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侵彻爆炸联合作用下超高性能混凝土遮弹层设计

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爆炸与冲击 2025年第1期45卷 88-101页

作者：程月华吴昊岑国华张瑜同济大学土木工程学院上海200092

为了准确评估超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法,首先,开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验,获取了侵彻作用后以及侵... 详细信息

为了准确评估超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法,首先,开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验,获取了侵彻作用后以及侵彻与爆炸联合作用后弹靶的损伤破坏数据;然后,建立了UHPC靶体抗弹体侵彻与爆炸作用的有限元模型,通过对上述试验和已有的有限厚UHPC板埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析,验证了有限元模型和分析方法的可靠性;最后,对比了SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种典型原型战斗部侵彻与爆炸联合作用下,UHPC遮弹层和普通混凝土遮弹层的临界贯彻和震塌厚度。结果表明:3种战斗部侵彻爆炸联合作用下,遮弹层的临界贯穿厚度和震塌厚度范围分别为1.30~2.60 m和1.70~5.00 m,相应的临界贯穿系数和震塌系数范围分别为1.81~2.17和2.46~4.17;与普通混凝土遮弹层对比,3种战斗部侵彻爆炸联合作用下UHPC遮弹层的开坑直径减小了34.4%~42.4%,临界贯穿和震塌厚度分别减小了7.1%~31.6%和39.7%~52.8%。研究结果可为UHPC遮弹层的抗力评估和设计提供参考。

关键词：超高性能混凝土遮弹层侵彻爆炸防护设计

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多根带状弹簧卷绕与松脱分析

振动与冲击 2025年第3期44卷 1-8页

作者：刘丰源吴明儿项平同济大学土木工程学院上海200092

当带状弹簧以卷绕伸展的形式应用于空间可展结构时,常出现松脱问题,因此提出了一种多根带状弹簧卷绕松脱模型:将松脱后的卷绕段分为外部阿基米德螺线状的膨胀区与内部半圆弧状的过渡区,建立应变能解析模型。根据最小势能原理求解了稳定... 详细信息

当带状弹簧以卷绕伸展的形式应用于空间可展结构时,常出现松脱问题,因此提出了一种多根带状弹簧卷绕松脱模型:将松脱后的卷绕段分为外部阿基米德螺线状的膨胀区与内部半圆弧状的过渡区,建立应变能解析模型。根据最小势能原理求解了稳定松脱内径与稳定松脱形态,推导了临界中心体半径、稳定端部力与临界端部力。用ABAQUS软件建立多根带状弹簧卷绕松脱的有限元模型,将稳定松脱内径、稳定松脱形态、临界中心体半径与临界端部力的数值分析结果与理论模型计算结果进行比较,并通过试验验证了稳定松脱形态与稳定松脱内径,证明了理论模型的准确性。

关键词：带状弹簧多根卷绕松脱形态端部力临界条件

冻融-弯曲荷载耦合作用下PP-ECC梁的抗弯性能

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西南交通大学学报 2025年第1期60卷 53-62页

作者：李福海杨宗驰刘耕园刘梦辉吴昊南陈昭李固华西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为探究冻融以及冻融-弯曲荷载耦合作用对聚丙烯纤维水泥基复合材料(PP-ECC)梁抗弯性能的影响,设置7种试验工况,采用三分点加载方式对PP-ECC梁抗弯性能进行研究,分析冻融及冻融-弯曲荷载耦合作用下PP-ECC梁的荷载-跨中挠度曲线、抗弯承... 详细信息

为探究冻融以及冻融-弯曲荷载耦合作用对聚丙烯纤维水泥基复合材料(PP-ECC)梁抗弯性能的影响,设置7种试验工况,采用三分点加载方式对PP-ECC梁抗弯性能进行研究,分析冻融及冻融-弯曲荷载耦合作用下PP-ECC梁的荷载-跨中挠度曲线、抗弯承载力及裂缝发展形态差异;基于计算假定和正常环境下PP-ECC梁抗弯承载力的计算模型,结合PP-ECC材料冻融劣化机理,推导出PP-ECC梁在冻融环境下抗弯承载力计算模型;在此基础上引入持荷损伤系数γ,建立冻融-弯曲荷载耦合作用下PP-ECC梁抗弯承载力计算模型.研究结果表明:不同持荷比的PP-ECC梁极限抗弯承载力在冻融循环作用下出现不同程度降低,500次冻融循环后,持荷比为0、0.25、0.50的PP-ECC梁极限抗弯承载力分别降低了28.70%、27.09%、35.69%;受拉区PP-ECC材料开裂后不退出工作仍能协同受拉钢筋参与全截面受力;PP-ECC梁在达到极限状态时,受拉区呈多条裂缝稳态发展模式,且随冻融损伤加剧,梁体最大裂缝宽度增大,裂缝数量减少;单一冻融以及冻融-弯曲荷载耦合作用下的PP-ECC梁仍满足平截面假定;基于平截面假定建立的冻融和冻融-弯曲荷载耦合作用下PP-ECC梁的抗弯承载力计算模型吻合度分别在0.88~1.06和0.96~1.10.

