• 2023年第12期文章目次
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    • >特约专题:纤维增强混凝土性能、理论与应用
    • 定向钢纤维混凝土的制备方法以及断裂性能研究进展

      2023, 51(12):1791-1803. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23098

      摘要 (122) HTML (1146) PDF 1.73 M (182) 评论 (0) 收藏

      摘要:对定向钢纤维混凝土(ASFRC)制备方法、纤维分布特性、断裂性能进行了系统阐述。分析总结了制备ASFRC常用方法各自的特点与适用性,概括总结了钢纤维分布特性参数的确定方法,详细论述了不同因素对钢纤维分布产生的影响。参照ASFRC断裂性能的试验方法与技术标准,分析总结了常见的弯曲断裂试验及断裂指标。同时,在钢纤维混凝土断裂性能已有的研究基础上,归纳总结了ASFRC断裂性能的影响因素与断裂模拟现状。最后基于现有成果对ASFRC的可能研究方向进行了展望。

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    • 不同配合比下玄武岩纤维水泥砂浆的流动度及力学性能

      2023, 51(12):1804-1812. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23099

      摘要 (66) HTML (1104) PDF 1.56 M (117) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究玄武岩纤维增强水泥砂浆(Basalt Fiber Reinforced Cement Mortar,BFRCM)在不同配合比下的流动度和力学性能,通过改变水灰比、长短纤维混掺比例及添加减水剂来改变配合比,设计了2种纤维长径比、7种玄武岩纤维体积分数、3种水灰比、3种减水剂质量分数共制备了14组BFRCM试样。研究了不同配合比下BFRCM的流动度、抗压强度及抗折强度,通过峰值荷载后BFRCM的荷载-位移曲线的归一化处理量化分析了试样断裂后BFRCM的断裂韧性。结果表明,BFRCM的流动度随着玄武岩纤维体积分数的增加、水灰比的降低、减水剂的减少以及短纤维占比的增加而降低。水灰比的增加对BFRCM的抗压强度影响较小,且会降低其抗折强度。减水剂的应用对BFRCM的抗压、抗折强度存在一定的负面影响。长短玄武岩纤维的混掺能够通过其协同效应有效提升BFRCM的抗压和抗折强度,然而过多的短纤维占比会减弱玄武岩纤维对BFRCM的增强效果。增加玄武岩纤维体积分数、 提高水灰比均能在一定范围内提升BFRCM峰值荷载后的断裂韧性。然而,长短纤维混掺中短纤维占比的增加和减水剂的应用则对BFRCM峰值荷载后的断裂韧性产生负面影响。

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    • 钢纤维对超高性能混凝土徐变损伤与失效行为的影响

      2023, 51(12):1813-1821. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23100

      摘要 (559) HTML (19) PDF 1.64 M (110) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探明钢纤维对超高性能混凝土(UHPC)在高持久应力作用下的损伤与失效的影响,采用28天龄期的UHPC与普通混凝土试件开展了徐变损伤与失效试验。测试了各个试件加载全过程的轴向与环向应力应变,分析了其破坏模式、残余应变、徐变应变与名义泊松比。结合超声波无损检测与扫描电子显微镜手段,分析了UHPC内部微裂缝扩展与钢纤维与水泥基体的黏结损伤。结果表明:高持久应力的作用会导致UHPC与普通混凝土试件内部微裂缝扩展,引发构件横向膨胀,并最终导致构件破坏。UHPC中钢纤维的桥接约束效应可以很好地控制内部微裂缝扩展,从而限制了构件的横向膨胀。在持荷加载前,UHPC与普通混凝土具有类似的泊松比(0.18~0.19);在持荷破坏时,UHPC的最大泊松比为0.28,而普通混凝土的最大泊松比达到0.6。当持久应力水平超过0.70 fc时,徐变损伤开始出现,具体表现为循环加载的强度与弹性模量下降。随着持久应力水平的提升,钢纤维与水泥基体的黏结出现损伤,钢纤维无法约束试件内部微裂缝的扩展,从而进一步加剧了试件损伤,甚至导致了试件的破坏。

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    • 焊钉集群式后结合超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能

      2023, 51(12):1822-1834. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23101

