基于系统工程的铁路智能建造实现路径研究

推行铁路智能建造是国家战略发展的需要,是社会的需求。基于系统工程思想提出以BIM、物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息通信技术为技术支撑的铁路智能建造系统架构,并基于此架构提出“三步走”实现路径;然后,对铁路智能建造在实施过程中可能遇到的问题进行探讨,并提出相关建议。铁路智能建造是必经之路,当前我国铁路智能建造还处于初级阶段,设计单位应做好顶层设计工作,为后期的中级阶段积累充足的数据。中级阶段建设各方应做好信息归纳整合,充分积累经验,这样在高级阶段才能融会贯通,充分发挥BIM、物联网、大数据、云计算和智能设备等软硬件集成应用的优势,进而真正实现铁路建造智能化、现代化。

基于BP神经网络的隧道下穿既有运营地铁线注浆施工参数预测——以广州地铁18号线隧道注浆工程为例

新建隧道下穿既有运营地铁线施工过程中极易对既有运营地铁线产生不利影响,而广泛采用的超前预注浆尚处于以经验性选取注浆施工参数的阶段,导致工程事故频发。为此,首先以开挖段地层物性参数、地层位移变化值作为输入层,注浆施工参数为输出层,构建了基于BP(back propagation)神经网络的注浆施工参数预测模型;其次,以MAPE(mean absolute percentage error)作为预测精度评价指标,采取试算法对BP神经模型参数(隐含层节点数目、学习率)进行了探讨;最后,将提出的BP神经网络用于指导工程实践。研究结果表明:当BP神经网络预测模型隐含层节点数为9、学习率为0.01、训练次数为20 000以及精度目标值为1×10^(-4)时,模型适用性评价显示预测值与监测值之间最大相对误差为19,平均相对误差均低于13,说明提出的BP神经网络预测模型可行;进一步的工程应用结果表明:采用预测的注浆施工参数进行注浆后掌子面稳定、开挖过程中未发生隧道塌方等事故,满足相关规范要求。研究成果也可在隧道下穿其他结构或建筑物灾害防控注浆工程中得到推广应用。

引水工程水下钻孔爆破水击波特性

为了深入研究水下钻孔爆破荷载作用下的水击波传播特性,以桂林市第二水源工程-引水工程项目为背景,采用动力分析软件COMSOL多物理场耦合模拟方法,建立水下钻孔爆破数值分析瞬态求解模型,研究爆炸荷载作用下的水击波等值面、水击波峰值应力及振动速度传播规律,并结合现场监测结果进行评价。研究表明:水下钻孔爆破荷载作用产生的水击波实质是以爆破点为中心向四周传播,水击波等值面随时间推移由规则圆球形向非规则椭球形演化;水击波在水中传播过程中快速衰减,随水介质速度阈值增加,水击波作用区域影响范围较小;水击波应力传播在爆破分段延时情况下的不同位置具有叠加效应,存在多个峰值,随爆心距的增加呈指数衰减规律,当爆心距越小,水击波峰值应力下降速度越明显;水击波振动速度随爆心距的增加呈指数衰减,当爆心距从28 m增加到108 m,水击波峰值振动速度衰减率达到96.3%,对构筑物影响甚小,同时水击波达到峰值速度出现的时间随爆心距的增加逐渐增大,表现出同步性。研究成果对理解水下钻孔爆破振动响应以及为类似工程经验积累及其爆破安全预防提供指导。

再生微粉性能激活研究及应用进展

再生微粉是以混凝土、砖瓦等为主要成分的建筑垃圾制备再生骨料过程中产生的粒径小于75μm的颗粒,其主要化学组成与粉煤灰类似,具有一定的潜在活性。将再生微粉作为掺合料使用,可减少对原材料的需求,减轻对环境的污染,实现资源的循环利用。再生微粉具有组成复杂、需水量大、活性指数低等特点,直接作为掺合料使用不利于砂浆或混凝土的性能,但再生微粉中SiO_(2)、CaO和Al_(2)O_(3)含量均较高,具有较好的活性潜质,经过适当的技术处理后可以有效激发其活性,提高利用效率。目前再生微粉主要激活方式有物理激活、化学激活和热激活。热激活可以燃尽再生微粉中的有机物杂质,改变部分物质组成,从而激发其活性;物理激活通过机械力增大了再生微粉的比表面积,从而提高了再生微粉活性;化学激活主要通过加入碱性激发剂等提供碱性环境或提供可参与反应的离子,从而促进水化程度提高再生微粉活性。相关学者对再生微粉的活性激发方法及其在砂浆和混凝土中的应用进行了深入研究,这对再生微粉的应用具有积极作用。本文基于已有文献资料,对再生微粉的物理性能、化学组成、激活方式、激活机理及应用现状进行了综合评述,分析了目前再生微粉研究存在的问题并展望了其应用前景,以期为再生微粉的高品质利用提供研究基础。

