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期刊信息

吉林大学学报(工学版)
ISSN 1671-5497
CN 22-1341/T
主 任:张祥合
编 辑:曹 敏 程仲基
    赵莹莹 赵浩宇
电 话:0431-85095297
E-mail:xbgxb@jlu.edu.cn
地 址:长春市吉林大学南岭校区
    逸夫教育大楼B823室
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2023年, 第53卷, 第6期 刊出日期:2023-06-01
综述
道路交通基础设施韧性研究现状及展望
黄晓明,赵润民
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1529-1549.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221350
摘要 ( 613 )   HTML ( 29 )   PDF(1907KB) ( 380 )  

自韧性概念被引入交通运输领域以来,韧性交通已经受到交通领域研究者的广泛关注。具有良好韧性的道路交通基础设施结构,能够有效应对自然、人为等各种灾害,进一步满足交通强国建设的高效交通和安全交通需求。为了明确国内外道路交通基础设施韧性的研究现状,本文从道路交通基础设施韧性的定义、度量方式、韧性提升技术等方面出发,综述了道路交通基础设施韧性研究成果,论述了未来道路交通基础设施韧性研究,尤其是韧性提升技术的发展方向和研究重点。分析表明,针对道路交通基础设施韧性的研究,主要集中在路网整体的交通网络组织规划层面,对于基础设施结构本体的韧性研究相对较为分散,缺乏统一全面的定义和度量标准。此外,在针对结构韧性的灾变破坏机理研究中,缺乏对全要素、结构系统间耦合等更为全面的研究认识,难以揭示灾变衍化的链式过程和突变特性。因此,对未来道路交通基础设施韧性的研究,应进一步揭示不同类型设施结构的灾变分析理论和方法,针对道路交通基础设施结构韧性建立全面统一的定义和度量标准,同时从预警监测、结构安全和韧性提升、柔性运行和灾后恢复等角度出发,形成并推广道路交通基础设施韧性提升的相关技术。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
桥梁抗震结构体系发展述评:从延性到韧性
江辉,李新,白晓宇
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1550-1565.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221496
摘要 ( 243 )   HTML ( 7 )   PDF(2285KB) ( 213 )  

为加快桥梁震后修复、减轻震灾损失,对韧性结构体系在桥梁中的应用研究进行了系统梳理、总结和展望。首先,回顾了韧性结构体系的发展历程。其次,从抗震机理和工程应用的角度,阐述了韧性结构体系和延性结构体系的异同,着重介绍了实现桥梁抗震韧性的重要途径——摇摆结构体系,论述了当前4种典型摇摆结构体系的工作机理、滞回曲线和工程应用。再次,从摇摆结构体系、自复位耗能装置和抗震设计方法等方面对桥梁韧性结构体系的国内外前沿进展进行了梳理、总结。最后,对桥梁韧性结构体系的现存问题和发展趋势进行了归纳和展望。

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基于光纤传感技术的路面结冰智能监测研究进展
赵晓康,胡哲,张久鹏,裴建中,石宁
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1566-1579.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230037
摘要 ( 177 )   HTML ( 6 )   PDF(1461KB) ( 238 )  

为了促进道路安全性智能感知技术应用,对国内外有关光纤传感路面结冰状态智能监测的研究进展进行了综述。首先,揭示了光纤式路面结冰检测原理;随后,经过分析不同光纤性能指标、常用探头分布模式以及多种弱信号检测方法,构建了光纤式路面结冰检测系统;然后,探讨了常见的结冰检测数据预处理及其厚度分析方法,并概括主要环境影响因素和提升检测效果的措施,分析了适用于光纤式路面结冰检测传感器的埋设工艺;最后,归纳并总结了当前结冰路面监测及预警研究现状,论述了现有研究存在的问题并尝试对路面结冰状态智能感知的发展方向进行展望。

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环境激励下桥梁模态参数识别的频谱方法综述
张云龙,张家源,钱雪松,张攀,杨润超
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1580-1591.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230077
摘要 ( 81 )   HTML ( 2 )   PDF(615KB) ( 92 )  

首先,对基于频谱驱动的模态参数识别过程中的常用模型进行了梳理和总结。其次,讨论了两种最常用的频域识别技术,即峰值拾取法和复模态指示函数法,其中峰值拾取法是从输出测量谱的峰值中选择模态频率,而复模态指示函数法通过将频谱矩阵进行对角化实现结构模态参数的识别。此外,将复模态指示函数应用于功率谱密度,形成了频域分解方法。最后,讨论了多参考最小二乘复频域方法,该方法具有内存需求低、计算时间短以及自动化程度高等特征,因此其在桥梁结构的模态参数识别中具有良好的应用前景。