关键词：冻融-弯曲荷载耦合作用抗弯性能聚丙烯纤维水泥基复合材料抗弯承载力多裂缝发展

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震后变电站瓷柱型设备性能快速评估方法

振动工程学报 2025年第1期38卷 68-77页

作者：朱旺张秀丽谢强同济大学土木工程学院上海200092 华南农业大学水利与土木工程学院广东广州510640

当前电力系统的抗震研究技术主要针对震前设计、分析与防灾减震。为了快速辅助震后应急响应工作,本文提出了利用监测数据预测结构地震响应的瓷柱型设备震后性能评估方法。该方法在震前融合机器学习和用于算法架构优化的群体智能演化技... 详细信息

当前电力系统的抗震研究技术主要针对震前设计、分析与防灾减震。为了快速辅助震后应急响应工作,本文提出了利用监测数据预测结构地震响应的瓷柱型设备震后性能评估方法。该方法在震前融合机器学习和用于算法架构优化的群体智能演化技术以构建设备地震响应替代模型,建立瓷柱型设备精细化仿真模型,通过输入大量地震动形成结构响应数据库,进而对替代模型进行训练和性能评价。地震中监测结构响应,震后可利用替代模型快速提供设备根部应力响应以判断设备抗震性能。采用1100 kV变压器套管‐支架体系进行案例研究,并通过振动台试验和分布参数体系理论进行了验证。结果表明利用瓷柱型设备加速度响应数据可在震后准确评估根部应力;粒子群算法能有效调整替代模型的内部结构,提升模型准确性;振动台试验和理论分析结果验证了替代模型评估结果的准确性。

关键词：瓷柱型设备振动台试验快速评估机器学习群体智能演化分布参数体系

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基于WOA-IC优化神经网络的隧道爆破振动预测研究

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振动与冲击 2025年第4期44卷 229-237页

作者：高宇璠傅洪贤南华大学土木工程学院湖南衡阳421001 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为了提高爆破振动预测精度,提出了一种鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)和信息准则(information criterion,IC)优化的人工神经网络(artificial neural network,ANN)爆破振动预测模型。根据二维指标变量法将地质参数定量... 详细信息

为了提高爆破振动预测精度,提出了一种鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)和信息准则(information criterion,IC)优化的人工神经网络(artificial neural network,ANN)爆破振动预测模型。根据二维指标变量法将地质参数定量化,建立了包括3个定量参数和10个定性参数的更完整的数据集。利用信息准则对模型复杂度的反馈,构建了一个提高模型泛化能力的双层优化结构,分析改进ANN模型的激活函数和训练算法最优组合,并引入鲸鱼算法优化模型初始权值和阈值的选取,降低模型输出结果的偏差和波动。对比分析WOA-IC-ANN模型与传统经验公式、ANN模型、IC-ANN模型、WOA-ANN模型预测结果的差异。研究表明,WOA-IC-ANN模型的预测结果与实际吻合更好,误差显著降低,具有较好的泛化能力。研究成果可用于隧道爆破工程的振动预测,并为类似工作提供借鉴和参考。

关键词：爆破振动预测模型信息准则(IC) 鲸鱼优化算法(WOA) 人工神经网络(ANN)

木-混凝土螺栓连接力学性能试验及承载力计算模型

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湖南大学学报(自然科学版) 2025年第1期52卷 34-48页

作者：熊海贝武喆欧阳禄王治方陈佳炜同济大学土木工程学院上海200092 南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

连接节点的设计是保证木-混凝土混合结构中两种材料协同工作的基础.为研究常用工程木-混凝土螺栓连接节点的力学性能及破坏模式,分别选用正交胶合木(Crosslaminated timber,CLT)-混凝土螺栓连接和云杉-松木-冷杉(Spruce Pine Fir,SPF)... 详细信息

连接节点的设计是保证木-混凝土混合结构中两种材料协同工作的基础.为研究常用工程木-混凝土螺栓连接节点的力学性能及破坏模式,分别选用正交胶合木(Crosslaminated timber,CLT)-混凝土螺栓连接和云杉-松木-冷杉(Spruce Pine Fir,SPF)规格材-混凝土螺栓连接作为试验对象,设计了27组单调加载试验和低周往复加载试验,归纳并对比了两类木-混凝土螺栓连接的典型破坏模式.结果表明:木-混凝土螺栓连接节点承载力大小与螺栓屈服模式相关,CLT-混凝土螺栓连接相较于SPF-混凝土螺栓连接更易发生双铰破坏,且CLT-混凝土螺栓连接具有更好的延性.基于对两类连接力学性能差异的影响机理分析,考虑钢垫板对承载力的影响,并引入CLT等效截面,提出了木-混凝土螺栓连接的承载力力学模型.计算结果与试验结果对比的平均误差为12.18%,表明计算值与试验值吻合良好,可为木-混凝土螺栓连接的设计与应用提供参考.

