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椭圆形障条风障对桥面行车风环境影响的CFD研究

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中国公路学报 2024年第5期37卷 289-299页

作者：文颖何琪瑶严磊何旭辉康熙萌中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410075

以某双边箱组合梁为研究对象,开展详细的椭圆形障条风障(EBWB)对桥面行车风环境影响的CFD数值模拟研究。首先检验湍流模型以及时间步长和网格密度无关性,然后比较在1.71 m防撞栏杆上设置EBWB或常规矩形障条风障(RBWB)的侧风折减系数的差... 详细信息

以某双边箱组合梁为研究对象,开展详细的椭圆形障条风障(EBWB)对桥面行车风环境影响的CFD数值模拟研究。首先检验湍流模型以及时间步长和网格密度无关性,然后比较在1.71 m防撞栏杆上设置EBWB或常规矩形障条风障(RBWB)的侧风折减系数的差异,进一步分析有无EBWB时的桥面行车风环境。通过研究侧风折减系数、风剖面曲线以及流场结构,分析了风障透风率和风障高度对桥面行车风环境的影响,同时在考虑桥梁阻力系数的基础上引入一个综合指标以比选最优风屏障形式。研究结果表明:SST k-ω、RNG k-ε两种湍流模型的计算三分力系数相差较小,0°风攻角下2种阻力系数相差仅为4.02%,说明当前模拟方法可靠;EBWB与RBWB均具有良好的减风效果,EBWB的侧风折减系数更小,阻力系数也更大;减小风障透风率或增大风障高度可以改善桥面行车风环境,但桥梁风荷载随之增大。对于所提的双边箱组合梁断面,综合考虑桥面行车风环境和桥梁风荷载后,透风率为52%且风障高度为1.486 m的椭圆形障条风障(总屏障高度为3.196 m)最优。

关键词：桥梁工程桥面行车风环境 CFD 风障透风率侧风折减系数

三维石墨烯-碳纳米管对超高性能混凝土机敏性能的影响

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材料导报 2024年第11期38卷 128-135页

作者：刘金涛崔娇伟周煜钱如胜孔德玉浙江工业大学土木工程学院杭州310023 浙江省工程结构与防灾减灾技术研究重点实验室杭州310023

本工作探索了掺加三维石墨烯-碳纳米管(Graphene-CNT,GC)的超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)复合材料的机敏性能,基于四电极法分析了不同GC掺量、加载幅度、加载速度、温度和含水率对UHPC的电阻率变化规律的影响... 详细信息

本工作探索了掺加三维石墨烯-碳纳米管(Graphene-CNT,GC)的超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)复合材料的机敏性能,基于四电极法分析了不同GC掺量、加载幅度、加载速度、温度和含水率对UHPC的电阻率变化规律的影响。研究结果表明:GC掺量对UHPC的28 d抗压强度影响不大;UHPC电阻率随着GC掺量的增加逐步降低,含有2.0%(质量分数,下同)GC的UHPC电阻率较R组下降了55.1%;UHPC试件电阻率随内部相对含水率的增加而降低,且二者存在线性关系;UHPC的电阻率随温度的升高而降低,电阻率的自然对数与绝对温度的倒数呈线性关系;UHPC电阻率变化率幅值随着加载幅度增大而增加,表现出良好的压敏特性,1.2%GC掺量下UHPC试件的压缩应力和应变灵敏系数分别达到0.2%/MPa和85.2。

关键词：三维石墨烯-碳纳米管超高性能混凝土电阻率压敏性能

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浦清高速仙垌隧道初期支护施工方案研究

四川建筑 2024年第3期 124-126页

作者：上官伟由洋旭田晓雷袁文鹏中交一航局城市交通工程有限公司山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东科技大学

结合浦清高速仙垌隧道工程，根据相关规范，综合考虑该隧道的工程地质情况，对仙垌隧道进行初期支护方案的设计。仙垌隧道段地质复杂，断层破碎带众多，隧道出口处岩层破碎，洞门需要承担山体压力，选取端墙式洞门。

