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土木工程、水利工程 栏目所有文章列表
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1. 地基沉降引发输水盾构隧道复合结构受弯分析
周浙件,范毅雄,方燃,边学成
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (12): 2476-2488.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.12.015
摘要   HTML PDF(pc) (2049KB)(83)   

结合混凝土、螺栓和钢管的弹塑性变形特性,基于纵向等效连续模型和平截面假定,建立衬砌管片、输水钢管及在衬砌管片与输水钢管之间填充混凝土的受弯分析模型. 求解该模型,得到地基沉降作用下盾构隧道纵向接缝张开量、最大混凝土压应变及最大钢管拉应变等关键参数. 将所建模型应用于杭州某输水盾构隧道工程,结果表明:地基沉降引起隧道受弯,隧道结构将产生7类临界状态,且先后顺序为螺栓达到屈服应力、环缝张开2 mm (螺栓和管片混凝土被侵蚀)、钢管达到屈服应力、环缝张开6 mm(钢管和填充混凝土被侵蚀)、管片混凝土开始受压屈服、填充混凝土开始受压屈服、螺栓达到破坏应力. 当钢管紧贴衬砌管壁时,隧道结构处于最不利工况,容易导致钢管腐蚀和隧道脆性破坏.

2. 单边螺栓连接T形件-钢管节点高温下及高温后受拉性能
尤洋,王培军,孙乐乐,叶继红,姜健
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (12): 2489-2500.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.12.016
摘要   HTML PDF(pc) (4001KB)(52)   

通过试验,研究螺纹锚固单边螺栓连接节点在高温下及高温后的受拉性能,并与标准高强螺栓连接节点进行比较. 在高温试验中,采用恒温加载和恒载升温2种方式,研究不同温度及荷载比对节点破坏模式及承载力的影响;在高温后试验中,研究火灾阶段的温度及荷载对节点破坏模式和承载力的影响. 试验结果表明,单边螺栓连接T形件-钢管节点存在4种典型破坏模式,且高温下和高温后节点的破坏模式均不会发生改变. 随着温度升高,节点承载性能下降明显,但试验节点在屈服前均未出现钢管柱壁上的螺纹破坏. 在高温后试验中,节点的残余承载力与常温下基本相同,表明节点在火灾后仍具有良好的承载力. 节点发生端板屈服伴随螺栓破坏时的单边螺栓性能与标准螺栓相近. 根据试验结果,提出单边螺栓节点高温下的承载力计算方法,所提公式的计算结果与试验结果吻合较好.

3. 基于改进哈里斯鹰算法的梯级泵站优化调度
张雷克,侯笑鹏,刘小莲,田雨
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (12): 2501-2512.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.12.017
摘要   HTML PDF(pc) (1161KB)(83)   

为了提高梯级泵站系统运行效率,节约工程运行成本,以梯级泵站运行效率最大化为目标,建立梯级泵站优化调度模型,提出基于改进哈里斯鹰算法(HUHHO)的梯级泵站优化调度方法. 将饥饿率引入哈里斯鹰算法(HHO)以更好地实现探索与开发之间的平衡;在探索阶段添加1个偏移项以考虑哈里斯鹰饥饿感强弱对搜寻猎物能力的影响,提高算法的寻优能力、避免陷入局部最优. 通过基准测试函数验证HUHHO寻优性能的优越性. 将HUHHO应用于北京市某三级泵站优化调度中,对HUHHO求解梯级泵站优化调度问题的可行性与有效性进行验证. 结果表明:相较于现状方案,基于HUHHO的优化方案可使梯级泵站运行效率提高0.11个百分点,年运行成本节约42 187元,优于利用粒子群优化算法(PSO)、遗传算法(GA)、HHO得到的运行效率及节约成本.

4. 基于几何控制法的钢箱梁制造尺寸计算
李立峰,郑舜航,李积泉,路云强,蒋启昊
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (9): 1697-1705.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.09.001
摘要   HTML PDF(pc) (1453KB)(115)   

钢箱梁制造尺寸的计算是确保大跨非对称混合梁桥整体吊装顺利合龙、成桥线形满足设计要求的关键. 基于几何控制法,以四跨非对称混合体系梁桥为研究对象,以匹配断面平行对接为控制依据,提出倾角补偿的方法. 计算钢箱梁端面的制造倾角,提出顶、底面配切长度的计算方法,确定钢箱梁制造尺寸. 结果表明:钢箱梁整体吊装顺利,第一主跨合龙时2个匹配断面顶、底板相对缝宽分别为8、5 mm,第二主跨的相对缝宽分别为2、5 mm,各个匹配断面的相对缝宽均小于设计限值15 mm,实现了平行对接;合龙后实测主梁线形平顺,最大标高误差不超过3 cm,验证了钢箱梁制造尺寸计算方法的准确性和适用性.