白泥填料在膨胀阻燃环氧树脂中的协效阻燃和抑烟作用

为实现氨碱白泥的资源化利用,以氨碱白泥为原料,通过烘干、粉碎和表面改性制备白泥填料,并将其作为阻燃协效剂应用于膨胀阻燃环氧树脂,系统研究了白泥填料对膨胀阻燃环氧树脂的阻燃性能、抑烟性能和成炭能力的影响。结果表明,添加白泥填料能够显著降低膨胀阻燃环氧树脂的热释放和生烟量,表现出优异的协效阻燃和抑烟作用。当添加5%烷基化白泥填料时,阻燃和抑烟效率最高,峰值热释放速率和峰值生烟速率降低至234.6 kW/m^(2)和0.048 m^(2)/s,极限氧指数提高到30.5%。此外,白泥填料具有优异的协效成炭作用,添加5%烷基化白泥填料可以促进膨胀阻燃环氧树脂生成更多的芳香结构和含磷的交联结构,增强炭层的致密性和隔热隔质性,提高炭层质量,在700℃下残炭量达到24.5%。

氯化镍与有机蒙脱土在环氧基膨胀型钢结构防火涂料中的协效作用

以有机蒙脱土(OMMT)和氯化镍(NiCl_(2))作为复配协效剂制备环氧基膨胀型钢结构防火涂料,通过锥形量热仪、热重分析仪(TG)、扫描电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)系统研究了复配协效剂在防火涂料中的防火和抑烟作用。结果表明:单独添加OMMT和NiCl_(2)均能有效增强环氧基膨胀型钢结构防火涂料的隔热性能并降低燃烧过程中的生烟量和热释放,将二者复配使用表现出更好的协效作用。当m(OMMT)∶m(NiCl_(2))=1∶1时,膨胀型钢结构防火涂料的峰值热释放速率、峰值生烟速率以及300℃背温时间分别为291.3 kW/m^(2)、0.039 m^(2)/s和1465 s。TG结果表明,OMMT和NiCl_(2)复配使用可以降低涂料的峰值分解温度和质量损失速率,使涂层在700℃时的残炭率高达24.8%。SEM和FT-IR结果表明,OMMT和NiCl_(2)复配使用有利于形成更多含磷交联结构进而提高膨胀炭层的致密性和连续性,达到较好的防火和抑烟作用。

无单元Galerkin法的电流场与渗流场耦合正演

联合求解渗流场与电流场是确定土石坝渗流精确分布及评价渗流严重程度的重要途径.为解决水文-地球物理方法中存在的渗-电拟合度差及分辨率损失严重等问题,针对电性参数对水文状态变量的敏感性,本文开发一种基于无单元Galerkin法(Element-Free Galerkin Method,EFGM)的渗流场与电流场耦合正演算法.一方面,通过引入岩石物理关系经验公式及水文状态变量构建耦合模型;另一方面,通过滑动最小二乘法构造形函数,利用罚函数计算边界条件,以解决耦合模型的构建过程中对网格单元过度依赖问题来提高渗-电拟合精度.数值模拟的渗-电关联响应及耦合正演中,分析了土石坝内电流场及渗流路径,探索了各分量对土石坝不同附属结构体的异常响应特征.关联响应结果显示,饱和区内渗-电关联响应吻合较好.但由于非饱和渗流的特殊性,非饱和区介质岩石的物理特性会随着饱和度、孔隙度等因素的变化而发生改变,从而导致土石坝内非饱和区物性参数的分布与饱和区不同,从而造成非饱和区内渗-电场关联响应存在差异.在非饱和区域,耦合电位及电流密度分布与渗流分布吻合度高.渗-电耦合结果对实施模型约束的水文-地球物理耦合反演具有重要理论和实际意义.

