• 2023年第2期文章目次
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    • >特约专题: 供排水管网安全事件形成机理与检测监测技术
    • 供水管网大口径管道爆管事件形成机理与精细模拟

      2023, 51(2):153-160. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22489

      摘要 (279) HTML (1442) PDF 1.42 M (561) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来城市供水管网爆管事件频发对城市的运行安全造成直接影响。结合2017年上海“11?16”溧阳路四平路爆管事件,系统介绍了本次爆管事件概况,同时,利用本次爆管事件现场调查数据,采用3D激光扫描技术和三维数值建模方法,对本次爆管管道进行了建模分析,研究了供水管道在存在初期裂缝情况下,裂缝末端应力集中与管内水压力和裂缝长度发展变化影响关系,采用动力分析方法模拟了管道从裂缝发展到管体破坏形成爆管的物理全过程。结果表明:在供水管网管道早期裂缝末端,由于应力集中管体裂缝继续发展,且随管道水压增大而增大,其增速与裂缝长度密切相关;管道发生开裂后其临界破坏水压随早期裂缝长度的增加而降低,结合本次爆管事件周边获得的3个测点实测水压分析可知,爆管管道早期裂缝断面圆心角应大于26°;管道爆管破坏过程模拟显示,管道残片随裂缝开展向管顶转动,直至形成贯通裂缝完全脱离管道,脱落管片在内水压及外部荷载作用下会发生剧烈的转动和向外弹射,从而形成爆管并产生极大的瞬间破坏作用。

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    • 基于Boosting-Monodepth的管道病害深度估计与三维重建

      2023, 51(2):161-169. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22490

      摘要 (173) HTML (903) PDF 1.57 M (389) 评论 (0) 收藏

      摘要:城市地下管道是城市的血脉经络,但随着排水管道的大量投入运营和使用年限增加,引发了一系列的管道病害安全隐患,如管道整体结构变形、内表面破裂和管中异物插入等问题,传统的病害图像视频采集、检测和后期病害分类甄选都是从二维视角出发,欠缺对三维空间信息(深度)的考虑。针对上述3种病害从生成深度图、由二维深度图重建三维管道病害这两方面进行研究,提出了一种基于boosting-monodepth的双重深度估计方法以提升深度图效果,最终生成画面连续一致、轮廓清晰的深度图。性能评估方面采用Abs-Rel、RMSE、SqRel、ORD和D3R等通用指标,与传统算法对比,结果显示boosting-monodepth的RMSE值降低了30%,精确度指标δ<1.25时,模型深度信息预测精确度提高了18%,此后以得到的深度图为基础重建管道病害三维点云,并在CloudCompare软件上三维可视化,最后采用随机采样一致算法测算病害深度并和实测数据对比证明其有效性和准确性。

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    • 大型地下管网预测性运维多源监测数据融合决策方法

      2023, 51(2):170-178. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22492

      摘要 (124) HTML (1012) PDF 1.48 M (323) 评论 (0) 收藏

      摘要:地下管网是城市和工业能源供给的重要基础设施,建立预测性运维策略是确保其全生命周期内正常服役的关键措施。根据连续式地下管道失效破坏的机理,提出了基于多源监测数据融合的应力分析模型及融合算法。在考虑均匀腐蚀引起的结构退化的基础上,基于时变可靠度提出了地下管网预测性运维检测计划的决策模型。工程实例表明,融合算法可以正确识别并估计通常无法提前预测的纵向弯曲应力和轴向热应力,验证了本文方法的有效性。所提出模型与现有管道可靠度模型对比结果表明,在地下管道安全评价和服役寿命预测中不能忽略纵向弯曲应力的影响。

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    • 城市道路空洞的地面-管道雷达协同探测与联合成像