5. 脆塑性迭代逼近算法的改进
金俊超,景来红,杨风威,宋志宇,尚朋阳
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (9): 1706-1717.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.09.002
摘要   HTML PDF(pc) (2812KB)(169)   

针对应力跌落计算中脆塑性迭代逼近算法存在的问题,在主应力空间,结合特征点变形和破坏特征,通过理论推导,系统分析偏应力等比例跌落方法、最小主应力不变跌落方法、塑性位势跌落方法及应力球量不变跌落方法的缺陷. 考虑脆塑性变形和破坏过程中的泊松效应,提出改进的塑性位势跌落方法;推导应力跌落计算更新过程,编写UMAT子程序将该更新过程嵌入软件Abaqus,实现岩石弹塑性应变软化过程数值求解. 采用所提改进方法替换原有的应力跌落计算方法,实现弹塑性应变软化过程的数值模拟. 引入塑性强化算法,实现岩石弹塑性变形破坏全过程的数值计算,并进行多算例验证. 对不同地质条件的Mine-by试验洞及某水电站引水隧洞辅助洞进行开挖模拟,结果表明所提改进方法能够合理模拟工程中围岩弹塑性变形破坏现象.

6. 不同连接方式叠合板-现浇梁滞回性能试验研究
郑嘉润,张明山,李本悦,徐铨彪,龚顺风
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (9): 1718-1726.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.09.003
摘要   HTML PDF(pc) (4511KB)(65)   

为了提高叠合板中预制底板与现浇梁的现场施工效率和连接性能,提出预制底板与现浇梁的斜插筋连接方式. 通过对4种不同连接方式的叠合板-现浇梁试件进行低周往复加载试验,对比分析叠合板-现浇梁试件的裂缝开展及分布、滞回特性、骨架曲线、延性、刚度退化和耗能能力等滞回性能,研究采用出筋、斜插筋、叠合面钢筋和凹槽钢筋4种连接方式对叠合板-现浇梁试件滞回性能的影响. 结果表明:采用斜插筋连接的试件滞回性能与采用传统出筋连接的试件滞回性能基本相似;采用叠合面钢筋搭接的试件正向承载力较大,反向承载力较小,该连接方式试件的正、反向承载力相比其他连接方式试件的不对称性更显著;采用凹槽钢筋连接的试件承载能力、延性、耗能能力均优于采用出筋和斜插筋连接的试件;剪跨比对采用出筋连接和斜插筋连接的试件承载力影响较小,对采用斜插筋连接的试件反向延性系数影响较大.

7. 纤维和纳米材料改性水泥稳定道路固废的直剪力学行为
王伟,黄帅帅,俞文杰,车旭明,李娜
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (9): 1727-1735.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.09.004
摘要   HTML PDF(pc) (1673KB)(144)   

为了研究纤维-纳米材料对水泥稳定道路固废再生集料抗剪特性的影响,通过直剪试验对水泥稳定再生集料(CA)、聚丙烯纤维水泥稳定再生集料(PCA)、纳米氧化镁水泥稳定再生集料(MCA)、纳米二氧化硅水泥稳定再生集料(SCA)、聚丙烯纤维-纳米氧化镁水泥稳定再生集料(PMCA)和聚丙烯纤维-纳米二氧化硅水泥稳定再生集料(PSCA)的抗剪强度特性进行评价和表征. 试验结果表明:各组试样的剪应力-位移曲线随着垂直压力的增加逐渐由软化型向硬化型转变;MCA、SCA、PMCA、PSCA的摩擦角比CA的摩擦角更大,PCA、MCA、SCA、PMCA、PSCA的黏聚力均大于CA. 提出复合正弦-幂函数(CSP)模型,该模型可以有效地模拟软化型和硬化型应力-位移曲线,比传统模型更具适用性. 建立各组试样的应力-位移关系的通用公式,该公式与实测数据拟合效果良好.

