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山区铁路桥隧工程关键节材要素均衡优化

中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 1146-1155页

作者：鲍学英肖岚月万炳彤李亚娟贺振霞兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学交通运输学院甘肃兰州730070

为在经济可承受范围内提升山区铁路的节材性能,提出了一种基于NSGA-Ⅱ的关键节材要素双目标均衡优化方法。首先,以断面超挖、喷射混凝土类型选择、围岩变形预留、桩基扩孔、桩头超封5个桥隧工程关键节材要素为决策变量,以CO_(2)减排量... 详细信息

为在经济可承受范围内提升山区铁路的节材性能,提出了一种基于NSGA-Ⅱ的关键节材要素双目标均衡优化方法。首先,以断面超挖、喷射混凝土类型选择、围岩变形预留、桩基扩孔、桩头超封5个桥隧工程关键节材要素为决策变量,以CO_(2)减排量最大、建造成本增加值最小为优化目标,构建山区铁路桥隧工程关键节材要素均衡优化模型;其次,采用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求出Pareto均衡解集;再次,耦合主客观元素组合的综合赋权法与TOPSIS法对Pareto均衡解集进行科学决策,得到考虑决策者偏好的关键节材要素最佳组合,并分析决策者偏好对最佳组合的影响;最后,以某山区铁路工程某标段为例,系统地验证了该方法的科学性及适用性。研究结果表明:与优化前相比,最佳组合能实现CO_(2)减排12.622万t,对应建造成本增加了24.833万元,优化效率达到50.826%。

关键词：山区铁路桥隧工程关键节材要素均衡优化 NSGA-Ⅱ算法

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山区铁路工程节能设计关键要素识别研究

铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 363-374页

作者：闫林君杨继兴鲍学英王起才郭海东兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为从设计源头减少山区铁路工程能源消耗总量、优化能源消费结构,充分发挥铁路绿色发展优势,开展山区铁路工程节能研究,识别山区铁路工程节能设计关键要素非常重要。首先,分析山区铁路工程能源消耗,梳理山区铁路线路、桥梁、隧道等重点... 详细信息

为从设计源头减少山区铁路工程能源消耗总量、优化能源消费结构,充分发挥铁路绿色发展优势,开展山区铁路工程节能研究,识别山区铁路工程节能设计关键要素非常重要。首先,分析山区铁路工程能源消耗,梳理山区铁路线路、桥梁、隧道等重点工程的节能要点。在此基础上,提取山区铁路工程节能设计要素和能源消耗要素,并根据各要素属性特点,明确其量化指标,建立山区铁路工程−能源消耗要素及指标体系。其次,结合CRITIC-熵权法与C-OWA算子法构建“山区铁路工程−能源消耗”双层复杂网络模型,依次确定各要素节点重要度、节点间影响强度和节点综合重要度,用以识别山区铁路工程节能设计关键要素。最后,以某山区重大铁路工程某标段为例,验证方法模型并识别出该标段影响施工阶段的节能设计关键要素为:隧道作业设备选型、隧道出渣控制、隧道通风方式选择;影响运营阶段的节能设计关键要素为:曲线半径设置、线路纵坡设置、线路坡度设置、节能坡设置、客站供热设计、客站体形设计。经验证,构建的山区铁路工程−能源消耗要素及指标体系符合山区铁路工程特点,“山区铁路工程−能源消耗”复杂网络模型具有良好的适用性,识别出的节能设计关键要素及其优化建议可为山区铁路工程节能设计提供参考。

关键词：山区铁路工程节能设计复杂网络 C-OWA算子铁路能源消耗

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山区铁路隧道工程资源环境影响效应评估研究

铁道科学与工程学报 2024年第4期21卷 1613-1623页

作者：闫林君陈慧鑫鲍学英王起才李亚娟兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

山区地质复杂、环境敏感、生态脆弱,致使铁路隧道建设难度大,且在资源节约、环境保护等方面面临较高要求。绿色设计作为绿色建设的先行环节,对减少隧道建设对资源环境的扰动作用,达到资源节约、环境友好的目的起关键引领作用。为定量评... 详细信息

