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自感知功能填料在混凝土结构中的应用研究进展

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西南交通大学学报 2024年

作者：许靖业严丁辉肖赛洪彧张津毓蒲黔辉李福海西南交通大学土木工程学院

用于健康监测的自感知混凝土材料是结构工程领域的新兴研究热点，但其工程应用和产业化进程还面临着一些挑战。为进一步促进自感知混凝土在结构健康监测领域的推广和应用，介绍不同导电功能填料的掺量比例、形状特征、二次改性及与其他... 详细信息

用于健康监测的自感知混凝土材料是结构工程领域的新兴研究热点，但其工程应用和产业化进程还面临着一些挑战。为进一步促进自感知混凝土在结构健康监测领域的推广和应用，介绍不同导电功能填料的掺量比例、形状特征、二次改性及与其他种类填料混杂等因素对自感知混凝土性能影响的研究，并回顾了自感知混凝土功能填料的重要成就和阶段性成果。结果表明：自感知功能填料的测试与标定规范尚需完善，不同的测试设备和方法会对检测结果产生明显影响，无法保证结果的可比性；有关自感知功能填料的环境适应性评估较为缺乏，复杂环境条件(温度、湿度、腐蚀等)对材料耐久性和使用寿命的影响很大，材料在实际运营下的长期稳定性欠缺研究；批量生产过程中的品质控制未得到重视：大规模生产的原材料和工艺差异会严重影响产品性能的一致性；实际工程应用案例较少，开展多参数实时监测与多功能耦合的智能自感知混凝土在大型桥梁、隧道等结构中的运营试验，能进一步补充自感知混凝土的相关数据，具有良好的研究前景。

关键词：自感知混凝土导电复合材料填料智能材料结构健康监测综述

锈蚀H型钢混凝土界面黏结滑移性能试验及本构模型

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土木与环境工程学报(中英文) 2024年

作者：林拥军余国菲钟水云孙俪文张晶西南交通大学土木工程学院

针对以H型钢作为骨架的无筋混凝土结构，制作锈蚀率分别为0%、5%、10%、15%和20%的H型钢混凝土试件，开展推出试验，分析不同锈蚀程度下H型钢-混凝土界面的黏结应力-滑移关系，并提出一种通过测试混凝土表面的压缩位移获得钢-混凝土界... 详细信息

针对以H型钢作为骨架的无筋混凝土结构，制作锈蚀率分别为0%、5%、10%、15%和20%的H型钢混凝土试件，开展推出试验，分析不同锈蚀程度下H型钢-混凝土界面的黏结应力-滑移关系，并提出一种通过测试混凝土表面的压缩位移获得钢-混凝土界面黏结应力分布的试验方法。基于试验观察提出化学黏结、微观机械黏结、宏观机械黏结和铁锈界面黏结4种微观机制，以解释锈蚀对H型钢混凝土黏结性能的影响。构建考虑锈蚀率影响的黏结应力-滑移本构关系模型，引入界面损伤参数，对不同锈蚀率下的界面损伤演化过程进行分析。结果表明：H型钢与混凝土界面的初始黏结刚度随着锈蚀率的增加而提高，但在达到峰值应力之后，界面刚度的下降速率随着锈蚀率的增加而加快；当H型钢锈蚀率较高（≥15%）时，界面黏结滑移曲线呈现双峰值特征，即先上升后下降，然后再次上升，最终趋于下降；随着锈蚀率的增加，化学黏结和微观机械黏结的作用逐渐增强，而宏观机械黏结和铁锈界面黏结的作用则逐渐减弱；所建立的考虑锈蚀率影响的黏结应力-滑移本构关系表达式能够较好地描述锈蚀H钢-混凝土界面黏结特性；尽管锈蚀率的增加会加速界面刚度的减退，但对试件破坏时损伤程度的影响较为有限。

