• 2023年第4期文章目次
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    • >特约专题:地下结构绿色及安全设计
    • 公路隧道入口彩色路面设计现状与分析

      2023, 51(4):473-484. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23029

      摘要 (205) HTML (1230) PDF 1.67 M (122) 评论 (0) 收藏

      摘要:公路隧道入口处彩色路面的合理铺设对提高视觉警示、保证驾驶安全有重要意义。从公路隧道入口处的交通特性出发,通过大量调研总结了目前隧道入口常见的彩色路面铺设型式,根据速度过渡需求,考虑驾驶知觉?行为模型、透视原理和闪现率原理给出了彩色路面铺设位置、长度以及条纹间距等参数的设计建议,并从亮度过渡角度提出了增大安全距离和设计方案理论验证两种考量方式。最后,从隧道入口处彩色路面的铺设需求出发,讨论了当前隧道入口彩色路面设计面临的主要问题,以期为彩色路面的设计与进一步的研究提供参考。

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    • 公路隧道洞口景观构景元素分析

      2023, 51(4):485-494. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23030

      摘要 (137) HTML (973) PDF 2.11 M (51) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了明确景观在隧道工程领域的研究和应用现状,对洞口景观构景元素进行了系统梳理,分析了构景元素的具体表现形式并提出了相应的设计建议。结果表明:隧道洞门类型决定了洞口景观设计的整体风格,借助洞门装饰、肌理、颜色、亮度、线型等元素的整体表现发挥洞门外观的构景效果;经过暗化和柔化处理的洞门墙面,可以减少对光线的反射,降低洞口亮度,减缓洞门压迫感;洞口绿化通过生态防护和栽植绿化达到生态修复和美化环境的目的,借助植物自身的吸光能力和低反射率对洞口进行减光处理,营造舒适的行车环境,是目前公路隧道景观设计的主流;洞口铭牌、小品建筑、彩色路面等诱导系统具有信息导向作用,通过造型、色彩、位置及风格的合理设置能够正确发挥视线诱导功能,提高驾驶人注意力;考虑地域文化以及与周围环境协调性的洞口景观设计可以缓解驾驶人心理紧张感,提高安全性和舒适性。

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    • 盾构隧道变阻滑移锚式接头抗剪性能研究

      2023, 51(4):495-505. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23033

      摘要 (104) HTML (1058) PDF 3.09 M (47) 评论 (0) 收藏

      摘要:盾构隧道管片接头是整体衬砌结构的薄弱环节,接缝张开量超限极易导致结构出现不同程度的损伤和破坏。针对盾构隧道环间大变形问题,提出了一种变阻滑移锚式接头,并基于有限元软件ABAQUS,建立了接头?管片三维精细化数值模型,考虑管片厚度、强度、轴力等影响因素对接头?管片结构抗剪性能及破坏机理展开深入研究。结果表明:管片强度对接头?管片结构抗剪刚度及结构损伤影响较小;不同轴力下管片损伤及套杆应力分布情况不一致,随着轴力的逐渐增加,摩擦力增大后会分担一部分剪力,造成管片损伤相应减小,而套杆损伤程度相对增加;管片较薄时难以充分发挥接头力学性能,甚至会在管片内侧表面出现裂缝进而影响衬砌结构安全。该研究成果可为新型接头的设计与加工提供技术参考。

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    • 基于D-P条件等效的黏性土隧道开挖地层力学行为有限元分析

      2023, 51(4):506-512. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23031

      摘要 (135) HTML (795) PDF 1.34 M (133) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于三轴试验应力?应变结果,获取了依托工程黏性土强度参数。通过德鲁克?普拉格条件(D-P条件)等效,实现了摩尔?库伦(M-C)黏性土材料的D-P准则模拟方法。采用“间隙约束法”模拟衬砌支护时机对地层力学行为的影响。通过数值计算讨论了黏性土盾构隧道地层参数以及施工特性对地层力学行为及支护反力的影响。研究发现:黏聚力、内摩擦角以及开挖洞径对围岩塑性区半径及支护反力的影响基本呈线性关系,随黏聚力和内摩擦角的增大,塑性区半径和支护反力明显减小,内摩擦角的影响显著于黏聚力。开挖洞径由6 m增大到14 m,塑性区半径增大约210 %,支护反力增大约230 %。土侧压力系数将显著影响开挖后塑性区形状、范围以及支护反力的分布。随着支护时间的延后,塑性区逐渐增大,支护反力逐渐减小,当释放的位移超过总位移的40 %时,两者增减幅度均有明显降低。就依托工程而言,当将地层含水率控制在8 %~15 %间,当地层收敛约为总位移的20 %时,可充分发挥地层自承能力从而降低支护反力。

