西南交通大学学报

2020-01期目录

2020, 55(1)

摘要(332)

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PDF 346KB(24)

摘要:

风电系统全生命周期可视化智能管理平台关键技术

朱庆, 曾浩炜, 谢潇, 张叶廷, 蒋捷

2020, 55(1): 1-8. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180721

摘要(695)

HTML全文 (344)

PDF 12306KB(52)

摘要:
长期以来，风电场各部门都是分散建立管理系统，数据共享能力差，智能化自动化水平低，难以满足风电系统全空间全信息综合高效管理的需求. 针对该问题，在充分分析风电系统相关的场景数据、风电设施、以及各部门业务的关系特点的基础上，研究了风电系统全生命周期不同阶段不同类型的时空数据共享、多部门多业务协同、可视化智能管理关键技术，设计开发了基于三维GIS （geographic information system）的全生命周期风电系统可视化智能管理平台，包括实景数据管理、规划设计管理、动态施工监管和智慧运维管理等功能模块，贯穿风电系统工程全生命周期各个专业应用领域，为风电系统工程协同智能规划、建设和运维提供实时高效的决策支持，并以典型风电场为例进行了应用验证.

基于变频控制策略的同相供电装置可靠性优化方法

陈民武, 田航, 宋雅琳, 陈玲

2020, 55(1): 9-17. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180668

摘要(603)

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PDF 1495KB(23)

摘要:
同相供电技术能有效解决牵引供电系统普遍存在的过分相问题和电能质量问题. 为了保障同相供电系统的安全可靠运行，作为系统的核心设备，同相供电装置的可靠性优化研究至关重要. 针对同相供电装置特殊的变流器拓扑结构，建立可靠性评估模型，分析了牵引负荷特性及主要电气参数对装置可靠性的影响机理；建立以功率模块失效率最低为目标的变频控制优化模型，采用遗传-粒子群混合算法，得到了最优变频控制策略. 研究表明：改变不同负荷区段内变流器的开关频率，可以有效降低功率元件失效率. 最后以山西中南部铁路应用的工程样机为例，基于实测数据和对比分析，表明在变频控制策略下，装置寿命可增加20.90%，可靠度增长率最大可达到54.17%，证明了变频控制策略可以有效提高装置可靠性.

多尺度稀疏电能质量扰动识别方法

朱云芳, 吴志宇, 高岩, 侯怡爽, 刘正杰

2020, 55(1): 18-26. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180606

摘要(564)

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PDF 1071KB(14)

摘要:
针对传统电能质量扰动识别中存在数据量大、扰动特征依赖主观选择的问题，提出一种多尺度稀疏电能质量扰动深度识别方法. 首先，构建电能质量的多尺度稀疏模型，通过对扰动信号平稳小波多尺度变换获得扰动的低高频信息；然后，对其压缩采样获得降维的测量数据，并在此基础之上，应用正交匹配追踪算法求取各层稀疏系数组成稀疏向量，将稀疏向量输入深度置信网络，实现扰动的智能识别；同时，为进一步提高网络识别的准确性，采用交叉熵算法完成对网络隐含层数、学习率等参数寻优；最后，为验证所述方法的有效性，针对几类典型的单一扰动和复合扰动信号进行大量仿真试验. 结果表明：在理想环境和噪声环境下，针对七类典型单一扰动，平均识别率达到99.0%和96.71%以上；针对13类多重扰动，平均识别到达97.69%和94.62%以上.

基于改进聚类方式的牵引负荷分类方法

张丽艳, 陈映月, 韩正庆

2020, 55(1): 27-33, 40. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180513

摘要(564)

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PDF 803KB(10)

摘要:
为得到更为准确的牵引负荷分类结果，基于大量的牵引负荷实测数据，提出了一种改进后的自适应模糊C均值聚类方法. 该方法能够自动获取最佳聚类数，以馈线电流带电有效系数、最大值、平均值、95%值以及1～5阶样本矩作为聚类指标对实测牵引负荷进行聚类；然后采用非参数核密度估计方法对牵引负荷概率密度函数进行拟合，得到了每一类馈线电流概率分布模型. 结果表明：聚为一类的牵引负荷特征参数相近、概率分布相似.