8. 稻壳灰-高炉矿渣固化膨胀土工程特性及机理
李丽华,李孜健,肖衡林,黄少平,刘一鸣
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (9): 1736-1745.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.09.005
摘要   HTML PDF(pc) (3502KB)(101)   

为了改良膨胀土力学性能,提高其膨胀变形稳定性,通过无侧限抗压、自由膨胀率、扫描电镜和X射线衍射等方法,研究以工业固废稻壳灰-高炉矿渣(RHA-GGBS)为材料环保固化剂的膨胀土固化效果及机理. 结果表明:固化剂对膨胀土力学性能有显著提升,当配比超过6∶4或RHA-GGBS质量分数超过10%时,力学性能不升反降. 试样养护前后自由膨胀率降低原因不同,养护前为替换作用,养护后为水化反应。养护后的试样自由膨胀率降幅均高于未养护的,养护组较未养护组降幅最高为3.6倍. 在10%RHA-GGBS质量分数临界值条件下,试样生成的团聚体、少量针棒状物及大量无定型凝胶均分布在土体的表面及孔隙;RHA-GGBS可提高土体强度,降低土体膨胀,RHA-GGBS质量分数超过临界值时,存在过量SiO2无法反应,生成物总量限制,使得固化反应受到不同程度的抑制作用的影响.

9. 大跨悬索桥主缆抗火性能及其防护
李雪红,雷语璇,赵军,郭志明,于俊杰,徐秀丽
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (9): 1746-1755.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.09.006
摘要   HTML PDF(pc) (4116KB)(115)   

为了分析主缆的抗火性能并提出适宜的抗火防护方案,基于实际工程,采用油罐车燃烧火灾模型计算方法,分别从油罐车火灾燃烧的形式、火灾发生的位置、火灾燃烧的状态等方面进行对比分析,确定悬索桥最不利火灾场景为无风工况+油罐火灾+顶面和近主缆侧面燃烧+跨中靠近吊索位置. 采用Ansys软件分析最不利火灾场景下主缆的温度分布及耐火极限,得到主缆的耐火极限为48 min,最大失效厚度为90 mm. 通过对各类防火材料分析和调研,提出高硅氧复合材料防火结构;在高温试验60 min后,试件防火结构内侧温度为484 ℃,压缩后的防护结构的抗火性能略有提升. 基于试验结果并结合数值模拟,得到10 mm厚高硅氧复合防火结构;该结构可以满足在火灾发生后60 min主缆外表面温度不超过300 ℃的抗火设计目标.

10. 基于时空深度学习模型的数值降水预报后处理
郑超昊,尹志伟,曾钢锋,许月萍,周鹏,刘莉
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (9): 1756-1765.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.09.007
摘要   HTML PDF(pc) (2179KB)(113)   

为了提高降水预报的精度和分辨率,以浙江省椒江流域为研究对象,使用CMA-CMORPH降水网格数据集和ECMWF数值降水预报产品,提出基于深度学习的降水后处理模型CNN-LSTM. 探讨在不同预报时效的后处理前后降水预报的精度变化,评估降水预报对典型暴雨事件的预报能力. 结果表明:CNN-LSTM能够显著提升原始降水预报的精度,均方根误差从6.0 mm下降为3.0 mm,相关系数从0.6上升至0.9. 2起台风事件后处理的降水预报在椒江流域逐6 h面雨量误差均不超过10%. 经过雨季后处理的TS评分集中于0.90;并且在各降水等级表现均好于后处理前,小雨TS评分从不足0.80提升至0.91,中雨的TS评分从不足0.50提升至0.60.

11. 基于集成学习与深度学习的日供水量预测方法
周欣磊,顾海挺,刘晶,许月萍,耿芳,王冲
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (6): 1120-1127.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.06.007
摘要   HTML PDF(pc) (1780KB)(240)   

为了有效改善日供水量预测精度低、泛化能力不足的问题,以义乌市4个水厂的历史日供水数据为基础,提出基于集成学习算法改进的长短时记忆(LSTM)神经网络的供水预测方法. 该方法以拉依达准则预处理后的历史日供水量作为数据输入,将具备长期时序信息记忆能力的LSTM神经网络作为集成学习的弱预测器,使用网格搜索法进行网络超参数调优,使用AdaBoost集成学习算法对弱预测器进行加权组合得到强预测器. 结果表明:与随机森林、AdaBoost与LSTM神经网络相比,基于集成学习算法改进的LSTM神经网络有最高的纳什效率系数(NSE)、最低的均方根误差(RMSE)与平均绝对误差(MAE),对日供水数据的变化趋势与峰值的拟合效果最好;改进LSTM供水预测方法的时序预测精度得到极大提升,有较好的泛化能力、稳定的预测性能,能够为城市水资源合理配置、一体化智能供水调度提供重要参考.

