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科学技术与工程
科学技术与工程

明廷华

旬刊

1671-1815

ste@periodicals.net.cn

010-62103284

100081

北京市海淀区学院南路86号

科学技术与工程/Journal Science Technology and Engineering北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊向社会介绍科技界、工程界进展情况和为科学家、工程技术专家开展学术交流服务的一份学术性、知识性和动态性杂志。主要内容包括科学技术发展前景和重大建设工程进展情况，科学技术与工程方面的新成果、新知识、科技界和工程界的热点问题等。适合科技工作者、工程技术专家、领导同志、管理干部和图书资料馆（室）订阅。
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    早期CO2养护与Nano-TiO2协同作用下低热水泥基浆体的力学性能

    吴豪谢刚川宫经伟张凯...
    14371-14378页
    查看更多>>摘要：为探究早期CO2养护和纳米TiO2(nano-TiO2,NT)协同作用对低热硅酸盐水泥(low-heat portland cement,LHPC)力学性能的影响规律,测试了不同CO2养护时间和NT掺量下LHPC的抗折、抗压强度,并结合扫描电镜、热重分析等测试结果分析其对力学性能的协同作用机制.结果表明:仅考虑掺入NT或CO2养护,NT掺量或CO2养护时间均存在最佳范围.CO2养护与NT协同作用下,CO2养护24 h内,LHPC浆体在14 d和28 d龄期的抗压、抗折强度分别在NT掺量为1％～1.5％和1.5％～2％时提升幅度大,这归因于试样中水化硅酸钙凝胶(C-S-H)、钙矾石(AFt)和CaCO3质量增加,长径比较小的纤维状C-S-H细化了大于50 nm的孔径.而CO2养护超过24 h、NT掺量大于2％时,试样中孔隙数量增加、较大长径比的晶须状文石和微观裂缝的产生降低了力学性能.综合力学强度和经济性,建议CO2养护时间为12 h,NT掺量为1％.研究结果为提升LHPC早期力学性能提供一定的参考依据.

    低热硅酸盐水泥nano-TiO2CO2养护力学性能微观结构

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    基于北京既有排水管道的病害产生及渗漏机理

    牛晓凯宋伟靳子贤李巍...
    14379-14392页
    查看更多>>摘要：随着北京地下水位的上升和排水管道服役时间的增加,早期投入使用的排水管道已经陆续出现各种问题,其中,排水管道结构损伤问题尤为突出.为了探究排水管道病害机理,基于对北京既有排水管道的病害调研,分析管道结构产生损坏的原因,得到背后脱空、地下水位变化、地面车辆荷载3种关键因素,并分析了事故产生机理.通过工程实例进行数值模拟,计算分析水平位移、竖向位移、安全系数等相关参数,以此为基础进行病害机理的研究.研究发现:造成排水管道事故的关键性因素是管线渗漏水,原因主要有生存环境、施工扰动、承载能力;管线事故中,有70％是由于管线生存环境导致,此外施工扰动占25％,管线自身原因仅占5％.自然环境以及施工质量问题易导致管线周围形成小范围非密实区,进而演化为空洞等严重非稳定体;排水管道背后脱空的出现会导致管道结构安全系数出现较大折减;地下水位上升会影响排水管道结构的安全性能,使得既有管线的安全系数降低;当路面车辆荷载正交于排水管道作用时,结构受到荷载影响最大,同时结构上部安全系数显著小于其余工况.在实际运营中应当重视背后脱空对双线管线结构的影响,同时,对于与地面交通线正交的排水管线,要勤加观察和测量,采取措施维护管道结构安全,防止渗漏病害产生.

    排水管道数值模拟管线渗漏地下管道渗漏机理

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    基于卡尔曼滤波的遗传蚁群混合算法优化改进云模型的渗流监测异常值识别

    王奎欧斌刘振宇傅蜀燕...
    14393-14399页
    查看更多>>摘要：大坝安全监测序列中广泛分布异常值,对其进行筛选与辨识是判定大坝运行性态的前提.传统的基于回归模型的异常识别方法会对监测数据造成正常值误判或者异常值漏判的情况.针对上述问题,将监测数据序列结合卡尔曼滤波方法去除噪声项,并以测值的日变化速率代替去噪后的数据,从而保留数据真实的演变轨迹,再结合云模型,建立基于日变化速率的改进云模型.同时采用遗传蚁群混合算法对改进云模型的阈值进行优化.分别对去噪前后和阈值优化前后的异常值数量进行对比分析.结果显示:原始数据经过卡尔曼滤波去噪处理后,日变换速率的总体范围显著减小,而用遗传蚁群混合算法对阈值区间进行优化后,其优化后的阈值区间小于优化前的.结果表明:所提出的方法在大坝的渗流监测中可更好地识别异常值,减少因噪声而引起的误判,有效提高对异常值的识别精度.

