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基于实测数据的公路桥梁动态养修策略自适应优化模型

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运筹与管理 2024年第3期33卷 22-27页

作者：王崇交姚昌荣赵思光赵实达强斌李亚东西南交通大学土木工程学院四川成都610031 四川路桥建设集团股份有限公司四川成都610041

为了有效利用桥梁管养资源以确保桥梁在运营期的服役安全,本文构建了适用于公路桥梁的管养策略优化模型。基于1996—2020年间国内沿海地区208座及内陆地区176座存在历史养修工作的公路桥梁性能检测数据,建立了考虑养修时服役时长与养修... 详细信息

为了有效利用桥梁管养资源以确保桥梁在运营期的服役安全,本文构建了适用于公路桥梁的管养策略优化模型。基于1996—2020年间国内沿海地区208座及内陆地区176座存在历史养修工作的公路桥梁性能检测数据,建立了考虑养修时服役时长与养修频次的养修增益系数计算方法,并通过极大似然估计法计算出养修增益系数的取值范围。通过将改进逆高斯过程与贝叶斯更新方法结合建立了桥梁动态养修策略模型,并利用大量实测数据对模型性能进行评估,结果表明:模型预测平均相对误差为11.1%,可在一定程度上满足工程需要。采用改进后的灰狼算法对动态养修策略模型中的决策向量进行自适应优化,寻找使得剩余寿命累积成本最低的决策向量,并通过实际桥梁优化算例证实了决策向量最优解的存在以及自适应优化模型的有效性。

关键词：公路桥梁逆高斯过程养修增益系数养修策略优化贝叶斯更新灰狼算法

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滑道不平顺对大跨度桥梁转体动力性能影响研究

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铁道标准设计 2024年第5期68卷 89-96页

作者：陈树礼杜明康崔春锴石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043

滑道是转体桥梁的关键部件,滑道不平顺将直接影响转体过程中桥梁的安全与稳定。为研究滑道不平顺对大跨度转体桥梁的动力性能影响规律及其合理取值问题,基于某大跨度跨线桥梁转体施工现场实时监测并结合数值模拟分析方法,开展不同程度... 详细信息

滑道是转体桥梁的关键部件,滑道不平顺将直接影响转体过程中桥梁的安全与稳定。为研究滑道不平顺对大跨度转体桥梁的动力性能影响规律及其合理取值问题,基于某大跨度跨线桥梁转体施工现场实时监测并结合数值模拟分析方法,开展不同程度条件下滑道不平顺对转体桥梁关键部位受力、变形、振动等动力响应影响研究。研究结果表明:实测转体桥梁滑道不平顺差异性较大,其数值介于0~15 mm之间,滑道不平顺的存在会导致转体桥梁单侧发生较小程度的倾斜;转体过程中,滑道不平顺差异变化速率与转体箱梁梁端振动响应成正比关系,其变化速率越大,梁端振动越剧烈,且环形滑道不平顺的数值差异也引起转体桥梁端振动响应不一致;0,5,10,15,20 mm和22 mm六种滑道不平顺条件下,转体桥梁主梁线形、撑脚应力、梁端竖向加速度和梁端动挠度整体表现为随着滑道不平顺数值增加而逐渐增大的趋势;滑道不平顺数值超过15 mm后,撑脚应力和桥梁振动响应明显增大,桥梁安全与稳定性降低,建议将转体桥梁滑道不平顺安全控制值确定为≤15 mm,以供类似转体桥梁结构参考使用。

关键词：大跨度桥梁滑道不平顺转体法实桥监测数值模拟动力性能

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波纹板加固技术在铁路病害涵洞中的应用研究

铁道标准设计 2024年第6期68卷 86-93页

作者：陈树礼崔春锴杜明康刘永前许宏伟石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043

涵洞是铁路的重要组成部分,也是日常管养中最容易忽略的铁路设备,涵洞结构的劣化状况和受力性能直接影响线路的安全与稳定。针对提速改造条件下重载铁路涵洞出现的承载能力不足、沉降过大、错位和耐久性降低等诸多问题,基于有限元分析... 详细信息

