路基不均匀沉降下列车-有砟轨道-路基三维耦合系统动力响应分析

基于多体动力学与有限单元法建立列车-有砟轨道-路基三维耦合系统精细化数值模型,并提出一种新的迭代方法,将路基余弦型不均匀沉降作为位移边界条件,通过判断轨道结构与路基结构间的接触状态,研究路基不均匀沉降和列车荷载共同作用下的轨道结构伴随性变形,计算列车动力响应、轮轨接触力和轨枕与道砟间的接触力等,进而模拟分析不同波长和幅值的不均匀沉降对上述动力响应和轨枕空吊等病害的影响,揭示路基不均匀沉降与钢轨变形之间的映射关系。研究结果表明:轨道结构伴随性变形随路基沉降幅值的增大而增大,且在一定沉降范围内引发轨枕空吊等病害;耦合系统结构动力响应随路基沉降幅值的增大而增大;随沉降波长增大,轮重减载率和轮轨力减小,而车体竖向加速度呈现先增大后减小的变化趋势,并存在10 m左右的敏感波长使得车体竖向加速度最大;路基不均匀沉降可加剧轨枕和有砟道床间的相互作用,进而加剧沉降发展。

基于二重切比雪夫多项式的多自由度系统SMA非线性恢复力识别

针对真实结构在动力荷载作用下恢复力模型难以用准确参数化形式描述问题,将结构非线性恢复力作为结构损伤及非线性行为的直接描述,提出基于二重切比雪夫多项式模型的多自由度体系非线性恢复力时域识别方法,实现结构质量信息完全未知及激励完整、非完整两种情况下多自由度系统非线性恢复力识别。通过带理想双旗形恢复力模型形状记忆合金(SMA)阻尼器两自由度数值模型的数值模拟与安装SMA阻尼器的钢框架模型动力实验结果验证该方法的识别效果,并与基于幂多项式模型方法进行对比。数值模拟验证中同时考虑测量噪声对识别结果影响。结果表明,该方法能对结构质量分布及在动力荷载作用下非线性恢复力进行有效识别,为结构在动力荷载作用下损伤发生、发展过程监测及结构耗能的定量评估提供方法。

生石灰激发GGBS固化高含水率香港海相沉积物的物理力学性质研究

海相沉积物处置已成为一项全球范围的挑战。在传统固化/稳定化方法中,环境污染严重的波兰特水泥(PC)是一种被广泛使用的固化剂。在此背景下,一种环境友好型的固化剂(生石灰与粒化高炉矿渣(简称GGBS)的混合料)取代PC来用在土壤改良领域。使用生石灰激发GGBS固化处理高含水率海相沉积物,并与PC固化海相沉积物进行比较。通过物理、化学试验及无侧限抗压强度试验分析了生石灰-GGBS固化海相沉积物的物理、化学和强度特性。结果表明:与PC固化海相沉积物相比,生石灰-GGBS固化沉积物具有体积收缩大、含水率低和密度略高的物理特性。随着生石灰比例的降低和养护时间的延长,生石灰-GGBS固化沉积物的pH值逐渐降低。生石灰-GGBS固化沉积物的无侧限抗压强度呈先增大(生石灰:固化剂为0.05~0.15)后减小(生石灰:固化剂为0.15~0.3)再增大(生石灰:固化剂为0.3~0.4)的趋势;当生石灰与固化剂的比值为0.15及0.4时,强度达到最大值;当生石灰与固化剂的比值为0.15时,生石灰-GGBS固化沉积物达到的峰值强度是相同条件下PC固化沉积物强度的1.4倍。该研究结果证实了GGBS与少量生石灰组合可以替代PC来固化高含水率的天然沉积物。

环境化学课程建设与教学改革探讨

当前,环境化学课程建设过程中存在很多问题,例如:教学内容与当前热点环境问题联系不够紧密、教学和考核手段缺乏创新。因此,为解决以上问题,环境化学课程改革需采用更加前沿化、多样化的课程内容。同时,强调以学生为中心和全过程追踪教学和考核方法,注重引导、探索、批判、实际创新能力的培养方式。综上,以学生为中心和过程追踪的教学理念能够更好地帮助学生建立学习兴趣并提高教学质量。

