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融合注意力机制和新型卷积神经网络的市政道路病害识别

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科学技术与工程 2024年第20期24卷 8663-8672页

作者：任泳洁吴立朋石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043

环境和荷载协同作用导致的路面病害对道路使用性能和安全性能的影响日益突出。现有图像智能识别算法难以实现处理速度和计算量的平衡。针对道路病害快速准确实时识别的需求,对石家庄损伤较为严重的路面进行实地拍照,结合已有图片,采用... 详细信息

环境和荷载协同作用导致的路面病害对道路使用性能和安全性能的影响日益突出。现有图像智能识别算法难以实现处理速度和计算量的平衡。针对道路病害快速准确实时识别的需求,对石家庄损伤较为严重的路面进行实地拍照,结合已有图片,采用数据增强技术构建了市政道路病害数据集,并且提出了一种基于MobileNetV3网络的轻量化道路病害识别网络模型GEM-MobileNetV3。该模型首先使用Ghost模块代替MobileNetV3网络基本单元中的1×1卷积;然后结合改进后的高效通道注意力机制(efficient channel attention,ECA)模块提取病害目标的重要特征;最后将网络浅层的ReLU激活函数替换为泛化能力更强的Mish激活函数,提高模型的整体性能。通过消融实验与对比实验,验证了新模型的有效性。实验结果表明,新模型准确率达到96.33%,其参数量与计算量较MobileNetV3模型分别降低了37.9%和36%。提出的新模型在保持较高识别准确率的同时有效降低了模型复杂度,为在低成本计算平台上实现高准确率实时识别提供了新途径。

关键词：注意力机制深度学习卷积神经网络(CNN) 道路病害识别

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双层索系柔性光伏支架结构受力性能研究

沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2024年第3期40卷 395-403页

作者：袁焕鑫宋薏铭杜新喜王若林马文勇武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

目的研究双层索系柔性光伏支架结构在风荷载作用下的静力性能与动力响应。方法采用ABAQUS有限元软件开展双层索系柔性光伏支架结构的静力性能、动力特性、动力响应和风振系数分析,探究了跨度、横向连接系间距以及挠度限值等影响因素对... 详细信息

目的研究双层索系柔性光伏支架结构在风荷载作用下的静力性能与动力响应。方法采用ABAQUS有限元软件开展双层索系柔性光伏支架结构的静力性能、动力特性、动力响应和风振系数分析,探究了跨度、横向连接系间距以及挠度限值等影响因素对支架结构受力性能的影响。结果结构的风振响应随着跨度的增加而增大;结构跨中挠度及上层索索力随横向连接系间距的增大而增大;增大上层索预应力可以减小结构的动力响应,而下层索预应力过大会导致结构的风振响应增大。结论通过研究给出了双层索系柔性光伏支架结构的风振系数取值范围以及上、下层索的初始预拉力设置建议,可以为其结构抗风设计提供参考。

关键词：柔性光伏支架双层索系静力性能动力响应风振系数

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高频冻融循环作用下冰碛土强度劣化预测模型的研究

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冰川冻土 2024年第2期46卷 602-611页

作者：范金珂岳祖润韩子豪孙铁成胡田飞张松石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

为探究高频冻融循环对冰碛土力学性质的影响,并建立高频冻融循环作用下冰碛土强度劣化的预测模型,以高寒高海拔地区冰碛土为研究对象,通过室内高频冻融循环试验及不固结不排水三轴试验,探究高频冻融循环次数和初始含水率对冰碛土破坏强... 详细信息

为探究高频冻融循环对冰碛土力学性质的影响,并建立高频冻融循环作用下冰碛土强度劣化的预测模型,以高寒高海拔地区冰碛土为研究对象,通过室内高频冻融循环试验及不固结不排水三轴试验,探究高频冻融循环次数和初始含水率对冰碛土破坏强度的影响规律,并基于试验数据和BP神经网络建立相应的预测模型,同时引入群智能优化算法对模型进行改进。研究结果表明:(1)高频冻融循环作用对冰碛土强度有着很大影响,在不同试验条件下,冰碛土强度劣化范围为30%~40%,且经过15~20次高频冻融循环后冰碛土强度劣化趋于稳定。(2)利用SSA-BP神经网络模型可反映高频冻融循环次数、初始含水率、围压与冰碛土破坏强度之间复杂的非线性关系,且预测误差明显小于BP神经网络模型,预测结果更加准确。(3)将SSA-BP神经网络模型与线性拟合采用的Logistic模型对比验证发现两者吻合度较高,进一步说明了SSA-BP模型的准确性。研究成果可为高寒高海拔地区的工程稳定性评价提供重要参数。

关键词：冰碛土高频冻融循环破坏强度 SSA-BP

察达沟谷冰碛土冻结深度与冻胀变形影响因素正交试验研究

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冰川冻土 2024年第1期46卷 272-283页

作者：顾相涛岳祖润胡田飞仝伟华张亚泽张松石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

中国西藏察达沟谷内存在有大量冰碛土,随着西部大开发的进行,该地区将有众多基础性工程建设于该冰碛层冻土地基上。为探究该地区冰碛土冻结深度和冻胀变形的影响因素,通过正交设计,在室内开展开放系统下多因素多水平单向冻结试验,研究... 详细信息

