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基于样本降维聚类的大型桁架桥梁失效模式概率解耦搜寻方法

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中国公路学报 2025年

作者：蒋友宝贺智彬周浩冷钰王磊长沙理工大学土木工程学院

评估大型桁架桥梁的可靠性通常需要综合考虑多种失效模式，但结构体系的复杂性和高维不确定性，使得现有体系失效模式搜寻方法需进行繁杂的概率耦合计算，导致其效率和精度低。为解决此不足，本文提出一种基于样本降维聚类和迭代的结构... 详细信息

评估大型桁架桥梁的可靠性通常需要综合考虑多种失效模式，但结构体系的复杂性和高维不确定性，使得现有体系失效模式搜寻方法需进行繁杂的概率耦合计算，导致其效率和精度低。为解决此不足，本文提出一种基于样本降维聚类和迭代的结构体系失效模式概率解耦搜寻方法。该方法通过状态空间搜索算法与有限元分析，直接利用样本搜索体系的失效模式。首先，通过有监督拉普拉斯特征映射（SLE）算法将高维样本降维，同时在低维空间中使样本按照失效模式聚类。然后，在类间差异最大处插入新增测试样本，研究新增样本点的失效模式，并通过在预估重要概率空间中确定性迭代，实现结构体系失效模式的概率解耦搜寻。最后，应用该方法对具有137根杆件、283个随机变量的大型桁架拱桥等多个算例进行分析。结果表明：（1）对于复杂分布的高维极限状态样本点，SLE算法能在合理降维的同时，将其按失效模式完好聚类，消除降维后样本点的混杂分布，解决了二维可视化图等已有方法无法将样本点按失效模式正确分类的不足。（2）通过对具有失效模式类别属性的高维样本点迭代新增，可高效完成体系失效模式的概率解耦搜寻。（3）该方法应用于大型桁架桥梁体系，能得到较为全面的失效模式集，且需要的结构分析次数少，具有较好的适用性。

关键词：桥梁工程主要失效模式概率解耦大型桁架桥梁高维样本降维聚类

高强CO2泡沫混凝土的设计、制备与宏微观特性

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硅酸盐学报 2025年

作者：范定强陆建鑫刘康宁潘智生香港理工大学土木及环境工程学系香港理工大学碳中和资源工程研究中心

CO2的大量排放给全球生态环境构成了严峻挑战。对此，提出了回收CO2废气制备高强CO2泡沫混凝土（HSCFC）的新策略，旨在实现混凝土领域的高效碳捕捉与碳利用。首先，提出了高强CO2泡沫混凝土的设计理念与方法，即将设计的CO2泡沫纳入... 详细信息

CO2的大量排放给全球生态环境构成了严峻挑战。对此，提出了回收CO2废气制备高强CO2泡沫混凝土（HSCFC）的新策略，旨在实现混凝土领域的高效碳捕捉与碳利用。首先，提出了高强CO2泡沫混凝土的设计理念与方法，即将设计的CO2泡沫纳入基于颗粒紧密堆积理论设计的高强水泥浆体中。随后对制备的高强CO2泡沫混凝土材料进行了宏/微观性能评估。结果表明，设计的HSCFC具有低密度、高抗压强度（约为相似密度下普通泡沫混凝土强度的2倍）、高显微硬度（HV均值可达90）以及低导热系数。提高CO2泡沫用量可增加HSCFC的孔隙率，但使用过量CO2泡沫导致孔结构的粗化。此外，CO2泡沫的使用提高了水泥水化程度，并在水泥基体内产生了内碳化效应，于泡孔壁上原位生成大量碳酸钙，从而增强泡孔。研究成果为回收工业尾气制备固碳型泡沫混凝土提供了一条新途径，有利于水泥混凝土行业的低碳可持续发展。