关键词：锈蚀 H型钢混凝土粘结滑移行为推出试验本构模型

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侧风下磁浮列车-箱梁组合系统气动特性

铁道建筑 2024年

作者：孙体佳汪斌王伟旭马凌峰邓钢李永乐西南交通大学土木工程学院

与轮轨列车-桥梁组合系统不同，常导磁浮列车-桥梁系统采用“车抱轨”的结构形式，且列车底部与桥梁之间的空气通道极其狭窄，使得侧风下磁浮列车-桥梁组合系统的空气流动、气动力出现新的特征。本文以常导抱轨式高速磁浮列车和简支箱... 详细信息

与轮轨列车-桥梁组合系统不同，常导磁浮列车-桥梁系统采用“车抱轨”的结构形式，且列车底部与桥梁之间的空气通道极其狭窄，使得侧风下磁浮列车-桥梁组合系统的空气流动、气动力出现新的特征。本文以常导抱轨式高速磁浮列车和简支箱梁桥为研究对象，建立侧风数值分析模型，探讨组合系统的雷诺数效应，确定合适的模拟风速。在此基础上，对侧风下磁浮列车-箱梁组合系统的侧风气动特性进行分析，以期为磁浮交通的抗风运营安全提供一定的参考。结果表明：磁浮列车-箱梁组合系统的气动特性与雷诺数密切相关，列车、箱梁气动性能受组合影响变化较大，线间距对系统气动性能的影响不明显，梁高增大会使系统气动力略有增加。

关键词：磁浮列车箱梁侧风气动特性 CFD数值模型

基于计算机视觉与混合测量技术的结构裂缝识别方法

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西南交通大学学报 2024年

作者：李泽伟杨永清廖曼谢明志刘雨黄胜前西南交通大学土木工程学院西南交通大学桥梁智能与绿色建造全国重点实验室

混凝土表面裂缝的检测为桥梁结构的运维提供了关键的技术资料与决策要素。然而，裂缝识别作为结构裂缝检测的重要步骤，存在裂缝目标识别与裂缝信息提取集成度不高的问题。为此，提出一种基于计算机视觉与混合测量技术的结构裂缝识别方... 详细信息

混凝土表面裂缝的检测为桥梁结构的运维提供了关键的技术资料与决策要素。然而，裂缝识别作为结构裂缝检测的重要步骤，存在裂缝目标识别与裂缝信息提取集成度不高的问题。为此，提出一种基于计算机视觉与混合测量技术的结构裂缝识别方法。首先，利用YOLOv8目标识别算法，实现了结构裂缝的快速识别与定位。并基于稠密的深度反向投影网络（D-DBPN）和UNet网络构建SR-UNet裂缝分割模型。引入边界损失对原有的损失函数进行改进，降低正负样本不平衡的影响，实现了像素级裂缝提取。在裂缝分割结果的处理方面，结合连通域去噪、边缘检测等形态学技术，采用基于最短距离法与正交骨架法的混合方法对裂缝进行像素宽度测量。研究利用LabelImg软件制作了包含3123张裂缝图像的识别定位数据集进行模型训练与测试。研究结果表明，YOLOv8模型在裂缝测试集上的准确率为83.41%、召回率为84.93%和F1分数为84%；裂缝像素宽度混合测量方法的拟裂缝宽度测量结果与人工识别方法基本一致，相对误差低于7.1%；本文方法能够实现裂缝识别定位、裂缝分割和像素宽度测量的一体化处理，对于桥梁裂缝检测的发展具有较强的研究价值与应用前景。

关键词：裂缝识别裂缝测量 YOLOv8 UNet 超分辨图像

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基于重现期的落石尺寸设计值确定方法研究

西南交通大学学报 2024年

作者：王玉锁吕宁宁王明年唐建辉杨竣翔赵状肖鹏安博西南交通大学土木工程学院西藏大学工学院

山区交通落石事件频发且具有突发性和随机性，基于概率的防护结构可靠性设计是降低灾害风险的必要和有效手段，然而作为设计基本参数的落石尺寸设计值的确定方法还不明确，使得可靠性设计不能有效有进行。本文介绍基于泊松-广义帕累托... 详细信息