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交通运输工程·土木工程
基于动力特性和改进粒子群优化算法的桥梁冲刷深度识别
谭国金,孔庆雯,何昕,张攀,杨润超,朝阳军,杨忠
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1592-1600.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230145
摘要 ( 75 )   HTML ( 0 )   PDF(1268KB) ( 62 )  

为了快速、准确地识别出桥梁冲刷损伤的位置和程度,提出了一种基于桥梁结构动力特性和改进粒子群优化算法的桥梁冲刷识别方法。该方法先将桥梁结构动力特性与单位力作用下墩顶静力位移作为桥梁冲刷识别参数;然后,利用多元非线性回归得到冲刷识别参数与不同桥墩冲刷深度之间的定量关联,根据桥梁实测时获取的动力特性值便可识别出桥墩左、右两侧不均匀冲刷深度;最后,对一座简支梁桥进行数值分析,演示了本文基于改进粒子群优化算法的桥梁冲刷识别方法的具体应用步骤。研究结果表明:本文方法可识别出桥梁冲刷位置和冲刷深度,且识别结果具有一定的准确性。在实际工程中,通过常规桥梁检测即可实现桥梁基础冲刷损伤识别,避免了水下作业带来的操作难题,且可快速对桥梁冲刷状态进行准确评估。

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可“临-永”转换抢修钢墩应急使用极限承载力
刘子玉,陈士通,支墨墨,黄晓明,陈哲心
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1601-1611.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230095
摘要 ( 70 )   HTML ( 0 )   PDF(2183KB) ( 161 )  

研发了一种可“临-永”转换的抢修钢墩,基于ABAQUS三维仿真模拟,首先通过极限承载力因素影响分析确定主材选型;在此基础上,开展钢墩非损伤及损伤状态结构极限承载力研究。结果表明:钢墩极限承载力随支墩径厚比增大而减小,随钢材强度等级提高而增大;钢墩损伤位置相同时,损伤程度越深,极限荷载系数越敏感;钢墩损伤程度相同时,损伤位置越靠近下方,对极限荷载系数的影响越显著;节段局部损伤时,相较于材料刚度退化,随着折减系数的变化,截面尺寸缩减和材料强度退化对极限荷载系数的影响趋势相近、程度相当,且影响更加明显;节段整体损伤时,截面尺寸缩减影响最大,材料强度退化次之,材料刚度退化最小。

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基于数值仿真和统计分析的洪水作用下桥墩作用效应分析
吴春利,黄诗茗,李魁,顾正伟,黄晓明,张炳涛,杨润超
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1612-1620.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230089
摘要 ( 64 )   HTML ( 1 )   PDF(1785KB) ( 58 )  

为了解洪水对桥墩的作用规律,提出采用数值计算直接求解流动主控方程的方法获得各种流动现象规律。结合流体力学仿真分析技术,通过计算机数值计算和图像显示的方法描述流场的数值解,再采用拉丁超立方抽样和分层随机抽样,尽可能保证每一个变量的全覆盖,并用统计分析方法对抽样数据进行分析。针对洪水流速、桥墩形状、数量及间距、水流入射角度等多种洪水致灾关键因素对桥墩水平阻力效应的影响展开研究,获得了较全面、准确的洪水作用效应,建立了多种影响因素影响下的洪水致灾作用效应分析模型,为正确评估桥梁服役状态,确保洪灾下桥梁的安全运营提供了理论支撑。

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多损伤钢-混组合梁桥力学性能有限元分析方法
卜建清,郭至博,张吉仁,荀敬川,黄晓明
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1621-1637.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221428
摘要 ( 77 )   HTML ( 0 )   PDF(4464KB) ( 37 )  

为了研究钢-混组合梁桥多损伤状态有限元分析方法,探明不同损伤类型和程度对钢-混组合梁桥力学性能的影响规律,首先,研究了钢-混组合梁桥多损伤组合有限元模拟方法及损伤等级量化评定方法;然后,基于车-桥耦合振动分析了不同车速和不同损伤等级下钢-混组合梁桥跨中动力响应和车体加速度响应;最后,研究了不同损伤等级下钢-混组合梁桥关键截面挠度、板梁间相对滑移与应力的变化规律。结果表明:多损伤组合模拟方法能够有效表征钢-混组合梁桥的多构件损伤交织状态,可实现钢-混组合梁桥多损伤状态的定量描述;随着损伤等级的增加,跨中竖向振动位移和加速度响应峰值增大,车体的竖向、侧倾和俯仰振动加速度也表现出相同的变化规律,与无损伤状态相比,其峰值的最大增幅分别为2.16倍、92.5倍、205倍、565倍和235倍;关键截面的挠度、滑移亦随之增大,钢梁下缘应力变化不明显,混凝土板上缘应力显著增大。