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    • 公路隧道排水管防结晶措施室内试验探究

      2023, 51(4):513-522. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23032

      摘要 (120) HTML (954) PDF 2.45 M (55) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究排水管内的结晶行为和差异,结合现场调研和结晶堵塞理论,采用室内模型试验,探究了6种排水管材质、纳米涂层及硅磷晶阻垢剂在排水管内的结晶规律。结果表明:流量是影响管材改善效果的主要因素,小流量条件下,不同排水管材质、纳米涂层防结晶的效果不明显,结晶量均很大;大流量条件下,各工况结晶量均很低,结晶量从小到大依次为:纳米涂层<聚四氟乙烯(PTFE)<聚乙烯(PE)<聚丙烯(PPR)<双壁波纹管(HDPE)<聚氯乙烯(PVC)<钢管<硅磷晶,表面能低、接触角大的排水管材质在较大流量条件下具有一定的预防结晶作用;小流量条件下排水管内结晶物以重力沉积居主导,并促进异相成核作用,而大流量条件下的沉积作用与管材的材料特性密切相关,且剥蚀作用占绝对主导。

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    • 近海潮汐作用下深大基坑围护结构力学响应规律分析

      2023, 51(4):523-533. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23034

      摘要 (115) HTML (734) PDF 3.08 M (33) 评论 (0) 收藏

      摘要:为更好探明潮汐环境下近海基坑围护结构力学响应问题,提出了以实测墙边地下水位数据为基础的模型边界潮汐地下水位振幅反演分析方法,分析了不同振幅潮汐作用下地下水渗流衰减规律,并进一步研究了不同振幅潮汐地下水作用下基坑围护结构的力学响应规律及响应机理。研究表明:基于地下水渗流衰减规律的潮汐地下水位振幅反演分析方法不用对实际近海区域地质构造信息进行详细考虑,即可得到包含基坑的小范围区域分析所需的边界地下水位,在近海工程潮汐影响分析中具有良好的应用价值;靠海侧地连墙与强透水层直接接触区域以及坑中坑钻孔灌注桩更多受余弦型潮波作用,两者水平侧移摆动随时间呈“类正余弦型”变化规律,而靠海侧地连墙其他区域和背海侧地连墙由于自身协同变形和受其他地层不同相位孔压的作用,呈前后不对称的“不规则槽型”变化规律;潮汐作用下,背海侧围护墙体侧移振幅沿深度增大逐渐降低,但靠海侧围护墙体侧移振幅、弯矩增量分布以及内撑轴力与地层透水性密切相关,特别在进行受较大潮汐影响工程的结构设计时,应尽量避免静力工况最大侧移位置和弯矩峰值位置与强透水层位置重合。

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    • >土木工程与建筑学
    • 基于本福特定律的桥梁健康监测数据审计方法

      2023, 51(4):534-541. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21514

      摘要 (31) HTML (10) PDF 1.90 M (38) 评论 (0) 收藏

      摘要:结构检监测数据是确保结构运营状态良好、提供维护决策的基础。结构数据通常以人工检测、传感器采集为主,核实难度大、获取成本高。由于缺少有效数据审计方法,健康监测数据精度、可靠性无法检验,影响基础设施管养与结构运营。提出了基于本福特定律的桥梁健康监测数据审计方法,以人工检测裂纹长度、桥梁加速度数据为例开展实例分析,分析结果表明本福特定律对于结构检监测场景中自然形成数据具有较好适应性,可有效识别数据特征、反映数据异常。

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    • 自动网格体系在柱体绕流大涡模拟中的适用性评估