      摘要 (35) HTML (616) PDF 3.11 M (98) 评论 (0) 收藏

      摘要:为考察焊钉集群布置对后结合超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板受力性能的影响,进行常规均匀焊钉布置组合桥面板及群钉布置后结合组合桥面板试件的弯曲荷载试验和基于材料塑性损伤模型的有限元参数化分析。试验结果表明,群钉布置与均匀焊钉布置试件破坏模式特征均为UHPC板压溃、钢结构U肋底面屈服,二者弹性抗弯刚度分别为232 kN·mm-1及213 kN·mm-1,承载力分别为2 154 kN及2 049 kN。U肋屈服前,两试件的界面最大滑移值均小于0.2 mm。两试件应变分布及发展规律相似,截面应变分布均近似服从平截面假定。参数化分析结果表明,群钉孔纵向布置间距由600 mm增至1 200 mm,承载力及弹性刚度无明显变化。群钉孔尺寸相同时,孔间距对UHPC黏结界面结合状态无显著影响。间距600 mm相较1 200 mm布置可更好地保证焊钉受力安全性及截面组合效应。综合对比参数化模型抗弯性能,纵向间距600 mm结合群钉孔内2×3群钉布置对正弯矩作用下后结合钢-UHPC组合桥面板受力状态改善更为有利。

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    • 纤维协同效应下超高性能混凝土的弯曲性能

      2023, 51(12):1835-1844. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23102

      摘要 (46) HTML (930) PDF 2.34 M (76) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究钢-聚丙烯粗纤维对超高性能混凝土(UHPC)的弯拉性能影响,采用四点弯曲试验,得到不同掺量(钢纤维与聚丙烯粗纤维掺入体积分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%)组合下的荷载-挠度曲线,从试件破坏形态、抗弯强度、弯曲韧性等方面进行阐述,并且利用单掺纤维拟合公式引出一个可行性较高的评价模型,并利用该模型对混杂纤维的协同效应进行分析,最后结合扫描电子显微镜(SEM)对混杂纤维UHPC微观结构进行观测。试验结果表明:钢-聚丙烯粗纤维的掺入显著提高了UHPC的抗弯强度,提高幅度为17.8%~101.2%;同时利用提出的模型发现混杂纤维的协同效应在总纤维掺入体积分数为1.5%~2.0%时呈现正协同效应,并在钢纤维与聚丙烯粗纤维掺入体积分数为1.0%时取得最好的正协同效应;另外,与不掺纤维的试件相比,钢纤维与聚丙烯粗纤维的加入分别使基体试件的初裂韧度提升了51.8%~98.2%与33.9%~48.2%,同时在钢纤维掺入体积分数为1.0%和聚丙烯粗纤维掺入体积分数为1.0%的搭配比例下,对UHPC弯曲韧性的改善效果最优,进一步验证了纤维协同效应评价模型;最后在微观层面揭示了纤维混杂产生的协同作用及混杂纤维增强增韧机理。

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    • 采用超高性能混凝土和限位装置的斜拉桥易损性分析

      2023, 51(12):1845-1858. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23280

      摘要 (41) HTML (777) PDF 3.32 M (71) 评论 (0) 收藏

      摘要:斜拉桥作为交通网络中控制性的重要节点,在强震作用下其钢筋混凝土塔柱易产生塑性破坏,从而延误灾后应急救援工作的开展。基于此提出了一种既采用新型材料又采用新型限位装置的斜拉桥结构体系,用于提升斜拉桥的抗震韧性,在仅采用形状记忆合金(SMA)拉索限位装置的普通斜拉桥基础上将塔柱中容易损伤的塑性铰区普通混凝土采用超高性能混凝土(UHPC)代替,分别建立普通斜拉桥与新型韧性斜拉桥的有限单元模型,在远场和近场地震波的作用下分别开展桥梁构件和结构体系的易损性分析。研究结果表明:同时采用UHPC和SMA拉索限位装置的斜拉桥仅需增加少许成本即可大幅提高斜拉桥结构体系的易损性,极大地拓展了UHPC材料和SMA拉索限位装置的应用场景。

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    • >土木工程与建筑学
    • 混合交通流作用下大跨径桥梁车辆荷载效应分析

      2023, 51(12):1859-1867. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23038