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非平稳极端风作用下大跨桥梁瞬态风致效应分析
冯宇,郝键铭,王峰,张久鹏,黄晓明
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1638-1649.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221511
摘要 ( 102 )   HTML ( 0 )   PDF(2471KB) ( 119 )  

为了研究非平稳风场瞬态效应对风致桥梁响应的影响,基于Hilbert谱进行全桥非平稳风场模拟,采用Cholesky分解嵌入风场空间相性,并引入2-D阶跃响应函数建立了考虑瞬态效应的非平稳风致桥梁抖振响应分析方法。通过下击暴流和台风实测数据提取Hilbert谱,从而高精度地重现真实下击暴流/台风风场。依托某大跨度悬索桥进行非平稳抖振响应分析,探究了非平稳风场瞬态效应对桥梁气动力和抖振响应的影响。研究结果表明:下击暴流风场表现出显著的非平稳特征,时变平均风致瞬态效应明显改变了风-桥耦合系统的气动特征,使阶跃响应函数呈现出显著的时变性,进而影响大跨度桥梁的抖振响应;而在台风风场中,时变平均风致瞬态效应并不显著,对气动力和桥梁抖振响应的影响几乎可以忽略。

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基于裂缝宽度变化的连续刚构桥安全性预警技术
王华,王龙林,张子墨,何昕
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1650-1657.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230152
摘要 ( 75 )   HTML ( 0 )   PDF(1032KB) ( 26 )  

为了剔除温度变化对连续刚构桥裂缝宽度的影响,提高通过裂缝宽度变化评估桥梁安全性的效率和准确性,以广西省境内一座刚构桥为研究对象,分别建立了全桥整体模型和带裂缝梁段精细化模型,根据跨层级模型计算结果研究了温度与裂缝宽度变化之间的关系。结果表明:均匀温度和梯度温度作用均对裂缝宽度变化存在影响,利用修正后考虑混凝土材料特性变化的关系式可以快速确定温度变化导致的裂缝宽度变化值,为桥梁安全性预警提供重要依据。最后,将本文方法应用于某桥工程实例,通过实测数据验证了该方法的准确性。

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简化U形峡谷风速分布及其对悬索桥抖振响应的影响
王俊,李加武,王峰,张久鹏,黄晓明
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1658-1668.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221197
摘要 ( 104 )   HTML ( 1 )   PDF(2520KB) ( 180 )  

使用理论推导和地形试验的方法研究了简化U形峡谷的风速规律,并分析了峡谷中大跨径悬索桥的抖振响应。研究表明:简化U形峡谷中的风速是在顺压力梯度、峡谷宽深比等因素综合作用下的结果;风速加速效应随着宽深比的增大而增加;风速的横向分布符合抛物线模式,地形模型风洞试验也验证了抛物线分布的合理性;相比较抛物线分布模式,规范推荐的均匀分布风速模式会高估大跨径悬索桥主梁位置的抖振位移响应和关键位置的抖振内力响应。本文研究结果可为峡谷地区桥梁抗风设计提供参考。

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拆装式桁梁新型钢枕桥面竖向荷载分配机制
孙志星,陈士通,赵曼,许宏伟,陈哲心
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1669-1676.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230075
摘要 ( 105 )   HTML ( 0 )   PDF(1334KB) ( 173 )  

为解决拆装式桁梁既有桥面木枕储备量严重不足、制约其应急使用的问题,研发了一种新型钢枕桥面。为探明新型钢枕桥面用于拆装式桁梁时的竖向荷载分配机制,开展了4 m节段足尺试验及有限元仿真分析研究,在仿真和试验对比研究的基础上,基于实桥有限元模型探讨了加载位置、钢轨刚度、弦杆刚度、钢枕刚度、桁梁竖向刚度等因素对竖向荷载分配的影响规律。结果表明:竖向荷载在钢枕上的实际分布范围较理论计算值大;位于弦杆节点位置的钢枕较位于节间位置的钢枕所承受的荷载比例要大,且支撑刚度越大,所分担的荷载比例越大;单枕荷载极值占比随钢轨刚度的增大而减小,随钢枕刚度的增大而增大,而与桥跨结构竖向刚度关系很小;桁架梁弦杆刚度增大会减弱加载位置对单枕荷载极值占比的影响。新型钢枕可适用于拆装式桁梁对我国铁路常用钢轨线路中16~32 m跨桥梁进行抢通等应急使用的桥面,为拆装式桁梁的抢修抢险提供基础设施保障,并可提高抢通速度。