关键词：隧道施工端墙式洞门初期支护

基于遗传优化算法-反向传播神经网络的机制砂聚合物改性砂浆力学性能预测

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复合材料学报 2024年

作者：田浩正乔宏霞张云升冯琼王鹏辉谢晓扬兰州理工大学土木工程学院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深圳大学广东省海洋土木工程耐久性重点实验室

对聚合物改性砂浆（PMM）进行力学性能评价是保证安全使用的必要条件。为快速准确的获得具有优异力学性能的PMM，设计了拓扑结构为6-14-2的反向传播的神经网络（BPNN）预测模型，并使用遗传优化算法（GA）进行优化。GA-BPNN模型的输入... 详细信息

对聚合物改性砂浆（PMM）进行力学性能评价是保证安全使用的必要条件。为快速准确的获得具有优异力学性能的PMM，设计了拓扑结构为6-14-2的反向传播的神经网络（BPNN）预测模型，并使用遗传优化算法（GA）进行优化。GA-BPNN模型的输入层为水泥、纤维素醚、可再分散乳胶粉、消泡剂、凝灰岩石粉和粉煤灰的含量，输出层为抗压强度和粘结强度。数据集为520个，其中60%的数据用于建立模型，40%的数据用于验证模型。以实测抗折强度、抗压强度和粘结强度作为PMM的力学性能评价指标，通过相关性矩阵分析和主成分分析确定原材料与PMM力学性能之间的关系，同时对力学性能评价指标进行对比分析。结果表明：在7d和28d时，可再分散乳胶粉和消泡剂与PMM力学性能发展呈正相关；7d时，石粉、粉煤灰与抗压、抗折强度呈负相关，纤维素醚与粘结强度呈正相关；28d时，水泥与抗压、粘结和抗折强度负相关，与石粉、粉煤灰呈正相关。GA优化算法可以显著提升BPNN模型的预测精度，GA-BPNN对抗压强度和粘结强度的预测性能评价指标分别为R2= 0.918、RMAE= 17.507、RMAPE= 0.299、RRMSE= 7.849；R2= 0.922、RMAE= 17.101、RMAPE= 0.282、RRMSE= 8.077。因此，GA-BPNN可以为PMM在力学性能方面提供精确的预测并对其配合比设计进行指导，对于工程实践具有重要意义。

关键词：聚合物改性砂浆力学性能反向传播神经网络遗传优化算法配合比优化机制砂

基于鲸鱼优化算法-反向传播神经网络的钢筋混凝土耐久性预测

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：冯琼谢晓扬王鹏辉乔宏霞马云霞兰州理工大学土木工程学院深圳大学广东省滨海土木工程耐久性重点实验室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

通过配合比设计提高钢筋混凝土的耐久性，设计拓扑结构为6-14-2的鲸鱼优化算法-反向传播神经网络模型。模型数据集共100*2组数据，其中60*2组数据用于建立模型，40*2组数据用于验证模型。通过对比反向传播神经网络模型与鲸鱼优化算法-... 详细信息

通过配合比设计提高钢筋混凝土的耐久性，设计拓扑结构为6-14-2的鲸鱼优化算法-反向传播神经网络模型。模型数据集共100*2组数据，其中60*2组数据用于建立模型，40*2组数据用于验证模型。通过对比反向传播神经网络模型与鲸鱼优化算法-反向传播神经网络模型的预测性能，表明鲸鱼优化算法可以显著提高反向传播神经网络模型的预测能力。鲸鱼优化算法-反向传播神经网络模型预测T1性能指标的均值分别为：R2=0.90，RMSE=33.92，MAPE=0.06、MAE=27.31;T2性能指标的均值分别为R2=0.90、RMSE=29.75、MAPE=0.04、MAE=23.81。因此，鲸鱼优化算法-反向传播神经网络模型可以有效预测钢筋混凝土耐久性。

