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水平层状岩隧道荷载计算公式修正方法及其应用

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吉林大学学报（地球科学版） 2024年第3期54卷 943-953页

作者：解仁伟中铁建大桥工程局集团第三工程有限公司天津300300

为研究适用于水平层状围岩隧道的围岩荷载计算方法,指导实际隧道工程施工,采用理论推导的方式,结合数值模拟荷载-结构法计算模型,对水平层状围岩隧道的开挖工法和初期支护参数进行了优化。结果表明:1)水平层状围岩隧道塌落拱顶形成岩梁... 详细信息

为研究适用于水平层状围岩隧道的围岩荷载计算方法,指导实际隧道工程施工,采用理论推导的方式,结合数值模拟荷载-结构法计算模型,对水平层状围岩隧道的开挖工法和初期支护参数进行了优化。结果表明:1)水平层状围岩隧道塌落拱顶形成岩梁结构,基于此提出了针对水平层状岩隧道的围岩竖向荷载计算公式修正方法。2)基于掌子面力学平衡稳定分析模型,考虑塌落拱顶岩梁作用效应,通过计算得到了铜川隧道一号斜井工区水平层状砂岩、泥岩的岩梁极限厚度分别为1.7和2.3 m,当岩层厚度大于极限厚度时,岩梁可代替超前支护起到拱顶加固作用;同时计算表明Ⅲ、Ⅳ级围岩采用全断面法代替原来的台阶法施工,掌子面稳定系数满足规范要求。3)铜川隧道一号斜井工区Ⅲb型、Ⅳa型和Ⅳb型初期支护参数优化后,钢支撑最大间距分别为1.8、1.6、1.6 m,相应的截面最小安全系数分别为1.65、1.63、1.57,均满足规范中的安全系数控制基准要求。

关键词：水平层状岩荷载计算施工工法初期支护参数优化

冻融条件下纤维混凝土的力学性能及损伤模型研究

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功能材料 2024年第2期55卷 2193-2200页

作者：仲海民中铁建大桥工程局集团第三工程有限公司沈阳110043

以聚丙烯纤维(PP)为增韧材料,通过硝酸和超声协同处理对纤维表面进行了氧化处理,制备出了纤维混凝土,在氯化钠盐渍溶液中进行了快速冻融试验,研究了纤维表面处理时间对混凝土力学性能和抗冻性能的影响,建立了混凝土冻融损伤模型。结果表... 详细信息

以聚丙烯纤维(PP)为增韧材料,通过硝酸和超声协同处理对纤维表面进行了氧化处理,制备出了纤维混凝土,在氯化钠盐渍溶液中进行了快速冻融试验,研究了纤维表面处理时间对混凝土力学性能和抗冻性能的影响,建立了混凝土冻融损伤模型。结果表明,硝酸和超声协同处理后在纤维表面引入了更多的含氧基团,提高了纤维表面的化学活性,纤维表面出现了较多的凸起,表面粗糙度增加,纤维和混凝土基质的粘结性增强,混凝土的强度和韧性提高。纤维表面处理3 h的混凝土的抗压强度和抗折强度达到最大值,分别为40.9和5.16 MPa。以纤维混凝土的相对动弹性模量、质量损失率分别与冻融次数进行了拟合并建立了冻融损伤模型,结果发现混凝土质量损失率与冻融次数的模型更为敏感,纤维表面处理3 h的混凝土的使用寿命最长为17.83年,所有模型的拟合优度均超过0.95,损伤模型能够较准确地反映出观测数据的变化,可用于预测混凝土在冻融循环下的寿命。

关键词：聚丙烯纤维混凝土盐冻循环力学性能损伤模型

小转弯曲线隧道TBM选型与掘进姿态调控方法

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隧道建设（中英文） 2024年第5期44卷 1106-1115页

作者：杜立杰郝洪达杨亚磊李青蔚张卫东刘家驿冯宏朝贾连辉石家庄铁道大学河北石家庄050043 中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450001 中铁工程装备集团有限公司河南郑州450000