12. 短期风浪波高周期联合分布研究
马永亮,高志扬,韩超帅,左青锋,陆国庆
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (6): 1111-1119.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.06.006
摘要   HTML PDF(pc) (1626KB)(156)   

为了准确描述短期风浪波高周期的联合分布,采用条件概率方法提出新的联合分布模型,并给出新的波高周期联合概率密度函数表达式. 该表达式仅包含有义波高、平均跨零周期2个参数, 便于工程应用. 以Pierson-Moscowitz (P-M)谱、布氏谱以及实测波浪谱为靶谱,采用余弦波叠加方法模拟短期波浪,统计分析得到波高周期的经验联合分布. 以经验联合分布为基准,对提出的联合分布模型以及现有文献中5种联合分布模型进行对比分析. 采用均方根误差评价所有模型与经验分布的匹配程度. 均方根误差结果表明,在所有模型中所提模型与经验分布最接近. 模型之间的差异,主要体现在周期分布上. 在所有模型中,所提模型导出的周期分布与经验分布最接近. 所提模型采用显式闭合公式表示,可采用Hermite变换、Rychlic变换,将该模型推广到非高斯波浪情况.

13. 基于菌促方法和酶促方法的黄河泥沙加固参数试验研究
王钰轲,曹天才,宋迎宾,邵景干,余翔,董博文
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (6): 1100-1110.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.06.005
摘要   HTML PDF(pc) (6934KB)(89)   

为了改善黄河泥沙的质量和推广其在路基工程中的应用,基于新兴的生物矿化技术,考虑胶结液浓度和灌浆次数,采用无侧限抗压强度(UCS)试验、碳酸钙质量分数测试、扫描电镜(SEM)等方式,对比分析微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)与酶诱导碳酸钙沉积(EICP)技术固化黄河泥沙试样的效果. 试验结果表明:大豆粉质量浓度为40 g/L时,大豆脲酶的提取效率最优;培养基溶液pH=8时,细菌和大豆脲酶的活性最好;生物酶和胶结液的体积比为1∶1时,尿素能够与氯化钙充分反应. 增加胶结液浓度、灌浆次数均能够提高黄河泥沙试样的抗压强度,但两者的影响规律不同,胶结液浓度起主导作用. 当胶结液浓度为1 mol/L、灌浆次数为8次时,EICP、MICP技术固化后试样的抗压强度达到最大,分别为954.65、674.98 kPa. 黄河泥沙试样内部生成的碳酸钙和抗压强度呈线性关系,EICP、MICP技术固化后试样的碳酸钙质量分数最大值分别为24.05%、21.35%. 黄河泥沙颗粒表面和颗粒之间的孔隙中均有方解石型碳酸钙附着,但其质量分数在试样内部自上而下逐渐降低. 宏观、微观的角度分析结果均表明,EICP技术相比MICP技术更加适合固化黄河泥沙.

14. 新型可恢复功能半刚性节点抗震性能试验研究
焦志安,魏建鹏,郭杨,戴良军,田黎敏
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (6): 1090-1099.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.06.004
摘要   HTML PDF(pc) (2456KB)(82)   

为了实现建筑功能的震后快速恢复,提出新型可恢复功能半刚性节点. 新型节点主要由T形耗能板、带铰的预制梁柱和高强螺栓群组成. 对4个该新型节点试件及1个同尺寸的焊接节点对比试件进行往复加载试验,考察新型节点的抗震性能,分析耗能区截面面积、长度、截面惯性矩对新型节点滞回性能的影响. 结果表明:新型节点比焊接节点具备更好的承载能力、耗能能力和延性. 在试验中,非弹性变形主要集中在耗能板,主体结构基本无损伤,更换T形耗能板能够快速恢复结构功能. 不同耗能区长度、惯性矩表现出不同的破坏特征与抗震性能. 提出简单的新型节点设计计算方法,可以有效预测各类新型节点在往复荷载作用下的受力性能与破坏特征;对比采用所提方法计算与试验记录得出的屈服载荷、极限载荷,两者最大误差分别为2.5%、12.8%.

