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考虑温度附加套箍效应的钢管约束混凝土轴压承载力解析法

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工程科学与技术 2024年

作者：王力潘启仁张宇星虞庐松胡琦李伟兰州交通大学土木工程学院天津大学建筑工程学院

针对高寒环境温度对钢管约束混凝土结构力学行为影响显著的问题，结合热力学理论和极限平衡理论，建立考虑环境温度的钢管约束混凝土短柱承载力理论计算方法，首次提出“温度附加套箍效应”的概念，并通过开展不同环境温度下的26个钢管... 详细信息

针对高寒环境温度对钢管约束混凝土结构力学行为影响显著的问题，结合热力学理论和极限平衡理论，建立考虑环境温度的钢管约束混凝土短柱承载力理论计算方法，首次提出“温度附加套箍效应”的概念，并通过开展不同环境温度下的26个钢管约束混凝土短柱轴压性能试验，验证了所提理论计算方法的准确性，通过解析法系统揭示环境温度对钢管约束混凝土轴压承载力的影响机理。结果表明：本文理论计算值与试验值平均偏差仅2.0%，标准差为0.06，具有较高的准确性和可靠性；温度附加套箍效应对钢管约束混凝土轴压承载力影响显著，环境温度为-40 ℃时，温度附加套箍效应对承载力的影响比例可达到温度附加承载力的34.1%；温度附加套箍效应受环境温度与常温的温差、材料温变弹性模量、泊松比、线膨胀系数及构件径厚比等受多因素综合影响，基于本文理论对量化环境温度对钢管约束混凝土承载力的影响提供了理论依据。高寒地区钢管约束混凝土结构设计中，应综合考虑温度附加套箍效应和温致材料特性变异对结构力学行为的影响。

关键词：钢管约束混凝土环境温度温度附加套箍效应轴压承载力轴压试验

基于F-J-M法的桥梁温度与地震作用效应组合研究

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防灾减灾工程学报 2024年第2期44卷 273-282页

作者：王力潘启仁周晓夫杨喜娟唐智勇兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 甘肃公航旅建设集团有限公司甘肃兰州730099 四川省交通勘察设计研究院有限公司四川成都610017

目前铁路桥梁设计逐渐由容许应力法向极限状态法转变,而《铁路桥涵设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9300—2018)并未提及地震作用与温度等可变作用的联合作用,给高寒高烈度区桥梁结构抗震设计带来了较大困难。为了推进桥梁以更经济的抗力... 详细信息

目前铁路桥梁设计逐渐由容许应力法向极限状态法转变,而《铁路桥涵设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9300—2018)并未提及地震作用与温度等可变作用的联合作用,给高寒高烈度区桥梁结构抗震设计带来了较大困难。为了推进桥梁以更经济的抗力方式抵御外荷载作用,通过目标可靠度指标确定其最优地震设计状况荷载组合分项系数,从而对现行桥梁设计规范抗震设计进行优化。建立了高寒地区某桥温度作用效应概率模型,使用Ferry Borges荷载组合理论探究地震和环境温度作用的效应分布特征,并基于JC法和多灾害荷载系数设计法(MH-LRFD)建立地震、温度作用荷载系数的表达式。依托某桥梁工程实例分别探究了地震、温度以及两者共同作用下的桥梁的失效概率。研究结果表明:环境温度引起的桥梁温度内力响应、主要构件材料特性变异均能显著影响桥梁的失效概率;对于高寒大温差地区,现行规范忽略环境温度效应将显著低估桥梁在地震作用下的失效概率。本文提出的F-J-M(Ferry Borges+JC+MH-LRFD)方法计算地震、温度作用组合系数,可为高寒地区桥梁抗震设计提供必要理论依据。

关键词：温度效应概率模型失效概率 Ferry Bordge法 MH-LRFD 荷载系数

基于BIM的高铁大跨连续刚构拱组合桥施工控制可视化系统研究与应用

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铁道标准设计 2024年

作者：张丽萍王凯波王力王征王广西成铁路客运专线陕西有限责任公司兰州交通大学土木工程学院

连续刚构拱组合铁路桥是一种具有复杂结构形式和施工工序繁多的桥梁类型。为实现对该类型桥梁施工过程的全面监控和管理，以目前在建最大跨境无砟轨道高墩大跨连续刚构拱组合体系桥为背景，阐述了BIM技术在该领域取得的研究成果，通过BI... 详细信息