涵洞是铁路的重要组成部分,也是日常管养中最容易忽略的铁路设备,涵洞结构的劣化状况和受力性能直接影响线路的安全与稳定。针对提速改造条件下重载铁路涵洞出现的承载能力不足、沉降过大、错位和耐久性降低等诸多问题,基于有限元分析、试验检测和工程应用等方法,开展拼装波纹板加固涵洞机理分析、波纹板关键参数加固涵洞性能与敏感性分析,以及波纹板加固涵洞实际工程应用技术研究。研究结果表明:既有涵洞采用波纹板加固技术后,涵洞结构整体刚度显著提高,涵洞顶板受力和变形明显降低,加固效果较好;同样尺寸条件下,相对于矩形和三角形波纹板结构,采用圆弧形波纹板加固涵洞后,其顶板跨中最大竖向位移和最大应力值均能减小20%及以上,圆弧形波纹板具有更好的加固效果;主力组合荷载作用下,随波纹板波高和波距增加,波纹板Mises应力表现为逐渐减小趋势,且Mises应力与涵洞跨度基本成反比关系。16座涵洞现场实测结果表明,采用波纹板加固后,不同跨径盖板涵和框构涵受力和变形显著降低,跨中挠度及动应变较加固前降低幅度均超过40%,波纹板技术在重载铁路病害涵洞中具有较好的加固效果。

关键词：铁路涵洞病害涵洞波纹板加固技术数值模拟工程应用

一种融合多源数据的全国OCO-2 SIF降尺度方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第9期49卷 1556-1565页

作者：卢小平蔡国盛张向军余海坤李国清赵紫锋河南理工大学自然资源部矿山时空信息与生态修复重点实验室河南焦作454003 河南省遥感院河南郑州450003

日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)值对表征农作物长势状况、植被胁迫早期诊断等具有重要意义,目前主要是利用遥感技术反演得到大范围SIF值,但由于受低空间分辨率和稀疏采样等限制,难以满足省级以下空间... 详细信息

日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)值对表征农作物长势状况、植被胁迫早期诊断等具有重要意义,目前主要是利用遥感技术反演得到大范围SIF值,但由于受低空间分辨率和稀疏采样等限制,难以满足省级以下空间尺度应用需求。针对上述问题,提出一种基于随机森林(random forest,RF)算法的SIF降尺度模型构建方法。首先将多源遥感数据与轨道碳观测2号(orbiting carbon observatory-2,OCO-2)SIF数据进行融合,建立同一尺度下的非线性关系,反演500 m×500 m空间分辨率的SIF数据,通过实验得出预测模型的决定系数、平均绝对误差和均方根误差分别达到0.72、0.24 mW·m^(-2)·nm^(-1)·sr^(-1)和0.33 mW·m^(-2)·nm^(-1)·sr^(-1),表明了该方法的有效性;然后基于模型降尺度后的SIF数据与增强型植被指数、归一化差异植被指数、新OCO-2 SIF数据集进行空间相关性分析,并利用中国二氧化碳观测卫星SIF和地面SIF站点数据进行验证,结果均表现出较好的相关性。将降尺度后的SIF数据在中国河南省内进行时序性分析,结果显示降尺度产品能够较好地捕捉植被变化信息。通过RF算法融合多源数据能够反演出500 m×500 m空间分辨率的SIF数据。

关键词：日光诱导叶绿素荧光轨道碳观测2号随机森林算法多源遥感数据降尺度

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刚性薄平板绕流特性的数值模拟

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 699-708页

作者：蔚杰武建军兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000

为了揭示雷诺数、来流剪切参数对平板尾流涡街演化过程以及平板阻力特性的影响规律,本文基于浸没边界-格子Boltzmann方法建立了刚性薄平板绕流模型,并在雷诺数为100~1200内,对不同雷诺数与来流剪切参数下的刚性薄平板绕流问题进行数值... 详细信息