15. 脉冲型地震动作用下钢框架结构地震需求概率模型
赵国臣,徐龙军,杜佳俊,朱敬洲,朱兴吉,谢礼立
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (6): 1080-1089.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.06.003
摘要   HTML PDF(pc) (1127KB)(222)   

基于实际脉冲型地震动数据建立钢框架结构的Abaqus有限元模型,建立钢框架结构4种形式(最大底部剪力、最大底部弯矩、最大层间位移角和顶层位移)的地震需求概率模型. 为了方便模型应用和明确模型参数的物理意义,构建模型时在规范方法和力学原理计算结果的基础上增加修正项,基于贝叶斯方法进行模型优化和参数估计. 结果表明,所建立的4种地震需求概率模型能够获取有限元数值解的无偏估计. 以最大层间位移角概率模型为例,可以得到20层钢框架结构的地震易损性曲线. 相对于普通类型地震动作用,钢框架结构在脉冲型地震动作用下的失效概率显著偏大.

16. 回应气候的高铁站房界面开敞策略与模拟验证
王楠,王劲柳,刘丛红
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (6): 1071-1079.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.06.002
摘要   HTML PDF(pc) (1898KB)(112)   

针对当前高铁站房能耗高、形式趋同的问题,提出回应不同气候的通过式空间界面适度开敞的设计策略. 运用基于建筑信息建模(BIM)的性能模拟工具,构建高铁站房典型模型;通过风环境和热环境模拟分析,确定不同气候区界面开敞的时间段. 实验结果表明,除夏热冬暖地区(以广州为例)以外,在其他气候区的夏季典型计算日里,通过式空间界面开敞可行,满足室内热舒适性要求. 在全年特定时间段,界面开敞有利于站房节能减排,尤其在夏热冬冷地区(以上海为例)和寒冷地区(以北京为例)的节能率分别达到44.8%和32.2%,减碳率分别为36.1%和21.3%. 界面开敞策略在高铁站房绿色设计方案中具有重要应用潜力,能够为高铁站房空间形式的地域性表达开拓思路.

17. 基于XGBoost-SHAP的钢管混凝土柱轴向承载力预测模型
陈曦泽,贾俊峰,白玉磊,郭彤,杜修力
浙江大学学报(工学版)    2023, 57 (6): 1061-1070.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.06.001
摘要   HTML PDF(pc) (2896KB)(246)   

为了可靠、准确地预测钢管混凝土(CFST)柱的轴向承载力,建立和解释集成机器学习的CFST柱轴向承载力预测模型. 使用马氏距离评估CFST柱数据库质量,通过极限梯度提升(XGBoost)算法建立CFST柱轴向承载力预测模型,使用K折交叉验证(K-Fold CV)和树结构概率密度估计(TPE)算法寻找模型的最优超参数组合. 采用不同评价指标将优化后XGBoost模型的预测值与已有方法和未优化XGBoost模型的计算值比较. 使用SHAP方法给出XGBoost模型预测结果的整体和局部的解释. 结果表明,经过超参数调整优化的XGBoost模型的性能超越了相关规范和经验公式的性能,且SHAP方法能够有效地解释XGBoost模型的输出.

18. 分级循环荷载下保护层开采扰动煤岩强度及裂隙特性研究
杨永波,周哲
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (12): 2445-2453.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.12.013
摘要   HTML PDF(pc) (5462KB)(192)   

针对回采时反复采动作用下的保护层开采扰动煤岩极易诱发巷道围岩失稳的问题,采用分级循环荷载模拟实际回采工程中采动应力的长期作用,研究保护层开采扰动煤岩在循环荷载作用下的力学强度及变形破坏特性. 试验结果表明,在加卸载过程中,受保护层开采扰动煤样的体积膨胀变形明显,煤样内部结构破坏程度比未受保护层开采扰动煤样更高. 在加卸载后期,受保护层开采扰动煤样表现为塑性破坏,未受保护层开采扰动煤样发生明显的脆性破坏. 相比于未受保护层开采扰动煤样,受保护层开采扰动煤样的峰值强度下降,单位体积(直径为50 mm,高度为100 mm)内的煤样裂隙体积显著增加,峰值强度和裂隙体积占比均沿煤层走向分布较为均匀. 处于断层带的未受保护层开采扰动煤样的彼此物性差异较大. 受保护层开采扰动煤样比未受保护层开采扰动煤样更符合“煤岩破坏时,裂隙空间复杂程度与峰值强度存在反向对应分布”规律.