关键词： CO 泡沫泡沫混凝土碳捕集孔结构内碳化

肉豆蔻酸-棕榈酸-石蜡三元复合相变材料的制备及性能表征

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化工新型材料 2025年

作者：张屹东张红婴闻静许润泽江西理工大学土木与测绘工程学院

以肉豆蔻酸（MA）、棕榈酸（PA）和石蜡（PS）为原料，采用熔融共混法制备了MA-PA-PS（MPP）三元复合相变材料，并对其进行性能表征。结果表明：MPP中MA、PA与PS的最佳质量配比为42∶20∶38，MPP的相变温度与相变潜热分别为40.63℃与177... 详细信息

以肉豆蔻酸（MA）、棕榈酸（PA）和石蜡（PS）为原料，采用熔融共混法制备了MA-PA-PS（MPP）三元复合相变材料，并对其进行性能表征。结果表明：MPP中MA、PA与PS的最佳质量配比为42∶20∶38，MPP的相变温度与相变潜热分别为40.63℃与177.27J/g；MPP中各组分是通过物理作用结合，并未发生化学反应；MPP具有良好的储热性能；MPP在温度不高于144.54℃时不发生分解，具有较好的热可靠性；在经历500次冷热循环后，MPP相变温度与相变潜热的最大偏差均小于10%，具有良好的热稳定性与化学结构稳定性。因此，MPP在建筑节能领域具有较好的应用前景。

关键词：脂肪酸石蜡复合相变材料热性能建筑节能

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含初始损伤饱水花岗岩的冲击破坏规律

爆炸与冲击 2025年第1期45卷 51-64页

作者：褚怀保陈璐阳杨小林王东辉魏海霞孙博河南理工大学土木工程学院河南焦作454003

为研究饱水和初始损伤对冲击荷载下花岗岩宏观和微观破坏特征的影响,开展了X射线衍射、霍普金森和扫描电镜试验,利用分形维数对花岗岩的破碎块度和断口形貌进行了分析,探讨了图像放大倍数对分形维数的影响,分析了冲击荷载下饱水后花岗... 详细信息

为研究饱水和初始损伤对冲击荷载下花岗岩宏观和微观破坏特征的影响,开展了X射线衍射、霍普金森和扫描电镜试验,利用分形维数对花岗岩的破碎块度和断口形貌进行了分析,探讨了图像放大倍数对分形维数的影响,分析了冲击荷载下饱水后花岗岩的微观致裂机制。结果表明:饱水后花岗岩中角闪石、钠长石、微斜长石和石英的占比减少,高岭石占比显著提高;随着初始损伤的增大,花岗岩的动态峰值应力逐渐减小,而破碎程度和块度分形维数逐渐增大,且初始损伤对块度分形维数的影响大于饱水的影响;随着初始损伤的增加,断口出现更多的微裂纹和碎屑,断口图像的分形维数也逐渐增加;放大倍数在400~3200范围内时,断口图像分形维数随着图像放大倍数的增大而增加,超过3200后,分形维数减小。

关键词：岩石动力学矿物成分破碎块度断口微观形貌分形维数

基于UFAC应力吸收层的抗反射裂缝性能评价

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河南理工大学学报（自然科学版） 2025年第1期44卷 185-192页

作者：李智童竞华南理工大学土木与交通学院广东广州510641

目的为了解决“白加黑”技术中的反射裂缝问题,针对目前常用的悬浮密实型高弹改性沥青混合料(super flexible asphalt concrete,SFAC)应力吸收层变形量较大、容易造成上部沥青加铺层不利于受力的缺陷,方法提出基于CAVF法和富沥青理念优... 详细信息

目的为了解决“白加黑”技术中的反射裂缝问题,针对目前常用的悬浮密实型高弹改性沥青混合料(super flexible asphalt concrete,SFAC)应力吸收层变形量较大、容易造成上部沥青加铺层不利于受力的缺陷,方法提出基于CAVF法和富沥青理念优化设计的骨架密实型UFAC应力吸收层。采用有限元ABAQUS数值模拟方法对“白加黑”路面结构进行受力分析,并通过加速加载试验、冲击韧性试验和劈裂试验对材料与结构的抗反射裂缝性能进行评价。结果重载条件下,UFAC应力吸收层和高弹改性沥青应力吸收层的竖向位移相差5.93×10^(-2)mm,沥青加铺层底部所受竖向压应力σy、最大主应力σ_(max)、最大剪应力τ_(12)分别降低24%,32.3%,27.7%。当路面存在严重脱空或常规脱空情况时,基于UFAC应力吸收层的路面结构比GAC加铺路面结构的抗疲劳开裂性能分别提升48%,36%。与传统的悬浮型砂粒式AC-5应力吸收层相比,UFAC-5应力吸收层的冲击韧性增加60.8%,劈裂抗拉强度提高16.8%。结论基于UFAC应力吸收层的沥青加铺技术,通过增大常规改性沥青膜厚保证必要的疲劳抗拉能力,并采用骨架密实型级配显著提高集料间的嵌挤能力和内摩阻力,减小层间结构变形,可有效减缓沥青加铺层反射裂缝的产生与发展。