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尺寸和形状效应对多孔结构风阻系数的影响
王峰,刘双瑞,王佳盈,宋佳玲,王俊,张久鹏,黄晓明
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1677-1685.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221343
摘要 ( 121 )   HTML ( 0 )   PDF(2750KB) ( 38 )  

为研究孔径、孔间距、孔隙形状和透风率等因素对风障这类多孔结构应用性能的影响,进行了多个参数的多孔板测力风洞试验,对比了各个参数对多孔板风阻系数的影响效应,通过数值模拟对不同参数下多孔板的流场特性及压力降变化规律进行分析,讨论了相同透风率下,孔径大小和孔间距对边界层厚度、有效透风率的影响,并与风洞试验结果进行对比。结果表明:孔隙形状对多孔板风阻系数影响较小,而长宽比、孔径和孔间距对多孔板风阻系数影响较大,可作为影响多孔结构风阻系数的关键性参数。

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超高性能玻璃砂混凝土-高强钢筋粘结滑移特性及其声发射参数表征
毛亚娜,刘世忠,杏剑,杨华,焦峪波
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1686-1694.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230085
摘要 ( 112 )   HTML ( 2 )   PDF(2345KB) ( 195 )  

为研究超高性能玻璃砂混凝土(UHPGC)与HRB600高强钢筋的粘结性能,分析了水胶比(0.17、0.19、0.21)、钢纤维体积掺量(1%、2%、3%)和玻璃砂替换率(0%、50%、100%)对UHPGC工作及力学性能的影响规律。通过中心拉拔试验并结合声发射实时监测明确了UHPGC-HRB600高强钢筋粘结性能变化规律。结果表明:掺入玻璃砂能提高UHPGC的抗压强度,其最佳替换度为50%;粘结强度与水胶比和钢纤维掺量呈正相关关系,且随着玻璃砂替换度的增大呈先增长后减小的规律;UHPGC和HRB600粘结滑移破坏形式主要分为劈裂破坏和劈拉破坏两种;声发射参数呈现良好的粘结滑移表征能力。

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数据驱动的公路桥梁网络全寿命抗震韧性评估
刘振亮,赵存宝,吴云鹏,马迷娜,马龙双
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1695-1701.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221352
摘要 ( 129 )   HTML ( 0 )   PDF(1650KB) ( 189 )  

首先,提出了综合考虑各种因素(网络拓扑结构、桥梁性能退化、地震动等)和不确定性的公路桥梁网络抗震韧性评估框架。然后,分析了网络拓扑结构、桥梁抗震性能和路段功能特点,建立了震后公路桥梁网络时变功能模拟方法。接着,提出了基于人工神经网络的公路桥梁地震易损性快速分析方法。最后,以美国旧金山地区公路桥梁网络为例,采用本文方法分析了地震发生前、后公路桥梁网络的功能变化,据此揭示了全寿命服役期内抗震韧性的演化规律。结果表明,本文建立的数据驱动易损性模型拟合优度可达0.73,可以代替需要大量动力时程分析的易损性分析方法,且公路桥梁网络抗震韧性评估结果准确可靠,可以为防灾减灾提供决策依据。

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温度和车辆作用下梁式桥梁结构固有频率分析方法
袁野
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1702-1710.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230263
摘要 ( 106 )   HTML ( 1 )   PDF(1313KB) ( 82 )  

针对桥梁结构损伤识别和状态评估过程中测得的固有频率受到温度和车辆作用的显著影响,导致频率测试结果出现误差的问题,引入频率变异系数,基于温度理论分析模型和车辆参数规律对桥梁频率理论公式进行简化并提炼出关键影响因素,形成剔除温度与车辆作用的桥梁频率变异系数的经验公式。通过简支梁桥和门式刚构桥算例验证了剔除方法的准确性,结果表明,利用经验公式计算的频率与理论计算结果相差较小,能够很好地表征纯净的梁式桥频率,提高利用频率变化评估桥梁安全性的精确度。