泡沫灭火综合教学实验平台的设计与实践

根据消防工程专业课程实践教学中的灭火实验需求,设计和搭建了泡沫灭火综合教学实验平台,该实验平台由发泡实验平台、析液实验平台、蔓延实验平台、灭火实验平台和抗烧实验平台构成,能够实现泡沫灭火剂的稳定性、蔓延性能、灭火效能和抗烧性能的测试,满足泡沫灭火实验教学要求。通过实验操作与结果分析将理论与实践紧密联系,有助于巩固学生理论知识和增强学生学习兴趣,为培养具有工程实践和科研创新能力的高素质和高质量消防人才发挥积极作用。

大跨度单层柔性光伏支架结构气动阻尼的试验研究

大跨光伏支架结构轻柔,在风荷载作用下易产生显著气动效应。为研究该类结构的气动阻尼特征,对不同风速和张力工况下两种典型倾角(0°和10°)的大跨度柔性光伏支架结构开展气弹风洞试验。基于气弹模型风洞试验结果,分别利用经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)和变分模态分解(variational modal decomposition,VMD)结合改进的随机减量方法(random decrement technique,RDT)识别得到了柔性光伏支架结构在不同风速风向、组件倾角和拉索预张力下的气动阻尼比。研究结果表明,气动阻尼对风向角的变化较为敏感。当组件倾斜铺设时(10°倾角),大跨光伏结构气动阻尼在180°迎风向时会出现负值。张力增加可能导致高风速下平铺组件的气动阻尼比显著降低。气动阻尼比随风速的增加整体呈减小趋势,低风速下基本为正值,而高风速下可能出现负气动阻尼。不同方法识别出的气动阻尼比结果存在一定的差异,但反映出的气动阻尼的变化特征具有一致性。

富水裂隙围岩隧道涌水量计算方法与规律分析

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质量守恒定律推导了富水裂隙区隧道涌水量计算公式。通过退化分析及案例工程现场实测数据验证了构建富水裂隙区隧道涌水简化计算模型的合理性及涌水量计算式求解的正确性,最后基于解析解揭示了各特征参数对富水裂隙区隧道涌水的影响规律,探讨了富水裂隙区隧道涌水机制。结果表明:理论计算值与现场实测值最大相对误差为8.1%,验证了构建模型的合理性及公式推导的正确性;隧道涌水量随裂隙最大宽度的增加而增大,受堵水结构的联合制约,两者近似呈线性关系;注浆区厚度与隧道半径比值在2倍以内时,隧道涌水量受注浆区厚度的影响显著;富水裂隙区隧道涌水受裂隙分布规律及支护结构的制约,应重视对裂隙分布的调查。

基于网络开放数据的区域消防救援总体有效覆盖率评估

高效准确地掌握消防救援有效覆盖率是优化消防站点资源配置的前提。将判断是否有效覆盖的消防救援行程时间阈值定为240 s,建立了基于时间加权的区域消防救援总体有效覆盖率评估模型。基于网络开放数据收集了长沙的50座消防站作为消防救援供给点、5746家被抽查到的社会单位作为消防救援需求点,并调用网络地图应用程序编程接口基于实时路况来仿真消防救援行程时间。在连续7 d内设置197个评估场景,共获得了1131962个有效样本,进而得出:长沙消防救援总体有效覆盖率为21.22%,结果等级为“C”,消防救援水平一般,需加强消防站建设。这种基于网络开放数据的区域消防救援有效覆盖率评估,具备高效和准确的特点,可为优化消防站点资源配置、提升公共安全水平提供关键理论和方法支撑。

新型承插式螺栓连接柱-柱节点抗拉性能研究

为实现模块化钢结构单元房间的上下连接,提出一种新型承插式螺栓连接柱-柱节点,以有无注浆、承插深度为参数设计并制作3个足尺节点试件,并对其进行抗拉试验,分析了各节点的破坏形态、应变分布以及承载能力等,探讨了该新型节点的抗拉性能.建立了数值分析模型,进行了轴拉荷载作用下的受力性能参数化分析,研究了承插深度、螺栓直径及内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响.基于高强螺栓的抗剪承载力,提出了适用于该新型节点的抗拉承载力计算公式.研究结果表明:该新型节点可将轴向拉力有效传递至高强螺栓,试件破坏时均出现高强螺栓群被剪断,灌浆节点试件发生破坏时,出现钢材与灌浆料界面的黏结破坏及螺栓周围局部灌浆料的压碎;高强螺栓群在拉力荷载作用下呈端部螺栓受剪较大、中心螺栓受剪较小的分布,试件破坏时,各螺栓承受的剪力趋于相等;灌浆节点与无浆节点相比,灌浆料与高强螺栓协同工作性能良好,弹性阶段最大摩擦力平均值提高64.4%,极限抗拉承载力提高14.1%;承插深度由300 mm增至500 mm,节点极限抗拉承载力提高80.9%;承插深度和螺栓直径对节点抗拉承载力影响较大,内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响较小;根据提出的节点抗拉承载力计算公式得到的计算值与有限元模拟值吻合良好.