19. 不同CO2养护压力下硫铝酸盐和硅酸盐水泥浆体早期微观结构
兰燕,顾棋,彭宇,曾强,ZHANG Zhidong
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (12): 2454-2462.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.12.014
摘要   HTML PDF(pc) (1825KB)(110)   

研究硫铝酸盐和硅酸盐水泥(CSA-OPC)浆体在不同碳养护压力下的早期碳化过程,通过X射线衍射、红外光谱、热重、压汞和扫描电镜等测试方法,表征碳化前后水泥浆体的物相组成和微观结构. 实验结果表明,CSA-OPC浆体的水化产物主要为钙矾石,碳化作用使钙矾石转变为碳酸钙和硫酸钙晶体;水泥中碳酸钙以3种晶型存在,其中方解石为主要存在形式. 碳化使半碳型的水化硫铝酸钙(Hc-AFm相)逐渐转化为单碳型的水化硫铝酸钙(Mc-AFm相),碳化程度和碳化深度随着碳化压力的增加而递增. 碳化后CSA-OPC水化产物体积减小,样品总孔隙率增大、孔隙结构变疏松. 研究结果阐明了CSA-OPC浆体在早期碳化养护条件下的微结构变化过程,为制备基于硫铝酸盐水泥的高效碳汇材料提供了技术支撑.

20. 钢桥腐蚀-疲劳耦合计算模型及影响因素分析
何余良,陈织文,叶肖伟,张治成
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (12): 2463-2470.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.12.015
摘要   HTML PDF(pc) (1102KB)(95)   

为了研究钢桥在交通荷载和腐蚀环境共同作用下的疲劳性能,考虑钢桥腐蚀-疲劳耦合效应,建立有2个阶段的腐蚀-疲劳耦合计算模型. 在点蚀坑萌生阶段,考虑循环交通荷载对腐蚀过程的加速作用;在裂纹扩展阶段,引入裂纹扩展腐蚀加速因子,考虑腐蚀环境对裂纹扩展的影响. 对钢桥顶板和纵肋焊接节点的腐蚀疲劳寿命算例分析表明:考虑腐蚀-疲劳耦合作用的疲劳强度相对于疲劳试验、规范AASHTO、规范BS5400和不考虑腐蚀-疲劳耦合作用的情况,分别降低41.25%、28.80%、44.60%和10.90%. 对所建模型开展加载频率、腐蚀环境、腐蚀坑形貌特征等影响因素的比较研究,结果表明:随着加载频率的增加,焊接节点的腐蚀疲劳强度递增,当加载频率大于0.6 Hz时,焊接节点的腐蚀疲劳强度相近;随着腐蚀环境变强,腐蚀电流和腐蚀速率逐渐增大;腐蚀疲劳强度随着腐蚀坑形貌特征的增大而增大.

21. 旋转压实中颗粒运动与压实特性的关联机制
赵立财,卞雨馨
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (12): 2471-2477.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.12.016
摘要   HTML PDF(pc) (4453KB)(123)   

为了从颗粒运动角度揭示级配碎石的压实机理,基于离散元数值模拟方法构建考虑骨料真实形状特征的多面体骨料试样. 通过虚拟旋转压实试验,研究级配碎石试样不同位置骨料在压实过程中的运动特征,从细观角度揭示级配碎石在旋转压实过程中的颗粒运动与压实特性的关联机制. 结果表明,压实试样各部分的颗粒运动响应均呈现相似的规律,中间位置的颗粒运动和压实特性可以评估试样的压实质量. 压实阶段可分成初始压实、过渡压实、锁固和压实4个阶段,颗粒运动的锁固点出现在锁固阶段结束时,锁固点的出现可以作为试样进入压密阶段的标志. 颗粒运动特征相较于试样内部孔隙率的变化,对评价压实质量更具优越性.

22. 压实钢渣-膨润土覆盖防渗材料试验研究
倪佳琪,詹良通,冯嵩,孔令刚,丰田
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (12): 2478-2486.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.12.017
摘要   HTML PDF(pc) (1484KB)(111)   

为了实现钢渣在工业固废堆场覆盖层中的应用,采用膨润土改良钢渣的防渗性. 通过柔性壁渗透试验,测量压实钢渣-膨润土混合材料的饱和渗透系数ks. 结合压汞法、X射线衍射和扫描电镜技术,分别观察试样的孔隙分布、蒙脱石矿物层间距和矿物形态,从微观尺度分析ks的影响机理. 提出满足防渗层渗透性要求(ks≤10?9 m/s)的配方与制备方法. 结果表明,膨润土预水化处理使试样的ks降低至未处理试样的1/2. 改良钢渣级配后,钢渣颗粒间的大孔隙比例降低,使试样的ks降低至不良级配试样的1/5. 钢渣掺和怀俄明膨润土试样的ks和孔隙分布与掺和钠化钙基膨润土试样的相似. 钢渣的高盐浸出液使蒙脱石层间距增大、结合水减少,对膨润土的渗透溶胀起抑制作用;钢渣水洗处理可以缓解该抑制作用,减少蒙脱石团簇的产生,使试样的ks降低至未处理试样的1/10.

