基于注意力引导多尺度降噪卷积神经网络的钢轨表面缺陷图像降噪

针对钢轨表面缺陷图像降噪依赖人工设置滤波参数和缺陷边缘模糊的问题,提出基于注意力引导多尺度降噪卷积神经网络的钢轨表面缺陷图像降噪方法。首先采用深层网络中的多尺度卷积自动提取含噪图像的特征,使其不依赖于人工设置滤波参数,并克服单尺度卷积特征不够精细导致缺陷边缘模糊的问题;其次利用跳跃连接融合网络深层特征和浅层特征,强化浅层特征影响,克服因网络加深导致浅层特征被忽略的问题,使特征更充分;然后利用注意力机制调节特征在空间不同位置的权重,筛选出能表征噪声的特征,获得噪声信息;最后通过重建模块去除含噪图像中的噪声,实现端到端的降噪。试验结果从定性和定量角度证明所提方法不仅降噪效果更好,且更有效地保留了缺陷边缘信息,为缺陷精确分割提供条件。

基于流固耦合作用的砂岩地浸采铀效果数值模拟分析

为探究低渗砂岩铀矿在不同因素下的产量变化情况,根据储层有效应力与渗流特性的关系,建立有效应力-渗流数值模型。通过日产水量分析流固耦合作用下储层的产量变化规律,并结合变异系数法分析注入压力、初始渗透率和井间距对产量的影响。研究表明:考虑流固耦合作用下的储层产量会更快进入稳定状态,产量更高;应力敏感性系数越大,有效应力减小对地层渗透率影响越明显。注入压力越大,地层有效应力减小区域下降幅度增大,地层渗透率增大区域升高幅度增大,产量逐渐增多;流固耦合作用下,产量随着初始渗透率增大而增多且增长速度较快;流固耦合作用下,随着井间距的增大,注采井间有效应力减小的影响减弱,注采井间渗透率增大趋势也在下降,产量逐渐降低。结合各因素变异系数变化可得,注入压力对产量效果影响更明显。本研究有助于建立完整的砂岩铀矿地浸采铀生产方案。

基于改进YOLOv7的钢轨表面缺陷检测

研究目的:钢轨表面缺陷是铁路交通安全运行的重要隐患,对其进行准确检测十分重要。钢轨服役的复杂环境使其可能沾染污渍,同时钢轨缺陷形状往往不一致,为解决钢轨附着污渍导致误识别以及缺陷形状不一致导致难以准确检测的问题,提出基于改进YOLOv7的钢轨表面缺陷检测方法。研究结论:(1)通过构建数据集时以包含污渍的钢轨图像作为负样本的方法,利用标签差异使网络学习区分缺陷和污渍的特征,克服了对污渍误检测问题;(2)通过可变形卷积与嵌入通道注意力机制对YOLOv7完成改进,即通过对卷积采样点添加偏置的方式实现可变形卷积替换固定卷积,实现网络对缺陷几何形变适应能力的增强,同时将通道注意力机制嵌入网络中,利用其为不同通道特征加权的特点使网络关注缺陷特征,从而增强了缺陷特征提取能力;(3)通过将钢轨表面缺陷数据集加载于构建的改进YOLOv7网络实现端到端的钢轨表面缺陷检测,证明了所提方法的有效性和可行性;(4)本研究成果可为钢轨表面缺陷智能化检测提供新方法。

基于PTC法的既有铁路纵断面调整优化方法

以整体优化抬落道量最小为目标进行纵断面重构时,由于纵断面整体优化中各线元数学模型不同,拟合后的线元连接处会存在错位现象,不满足相邻线元首尾相接的平顺性条件。因此,本文提出了利用引入相切条件的方向加速(Powell with Tangent Condition,PTC)法来重构纵断面线形。首先利用方向加速(Powell)法进行各线元拟合优化,然后对竖曲线圆心坐标进行调整,通过调整后的圆心坐标重新计算纵断面竖曲线半径及直圆点和圆直点坐标,使竖曲线与左右两侧相邻直线坡段相切。对比利用PTC法与传统的曲率分段结合最小二乘法重构线形的抬落道量,结果表明,PTC法对线路重构的扰动更小,优化效果更好,在减小抬落道方面有显著优势。通过动力学仿真对比Powell法和PTC法优化线形后的车体动力学指标,结果表明,PTC法重构纵断面所得的线元连接处平顺性显著提高,各车体动力学性能指标明显减小,车辆运行的安全性和舒适性得到明显改善。

