大粒径矸石料浆配比优化及全尺寸环管输送阻力测试研究

为确定不同粒径范围矸石料浆的最优配比,给出了大粒径矸石料浆骨料粒径的划分依据,提出了矸石料浆输送性能的优化原理,设计了输送性能测试指标及筛选标准,揭示了0~2 mm和0~5 mm这2种粒径范围矸石料浆输送性能随浓度和粒径级配的变化规律,分析了大粒径矸石料浆输送性能指标的变化机理,最终结合输送性能筛选标准确定了大粒径矸石料浆最优配比,并通过全尺寸环管输送测试验证了料浆优选配比的可行性。结果表明:矸石料浆中0~0.15 mm小粒径矸石具有较强的保水悬浮能力,对矸石料浆的输送性能具有明显改善作用;料浆的沉析率随浓度升高而减小,随粗粒径矸石占比增加而增大;料浆的黏度随浓度升高而增大,随粗粒径矸石占比增加而逐渐降低。矸石料浆在直管段的压力损失受浓度、粒径级配的影响,在弯管段又受到管路曲率半径的影响。

时速120 km地铁快线空气动力学试验研究

为探明设计时速120 km快速地铁列车在多区段桥隧衔接线路运行时的气动效应和气密性能,采用实车试验的方法,在武汉某多区段桥隧衔接地铁快线对某4车编组的新研A型密封性地铁列车开展空气动力学测试。实验测试系统采用LL-250-15A型Kulite压力传感器,通过测量列车外部和内部的瞬态压力变化,分析全线路车外压力波动特性,对比沿列车长度方向不同测点位置的压力变化幅值,并分析不同空调状态下的车内压力舒适性。经过3次实验测试分析,该实验的结果具有可重复性。研究结果表明:全线路运行时,列车在隧道段内加减速导致车外压力变化幅值明显大于高架段,气动效应最恶劣的位置为地下段人防门变截面处,列车上行通过该处时车外任意3 s内压力变化幅值为1 071 Pa,下行通过该处时车外任意3 s内压力变化幅值为905 Pa;相对于下行线全线路,上行线车外任意3 s内压力变化幅值大18.3%;列车正线运营时压力波保护阀会在压力变化剧烈区段进行动作响应,列车上行时,空调开启、压力波保护阀正常启用状态下,车内任意3 s内压力变化幅值相对于压力波保护阀打开未启用时减少了16%,下行时,减少了28%,空调压力波保护阀能够有效降低车外压力波动对车内气压变化的影响。本文研究成果可为快速地铁线路设计、地铁列车运营及地铁气密性优化提供参考依据。

常泰长江大桥组合索塔锚固结构钢-混传剪构造足尺模型试验研究

常泰长江大桥索塔锚固结构采用钢箱-核芯混凝土组合结构,为研究该新型组合索塔锚固结构钢-混传剪构造的受力特性,进行钢-混传剪构造足尺模型试验研究。制作2个锚固结构足尺节段试验模型,通过压剪试验研究锚固结构的荷载~滑移曲线及应力、应变分布等受力特性,并通过有限元模型分析锚固结构的传力机理和各组件的内力分配比例,推导剪力钉剪力计算方法。结果表明:在2.14倍单索最大索力荷载作用下,锚固结构保持弹性状态,钢壁板未产生明显滑移,钢-混界面最大滑移不超过0.25 mm,该锚固结构中钢-混传剪构造至少具有2.14倍的安全系数;荷载作用下,剪力钉剪力从上至下逐渐增大,锚腹板附近底部3排剪力钉剪力较大,钢-混传剪构造至少存在剪力钉和界面摩擦力2种传剪机制,钢-混传剪构造的承载能力显著提高;钢-混传剪构造受力过程分为粘结力传力阶段和局部滑移阶段,剪力钉剪力分布不仅与沿剪切方向长度分布有关,也与荷载的大小线性相关。