小转弯隧道施工时全断面隧道掘进机(full-section tunnel boring machine,TBM)的选型设计和掘进姿态控制具有特殊性,目前还缺乏通用的理论依据和指导方法。针对此问题,首先,对传统类型TBM小转弯选型进行研究,结合已有项目数据和几何模拟... 详细信息

小转弯隧道施工时全断面隧道掘进机(full-section tunnel boring machine,TBM)的选型设计和掘进姿态控制具有特殊性,目前还缺乏通用的理论依据和指导方法。针对此问题,首先,对传统类型TBM小转弯选型进行研究,结合已有项目数据和几何模拟,确定传统类型TBM能适应的最小转弯半径。然后,对双盾敞开式TBM的推进系统和导向系统进行针对性设计,通过分析双盾敞开式TBM推进系统结构和实际施工,提出转弯时双盾敞开式TBM推进油缸内外侧行程差值的理论计算方法和施工过程中的姿态调控方法。最后,得出如下结论:1)当隧道转弯半径小于200 m时,敞开式TBM适应难度较大,需要采用双盾敞开式TBM;2)结合抚宁抽水蓄能电站项目实际施工情况,提出的双盾敞开式TBM的理论计算方法和姿态调控方法确保了转弯段隧道的轴线偏差在要求范围内。

关键词：全断面隧道掘进机选型设计双盾敞开式TBM 小转弯掘进姿态调控

基于卷积与Transformer融合框架的列车轮对轴承损伤识别方法

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工程科学学报 2024年第10期46卷 1834-1844页

作者：邓飞跃蔡毓龙王锐郑守禧石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

针对传统机器视觉方法在列车轮对轴承损伤检测中存在的图像特征提取不敏感、专家经验要求高以及识别准确率偏低等问题,本文提出了一种基于卷积与Transformer融合框架的列车轮对轴承损伤识别方法.首先,发展了一种图像增强类别重组的预处... 详细信息

针对传统机器视觉方法在列车轮对轴承损伤检测中存在的图像特征提取不敏感、专家经验要求高以及识别准确率偏低等问题,本文提出了一种基于卷积与Transformer融合框架的列车轮对轴承损伤识别方法.首先,发展了一种图像增强类别重组的预处理方法,消除不同类别数据样本不均衡的影响,提高图像数据集质量;其次,基于卷积与自注意力融合思想,设计了VGG与Transformer双分支并行融合网络(VGG and Transformer parallel fusion network,VTPF-Net),综合获取图像全局轮廓特征与局部细节特征信息;再次,构建了多尺度膨胀空间金字塔卷积(Multiscale dilation spatial pyramid convolution,MDSPC)模块,利用多尺度膨胀卷积递进融合充分挖掘特征图中多尺度语义特征;最后,基于NEU-DET图像缺陷数据集与自建列车轮对轴承图像数据集进行了实验分析.结果表明,所提模型对NEU-DET数据中6类缺陷图像与轮对轴承4类故障图像的识别准确率分别为99.44%与98%,能够较为准确识别不同损伤类型图像样本,在不明显增加模型复杂度基础上各项评价指标要显著优于当前CNN模型、自注意力机制ViT模型以及CNN-Transformer融合模型.

关键词：轮对轴承损伤识别卷积网络 Transformer网络多尺度特征

基于零位移与无应力状态控制的斜拉扣挂施工扣索力确定方法

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工程科学与技术 2024年第3期56卷 83-89页

作者：余玉洁罗永琪周文蒋丽忠中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中铁广州工程局集团桥梁工程有限公司广东广州510800

大跨度拱桥常采用斜拉扣挂法开展拱肋施工,但在节段拼装过程中扣索索力和拱肋空间位形之间互相影响,索力优化计算以及扣索状态控制问题复杂。提出改进零位移法结合无应力状态控制法的复合扣索力计算方法:基于改进型零位移法快速得到满... 详细信息

