同济大学学报(自然科学版)

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• 利用混凝土双轴强度试验的概率反问题研究

  陈欣，李杰

  基于概率密度演化理论和混凝土随机损伤力学，从概率密度的角度，建立了一类随机建模准则。以混凝土双轴强度试验为背景，利用遗传算法，提出了一类概率反问题求解方法。利用混凝土双轴试验数据及提出的求解方法，对混凝土弹塑性随机损伤本构模型中的断裂应变统计参数进行识别，获得了本构模型的基本参数。研究表明，据此识别的模型参数能从概率密度与统计矩两个层面准确地反映混凝土强度的随机性。该研究为概率反问题的求解提供一种可行的途径。

• 静态龙卷风下输电塔塔头风荷载特性试验研究

  胡晓依，张德凯，邓洪洲，马星

  利用龙卷风模拟器生成实验室尺度龙卷风，并验证模拟龙卷风的可靠性。在此基础上完成了两类涡流比龙卷风风场下典型输电塔塔头子结构模型的高频测力天平（HFFB）测力试验，研究了塔头模型在龙卷风作用下各向气动力系数的分布规律，并探究了龙卷风作用下塔头模型特有的扭转效应影响。结果表明：试验模拟的龙卷风风场与实测龙卷风吻合良好。塔头模型水平面合力系数最大值分别发生在1~1.5倍涡核半径位置附近。升力系数一般小于对应工况下阻力系数。而相较于风轴坐标系下气动力系数，体轴坐标系下气动力系数对风向角更为敏感。不同气动力系数最不利风向角差异性也较大。同时，受龙卷风较强旋转切向风速影响，具有长横担的输电塔塔头模型在位于龙卷风内部时会受到不可忽略的扭转作用，且扭转系数随涡流比的减小而增大。

• 450级大U肋正交异性组合桥面板静力力学性能

  武彧，曾明根，苏庆田

  为了研究大U肋正交异性组合桥面板的静力力学性能，以U肋开口宽为450mm的正交异性钢桥面作为研究对象，引入超高性能混凝土，设计制作了两个足尺的大U肋正交异性超高性能混凝土组合桥面板，通过静力加载试验测试了大U肋正交异性组合桥面板的承载能力、破坏形态及主要截面上的应变；在此基础上，建立基于UHPC塑性损伤的有限元模型展开参数化分析。试验结果表明：大U肋正交异性组合桥面板的U肋厚度由8mm提升到10mm，屈服荷载与极限承载力提升了24.86%与47.48%，纯弯段混凝土裂缝数量减少，裂缝间距增大，加劲肋厚度的改变对于结构静力性能的影响主要体现在结构的非线性阶段。参数化分析结果表明：改变450级大U肋截面构造尺寸对结构屈曲变形能力有不同程度的影响，顶板厚度的改变对结构极限状态时的安全系数影响较小，提高U肋厚度可以大幅提高结构安全储备。依据试验结果与有限元分析提出了450级大U肋钢-UHPC组合桥面板的屈曲折减系数经验公式，该系数同U肋高厚比与U肋底板宽厚比更为相关。

• 基于LSTM-SSA-BDLM的桥梁结构变形性能动态预测与预警

  屈广，孙利民，辛公锋

  掌握桥梁结构预期行为可以提早识别潜在的结构问题或失效模式。提出了一种新型的基于长短期记忆网络（LSTM）的桥梁结构性能动态预测框架。研究采用Block Maxima（BM）方法从每小时监测数据中提取挠度极值，作为评估桥梁安全性能的关键指标。该方法通过对具有周期性的挠度极值序列进行滑动窗口LSTM预测，结合奇异谱分析（SSA）和考虑误差更新的贝叶斯动态线性模型（BDLM），有效地提取了由环境因素引起的长期趋势和周期性挠度变化。这一过程有效降低了噪声的影响，同时保留了车辆荷载效应的关键信息。在实际工程案例中的三组监测数据应用表明，该方法在预测精度上相较于滑动窗口LSTM和BDLM方法有显著提升。此外，还提出了一种基于极值理论的动态预警阈值设定方法，有效避免了静态预警指标的局限性，并利用预测结果的置信区间实现了提前预警。

• 钢筋混凝土柱基于能量等效的损伤状态量化方法

  宁超列，王硕，翟永梅

  钢筋混凝土柱在地震作用下具有不同的失效模式。不同失效模式钢筋混凝土柱的损伤状态量化方法目前存在定义方式不一且预测精度较差的问题。基于246根钢筋混凝土矩形截面柱的拟静力往复加载试验数据，提出了一种基于能量等效原则量化不同失效模式钢筋混凝土柱损伤状态的方法。通过引入贝叶斯神经网络模型，建立了适用于不同失效模式钢筋混凝土柱的位移角预测公式。研究结果表明：能量等效原则可将钢筋混凝土柱的骨架曲线等效为一个理想弹塑性模型，不仅便于定义屈服点、峰值点和极限点，而且便于在同一框架下对比不同失效模式钢筋混凝土柱的抗震力学性能差异。根据屈服点、峰值点和极限点的位移角，钢筋混凝土柱的损伤状态可以划分为：“基本完好”、“轻度破环”、“中等破坏”和“严重破坏”四个等级。贝叶斯神经网络模型可以准确预测不同失效模式钢筋混凝土柱屈服点、峰值点和极限点的位移角。传统的峰值承载力经验折减系数法在预测屈服点的位移角时偏于保守，在预测极限点的位移角时偏于不安全。

