• 2024年第3期文章目次
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    • >土木工程与建筑学
    • 桩柱式桥墩-桩基连接的抗震性能分析

      2024, 52(3):323-330. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22267

      摘要 (104) HTML (40) PDF 1.88 M (227) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了深入揭示桩柱式桥墩-桩基连接区域的传力机理和破坏模式,对现有的试验结果进行了精细化的有限元模拟,分析连接区域的传力机理和破坏过程,并利用校验后的有限元模型进行参数分析,探讨剪跨比、承插深度、桩墩直径比、桩基配箍率对连接区域抗震性能的影响。结果表明:提出的有限元模拟方法能够较为准确地模拟桩柱式墩-桩基连接区域的力学行为;连接区域的破坏模式表现为桥墩承插段对桩基杯口顶部的水平推力导致的桩基箍筋屈服;增大剪跨比、桩墩直径比、承插深度、桩基配箍率均能提高连接区域的承载力。

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    • 基于工业基础类标准的钢结构BIM全数据交互技术

      2024, 52(3):331-339. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22259

      摘要 (75) HTML (699) PDF 2.92 M (182) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了适用于各类钢结构的基于工业基础类标准(IFC)的全数据交互技术,可以导出钢结构模型完整的几何信息与附加属性,使通用建筑BIM软件能够进行模型信息读取并编辑其中的参数化构件;可以将模型全信息导入钢结构主流详图设计软件Tekla进行解析并重生成结构模型,实现模型二次编辑与施工出图。经工程实例验证,该成果应用于钢结构建筑信息模型(BIM)数据交互时信息传递完整、模型转换质量高,避免了钢结构不同设计阶段的重复建模,极大提升了设计效率。

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    • 劲芯水泥土桩复合地基承载路堤失稳破坏模型试验

      2024, 52(3):340-349. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22287

      摘要 (49) HTML (18) PDF 2.54 M (177) 评论 (0) 收藏

      摘要:劲芯水泥土桩可有效提高软土地基承载力,减小地基沉降和提高边坡稳定性。目前对于劲芯水泥土桩的研究主要集中在其承受竖向荷载条件下的工程特性上,对于路堤荷载下桩体失稳破坏模式与计算方法的认识尚不全面。开展1g重力场模型试验,对比研究了路堤荷载下天然地基、水泥土桩复合地基、劲芯水泥土桩复合地基路基变形、桩土应力、桩体应变、桩体破坏形态及路堤失稳模式,并评价了现有刚性桩复合地基稳定性计算方法对于劲芯水泥土桩复合地基承载路堤稳定性分析的适用性。结果表明:相较于水泥土桩,劲芯水泥土桩能有效约束地基土变形,路面沉降约为水泥土桩复合地基的61%~71%,坡外隆起约为12%~46%,进而显著提高路堤的稳定性。在路堤荷载下,劲芯水泥土桩表现出渐进式失稳破坏特征,桩体可发生纯压破坏、压弯破坏和弯曲破坏,且与桩体刚度和相对于路堤位置有关,桩体断裂位置与滑动面位置并未重合。等效抗剪强度法对于劲芯水泥土桩承载路堤稳定性分析具有一定的适用性和应用价值。

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    • 声发射监测锈蚀混凝土梁受弯的损伤与裂缝特征

      2024, 52(3):350-359. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23110

      摘要 (48) HTML (19) PDF 2.88 M (141) 评论 (0) 收藏

      摘要:钢筋锈蚀一直是钢筋混凝土结构退化的主要原因之一,识别锈蚀混凝土结构内部损伤信号,将为既有建筑物的结构健康监测提供理论依据。采用声发射(AE)技术在微观裂缝水平上研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)梁弯曲特性的影响。声发射信号的上升时间/峰值幅值(R/A)、振铃计数/持续时间(AF)和改进后的b值分析将用以反映钢锈蚀作用下钢筋混凝土试件裂纹模式和破坏模式的变化。结果表明,随着钢筋锈蚀率的增加,锈蚀钢筋混凝土梁的极限承载力显著降低;声发射信号与混凝土损伤之间有很好的对应关系,试件的损伤过程可以分为3个损伤阶段:初始损伤阶段,损伤演化阶段、持续损伤增长阶段。b值曲线的变化趋势可以反映裂缝的形成和发展。随着荷载的增加,试件的剪切裂缝比例逐渐上升,且在持续损伤阶段,试件锈蚀程度越高,剪切裂缝比例越高。