管道环焊缝拉伸应变容量模型分析及改进

为了确保石油天然气管线在复杂服役环境下的本质安全,探讨了目前国内外广泛应用的3种管道环焊缝拉伸应变容量模型(CSA Z662、PRCI-CRES、EXXON MOBIL),并对其参数选取范围性进行了汇总和对比分析。通过分析模型预测值和96组全尺寸管道及宽板拉伸试验数据的差异,对各拉伸应变容量模型在不同钢级下的预测精度进行了验证,并使用90%置信上限倒数法计算了模型安全系数。结果表明:由于CSA Z662模型断裂韧性取值上限过小,导致其对于中、高钢级管线的预测值过于保守;EXXON MOBIL和PRCI-CRES模型更为完善,二者预测结果相似,并与试验结果较为相符。针对EXXON MOBIL和PRCI-CRES模型计算所得的安全系数可以明显改善模型预测结果,可将非保守预测值最大误差控制在约30%范围内,从而有效满足较为保守的设计要求。研究结果可为管线基于应变设计提供理论指导。

全尺寸飞行器地面振动试验数字化协同探索与实践

全尺寸飞行器地面振动试验具有协调界面多、试验系统复杂、实施周期长、试验风险高等特点,面向先进飞行器高效协同研制需求,必须引入数字化手段提升物理试验能力。通过梳理传统模式飞行器地面振动试验流程,剖析数字化协同试验要素,从试验方案与实施流程的数字化、试验对象的数字化、试验系统的数字化等方面出发,探索并初步构建全尺寸飞行器地面振动试验的数字化方案。指出当前数字化协同模式对降低试验风险、提高试验效率具有显著助益,未来需要进一步推进数实融合仿真、应用平台开发,以推动数字化成熟落地。

基于UNet3+生成对抗网络的视频异常检测

为解决传统视频异常检测方法在不同场景下多尺度特征提取不完全的问题,提出两种方法:一种是用于简单场景的基于UNet3+的生成对抗网络方法(简称U3P^(2)),另一种是用于复杂场景的基于UNet++的生成对抗网络方法(简称UP^(3))。两种方法分别对连续输入的视频帧生成预测,引入多种损失函数和光流模型学习其外观与运动信息,通过计算AUC进行性能评估。U3P^(2)方法以6.3 M参数量在Ped2数据集的AUC提升约0.6%,而UP^(3)方法在Avenue数据集的AUC提升约0.8%,验证其能够有效应对不同场景下的异常检测任务。

平钢板-UHPC组合桥面板纵向抗负弯性能试验研究

某大桥次边跨及中跨主梁为钢-UHPC组合梁,钢-UHPC组合梁的桥面板首次采用一种通过PBL剪力键将8 mm平钢板与15 cm的UHPC层连接起来的新型组合桥面体系。为了探究该桥新型钢-UHPC组合桥面板抗负弯矩性能与安全性,完成了2块足尺模型的静力性能试验,进行了桥梁整体受力和桥面板局部受力计算,以及桥面板抗负弯矩极限承载力构成分析。结果表明:UHPC名义开裂强度达8.90 MPa以上,其值远大于实桥荷载作用下UHPC层上缘的纵桥向最大拉应力,组合桥面板负弯矩抗裂性能良好,能满足工程需求;组合桥面板抗负弯承载力的计算,UHPC受拉本构宜采用三折线模型,抗负弯承载力简化计算的UHPC受拉区等效均布应力折减系数可取0.76,抗负弯承载力状态的受压钢板受力仍处于线弹性阶段,抗负弯破坏模式与抗正弯明显不同,为受拉钢筋拉断;PBL剪力键能保证了钢板与UHPC板整体共同受力;组合桥面板在负弯矩作用下的延性良好,裂宽增长缓慢,UHPC的名义极限强度达名义开裂强度的4.1倍以上,到达极限荷载后,组合板承载力没有明显下降。