    卡尔曼滤波日变化速率遗传蚁群混合算法改进云模型

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    基于压电螺旋梁的地铁浮置板振动能量收集装置

    李秋彤黄冰容刘艳
    14400-14409页
    查看更多>>摘要：为解决地铁轨道中振动能量的收集问题,根据钢弹簧浮置板的固有频率,设计了一种基于压电螺旋梁的振动能量收集装置.通过有限元仿真和数字图像相关法试验验证了该装置与钢弹簧浮置板的固有频率匹配情况,并利用扫频试验和落轴试验证明该装置具有振动能量收集能力.研究结果表明,在1～100 Hz范围进行扫频试验,在压电螺旋梁振动能量收集装置共振频率点处,压电片可产生13 V的开路电压,并点亮15个额定电压为1.5 V的发光二极管,落轴试验在落轴高度为20 mm处压电片可产生6 V的开路电压,并点亮10个额定电压为1.5 V的发光二极管,验证了该装置可实现地铁轨道中振动能量的收集,并为低功耗微型传感器供电.

    压电螺旋梁钢弹簧浮置板振动能量收集固有频率

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    基于烟花粒子群算法优化BP神经网络的轨道客流量预测

    徐明明唐秋生
    14410-14416页
    查看更多>>摘要：为进一步提高轨道客流量预测的精确度,提出一种基于烟花算法(fireworks algorithm,FWA)搜索机制下的FWA-PSO-BP轨道客流预测模型.粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)通过将随机因素引入进化方程中实现,不过,由于这种随机搜索模式会导致粒子群算法的局部搜索功能减弱,很容易出现早熟收敛现象和寻优力不足的情况.为了改进这一问题,通过引入烟花算法中的爆炸火花和突变火花,对粒子的搜索范围和粒子数量进行动态调节,增强粒子群的多样性,使粒子群算法具有局部搜索能力和全局搜索能力的自我调节机制,从而改善粒子群算法的早熟收敛问题,对反向传播(back propagation,BP)神经网络的初始权值与阈值进行更好的优化.以重庆轨道客流数据进行实例验证,结果表明:FWA-PSO-BP模型的平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)为2.54％,优于所有其他对比模型.

    客流量预测烟花搜索爆炸火花突变火花平均绝对百分比误差

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    寒旱环境春融期土坡稳定性影响分析

    翟利健张小荣高英
    14417-14423页
    查看更多>>摘要：为解决春融期土坡失稳破坏问题,采用TMS9018-500型冻胀循环试验箱与UU三轴剪切仪相结合的试验方案,获取不同冻融循环次数下土体的抗剪强度参数,并基于冻土水-热-力耦合理论,通过COMSOL多物理场有限元软件对春融期土坡进行数值模拟,分析冻融循环次数对春融期土坡潜在滑移面、位移以及安全系数的发展规律.结果表明:随冻融循环次数的增加,春融期土坡的等效塑性应变随之增加,坡脚的等效塑性应变相对集中,且潜在滑动贯通区自坡脚向坡顶发展;随冻融循环次数的增加,土坡浅层正融区土体位移量逐渐增大,安全系数随之减小,最大减小37.86％左右,说明冻融循环作用使春融期土坡稳定性更加不利.研究成果对春融期的护坡基础建设具有重要的借鉴意义.

    冻融循环作用水-热-力耦合冻融界面土坡稳定性

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    车辆动力作用对拓宽桥现浇混凝土拼接缝的不利影响及控制对策

    李全林杨超李朝李岩...
    14424-14431页
    查看更多>>摘要：移动车辆动力作用是对拓宽桥现浇混凝土拼接缝性能产生不利影响的重要因素.考虑汽车与桥梁动力相互作用特征,开展拓宽桥梁拼接缝施工过程合理控制对策研究十分必要.首先分析了交通荷载引起的振动对拓宽桥现浇拼接缝混凝土的影响机理,依据相关试验研究成果,提出了竖向相对变形和振动速度的控制指标.以标准跨径常用装配式混凝土梁桥为对象,依据已开展的考虑多因素影响车桥耦合振动分析大样本数据统计研究结果,提出一种交通管制与分段浇筑施工相结合的综合控制措施设计方法.工程实例分析表明,该方法具有很好的工程适用性和控制效果.