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    • 考虑寒区隧道围岩冻结温度渐变的冻胀力解析解

      2024, 52(3):360-369. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22240

      摘要 (40) HTML (23) PDF 1.37 M (175) 评论 (0) 收藏

      摘要:为考虑寒区隧道围岩单向冻结和径向冻结温度渐变会引起的不同方向和不同冻结深度处的非均匀冻胀变形,通过引入冻胀围岩径向冻结温度Tr和平行与垂直冻结方向的非均匀冻胀系数k反映围岩的非均匀冻胀性,理论推演建立了寒区隧道冻胀力解析解,并进行了案例和影响因素分析。研究表明:忽略冻结温度渐变影响时冻胀力明显偏大,考虑冻结温度渐变可有效提高冻胀力计算的可靠性;考虑冻结温度渐变影响的冻胀力随着非均匀冻胀系数k的增大呈对数函数增大,随冻结与未冻围岩的弹性模量比E/E的增大而线性减小,且E/E越大时冻胀力产生所需围岩达到的临界k值也越大;隧道冻胀力随围岩冻结圈外径、未冻围岩弹性模量和原岩应力的增大而增大,但随衬砌内径、冻结围岩单位温度冻胀系数的增大而逐渐降低。

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    • 3D打印全再生粗骨料混凝土各向异性力学性能研究

      2024, 52(3):370-377. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22284

      摘要 (66) HTML (16) PDF 1.81 M (171) 评论 (0) 收藏

      摘要:选用粒径4.75~10mm的粗骨料,制备成天然粗骨料混凝土和再生粗骨料混凝土,对比分析了作为3D打印油墨的可打印性,并探讨了不同养护条件对3D打印混凝土硬化后各向异性力学性能的影响。试验结果表明,相较于天然粗骨料,全再生粗骨料有助于加速打印油墨由流动性向塑性转化;通过配合比调整,打印油墨在静置10min后仍能维持可打印性,连续打印下的可工作时间增至20min;相较于标准养护,自然养护7d的天然及再生打印试样X方向的抗压强度降低分别为19.84%及20.13%;抗压强度关系为X 轴(打印方向)> Z 轴(叠层方向)> Y轴(传动轴方向),标准养护28d天然及再生打印试样Y轴抗压强度分别为X轴的83.41%与84.27%,表现出明显的各向异性。最后,从细微观角度阐释了骨料类型及3D打印层间性能对各向异性的形成机理。

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    • 海岸植被防护机制的物理模型试验研究进展

      2024, 52(3):378-387. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22273

      摘要 (36) HTML (18) PDF 1.10 M (165) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于自然的海岸修复与防护越来越受到人们关注,从海岸植被对水动力及泥沙运动影响机制的物理模型试验研究方面,介绍了试验研究中植被的描述方法,包括植被的分类、材料选择、特性表征等;综述了植被影响下的流场结构、消浪特征、形态阻力相关的研究进展;论述了悬沙浓度分布、泥沙再悬浮、沉积和冲刷模式等泥沙输运方面的研究成果;结合大量模型试验研究,提出了未来的研究趋势。

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    • >交通运输工程
    • 路基智能压实评价指标研究进展综述

      2024, 52(3):388-397. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22338

      摘要 (45) HTML (26) PDF 1.20 M (199) 评论 (0) 收藏

      摘要:系统总结了智能压实评价指标(ICMV)迄今为止的主要研究成果,讨论了ICMV的发展历程、计算原理、优势与缺陷、填料适用性以及与原位指标拟合的影响因素。分析表明:ICMV与路基填料之间存在一定的匹配机制,工程上应尽量按照该机制选择ICMV以提升检测效果;拟合分析时,应综合考虑填料类型、ICMV类型和原位指标以确定影响因素,避免回归特征的冗余或缺失;鉴于部分特征对预测值存在非线性影响,不建议使用线性模型对智能压实数据进行预测。针对上述问题,本文在ICMV与填料的匹配关系、拟合因素的重要性、回归算法的选择策略三个方面给出了具体的建议及未来的研究方向,以期作为ICMV后续应用及研究的参考。

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    • 装配式水泥路面夹环连接式传力杆接缝设计及验证

      2024, 52(3):398-406. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22348

      摘要 (32) HTML (20) PDF 2.08 M (138) 评论 (0) 收藏

      摘要:面向可拆卸装配式水泥路面,提出了一种夹环连接式传力杆接缝,在阐述其特征和基本参数的基础上,选取挠度传荷系数和弯沉差作为指标,使用有限元方法分析了下开口槽、传力杆、夹环构件等参数对夹环连接式传力杆接缝传荷能力的影响,同时分析了夹环连接式传力杆接缝的构件及界面应力的变化规律,得到了合理的接缝参数;此外,通过室内足尺试验评价了夹环连接式传力杆接缝的传荷性能。结果表明,提出的夹环连接式传力杆接缝的传荷能力满足要求,具有一定的工程应用价值。