关键词：应力吸收层薄层富沥青混合料骨架密实型有限元数值模型抗压变形

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考虑腐蚀效应的高桩码头地震响应研究

地震工程学报 2025年第1期 122-132页

作者：王龙龙苏雷王建峰凌贤长青岛理工大学土木工程学院哈尔滨工业大学土木工程学院

高桩码头作为港口工程最常用的码头结构型式之一，因其所处环境相对复杂，在使用寿命中除了会受到地震荷载，往往还会长期受到氯离子侵蚀，导致结构材料性能不断退化，进而降低结构的抗震性能。为了研究受腐蚀后高桩码头地震响应特性，... 详细信息

高桩码头作为港口工程最常用的码头结构型式之一，因其所处环境相对复杂，在使用寿命中除了会受到地震荷载，往往还会长期受到氯离子侵蚀，导致结构材料性能不断退化，进而降低结构的抗震性能。为了研究受腐蚀后高桩码头地震响应特性，以钢筋锈蚀机理为基础，探索钢筋及混凝土材料退化规律。基于开源数值计算平台OpenSees,建立考虑腐蚀效应的高桩码头二维有限元模型，研究腐蚀后高桩码头结构地震响应。地震响应结果表明：(1)桩基腐蚀减小了码头面板的位移，在一定程度上起到减震效果；(2)桩基腐蚀改变了下部码头结构内力分布，引起陆侧桩自由段内力明显变化，增大结构安全隐患。研究结果可为腐蚀后高桩码头结构地震响应分析提供有价值的参考与借鉴。

关键词：氯离子腐蚀高桩码头桩-土相互作用地震响应

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Q550E高强钢及焊接接头的疲劳裂纹扩展研究

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土木与环境工程学报（中英文） 2025年第1期47卷 142-151页

作者：马亚飞程尔祥吴显顺何羽王磊长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

焊接构造是钢桥的薄弱部位,在反复车辆荷载作用下,疲劳损伤正逐步成为影响桥梁服役安全的关键问题之一。以Q550E高强钢为研究对象,开展母材和对接焊缝接头的静力拉伸和疲劳裂纹扩展试验,建立母材及焊接连接件的疲劳裂纹增长模型,揭示了... 详细信息

焊接构造是钢桥的薄弱部位,在反复车辆荷载作用下,疲劳损伤正逐步成为影响桥梁服役安全的关键问题之一。以Q550E高强钢为研究对象,开展母材和对接焊缝接头的静力拉伸和疲劳裂纹扩展试验,建立母材及焊接连接件的疲劳裂纹增长模型,揭示了应力比对高强钢焊接节点疲劳裂纹扩展速率的影响规律;开展基于FRANC3D和ABAQUS的联合仿真模拟分析,通过敏感性分析明确关键影响参数。结果表明:随着应力比的增大,疲劳裂纹扩展速率参数m增大、lg C减小,应力强度因子门槛值减小;对接焊缝m值约为母材的2倍,对接焊缝裂纹门槛值大于母材,且对应力比更敏感;联合仿真方法可准确预测高强钢焊接接头疲劳寿命,高应力比下试件厚度和初始裂纹深度对疲劳扩展影响显著。

关键词：桥梁工程 Q550E高强钢焊接接头疲劳裂纹有限元分析

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不同分数阶微分形式在盐渍土电导率高光谱反演中的适用性研究