装配式槽钢组合梁中开孔钢板连接件力学性能

为研究新型装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中开孔钢板剪力连接件(PSP剪力连接件)的力学性能,设计7组标准试件并开展推出试验,对比分析不同参数PSP剪力连接件的受剪承载力和破坏模式。利用ABAQUS非线性有限元模型对PSP剪力连接件的破坏模式和受力机制进行数值模拟,并与试验结果对比验证计算结果的可靠性。在此基础上,进一步分析开孔钢板厚度、开孔直径、混凝土强度、穿孔钢筋及连接件间距对PSP剪力连接件力学性能的影响。结果表明:除10 mm厚度的PSP剪力连接件外,所有4 mm与6 mm厚度的PSP剪力连接件均发生明显弯曲变形,试件破坏时连接件周围混凝土均出现斜向裂缝;开孔直径和穿孔钢筋对受剪承载力和抗剪刚度影响较小,而增加开孔钢板厚度、混凝土强度能提高剪力连接件受剪承载力和抗剪刚度;对于双排PSP剪力连接件,增大连接件间距能够显著提高单排PSP剪力连接件平均承载力,当间距为250 mm时,单排平均承载力达到单个PSP剪力连接件的91.2%。根据试验及有限元荷载滑移曲线提出装配式双拼槽钢-混凝土组合梁中单个PSP连接件荷载滑移曲线计算公式,为装配式双拼槽钢混组合梁的设计提供参考。

活性改性剂合成及其对环氧胶黏剂力学与界面粘接性能的影响

综合考虑环氧胶黏剂的施工性能、力学性能及与砂浆界面的粘接性能,利用三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPGE)与1,4-丁二醇(BDO),通过控制反应物物质的量比以及反应时间制备了四种低环氧值兼具高羟基含量的预聚体(PPM)。通过1H-NMR、盐酸-丙酮法及凝胶渗透色谱(GPC)对PPM进行了表征。进一步研究了PPM对改性环氧胶黏剂工作性能、固化力学性能、与水泥砂浆粘接强度以及表面性质的影响。结果显示:延长反应时间以及增加BDO用量使PPM的数均分子量更大、环氧值更低。四种PPM改性后,胶黏剂的放热峰值温度降低,可操作时间延长。同时,PPM使环氧固化物的延性显著增加。四种PPM改性后使环氧与水的接触角降低,固化物表面的极性组分升高。XPS分析表明,PPM使环氧固化物的羟基含量显著提高。最后,PPM使胶黏剂对湿砂浆基体的粘接强度提高了一倍以上。

装配式双拼槽钢-混凝土开孔组合梁试验研究

装配式建筑行业渗透率不断提升,针对装配式工业化的需求,提出了一种新型装配式双拼槽钢-混凝土开孔组合梁(DCCP),由高强螺栓连接装配模块形成,实现完全干式连接,兼具节省钢材、便于敷设管道及增大建筑使用空间等优点.对具有腹板圆形开孔的DCCP和4根不同腹板圆角矩形开孔长度的DCCP进行了静力弯曲试验,探究了腹板开孔长度对组合梁受弯性能的影响,分析了试验梁的破坏模式,跨中挠度、应变、平面外位移、界面滑移随荷载变化规律,提出了DCCP极限承载力的理论计算模型.结果表明:腹板开孔长度对组合梁的力学性能有显著的影响,腹板开圆孔的组合梁表现为槽钢翼缘屈服失效,混凝土板在跨中压碎即弯曲破坏,而腹板开长圆角矩形孔的组合梁因腹板开孔处四角产生塑性铰和开孔处高弯矩端对应位置的混凝土板压溃而发生空腹破坏(Vierendeel mechanism failure);腹板开孔长度由150 mm增加到900 mm时,组合梁的承载力和延性分别降低了20%和23%;具有腹板开孔的DCCP平均延性系数值为8;高强螺栓约束下的装配模块间分离微乎其微,整体协同工作性能良好.钢梁与混凝土板间最大滑移为0.34 mm,新型组合梁采用的钢板连接件可有效传递钢梁和混凝土板间的纵向剪力,实现完全抗剪连接件.用本文理论模型计算的极限承载力与试验结果吻合良好,误差小于5%.