      2023, 51(2):179-187. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22493

      摘要 (170) HTML (762) PDF 1.81 M (366) 评论 (0) 收藏

      摘要:城市道路空洞是造成道路塌陷事故的主要原因,调查发现空洞主要源于地下管线病害发生渗漏后形成。提出一种地面-管道雷达协同探测技术,建立地下目标探测足尺试验平台,对管线周边不同尺寸的空洞、含水空洞进行探测。结合考虑天线方向图校正的背向投影算法,对管道附近空洞进行协同探测与数据联合成像,室外模型试验验证了该算法的可行性。结果表明:相较于现有地面雷达,管道雷达对地下管线周边的空洞探测结果有着更高的分辨率。同时,相较于传统的背向投影方法,本文提出的地面-管道联合成像方法可在抑制成像目标边缘反射伪影的同时对空洞顶部、底部以及混凝土管内部钢筋进行高精度成像。研究结果可为地下空洞的雷达数据解译提供参考。

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    • 城市供水管网极端寒潮灾害影响特征与设防标准

      2023, 51(2):188-196. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22494

      摘要 (204) HTML (1062) PDF 1.79 M (275) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来随着全球气候变化,城市遭遇极端寒潮灾害频发,经常对城市关键基础设施大型供水管网造成破坏。为此,以上海市为例,研究城市供水系统寒潮灾害影响规律及设防标准,通过对上海市2020年底到2021年初的极端寒潮事件进行研究,分析寒潮过程中供水系统压力、流量、管道维修以及其他供水设施功能受损情况。结合近60年的气象资料,对上海市历年气象寒潮事件进行统计分析,给出当日最低温度、24h降温、48h降温、72h降温、过程最低温度及持续时间6个寒潮特征指标的分布规律。同时,利用泊松分布计算了上海市年最低温度的重现期和超越概率,提出了水表等外露设施的温度设防建议标准,并针对气温数据和管道维修数据进行关联性分析,从维修率的角度识别对管道运行造成不利影响的温度基准。研究结果可为长三角地区城市供水行业安全运行与灾害防控提供理论和技术参考。

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    • 城市供水管网运行安全监测技术及应用

      2023, 51(2):197-205. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22495

      摘要 (176) HTML (1164) PDF 2.11 M (357) 评论 (0) 收藏

      摘要:城市供水管网运行安全监测存在信息不全、手段缺乏的问题。首先通过管损数据分析,研究了供水管网运行安全的影响因素,提出了保护性监测和预防性监测2类监测,建立了供水管网运行状态、管道结构和管网环境等“三类参数”的监测指标;其次针对埋地管网,研究了无线信号在地层中传输的路径损耗规律,研发了无线透传感知网络技术;最后,在上海市供水管网抢修现场部署了监测系统。结果表明:管网交叉路口、交叠管线和交变荷载“三交区域”为管损高发区域,为监测的关键位置;体积含水率是影响无线信号路径损耗的主要因素,在高含水量下,砂性土较黏性土路径损耗小;多跳自组网可有效提升无线网络整体的地层穿透能力;管道下方的回填土密实度对管道后期沉降影响大,应确保回填质量,结构监测系统可先于管网渗漏、压力流量变化进行安全预警。

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    • >土木工程与建筑学
    • 锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固边坡可视化模型试验

      2023, 51(2):206-212. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21435

      摘要 (112) HTML (69) PDF 1.73 M (320) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于透明土技术开展锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固边坡的可视化模型试验,并结合粒子图像测速技术,展现坡顶条形荷载作用下边坡的位移场演化及滑移破坏过程。研究结果表明:锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固边坡较无加固边坡,其极限承载力大幅提升,其滑面较无加固边坡的滑面加深很多。锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固推移式滑坡时,其受力机制为最上面的锚索首先发挥作用,在其拔出失效后,后面的锚索依次发挥作用直至拔出失效,同时边坡的稳定性逐步降低。目前基于极限平衡理论将所有锚索的极限抗拔力作为抗滑力分量计算得到的锚拉桩-锚索框架梁组合结构的稳定性偏于危险。建议验算锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固推移式滑坡整体稳定性时,同时验算最上面锚索的稳定安全系数,使其满足工程所需的安全系数,由此保证整个加固边坡的稳定性。