网络虚拟化仿真软件综述

王颖舒, 王旭, 左宇, 刘晴, 张娟娟, 袁舒, 于富财

2020, 55(1): 34-40. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190556

摘要(669)

HTML全文 (329)

PDF 576KB(44)

摘要:
网络虚拟化模拟软件是网络虚拟化和虚拟化软件两种概念的集合体，通过虚拟化技术在主机上实现了网络设备的虚拟化，帮助用户自定义地构建与配置网络拓扑，是网络工程师学习培训以及学术研究者进行实验验证的重要辅助工具. 为帮助读者针对需求选择合适的网络虚拟仿真软件，在归纳整理了有关研究文献的基础上，以软件架构与技术演化为脉络，系统地介绍了网络虚拟化软件的诞生和发展历程，以及国内外学者对网络虚拟化仿真软件的研究现状，介绍了不同时期具有代表性的网络虚拟化仿真软件，如GNS3 （graphical network simulator 3），EVE-NG （emulated virtual environment-next generation）等，阐述了这些软件的功能、性能、特点以及适用范围等. 最后展望了在技术与需求不断发展的未来，网络虚拟化模拟软件将具有兼容性、交互性和智能化的特点，并将在各个行业得到应用.

基于SARIMA模型的广珠城际铁路客流量预测

李洁, 彭其渊, 杨宇翔

2020, 55(1): 41-51. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180617

摘要(699)

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PDF 1445KB(58)

摘要:
为实现铁路车站发送客流量的短期预测，研究预测步长对短期客流预测效果的影响，分析了广珠城际铁路车站发送客流的特征和变化规律，结合客流特征及季节性差分自回归滑动平均模型（seasonal autoregressive integrated moving average，SARIMA）的适用性，构建了SARIMA客流预测模型，利用Python软件中的Statsmodels模块完成了SARIMA客流模型的精细化调参，以广州南站、小榄站的发送客流量为例验证了模型的有效性. 结果表明，SARIMA预测模型可以较好地适用于不同数量等级的客流预测，其预测精度随预测步长的增加而降低. 预测步长为1时，广州南站、小榄站、珠海站客流预测平均绝对百分比误差（mean absolute percentage error，MAPE）值分别为3.97%，5.83%，5.43%；预测步长增加为2时，各车站客流预测误差显著增加，广州南站、小榄站、珠海站客流预测误差MAPE值分别为5.31%，6.79%，7.62%；预测步长大于2时，预测误差基本保持稳定. 将SARIMA模型预测效果与随机森林（random forest， RF）、支持向量机（support vector machine， SVM）、梯度提升算法（gradient boosting， GB）、K最近邻算法（K-nearest neighbor， KNN）模型或方法的预测效果进行对比，预测步长为1时，SARIMA模型预测效果略优于其余4种模型，5种预测模型预测精度差距较小；预测步长大于1时，RF、SVM、GB、KNN模型预测误差随预测步长显著增加，预测误差为SARIMA模型的数倍. SARIMA模型在客流时间序列的多步预测方面具有较大的优势.

硬岩掘进机液压阀块设计方法

张怀亮, 赵丽娜, 周井行

2020, 55(1): 52-59. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180072

摘要(522)

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PDF 1429KB(13)

摘要:
为了改善基础振动下液压阀块流道流通品质，基于有限元原理建立了基础振动下流道的仿真模型并验证了仿真模型的正确性；分析了基础振动下不同流道的布局方式，工艺孔结构参数，进出口流道长度对流道压降特性的影响；提出了基础振动下液压阀块的设计流程. 研究结果表明：基础振动下U型流道压降特性最好，Z型流道最差；U型流道工艺孔长度越短，流道压降平均值和压降波动越小；Z型流道工艺孔长度为3.5倍工艺孔直径，V型流道的工艺孔长度为3倍工艺孔直径时，流道压降平均值和压降波动较小；工艺孔直径略大于进出口流道直径时，有利于减小基础振动的影响；出口流道的长度在3倍出口流道直径以上时，有利于避免流道出口处于转弯后流场的恢复区. 新的设计方法能够有效减小阀块内流体压降大小，提高压力稳定性.

基于平板标定工具的机器人工具中心点标定方法

韩奉林, 李鹏, 谭冬和, 李单, 邵冬世, 严宏志

2020, 55(1): 60-67. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180807

摘要(662)

HTML全文 (267)

PDF 986KB(40)

摘要:
为在工业现场便捷、准确地获取工具中心点（tool center point，TCP）参数，降低机器人末端工具的定位误差，提出了一种基于平板标定工具的机器人TCP标定方法. 利用机器人TCP与平板多次触碰所形成的空间触点应共面的约束条件，建立了机器人TCP参数标定模型；针对TCP名义参数未知和已知的情况，分别提出了基于粒子群算法的TCP直接求解和线性化的偏差求解算法. 通过数值仿真和标定试验验证所提出方法的可行性和准确性，结果表明：TCP直接求解和偏差求解算法求解的结果与传统四点标定法相比，误差分别在0.5 mm和1.0 mm以内.