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基于数值仿真的简支梁桥震致残余位移分析
顾正伟,张攀,吕东冶,吴春利,杨忠,谭国金,黄晓明
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1711-1718.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230117
摘要 ( 78 )   HTML ( 0 )   PDF(1481KB) ( 108 )  

基于ANSYS建立了具有铅芯橡胶支座、摩擦摆支座和黏滞阻尼器的简支梁桥有限元模型。通过改变地震激励、结构参数和减隔震装置参数,进行了地震荷载作用下多种工况的桥梁震致残余位移分析。结果表明,残余位移对地震波频谱特性较为敏感,且随峰值加速度、剪跨比的增大显著增大,随持续时间和墩高的增加有所增大;残余位移对铅芯橡胶支座和摩擦摆支座参数变化较为敏感,黏滞阻尼器参数变化对其影响较小,可通过增大铅芯橡胶支座屈服力、屈服后刚度、摩擦摆支座摩擦因数、黏滞阻尼器阻尼孔长度、液缸外径、硅油黏度和减小摩擦摆支座曲率半径的方法降低结构震致残余位移。本文研究结果可为桥梁结构抗灾韧性提升提供理论依据。

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层间粘结失效后桥面沥青铺装层细观力学行为分析
司春棣,崔亚宁,许忠印,凡涛涛
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1719-1728.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230096
摘要 ( 66 )   HTML ( 0 )   PDF(3443KB) ( 123 )  

首先,通过室内单轴压缩试验、劈裂试验和斜剪试验及其数值仿真标定了沥青上面层、下面层及防水粘结层细观参数;然后,通过施加滚荷载和设置层间粘结失效区域,对各结构层材料的应力、位移、速度等力学行为进行监测。结果表明,沥青面层间的粘结失效会显著影响上面层与下面层顶部颗粒的应力和运动状态,且下面层颗粒横向应力响应明显变大;沥青面层与桥面板间的粘结失效导致下面层底部颗粒横向应力增大,层间出现横向移动趋势。通过监测层间粘结失效后不同结构层材料的力学状态变化可以预测桥面铺装层病害的发展,为桥面沥青铺装层预防性养护提供参考。

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基于PCA-PSO-SVM的沥青路面使用性能评价
李岩,张久鹏,陈子璇,黄果敬,王培
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1729-1735.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221124
摘要 ( 88 )   HTML ( 1 )   PDF(883KB) ( 45 )  

为合理地对沥青路面使用性能进行综合评价,针对传统路面使用性能评价方法主观性强以及已有模型存在缺陷等问题,提出了基于主成分分析-粒子群优化-支持向量机(PCA-PSO-SVM)的评价模型。通过主成分分析(PCA)对评价指标进行降维处理,形成彼此相互独立的主成分,利用粒子群算法(PSO)全局搜索优势对支持向量机(SVM)的关键参数——惩罚系数C和核函数参数g进行优化,以提高模型精度。最后,以西南地区某高速公路170个养护路段为例,分别使用PCA-PSO-SVM模型和《公路技术状况评定标准》对路面性能进行综合评价。结果表明,PCA-PSO-SVM模型克服了依靠经验确定参数的缺点,识别精度提高,评价结果更符合实际路况。

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基于振动传递的水泥混凝土路面接缝损伤感知
金辰,曾孟源,吴荻非
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1736-1745.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221615
摘要 ( 71 )   HTML ( 0 )   PDF(1784KB) ( 91 )  

采用振动传递理论分析了接缝刚度对振动跨缝传递特性的影响机制,并通过40万次缩尺度室内疲劳加载测试,验证了接缝边界损伤对振动传递特性的影响规律,据此建立了基于振动传递率的接缝损伤感知方法。依托6块水泥混凝土路面板接缝的振动传递率实测结果,并与弯沉比检测结果进行对比,检验振动传递率感知接缝损伤的实际效果。结果表明:接缝两侧振动传递率与接缝刚度显著相关(相关系数>0.8),在不同季节和不同接缝的重复性测试中振动传递率均能够灵敏、准确地感知接缝损伤(刚度损失比识别精度为±0.069),验证了该接缝损伤感知方法的可靠性。

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基于网格化的路表温度感知技术
刘状壮,郑文清,郑健,李轶峥,季鹏宇,沙爱民
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1746-1755.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221353
摘要 ( 74 )   HTML ( 1 )   PDF(2573KB) ( 97 )  