23. 弹簧刚度对嵌入式振荡水柱波能装置水动力性能的影响
王品捷,邓争志,赵西增
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (12): 2487-2495.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.12.018
摘要   HTML PDF(pc) (2366KB)(117)   

提出嵌入方箱式防波堤的垂荡式振荡水柱(OWC)波能装置,利用开源计算流体动力学库OpenFOAM及工具箱waves2foam,对该波能装置的能量转换效率和水动力特性开展数值研究. 采用流体体积法(VOF)捕捉气液界面,利用Rigid-Body Dynamic网格技术求解垂荡运动. 在不同入射波频下,探究垂直线性弹簧约束(用无量纲弹簧刚度表示)对OWC波能装置的波能转换效率、反射系数、透射系数、能量耗散系数、相对压降、有效相对振荡幅度和相位差等的影响. 结果表明,结构物适当的垂荡运动有利于提升OWC装置在特定频率条件下的波能转换效率;振荡水柱和结构物间的运动相位差是决定能量转换效率的关键因素;为了提升能量转换效率,调节结构物的垂荡运动来控制相位差的措施是可行的.

24. 多自由度波浪能装置参数激励运动研究
王冬姣,陈昌润,刘鲲,邱守强
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (12): 2496-2506.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.12.019
摘要   HTML PDF(pc) (1845KB)(132)   

为了研究多自由度波浪能装置的参数激励运动及其对波能俘获能力的影响,利用势流理论建立多自由度轴对称型波浪能装置的频域和时域仿真模型,将垂向动力输出(PTO)机构安装在PTO管内,使浮体在波浪作用下沿管滑动. 纵、横摇铰接轴分别连接PTO机构,PTO阻尼力矩与纵、横摇角速度成正比. 设垂向PTO阻尼力与浮体沿管滑动速度成正比,为了评估参数激励运动,仅在时域模型中将垂向PTO阻尼力分解到垂向和水平方向时保留非线性项. 结果表明,垂向PTO阻尼力是装置产生参数激励运动的主要原因. 产生参数激励运动时,垂向PTO俘获的波浪能降低,参数激励运动的周期范围随波高、垂向PTO阻尼系数的增大而变宽. 随浪工况,垂向和纵摇PTO均连接 PTO阻尼时,若纵摇PTO阻尼力矩系数较小,则参数纵摇和参数横摇同时发生;反之,若纵摇阻尼力矩系数较大,参数纵摇受抑制,但会产生大幅值参数横摇;若要完全抑制装置的参数共振,纵摇和横摇PTO均须设置适当大小的PTO阻尼.

25. 雨季降水对浙江井头山深埋土遗址地下水位的影响
唐晓武,费敏亮,俞悦,梁家馨,孙国平
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 598-606, 612.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.019
摘要   HTML PDF(pc) (1544KB)(123)   

以中国沿海埋藏最深、年代最早的典型海岸贝丘遗址——井头山遗址为例,对2018年6月至2020年11月处于发掘阶段的考古基坑地下水位进行持续监测,通过有限差分法预测基坑地下水位,分别探讨基于2018年和2020年的近5~30年降水数据预测地下水位的可行性,分析在不同降水条件下地下水位场演化规律. 结果表明:基于2018年与2020年的近5、10、30年降水数据均可有效模拟地下水位,其中近30年降水数据为最佳降水边界条件,平均相对误差为5.73%,且有77.78%的数据平均相对误差不超过10%;主雨季期间梅雨季持续降水及台风强降水易造成地下水位预测值偏高,旱季造成地下水位预测值偏低;基坑内地下水位场在开挖后期逐步演化形成矩形分布.

26. 输电塔扭转响应和扭转等效风荷载的计算方法
沈国辉,李保珩,郭勇,赵峥,潘峰
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 579-589.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.017
摘要   HTML PDF(pc) (2093KB)(113)   

针对输电塔的扭转效应,提出顺线路方向扭转响应和扭转等效风荷载的理论计算方法,分析扭转模态和相干函数对扭转响应的影响,进行气弹模型风洞试验以验证计算结果的准确性,给出同时考虑扭转与平动的风振系数计算公式. 结果表明:所提出顺线路方向扭转响应计算方法与风洞试验结果非常接近,计算方法的准确性得以验证;扭转响应计算中应同时考虑水平向与竖直向的相干函数;顺横担方向来流时的扭转响应理论计算结果小于风洞试验值,原因是此时杆件间的遮挡效应产生特征湍流;塔身的扭转放大系数可忽略,横担的扭转放大系数不可忽略,最大值为1.1.