山区地质复杂、环境敏感、生态脆弱,致使铁路隧道建设难度大,且在资源节约、环境保护等方面面临较高要求。绿色设计作为绿色建设的先行环节,对减少隧道建设对资源环境的扰动作用,达到资源节约、环境友好的目的起关键引领作用。为定量评估山区铁路隧道工程的资源环境影响效应、衡量隧道设计的绿色程度,提出一种山区铁路隧道工程资源环境影响效应分析方法。首先,基于“驱动力-状态-响应”模型(Driving force-State-Response,DSR),以隧道设计参数为驱动力指标、资源环境状况为状态指标、隧道设计措施为响应指标,构建山区铁路隧道工程资源环境影响效应评估指标体系,并建立各指标分级标准;其次,运用一种具有自学习自调整能力的支持向量回归模型(Support Vector Regression,SVR)对隧道工程的资源环境影响效应进行评估;再次,以驱动力指标和响应指标为分析对象,运用考虑指标间关联关系及叠加效应的敏感性分析法,甄别对隧道工程资源环境影响效应优化具有重要影响的隧道设计因素;最后,以某山区铁路隧道工程为例,得到该隧道工程的资源环境影响效应值为4.7157,对应等级为较好,表明该隧道工程绿色设计水平较好,资源集约节约利用较合理、环境保护力度较大,可为其他类似工况隧道工程的绿色设计提供借鉴。此外,分析结果显示,注浆加固效果是导致该隧道工程资源环境影响效应变化最敏感的因素,其次为清污分流比例,可着重从这2个方面进行优化设计,以实现隧道工程资源环境影响效应的进一步优化。研究结果验证了本文研究方法的适用性和可操作性,可为山区铁路隧道工程资源环境影响效应评估及明确隧道工程优化设计方向提供科学依据。

关键词：山区铁路隧道工程资源环境影响效应 “驱动力-状态-响应”模型支持向量回归模型敏感性分析

循环荷载作用下分数阶饱和黏土地基的动力固结分析

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岩土力学 2024年第8期45卷 2279-2289页

作者：王立安余云燕任新陈辉兰州交通大学铁道技术学院甘肃兰州730070 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

在Biot固结理论框架下,利用分数阶Kelvin模型描述土骨架流变效应,考虑孔压消散和土骨架流变的耦合作用。通过建立周期性循环荷载的时空域解析函数,在柱坐标系下构建半空间饱和黏土地基的三维轴对称动力固结控制方程。采用Hankel-Laplac... 详细信息

在Biot固结理论框架下,利用分数阶Kelvin模型描述土骨架流变效应,考虑孔压消散和土骨架流变的耦合作用。通过建立周期性循环荷载的时空域解析函数,在柱坐标系下构建半空间饱和黏土地基的三维轴对称动力固结控制方程。采用Hankel-Laplace联合变换及张量运算推导控制方程在变换域的解析解,然后利用数值反演得出物理场的时空域解。通过算例分析,对循环荷载作用下饱和黏土地基的动力固结特性开展研究。结果表明,饱和黏土在主固结阶段的沉降速率较慢,而次固结阶段的沉降速率加快;循环荷载作用下,土骨架流变性越强,土体的累积沉降发展越快,土体位移波动幅值随黏性阶数的增大而减小,而且黏性阶数越大位移滞后性越明显;土骨架流变性导致孔压响应滞后于有效应力,孔压与有效应力的螺旋曲线发生水平移动;在循环荷载的卸载阶段,正应力随外荷载的减小而减小,但切应力随之增大,土体因发生剪胀现象而产生负孔压。

关键词：分数阶Kelvin模型饱和黏土地基动力固结循环荷载 Hankel-Laplace变换

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顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选方法研究

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北京交通大学学报 2024年第1期48卷 138-146页

作者：韩峰刘泽龙王成祥兰州交通大学土木工程学院兰州730070

为合理地解决环境敏感区铁路线路方案综合优选问题,研究顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选方法 .首先,基于文献调研和环境敏感区特征探析,分析总结影响线路方案的因素,构建涵盖4大方面18项指标的顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选... 详细信息