南方山区民居木结构榫卯节点抗震性能试验研究

为研究截面参数和节点形式对有穿销直榫节点抗震性能的影响,首先,以梁高、梁宽为研究参数,并与有穿销透榫节点作对比,共设计制作了4个足尺节点试件;然后,通过低周往复加载试验,研究不同参数下节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、强度和刚度退化及耗能能力等性能;最后,推导有穿销直榫节点的弯矩-转角理论公式,并与试验结果进行对比.研究结果表明:试件的主要破坏形态为柱内侧梁榫受拉边缘的顺纹拉裂破坏,伴随有柱内侧梁榫受压边缘的挤压变形和柱外侧梁榫的水平劈裂;节点的弯矩-转角滞回曲线呈捏缩效应明显的反Z形;在试验设计参数范围内,有穿销直榫节点的转动刚度和抗弯承载力随着梁截面高度和宽度的增大而增大,但是强度退化系数和等效黏滞阻尼系数的变化不明显;相比于有穿销透榫节点,有穿销直榫节点的正向抗弯承载力大62%,反向抗弯承载力大26%,且承载力下降更平缓,表明有穿销直榫节点具有更好的抗震性能;有穿销直榫节点理论公式所得结果与试验结果误差在9%内.

钢管输电塔挂线节点足尺模型失效模式与承载力提升分析

针对特高压钢管输电塔挂线位置节点在极端荷载下的安全性,提出了挂线节点双侧挂线板协同受力的构造改进措施,并对比研究两种挂线节点的极限承载力与失效模式。通过足尺挂线节点处的承载力试验与有限元分析,比较挂线节点在单侧板受力、双侧板受力情况下的应力分布与承载能力,分析传力螺母与挂线板之间的合理初始间距。结果表明:双侧受力时两侧挂线板均发生弯曲破坏,受力形式更加合理,节点板应力分布更加均匀,挂线点的屈服承载力可以提升一倍以上,传力螺母与挂线板之间的合理初始间隙为2~4 mm。

脱空混凝土管道纵向力学行为及自膨胀高聚物注浆修复性能提升

为揭示脱空混凝土管道的纵向力学行为以及自膨胀高聚物外部注浆修复性能提升效果,开展了密实、脱空和高聚物修复混凝土管道现场足尺试验和三维有限元数值仿真,并通过试验结果对数值模型进行了验证。以不同管基状态下混凝土管道的截面纵向弯曲弯矩和管顶竖向位移为分析对象,讨论了脱空宽度和脱空长度对混凝土管道力学行为的影响规律,并引入纵向弯矩和竖向位移修复指数ξM和ξU,对高聚物注浆修复脱空管道的性能提升效果进行了量化表征。研究表明:脱空管道正负纵向弯矩分别分布在脱空两侧的相邻管段和接头,峰值分别位于SgL2、SgR2和SgL3、SgR3处;脱空管道纵向弯矩在SgL1和SgR1处随脱空宽度的增大而减小,其余测点处随脱空宽度的增大而增大,在整个纵向随脱空长度的增大而增大;不同脱空宽度和脱空长度管道的纵向弯矩在SgL1和SgR1以外均高于密实管道;与密实管道相比,脱空管道竖向位移和接头剪切位移的最大增幅分别为155%和230%;修复管道的纵向弯矩略低于密实管道,竖向位移略高于密实管道,纵向弯矩和竖向位移最大修复指数分别为76.5%和83.7%。

超高性能混凝土加固盾构隧道结构试验与数值研究

在应用超高性能混凝土(UHPC)加固既有盾构隧道的基础上,提出优化的钢板-UHPC组合加固方法。将钢板作为隧道内衬并在钢板与管片之间填充UHPC,采用植筋、化学锚栓以及栓钉等作为界面连接件,形成共同受力的整体。开展极限承载力足尺试验并建立非线性数值模型,探究组合加固结构的破坏机理以及影响受力性能的关键因素。结果表明,组合加固结构破坏模式具有较好的延性特征;组合加固结构刚度主要受管片及加固体刚度控制,承载力水平主要受管片强度控制,极限承载力相比UHPC加固结构提升28%;极限状态下,顶部和腰部等位置的钢板发生屈服、主筋受拉屈服。数值参数分析结果表明,组合加固结构性能指标受加固层厚度和界面黏结性能影响较大,可适当增大钢板厚度并保证界面连接件的数量。