    拓宽桥混凝土拼接缝车桥耦合振动振动临界值交通管制

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    复杂水力学条件下深水河道单壁钢围堰施工安全性:以清江河大桥1号承台钢围堰工程为例

    焦驰宇林监卢长炯赵福元...
    14432-14440页
    查看更多>>摘要：目前针对单壁钢围堰施工过程荷载的取值,通常依靠现行规范中的线性荷载模式确定,无法真实反映受空间水力条件影响的围堰及承台施工受力情况.以清江河大桥单壁钢围堰工程为背景,综合考虑施工过程中围堰结构体系变化,提出了采用流体动力学与有限元相结合的改进荷载模式分析方法.将此方法与常规的基于现行规范荷载的有限元模拟方法进行对比,验证了该方法在复杂水力条件下对施工期单壁钢围堰结构受力安全的有效性.研究表明,在研究范围内,在混凝土受力方面,现有规范计算结果偏于不安全,其结果偏小约20％;而对于钢构件而言,位移结果比较接近,规范计算的环向次肋最大应力偏大约20％;利用大涡模拟(large eddy simulation,LES)湍流模型来模拟复杂河道水流条件,能够更好地反映空间复杂水流力对结构的影响.综上,研究成果有利于保障复杂水力条件下围堰结构施工安全,可为今后同类单壁钢围堰的设计和计算提供参考依据.

    单壁钢围堰结构荷载深水河道数值模拟

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    钢筋名义极限应变控制下的混凝土梁桥抗弯承载力计算原理与试验研究

    袁博杨子富冉志红林帆...
    14441-14453页
    查看更多>>摘要：为研究由钢筋名义极限应变控制下的预应力混凝土桥梁抗弯承载能力,根据平截面假定推导了相关计算公式,并与现行规范公式计算结果进行比较.依托云南省国省干线公路桥梁加固改造工程,对更换下来的2片20 m预应力混凝土 T形梁桥进行单梁静载试验,分析其破坏过程、破坏形态以及不同加载阶段力学性能的变化规律,将试验结果与理论计算进行比较.同时,针对现浇层和预制T梁的叠合构件,提出了考虑层间剪力的抗弯承载能力计算方法,并以标准跨径为20 m和30 m的简支T梁通用图为基准,得出不同翼板宽度及预应力配束下的承载能力提高系数.研究结果表明:由钢筋名义极限应变控制的预应力混凝土桥梁抗弯承载能力与规范计算结果相差不大,但钢筋达到名义极限应变时,受压区混凝土远未达到极限应变;预应力混凝土 T梁开裂之后,其抗裂性能退化明显,但抗弯承载能力试验值仍大于理论计算值;现浇层对于预应力混凝土T梁桥抗弯承载能力具有一定的贡献,虽然提升程度较小,但现浇层与预制梁的层间剪力由现浇层压应力提供,因此在结构设计中应保证现浇层具有较高的强度和黏接性能.

    钢筋名义极限应变预应力混凝土桥梁抗弯承载能力静载试验现浇层

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    基于数字图像相关法的复合地层隧道纵向开挖面变形规律试验

    朱茂国赵万勇李元海徐晓华...
    14454-14461页
    查看更多>>摘要：复合地层对于隧道工程施工开挖面的稳定性控制具有重要影响.针对复合地层隧道开挖面变形规律问题,利用中小型电机加载试验系统,通过相似模型试验,采用数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法,进行围岩变形时空演变过程分析,并建立力学模型,探究上软下硬隧道围岩及开挖面的变形失稳机制.结果表明:上软下硬复合地层隧道围岩变形空间分布特征是隧道上方围岩首先发生变形,拱顶产生沉降,内部产生水平裂缝并不断扩展,在荷载作用下隧道开挖面产生应力集中,导致开挖面及内部发生坍塌,隧道最终失稳破坏;根据试验现象观测,提出将不同破坏阶段的隧道围岩简化为相应模型,揭示了上软下硬复合地层隧道开挖面变形破裂演化机制;上软下硬复合地层隧道开挖时,软岩强度起到决定性作用,软岩开挖面破裂大于硬岩,拱顶沉降大于拱底沉降,因此在选择支护方式时应重点考虑软岩部分.

    隧道工程复合地层开挖面数字图像相关模型试验

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