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    • 后结合预应力组合梁桥的抗裂性能试验

      2023, 51(2):213-221. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21446

      摘要 (129) HTML (68) PDF 2.18 M (251) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究后结合预应力组合梁桥的预压应力分布和负弯矩区抗裂性能,设计2根连续组合试验梁,其中一根为负弯矩区设计成全预应力混凝土板的后结合组合梁,另一根为无预应力的普通组合梁。测试了试验梁在张拉预应力筋和静力加载过程的受力性能,得到负弯矩区截面的应力状态和裂缝分布。试验表明:因钢梁和混凝土板不连接,预压应力由混凝土板承担且混凝土截面的预压应力沿着横向的分布不均匀。后结合预应力组合梁的初始开裂荷载和群钉孔外的开裂荷载分别是普通组合梁的3.1和5.0倍。后结合预应力组合梁抑制裂缝沿着横向贯穿混凝土板,提高了负弯矩区的抗裂性能。混凝土平均裂缝间距约等于横向钢筋间距。后结合预应力组合梁在开裂后的受力状态与普通组合梁类似。

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    • 不同含水率花岗岩残积土-格栅界面剪切特性

      2023, 51(2):222-228. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21447

      摘要 (131) HTML (70) PDF 1.71 M (230) 评论 (0) 收藏

      摘要:花岗岩残积土可作为回填土应用于加筋土结构,含水率对结构的稳定性具有重要影响。以广州市增城区花岗岩残积土为研究对象,通过室内大型直剪试验,研究了不同含水率(13%、19%、25%、32%)、竖向应力(50、100、150、200kPa)对花岗岩残积土-格栅界面剪切特性曲线、抗剪强度、体变特性的影响。试验结果表明:含水率为13%、竖向应力为50kPa时,残积土-格栅界面剪应力随着剪切位移的增大先升后降,降幅较小,其余条件下剪应力随着剪切位移的增大而升高;格栅加筋能够缓解花岗岩残积土剪应力达到峰值后大幅降低的剪切软化趋势;筋土界面抗剪强度随着含水率的升高而大幅降低,界面抗剪强度系数整体上随着含水率的升高先增加后降低,含水率为19%和25%时格栅加筋的增强效果最佳;筋土界面黏聚力随着含水率的增加先增大后减小,界面内摩擦角随着含水率的升高而降低;13%、19%含水率下筋土界面在50kPa竖向应力作用下发生了剪胀,其余条件下体积应变以剪缩为主。

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    • 基于稠密连接网络的地下水污染替代模型研究

      2023, 51(2):229-237. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21448

      摘要 (126) HTML (50) PDF 1.77 M (231) 评论 (0) 收藏

      摘要:地下水污染溯源和含水层参数反演问题等地下水逆问题通常面临计算负荷量的制约,考虑使用替代模型作为解决方法,从而降低地下水反演问题的计算成本。借鉴卷积神经网络的图像识别过程,考虑将地下水流运动和污染物运移问题转化为输入场图像(渗透系数场、污染源信息等)与输出场图像(水头场、浓度场等)之间函数关系的图像回归问题,利用基于稠密连接网络的AR-Net-WL构建地下水流运动和污染物运移的替代模型。算例研究表明,针对替代模型的过拟合现象,尽可能选择较大的训练样本可获得约10%的精度提升;当没有条件增加训练样本时,采用最优正则项系数的AR-Net-WL在训练样本较少的情形下(训练样本500)也能够取得良好的性能,能够精确预测地下水流运动和污染物运移。

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    • >交通运输工程
    • 城市轨道交通运营中断条件下乘客路径选择模型