基于人工蜂群优化小波神经网络的深基坑开挖对既有盾构隧道变形的预测分析

小波神经网络在对数据预测方面存在收敛速度慢、极易陷入局部最优的缺陷,人工蜂群算法全局寻优能力强、收敛速度快,但其本身也存在寻找到最优解时速度变慢以及后期寻优能力弱的缺点。本文利用人工蜂群算法对小波神经网络进行优化,建立ABC-WNN分析模型,并依托基坑工程实例,对基坑开挖引起的盾构隧道变形量进行预测分析,并将结果与单一的BP神经网络模型、WNN模型进行均方差以及平均绝对误差对比。结果表明:(1)ABC-WNN模型预测值与实际工程数据拟合程度高,相对误差最大仅为2.41×10^(-5),表明该模型预测功能较为可靠;(2)ABC-WNN的各项统计学特征均为最低,分别为0.557和0.563,人工蜂群优化后的小波神经网络模型对变形量预测精度更高、计算稳定性更好、收敛速度更快。研究成果可为类似工程的盾构隧道变形预测提供一种新途径。

汽车荷载作用下桥梁冲击系数影响规律研究

以三跨连续箱梁桥为研究对象,建立了桥梁模型和车辆模型从而组成车桥耦合动力模型,并对车辆荷载作用下桥梁结构的冲击系数进行研究分析。研究表明:增加横向车道数可以使桥梁的冲击系数增大,纵向距离越大桥梁冲击系数越小;车辆在制动状态下的桥梁冲击系数明显大于车辆匀速状态时的冲击系数,并且车辆在桥梁中跨前半部分制动时,动力冲击系数要大于后半跨;车辆在跳车冲击作用下,桥梁跨中冲击系数明显增大,且在跨中跳车时,桥梁动力冲击系数为最大。

基于三维高密度电法的公路路基病害识别模拟分析

公路路基病害实现快速、精细化的检测对于维护路基良好性能、提升公路运营安全和使用寿命具有重要意义。为研究三维高密度电法对路基病害的探测效果,建立了包含富水、疏松和空洞等常见路基病害的路基三维地电模型,通过正反演计算来模拟分析高密度电法对路基病害区域的圈定识别效果。模拟结果显示,高密度电法采用温纳装置具有较好的空间识别能力,可有效探测识别三维路基模型中的富水、疏松和空洞等病害区域,计算结果异常范围与病害发育区域基本吻合,且不受路面高阻层的屏蔽影响。研究可为公路路基病害的检测工作提供一定参考。

基于声发射和交流阻抗谱的钢筋-混凝土粘结性能实验研究

钢筋混凝土结构是世界范围内应用最为广泛的结构形式,钢筋和混凝土协同工作的前提是两者间存在良好的粘结性能。综合应用声发射技术和交流阻抗谱技术,研究了不同粉煤灰替代率下钢筋-混凝土的粘结性能。通过引入一种等效电路模型,考察钢筋-混凝土界面电阻和电容的变化来研究损伤发展;再结合声发射实验数据得到不同荷载水平下损伤发展历程。结果表明,适量掺加粉煤灰可强化钢筋-混凝土粘结性能,交流阻抗谱技术和声发射技术可以用来定量研究粘结损伤发展。

预应力碳纤维板加固重载铁路T梁的效果研究

随着部分货运铁路扩能改造为重载运输铁路,在役钢筋混凝土桥梁不仅承受重载列车的大轴重,同时,列车加载次数也显著增加,极大地影响了桥梁的正常使用功能,导致梁出现开裂、钢筋锈蚀等病害,因此,需要采用加固技术来合理提升梁的承载能力和适应性。以一孔运营了20年的跨径12 m在役钢筋混凝土T梁为研究对象,选择其中1片未加固T梁开展静力加载弯曲破坏试验,探讨在役钢筋混凝土T梁在不同荷载作用下的损伤演化规律;同时对另1片梁通过在梁底张拉5块预应力碳纤维板进行加固并开展弯曲破坏试验,对加固效果进行验证;通过理论计算及现场试验探究试验梁加固前后在不同等级荷载作用下的钢筋应力、裂缝和变形发展规律。研究结果表明:采用体外预应力碳纤维板加固后,在役钢筋混凝土T梁的梁体刚度得到有效提高;虽然采用预应力碳纤维板加固无法提高梁体的抗裂性能,但对于梁上已产生的裂缝发展起到了有效控制,提高了构件的使用性能;在最不利列车荷载作用下,梁体混凝土及钢筋应力分别下降24.15%、47.68%,裂缝宽度下降66.68%、跨中挠度下降16.31%,且计算结果与试验结果基本一致,加固效果显著,能够满足运营需求。