为实现路表温度的高精度预测,考虑路域环境的周期性和道路结构在纵向空间上的确定性特征,提出了包含天气模式的路表温度网格化感知方法,并基于试验路段的大量实测数据进行数据挖掘和分析。依据层次聚类算法的两种不同距离函数建立了两种感知网络模型(欧氏距离模型和相关距离模型)。利用平均绝对误差、均方根误差和平均相对误差对模型的预测效果进行评价。通过对3类天气模式下模型的预测误差水平进行分析,对预测值与实测值进行对比。结果显示:本文提出的网格化感知方法对天气模式较为敏感,两种模型均在抑制天气下的预测效果最好,抑制和中性天气下平均相对误差小于5%,极端天气下最大平均相对误差为5.43%。模型均方根误差在极端天气下最大为1.2 ℃,其他天气模式下均小于1 ℃。

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检测车轨迹偏移对沥青路面磨耗计算误差的影响
惠冰,杨心怡,张乐扬,李扬
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1756-1764.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230067
摘要 ( 107 )   HTML ( 1 )   PDF(2534KB) ( 80 )  

为研究检测车轨迹偏移对沥青路面磨耗程度计算结果的影响,根据实测三维激光高程点云数据重构了3段磨耗等级分别为轻度、中度和重度的路表模型,绘制其全车道平均断面构造深度(MPD)热力分布图。采用三线法计算路面磨耗率XWR,分别模拟检测车向左、右偏移100和200 mm后的测线轨迹,以偏移前、后磨耗率XWR的绝对误差和相对误差为评价指标,分析轨迹偏移对磨耗率计算误差的影响规律。结果表明:检测车轨迹偏移距离越大,路面磨耗率计算的绝对误差和相对误差越大,轻度、中度和重度3个不同严重程度磨耗路段的磨耗率最大绝对误差分别为5.95%、10.71%和12.39%;路面磨耗程度越严重,磨耗率计算误差越大,较大的误差可能产生路面磨耗等级的低估,进而导致路况评价和养护决策的误判;增加测线数量、减小测线间距是降低偏移误差和提升磨耗检测准确性的有效措施。

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基于车辆脉冲响应的路面不平度识别方法
张青霞,侯吉林,安新好,胡晓阳,段忠东
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1765-1772.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221508
摘要 ( 80 )   HTML ( 0 )   PDF(1311KB) ( 58 )  

基于车辆脉冲响应,提出了利用车辆动态响应识别路面不平度的方法。首先,以路面不平度为输入,推导了基于脉冲响应函数的车辆响应计算公式。然后,将脉冲响应函数离散为矩阵的形式,建立了基于脉冲响应矩阵的不平度识别线性方程。同时,考虑前、后轮所经历的路程存在一段重合的特点,构建了前、后轮位置相关性矩阵,降低了待识别的未知数数目。接着,鉴于不平度一般为连续函数的特点,利用荷载形函数的思想,进一步降低待识别的未知数数目,并提高对噪声的鲁棒性,实现路面不平度的实时识别。最后,利用数值仿真和试验验证了本文方法的有效性。

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泥石流作用下道路结构韧性分析及提升
薛志佳,王召阳,张久鹏,晏长根,许子凯,张英立,黄晓明,马涛
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1773-1781.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230069
摘要 ( 88 )   HTML ( 0 )   PDF(1229KB) ( 105 )  

针对道路结构抗灾韧性研究的不足,提出了泥石流冲击和淤埋作用下的道路结构性能响应函数,通过分析泥石流防治特征和道路结构韧性特征对其进行求解,并用泥石流作用后道路结构性能的累积损失程度表征其安全韧性,构建了道路结构安全韧性理论模型。以甘肃省沙湾镇水峪沟泥石流为例,分析了水峪沟国道394 km+800 m处道路结构在自我恢复、灾中采取抵御措施、灾后应急处理3种情况下的韧性曲线和安全韧性。结果表明:未采取任何措施时,道路结构安全韧性值仅为63.92%;而对泥石流灾害采取应急处理后,道路结构应对灾害的能力提升至81.98%;对泥石流采取抵御措施后,道路结构应对灾害的能力进一步提升至85.76%,韧性得到了明显提升。本文研究成果量化了泥石流作用下道路结构的抵抗力和恢复力,可为提升泥石流作用下的道路结构韧性提供决策依据。