横风作用下高铁全封闭矩形声屏障气动性能

我国沿海地区已规划(有部分已建成)多条重要的且穿越居民聚集区的高铁线路,多种型式的全封闭矩形式声屏障将在该区域的高铁沿线上广泛运用。近年来,在西太平洋生成的较大台风频繁在该地区登陆,该地区高铁桥上声屏障结构频繁遭遇强横风侵袭。为给高铁桥上全封闭矩形式声屏障结构的抗风设计提供理论依据,参照缩尺比为1∶16.8的列车-声屏障动模型试验装置,建立相同比例的横风-列车-桥梁-声屏障三维精细化CFD数值仿真模型;采用大涡模拟(LES)方法分析横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的气动压力以及流场结构;基于本征正交分解(POD)理论,采用Matlab软件分别对横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的绕流流场进行分解,探讨各阶模态对其湍动能的贡献。研究结果表明:1)全封闭矩形式声屏障绕流流场的湍流强度在纵向分布上呈两端小、中间大的规律,内部流场湍流强度高于相应的声屏障外侧,该差异在声屏障中间区段表现最为显著。2)在声屏障进、出口顶部开孔将导致全封闭矩形式声屏障内侧的负压值降低82%,湍流强度升高114%。3)相对于全封闭矩形式声屏障,进、出口开孔式声屏障出现端部绕流现象的纵向区域更长,且相应的湍流模态组成极为复杂,全封闭矩形式声屏障在进、出口顶部开孔将导致横风风致振动加剧。

海洋强国战略下环境化学课程的海洋特色探索

结合上海海洋大学环境化学课程目前的建设现状,融入学校双一流建设学科和学院海洋学科特色的基础上,突出环境化学授课过程中的特色内容建设,尤其是结合海水养殖和海洋环境污染中出现的重大环境问题,以学生成果为标准检验基于发现创新的教学方法在人才培养中的成效,凝练和提高本课程在同类高校中的区别度和显示度,为课程进一步申请上海市级资助和建设奠定坚实基础。

400km/h高铁隧道组合型式缓冲结构泄压孔优化

国内外已有多条在建高速铁路隧道设计时速达到400km,随着列车速度不断提高,微气压波产生的负面效应愈发严重。相关研究及工程实践表明,单一型式缓冲结构缓解效果有限,而等截面扩大+帽檐斜切+泄压孔的组合型式缓冲结构对缓解微气压波具有更优良的效果。然而国内外对这种组合型式缓冲结构研究相对较少,为了使其满足更多实际场景的要求,针对其泄压孔几何参数进行优化仍具有一定的工程价值。针对这一问题,基于RNG k-ε双方程湍流模型,采用数值模拟和现场实测相结合的方法,从首个泄压孔边缘到帽檐的距离、开孔率、开孔数量和环向开孔位置4个方面开展研究,分析在采用不同泄压孔组合型式缓冲结构下的初始压缩波和微气压波的特征,提出组合型式缓冲结构泄压孔的最佳优化参数。结果表明:相对于首个泄压孔到帽檐的距离为8,16和24m时,当距离为4m时,组合型式缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳;相对于开孔率α=24%,40%和48%的组合型式缓冲结构,当开孔率为32%时,缓冲结构对微气压波的缓解最佳;相对于设置2个或8个泄压孔,设置4个4m(横向)×2m(纵向)的泄压孔时,缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳;在缓冲结构的环向位置上,在拱顶设置泄压孔,缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳。

沙漠腹地公路高立式沙障防风阻沙性能研究

通过沙漠腹地现场实测和Fluent软件数值模拟对沙漠腹地公路高立式沙障防风阻沙性能进行研究。采用Fluent软件建立沙障和路基数值模型,基于欧拉双流体模型和多孔介质理论对高立式沙障和路基周围风沙流的运动进行数值模拟。采用三维超声风速仪测量高立式沙障周围气流速度,为数值模拟结果提供验证。通过数值模拟分析不同沙障高度和沙障数量下风沙流的运动规律,确定沙障高度和数量对高立式沙障防风固沙效果的影响。研究结果表明:气流在沙障迎风侧前方区域减速,沙障周围气流速度快速下降导致气流的携沙运动能力减弱,沙粒在沙障周围沉积。在沙障防护下,路基周围风速降低,路基的风蚀风积危害得到缓解。随着沙障的排数或沙障高度的增加,路基沿程的风速逐渐降低。3排及其以上沙障可以较好地阻挡风沙流的运动。5排沙障防护下,路基的迎风侧坡脚离地高度0.5 m处水平风速从11.05 m/s下降至5.37 m/s,风速的降低率达54.13%。在2.0 m沙障的防护下,路基的迎风坡和背风坡的路肩水平风速比1.5 m沙障的相应值低3~5 m/s,降低率最高达61.79%。