关键词：土木工程材料钢筋混凝土耐久性腐蚀电流密度混凝土损伤度鲸鱼优化算法-反向传播神经网络

冲击荷载作用下改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土的动力特性

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材料导报 2024年第5期38卷 91-97页

作者：程雨竹马林建王磊耿汉生高康华谭仪忠湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201 中国人民解放军陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾全国重点实验室南京210000 桂林理工大学土木建筑工程学院广西桂林541000 92656部队海南三亚572000

利用100 mm分离式霍普金森压杆装置对改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土进行冲击压缩试验,分析了三种不同纤维掺量的改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土试样的动态压缩强度、变形特性及吸能性能。结果表明:不同纤维掺量的改性聚丙烯纤维高强珊瑚... 详细信息

利用100 mm分离式霍普金森压杆装置对改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土进行冲击压缩试验,分析了三种不同纤维掺量的改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土试样的动态压缩强度、变形特性及吸能性能。结果表明:不同纤维掺量的改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土的动态抗压强度、破碎状态、韧性指数等均具有明显的应变率效应。随着纤维掺量的增加,改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土的破坏程度逐渐减轻,峰值应变增大,韧性指数逐渐增大,能量吸收也呈现上升趋势。改性聚丙烯纤维的掺入能够有效增强增韧并降低珊瑚混凝土的脆性破坏特征。

关键词：高强珊瑚混凝土改性聚丙烯纤维动态抗压强度韧性指数能量耗散

土壤微观结构参数对埋地电缆温度与载流量的影响分析

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高电压技术 2024年第2期50卷 749-757,I0028页

作者：刘文博谢茂杰周游马国庆韩明明张皓长沙理工大学电气与信息工程学院电网防灾减灾全国重点实验室长沙410114 国网山东电力科学研究院济南250003

土壤内部结构影响埋地电缆传热过程和电缆载流能力。该文考虑埋地电缆实际敷设工况,建立了土壤微观结构参数下的电–热–流多物理场耦合仿真模型。首先基于多孔介质传热理论构建了土壤导热系数评估模型。然后以典型±500 kV高压直流电... 详细信息

土壤内部结构影响埋地电缆传热过程和电缆载流能力。该文考虑埋地电缆实际敷设工况,建立了土壤微观结构参数下的电–热–流多物理场耦合仿真模型。首先基于多孔介质传热理论构建了土壤导热系数评估模型。然后以典型±500 kV高压直流电缆为对象,依次研究埋地电缆在不同土壤孔隙率、水气比、渗透率下温度场与载流量的变化情况。最后将结果与IEC标准进行比较,分析了IEC标准的使用局限性。结果表明:土壤孔隙率的增大和水气比的减小使得孔隙内气–液占比增大,导致土壤导热系数减小和电缆温度上升。在极端干燥土壤中,电缆稳态温度随孔隙率变化最大可相差25℃左右。土壤渗透率的增大则使得传热方式由单一热传导变为热传导与热对流共同传热,由此引起的电缆稳态温度变化最大可相差约20℃。因此IEC标准计算载流量仅适用于土壤渗透率低且孔隙率低、水气比高的土壤环境。研究结论可为复杂环境下电缆敷设选址提供理论依据,最大限度利用直埋型电缆的载流能力,提高运行可靠性。

关键词：孔隙率渗透率水气比载流量温度场分布埋地电缆

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典型桥梁主梁涡振机理分析的简化涡方法

中国公路学报 2024年

作者：胡传新王相龙赵林葛耀君同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室武汉科技大学城市建设学院同济大学桥梁结构抗风技术交通运输行业重点实验室武汉科技大学城市更新湖北省工程研究中心

旋涡脱落和漂移是桥梁断面涡振发生的共同流场特征，主梁表面压力时空分布与旋涡漂移密切关联。本文基于主梁表面时空压力场，系统分析了涡激气动力统计参数（相关系数、贡献值、无量纲功等）的空间分布特征，建立了简化涡基本理论，提... 详细信息