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 272-281页

作者：周凤玺滕祥帅郝君明王立业兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省应急测绘工程研究中心甘肃兰州730050

近年来,部分学者将分数阶微分理论应用到盐渍土电导率高光谱反演中,取得了较为显著的效果。然而,已有研究多采用Grünwald-Letnikov分数阶微分定义形式,对于Riemann-Liouville、Caputo分数阶微分定义形式的应用研究较少,Riemann-Liouvi... 详细信息

近年来,部分学者将分数阶微分理论应用到盐渍土电导率高光谱反演中,取得了较为显著的效果。然而,已有研究多采用Grünwald-Letnikov分数阶微分定义形式,对于Riemann-Liouville、Caputo分数阶微分定义形式的应用研究较少,Riemann-Liouville、Caputo分数阶微分定义形式在盐渍土电导率高光谱反演中的适用性尚不明确。基于实测土壤电导率和高光谱数据,考虑常见的Grünwald-Letnikov、Riemann-Liouville和Caputo三类分数阶微分定义形式,通过软件编程实现Grünwald-Letnikov、Riemann-Liouville、Caputo分数阶微分处理函数,比较分析了不同分数阶微分定义形式下,土样高光谱数据在同阶微分处理后的差异性以及随阶数增加后的变化特征。结果表明:土样光谱反射率曲线在不同分数阶微分定义形式下,同阶微分处理后表现出较大差异;在0.1~1阶范围内,随微分阶数的增加,Grünwald-Letnikov、Riemann-Liouville、Caputo分数阶微分处理后高度变异波段数量均呈现出增加趋势;当微分阶数趋于1时,光谱反射率微分值逐渐降低且向0值逼近,波动范围逐渐减小,而光谱数据的变异性却随着波动范围的减小而增强;Grünwald-Letnikov分数阶微分处理在0.6、0.7阶相关系数提升9.5%、6.7%,Riemann-Liouville和Caputo分数阶微分处理后,相关系数分别在0.8~0.9阶、0.7~0.9阶提升1%左右。该研究为高光谱数据预处理提供了一种新的研究思路,为更好的将分数阶微分理论应用到土壤盐渍化遥感反演中提供参考。

关键词：盐渍土电导率光谱反射率分数阶微分

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超高性能混凝土早期收缩性能及神经网络预测模型

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硅酸盐学报 2025年

作者：蒋志鹏高畅汤金辉胡张莉王磊长沙理工大学土木工程学院东南大学材料科学与工程学院

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有高强、高耐久性的先进水泥基材料，但早期收缩大是影响其结构体积稳定性，并带来潜在开裂风险的重要影响因素。本文探究了胶砂比、水胶比、不同纤维种类与掺量及养护环境对UHPC早期收缩性能的影响，并结... 详细信息

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有高强、高耐久性的先进水泥基材料，但早期收缩大是影响其结构体积稳定性，并带来潜在开裂风险的重要影响因素。本文探究了胶砂比、水胶比、不同纤维种类与掺量及养护环境对UHPC早期收缩性能的影响，并结合BPNN和WOA-BPNN神经网络建立了UHPC早期收缩模型。结果表明：细集料对UHPC早期干燥收缩和自收缩有抑制作用，当胶砂比从1.2降低至0.8时，其早期干燥收缩及自收缩分布增加了108%和60%；UHPC的早期干燥收缩和自收缩随着水胶比的降低而增加，水胶比的降低导致UHPC自干燥现象提前；聚丙烯纤维的掺入对其早期干燥收缩和自收缩具有抑制作用，呈先增后减的趋势，聚丙烯纤维体积掺量为0.10%时效果最好；养护方式对其早期干燥收缩和自收缩的影响较大，干燥养护条件下的干燥收缩率是标养条件下的2.5倍，干燥养护条件下的自收缩率是标养条件下的1.2倍；WOA-BPNN神经网络构建的UHPC早期干燥收缩和自收缩预测模型相比于BPNN体现出更好的精准性和鲁棒性。

关键词：超高性能混凝土早期干燥收缩早期自收缩机器学习算法