为合理地解决环境敏感区铁路线路方案综合优选问题,研究顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选方法 .首先,基于文献调研和环境敏感区特征探析,分析总结影响线路方案的因素,构建涵盖4大方面18项指标的顾及环境敏感特征的铁路线路方案优选指标体系.其次,在专家经验主观赋权和工程信息客观赋权的基础上,运用灰色关联分析理论进行组合赋权.然后,结合改进优劣解距离法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution, TOPSIS)确定各线路方案的相对贴近度,进而实现线路方案优选.最后,以新建铁路西宁至成都线合作至郎木寺段线路方案选择为例进行优选方法验证.研究结果表明:该区段线路的4个备选方案的相对贴近度依次为0.527 9,0.523 6,0.508 7,0.522 7,方案一的相对贴近度最大为最优方案,基于本方法的优选结果与实际专家论证结果一致;与传统TOPSIS比较,基于改进TOPSIS的运算结果避免了计算结果受单方面优势指标影响的弊端,在运算过程中将线路方案涉及的极端优劣指标进行综合权衡考量,得到的运算结果更贴近实际情况.研究成果可为未来环境敏感区线路方案优选问题提供一种新的优选思路.

关键词：环境敏感区线路方案优选组合赋权灰色关联分析改进TOPSIS

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考虑滑移的钢-混凝土组合箱梁畸变效应研究

计算力学学报 2024年第2期41卷 328-334页

作者：赵丰丁南宏冀伟兰州交通大学土木工程学院兰州730070

通过引入滑移转角位移函数,建立考虑滑移的畸变翘曲正应力,基于势能驻值原理,推导考虑滑移效应的畸变微分方程。定义了一个畸变的滑移影响系数κ,此系数仅与混凝土与钢材材料特性、栓钉类型及栓钉布置形式有关,并给出均布荷载和集中荷... 详细信息

通过引入滑移转角位移函数,建立考虑滑移的畸变翘曲正应力,基于势能驻值原理,推导考虑滑移效应的畸变微分方程。定义了一个畸变的滑移影响系数κ,此系数仅与混凝土与钢材材料特性、栓钉类型及栓钉布置形式有关,并给出均布荷载和集中荷载作用下的微分方程初参数解。建立一个考虑滑移的钢-混凝土组合箱梁的Ansys有限元模型,均布荷载作用下畸变应力与畸变角与本文理论吻合良好,验证了本文理论的正确性。将考虑滑移与不考虑滑移的结果进行对比,分析表明,均布荷载作用下考虑滑移的畸变角与畸变翘曲均小于不考虑滑移的情况,且考虑滑移的畸变角更加接近于有限元计算结果。重新定义了考虑滑移的畸变矩和畸变双力矩且考虑滑移影响的结果均大于不考虑滑移的结果。

关键词：钢-混凝土组合梁滑移效应畸变效应变分法初参数解

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考虑剪力滞和剪切变形效应的UHPC箱梁长期挠度分析

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铁道学报 2024年第1期46卷 172-182页

作者：马俊军蔺鹏臻刘应龙何志刚兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学建筑与城市规划学院甘肃兰州730070

为准确计算UHPC箱梁在长期荷载作用下的挠度,基于剪切变形规律的截面翘曲位移函数,运用能量变分法建立考虑剪力滞、剪切变形效应以及UHPC收缩徐变效应的UHPC箱梁挠度计算控制微分方程,推导均布荷载和集中荷载作用下UHPC简支箱梁挠度计... 详细信息