锂离子电池温升特性分析及液冷结构设计

盘朝奉, 刘兵, 陈龙, 何志刚, 韩超

2020, 55(1): 68-75. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180241

摘要(658)

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PDF 1821KB(22)

摘要:
针对电动汽车动力电池的温升发热导致温度分布不均及过热现象，根据电池的热物性参数及不同环境温度下的内阻，建立电池包生热分析模型；测试采集并拟合电动汽车的母线电流，通过仿真分析得到不同车速下电动汽车电池包的温升情况；进行典型城市工况实车试验，测取不同车速下电池包内温度测点的温升数据并拟合成温升曲线，通过仿真与试验结果对比，验证所建立的热分析模型的准确性；在此基础上，设计双进双出的液冷散热管道结构方案，分析在1C放电倍率下该液冷散热方案的散热效果. 研究结果表明：锂电池在高温（50 ℃）下，内阻仅为13.9 mΩ，而在低温（−30 ℃）时，内阻却达到了21.5 mΩ；电动汽车在新欧洲行驶工况（NEDC工况）和匀速工况（40、50、60、70 km/h）下的最高温升分别为1.8、2.6、3.6、5.3、8.0 ℃；所设计的U型结构液冷管道可以有效地降低电池包温升，提高电池包的温度均匀度.

多物理域耦合求解的轮毂电机温度场

张河山, 徐进, 邓兆祥, 姜艳军

2020, 55(1): 76-83, 91. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170263

摘要(639)

HTML全文 (269)

PDF 1406KB(26)

摘要:
为研究温度变化对电动汽车用轮毂电机的工作性能和使用寿命的影响，采用场路耦合法将轮毂电机有限元模型与外电路联合求解，建立了包含轮毂电机本体、外部驱动控制电路的联合仿真模型，充分考虑了外部激励中时间谐波电流对磁场的影响. 然后，将计算得到的绕组铜耗、定子铁芯损耗、永磁体涡流损耗以及杂散损耗等作为热源，采用磁热耦合法将其耦合到各部件进行瞬态温度场研究，综合考虑了电机工作过程中其损耗分布在时间和空间位置上的瞬态变化特性，热源损耗与温度场实时精确耦合. 详细研究了负载运行时轮毂电机各部件温度随时间的变化情况，以及温度的空间分布特性. 多物理域耦合法实现了电磁场与外电路的直接耦合，电磁场与温度场的顺序耦合. 最后，对轮毂电机进行台架试验. 研究结果表明：仿真计算结果与试验结果在额定工况下温度的最大误差为4.96%，峰值工况下最大误差为10.55%.

滚动方向对CL60车轮材料接触疲劳损伤的影响

胡月, 李群, 刘启跃, 郭俊, 王文健

2020, 55(1): 84-91. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180073

摘要(536)

HTML全文 (243)

PDF 1747KB(17)

摘要:
为研究车轮滚动方向对车轮材料接触疲劳损伤的影响机制，利用WR-1滚动磨损试验机进行了车轮单向和双向运行滚滑磨损试验，使用光镜和扫描电镜分析了试验后车轮试样的表面磨损形貌、剖面疲劳裂纹形貌及磨屑尺寸，探究了换向运行工况下车轮表面损伤、裂纹扩展、磨屑尺寸随反向循环次数的演变规律. 研究结果表明：车轮表面损伤以起皮剥落为主，反向循环次数从1万次增加到12万次时，初始剥落逐渐消失，继而形成与原滚动方向相反的新剥落，相同循环次数下改变车轮滚动方向有利于减轻车轮材料疲劳损伤；车轮换向改变了表面微裂纹的扩展方向，形成4°～8° 的反向疲劳裂纹，并出现了裂纹扭曲和分支现象；单向滚动时，随循环次数增加，磨屑尺寸先增大后减小，反向后磨屑厚度先增大后减小，反向1万次时，磨屑厚度增大到10～12 μm，为单向时的两倍.