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    • 道砟非均匀分布对道床力学特性的影响

      2024, 52(3):407-415. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22407

      摘要 (33) HTML (19) PDF 2.48 M (155) 评论 (0) 收藏

      摘要:铁路道床机械清筛作业中,分次回填道砟颗粒会导致道砟分层,出现非均匀分布现象。为了解道砟非均匀分布对道床力学特性的影响,基于离散单元法基本原理,生成有砟道床仿真模型,模拟道砟均匀分布、“上大下小”分层分布、“上小下大”分层分布等3种道床工况,分析3种道床工况在捣固作业和稳定作业中的力学特性变化。结果表明:道砟非均匀分布对道床力学特性产生影响,其中道床密实度特性受道砟分布状态影响较小,而道床垂向刚度和横向阻力特性则受道砟分布状态影响较大。在捣固作业中,道砟“上小下大”分层分布最有利于道床垂向刚度提升。在稳定作业中,道砟“上大下小”分层分布最有利于道床横向阻力提升。道砟颗粒流动则是使得道床垂向刚度和横向阻力提升的重要因素。

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    • 基于轮轨定位数据的有轨电车区间驾驶特征分析

      2024, 52(3):416-426. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22337

      摘要 (27) HTML (7) PDF 2.09 M (129) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析人工驾驶条件下有轨电车区间速度及可靠性特征,基于轮轨定位数据,计算有轨电车在加速段、巡航段、制动段和交叉口的运行特征指标,分析人工驾驶决策对各指标的影响机制;并建立区间运行速度的多因素回归分析模型及概率分布模型。结果表明:由于人工驾驶的模糊控制特点,司机无法实现充分加减速;终点速度和制动系数对区间运行速度贡献度总占比达57%,是驾驶行为优化的重点;区间运行速度呈高斯混合分布(Gaussian Mixture Model, GMM),对常见绿波带宽有较高的偏出率,是造成线路时间可靠性低的重要原因。

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    • >环境科学与工程
    • 厨余垃圾厌氧发酵制备乙酸技术及应用进展

      2024, 52(3):427-436. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.23043

      摘要 (28) HTML (14) PDF 836.74 K (164) 评论 (0) 收藏

      摘要:我国垃圾分类全面实施后厨余垃圾产量骤增,目前采用主流的厌氧消化工艺因沼气利用率低、产品附加值低、沼液处理成本高等问题导致项目经济效益不佳,厨余垃级资源化利用技术亟需升级。有机物厌氧发酵制备的有机酸工业用途广泛,其中乙酸是医药、化工等行业的基础原料或者重要中间体,近年来由于能源危机、原材料稀缺以及环境问题促使生物基乙酸需求量日益增加,厨余垃圾发酵制备乙酸为有机固废高值化利用和能源绿色低碳转型提供新出路。通过梳理厨余垃圾厌氧发酵产乙酸过程及其生物代谢机制,阐述不同参数条件对乙酸产量的影响,分析探索提高乙酸产量的方法,为厨余垃圾厌氧产乙酸实际工程应用推广提供参考。

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    • 电场条件下高盐溶液蒸发的分子动力学模拟

      2024, 52(3):437-445. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22257

      摘要 (18) HTML (17) PDF 2.18 M (136) 评论 (0) 收藏

      摘要:已有研究表明,外加电场能显著改变纯水蒸发过程和蒸发速率。为了探究外加电场对高盐溶液微观结构和蒸发性质的影响,采用分子动力学模拟方法对纯水和LiCl、KCl和CaCl23种盐溶液在平行液面(x方向)和垂直液面方向(z方向)上布置外加电场来观察其蒸发过程。模拟计算分析了电场对蒸发速率、水分子取向、氢键以及水合离子的影响,并且观察比较了电场下不同离子在溶液中的运动。结果显示,与纯水相反,平行液面的电场能显著提高盐溶液中自由水分子的占比,当平行液面电场强度从0变为0.3 v·nm-1时,LiCl、KCl和CaCl2溶液中用于评价蒸发的自由水分子占比分别增加了48%,38%和56%,高盐溶液蒸发速率得到有效提高。