为准确计算UHPC箱梁在长期荷载作用下的挠度,基于剪切变形规律的截面翘曲位移函数,运用能量变分法建立考虑剪力滞、剪切变形效应以及UHPC收缩徐变效应的UHPC箱梁挠度计算控制微分方程,推导均布荷载和集中荷载作用下UHPC简支箱梁挠度计算公式,并利用有限元模型计算结果对其正确性进行验证。通过数值算例分析不同效应、截面配筋以及材料特性对UHPC箱梁挠度计算的影响。结果表明:考虑剪切变形效应产生的挠度明显大于剪力滞效应;均布荷载和集中荷载作用下,仅考虑剪力滞和剪切效应后产生的简支梁跨中挠度相对于按初等梁理论计算的瞬时挠度分别增大了9.4%和10.9%,而同时考虑UHPC收缩徐变效应后分别增大了约1.5倍左右;截面配筋对箱梁挠度计算有一定的影响,两种荷载作用下,考虑配筋后计算得到的简支梁跨中瞬时和长期挠度分别是不考虑配筋时挠度的0.96倍和0.89倍;用UHPC材料代替普通混凝土材料可显著降低结构的短、长期挠度以及收缩徐变引起的挠度变化。提出的公式可为长期荷载作用下UHPC箱梁的挠度计算提供理论依据。

关键词：超高性能混凝土箱梁收缩徐变挠度简支梁

冻土层对桩基础铁路重力式桥墩抗震性能的影响研究

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地震工程与工程振动 2024年第1期44卷 225-236页

作者：徐振江张熙胤管嘉达于生生孙斌洁张益舶兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为研究冻土影响下桩基础铁路重力式桥墩的地震破坏特征以及不同影响因素对季节性冻土区桩基础铁路重力式桥墩抗震性能的影响,首先通过拟静力模型试验研究了冻土影响下桩基础铁路重力式桥墩的地震破坏特征;其次建立了考虑冻土效应的桩基... 详细信息

为研究冻土影响下桩基础铁路重力式桥墩的地震破坏特征以及不同影响因素对季节性冻土区桩基础铁路重力式桥墩抗震性能的影响,首先通过拟静力模型试验研究了冻土影响下桩基础铁路重力式桥墩的地震破坏特征;其次建立了考虑冻土效应的桩基础桥墩有限元分析模型,采用数值模拟方法探讨了季节性冻土层厚度、剪跨比、轴压比和承台埋入深度4个参数对冻土区桩基础铁路桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:在一定范围内季节性冻土层厚度的增加有利于提高桩基础铁路重力式桥墩的抗震性能,但当冻土层厚度超出这一范围再增加时,其对桩基础桥墩水平承载能力的影响会变弱,同时冻土层厚度的增加会加速桩-土-桥墩体系的破坏;剪跨比的增大和承台埋入深度的减少均会显著降低冻土影响下桩基础桥墩的抗震性能;轴压比的增大会提高桩基础桥墩的水平承载能力,但会加速桩基础桥墩峰值荷载的出现,同时也会加速桩-土-桥墩体系的破坏。

关键词：季节性冻土桩基础铁路重力式桥墩抗震性能滞回耗能特性

滑坡易发环境下公路隧道洞口施工安全系统韧性评价

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隧道建设（中英文） 2024年第7期44卷 1377-1384页

作者：王德凯郝伟兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为合理评价公路隧道在滑坡易发区进洞阶段施工安全系统的韧性,首先,构建基于D-S证据理论的贝叶斯网络韧性评价模型:1)依据PSR模型从压力、状态、响应3方面建立公路隧道洞口施工安全系统的16个韧性评价指标;2)通过各指标间的二元关系绘... 详细信息

为合理评价公路隧道在滑坡易发区进洞阶段施工安全系统的韧性,首先,构建基于D-S证据理论的贝叶斯网络韧性评价模型:1)依据PSR模型从压力、状态、响应3方面建立公路隧道洞口施工安全系统的16个韧性评价指标;2)通过各指标间的二元关系绘制贝叶斯网络;3)使用D-S证据理论计算BN节点条件概率并利用Netica软件对韧性水平进行分析计算。然后,以甘肃省卓合高速公路白崖山隧道洞口施工为例,运用该模型进行实例分析。计算结果表明:在滑坡灾害影响下,白崖山隧道洞口施工安全系统韧性水平为良好,评价结果与现场施工监测数据相符,有效验证了该指标体系的合理性和韧性评价模型的适用性。

关键词：公路隧道韧性评价贝叶斯网络滑坡灾害 D-S证据理论 PSR模型