      摘要 (49) HTML (22) PDF 1.42 M (103) 评论 (0) 收藏

      摘要:卡车列队是一种通过自动控制、无线通讯等技术实现卡车成队近距离跟驰的交通模式,小间距行驶的车队直接导致桥面重车密度增加,且对于大跨径桥梁其可以容纳的卡车队数多,结构的整体和区段性能均可能受到影响。为研究卡车列队的荷载效应水平及其与普通车辆形成的混合交通流对桥梁结构的影响,评估现行规范的适用性,调研了国内外关于卡车列队的实际测试和理论研究,基于在役大跨径桥梁的实测交通流数据,提出了卡车列队荷载模型和混合交通流模拟方法。以一座大跨径悬索桥为主要背景工程,考虑实际的桥梁运行情况,实现了混合交通流模拟,研究了代表性混合交通场景中结构的车辆荷载效应水平和安全性,分析了卡车列队模式以及混合交通流对于大跨径悬索桥汽车荷载效应的影响。分析结果表明,混合交通流作用下的荷载效应水平较普通车辆车流有明显提高,但仍低于规范加载值。不同加载场景下的效应值约为规范值的35%~80%,现行规范对于卡车列队参与的混合交通流作用下结构的整体效应和区段效应均可提供较好的安全裕度,能够保证桥梁在未来相应运营状态下的安全服役。

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    • 高层建筑悬挂式电缆桥架模拟地震振动台试验

      2023, 51(12):1868-1878. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23017

      摘要 (38) HTML (22) PDF 3.13 M (79) 评论 (0) 收藏

      摘要:电缆桥架是高层建筑中的一类典型的非结构构件。为研究其抗震性能,采用足尺模型进行了2组模拟地震振动台试验。第1组试验针对配置了3种不同类型抗震支架的电缆桥架;第2组试验针对一个带有水平弯通与竖向弯通的L形立体电缆桥架。输入了多组地震动,对悬挂在钢结构平台上的电缆桥架进行了试验,分析了电缆桥架的损伤与破坏情况、动力特性、位移反应和加速度反应。试验结果表明,悬挂式电缆桥架的地震损伤主要集中在电缆托盘主次梁连接节点上,该节点失效导致次梁掉落。安装不同类型抗震支架的电缆桥架位移响应和损伤情况差异较为明显,而加速度响应差异较小。拉杆式抗震支架的抗震性能优于型钢式抗震支架,抗震强化式支架的抗震性能最强。相比于直线段桥架,弯通段桥架的地震损伤较小。增加抗震支架横向刚度和提高抗震支架附近桥架主次梁节点的强度有助于改善桥架的抗震性能。

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    • 自复位学校建筑抗震韧性区域评估用数字孪生模型

      2023, 51(12):1879-1899. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23130

      摘要 (40) HTML (16) PDF 4.51 M (84) 评论 (0) 收藏

      摘要:在区域层面上对具有自复位模块结构的学校建筑进行抗震损伤和恢复力评估研究,建立了一个基于Python语言的从结构非线性分析到损伤程度可视化演示用的数字孪生模型。Python语言也是目前通用于机器学习模型训练的编程语言,方便在该数字孪生模型中引入人工智能模型来代替结构仿真计算,通过使用实时监测地震动和结构响应数据结合人工智能模型进行区域灾害响应和功能恢复快速评估。结构损伤和恢复力分析结果(如不同地震下修复成本、修复时间、不可修复的概率等指标)通过生成 shapefile在地理信息系统(GIS)软件中进行三维可视化,从而对采用自复位模块结构的学校建筑结构群在区域范围上进行抗震韧性定量评估。该模型的计算模块包括区域建筑结构清单生成、简化数值模型建立、地震响应非线性分析、结构响应参数生成、建筑结构易损部件定义、地震损失概率模型评估以及区域灾害损失的结果输出。这里的基于概率模型的学校建筑结构地震损失评估采用了FEMA P-58 方法,并使用了 Pelicun 软件包进行计算。以旧金山湾区近2 000栋学校建筑作为案例,对假定使用偏心支撑框架自复位结构作为抗震结构体系的学校建筑群进行了抗震韧性评估,研究了通过采用数字孪生模型对新型结构模块系统在学校建筑群区域灾害响应和功能恢复的影响。研究中使用了简化结构模型来缩短震后损伤和功能恢复仿真运算时间,同时提出了通过采用人工智能模型来实现强震后实时预测建筑群震后损失,并通过研究偏心支撑框架自复位结构体系的能量耗散比这一参数变化对学校建筑结构恢复力指标的影响,演示了采用不同的结构设计对建筑结构群在区域层面上的抗震损伤和恢复力的影响。

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    • 爆炸冲击波在扁平大空间内的传播规律

      2023, 51(12):1900-1909. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23152