• 考虑截面扁平化和翘曲的土-隧相互作用模型

  刘颖彬，廖少明，肖明清，门燕青

  基于广义梁理论与三维空间土抗力，将隧道视为在弹性地基梁上的具有弯曲、剪切、翘曲和扁平化4个变形模态的薄壁圆环结构，推导了横纵向相互耦合的土隧相互作用模型。结合案例验证了模型的有效性，并通过参数化分析得到了隧道厚径比、土抗力系数对隧道横纵向结构响应的影响规律。研究表明：高应力压载条件下大直径隧道翘曲和扁平化效应显著，截面呈现典型的“横鸭蛋”形式。翘曲将加剧隧道的纵向应变，增幅可达30%以上。隧道厚径比越小，其横纵向变形越大，增幅均可达30%左右。相较于法向土抗力系数，隧道纵向受力性能对切向土抗力系数更为敏感而横截面受力性能对双向抗力系数的敏感性一致。

• 基于APCS-MLR模型和UNMIX模型的农田土重金属源解析

  陈永贵，邹一，贺勇，付俊，吴灿萍

  为探明某堆浸场下游农田土壤重金属的空间分布特征、污染现状及来源，共采集0.2m和0.5m深度76个采样点的152个土壤样本，测定Cu、Zn、Cr等8种金属元素含量，运用单因子污染指数法和内梅罗污染指数法评价其污染水平，进而采用主成分分析、绝对主成分-多元线性回归（APCS-MLR）模型和UNMIX模型分别解析污染源，并使用地统计学分析法进行验证。结果表明，土壤中Cr、Pb、As和Hg的含量平均值超过云南省土壤背景值，其中，As含量高于背景值和筛选值的点位比例分别超过90%和70%。UNMIX模型解析结果显示重金属污染源主要有4个，源1为矿业开发和交通源，对As和Pb的贡献率分别为65%和56%；源2为农业活动源，对Cd的贡献率为91%；源3为自然母质源，对Cu、Zn、Cr、Ni的贡献率分别为63%、61%、62%和55%；源4为燃煤源，对Hg的贡献率为94%。APCS-MLR模型解析结果与UNMIX模型基本一致，但未单独识别出自然母质源。上述结果可为农田生态环境管理精准施策提供技术支撑，为矿山污染防治及改善采矿工艺流程提供理论依据。

• 中国古代桥梁冲刷防护策略的典型案例与特征分析

  梁发云，金乐文，王琛，孙明

  我国古代桥梁工程历史悠久、底蕴深厚，是各地历史风貌和地域文化的重要载体。然而，长期服役状态和自然条件演化导致现存古桥性能衰减，特别是近年来气候变化加剧，古桥损毁案例频发，古桥的保护迫在眉睫。统计资料显示，在古代桥梁服役期间，冲刷是限制其使用寿命的重要因素，对桥梁基础和整体结构的长期危害不容忽视。现存古桥在其建设时期，根据不同的水文及地质条件，结合对冲刷现象的定性认识，提出并运用了一些防护措施。选取了三个代表性现存古桥案例，分析了其采用的分水尖、抛石基础和排桩等防护措施，结合目前的冲刷发生与演化的判断准则，分析其作用机理与防护效益。进一步从御灾种类、适用范围和服役性能三方面因素提出保护效益指数，并通过服役性能指数完善了冲刷演化判断模型，对古代桥梁的保护修缮工作提供一定的建议。

• 机场智慧飞行区愿景与架构

  刘诗福，赵鸿铎，郝航程，凌建明

  针对目前机场飞行区运行现状及管理使用的需求，结合《智慧民航建设路线图》和未来科技发展趋势，明确了机场智慧飞行区运行愿景。在此基础上，进一步诠释与梳理智慧飞行区的架构。智慧飞行区以智能物理要素为基础，以功能系统为支撑，组织相关业务模块，最终保障运行愿景的实现。最后，系统分析了智慧飞行区在场面运行、设施管养、地勤服务、应急救援、能源保障方面的发展方向，提出了有效支撑智慧飞行区安全、效率、效益、环保的业务组织模式，对未来智慧飞行区的规划与应用具有重要参考意义和价值。

• 基于自然间断点法的城市公交运行状况评价

  陈国俊，李钰平，刘好德，张抒扬，苏婷，孙宏飞

  为克服城市异质性对公交运行状况评价结果稳定性的影响，采用自然间断点法对公交行程速度顺序统计量进行聚类，获取状态临界速度；以方差拟合优度及其增量为判据，确定状态最佳分类数；以临界速度绝对值、百分位数、与理想运送速度比值作为状态分类参数，评价其稳定性。结果发现：公交运行状态分为4类最佳，对应拥堵、缓行、畅行与自由流状态，存在拥堵速度、畅行速度与理想运送速度3个临界速度；临界速度与理想运送速度比值具有良好稳定性；拥堵速度、畅行速度与理想运送速度比值分别稳定在1/3、2/3附近。以行程速度与理想运送速度比值RBF作为评价参数，当0≤RBF<1/3时，公交系统处于拥堵状态；当1/3≤RBF<2/3时，处于缓行状态；当2/3≤RBF时，处于畅通状态。