      2023, 51(4):542-550. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21518

      摘要 (17) HTML (7) PDF 2.40 M (43) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了评估基于snappyHexMesh方法生成的自动网格体系在二维柱体绕流大涡模拟中的适用性,比较了该自动网格体系与人工网格体系对于Re为3 900圆柱绕流和Re为22 000方柱绕流的数值模拟结果。通过设置合理的计算域以及数值格式,采用snappyHexMesh自动网格以及人工网格的算例都表现出良好的数值稳定性。将不同网格体系的数值模拟结果与物理试验结果进行对比,结果表明,采用snappyHexMesh网格可以提高数值求解效率;圆柱绕流对网格体系的变化比较敏感,不同密度的snappyHexMesh网格会显著影响圆柱气动力特征以及尾流区域的流场结果;snappyHexMesh网格体系可以准确预测方柱绕流,在方柱绕流大涡模拟中具有相较于圆柱绕流更好的适用性。

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    • 600 m级四线铁路新型桁架桥力学原理及性能

      2023, 51(4):551-559. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21499

      摘要 (12) HTML (6) PDF 1.89 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:对铁路桥梁来说,随着跨度的增大会导致桥梁刚度下降及梁端转角超限等问题,限制了超大跨径高速铁路桥梁的发展,为突破此瓶颈,提出了超大跨径新型桁架桥,该结构体系具有良好的力学性能,而且其刚度远超拱桥,特别适用于铁路桥梁。新体系桁架桥在桁架角点处设置刚度很大的斜杆,有效约束主梁线位移,在中部设置双层桁架,在两侧设置三角桁架,从而增强了结构的抗弯能力、刚度及稳定性。此外,该结构体系以钢结构为主,可采用预制拼装的方法,施工方便快捷。阐述了新型桁架桥的结构形式及其力学原理,并利用有限元软件Midas/Civil对650 m新型桁架桥进行分析研究,结果表明:新型桁架桥强度、竖向刚度、梁端转角、稳定性、整体性及动力特性均满足要求,且较传统拱桥具有更好的力学性能。

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    • 焊钉布置对钢-超高性能混凝土组合桥面板收缩效应影响

      2023, 51(4):560-570. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21522

      摘要 (15) HTML (4) PDF 2.46 M (25) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究不同焊钉布置对钢?超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板收缩效应的影响规律,进行了常温养护条件下焊钉间距分别为200 mm和300 mm的足尺节段组合桥面板收缩监测试验,并利用有限元分析软件对试验模型进行了收缩模拟,在此基础上开展了不同焊钉间距下组合桥面板收缩效应的参数化分析。试验监测结果表明:试验中UHPC初凝时间约为17 h。钢?UHPC组合桥面板边缘区域UHPC收缩量较中心区域更大,前72 h最大收缩量约为450×106;当焊钉间距从200 mm增加到300 mm后,UHPC受整体约束减弱,其中钢板约束作用下降,最大压应变减小约51.6 %;钢筋约束作用增强,最大压应变值增加约42.9 %。有限元分析表明:UHPC与钢板端部界面处应变差增加20.9 %,滑移最大处焊钉剪应力增加64.7 %。参数化分析可知:当焊钉间距从100 mm增加至400 mm时,跨中UHPC拉应力减小3.7 %;跨中钢板压应力减小17.8 %,钢筋压应力增加86.3 %。以上结果表明焊钉间距增加使钢与UHPC之间组合作用减弱的同时,引起了结构次内力的分布变化,UHPC与钢结构的次内力减小,钢筋承担的约束作用增强,压应力增大。适当地增加焊钉间距可以减小收缩引起UHPC拉应力和钢结构次内力,但需要注意组合作用减弱对力学性能的影响。

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    • 高温下钢筋混凝土梁-柱节点的力学性能演化机制