钢桥面板纵肋与横隔板焊接细节疲劳开裂的加固研究

张清华, 金通, 李俊, 卜一之

2020, 55(1): 92-99. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170744

摘要(577)

HTML全文 (314)

PDF 1493KB(17)

摘要:
为研究钢桥面板疲劳开裂部位栓接角钢的加固方法，采用足尺模型试验对纵肋与横隔板焊接细节疲劳裂纹的加固效果进行研究，采用ANSYS建立了含有疲劳裂纹的有限元模型，并基于断裂力学理论对比研究疲劳裂纹不同长度条件下的加固效果. 研究结果表明：纵肋与横隔板焊接细节的疲劳裂纹起裂于焊趾并沿纵肋腹板扩展，采用栓接角钢加固后可以使开裂部位关键测点的主拉应力和裂尖各测点的应变分别降低56%和80%，能够有效抑制疲劳裂纹的扩展；栓接角钢加固后裂尖的应力强度因子幅值最少降低80%，裂纹扩展速率显著降低；对贯穿纵肋腹板前不同长度的疲劳裂纹进行加固，裂尖应力强度因子幅值均降低60%～90%，但随着疲劳裂纹长度的增加，栓接角钢的加固方法对裂纹扩展的抑制效果不断降低，加固时机的合理选取是影响加固效果的关键因素之一.

高铁简支梁桥横向地震碰撞效应及减震研究

杨孟刚, 孟栋梁, 卫康华, 乔建东

2020, 55(1): 100-108. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180277

摘要(576)

HTML全文 (317)

PDF 1426KB(26)

摘要:
为了研究高铁简支梁桥横向地震碰撞效应及减隔震装置的减碰效果，以7跨32 m标准跨径简支梁桥为例，通过试验测定挡块的实际力-变形曲线，并基于SAP2000建立了考虑地震碰撞效应的有限元模型.在此基础之上，分析了轨道系统、挡块-垫石初始间距及挡块钢板厚度对桥梁地震响应的影响，并进一步探讨了橡胶垫层、铅芯橡胶支座（LRB）、摩擦摆支座（FPB）、高阻尼橡胶支座（HDR）及液体粘滞阻尼器的减碰效果. 研究结果表明：轨道系统的约束作用会显著改变各桥跨之间的地震力分配；在所考虑的最大地震激励下，碰撞力峰值达2.18 MN，挡块的非线性效应显著；对于本文算例而言，挡块-垫石间距设为3 cm，挡块钢板厚度取32 mm是一个较为合理的配置；减隔震装置能够有效地改善桥梁结构抗震性能，且其防碰减震效果受地震波频谱特性及自身作用机理的影响，其中，FPB支座具有较强的适用性，且安装FPB支座后各桥跨之间的地震力分配更加均匀.

基于小波变换分析箱梁振动噪声的时频特性

张迅, 赵宇, 阮灵辉, 刘蕊, 李小珍

2020, 55(1): 109-117. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170768

摘要(585)

HTML全文 (272)

PDF 5469KB(15)

摘要:
为探讨列车激励引起箱梁振动噪声的时频特性，以32 m混凝土简支箱梁为例，现场实测箱梁各板件的振动和近场噪声，并采用小波变换结合MLP （modified Littlewood-Paley）小波基的方法进行信号处理. 引入小波脊线和小波能量比两个指标对信号的时频特性进行定量分析，在此基础上，探讨了行车速度和行车方向的影响规律. 研究结果表明：相比Morlet小波和Mexihat小波，MLP小波更清晰地刻画箱梁振动噪声在时-频两域的局部集中特性；箱梁噪声比振动的频变程度要小，且前者的小波能量在频域上更为集中；翼板振动和腹板振动的频变特性分别对行车速度和行车方向敏感；45～60 Hz范围是箱梁噪声控制的关键频率范围.

在役桥梁挡块基于保险丝理念的改造方法

徐略勤, 王龙, 李建中, 李钟雄

2020, 55(1): 118-125, 143. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180425

摘要(641)

HTML全文 (268)

PDF 1631KB(20)

摘要:
因在役桥梁的抗震挡块在构造和配筋上缺乏规范的指导而限位效果低下，基于保险丝理念，通过改造挡块提高在役桥梁抵抗地震破坏的潜能. 首先通过拟静力试验，验证了经特定构造和配筋处理的挡块可满足保险丝理念的要求；然后，结合试验，根据滑移剪切机理建立了改造挡块的强度计算公式，并由此提出了改造挡块的具体实施细节和流程；最后，通过实桥模拟，对比分析了改造挡块的限位和传力效果. 研究结果表明：改造挡块发生大位移延性滑移剪切破坏，不会对盖梁/台帽造成损伤；改造挡块在不同设计参数下仍可采用统一的强度计算公式进行分析，计算误差普遍低于10%，大部分低于5%；实桥分析显示在E1和E2地震作用下改造挡块可使梁端侧移分别降低13.5%和22.0%，支座横向变形分别降低83.1%和45.8%；改造挡块在E1地震下处于完全弹性状态，在E2地震下处于强度退化状态，发挥了结构保险丝的作用.