基于改进Faster R-CNN和正交投影的无砟轨道板裂缝精细化测量

裂缝的检测和宽度识别是无砟轨道板养护维修作业的重要依据。为此,提出一种基于改进Faster R-CNN和正交投影的裂缝宽度测量方法,并基于虚拟模型合成数据,充分训练深度网络,实现对复杂背景下无砟轨道板表面裂缝的精准检测,以提高裂缝几何特征量化的可靠性。首先,基于二维CAD图纸建立参数化的无砟轨道结构三维BIM模型,并通过UE5物理引擎实现真实裂缝特征与虚拟轨道模型的随机融合和真实巡检场景渲染;然后,通过配置虚拟摄像机输出,模拟真实巡检场景下的虚拟裂缝图像,充分训练改进后的Faster R-CNN网络,并在轨道巡检车采集到的原始图像上进行测试;最后,采用正交投影法逐像素地计算检测结果中裂缝的宽度,并与人工取点测量结果进行对比分析。结果表明:改进后的Faster R-CNN网络对于裂缝检测的平均精度提高约10%;网络性能随训练数据的虚实图像比例而变化,于4∶1时达到饱和,平均精度达95.12%;使用融合裂缝数据集训练出的网络模型能够在保持高精准率的同时,达到更高的召回率,有效减少了裂缝的错检、漏检;与人工测量相比,正交投影法测得的裂缝最小宽度与最大宽度分别增大了3.64%和22.40%,测量结果更加稳定且接近真实值,具有更高的可靠性。

碱激发赤泥-矿渣人造骨料及其砂浆性能研究

利用碱激发技术,采用赤泥和矿渣作为前驱体,以水玻璃为碱激发剂,通过冷固结成球工艺制备碱激发赤泥-矿渣人造骨料.实验结果表明所制备的人造骨料的堆积密度低于1200 kg/m 3,平均单颗粒破碎强度可达10.61 MPa,筒压强度最高21.17 MPa,满足轻集料规范中对骨料的技术要求.人造骨料的水化产物主要为C-(N)-A-S-H凝胶、C-S-H凝胶及少量钙矾石.经过28 d饱和Ca(OH)2溶液浸泡,人造骨料的化学成分未发生明显变化,表明在混凝土模拟孔溶液环境下其化学稳定性良好.进一步,以水泥为胶凝材料制备人造骨料砂浆,其28 d强度可达54.2 MPa.利用赤泥-矿渣人造骨料部分替代自然骨料制备砂浆,50%替代率砂浆28 d平均强度提高24.6%.综上所述,碱激发赤泥-矿渣人造骨料不仅可以用于制备人造轻质骨料,改善天然骨料供给不足的现状,还可实现赤泥规模化回收利用.

道路交通事故责任智能化在线快速划分方法研究

为提高智慧交管建设水平,提升执法效率、降低执法成本,对交通事故中当事人责任智能快速划分进行研究。使用Pearson相关系数来计算全部特征与事故责任的相关系数,挑选出与事故责任划分高度相关的数据特征;基于道路交通事故数据及挑选出与事故责任划分明显相关的10个因素为评价指标,使用高效梯度提升决策树(XGBoost)算法对事故责任进行建模预测,结果相对准确,为78.9%,但存在模型对缺失样本分裂方向的处理能力有限及模型过拟合问题;通过参数优化和模型融合方法对XGBoost算法进行优化。结果表明:优化后的算法能有效地自动学习出缺失样本的分裂方向,模型融合对缺失值的处理率已提升至94.8%,处理率提升了50%,缺失样本的分裂方向通过模型融合基本全部得到有效学习,预测结果对比原始算法准确度提升至87.2%,交叉验证结果也表明该算法在交通事故责任智能认定中的适用性。

低碳出行导向下城市居民共享交通方式选择行为研究

共享交通出行方式对合理分配城市运输资源、完善城市交通体系、降低交通领域碳排放具有重要意义。基于随机效用最大化理论,考虑出行行为心理属性等在内的4方面属性因素,构建基于能够反映个体异质性偏好的混合Logit模型,并利用贝叶斯MCMC算法对模型求解。以南昌市为例进行实证分析,结果表明:共享出行的选择行为和选择意向存在较大差异;交通方式相互作用机理明显,衔接性不够成熟;乘客对网约车的安全性关注度较高,性别和自然因素对网约车选择行为影响水平显著;单车停放点的不确定性降低了单车共享出行的依赖性水平。