隧道火灾临界风速模型的差异与适用性分析

临界风速是纵向通风隧道防排烟设计的重要指标,目前广泛采用的临界风速模型分为临界弗洛德数模型(世界道路协会PIARC推荐)和分段函数模型(美国消防协会NFPA推荐)两类,但两种公式的计算结果差异显著,给隧道防火设计造成了困扰。本文分析了PIARC公式和NFPA公式在不同火源功率、隧道宽度、隧道高度下计算临界风速的差异及成因,同时结合隧道火灾全尺寸试验、数值模拟对比了两种公式计算结果的控烟效果,并与已有的全尺寸和比尺模型试验数据比较论证了两公式的适用性。结果表明,受临界弗洛德数取值和均匀混合假定的制约,PIARC公式无法准确反映临界风速随火源功率的变化规律,公式计算结果明显偏小,且误差随着宽高比的增大而增大;而NFPA公式更加全面地考虑了火羽流状态与隧道断面尺寸之间的相对关系对临界风速的影响,计算结果具有更好的烟气控制效果,且与试验数据更为吻合;NFPA公式可以适用于大部分隧道断面和火源功率条件下的临界风速计算,而PIARC公式仅适用于断面宽高比较小(AR≤1)和火源功率较大(HRR≥15MW)时的临界风速计算。

平面KK型矩形钢管节点静力试验研究

依托某主题广场月牙形艺廊单层网壳钢屋架结构,选取其最不利受力节点,设计了中心插板节点和毂节点两种KK型矩形钢管节点,分别对其足尺模型进行静载试验,测试分析模型节点区域的应变及应力分布规律,对比分析支管端部的位移变化。结果表明:1)设计荷载水平下,两个节点均满足受力要求;毂节点和中心插板节点的最大试验荷载约为等效设计荷载的2.85倍和3.25倍,节点安全储备较高;2)在最大试验荷载作用下,两个节点支管根部与中心构件相贯焊缝附近部分均不同程度地屈服,毂节点圆筒内加劲肋焊缝局部出现开裂;3)相同荷载作用下,中心插板节点相应位置应力应变水平相对较低,故中心插板节点的承载强度较高;4)由试验荷载-位移曲线分析得出毂节点的各肢平均位移比中心插板节点约大13.3%,表明中心插板节点弹性刚度较大。

KT形钢管相贯节点受力性能试验研究

依托某户外剧场钢结构顶棚结构设计,首先对其管桁架关键KT形钢管相贯节点进行了足尺模型试验,测试分析了该节点相贯线、主管及支管应变分布规律。试验结果显示,在最大荷载作用下,相贯节点因支管相贯线附近部分屈服而不能继续承载,其余位置未屈服,表明支管相贯线附近位置是该相贯节点最薄弱位置。然后运用ANSYS有限元软件建立KT形钢管相贯节点有限元模型,将试验结果与有限元分析结果作对比,验证了有限元模型的准确性。最后通过有限元模拟探讨了增大支管厚度以及增设加劲肋对节点受力性能的影响。有限元分析结果显示,增大支管厚度对其受力性能影响较小;增设加劲肋可以有效降低支管相贯线附近位置的最大应力水平,能有效延缓支管屈服,明显提高管桁架节点的承载力。

2016-2021年北京足尺路面环道中心站沥青路面服役性能观测数据集

全寿命周期内沥青路面服役性能观测,对于路面设计和养护决策具有重要意义。为获取沥青路面全寿命周期内的服役性能长期演化数据,本研究基于北京大杜社公路材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站的中心站——足尺路面加速加载试验环道(简称北京足尺路面环道中心站),开展沥青路面加速加载试验,获取各类路面结构全寿命周期内的车辙深度、结构弯沉、平整度、抗滑性能等长期演化数据,覆盖了2016-2021年间足尺路面环道19种沥青路面结构在6000万次当量设计轴载累计作用次数下的试验结果,通过数据采集设备的定期检定或校准、增加每次数据采集的平行试验次数、控制相邻检测周期服役性能变化幅度等方法保证数据质量。本数据集可用于分析沥青路面全寿命周期内各类服役性能的长期演化现象及影响因素、揭示性能衰变机理,为建立各类服役性能的预估模型和设计模型提供基础数据支撑。