大跨度斜拉桥地震易损性及可恢复性分析

武芳文, 孟园英, 陈月, 纪全有, 杨源源, 吴志达

2020, 55(1): 126-133. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180449

摘要(611)

HTML全文 (270)

PDF 1067KB(25)

摘要:
为了研究地震作用下斜拉桥主塔的抗震能力，评估其抗震可恢复性，以一座独柱式大跨径混凝土斜拉桥为例，采用SAP2000有限元分析程序建立结构动力计算模型，通过增量动力分析法（IDA）分析结构的横向地震响应；选用X-TRACT软件对主塔划分的各关键截面进行了弯矩-曲率分析和损伤标定，对IDA分析的数据进行处理，拟合得到了主塔各关键截面的地震易损性曲线，确定主塔容易损伤部位及演变规律；基于可恢复性的理念开展结构的抗震可恢复性分析. 研究结果表明：在横向地震作用下，主塔底部截面是所选截面中最容易损坏的部位；在地震动强度0.150g和0.271g作用后，自身的抗震能力由80.6%降到46.7%，随着地震动强度的增大，抗震储备能力不断降低.

桥梁墩柱三维绕流特性精细化研究

杨万理, 吴承伟, 朱权龙, 王广俊

2020, 55(1): 134-143. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180335

摘要(616)

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PDF 1898KB(28)

摘要:
为了深入研究桥梁墩柱水流力的特点及产生机理，对典型桥墩模型考虑自由液面影响时的三维绕流展开了精细化研究. 采用ANSYS FLUENT 作为数值模拟工具，研究了整个墩柱阻力和升力特点，并将墩柱模型从柱底到柱顶划分为5个分段，对比了各个分段阻力、升力特点及沿着水深的变化规律，进一步分析了自由液面、底部边界对漩涡结构的影响，阐述了流场三维特性与墩柱水流力之间的关系. 研究结果表明：墩柱水流力沿着水深是非一致分布的，墩柱分为5段（c1～c5），其中c1～c4分段阻力均值与圆柱整体受力的比值分别约为25%、30%、25%、20%，c5分段处于空气中受力贡献近似为0；另外阻力振幅、升力振幅中下部较大，而底部、中上部、液面处较小；漩涡交替脱落导致墩柱左右两侧自由液面交替起伏，自由液面对漩涡产生抑制作用，自由液面处产生多个尺度不同的漩涡，这与液面下仅有两个交替脱落的漩涡是不同的；墩柱中下部漩涡脱落比其余位置有所滞后，导致柱体不同分段处升力有明显的相位差；墩柱升力振幅与阻力均值分别为5.511 N和3.695 N，相差不大，升力引起的桥墩或桥梁的振动不可忽视.

缓和曲线正交拟合的Levenberg-Marquardt算法

宋占峰, 王健, 李军

2020, 55(1): 144-149. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190130

摘要(995)

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PDF 1202KB(24)

摘要:
为了由测量点识别既有线路中的缓和曲线参数，研究了基于参数方程的缓和曲线正交拟合迭代优化方法. 首先，通过特征值分析，阐明了由于病态性的存在，在迭代过程中，常规的Gauss-Newton （GN）算法会发散. 其次，提出了双目标优化模型，将GN算法与最速下降法结合，确定了正交拟合缓和曲线的Levenberg-Marquardt （LM）算法. 同时提出了在寻优过程中，评估当前迭代位置距离最优位置的远近来动态设置LM参数. 最后以一段缓和曲线的实测点为例，随机取样了5 000例初值，采用蒙特卡罗方法对比了GN算法和LM算法拟合缓合曲线的性能. 试验结果表明：GN算法拟合缓合曲线不收敛；对于不同的初始值，LM算法都收敛到相同的最优值，体现了LM算法具有良好的稳健性；LM算法的迭代次数最少为5次，最大为50次，平均为16.8次，迭代次数和初值与最优值位置的远近相关.