旋涡脱落和漂移是桥梁断面涡振发生的共同流场特征，主梁表面压力时空分布与旋涡漂移密切关联。本文基于主梁表面时空压力场，系统分析了涡激气动力统计参数（相关系数、贡献值、无量纲功等）的空间分布特征，建立了简化涡基本理论，提出了典型桥梁主梁涡振机理分析的简化涡方法。该方法可推演关键流场特征及其主导同步气动力时空演变模式，从而揭示涡振机理。以典型箱梁为例，结合气动力时频特征、数值流场与谱本征正交分解（Spectral Proper Orthogonal Decomposition，SPOD），验证了简化涡方法。研究表明：发生竖向（扭转）涡振时，相关系数、贡献值和无量纲功为脉动压力与涡激力（矩）之间相位差的类简谐函数。当相位差单调变化时，上述统计参数呈波浪式分布，且对应主导涡激气动力沿流向呈行波式演变，统称为气动行波模式。该模式与对应简化涡模式互为映射，共同构成简化涡模态。竖向涡振时，上表面旋涡前缘分离至尾缘处漂移距离约为k个波长，耗时k个断面振动周期，即由分离点诱发的k阶竖向简化涡模态主导；扭转涡振上表面旋涡前缘分离至尾缘处漂移距离约为（k+0.5）个波长，耗时（k+0.5）个断面振动周期，即由分离点诱发的k阶扭转简化涡模态主导；其中k为正整数。典型箱梁上表面气动力主导SPOD模态沿流向呈行波式演变，相关系数呈波浪式分布，且波涡模式互为映射，较好验证了简化涡方法。本文系统建立了简化涡基本理论，构建了以与振动效应关联多尺度气动力时空演变特征为“一体”、以推演关键流场特征的简化涡模式和以精确模拟气动力时空演变特征的气动行波模式为“两翼”的简化涡方法体系，为桥梁主梁涡振物理机制分析、涡激力数理模型构建及涡振抑振措施比选提供新的理论依据。

关键词：简化涡方法涡振桥梁主梁旋涡漂移气动力行波

考虑颗粒破碎影响的钙质砂中海底管道贯入机制研究

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岩土力学 2024年第2期45卷 623-632页

作者：杨阳王乐马建华童晨曦张春会王智超田英辉天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 中国港湾工程有限责任公司北京100010 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 河北科技大学河北省岩土与结构体系防灾减灾技术创新中心河北石家庄050018 湘潭大学土木工程学院湖南湘潭411105 墨尔本大学墨尔本工程学院澳大利亚维多利亚3010

通过离心机模型试验,结合离散元数值分析对钙质砂中海底管道竖向贯入机制进行了研究。研究结果显示,钙质砂中管道竖向贯入阻力与埋深基本呈线性关系,其值大致等于管-土接触宽度与静力触探试验(cone penetration test,简称CPT)中相同深... 详细信息

通过离心机模型试验,结合离散元数值分析对钙质砂中海底管道竖向贯入机制进行了研究。研究结果显示,钙质砂中管道竖向贯入阻力与埋深基本呈线性关系,其值大致等于管-土接触宽度与静力触探试验(cone penetration test,简称CPT)中相同深度锥尖阻力的乘积。当管道埋深较小时,由于土体变形主要以颗粒重排挤密为主,管道竖向贯入阻力几乎不受颗粒强度影响;当管道埋深较大时,管道竖向贯入阻力随着颗粒强度的降低以及颗粒破碎的加剧而减小。钙质砂中管道竖向贯入机制主要表现为典型的冲剪破坏,土体变形主要集中在管道底部,且水滴状变形区域随着颗粒破碎的加剧逐渐收缩。颗粒破碎从管道底部向远离管道径向发展,大量贴近管道底部的颗粒发生连续破碎,少量远离管道的颗粒发生独立破碎。颗粒破碎导致管道底部土体中的集中应力释放,颗粒破碎越多,应力释放导致管道竖向贯入阻力减小的现象越明显。

关键词：钙质砂颗粒破碎海底管道离心机试验离散元