一种新的高渗透性地层中盾构隧道同步注浆浆液损失的多物理场模拟方法

为满足精细化分析的要求,首先建立了一种计算高渗透性饱和地层中盾构隧道同步注浆浆液渗流扩散的多物理场水力耦合模拟方法。该方法以基于连续介质力学的质量平衡方程描述浆液的运移,通过在质量平衡方程中引入了质量交换项来考虑浆液在土体孔隙中的淤堵及其引起的土体渗透特性的变化,并结合混合物系统的动量平衡来考虑多孔介质的水-力耦合过程。随后,通过ABAQUS二次开发,建立了一个新的7自由度平面应变单元,使得该方法可被应用于分析工程尺度的初边界值问题。最后,以一个典型的盾构隧道开挖与注浆过程为例,进行建模分析。结果表明,所提出的多物理场模拟方法可以实现对注浆及注浆后浆液压力、地面沉降以及浆液扩散范围的时空变化预测。研究还发现,当地层渗透系数大于1.0×10-6 m/s时,需考虑浆液在地层中的渗透流失;同时,浆液在土体孔隙中的淤堵会导致土体孔隙度及渗透性的降低,从而减少了浆液的进一步流失,但其对地层变形没有显著影响,因此在工程实际中,可不考虑浆液淤堵以分析浆液最大流失量及地层变形。

人行天桥结构振动舒适度定量化与振动特性实测研究

人行天桥的结构设计中影响行人舒适度的动力特性指标主要有自振频率和受激励时的振动加速度,但实测数据较少。以北京21座正在使用中的人行桥为调查对象,对人行桥进行加速度时程测量的同时,随机对通行行人进行关于通行舒适度的问卷调查,共获得1 053份调查问卷。还在无行人干扰的情况下,对各人行桥进行了多种行人工况下的动力反应实测。通过对实测数据的分析,研究了行人激励下最大加速度与均方根加速度的相关关系、单人行走激励反应与人群行走激励反应的关系、人行桥自振频率与跨度的关系。结合问卷调查结果,定义了行人有感系数和舒适度系数,分别研究了这两个定量化的振动舒适度指标与自振频率的相关关系和与峰值加速度的相关关系。研究发现,这两个指标与人行桥一阶竖向自振频率相关性并不强,而与峰值加速度间有较明确对应关系,并拟合得到了有感系数-峰值加速度相关曲线和舒适度系数-峰值加速度相关曲线。从而可对人行天桥的振动舒适程度进行定量表达,并与结构的加速度反应建立了对应关系。以上结果为人行桥的振动舒适性的基于性能设计提供了基础。

节理倾角和间距对TBM双刃盘形滚刀破岩效率的影响

通过实验研究不同节理倾角和间距对TBM双刃滚刀破岩的影响效果。实验采用预制节理水泥砂浆试件模拟节理岩体,节理面与侵入力方向夹角?分别为0°,30°,60°和90°,节理面间距分别为20,30,40和50 mm,采集整个加载过程中滚刀的侵入深度和侵入力,并采用相机进行实时拍摄,获得试件表面破坏的发展过程以及最终破坏形态。研究结果表明:节理岩体存在3种基本破碎模式,主要与节理倾角有关;相邻滚刀的协同破岩作用导致滚刀间岩体产生贯通裂纹,形成片状岩碴;当节理倾角为60°时,破岩比能耗最小,滚刀破岩效率最高;节理间距对岩碴的形成有较大影响,比能耗随着节理间距增大而增大,破岩效率降低。