山区交通落石事件频发且具有突发性和随机性，基于概率的防护结构可靠性设计是降低灾害风险的必要和有效手段，然而作为设计基本参数的落石尺寸设计值的确定方法还不明确，使得可靠性设计不能有效有进行。本文介绍基于泊松-广义帕累托分布（GPD）复合模型的落石尺寸-重现期预测方法，结合宝成铁路白～上段落石记录数据，进行了GPD阈值选取并分析了记录中缺失的最大、最小落石尺寸对阈值选取和对预测结果的影响；与地震作用标准值超越概率对应，提出以“小落石不坏、中落石可修、大落石不塌”三水准设防为标准的落石尺寸设计值确定方法。研究表明，记录中缺失的最大落石尺寸对阈值选取影响小但对落石尺寸预测结果影响大，与重现期对应的落石尺寸预测值随设定的最大落石尺寸呈指数型增大趋势，而记录的最小落石尺寸对阈值选取和预测结果的影响都较小；以宝成铁路白～上段落石记录数据为例，根据选取出的合理阈值，设定不同最大落石尺寸值，利用本文方法，预测得到宝成铁路白～上段50、100、1000及10000年重现期落石尺寸区间范围，计算得到50、100年设计基准期三水准设防标准对应的落石尺寸标准值即设计值，可为类似工程设计提供参考。

关键词：防护结构落石尺寸重现期广义帕累托分布设计值

穿越活动断裂带螺旋隧道抗错性能模型试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年

作者：王天强耿萍何川王琦西南交通大学极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室西南交通大学土木工程学院西南交通大学力学与航空航天学院

我国西部山区螺旋隧道穿越活动断裂带时，断层位错作用对隧道的影响十分显著。为明确正断层作用下跨断层螺旋隧道的结构位错响应特性，考虑螺旋隧道关键几何参数与土体–结构相对刚度比，采用模型试验方法开展了3组坡度3%下不同曲率半... 详细信息

我国西部山区螺旋隧道穿越活动断裂带时，断层位错作用对隧道的影响十分显著。为明确正断层作用下跨断层螺旋隧道的结构位错响应特性，考虑螺旋隧道关键几何参数与土体–结构相对刚度比，采用模型试验方法开展了3组坡度3%下不同曲率半径的螺旋隧道抗错性能试验。随后采用具有一定承载能力的橡胶–钢筋柔性接头，探讨螺旋隧道在柔性接头措施下的结构位错特性，对比分析有/无柔性接头螺旋隧道抗位错适应性。结果表明：断层面及断层–活动盘交界面附近隧道受正断层影响较大，隧道仰拱最为不利。螺旋隧道拱腰部位随断层位错水平增加时的应变增量与其曲率半径有关，曲率半径较小的螺旋隧道拱腰处的环向应变和拱顶、仰拱部位的纵向应变对断层位错作用更为敏感。在橡胶–钢筋柔性接头构造措施下，螺旋隧道的节段式设计对断层位错具有良好的适应性，尤其对隧道仰拱部位的应力减小更为显著。研究结果可为我国西部山区穿越活动断裂带螺旋隧道的适应断层抗错设计提供研究参考。

关键词：隧道工程隧道曲率活动断裂带纵向坡度四点弯曲试验抗错措施

基于离散线性化模型预测控制的PEMFC水管理容错控制方法

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中国电机工程学报 2024年

作者：邱丹洛张雪霞黄磊唐双喜岳嘉玲西南交通大学电气工程学院

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)系统在工作过程中极易出现的膜干、水淹等水管理故障，为缓解故障对系统安全性、可靠性、耐久性等的影响，提出了一种基于离散线性化的模型预测控制(discrete linearized... 详细信息