为了揭示雷诺数、来流剪切参数对平板尾流涡街演化过程以及平板阻力特性的影响规律,本文基于浸没边界-格子Boltzmann方法建立了刚性薄平板绕流模型,并在雷诺数为100~1200内,对不同雷诺数与来流剪切参数下的刚性薄平板绕流问题进行数值模拟。分别研究了平板尾流区沿流向的2次失稳跃迁过程以及平板流向载荷随来流剪切参数的变化及其对雷诺数的依赖性,并对其机理进行了讨论。研究表明:随着流场剪切参数的增加,平板近尾流经过数次准周期分岔过程进入了由大尺度涡结构所主导的混沌状态,进一步诱发了低频、混沌的结构阻力;雷诺数越大,向混沌特征流向载荷转变所需的临界剪切参数越小。

关键词：雷诺数来流剪切参数浸没边界-格子Boltzmann方法刚性薄平板尾流失稳分岔阻力

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深海载人潜水器的水下稳性分析研究

船舶力学 2024年第5期28卷 716-724页

作者：胡中惠刘帅曲文新叶聪胡震中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 深海载人装备国家重点实验室江苏无锡214082 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082

水下稳性是深海载人潜水器重要的总体性能之一,通过稳心高(GB)衡量潜水器的稳性,其指标大小与潜水器的操纵和安全息息相关。潜水器在运动过程中,海洋参数随深度变化以及潜水器自身压载变化引起潜水器稳心高发生变化。本文以稳心高基本... 详细信息

水下稳性是深海载人潜水器重要的总体性能之一,通过稳心高(GB)衡量潜水器的稳性,其指标大小与潜水器的操纵和安全息息相关。潜水器在运动过程中,海洋参数随深度变化以及潜水器自身压载变化引起潜水器稳心高发生变化。本文以稳心高基本公式为基础,结合潜水器耐压结构、浮力材料和液压油的浮力损失计算方法,建立深海载人潜水器水下稳心高数学模型,提出一种深海载人潜水器水下稳性分析方法。以“深海勇士”号载人潜水器为研究对象,对深海载人潜水器的水下稳性进行计算分析,得出深海载人潜水器水下稳心高的变化规律,可为深海载人潜水器的设计提供参考。

关键词：载人潜水器水下稳性稳心高

UHPC芯柱板受力性能试验研究与有限元分析

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建筑结构学报 2024年第5期45卷 173-183页

作者：何庆锋宁鹏腾钟易李锦实易伟建湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 长沙远大住宅工业集团股份有限公司湖南长沙410013

为了研究UHPC芯柱板在模块建筑结构中的受力性能,设计并制作了一块足尺UHPC芯柱板,对其进行两边简支的受弯性能试验,获取UHPC芯柱板的承载能力、挠度、裂缝、破坏形态以及截面应变等。试验结果表明:UHPC芯柱板在四点弯曲加载试验中的荷... 详细信息

为了研究UHPC芯柱板在模块建筑结构中的受力性能,设计并制作了一块足尺UHPC芯柱板,对其进行两边简支的受弯性能试验,获取UHPC芯柱板的承载能力、挠度、裂缝、破坏形态以及截面应变等。试验结果表明:UHPC芯柱板在四点弯曲加载试验中的荷载-位移曲线可对应试件受力分为弹性、弹塑性、屈服三阶段;UHPC芯柱板主要破坏模式为弯曲破坏,在弹性阶段,受弯截面符合平截面假定。基于ABAQUS有限元分析软件对UHPC芯柱板受力性能进行数值模拟与参数分析可知,提升UHPC的抗拉强度与受拉纵筋配筋率可以增大板的承载力,两者与板承载力均呈线性增长;当上下面板厚度相同时,构件刚度与承载力会大幅提升,板厚度与承载力呈线性增长;芯柱及肋宽对UHPC芯柱板承载力的影响有限;随着跨高比增大,板整体刚度与承载力会大幅降低,跨高比对受弯承载力影响较小。

关键词： UHPC芯柱板四点弯曲试验有限元模拟受弯承载力

数字流域模型淤地坝模块改进及减水减沙效益评估

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应用基础与工程科学学报 2024年第2期32卷 301-313页

作者：张玍傅旭东孙凯王晨沣清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

淤地坝具有重要的水土保持作用,但其减水减沙效益的科学评估仍存在困难.一方面,淤地坝减水减沙的物理机制仍难以刻画;另一方面,观测资料有限且难以获取.以概化淤地坝卧管及溢洪道等部分的泄流机制及整体水沙调控机制为基础,改进和检验... 详细信息