      2023, 51(4):571-577. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21493

      摘要 (25) HTML (7) PDF 1.44 M (33) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究钢筋混凝土框架梁?柱节点的火灾行为及其相互约束作用随温度的变化规律,开展了荷载?高温耦合作用下的钢筋混凝土框架梁升降温全过程的结构试验。在试验的基础上采用VULCAN程序进行了恒定荷载作用下框架梁单独受高温、梁?柱同时受高温,梁?柱节点弯矩?转角关系的火灾响应数值分析。结果表明,钢筋混凝土框架梁?柱节点的转动约束强度随温度的升高而降低,梁?柱节点转角峰值相较于弯矩峰值具有滞后效应。

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    • 软土地基上桩-土-高层结构体系动力特性的振动台试验

      2023, 51(4):578-587. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21487

      摘要 (13) HTML (5) PDF 3.17 M (24) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究软土地基上桩?土相互作用对高层结构动力特性的影响机理,设计了1:6比例的高层结构?桩?土动力相互作用体系,进行了软土地基上框架结构的模型振动台试验。试验采用层状剪切盒模拟土体的边界,锯末和砂土的混合物作为地基土、以12层钢筋混凝土框架结构模拟上部结构,基础采用3×3群桩基础。通过对比考虑土?结构相互作用(SSI)框架模型和刚性地基框架模型的结构动力特性,总结出本试验中SSI效应对高层框架结构的动力特性影响规律:土体对地震动存在显著的过滤作用,放大土体基频附近的振动,且放大幅度随地震动的加强而减小;小震时土体对加速度峰值起放大作用,而在大震时起减小峰值的作用;考虑SSI效应后,结构的频率降低,阻尼比提高,结构的损伤出现得更晚,发展也更慢。在土体频率处,SSI体系的振型受土体影响显著;在远离土体频率处,SSI体系振型与刚性地基一致。

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    • >交通运输工程
    • 基于分形维数及考虑假集料影响的冷再生混合料级配控制方法

      2023, 51(4):588-597. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22024

      摘要 (26) HTML (6) PDF 1.91 M (47) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了更好控制混合料级配,以获取最佳路用性能,对冷再生混合料级配分形特征以及沥青路面回收旧料(RAP)假集料特性开展了研究。首先选取了规范级配范围内6种代表性级配曲线,借助分形几何理论,建立了粒径分布函数,得到了合成级配分形维数(D)、粗集料级配分形维数(DC)及细集料级配分形维数(DF),并分析了三者与冷再生混合料干劈裂强度、冻融劈裂强度比、动稳定度和最大弯拉应变的相关性,然后建立了基于级配分形维数的冷再生混合料路用性能预估模型,最后通过分析级配变异性对冷再生混合料性能的影响,提出了考虑假集料影响的冷再生混合料级配控制方法。结果表明:分形维数可以定量描述冷再生混合料粒径分布及级配走向,进而反映冷再生混合料各项路用性能,基于分形维数的性能预估模型可以较好预测冷再生混合料各项路用性能,预估值与实测值相对误差基本在15 %以内;当冷再生混合料“抽提前后级配变化率方差”(DV)大于85或“抽提前后级配变化值”(Va)大于3.6时,宜通过添加新粗集料或调整级配曲线靠近下限等措施来提升冷再生混合料高温抗力。

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    • 考虑材料塑性变形的高速道岔心轨裂纹萌生预测

      2023, 51(4):598-607. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22025

      摘要 (20) HTML (2) PDF 2.48 M (30) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据高速铁路18号单开道岔钢轨设计廓形,考虑车轮逆向-侧向通过翼轨?心轨时轮载转移引起的冲击荷载和材料塑性变形,将心轨塑性变形结合到裂纹萌生和磨耗共存发展预测方法中,预测了心轨裂纹萌生。分析发现,心轨顶宽35~40 mm为承受轮载转移的最不利位置;该位置的表面材料在冲击荷载下发生塑性变形,其应力应变明显降低,直至在一定轮载次数下达到稳定状态,这时的最大塑性变形量为0.087 5~0.092 5 mm,延缓了疲劳裂纹的萌生;心轨疲劳损伤最大值位于轨头亚表面,顶宽35和40 mm处的裂纹萌生区域分别在心轨表面垂直向下1.2和1.5 mm、从轨顶中心水平向工作边一侧4~5 mm和1~2 mm的位置。疲劳裂纹萌生寿命分别为1.63×106 t和3.97×106 t。