中国西藏察达沟谷内存在有大量冰碛土,随着西部大开发的进行,该地区将有众多基础性工程建设于该冰碛层冻土地基上。为探究该地区冰碛土冻结深度和冻胀变形的影响因素,通过正交设计,在室内开展开放系统下多因素多水平单向冻结试验,研究了开放系统单向冻结下各因素对冰碛土冻结深度和冻胀变形的影响及显著性大小,同时对冻结后土体不同高度水分重分布进行分析,并给出冻结深度和冻胀变形的多元回归方程。研究表明:对冻结深度和冻胀变形影响最为显著的因素分别是冻结端温度和初始体积含水率。各因素对冻结深度显著性影响大小排序为:冻结端温度>冻结时间>冻结端降温速率>初始体积含水率>压实度;对冻胀变形影响大小排序为:初始体积含水率>冻结端温度>压实度>冻结时间>冻结端降温速率;当冷端温度低、冻结时间长时,冻结锋面上方3~8 cm处存在冻结缘,此处为水分迁移和水冰相变的关键区域,会作为蓄水带进一步加剧土体的冻胀;根据正交试验结果,建立了可有效预测该地区冰碛土在多因素影响下的冻结深度和冻胀变形的多元回归方程。研究结果对相关地区冰碛土工程安全性评价与防冻害设计具有一定参考价值。

关键词：开放系统单向冻结冻结深度冻胀变形正交试验

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地基中混凝土排桩主动隔振研究

地震工程与工程振动 2024年第3期44卷 164-173页

作者：刘晶磊陈岩陈丰泽李秀欣梅名彰尹姜鳗河北建筑工程学院河北张家口075000 河北省土木工程诊断、改造与抗灾重点实验室河北张家口075000 道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室(石家庄铁道大学) 河北石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

为了探究地基中设置混凝土排桩后,排桩的各参数变化对近场主动隔振的影响规律,在有限元软件中建立与试验场地一致的三维有限元模型,通过计算与分析验证了有限元计算结果的有效性;参考TB 10621—2014《高速铁路设计规范》建立了足尺寸的... 详细信息

为了探究地基中设置混凝土排桩后,排桩的各参数变化对近场主动隔振的影响规律,在有限元软件中建立与试验场地一致的三维有限元模型,通过计算与分析验证了有限元计算结果的有效性;参考TB 10621—2014《高速铁路设计规范》建立了足尺寸的有限元模型,分析在列车荷载作用下排桩的各参数变化对隔振效果的具体影响规律。研究结果表明:桩长参数对隔振效果影响较为明显,随着参数增大,隔振效果越理想,当桩长参数为10.5以后,继续增加比值,隔振效果提升不显著;随着桩间距参数越大,隔振效果越不理想,较小的桩间距可获得理想的隔振效果;埋深参数对隔振效果影响显著,参数越大,隔振效果越不理想,当参数为3.5时,隔振效果已很不理想,较浅埋深能获得较理想的隔振效果。

关键词：混凝土排桩主动隔振有限元列车荷载

温升作用下ECC 修复CRTSⅡ型板式无砟轨道宽窄接缝的损伤机理

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铁道建筑 2024年第7期64卷 23-30页

作者：高宏玉陈进杰陈龙蔡嘉升玄天智道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043

为了探究采用超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)修复宽窄接缝时,纵连板式无砟轨道宽窄接缝在整体温升荷载下的损伤演化规律,建立含层间内聚力和ECC宽窄接缝拉压非线性本构模型的CRTSⅡ型板式无砟轨道三... 详细信息

为了探究采用超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)修复宽窄接缝时,纵连板式无砟轨道宽窄接缝在整体温升荷载下的损伤演化规律,建立含层间内聚力和ECC宽窄接缝拉压非线性本构模型的CRTSⅡ型板式无砟轨道三维数值模型,分析宽窄接缝采用ECC和C55混凝土时轨道板与宽窄接缝层间损伤、宽窄接缝损伤的差异,研究不同ECC材料参数下宽窄接缝的损伤机理,提出了合适的ECC力学性能指标。结果表明:在50℃温升荷载作用下,相比于C55混凝土,常规ECC可使宽窄接缝总刚度损伤降低51%,受拉损伤因子降低88%,垂向位移减小34%;提高ECC抗拉和抗压强度均可以有效减小受压、受拉损伤因子及接缝纵向位移,ECC抗拉强度由3 MPa提高至5 MPa时,受压、受拉损伤因子降幅分别约45%、50%,ECC抗压强度由30 MPa提高至60 MPa时,受压、受拉损伤因子降幅分别约51%、44%。建议采用ECC修复宽窄接缝损伤时,ECC抗拉强度取5 MPa,抗压强度取50~60 MPa。