      摘要 (35) HTML (15) PDF 1.91 M (78) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究爆炸冲击波在地下停车场等扁平大空间内的传播规律,采用AUTODYN软件建立了二维轴对称分析模型,分析了8种质量的TNT在扁平大空间中间位置地面处引爆后冲击波的传播特性。通过结合爆炸冲击波传播云图和部分测点的压力时程曲线,分析发现冲击波在传播过程中会形成多个马赫波,首个马赫波的马赫杆高度可以达到空间净高,后续马赫波的马赫杆高度较小,但传播速率大,最终会追上首个马赫波,并与其汇合,在汇合处峰值超压较马赫杆其他位置有所增加,随着传播距离的增加后续马赫波对首个马赫波的影响越来越小。给出了根据比例净高确定马赫波阵面峰值超压恒定的临界点水平位置和对应最大峰值超压值的计算公式,给出了根据平面比例爆距确定最大峰值超压平均值的计算公式。

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    • 全再生骨料混凝土基本特性及受压损伤本构

      2023, 51(12):1910-1918. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22181

      摘要 (42) HTML (14) PDF 1.85 M (71) 评论 (0) 收藏

      摘要:为实现废弃混凝土资源最大化利用和充分挖掘其低碳潜能,提出发展全再生骨料混凝土(FRAC),即利用废弃混凝土加工成的再生粗、细骨料全部取代天然砂石制备的混凝土。以4种不同的骨料体系作为参变量,完成了FRAC的力学性能、收缩特性和单轴抗压应力-应变关系试验研究。分析结果表明,混凝土抗压强度受再生骨料体系,尤其是全再生细骨料的负面影响较大,但经过配合比优化,FRAC能满足C30强度等级以上的制备设计要求;全再生骨料体系增加了混凝土的干燥收缩,尤其是早期收缩发展;FRAC在单轴受压作用下出现较小变形时,损伤就开始明显发展,通过考虑初始损伤和受力损伤,建立了适用于FRAC的受压损伤本构模型,能很好地描述其应力-应变行为特征。最后,对提升全再生骨料混凝土力学性能未来需要开展的研究方向进行了展望。

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    • >交通运输工程
    • 基于沥青混合料接触应力测试的旋转压实嵌锁点判定

      2023, 51(12):1919-1930. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22265

      摘要 (40) HTML (26) PDF 2.62 M (61) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于智能颗粒传感器测试旋转压实过程中沥青混合料内部颗粒接触应力,提出了应力变化率指标Rs以及应力嵌锁点(LPS)判定方法。选取AC-13、AC-20与SMA-13这3种沥青混合料,进行旋转压实成型,测试粗集料接触应力,从细观力学角度识别混合料宏观力学嵌锁状态,并与传统基于旋转压实高度变化识别嵌锁点的结果进行对比。结果表明:① 位于试件上部与底部智能颗粒的测试信号存在频谱混叠和谐波干扰,建议将智能颗粒布置于受干扰小的试件中部进行测试;② 对于AC悬浮密实型沥青混合料,存在3个压实阶段:压实初始粗细集料相互接触挤压,Rs快速增大,进入快速压实阶段;随着悬浮在粗骨料周围的细集料与沥青胶结料开始承担荷载,Rs相对减小,进入蠕变阶段;当各组分间形成稳定内部结构,应力达到嵌锁状态;③对于SMA骨架密实型沥青混合料,可分为2个压实阶段:粗集料在初始压实作用下快速形成咬合骨架,并在外荷载作用下接触应力不断增强,进入紧固压实阶段,应力幅值与Rs呈增长趋势;当集料形成稳定骨架受荷结构时,达到应力嵌锁状态;④ SMA-13混合料压实可能会受温度离析影响,在拌和温度170℃条件下,颗粒应力幅值在紧固压实阶段产生波动,并非线性增加;⑤ 与传统基于试件高度变化的嵌锁点判定结果对比,基于Rs判定的LPS均滞后于体积嵌锁点。

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    • 轨道板纵向温度变形对植筋效果影响

      2023, 51(12):1931-1938. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22251

      摘要 (20) HTML (11) PDF 1.80 M (70) 评论 (0) 收藏

      摘要:温度荷载作用下的轨道板纵向伸缩变形带动锚固钢筋发生偏位,结构受力状态与设计初衷产生差异。为明确轨道板温度变形对植筋实际效果的影响,首先开展纵连板式无砟轨道温度变形监测,量化表征锚固钢筋的实际偏位量;其次建立无砟轨道植筋锚固精细化有限元模型,分析不同偏位条件下植筋胶层的损伤规律;最后明确了锚固钢筋偏位与脱胶耦合作用下无砟轨道的实际植筋效果。结果表明:轨道板纵向温度变形量可达0.946mm。锚固钢筋的偏位加剧了植筋胶层损伤,且呈现垂向自上而下的演变规律,是造成锚固体系脱胶失效的主要原因。植筋胶层与轨道板的脱黏削弱了锚固体系抵抗高温上拱变形的能力,当脱胶深度超过 200mm 后,轨道板上拱量增大了137.18%。在无砟轨道实际植筋的效果评价中需考虑轨道板的纵向温度变形,动态调整实际养护维修方案。