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级配碎石基层结构动力响应模型测试及数值分析
李崛,张安顺,张军辉,钱俊峰
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1782-1789.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20220355
摘要 ( 96 )   HTML ( 2 )   PDF(1594KB) ( 149 )  

为了理解级配碎石的真实响应,开展了级配碎石基层的室内模型测试和数值分析。根据横观各向同性理论,建立了级配碎石模量的力学-经验模型;通过室内模型试验,分析了级配碎石不同位置的应力和变形规律,并提出了级配碎石的有限元计算方法。测试及数值分析结果表明:级配碎石内部的应力变化具有显著的横观各向同性特征;不同车速下荷载作用时间和层顶位移峰值不同;有限元计算结果与室内模型测试规律基本一致,但在设计时偏于保守。

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循环荷载下冻融路基黏土长期塑性行为
张哲,付伟,张军辉,黄超
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1790-1798.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221550
摘要 ( 69 )   HTML ( 0 )   PDF(1294KB) ( 21 )  

采用室内试验的方法,考察了冻融循环次数和应力水平对路基土静剪切强度和塑性变形的影响规律。结果表明:围压降低和冻融循环的累积导致路基土静剪切强度发生衰减,且当动应力水平升高时,路基土的永久变形逐渐由塑性安定向塑性蠕变或增量失稳状态发展。综合分析测试结果,明确了避免冻融路基土永久变形出现失稳状态的临界应力水平和各类型判别准则,提出了考虑围压和冻融循环次数的临界动应力描述公式,并以动应力产生的剪应力与抗剪强度的比值表征剪切作用,建立并验证了适用于冻融路基黏土永久变形的力学-经验模型。本文研究成果可为季冻区路基的稳定及耐久运营予以理论支持。

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影响智能骨料感知的关键因素及数据分析方法
王宁,马涛,陈丰,付永强
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1799-1808.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221208
摘要 ( 72 )   HTML ( 0 )   PDF(1933KB) ( 115 )  

为研究不同荷载作用形式、封装材料和形状特性对智能骨料传感器监测结果的影响,实现基于传感器感知参数对混合料介质物理力学特征的有效评价,对埋入式智能骨料传感器SmartRock的室内二次标定进行了试验,构建了传感器-混合料介质耦合三维有限元数值模型,并开展了基于SmartRock传感器的水泥稳定碎石旋转压实和无侧限抗压强度试验。结果表明:集中荷载作用下的传感器应力响应远大于均布荷载;传感器高度与底面边长的比值H/D<0.3,埋入式传感器封装材料与周围介质模量的比值Ep/Em>5时,匹配误差可保持在较低且稳定的水平;可通过分析SmartRock传感器应力响应的离散系数Sv表征混合料压实度及强度的演化规律。

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改性石灰土在干湿和冻融循环下的无侧限抗压性能
姜屏,陈业文,陈先华,张伟清,李娜,王伟
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1809-1818.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221376
摘要 ( 94 )   HTML ( 0 )   PDF(1631KB) ( 90 )  

为进一步提升在复杂环境工程中石灰土的适用性和安全性,利用纳米粘土和纤维改性石灰土的力学性能。通过分析改性石灰土在干湿循环和冻融循环作用下的无侧限抗压性能,从而判断纳米粘土和纤维对石灰土的改性效果。试验结果证明,纤维和纳米粘土可以提高石灰土的抗压强度和残余强度,增大破坏应变,改变破坏模式。尤其在纤维和纳米粘土的复合作用下纳米粘土/纤维改性石灰土(NFLS)呈现出最优无侧限抗压性能,并能够延缓因干湿循环和冻融循环作用导致的NFLS内部损伤。

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玄武岩纤维活性粉末混凝土与钢绞线粘结滑移过程声学特性表征
宫亚峰,吴树正,毕海鹏,周冬明,谭国金,黄晓明
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1819-1832.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230081
摘要 ( 88 )   HTML ( 0 )   PDF(3771KB) ( 76 )  