关键词：木-混凝土混合结构螺栓连接破坏模式力学性能计算模型

植物源脲酶诱导碳酸钙沉积固化石灰石粉尘试验研究

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材料导报 2025年第2期39卷 67-74页

作者：杜常博陶晗易富黄惠杰程传旺辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 北京京能地质工程有限公司北京102300

露天石灰石矿山的粉尘会导致空气、水和土壤污染,对人体健康和周围生态系统产生不利影响,制约着绿色矿山的建设和生产。为了解决这一问题,本工作基于酶诱导碳酸钙沉淀技术,利用大豆脲酶制备生物抑尘剂。从宏观和微观角度分析了生物抑尘... 详细信息

露天石灰石矿山的粉尘会导致空气、水和土壤污染,对人体健康和周围生态系统产生不利影响,制约着绿色矿山的建设和生产。为了解决这一问题,本工作基于酶诱导碳酸钙沉淀技术,利用大豆脲酶制备生物抑尘剂。从宏观和微观角度分析了生物抑尘剂对石灰石粉尘的固化效果,并揭示其固化机理。结果表明脲酶的活性与尿素浓度和温度密切相关,当胶结液浓度为0.8 mol·L^(-1)时,生物抑尘剂的碳酸钙沉淀比最大,pH值为7.47,呈弱碱性。生物抑尘剂作用下的碳酸钙生成量显著提高,抑尘效率得到大幅提升。生物抑尘剂能够有效提高抗风蚀能力,在最高风速下抑尘效率达49.65%,最低风速下更是达到85.45%。此外,生物抑尘剂能有效减缓腐蚀速率,96 h达到0.020 mm/a,约为水的11.05%。脲酶诱导碳酸钙沉积(Enzyme-induced carbonate precipitation,EICP)的矿化产物主要为方解石型碳酸钙,具有充填、黏附、桥接和整体固化作用,能有效固化石灰石粉尘。研究表明EICP技术的经济性、环保性、可持续性以及对石灰石粉尘的积极影响使其成为一种具有极大潜力的解决方案。

关键词：脲酶诱导碳酸钙沉积生物抑尘剂石灰石粉尘抗风蚀测试固化机理

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变截面波形钢腹板悬臂梁抗剪性能研究

湖南大学学报(自然科学版) 2025年第1期52卷 108-117页

作者：王方旭刘世忠杨霞林秦翱翱刘欣益兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 枣庄学院城市与建筑工程学院山东枣庄277160

为了在变截面波形钢腹板悬臂梁的剪应力计算时考虑翼板、腹板以及组合箱梁截面转角差异,首先从翼板、腹板以及组合箱梁截面转角出发建立位移函数,采用能量变分法将翼板与腹板承剪进行剥离,利用弯矩等效分离顶、底板承剪;其次结合变截面... 详细信息

为了在变截面波形钢腹板悬臂梁的剪应力计算时考虑翼板、腹板以及组合箱梁截面转角差异,首先从翼板、腹板以及组合箱梁截面转角出发建立位移函数,采用能量变分法将翼板与腹板承剪进行剥离,利用弯矩等效分离顶、底板承剪;其次结合变截面波形钢腹板组合箱梁的梁段分析单元刚度矩阵及节点荷载列阵建立了剪应力求解程序;最后分析了悬臂梁在不同荷载工况下顶、底板及腹板剪应力与承剪比.结果表明:相较于有限元计算结果,考虑转角差异后顶板、腹板和底板承剪比计算结果较已有变截面剪应力计算结果精度最大可提高3.48%、3.43%和6.91%;悬臂梁各组件承剪比取决于荷载形式,梁端集中荷载作用下,顶、底板各自承剪比达到最大,分别为自由端的12.82%和固定端的60.81%;均布荷载作用下,腹板承剪比达到最大,为自由端的78.11%.

关键词：剪应力能量变分法有限梁段法承剪比

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开口和闭口截面薄壁梁约束扭转效应对比分析

计算力学学报 2025年

作者：杜磊磊张元海兰州交通大学土木工程学院

为了对比分析开口和闭口截面薄壁梁的约束扭转效应，本文基于薄壁杆件约束扭转理论给出了开口截面梁的约束扭转几何特性实用公式，并建立了开口和闭口截面简支梁和悬臂梁的约束扭转广义内力和位移的初参数解。选取闭口截面薄壁箱梁算例... 详细信息

为了对比分析开口和闭口截面薄壁梁的约束扭转效应，本文基于薄壁杆件约束扭转理论给出了开口截面梁的约束扭转几何特性实用公式，并建立了开口和闭口截面简支梁和悬臂梁的约束扭转广义内力和位移的初参数解。选取闭口截面薄壁箱梁算例，在其底板中心虚构切口形成开口截面梁，详细对比分析两类薄壁梁的约束扭转广义内力、位移及应力。结果表明：开口截面的主扇性惯性矩约为闭口截面的19倍；开口截面简支梁跨中扭转角约为闭口截面梁的4倍；开口截面薄壁梁的广义内力(绝对值)大于闭口截面薄壁梁，开口截面简支梁跨中双力矩约为闭口截面简支梁的27倍，翘曲扭矩约为后者的3倍；开口截面梁的翘曲应力显著大于闭口截面梁。

关键词：薄壁梁开口截面闭口截面约束扭转翘曲应力