰金循环氨氢燃料发动机燃烧过程数值模拟，从热力学循环效率和典型污染物排放两方面分析和评价不同边界条件对燃烧特性的影响。结果表明：过量空气系数和缸内喷水量增加分别提升热力学循环效率2.66%和7.00%，喷水的作用效果更显著；氨氢燃料燃烧终了排放污染物NO_x主要以NO为主；缸内喷水有利于氨氢发动机氮氧化物排放量降低，应用喷水技术后，燃烧产物中NO和NO₂的排放体积分数降低幅度达到37%。

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针对某旋转直驱式伺服阀对驱动电机小长径比紧凑型结构形式的设计要求，从伺服阀功率级200 Hz动态响应需求出发，设计了一款环形行波型超声电机。分析了超声电机的基本工作原理并建立了超声电机定子转子摩擦传动模型，搭建了超声电机特性测试实验台并进行了转矩-转速测试，实验结果与仿真结果一致，验证了电机设计的合理性。在此基础上，进行了超声电机驱动频率和驱动电压的影响特性分析，结果表明超声电机在49.8 kHz的驱动频率下具有最大的工作效率，驱动电压大于110 V时可以满足伺服阀转速与转矩工作需求，并且在49.8 Hz的驱动频率和110 V驱动电压条件下可以接近最大的工作效率。

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目前大多数先进的双目立体匹配网络通过构建4D代价矩阵以保留图像的语义信息，增加了网络的计算量开销。为了解决上述问题，提出了两阶段的组合代价矩阵和多尺度动态注意力的EDNet++网络。首先从全局的、粗粒度的视差搜索范围上构建的基于相似度的代价矩阵作为引导，在局部的搜索范围上实现细粒度的组合代价矩阵，其次提出基于残差的动态注意力机制，其根据中间结果信息自适应地生成空间上的注意力分布，并且通过迁移实验证明了该方法的有效性，最后在各大公开数据集上的对比实验结果表明，相较于其他方法，EDNet++方法能够达到算法精度和实时性的良好平衡。