淤地坝具有重要的水土保持作用,但其减水减沙效益的科学评估仍存在困难.一方面,淤地坝减水减沙的物理机制仍难以刻画;另一方面,观测资料有限且难以获取.以概化淤地坝卧管及溢洪道等部分的泄流机制及整体水沙调控机制为基础,改进和检验了数字流域模型的淤地坝模块,应用改进后的模型模拟皇甫川流域水沙过程并评估淤地坝减水减沙效益.研究结果表明:不考虑淤地坝的情况下,模型对淤地坝数量较少的近似自然状态期(1979~1986年)适用性较好,而对淤地坝数量较多的受扰状态期(2007~2012年)适用性较差,水沙模拟值明显高于实测值.考虑淤地坝的物理机制后,与原模型相比,除个别年份外,改进后的模型对受扰状态期水沙过程的模拟精度具有明显的提高,其逐日流量NSE(Nash-Sutcliffe效率系数)从-51.085~0.450提高到0.134~0.802,逐日输沙率NSE从-56.740~0.390提高到0.066~0.857.使用改进后的模型计算得受扰状态期淤地坝平均拦水量为0.142×10^(8)m^(3),减水效益为40.9%;平均拦沙量为0.050×10^(8)t,减沙效益为50.3%.研究成果可为认识淤地坝调控水沙物理机制提供模型支撑和为淤地坝建设规划提供科学指导.

关键词：淤地坝减水减沙减水减沙效益水土保持数字流域模型分布式水沙模型皇甫川

基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 245-257页

作者：程继杰刘毅中国矿业大学(北京)人工智能学院北京100083

冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突... 详细信息

冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:在煤矿井下巷道顶板、巷帮靠近顶板以及采掘工作面液压支架顶部或靠近顶部等位置多点布置带有补光灯的彩色双目摄像机,实时采集采掘工作面和巷道空间彩色图像和深度图像;以煤矿井下与灾害抛出煤岩有着鲜明颜色差别的生产设备作为背景,监测识别是否出现彩色图像颜色发生较大变化;如果掘进巷道端头、巷道中间、巷道入口,或回采工作面,或进风巷道入口、巷道中间,或回风巷道入口、巷道中间,或主运输、辅助运输大巷等位置彩色双目摄像机监测到图像颜色发生较大变化,则监测彩色图像平均亮度是否小于设定的亮度阈值;如果平均亮度小于设定的亮度阈值,则以与灾害抛出煤岩有鲜明颜色差别的生产设备为背景,监测深度图像是否发生较大变化;如果深度图像发生较大变化,那么监测导致深度图像发生较大变化物体的移动速度是否大于设定的速度阈值(v>13 m/s);当移动速度大于设定速度阈值时,利用多点布置的甲烷传感器监测监视区域内甲烷浓度,当采煤工作面、掘进工作面、进风巷道、回风巷道、总回风巷道等多个不同地点均监测到甲烷浓度大幅升高或达到报警值,那么进行煤与瓦斯突出报警,反之,则进行冲击地压报警。提出了彩色双目摄像机感知灾害最佳倾角的确定方法,以及导致深度图像发生较大变化物体移动速度的确定方法。在确保安全性的前提下,简化了灾害模拟试验,设计了一套煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出颜色和深度特征模拟试验装置:采用与煤岩颜色和比重相近的10 mm橡胶球替代灾害抛出煤岩;利用直径315 mmPVC管模拟煤矿井下巷道受限空间以及与抛出煤岩有着鲜明颜色差异的背景设备;利用轴流式高压鼓风机作为动力装置,进行模拟冲击地压和煤与瓦斯突出发生时大量煤岩抛出造成的采掘工作面和巷道空间颜色和深度异常特征;利用3.4 mm焦距、30FPS、71°×55°视场角的彩色双目摄像机,完成对整个灾害模拟过程的监视与彩色双目图像采集。研究分析表明,提出的方法可识别出灾害发生时颜色和深度特征,验证了基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法的可行性与有效性。

关键词：冲击地压煤与瓦斯突出颜色特征深度特征速度特征图像识别