关键词：高速铁路 CRTSⅡ型板式无砟轨道数值模拟宽窄接缝 ECC 损伤因子

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腐蚀后高强钢管混凝土柱轴压性能

科学技术与工程 2024年第17期24卷 7288-7297页

作者：张旺李冉冉熊清清邹薇李海云王新华道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043

为研究不同腐蚀率下钢材力学性能的变化规律,以Q235、Q355和Q460钢材为研究对象,对12组共38个钢材试样进行了中性盐雾腐蚀试验和单轴拉伸试验,并对腐蚀后钢材性能退化规律进行了总结,提出了适用于不同强度等级的腐蚀后钢材强度预测公式... 详细信息

为研究不同腐蚀率下钢材力学性能的变化规律,以Q235、Q355和Q460钢材为研究对象,对12组共38个钢材试样进行了中性盐雾腐蚀试验和单轴拉伸试验,并对腐蚀后钢材性能退化规律进行了总结,提出了适用于不同强度等级的腐蚀后钢材强度预测公式。基于提出的腐蚀后钢材强度预测公式和腐蚀后实际壁厚,建立了腐蚀后高强钢管混凝土柱精细化数值分析模型,在与试验结果对比验证的基础上,分析了不同腐蚀率、混凝土强度和长细比等参数对承载力的影响规律,并依据不同规范采用不同计算方法对腐蚀后的高强钢管混凝土柱的承载力公式进行了预测。结果表明:随着腐蚀率的增大,钢材弹性模量基本保持不变,屈服平台逐渐缩短甚至消失。随着腐蚀率增加,方形截面高强钢管混凝土柱峰值荷载下降速率略大于圆形截面。混凝土强度等级越高,腐蚀后峰值荷载下降幅度越小。长细比增加,腐蚀后方形截面高强钢管混凝土柱峰值荷载对应的位移增加速率略大于圆形截面。使用钢材强度折减叠加壁厚折减的方法,3种规范对腐蚀后高强钢管混凝土柱承载力的预测更为准确,离散性也更小。

关键词：钢材腐蚀高强钢轴压性能承载力预测

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振动压路机的滑膜控制研究

力学与实践 2024年第1期46卷 127-137页

作者：商祥志刘景旭路永婕王建西石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043

振动压实中的跳振现象在压实过程中时有发生,跳振现象将造成路基压实质量难以保证,也会对振动压路机操作人员的身心健康产生不利影响。因此,本文从控制“振动压路机-土”系统动力学模型的减振系统阻尼力的角度进行分析,通过研究模糊PID... 详细信息

振动压实中的跳振现象在压实过程中时有发生,跳振现象将造成路基压实质量难以保证,也会对振动压路机操作人员的身心健康产生不利影响。因此,本文从控制“振动压路机-土”系统动力学模型的减振系统阻尼力的角度进行分析,通过研究模糊PID控制和滑模控制对振动控制产生的影响,得到相较于模糊比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制,滑模控制可消除系统抖振的影响,更有利于保证路基压实过程中的振动控制,为振动压实的施工作业提供理论支持。

关键词：振动压路机跳振动力学分析振动控制

冻结过程中非饱和粗粒土水汽迁移及变形演化数值模拟研究

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冰川冻土 2024年第2期46卷 592-601页

作者：李成艳张玉芝蒋薇王玺石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学河北省大型结构健康诊断与控制重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学大型基础设施性能与安全省部共建协同创新中心河北石家庄050043 石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室河北石家庄050043 新疆农业大学交通与物流工程学院新疆乌鲁木齐830052

非饱和粗粒土冻胀是季节冻土区路基工程的主要灾害原因。为探究非饱和粗粒土的冻胀变形规律,针对其冻胀过程特点,基于达西定律和傅里叶定律,本文提出一种描述温度变化作用下适用于非饱和粗粒土水汽迁移的数值模型。该模型综合考虑了冰... 详细信息

非饱和粗粒土冻胀是季节冻土区路基工程的主要灾害原因。为探究非饱和粗粒土的冻胀变形规律,针对其冻胀过程特点,基于达西定律和傅里叶定律,本文提出一种描述温度变化作用下适用于非饱和粗粒土水汽迁移的数值模型。该模型综合考虑了冰水相变和水汽迁移对土体冻胀变形的影响,对比数值模拟结果与室内试验结果,验证了模型的合理性与可行性。通过气态水通量和液态水通量分析冻结过程中蒸汽在水分迁移中的作用,并利用数值试验进一步探究在不同温度梯度作用下粗粒土水汽迁移和冻胀变形规律的变化特征。研究表明,在粗粒土冻结过程中,在土柱冻深范围内,气态水有明显的向上迁移趋势,对土体的冻胀有重要贡献。数值试验中发现,不同冷端温度作用对土样温度变化、含水率变化均产生影响,同时对水汽迁移变化和冻胀变形有显著影响。在不同冷端温度作用下,高度为20 cm的试样均在高度3 cm左右达到最大含水率,表面最大冻胀量可达约4 cm。

关键词：非饱和粗粒土数值模型冻胀变形水汽迁移