弱纵连下CRTS Ⅱ型板式无砟轨道解锁温度研究

在弱纵连施工过程中,为了避免轨道板凿除宽窄接缝后在解锁位置发生较大的位移变形,有必要明确不同解锁条件、不同解锁温度下轨道结构的受力变形特征,指导现场施工。基于梁轨相互作用原理和有限元法,建立无砟轨道-多跨简支梁桥精细化模型,利用有限元软件中“生死单元”的功能分步骤解锁轨道板,研究桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道在不同解锁工况下轨道结构受力变形规律,据此分析得出合理解锁条件及解锁温度,并对应仿真计算中板端植筋工况,在预加固植筋地段进行了现场解锁实验。研究结果表明:不松开钢轨扣件,解锁板温在初始施工锁定板温±5℃范围内,可以直接解锁宽窄接缝;解锁板温在初始锁定板温±5℃之外,轨道板纵向位移不满足规范限值要求,需严格控制解锁温度;松开扣件解锁轨道板,轨道结构整体受力变形增大,轨道板纵向位移超过规范允许限值,建议解锁时不松开钢轨扣件;板端植筋有利于减小解锁后结构的受力变形,但轨道板纵向应力除外,板端植筋可作为解锁时的预防性手段。现场试验表明,解锁时轨道板板端植筋,宽窄接缝位置处轨道板间相对位移几乎不发生变化。研究成果对于CRTS Ⅱ型板式无砟轨道高温胀板病害提出了一种新的解决思路—弱纵连CRTS Ⅱ型板式无砟轨道。

基于渗流-化学-应力多场耦合的砂岩型铀矿CO_(2)+O_(2)地浸开采的数值模拟

为探明不同影响因素对CO_(2)+O_(2)地浸采铀效果的影响规律和影响机理,首先建立了适合CO_(2)+O_(2)地浸的渗流-化学-应力多场耦合数值模型,其次,结合实际现场工况,开展了注液速率、渗透率、O_(2)配加浓度、HCO3-配加浓度和铀矿石平均品位对CO_(2)+O_(2)地浸采铀影响的数值模拟研究。研究表明:CO_(2)+O_(2)地浸过程中,抽液井铀浓度呈现“缓慢上升-快速上升-缓慢下降-趋于稳定”的阶段性变化趋势;矿层渗透率、铀矿石平均品位、O_(2)配加浓度、HCO3-配加浓度与抽液井铀浓度呈现线性正相关关系,溶浸液的注入速率与抽液井铀浓度呈现线性负相关关系;CO_(2)+O_(2)地浸过程中应该选择初始渗透率大且铀品位高的矿层,同时应该适当加大O_(2)和HCO3-的配加浓度,并控制好溶浸液注入速率,可实现铀资源的高效开采。本研究对CO_(2)+O_(2)地浸矿层的选择和地浸工艺的优化具有重要的指导意义。

适于隔震结构的两阶段实时子结构试验方法

为在试验中同时模拟隔震结构中隔震层和被隔震结构的非线性,提出一种适于隔震结构的两阶段实时子结构试验方法。第一阶段先将隔震支座单独进行物理试验,通过试验观测数据训练神经网络,使其可以准确拟合隔震支座动力特性;第二阶段基于训练好的神经网络建立隔震层的数值子结构模型,与被隔震结构进行实时子结构试验,完成对隔震结构的动力性能测试。数值仿真中该方法与整体模型仿真结果的峰值误差在3%以内,试验验证中该方法与整体结构振动台试验的峰值误差在6%以内。数值仿真和试验对比表明:提出的两阶段实时子结构试验具有良好的精度。该方法避免了在振动台试验中由于缩尺导致隔震支座受到欠质量的影响,充分保证其力学性能的真实性。同时有效解决了在利用实时子结构试验对各部分都为强非线性的隔震结构进行试验测试时,由于数值子结构建模不准确导致的试验误差问题。为隔震结构的抗震性能测试提供了新的试验方法。