全尺度密集卷积U型网络的视网膜血管分割算法

针对视网膜图像中血管尺度跨度大、细小血管与背景高度相似导致误分割和未分割等问题,提出一种全尺度密集卷积U型网络的视网膜血管分割方法。为提取更复杂的特征信息,构建级联卷积融合密集块(cascade convolutional fusion dense blocks, CCF-DB)作为U型网络的编解码器用以提取视网膜血管的特征信息;在网络最底端嵌入混合注意力级联卷积密集块(mixed attention cascaded convolutional dense block, MACC-DB),进一步提升感受野,获取更高维的语义特征信息;在模型的解码部分采用全尺度的跳跃连接,捕获不同尺度下的血管特征信息,提升模型的分割精度。实验结果表明,在DRIVE数据集上,相比于U-Net、U-Net3+、SA-Unet、FR-Unet等算法,此算法的AUC值达到了98.26%,准确率为95.82%;在CHASE-DB1数据集上,此算法的AUC值达98.84%,准确率达96.66%。采用此算法进行视网膜血管分割,分割的精度和鲁棒性均有不同程度的提升,对细小血管分割达到了优良的效果。

UHPC加固空心板梁现场足尺抗弯试验研究

为分析UHPC加固受损空心板梁的抗弯性能,设计制作了2片空心板梁以开展现场足尺抗弯试验研究.基于现场试验结果对比分析了未加固和加固空心板梁的破坏模式和荷载-跨中位移曲线.试验结果表明UHPC加固层可以有效改善受损空心板梁的破坏模式,并且加固空心板梁呈现出更好的抗弯和变形能力.与未加固空心板梁相比,加固空心板梁的开裂和极限荷载均得到明显提升,提升幅度分别达到11.5%和23.8%.此外讨论了UHPC层的加固机理,同时推导了加固空心板梁的抗弯极限承载能力公式,并将理论值与试验值进行对比.结果表明抗弯承载能力计算值和试验值的最大误差仅为1.1%,证明了理论公式的准确性.

混凝土铺装层开裂对正交异性钢桥面疲劳性能劣化作用研究

为合理评估混凝土铺装层开裂对正交异性钢桥面板疲劳性能劣化的影响,开展足尺模型疲劳试验并进行数值仿真分析,得到铺装层开裂后钢桥面板典型易损细节疲劳应力,并提出疲劳应力增大系数量化分析裂缝尺寸对各细节疲劳应力的影响效应。结果表明:混凝土裂缝深度不超过其厚度20%时,正交异性钢桥面典型细节疲劳应力增幅很小;混凝土层正下方的横隔板-U肋-顶板及横隔板-U肋细节疲劳应力对混凝土裂缝长度、深度变化较敏感,混凝土开裂对横隔板弧形开口处及U肋圆弧处的影响较小;纵桥向裂缝对疲劳应力的影响比横桥向裂缝显著,且多裂缝会明显增大疲劳细节处应力水平,会加速桥面结构疲劳性能劣化,因此须设钢筋网阻滞裂缝扩展。

2017-2021年北京足尺路面环道中心站沥青路面结构内部温度场监测数据集

温度是表征路面结构服役行为的重要参量,沥青路面的各类服役性能指标都与路面结构的温度状态密切相关,沥青路面结构内部温度场分布及变化规律具有重要的研究价值。本数据集包含北京足尺路面试验环道19种主沥青路面结构内部不同层位温度观测数据,温度数据采用埋设于路面各个结构层层底的温度传感器进行实时监测,并通过专用采集器采集后传输至数据中心进行存储,存储的信息包括数据采集时间、温度、传感器编号和位置。所采集的数据由专人定期下载和处理分析,以保证数据的完整和准确。本数据集可为沥青路面结构温度场的研究、沥青路面使用性能评价及沥青路面设计模型建立提供基础数据。

2017-2018年北京足尺环道中心站沥青路面力学响应观测数据集

结构力学响应数据是道路服役性能的重要指标,能够有效反映道路结构内部状态。对道路工程领域有着十分重要的研究意义,特别是连续稳定的长期实车加载响应数据更是国内外常规研究手段难以获得的高价值数据。本数据集包含北京大杜社公路材料腐蚀与工程安全国家野外科学观测研究站足尺路面环道中心站半刚性结构路段2017年至2018年的连续实车加载响应数据。本数据集由专用设备采集,通过抽检、冗余存储等手段确保数据质量,并且从采集、整理和存储均有专人负责。可为沥青路面结构的力学计算、沥青路面使用性能评价及沥青路面设计模型建立提供基础数据。