富水岩溶地区隧道涌水预测与施工处置技术研究

针对贵州某隧道施工过程中遭遇一处连通地下暗河的大型溶洞引起隧道内大规模涌水的灾害进行研究,结合水文地质情况对涌水量进行预测和分析后,现场先对岩溶水进行初步释压,后采用水泥砂浆分步回填隧道上伏溶腔以封堵岩溶出水口;进一步采用集水管引排岩溶水的方式对剩余地下水进行二次加强处理,同时将集水管与隧道外侧的泄水洞相连,二者构成一套完整的引排水系统的处治手段。采用堵排相结合的原则有效地达到涌水处置目的,确保了隧道的安全施工,可为类似地层的隧道施工提供有益的借鉴。

碳纤维板加固H型钢梁抗剥离夹具研制及应用试验

外贴碳纤维板是钢梁抗弯加固的常用方法,但其端部易因界面应力集中导致剥离破坏,严重影响高性能材料的有效利用,特别是结构加固后的安全服役.为此开发出一种适用于H型钢梁的简易夹具——C形槽板夹,以加强碳纤维板的端部锚固.通过多根带夹碳纤维板加固梁的静力加载试验,验证了此夹具的可靠性,并考察了碳纤维板伸入剪跨段长度与剪跨段长度之比及锚固方式(纯粘、端锚和混锚)对加固效果的影响.研究发现端锚加固不同于纯粘,只要梁的控制截面仍在夹具之间,碳纤维板的极限应力、加固效果及利用效率均随其长度缩短而提高,当碳纤维板长度分别为600、750 mm时,前者极限应变和承载力比后者分别高27.3%和8.1%.由于钢梁表面处理质量较差,混锚加固梁均发生突然剥离,后期退化为端锚加固梁,因而相比端锚加固梁加固效果改善不大,需要提高表面处理质量再做类似研究.尽管如此,相比纯粘加固梁,混锚加固梁采用C形槽板夹后剥离破坏被延迟,抗弯性能大为改善.试验过程中还用压电阻抗法对界面剥离情况进行了检测,结果符合实际.

搅拌工艺对高掺量丁苯乳液改性硫铝酸盐水泥性能的影响

研究了搅拌速度与搅拌时间对高掺量丁苯乳液改性硫铝酸盐水泥砂浆的匀质性、含气量、流变性能、早期强度等宏观性能的影响,采用TGA、BET等微观手段研究了硬化砂浆的水化程度和孔隙特征。结果表明:延长搅拌时间、提高搅拌速率均可改善砂浆的匀质性和力学强度。但以176 r/min搅拌时,延长搅拌时间会提高新拌砂浆含气量,增大硬化砂浆“凝胶孔”含量,抑制水泥前1 h的水化。以108 r/min搅拌时,延长搅拌时间则促进水泥前1 h的水化。延长搅拌时间和提升搅拌速率阻碍砂浆絮凝,破坏水泥颗粒桥接,显著降低结构构筑速率。延长搅拌时间,砂浆屈服应力和塑性黏度降低。优化搅拌工艺,有助于为充填层修补砂浆的搅拌规范制定提供重要参数。

考虑泄漏和温度效应的黏滞阻尼器性能演变研究

黏滞阻尼器作为一种广泛使用的被动减振/震装置,其力学性能在全寿命周期内会发生演变。为探究其力学参数改变模式,揭示其性能演变机理,以油液泄漏和温度效应为主要影响因素开展了试验及仿真研究。首先,对不同漏油程度和环境温度下的黏滞阻尼器分别开展了滞回试验研究和黏温关系分析;其次,对黏滞阻尼器进行了流体动力学仿真,获得其性能演变规律;最后,建立了漏油与温度联合作用下黏滞阻尼器性能演变的力学模型,并对其进行了验证。研究结果表明,油液泄漏将导致滞回圈出现零力平台段,且平台长度与漏油比例成正比;温度升高会导致阻尼系数的减小,从而影响阻尼力峰值;所建立的性能演变模型能够较为精确地反映黏滞阻尼器力学性能的改变。

富水砂层深基坑施工诱发邻近建筑物变形研究

依托南通市环西文化广场站项目,在围护结构施工阶段、基坑降水阶段、基坑开挖阶段采取一系列措施,减少深基坑施工对周边重要建(构)筑物的影响,项目影响电视塔的工程全部施工完成后,电视塔倾斜和沉降均在规范允许范围内。