公路桥梁中双壁钢吊箱围堰的设计与受力分析

基于Midas-FEA有限元软件分析,对公路桥梁中双壁钢吊箱围堰结构进行了模拟。结果表明:双壁钢吊箱围堰结构中变形最严重的区域位于围堰中部的内支撑区域,该处的变形达到26.36 mm;双臂钢吊箱围堰构件中侧板、底板、内支撑、围梁、底部龙骨、封底吊挂、拉压杆和围堰限位的最大变形处于内支撑区域;通过Von-Mises准则和Tresca准则计算得到的侧板结构承受的最大应力都高于底板结构;双臂钢吊箱围堰构件中侧板、底板、内支撑、围梁、底部龙骨、封底吊挂、拉压杆、围堰限位和隔舱板的组合应力最大的位置在围堰限位区域,最大应力为89.26 MPa。双臂钢吊箱围堰构件施工中可以对内支撑和底龙骨等区域进行局部加强。

车辆荷载作用下的装配式钢桁架桥应力分析与试验研究

为了分析装配式钢桁架桥在车辆荷载作用下的应力特性,基于ANSYS车桥耦合振动理论建立了钢桁架桥有限元模型,对不同速度车辆荷载加载下的应力进行了数值分析,得到在不同速度下钢桥5种最不利杆件的轴力时程曲线;进行了特定速度载荷工况实装试验,得到关键部位试验应力值,数值仿真结果与试验数据的对比表明,钢桁架桥的应力数值分析模型具有可信性,能够为钢桁架桥结构的优化设计和通行规则的制定提供仿真依据。

动静组合加载下砂岩破坏机制及裂纹密度试验研究

为探讨砂岩在动静组合加载条件下的破坏特征及损伤规律,采用三维动静组合分离式Hopkinson压杆测试系统对砂岩试样进行了多组动静组合、不同加载速率条件下的冲击试验,利用CT扫描与数字岩芯技术得到了砂岩试样内部不同截面的破坏图和损伤后试样内部的三维重构图及裂纹密度,研究了砂岩在不同受力情况下的破坏形式和破坏机制,并对轴压、围压及应变率对砂岩裂纹密度的影响规律进行了探究。试验结果表明:常规动态冲击作用下,砂岩的动态破坏形式为典型的拉伸劈裂破坏;一维动静组合加载下,砂岩的动态破坏形式为典型的压剪破坏,内部呈现出共轭双曲线形的压剪面;三维动静组合加载下,砂岩的动态破坏形式同样表现为压剪破坏,但内部破坏面为圆台(锥)形,并对不同加载条件下砂岩的动态破坏机制进行了分析。在不同加载状态下砂岩的裂纹密度随应变率的增加均呈递增趋势,轴压、围压的施加限制了裂纹的产生和增长速率,围压相对于轴压对裂纹产生和扩展的限制程度更大,并从砂岩的抗压强度和裂纹产生的补偿空间角度对其进行了解释;利用轴压、围压模拟地应力,分析了地下0、200、400、600 m处应变率对砂岩裂纹密度的影响规律,并对其进行了定量分析,若要产生同样效果的裂纹密度,地下600 m处的砂岩所需应变率大约是无地应力状态下的3.4倍。从裂纹密度角度构建了不同加载状态下损伤变量和应变率之间的量化关系式,该研究结果可为无临空面爆破开采过程中不同爆炸应力波与岩石内部裂纹开展程度的量化问题提供了参考。

玄武岩纤维布约束典型钢筋混凝土桥墩抗震性能提升研究

连续玄武岩纤维布(BFRP)具有良好的力学性能和性价比,在结构抗震加固领域具有较好的应用前景。为了研究玄武岩纤维布约束典型钢筋混凝土高架桥墩柱的抗震性能,设计并制作符合现行抗震设计规范要求的常规配筋墩柱、低配筋墩柱以及考虑钢筋锈蚀的常规配筋柱缩尺模型,并在部分模型上进行玄武岩纤维布缠绕加固,进而开展了拟静力试验研究,然后依据试验试件,运用ABAQUS建立有限元模型进行数值模拟,并与试验结果进行对比研究。研究结果表明:与未加固常规配筋墩柱相比,BFRP加固后的常规配筋柱其滞回性能及耗能能力得到一定程度的改善;低配筋墩柱在经过BFRP加固后的抗震性能能够达到常规配筋墩柱的水平;墩柱内钢筋锈蚀后滞回性能有所降低,但是经过BFRP缠绕加固后的抗震性能能够接近未锈蚀常规配筋墩柱;数值模拟所得结果与试验数据基本一致,验证了数值分析的可靠性。