大跨度拱桥常采用斜拉扣挂法开展拱肋施工,但在节段拼装过程中扣索索力和拱肋空间位形之间互相影响,索力优化计算以及扣索状态控制问题复杂。提出改进零位移法结合无应力状态控制法的复合扣索力计算方法:基于改进型零位移法快速得到满足成拱线形要求的扣索力大小,基于成拱索力采用无应力状态法反推各施工阶段扣索索力。该复合方法可避免传统零位移法扣索力不准和反复迭代计算的缺陷,施工中扣索可实现一次张拉,后续节段拼装中无需对扣索进行索力调整。以某跨径430 m大跨度钢管混凝土拱桥缆扣合一施工为工程应用背景,采用的零位移法结合无应力状态法对大跨度非对称式钢结构拱肋进行斜拉扣挂拼装的扣索力求解和施工模拟。分析拼装过程中扣索力变化规律,并对比验证实际线形与目标线形偏差,以及拱肋应力与设计应力之间偏差程度。结果表明,所提出的复合算法理论简单且索力求解计算便捷。所求的扣索力可有效保证拱肋拼装完成及松索后拱肋线形和受力均满足要求。

关键词：钢管混凝土拱桥斜拉扣挂法扣索力计算零位移法无应力状态法

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随机裂隙围岩盾构隧道注浆浆液扩散规律

铁道工程学报 2024年第9期41卷 67-71,76页

作者：王新强中国铁建大桥工程局集团有限公司天津300300

研究目的:盾构隧道同步注浆是造成施工期管片上浮、错台的主要因素,尤其是在自稳能力较差与裂隙较多的地层。为探究同步注浆浆液在盾尾间隙与围岩的填充与扩散规律,本文以广州地铁18号线为背景,建立考虑围岩随机裂隙分布的浆液渗透瞬态... 详细信息

研究目的:盾构隧道同步注浆是造成施工期管片上浮、错台的主要因素,尤其是在自稳能力较差与裂隙较多的地层。为探究同步注浆浆液在盾尾间隙与围岩的填充与扩散规律,本文以广州地铁18号线为背景,建立考虑围岩随机裂隙分布的浆液渗透瞬态模型,以期为盾构隧道同步注浆过程提供一定的理论指导。研究结论:(1)浆液在注浆后20 s内可以完全填充盾尾间隙,随后浆液会随着裂隙向地层中填充渗透,渗透速度随时间不断降低;(2)因注浆压力的存在,使得管片周围地层的孔隙水压力明显大于远离隧道区域相同埋深的地层;(3)裂隙中的达西速度明显大于连续地层,贯通裂隙几乎是地下水流通的唯一通道;(4)地层中的达西速度对地层的孔隙率以及渗透系数较为敏感;(5)本研究成果可应用于盾构隧道注浆工程领域。

关键词：地铁隧道同步注浆随机裂隙浆液扩散瞬态模型

基于LSTM神经网络的小转弯隧道TBM掘进轴线偏差预测方法

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煤炭学报 2024年

作者：杜立杰郝洪达李青蔚杨亚磊张卫东刘家驿冯宏朝中国水利水电第十一工程局有限公司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

在全断面隧道掘进机（Full face tunnel boring machine，TBM）施工中，由于地质环境、人员操作和设备自身等因素的影响，容易导致TBM掘进路线与设计轴线发生较大偏离。特别是在小转弯隧道中，TBM掘进方位和姿态的控制更加困难。为了解... 详细信息