连续刚构拱组合铁路桥是一种具有复杂结构形式和施工工序繁多的桥梁类型。为实现对该类型桥梁施工过程的全面监控和管理，以目前在建最大跨境无砟轨道高墩大跨连续刚构拱组合体系桥为背景，阐述了BIM技术在该领域取得的研究成果，通过BIM技术对连续刚构拱组合梁桥进行参数化建模、施工动态模拟，以Visual Studio 2022作为开发平台开发了线形与应力监控系统，系统包含数据管理、测点设计、接口设计、模型应用等四大功能模块对施工监控数据进行有效管理。研究结果表明：采用基于BIM数据驱动的参数化建模技术，提高了建模效率和准确性。桥梁线形数据的可视化表达简化了监控数据与设计值的对比工作，可视化模拟施工工况和动态预警提示功能为桥梁线形的发展规律分析提供参考。实现了监测数据与桥梁BIM模型的关联，方便数据存储和查找，同时可以直观地比较实测值与理论值的误差是否超限，简化了监测数据统计和对比工作。该软件系统为铁路桥梁工程的设计、施工和监测提供了有力支持。

关键词：刚构拱桥铁路桥 BIM 参数化建模施工动态模拟可视化预警

高寒环境温度下钢管混凝土柱抗震性能试验研究

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地震工程学报 2024年

作者：虞庐松王庚王力周晓夫顾皓玮李子奇甘肃公航旅建设集团有限公司兰州交通大学土木工程学院四川省交通勘察设计研究院有限公司

为探究高寒地区环境温度对圆钢管混凝土柱抗震性能的影响,开展4种不同温度工况下钢管混凝土柱的拟静力试验研究,分析不同环境温度下各试件的破坏特征、承载力、滞回特性、刚度退化、延性及耗能能力,揭示环境温度变化对钢管混凝土柱抗震... 详细信息

为探究高寒地区环境温度对圆钢管混凝土柱抗震性能的影响,开展4种不同温度工况下钢管混凝土柱的拟静力试验研究,分析不同环境温度下各试件的破坏特征、承载力、滞回特性、刚度退化、延性及耗能能力,揭示环境温度变化对钢管混凝土柱抗震性能的影响规律。试验结果表明:不同环境温度下各试件滞回曲线均呈梭形,未产生明显捏缩现象;试件典型破坏模式在不同温度下基本一致,均为钢管底部产生一圈贯通鼓曲波、核心混凝土被压溃、钢管撕裂,温度越低,钢管混凝土柱越早发生破坏,且破坏程度越严重;相较于常温(20℃)工况,0℃、-20℃、-40℃温度工况下,试验钢管混凝土柱水平承载力分别提高3.08%、6.15%、10.08%,初始刚度分别提高16.9%、30.3%、50.0%,而延性系数分别降低8.6%、14.6%、16.9%;环境温度越低,刚度退化速率也越快。温度变化对钢管混凝土柱抗震性能影响显著,高寒地区钢管混凝土结构抗震设计时需考虑环境低温对结构带来的不利影响。

关键词：圆钢管混凝土柱拟静力试验抗震性能温度

基于动态避障风险区域的仿生机器鱼路径规划方法

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机器人 2024年第4期46卷 488-502页

作者：李宗刚王治平夏广庆康会峰兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学机器人研究所甘肃兰州730070 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024 北华航天工业学院河北省跨介质飞行器重点实验室河北廊坊065000

针对来流速度固定、存在多个静态漂浮障碍物和动态障碍物的复杂水环境中胸尾鳍协同推进仿生机器鱼的自主避碰问题,提出了一种基于动态避障风险区域(DAR)的路径规划方法。首先,结合所建立的机器鱼水动力学模型,利用扩展卡尔曼滤波法构造... 详细信息