基于粘贴玄武岩纤维布的在役简支钢筋混凝土桥梁性能提升研究

钢筋混凝土梁桥在中小跨径中应用较为广泛,经过多年使用后往往处于带裂缝工作状态,尤其是涉水时往往耐久性退化速度较快,进而会引起结构承载能力降低。而玄武岩纤维复合材料(BFRP)具有较高的抗拉强度和良好的耐侵蚀性能,将其粘贴于在役梁的梁底受拉区,既可以起到隔绝空气提高混凝土耐久性的作用,也可以提升在役梁的抗弯能力,以适应不断增长的交通量。以一座经BFRP布粘贴加固的在役简支板桥为研究对象,开展理论分析与基于ABAQUS的精细化数值模拟,通过对比加固前后的受力性能,进而研究BFRP布对在役简支板梁的受力性能的改善效果,并通过试验对加固前后的受力性能提升规律进行了验证。结果表明,BFRP布粘贴在梁底受拉区可以协助板底主筋参与结构受力,使钢筋和混凝土受力重分布,使得裂缝发展程度降低,在一定程度上提升了梁的整体抗弯刚度,加固后桥梁正常使用情况下的变形能力提升20.6%,钢筋应力水平下降23.9%,抗弯承载能力提高26.9%,增强了结构的安全性。

纤维增强复合材料布加固简支板桥的受力性能研究

为研究不同纤维增强复合材料(FRP)布对在役简支板桥的加固提升效果,以某在役的3跨简支板桥为研究对象,对其各孔跨的板梁分别采用玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)布、碳纤维增强复合材料(CFRP)布以及BFRP布与CFRP布组合的方式进行加固,通过理论分析和静动载试验对比分析了不同加固方式对在役简支板桥受力性能的提升程度。研究结果表明:复合纤维布对在役桥梁的刚度提升效果要优于单一FRP布的提升效果,而CFRP布的钢筋应力降低效果要强于其他两种纤维布;FRP布能提升桥梁竖向一阶自振频率和结构整体刚度,且单一种类FRP布的提升效果要强于复合纤维布。

基于多目标决策的钢轨减磨方案优选研究

重载铁路小半径曲线钢轨侧磨严重,导致钢轨提前下道,提出各种减磨方案,但这些减磨方案各有优缺,尤其是2种减磨措施组合情况下,减磨方案优劣更难评价。为了使选择的减磨方案在减磨效果和经济效益等多目标条件下表现效果更佳,通过分析已研究的减磨方案并结合施工单位及其他相关学者意见,从定量和定性双重角度研究并建立以安全性、减磨效果、经济效益、实施复杂度和环境影响5方面为依据的减磨方案优选评价指标体系,采用基于组合赋权的模糊层次分析和灰色关联度法综合评价2种减磨措施组合方案在线路上的实际应用情况。研究结果表明,在某重载铁路运输条件下,曲线半径600 m时,轨道参数调整、润滑组合方案减磨策略综合评价最优;仅从减磨效果而言,轨道参数调整、打磨组合方案有优势,但实施复杂度较大。

极限状态法和容许应力法用于重载铁路钢筋混凝土梁受力性能评价的对比

为了探究一座足尺重载铁路钢筋混凝土T梁的抗弯承载力,并与Q/CR 9300—2018《铁路桥涵设计规范(极限状态法)》和TBJ 2—1985《铁路桥涵设计规范》规定的设计承载能力进行对比,进而对极限状态法和容许应力法设计理论进行对比分析,选取一片采用容许应力法设计的12 m跨度钢筋混凝土足尺T梁(专桥(88)1024)作为研究对象,首先基于两种设计方法进行正截面抗弯承载力计算,继而根据静力加载破坏试验中钢筋应力、T梁的变形和裂缝发展状况以及最终破坏状态,得到T梁实际承载能力并与理论分析结果进行对比。结果表明:破坏试验得到的实际承载能力是极限状态法计算的1.59倍,说明按容许应力法设计的钢筋混凝土T梁抗弯承载力有较大的安全储备;极限状态法的钢筋应力容许值略低于容许应力法的容许值,实际钢筋应力比理论计算值低9%,约为极限状态法容许值的95.8%,能满足极限状态法的要求;挠度的试验值比两种理论计算的挠度低约8%,满足挠度的容许值要求;裂缝宽度的试验值均比理论计算值大21%,但仍满足裂缝宽度的容许值要求。该梁经过多年运营,其抗弯承载力、应力、挠度和裂缝宽度仍可满足铁路桥涵设计规范极限状态法的要求。