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)系统在工作过程中极易出现的膜干、水淹等水管理故障，为缓解故障对系统安全性、可靠性、耐久性等的影响，提出了一种基于离散线性化的模型预测控制(discrete linearized model predictive control，DLMPC)的燃料电池水管理故障容错控制方案：首先为燃料电池系统构建数学模型并建立状态方程，然后对系统进行离散线性化处理，最后利用DLMPC的方法分别对三种故障状态的输出进行控制。仿真结果表明：所提出的容错控制方法具有良好的控制效果，能够在不同的负载电流以及故障状态下快速准确地调节阴阳极压力差和氧气分压至设定值，调节时间和超调量较传统PID均缩短了80%以上。

关键词：燃料电池模型预测容错控制水管理

多孔材料ZIF-8的制备及其对布洛芬的载药性能

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复合材料学报 2024年

作者：孙瑞华杨卓凡张芮博江奇卢晓英廖海西南交通大学医学院(生物医学工程研究院) 西南交通大学生命科学与工程学院西南交通大学磁浮技术与磁浮列车教育部重点实验室西南交通大学

由于难溶性药物低的溶解度，严重限制了其口服生物利用度。对此，结合金属—有机框架材料(MOFs)具有疏水性和高比表面积的特点，以溶液共沉淀法制备的MOF多孔材料ZIF-8作为载药基底。通过改变Zn2+与2-甲基咪唑(2-Methylimidazole)的摩... 详细信息

由于难溶性药物低的溶解度，严重限制了其口服生物利用度。对此，结合金属—有机框架材料(MOFs)具有疏水性和高比表面积的特点，以溶液共沉淀法制备的MOF多孔材料ZIF-8作为载药基底。通过改变Zn2+与2-甲基咪唑(2-Methylimidazole)的摩尔比，进而对ZIF-8的比表面积及孔径分布进行调控，然后对难溶性药物布洛芬(IBP)的负载性能进行研究。研究结果表明：当Zn2+与2-甲基咪唑的摩尔比为1：8时，材料ZIF-8(8)具有最大的比表面积和孔体积，分别为1187 m2/g和1.183 cm3/g，其对难溶性药物布洛芬的负载量高达21.8%。且药物载体复合材料IBP-ZIF-8(8)表现出良好的体外溶出度，在pH为2.5和7.4的磷酸缓冲溶液中，其累积溶出度均为98%左右。ZIF-8(8)处理的RAW246.7细胞存活率均高达94%以上，表现出良好的生物安全性。

关键词：有机-金属框架物 ZIF-8 布洛芬难溶性药物口服生物利用度

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钢轨脱碳层非均匀特性对轮轨接触行为的影响

工程力学 2024年

作者：陈帅黄双超赵鑫赵国堂王平王衡禹西南交通大学土木工程学院西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室中国国家铁路集团有限公司

钢轨脱碳层表面到基体的材料力学性能表现出较强的非均匀特性，这些性能的变化对轮轨滚动接触有较大影响。本文采用ANSYS/LS-DYNA建立了可以考虑钢轨脱碳层特性的三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型，分析了脱碳层对轮轨接触行为的影... 详细信息

钢轨脱碳层表面到基体的材料力学性能表现出较强的非均匀特性，这些性能的变化对轮轨滚动接触有较大影响。本文采用ANSYS/LS-DYNA建立了可以考虑钢轨脱碳层特性的三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型，分析了脱碳层对轮轨接触行为的影响规律。通过纳米压痕试验获取脱碳层非均匀材料弹性模量和硬度，从钢轨基体到脱碳层表层，弹性模量和硬度逐渐减小，与钢轨基体相比，脱碳层表层弹性模量和硬度分别降低了10%和34%。计算并对比了脱碳钢轨和未脱碳钢轨的轮轨接触状态，发现钢轨脱碳层对轮轨接触斑大小、黏滑区分布和法向接触应力的影响可以忽略，但对等效应力和应变、摩擦功有较大影响；考虑脱碳层影响后，最大等效应力降低20%，最大等效应变增加115%；虽然脱碳深度只有0.55 mm，但对V-M等效应力的影响深度达3.56 mm。

关键词：道路与铁道工程钢轨脱碳层有限元材料非均匀特性轮轨接触