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    • 基于纸基微流控的荧光技术在环境检测中的应用

      2024, 52(3):446-453. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22263

      摘要 (26) HTML (6) PDF 1.59 M (147) 评论 (0) 收藏

      摘要:微流控纸基分析器件(microfluidic paper-based analysis device, μ-PADs)凭借成本低廉、绿色环保的优点,在环境检测与分析化学等领域得到广泛的关注。基于纸基微流控的荧光检测技术灵敏度高、易于操作,在现场快速检测方面具有独特的优势,近年来国内外研究者在这一领域的探索日益深入。介绍了μ-PADs的制作方法,探讨了荧光传导机制,并对基于μ-PADs的荧光检测技术在环境污染物检测的研究现状和应用潜力进行了分析总结,同时对其未来发展方向进行了展望。

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    • >机械、车辆与能源工程
    • 贫数据中基于模型自训练的空气处理设备故障诊断

      2024, 52(3):454-461. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22214

      摘要 (32) HTML (13) PDF 1.45 M (120) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对空气处理设备(AHU)故障贫数据,基于深度置信网络(DBN)模型对4种特征选择算法进行对比研究,结果表明最大相关最小冗余算法的特征子集在诊断准确率及子集元素稳定性上表现最优。提出将DBN 嵌入自训练框架的故障诊断模型,发现DBN自训练的诊断准确率较单纯DBN最高可提升19.5%。提出均匀抽样及按比例抽样2种自训练伪标签抽样策略,二者的诊断准确率均随抽样数减小而增大,在不同抽样数中的最大差异为3.42%;在所有贫数据样本中,均匀抽样策略始终优于按比例抽样,诊断准确率最大相差1.39%,表明在故障标签匮乏时,采用均匀抽样策略及较小的抽样数有利于提升DBN自训练的诊断性能。

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    • 面向周期性工业时序数据的流式清洗系统

      2024, 52(3):462-471. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22219

      摘要 (18) HTML (5) PDF 2.18 M (142) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了高效清洗具有时序性、周期性等特点的工业数据,首先利用分布式组件设计了一套流式清洗系统,系统以Mosquitto作为采集数据的汇集中心,以Flume为连接组件,以Kafka为缓冲组件,对接数据清洗组件,使系统具有高吞吐、大缓冲等优势。然后基于速度约束模型,设计了一种周期性数据清洗算法,综合工业数据的时序性、周期性、物理意义等特性,在原有速度约束算法基础上增加周期性检测和数据切片机制,以解决速度约束算法处理周期性数据的失真问题,提高可用度。最后文中以盾构掘进数据集为样本,验证了系统和算法的有效性,以及改进算法的适用性。

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    • 基于气动方程的列车管路充排气数学模型

      2024, 52(3):472-479. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22439

      摘要 (35) HTML (8) PDF 935.06 K (154) 评论 (0) 收藏

      摘要:智能化制动试验系统的核心是建立不同编组列车首车制动压力控制模型。从气动力学方程入手,建立了不同编组列车首车列车管充排气特性数学模型,该模型考虑了编组列车除首车之外的其余车辆充排气特性对首车列车管气压变化的影响。提出通过对制动阀有效截面积的设计计算,并带入所建立的数学模型中进行仿真试验,从而对研制新制动阀以及改进或检修制动阀提供理论基础与技术指导。利用列车制动试验台得到的试验数据与仿真结果进行对比分析,验证模型的准确性,并预测了更长编组列车首车列车管的初充气及常用制动时的气压数据。

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    • 基于个人舒适系统杭州住宅冬季热舒适与能耗

      2024, 52(3):480-488. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.22223

      摘要 (24) HTML (8) PDF 2.57 M (143) 评论 (0) 收藏

      摘要:为揭示该地区个人舒适系统(PCS)作用下的居民冬季热舒适特征和供暖能耗需求,以杭州市为对象,采用问卷调研和入户现场实测的方式得出冬季住宅开窗、遮阳、使用空调和PCS等典型热环境组合调节模式以及典型供暖模式和居民活动状态组合下的热舒适特征;在此基础上模拟得到冬季室内热舒适和供暖能耗特征。结果表明,冬季“无设备+静坐”、“空调+静坐”、“PCS+静坐”、“无设备+家务劳动”、“空调+家务劳动”、“PCS+家务劳动”等6种工况下的冬季中性温度分别是17.3、18.8、16.4、15.7、15.7、13.9℃,舒适温度区间分别是14.3~20.3℃、17.1~20.5℃、14.4~18.4℃、13.7~17.8℃、13.3~18.1℃、11.0~16.9℃。冬季室内热舒适水平受热环境调节模式影响较大,客厅在室舒适时间占比在43.74%~80.21%之间,卧室在室舒适时间占比均为70%以上。使用空调与PCS供暖时,典型建筑在冬初冬末的供暖能耗强度是1.28 kWh·m-2,在严冬的供暖能耗强度是13.06 kWh·m-2

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