27. 基于线性冲蚀公式的二维非黏性土石坝溃决模型
刘梦凡,吴钢锋,张科锋,董平
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 569-578.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.016
摘要   HTML PDF(pc) (1678KB)(87)   

基于线性冲蚀公式建立二维非黏性土石坝溃决模型. 所建模型利用线性冲蚀公式建立床面冲刷率与水流切应力的关系以计算坝体变形,无须应用输沙率公式和求解泥沙输移方程. 与现有精细物理模型相比,所建模型更简单,计算效率更高. 利用2个不同形式的算例,验证边坡坍塌算法的有效性;将所建模型分别应用于一维和二维非黏性土石坝漫顶实验,模型计算的坝顶高程、溃口最终宽度和峰值流量等关键指标值与测量值吻合良好,表明该模型能够较为准确地模拟非黏性土石坝溃坝. 对模型关键参数进行敏感性分析,分析不同参数对计算结果的影响.

28. 铁路桥隧工程技术接口的关键要素均衡优化
鲍学英,李亚娟,胡所亭,班新林,王琳,许见超
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 558-568.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.015
摘要   HTML PDF(pc) (1195KB)(212)   

为了实现对艰险山区铁路桥隧工程技术接口关键要素的协调优化控制,将多属性效用函数与“三一”要素转化结构结合,构建技术接口的关键要素均衡优化模型. 分析质量、进度、成本、安全要素间的关系,将它们的关联性以函数形式量化,并利用“三一”要素转化结构确定关键要素间的“主附”维度,构建艰险山区铁路桥隧工程技术接口的关键要素均衡优化目标函数. 基于技术接口对关键要素的作用机理,利用ANP确定均衡优化函数的决策偏好系数,采用基于偏好向量引导的高维目标协同进化算法(ASF-PICEA-g)求得均衡优化模型的最优解,并在整体模型的最优解下得到各关键要素的较优解. 以藏木特大桥与安拉隧道为例,对其技术接口构建均衡优化函数并进行优化分析,结果验证了构建的均衡优化函数的合理性以及ASF-PICEA-g在求解该模型方面的有效性.

29. 分阶段施工中钢箱梁制造参数的通用计算方法
汪劲丰,杨松伟,亢阳阳,向华伟
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 550-557.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.014
摘要   HTML PDF(pc) (1249KB)(143)   

为了精确计算分阶段施工中钢箱梁制造参数,形成简便统一的求解思路,基于安装时节段间交界面实现平顺对接的思想,直接根据结构累计位移确定已安装、待安装节段桥位现场的相对位置关系,以设计成桥状态下节段形心处梁长为基准,提出分阶段施工钢箱梁桥节段间制造夹角、顶底板长度制造参数的通用计算方法. 将该方法应用于三跨钢箱连续梁桥大节段吊装施工,准确计算各小节段钢箱梁制造参数,并精准修正大节段接缝处顶底板加工长度. 结果表明:制造完成后各小节段钢箱梁交界面焊缝宽度均匀一致,现场安装时大节段钢箱梁端面实现精准匹配,合龙后主梁线形与设计线形吻合良好,验证了所提方法的正确性.

30. 雨水口泄流对城市洪涝影响的数学模型
高帅领,夏军强,董柏良,周美蓉,侯精明
浙江大学学报(工学版)    2022, 56 (3): 590-597.   DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2022.03.018
摘要   HTML PDF(pc) (22421KB)(118)   

为了研究雨水口泄流对城市洪涝的影响,建立包含雨水口泄流计算模块的平面二维水动力学模型. 采用典型街区结构的水槽试验数据对模型进行率定和验证,超过85%的测点纳什效率系数大于0.77. 将模型应用到英国Glasgow的城市街区,采用综合流速公式和孔流堰流公式计算的排水总量最大差值占总水量的26.5%,前者考虑侧支管对雨水口泄流能力的限制作用,更符合实际情况. 与不考虑雨水口泄流相比,采用综合流速公式计算雨水口泄流后,最大淹没范围减少29.4 %,主干道上最大积水水深减小0.395 m,最大积水水深处的洪水波到达时间延后100 s.

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