      2023, 51(2):238-246. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21625

      摘要 (148) HTML (73) PDF 1.25 M (377) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究城市轨道交通运营中断条件下乘客的路径选择行为,首先依据运营中断事件对乘客的不同影响对乘客进行分类,并给出对应的路径选择策略。其次基于出行时间和出行费用2个因素确定了广义时间费用的计算方法。然后分析中断时长对乘客的影响,构建了中断下的乘客参考点的取值原则。最后利用累积前景理论和Nested Logit模型构造了乘客路径选择模型。算例结果表明:模型计算的乘客路径选择概率结果与实际统计结果相对误差不超过10%,具有良好适用性;乘客路径选择行为随中断时长的改变呈现动态变化,短时间中断下乘客路径选择行为变化剧烈,长时间中断下乘客路径选择行为相对稳定;乘客对出行费用的接受度越高,越倾向选择出行时间短的路径;乘客对中断忍耐程度越低,对路径综合价值越敏感。

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    • 600km·h-1高速磁浮列车气动噪声仿真与试验分析

      2023, 51(2):247-255. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21560

      摘要 (164) HTML (109) PDF 1.60 M (350) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究高速磁浮列车气动噪声特性,以TR08高速磁浮列车为研究对象,考虑空气的可压缩性,采用分离涡模拟(DES)计算列车周围瞬态流场,基于Lighthill声比拟理论,采用声学有限元方法进行气动噪声数值计算。通过对比在线实车试验数据与数值仿真计算结果,验证了数值计算模型的准确性。研究表明,高速磁浮列车气动噪声是一种宽频带噪声,噪声源主要分布在头车和尾车流线型肩部等气流分离及湍流剧烈的区域。当列车运行速度为600 km·h-1时,距离轨道中心线25m、轨面以上3.5m处列车通过时间内等效连续A声级达到107.5dB(A),噪声峰值位于中心频率为1 600Hz的1/3倍频程频带内,为101.9dB(A)。

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    • >机械、车辆与能源工程
    • 碳纤维复合材料胶铆接头静态拉伸和循环拉伸失效行为

      2023, 51(2):256-263. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21419

      摘要 (123) HTML (74) PDF 1.60 M (242) 评论 (0) 收藏

      摘要:对碳纤维复合材料(CFRP)的胶接、铆接、胶铆混合接头进行静态拉伸和循环拉伸疲劳实验,对3类接头的连接强度及失效行为进行分析,预测该接头达到106循环次数时的载荷水平。对胶铆接头中胶接和铆接的贡献进行讨论,分析拉-拉疲劳失效过程中CFRP层合板、胶层、铆钉的相互作用。对3类接头在静态拉伸和循环拉伸下的失效机制进行了总结,提出3种改善铆接强度的方案。结果表明:胶接对胶铆混合接头强度起决定性作用,铆接对接头起到“二次保护”的作用;所研究的CFRP胶铆混合接头,在80%、65%、55%、45%静态最大载荷水平下的疲劳寿命分别为8 174、22 568、95 014、331 916次。在37.1%的载荷水平下该接头的拉-拉疲劳寿命可达106次; 铆钉孔的开裂是CFRP铆接及胶铆混合接头的主要失效形式,在铆出侧增加垫片与在铆钉孔表面涂敷结构胶2种方法可提高铆接强度30%左右。

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    • 风机过滤单元性能指标参考限值与初期设备优选

      2023, 51(2):264-270. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21461

      摘要 (97) HTML (47) PDF 897.85 K (346) 评论 (0) 收藏

      摘要:为填补风机过滤单元(fan filter units)的研究及标准中未提供设备最优选择方式的空缺,基于积累的大量FFU性能测试数据以及国内半导体行业的用户要求提出FFU各性能指标的参考限值,并提出利用层次分析法(AHP)将设备性能定性评估进行定量化求解,计算各指标所占权重,合理对FFU设备进行初期优选。总结测试数据发现,常规工况下风机过滤单元的性能逐年提升,表现为设备能耗显著降低、面风速均匀性更优、设备稳定性更强、噪声更小。各性能指标明确主观重要性后经层次分析法进行权重计算,能耗性能指数EPI 权重最大,面风速均匀性权重次之,过滤器阻力等指标权重较小。结合FFU设备性能测试结果,利用层次总排序计算出权重占比最大的设备为最优设备。