船舶与海洋平台结构冰载荷的高性能扩展多面体离散元方法

船舶与海洋平台结构的冰载荷是寒区海洋工程结构物设计中的关键参数,而离散元方法是有效计算结构冰载荷的重要手段.本文采用基于闵可夫斯基和原理的扩展多面体离散元方法模拟船舶与海洋平台结构的相互作用过程.其中,构造扩展多面体的近似包络函数并建立了基于优化模型的快速接触搜索算法;考虑单元间粘结作用的刚度软化过程建立了单元间的粘结-破碎模型.同时,发展了CPU-GPU协同异构环境下的高性能并行算法.为分析海冰与海洋结构作用中的冰载荷,采用ISO标准验证了扩展多面体离散元分析结构冰载荷的准确性.采用离散元方法计算了船舶结构的冰载荷,研究了船舶结构表明的线载荷分布特点,并采用船舶结构冰阻力经验公式验证了计算结果的合理性.采用离散元方法计算了平整冰区与多桩腿平台结构的相互作用,分析各桩腿上的冰载荷特点.针对碎冰区的海冰管理过程,采用离散元方法分析了船舶结构绕行过程中的船舶和海洋平台结构冰载荷.本文方法可有效应用于海洋结构冰载荷分析,能为极地船舶与海洋平台结构的设计和安全运行提供科学的分析手段.

角钢套箍高强混凝土轴压短柱承载力分析与设计建议

以套箍系数、混凝土等级和钢材屈服强度为控制参数,设计15根剪跨比为1.5的角钢套箍高强混凝土轴压短柱;基于简化的钢材本构模型和考虑套箍效应的约束高强混凝土本构模型,采用ANSYS有限元软件进行数值仿真分析,通过与实验数据对比验证有限元建模的合理性;考察不同套箍系数、混凝土强度等级和角钢屈服强度等级对角钢套箍高强混凝土轴压短柱力学性能的影响;考虑缀板对混凝土的套箍效应,引入缀板影响因数,利用1stopt软件反演影响因数与套箍系数之间线性关系,建立角钢套箍高强混凝土轴压短柱极限承载力计算表达式,提出轴压短柱的设计方法与施工建议。结果表明,套箍系数比其他参数对轴压短柱的承载力和延性的影响更加显著,为该短柱在新建和改造工程中的应用奠定基础。

轨道交通列车内空气质量研究现状与展望

城市轨道交通因其运量大、效率高、能耗低等诸多优点,成为城市公共交通的主要方式,其中主要以地铁为主。虽然通勤者在地铁内停留时间短,但因列车及乘客的活动,其内自然通风不足,空气质量差,影响出行人员身体健康。研究表明:颗粒物(PM)、挥发性有机物(VOCs)和细菌是主要的空气污染物。其中,轨道交通颗粒物主要来源于列车与轨道之间的磨损,且颗粒物中金属元素含量丰富,遗传毒性较强。VOCs主要来源于地铁装饰物的挥发,细菌与真菌等主要受客流量、通风、温度等因素影响。此外,文章综合叙述了暴露于PM以外的各种空气污染物的健康风险。最后,指出进一步优化列车运行条件、开发先进的空气净化装置,是未来轨道列车空气质量研究与控制的方向。

车辆荷载特性影响下的碰撞时间分布规律

受车辆荷载特性影响的碰撞时间(Time-To-Collision,TTC),被认为是车辆避撞系统中跟驰过程风险评估的有效指标.本文以车辆类型、超重和超速指标量化表征车辆荷载特性,分解前后车辆不同荷载特性组合的12类跟驰场景.基于动态称重技术获取融合荷载特性的交通流数据,分析车辆荷载特性对自由流交通状态下12类跟驰场景TTC分布的影响,利用KS检验对比TTC分布的显著性.结果表明:TTC累计频率分布服从指数模型,在5%置信度水平上,跟驰前后车的车辆类型对TTC分布无显著影响;前后车均为超重轻车显著增加了潜在冲突风险,超重增加了轻车跟驰重车,轻车跟驰轻车场景的潜在冲突风险;前后车不超速跟驰场景下,轻车跟驰重车的风险比例高于轻车跟驰轻车.

配钢管高强混凝土芯柱的异强组合柱抗震性能研究

为研究配钢管高强混凝土芯柱的异强组合柱(SGCC)的抗震性能,以钢管内外混凝土的强度(fcc、fco)、组合柱内钢管高强混凝土芯柱的套箍系数(θ)、钢管外围混凝土配箍特征值(λv)、轴压比(n)为主要参数,设计了11根SGCC。采用ABAQUS软件建立其有限元模型,并对10根类似试件开展验证分析,将仿真分析结果与试验结果进行对比,验证了模型的合理性。基于此开展11根SGCC试件的参数分析,探究了不同参数对试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化、抗力衰减和延性等抗震性能指标的影响规律。结果表明,fcc、fco、λv和n对试件抗震性能的影响相对较大,本文分析结果可为该类构件的抗震设计提供一定的技术支撑。