针对来流速度固定、存在多个静态漂浮障碍物和动态障碍物的复杂水环境中胸尾鳍协同推进仿生机器鱼的自主避碰问题,提出了一种基于动态避障风险区域(DAR)的路径规划方法。首先,结合所建立的机器鱼水动力学模型,利用扩展卡尔曼滤波法构造沿障碍物运动方向的类椭球形动态避障风险区域,其长轴与障碍物的运动速度成正比,并通过模糊控制方法对卡尔曼滤波过程的噪声方差进行估计,得到该区域的精确边界;其次,结合机器鱼视场内障碍物的位姿与速度,去除同向运动且速度大于机器鱼的无风险障碍物,实时获得动态环境中的避障风险区域集合,进而得到机器鱼可通行时变区域;最后,根据先避近后避多、边界距离最短原则初步确定先转向、后俯仰的空间避碰策略,进而以障碍物作为外界扰动,设计以期望位姿为输入的非线性模型预测控制器,实时优化得到机器鱼的转弯半径、俯仰角和两侧胸鳍相位差等控制参数,驱动机器鱼安全、快速地通过当前障碍物区域。实验结果表明,机器鱼通过多障碍物区域时,与风险区域边界的最小距离为0.15 m,速度最高达0.15 m/s,空间避障速度最高为0.3 m/s,运动机动性较高且运动轨迹比较平滑,验证了所提方法的有效性。

关键词：仿生机器鱼动力学分析动态避障风险区域非线性模型预测控制

铆接机器人位置和压铆力自适应模糊滑模阻抗控制

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振动与冲击 2024年第17期43卷 300-312页

作者：焦建军李宗刚康会峰陈引娟兰州交通大学机电工程学院兰州730070 兰州交通大学机器人研究所兰州730070 北华航天工业学院河北省跨气水介质飞行器重点实验室河北廊坊065000

针对机器人铆接小尺寸、低刚度铆钉过程中对准精度要求高、作业行程小和冲击力大等问题,提出了一种结合自适应模糊滑模控制和模糊阻抗控制的机器人铆接控制方法。为此,将机器人铆接控制过程分为接近对准与压铆两个阶段。其中,为了实现... 详细信息

针对机器人铆接小尺寸、低刚度铆钉过程中对准精度要求高、作业行程小和冲击力大等问题,提出了一种结合自适应模糊滑模控制和模糊阻抗控制的机器人铆接控制方法。为此,将机器人铆接控制过程分为接近对准与压铆两个阶段。其中,为了实现快速接近铆钉顶部以及铆接头与铆钉轴线的精确对准,设计了以双曲正切函数为切换函数的模糊自适应滑模控制器,使得切换过程更加光滑、滑模增益自适应调节,从而降低了系统的抖振,实现了运动的快速性和准确性;针对压铆阶段作业行程小、冲击力大的特点,设计了以接触力误差和力增量为输入的阻尼调整模糊控制器,减少了阻尼参数在阻抗控制过程中产生的振荡,避免了过度力加载导致的铆钉损坏或铆接失败。仿真及试验结果表明,所给出的控制方法位置精度在0.3 mm以内,力接触具有更好的稳定性、实时性和快速性,能够满足铆接工艺规范要求,对于铆接机器人的高精度作业具有借鉴意义。

关键词：铆接机器人轨迹跟踪滑模控制模糊控制阻抗控制位置与力控制

桥墩沉降下F轨变形对中低速磁浮车辆动力响应影响研究

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：丁旺才张延永张修璐杜健史新生田建文李国芳兰州交通大学机电工程学院西安交通工程学院机械与电气工程学院中车青岛四方机车车辆股份有限公司高速磁浮运载技术全国重点实验室兰州交通大学自动化与电气工程学院

为探究桥墩沉降引起的轨道结构变形及其对磁浮车辆行车安全及舒适性的影响规律，基于有限元方法建立考虑轨道结构层间相互作用的桥墩沉降区段四跨简支梁高架轨道精细化分析模型，研究桥墩沉降幅值、波长（不同桥梁跨度）和环境因素对沉... 详细信息