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    • >机械、车辆与能源工程
    • 不同温度下带阻尼薄板件振动模态实验与仿真

      2023, 51(12):1939-1948. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22143

      摘要 (34) HTML (16) PDF 1.88 M (69) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析带阻尼薄板件在不同温度下的振动模态特性,使用改制的环境箱和激光测振技术对板件进行模态参数识别,实验分析温度对带阻尼薄板件的模态频率和模态阻尼的影响规律。结果表明,温度跟带阻尼薄板件的模态频率呈负相关,在极端高温和低温情况下,模态阻尼大幅降低。提出基于优化算法的阻尼材料参数倒推识别方法,识别出阻尼材料随温度和频率变化的复模量和损耗因子,用于有限元仿真验证。仿真结果表明,使用频变的阻尼材料参数预测带阻尼薄板件的振动响应,其共振频率和响应幅值更接近测试值。

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    • 并联式混合动力发动机神经网络法转矩预测与闭环控制

      2023, 51(12):1949-1958. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22133

      摘要 (44) HTML (20) PDF 2.77 M (79) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用实际发动机的标定数据搭建了GT-Suite及Matlab/Simulink联合仿真模型,建立了基于进气和发动机状态参数的预测转矩反馈协同控制模块。对比了ANN法和现有发动机的标定脉谱插值预测(MAP)法2种方法下发动机稳态及瞬态转矩变化、升降挡等工况预测的结果误差,结果表明:稳态工况下MAP法较为可靠,低、中、高3种发动机转速下转矩预测波动小,误差比ANN法低1.31%、1.09%和1.52%;实际瞬态转矩跃变及阶跃工况下,ANN法较MAP法误差低5.62%和1.32%,升降挡工况下低1.93%和0.84%。

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    • 液氢加氢站及其关键装备的发展现状及展望

      2023, 51(12):1959-1971. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22118

      摘要 (36) HTML (21) PDF 1.59 M (85) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了更好地了解液氢加氢站系统和各个关键装备的发展现状,助力我国氢能基础设施的建设,首先给出了液氢加氢站不同发展时期的工艺流程,对氢尤其是液氢的压缩、气化、储存、运输、加注过程与加氢站风险研究分别进行了介绍,最后展望了未来我国液氢加氢站及其关键装备的发展,为液氢加氢站的规模化应用提供参考。

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    • >电子、计算机、控制与系统
    • 面向多维特性数据的缺失值检测及填补方法对比

      2023, 51(12):1972-1982. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22166

      摘要 (45) HTML (18) PDF 1.75 M (78) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统缺失值检测方法缺少对多维特性数据全面立体的分析及难以从众多缺失值填补算法中选择合适方法的问题,通过设计缺失值检测方法,在目前常见的数据点缺失度基础上,首次提出数据总体缺失度和加权数据总体缺失度的概念,实现对数据集缺失程度的全面检测,进而通过实验对比分析不同缺失值填补方法性能。实验结果表明,在不同缺失度的情况下,不同缺失值填补算法的性能不同,所提出的方法可为缺失值填补算法的选择提供有效依据。

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    • >经济与管理科学
    • 基于熵权-层次分析法和优劣解距离法的飞行员胜任力评价

      2023, 51(12):1983-1990. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22329

      摘要 (45) HTML (24) PDF 729.15 K (76) 评论 (0) 收藏

      摘要:结合熵权法、层次分析法(AHP)、优劣解距离法(TOPSIS),提出了一种用于评估飞行员胜任力的多准则决策框架。首先,根据国内外飞行员胜任力指标框架研究进展,构建飞行员胜任力评价指标体系。其次,采用熵权法计算飞行员核心胜任力指标权重。随后,由专家使用AHP对飞行员心理胜任力和作风胜任力指标赋权,并建立融合的权重指标体系。最后,根据评价指标权重,采用TOPSIS方法对飞行员胜任力进行排序。通过将提出的方法应用于航线飞行员胜任力评估,验证方法的可行性。

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