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    • >电子、计算机、控制与系统
    • 基于降维观测器与多胞体方法的执行器故障检测

      2023, 51(2):271-279. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21307

      摘要 (114) HTML (54) PDF 1005.20 K (183) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对具有执行器故障且状态方程和输出方程同时受到外部扰动影响的离散系统,研究了降维观测器设计方法和基于多胞体理论的区间估计方法,并在此基础上提出了基于区间估计的执行器故障检测方法。首先,通过适当的状态等价变换,将原系统分解成2个降维子系统,使得一个子系统可以直接解耦干扰。然后,在无执行器故障发生的前提下,基于对干扰解耦的子系统,提出了一种降维观测器设计方法,实现了原系统状态的渐近收敛估计。其次,针对具有干扰的子系统,设计了Luenberger型观测器,并结合多胞体理论,提出了一种对可测输出的区间估计方法。之后,基于可测输出的区间估计,提出了一种残差的构造方法,以此提出了一种执行器故障检测新方法。最后,给出了仿真设计和分析,验证了方法的有效性。

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    • 考虑个体恐慌与人群混乱的社会小群体疏散模型

      2023, 51(2):280-287. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21513

      摘要 (142) HTML (28) PDF 1.52 M (271) 评论 (0) 收藏

      摘要:为揭示社会小群体搜寻同伴行为对疏散过程的影响,针对社会小群体的行为特点定义了2种不同的搜寻策略,并且基于性格模型定义个体恐慌情绪的计算方法,同时引入熵理论定量表征疏散个体对周围人群混乱程度的感知,建立了一个考虑个体恐慌与人群混乱的社会小群体疏散模型。仿真结果表明,小群体搜寻行为与小群体数量以及搜寻策略有关,并且会加剧恐慌和人群混乱程度,进而影响疏散效率。

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    • >经济与管理科学
    • 低碳情景下的复合轴辐式快递网络规划

      2023, 51(2):288-294. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21403

      摘要 (145) HTML (62) PDF 665.48 K (247) 评论 (0) 收藏

      摘要:以快递网络规划问题为研究对象,分析了中国情境下多层级多服务水平复合轴辐式快递网络的特点,探讨了网络低碳化运营的内涵与情景,在此基础上构建了碳税和碳交易2种情形下的复合轴辐式快递网络规划决策模型,进而基于国内快递标杆企业的网络规划实践的实际数据、采用Lingo软件进行了相应的模型求解,分析了成本最小化目标与低碳化目标之间的关联与影响机理。研究结果表明,追求低碳化和节能减排并不会对传统的追求成本最小化目标的网络结构产生额外影响。

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    • 动态视角下政府激励对高企成长-退出影响机理分析

      2023, 51(2):295-302. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22007

      摘要 (124) HTML (67) PDF 575.64 K (156) 评论 (0) 收藏

      摘要:为考察高新技术企业产业政策激励效果,从动态视角出发,以上海张江高科技园区2012—2018年高新技术企业全样本数据为研究对象,运用面板数据回归模型和Cox比例风险模型分析影响高新技术企业成长和退出风险的主要因素。研究发现:企业获得高企认定的确会提高其发展水平、盈利水平、创新水平,但提升效应存在明显差异,高企认定带来的研发补贴和税收优惠力度与高企退出风险成反比;从创新维度看,企业创新规模、专利数量更加稳健地反映创新与高企认定之间的关系。中央和地方政府在优化高企认定标准和完善高企激励政策时需要综合考虑这些因素。

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