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    • >机械、车辆与能源工程
    • 基于模拟声辐射信号的桥上板式轨道脱空状态智能感知方法

      2023, 51(4):608-615. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21474

      摘要 (13) HTML (0) PDF 1.26 M (30) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于轨旁传声器采集结构声辐射信号的板式轨道脱空状态智能感知方法。建立了车-轨-桥耦合振动计算模型和声振耦合分析模型,模拟了列车动载激励下轨道板和桥梁结构的振动和声辐射响应,分析了轨道板脱空状态对结构振动和声辐射响应的影响规律,采用声辐射数值模拟数据和支持向量机(SVM)实现了对轨道板15种脱空状态的二分类和多分类识别。结果表明:相比于位移响应,加速度响应和声辐射响应对轨道板脱空状态的变化较为敏感;二分类SVM模型对于不同测点数据的分类效果有所差别,但准确率基本都能达到85 %以上;根据某测点声压数据训练出的二分类SVM模型对未知测点数据的分类准确率相比于自身测点数据下降10 %~30 %;多点位数据信息融合可以提高多分类识别准确率。

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    • 基于有限状态机的预期功能安全危害识别方法

      2023, 51(4):616-622. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21570

      摘要 (14) HTML (8) PDF 920.72 K (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对自动驾驶系统危害与场景不可分割的特点,提出了一种基于有限状态机模型(FSM)的整车级预期功能安全危害识别方法。首先,明确危害事件组成要素;其次,将自动驾驶系统抽象为有限状态机模型以明确车辆状态和运行环境;最后,通过识别车辆状态与运行环境的冲突情况,系统性识别自动驾驶系统预期功能安全危害事件,减少对专家知识的依赖。为验证所提出方法的有效性,在某SAE L3级自动驾驶汽车上应用了该方法进行危害识别。结果表明,相较于系统理论过程分析(STPA)方法,有限状态机模型包含更加详细且系统化的环境信息,且由有限状态机模型直接输出危害事件要素,提高了危害识别的系统性。

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    • >测绘科学与技术
    • 考虑光行时校正的高精度全球导航卫星系统测速算法

      2023, 51(4):623-632. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21459

      摘要 (15) HTML (5) PDF 8.04 M (25) 评论 (0) 收藏

      摘要:全球导航卫星系统(GNSS)测速算法认为多普勒测量值为接收机与GNSS卫星的相对运动速度在视线方向上的投影,未考虑光行时的影响,存在一个微小的系统性偏差,测速精度不高,限制了其在精密测速领域中的应用。在传统的GNSS测速算法基础上,给出了一至三阶的积分多普勒插值算法,用瞬时多普勒替代了平均多普勒,对于低轨道地球卫星(LEO)用户,使用二阶插值积分多普勒的测速精度较使用平均多普勒的测速精度提升了三个数量级;另一方面考虑了光行时的影响,修正了因收发时刻不一致引入的多普勒偏差,并分别给出了地球惯性坐标系(ECI)和地球固连坐标系(ECEF)下的修正算法,实验结果表明,光行时修正算法降低了系统性偏差,三维速度误差的均方根(RMS)降低至3.3 mm·s-1,能够满足高精度测速的应用需求。

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    • >经济与管理科学
    • 基于距离区间数算子的故障模式与影响分析方法

      2023, 51(4):633-642. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21329

      摘要 (18) HTML (2) PDF 755.35 K (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有故障模式与影响分析(FMEA)方法在属性值为直觉模糊数且风险程度采用确定距离算子度量的情况下,评判专家通常难以精准地描述相关不确定性问题。因此,首先在有序加权距离算子、区间数的理论以及区间数排序方法研究基础上,提出了直觉模糊混合欧氏距离区间数(IFHEDIN)算子及其优良性质。其次,构建基于不确定IFHEDIN算子,改进FMEA方法,以进行产品或者系统故障模式的可靠性分析,并对风险等级进行计算与排序。最后,以实际医院放射肿瘤治疗过程中,故障模式的风险分析以及评价为例,论证了所提方法的有效性、可靠性以及精准性,为相关医疗诊断管理者进行风险应对和控制提供决策支持。

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