基于比值更新的索穹顶结构找力分析方法

姜正荣, 刘小伟, 石开荣, 林全攀

2020, 55(1): 150-157. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180201

摘要(508)

HTML全文 (275)

PDF 821KB(13)

摘要:
为了快速高效求解索穹顶结构的预应力分布，提出了一种基于比值更新的找力新方法. 以不断更新的索预应力比值来分配拉索预应力，以索力和位形作为收敛控制参数，迭代得到满足精度要求的预应力分布. 基于此，首先对索穹顶结构进行了不考虑重力影响的找力分析，验证了该方法的正确性；其次当考虑重力影响且每个索段划分为多个单元时，可引入沿索长的索水平分力这一不变量，将索力的比值替换为索水平分力的比值. 结果表明：基于比值更新的找力分析方法计算速度快，位形偏差小，精度高；考虑重力影响的找力分析结果与不考虑重力影响相差较大（最大为19.34%），索穹顶结构的找力分析宜考虑重力的影响；将每个索段划分为单个单元和多个单元的找力分析结果相差甚微（最大仅0.05%），当索预应力较大且索长较短时，可将每个索段划分为单个单元以简化求解预应力分布.

复杂多层隔震结构近场地震动位移响应特征分析

方登甲, 杜永峰, 刘成清, 邓佑毅

2020, 55(1): 158-166, 192. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181038

摘要(718)

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PDF 2020KB(16)

摘要:
为了研究近场地震动特征参数对超长复杂基础隔震结构地震位移响应的影响特征. 首先，分析了128条近场地震动特征参数之间的相关性；接着，对超长复杂基础隔震结构输入地震动，分析脉冲型地震动和非脉冲型地震动的特征参数与结构位移响应之间的相关程度及变化特征. 结果表明：隔震结构的长周期值因接近速度谱中速度敏感性区域而远离加速度谱中加速度敏感性区域，使得结构位移响应与地面峰值速度（peak ground velocity，PGV）的相关程度大于与地面峰值加速度（peak ground acceleration，PGA）的相关程度；地面峰值位移（peak ground displacement，PGD）、输入能对较低楼层的层间位移影响程度大于较高楼层层间位移的影响程度，而PGV和PGA对较低楼层的层间位移大小影响程度小于较高楼层层间位移的影响程度；其他特征参数（除输入能和PGV之外）与基础隔震结构层间位移响应的相关程度大小，同该特征参数与地震动特征参数输入能（或PGV）的相关水平程度相一致；除此之外，近场地震作用下，结构端部及边角位置支座相对中心位置支座位移明显偏大，脉冲型地震动对结构层间位移和隔震层位移分别放大56.59%、58.33%，且对较低楼层的层间位移放大作用更加明显.

轴压作用下CFRP加固圆钢管短柱的静力承载力分析

邵永波, 朱红梅, 杨冬平

2020, 55(1): 167-174. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180527

摘要(528)

HTML全文 (242)

PDF 1463KB(9)

摘要:
为了研究轴压作用下碳纤维增强复合材料（carbon fibre-reinforced polymer，CFRP）加固圆形空心截面（circular hollow section，CHS）钢管短柱的极限承载力，对轴压作用下CFRP加固CHS钢管短柱进行了理论和数值分析. 理论分析中，利用等效截面法推导了两种不同粘贴方式（全环向粘贴以及环向和纵向交替粘贴）的CFRP加固圆钢管短柱在轴压作用下静力承载力的理论计算公式；数值分析中，将特征值屈曲与Riks法相结合建立了轴压作用下CFRP加固圆钢管短柱的非线性有限元分析模型. 对该模型中的环向和纵向CFRP进行应力分析后发现，环向CFRP处于拉伸状态，约束钢管的径向变形；纵向CFRP会承担轴压荷载中的部分压力，限制钢管的变形. 最后，将所建立的有限元分析模型结果和所推导的理论公式结果与已有文献的试验结果进行对比，发现三者之间的最大误差不超过2%，验证了建立的有限元模型和所推导的理论公式分析结果的准确性.

湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯性能

江胜华, 姚国文, 刘超越, 刘晓春

2020, 55(1): 175-183. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170893

摘要(589)

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摘要:
为研究湿热环境下碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土结构的耐久性问题，采用6根湿热环境下CFRP加固的钢筋混凝土梁进行抗弯性能试验，研究在湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土梁的破坏形态、承载力、挠度和裂缝等；根据环氧树脂老化的化学反应微分方程和反应速度的指数定律，给出环氧树脂胶层弹性模量的衰减模型；从混凝土和环氧树脂胶层的力学性能出发，提出湿热环境下CFRP加固钢筋混凝土结构后CFRP剥离时的强度计算公式，推导湿热环境作用下CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算公式. 研究结果表明：随着湿热环境作用时间的增加，加固梁的抗弯承载力逐渐减小，CFRP剥离破坏由混凝土控制逐渐转换为由环氧树脂胶层控制；随着湿热环境作用的持续，混凝土裂缝数量减小、裂缝宽度增加但挠度减小，加固梁的损伤增大且脆性增加；加固梁的屈服曲率、极限曲率和曲率延性系数均减小，加固梁的延性变差且CFRP剥离破坏时的脆性和离散性增强；试验与理论计算的对比表明，在湿热环境作用下加固梁发生CFRP剥离破坏时，CFRP极限应变的理论值与试验值误差在20%以内，抗弯承载力的理论值与试验值误差在11%以内.

高恢复性钢筋混凝土圆柱的抗震试验研究

刘志华, 赵华, 孙玉平, 赵世春, 赵军

2020, 55(1): 184-192. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180451

摘要(553)

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摘要:
为了使钢筋混凝土圆柱在遭遇超过现行规范设定水准的巨大地震时仍能保持正刚性且残余变形足够小，提出了采用高强低粘结的无预应力钢绞线作为柱纵筋的办法. 为了验证这种方法的有效性，进行了4根钢筋混凝土圆柱的常轴压低周水平往复试验，其中3根采用钢绞线纵筋，1根采用普通钢筋作纵筋，研究了剪跨比和塑性铰区横向约束方式对钢绞线混凝土柱抗震性能的影响. 试验结果表明：剪跨比为3和4的配置钢绞线为纵筋的钢筋混凝土圆柱位移角达6%时，仍保持正刚性，且残余位移角在2%以内；和普通钢筋混凝土圆柱相比，当位移角为6%时，钢绞线混凝土圆柱的侧向承载力提高了90%，残余变形降低了73%；在柱的塑性铰区（1.5D，D为截面直径）采用螺栓连接的钢板进行横向约束可将柱的侧向承载力进一步提高15%，残余变形进一步降低21%；由于钢绞线存在明显的粘结-滑移效应，基于平截面假定的分析方法不适用于采用钢绞线的钢筋混凝土柱侧向承载力的评估.

垮塌区Navier-Stokes幂律型浆体的有效扩散范围

文磊, 罗周全, 秦亚光, 汪伟, 郑开欢

2020, 55(1): 193-201. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180331

摘要(489)

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摘要:
为了研究注浆过程水泥浆体在破碎岩体中的扩散范围和压力分布状态，以Navier-Stokes方程为理论基础，在COMSOL平台上建立单裂隙模型，模拟浆体在不规则的单一裂隙面上的流动特征. 在此基础上，建立破碎岩体的平面裂隙模型，同时设置不同的贯通系数，模拟浆体在破碎岩体中的扩散规律. 研究结果表明：当模型中裂隙贯通系数较低时（0.1～0.5），浆体有效扩散范围较小，约为1.5～4.1 m，扩散范围随着压差的增加呈非线性的增加，但是增加率快速降低接近0；当模型中裂隙贯通系数较大时（0.5～1.0），浆体的有效扩散范围显著增加，约为4.1～6.2 m，随着压差的增加也呈非线性增加，增加率呈降低的趋势；当模型中裂隙贯通系数为1.0时，即破碎的岩体中裂隙面全部连通状态，浆体扩散距离随着压差的增加近似呈线性增加，最大扩散距离约为6.2 m. 同时在注浆孔外围6 m处取芯结果能明显观察到浆体固结的破碎岩块，这与模型计算结果一致.

悬索桥隧道锚原位缩尺模型蠕变试验研究

文丽娜, 程谦恭, 程强, 郭喜峰

2020, 55(1): 202-209. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181013

摘要(541)

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摘要:
为获取雅康高速泸定大渡河特大悬索桥实桥隧道锚蠕变变形规律，根据相似理论，开展隧道锚1∶10原位缩尺模型蠕变试验；利用气液式加载系统进行模型锚分级加载试验，分析模型锚、围岩和界面错动在1.00P （P为缩尺模型单根设计拉力）、3.50P、7.00P荷载下的蠕变全过程规律；采用FLAC^3D进行锚碇与围岩体蠕变的三维黏弹塑性仿真分析，进行模拟值与实测值对比分析. 试验结果表明：在1.00P、3.50P、7.00P荷载作用下，锚体最大蠕变量分别为0.62、0.97、1.58 mm，围岩最大蠕变量分别为0.49、0.85、1.38 mm，锚体与围岩错动最大蠕变量分别为0.15、0.64、1.43 mm；锚碇和围岩实测蠕变变形量与计算值在量值上相当，蠕变趋势基本相同；雅康高速特大悬索桥隧道锚和围岩在各级荷载作用下属于稳定型蠕变，正常设计荷载下，锚碇蠕变不会影响悬索桥的长期稳定性.