为探究桥墩沉降引起的轨道结构变形及其对磁浮车辆行车安全及舒适性的影响规律，基于有限元方法建立考虑轨道结构层间相互作用的桥墩沉降区段四跨简支梁高架轨道精细化分析模型，研究桥墩沉降幅值、波长（不同桥梁跨度）和环境因素对沉降区段F轨结构的变形影响规律；并基于有限元-多体系统动力学方法（FEM-MBD），在考虑空间磁轨关系的基础上，建立中低速磁浮车辆-轨道-桥梁耦合系统非线性动力学模型，分析中低速磁浮车辆通过桥墩沉降区段时的动力响应。结果表明：F轨垂向最大变形量随沉降幅值的增加而增大，且20m跨度桥梁受桥墩沉降影响最大；当桥墩沉降量达到15mm时，20m跨度桥梁的F轨轨面10m弦矢高值已超过规范限值，而25m、30m跨度桥梁的F轨轨面几何精度在沉降量达到20mm时超过限值；进一步考虑的温度及轨道自重因素时，桥墩沉降区段F轨轨面几何精度将进一步恶化，25m、30m跨度桥梁的F轨轨面几何精度在桥墩沉降10mm时就已经超过规范限值。车辆通过桥墩沉降区段时车体垂向加速度对车速变化更敏感，且随着车速的增加显著增大；仅考虑沉降作用时车体垂向加速度随着跨度的增加先减小后增大，而考虑温度及轨道自重作用时车体垂向加速度随着跨度的增加而增大；当桥墩沉降量达到15mm时，车辆通过30m跨度桥梁时车体垂向加速度超过舒适度限值，应适当降低运行速度以保证行车安全以及舒适性要求。研究结论以期为沉降区段中低速磁浮车辆安全运营及磁浮轨道建设提供参考。

关键词：中低速磁浮磁轨关系桥墩沉降轨道变形车辆动力响应

基于并行混合注意力的复杂背景小尺度手部检测方法

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计算机工程与应用 2024年

作者：梁超王阳萍王文润兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃省人工智能与图形图像处理工程研究中心

针对复杂背景中手部特征不明显及尺度变化较大，难以满足高精度水平的检测，易出现误检、漏检的问题，本研究以YOLOv5为基础结构提出一种小尺度手部检测方法。首先，将本文提出的并行混合机制的注意力模块PMAM（Parallel Mix Attention ... 详细信息

针对复杂背景中手部特征不明显及尺度变化较大，难以满足高精度水平的检测，易出现误检、漏检的问题，本研究以YOLOv5为基础结构提出一种小尺度手部检测方法。首先，将本文提出的并行混合机制的注意力模块PMAM（Parallel Mix Attention Module）嵌入到主干网络中，提高对手部特征的提取能力；然后，设计一种结合PANet和BiFPN改进的特征融合网络PB-FPN，引入新的路径参与底部特征融合，提高算法对小尺度手部目标的检测能力；最后通过将骨干网络中的空间金字塔池(spatial pyramid pooling-Fast， SPPF)引入特征融合网络并与模型预测头连接，进一步提高算法的性能。在此基础上，使用FReLU作为网络模型的激活函数，增强网络的空间敏感度，提高网络鲁棒性。为验证所提方法的有效性，构建了更符合研究背景的新的数据集TV-COCO-Hand，并在此数据集上进行了相关实验，结果表明，改进后的模型在构建的数据集上mAP达到91.4%，比基线网络模型提高了3.8个百分点，且检测效果优于目前主流检测网络模型。另外，在公开数据集上进行了数据集对比实验以及真实场景的检测实验，验证了模型的泛化性。

关键词：机器视觉手部检测并行混合注意 FReLU 特征融合

基于视觉舒适度的城市户外运动路线选取方法与应用

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地理与地理信息科学 2024年第5期40卷 11-16页

作者：王炳瑄闫浩文李心雨王卓王小龙兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室甘肃兰州730070 甘肃大禹九洲空间信息科技有限公司院士专家工作站甘肃兰州730050 中冶武勘工程技术有限公司湖北武汉430080 武汉大学资源与环境科学学院湖北武汉430079 兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000

为避免户外运动路线选取仅依赖个人主观认知而导致效果不佳问题,该文提出一种基于视觉舒适度的城市户外运动路线选取方法。该方法基于街景影像数据和EfficientNet_B7深度学习模型模拟用户视觉感知,生成大范围的道路舒适度,据此选择舒适... 详细信息

为避免户外运动路线选取仅依赖个人主观认知而导致效果不佳问题,该文提出一种基于视觉舒适度的城市户外运动路线选取方法。该方法基于街景影像数据和EfficientNet_B7深度学习模型模拟用户视觉感知,生成大范围的道路舒适度,据此选择舒适度较高的路线。最后,以3种不同户外运动主题为例进行实际应用和对比评价,结果表明,基于视觉舒适度选取的户外运动路线周边环境良好,整体舒适度更高。

关键词：视觉感知路线选取舒适度街景影像 EfficientNet_B7模型