在全断面隧道掘进机（Full face tunnel boring machine，TBM）施工中，由于地质环境、人员操作和设备自身等因素的影响，容易导致TBM掘进路线与设计轴线发生较大偏离。特别是在小转弯隧道中，TBM掘进方位和姿态的控制更加困难。为了解决这个问题，本文提出了一种基于深度长短时记忆（Long Short-Term Memory，LSTM）神经网络的TBM掘进轴线偏差预测方法。该模型利用MATLAB软件进行搭建，以TBM掘进时产生的历史掘进参数作为输入数据，对未来时刻TBM的掘进轴线偏差进行预测。首先，对数据进行预处理，包括二值判别函数等方法，并利用皮尔逊分析方法选取出24维掘进参数作为预测模型的输入。以水平偏差为例，预测TBM掘进轴线偏差。然后，对模型的不同结构进行了分析，选择不同的LSTM层数和不同的神经元数量组成新的模型结构，确定了最优的模型结构和不同预测时间的最优输入时间段。最后，将R100m转弯段的掘进数据作为测试集，输入训练完成后的模型进行模型验证。结果表明：当模型中LSTM层为2层、每层神经元数量为128个时组成的模型结构预测性能最优，预测时长为1min时，模型最优的拟合优度为0.969、平均绝对误差为1.506mm、均方根误差为2.412mm，实现了良好的预测效果。通过这种方法，可以帮助操作人员预知TBM掘进轴线偏差情况，提前调整TBM姿态，避免TBM隧道轴线出现较大的施工偏差，提高隧道施工的精度和安全性。

关键词：全断面隧道掘进机小转弯隧道轴线偏差 LSTM神经网络预测方法

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含分段阻尼特性动力吸振器的吸振性能

振动工程学报 2024年第6期37卷 945-953页

作者：卢学礼邢海军阮子悦石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043

利用凸轮机构设计了一种分段阻尼装置。以传统Voigt型动力吸振器为基础,将该装置安装于动力吸振器的主系统与子系统之间,建立了吸振器的动力学方程。利用在一个振动周期内阻尼耗能等效这一原理,在相同振动频率下得到了分段阻尼装置的等... 详细信息

利用凸轮机构设计了一种分段阻尼装置。以传统Voigt型动力吸振器为基础,将该装置安装于动力吸振器的主系统与子系统之间,建立了吸振器的动力学方程。利用在一个振动周期内阻尼耗能等效这一原理,在相同振动频率下得到了分段阻尼装置的等效阻尼系数。推导得出了具有分段阻尼特性的动力吸振器的理论解,并用数值解进行了验证。比较分析了无阻尼、传统线性阻尼及具有分段阻尼特性的动力吸振器的吸振特性。结果表明,具有分段阻尼特性的动力吸振器的幅频特性综合了无阻尼和传统线性阻尼动力吸振器的特点,能保证反共振点处主系统的振幅很低,同时对主系统的共振振幅的抑制效果接近于传统线性阻尼动力吸振器。

关键词：动力吸振器分段阻尼共振反共振能量等效

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装配式小箱梁桥内力横向分布系数建议公式

吉林大学学报（工学版） 2024年第6期54卷 1688-1700页

作者：张彦玲贾云飞贾晓远郑旺李运生石家庄铁道大学土木工程学院石家庄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石家庄050043

为了采用横向分布系数的概念简化多主梁装配式连续梁桥、斜交桥和曲线桥的受力分析过程,基于某多主梁装配式连续小箱梁桥构建了桥梁数据库,采用梁格法建立了每座桥梁的有限元模型,研究了主梁间距、高跨比、斜交角和圆心角对内力横向分... 详细信息

为了采用横向分布系数的概念简化多主梁装配式连续梁桥、斜交桥和曲线桥的受力分析过程,基于某多主梁装配式连续小箱梁桥构建了桥梁数据库,采用梁格法建立了每座桥梁的有限元模型,研究了主梁间距、高跨比、斜交角和圆心角对内力横向分布系数的影响规律,并通过统计回归方法给出了内力横向分布系数建议公式。研究结果表明:弯矩和剪力横向分布系数均随主梁间距的增大而增大;随主梁高跨比λ的增大,跨中正弯矩增大,但跨中剪力、支点负弯矩和支点剪力均减小;斜交桥和曲线桥内力横向分布系数可在直线正交桥公式基础上乘以修正因子得到。在本文的计算模型范围内,采用建议公式得到的多主梁装配式连续梁桥、斜交桥和曲线桥的内力横向分布系数均与有限元结果吻合良好,且可通过沿纵向的简化包络图得到任意截面的内力横向分布系数。

关键词：桥梁工程装配式桥梁横向分布系数连续小箱梁桥斜交桥曲线桥