施工隧道负离子除尘效率的主要影响因素

徐世强, 王明山, 李杰, 胡耀洲, 任洪远

2020, 55(1): 210-217. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180367

摘要(567)

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摘要:
为研究施工隧道内粉尘颗粒粒径、颗粒浓度、通风风速和负离子系统工作电压、纵向安装位置对负离子系统粉尘降除效率的影响，依据调研和实测选取隧道计算参数，建立隧道及负离子系统三维模型，采用RNG k-ε双方程湍流模型，并通过动量方程附加电场力源项的方法求解电流场，利用拉格朗日法求解粉尘颗粒的运动轨迹，用SIMPLE算法对颗粒运动与电场流场进行离散相和流体相相间耦合的数值模拟计算，并将模拟结果和隧道现场抽样试验结果对比分析. 研究结果表明：隧道粉尘粒径越大，浓度越大，风速越低，负离子系统工作电压越高，系统纵向安装位置越偏于上风口，负离子系统除尘效率越高；两组现场抽样试验与对应数值模拟所得的除尘效率分别为41.2%、56.7%和38.2%、51.1%，误差分别为15.5%和12.9%. 考虑施工隧道大空间复杂环境的影响，通过数值模拟的方法来研究负离子系统除尘效率及其与主要影响因素的关系是可行的.

Forchheimer方程参数量化及达西—非达西转变临界点

刘建, 杨巧艳, 白雪, 宋凯, 骆成杰, 洒永芳

2020, 55(1): 218-224. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180756

摘要(553)

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摘要:
为探究岩体裂隙中水流的运动规律，基于真实岩体材料建立裂隙渗流模型，对裂隙中的渗流状态及渗流参数进行了研究. 区别于水泥、玻璃、亚克力、钢材等常见非石材类材质，选用天然大理石岩块为基材构建单裂隙渗流模型，开展不同隙宽（0.77、1.18、1.97、2.73 mm）的渗流试验，考察压力损失与流量的关系，探讨达西—非达西流转变的临界点及Forchheimer方程的参数量化问题. 研究结果表明：隙宽为0.77 mm时压力梯度与流量基本呈线性达西关系，随着隙宽和流量的增大，二者呈现出明显的非达西特征，可用Forchheimer方程描述；Forchheimer方程的粘滞项和惯性系数均可表达为隙宽的幂函数，引入雷诺数对惯性项系数进行修正可以减少误差；提出以压力梯度-流量曲线的斜率变化特征来判断达西—非达西流临界点的方法，并在本试验中得到了验证.

高效产纤维素酶曲霉生物转化纤维素乙醇

刘洋, 邱忠平, 孟涛, 龚正君, 王东梅, 樊超

2020, 55(1): 225-230. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180477

摘要(490)

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摘要:
为了提高纤维素乙醇的生产效率，对高效产纤维素酶曲霉W-10的产酶条件进行优化，利用其发酵所得的粗酶液对预处理后的水稻秸秆粉进行酶解，并用酿酒酵母通过同步糖化发酵（simultaneous saccharification and fermentation， SSF）工艺生物转化纤维素乙醇. 首先通过定时取样测定还原糖量，研究不同底物浓度、不同表面活性剂添加量、纤维二糖酶的协同作用等因素对酶解过程的影响. 然后利用所得优化后的酶解条件进行同步糖化实验，研究不同的发酵温度、发酵时间、初始pH值等影响因素对同步糖化发酵乙醇的影响. 结果表明，当底物浓度为80 g/L、表面活性剂吐温-80添加浓度为5 g/L、酶解体系外纤维二糖酶补加量为166.67 nkat/g时，粗酶液的酶解率最高；在35 ℃的培养温度、初始pH值为5的条件下发酵4 d时，发酵液中乙醇含量最高，乙醇得率可达0.43 g/g（底物干重）. 优化高效产纤维素酶曲霉W-10酶解水稻秸秆的反应条件，可促进纤维素乙醇生物转化技术的发展，有利于可再生的清洁能源生物乙醇的商业化生产和应用.

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2020年第55卷第1期

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