针对预应力锚索因粘结失效而导致的高边坡失稳问题,提出将预应力锚索与高性能材料结合应用的方法以提高边坡抗灾韧性。首先,开展了预应力钢绞线与玄武岩纤维活性粉末混凝土(BFRPC)中心拉拔试验,研究了公称直径为15.2 mm的钢绞线在两种浆体材料(BFRPC、M40普通水泥砂浆)下的钢绞线粘结性能,总结其破坏形式;其次,基于声发射特征参数的分布规律,识别应力状态下钢筋混凝土材料的损伤过程;再次,通过对上升时间/振幅-平均频率(RA-AF)值进行对比,明确钢绞线-混凝土拉拔过程中的损伤模式;最后,依据Ib值识别不同应力状态下钢绞线混凝土材料裂纹发展的各个阶段。研究结果表明:3个阶段的能量、幅值变化规律与试件内部裂纹的产生、扩展等损伤过程联系紧密;通过RA-AF分析得出,剪切裂纹主要发生在界面混凝土附近,而拉伸裂纹的宏观体现为垂直于加载方向上的裂纹;Ib值波动差至0.25时可以将其视为一个预警值,以警告预应力钢绞线-混凝土材料即将发生劈裂破坏。

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融合动静态变量的滑坡多步位移预测方法
唐菲菲,周海莲,唐天俊,朱洪洲,温永
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1833-1841.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230079
摘要 ( 85 )   HTML ( 1 )   PDF(2562KB) ( 167 )  

针对目前滑坡位移预测模型多以结合降雨、形变等动态变量的单步预测为主,缺乏对多步位移影响因素相关的时间周期等静态变量考虑的问题,提出了融合动静态变量的滑坡多步位移预测模型。首先,运用变量选择网络对初始输入变量进行选择,挖掘与滑坡日位移相关度高的变量,削弱冗余变量对模型的影响。然后,将静态变量集成于网络中,通过对上下文编码进行时间动态相关性调节。最后,以多头注意力模块捕获时序长期依赖关系,实现滑坡多步位移预测。以重庆市新铺滑坡为例,将本文方法与DeepAR、长短期记忆(LSTM)模型进行实验对比,结果表明,本文方法可实现较为稳健的高精度滑坡多步位移预测。

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板簧式减震锚头结构及抗震性能分析
王林峰,夏万春,徐浪,黄晓明,谭国金,张继旭
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1842-1852.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221430
摘要 ( 83 )   HTML ( 0 )   PDF(2551KB) ( 164 )  

针对高陡边坡震致滑移条件下锚索系统无韧性、抗灾能力弱等问题,提出了一种板簧式减震锚头结构和实现方法。分析板簧锚头抗震工作程序并构建动力计算模型,对变形特性进行了解析;基于主要影响指标对板簧锚头作尺度分析,采用有限元程序获得板簧锚头抗震响应特征。研究表明:板簧锚头结构承载力和变形特性主要由片板长宽比、宽厚比、跨度和片板数决定,且对片板厚度最为敏感;激励峰值越大,其回弹恢复时间越短,整个过程能量耗散越多;本文优选尺度板簧锚头的地震响应傅里叶主频为14.73 Hz,抗震响应过程中发生往复变形及摩擦耗能以减轻地震冲击效应,具备良好的抗震性能和韧性,但应用设计时应综合考虑变形协调能力、耗能效果和经济性等因素。本文研究成果可为边坡锚索韧性组件结构的设计及应用提供理论依据和方法。

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基于变分模态分解和灰狼优化极限学习机的隧道口边坡位移预测
李博,李欣,芮红,梁媛
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1853-1860.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230074
摘要 ( 65 )   HTML ( 0 )   PDF(1460KB) ( 154 )  

针对高铁隧道口边坡位移监测数据非平稳、非线性的特点,以及极限学习机(ELM)模型起始参数随机生成导致预测性能不佳等问题,建立了基于变分模态分解(VMD)和灰狼优化算法(GWO)的ELM位移预测模型VMD-GWO-ELM。首先,通过经验模态分解的自适应分解层数确定VMD的最佳分解数k,得到周期项、趋势项和波动项位移。然后,利用灰狼算法优化ELM的输入权值和隐含神经元阈值。最后,对各子序列进行预测和叠加。实例验证结果表明:本文模型的均方根误差为0.3822 mm,平均绝对百分比误差为1.0047%,拟合优度为0.9837,表明该模型具有更高的预测精度及适用性。

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基于卫星遥感的路域地质灾害监测方法
朱俊清,赵学儒,马涛,黄晓明,朱洪洲
吉林大学学报(工学版). 2023 (6):  1861-1872.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221395
摘要 ( 92 )   HTML ( 1 )   PDF(1970KB) ( 147 )  

以公路为研究主体,界定了公路沿线研究区范围,构建了路域地质灾害预警监测方法体系。结合公路路域特性,选取地面高程、地形坡度、地表形变速率、降水、土地使用类型、工程地址岩组、断层分布、水系分布8种致灾因子,通过卫星遥感技术对致灾因子进行信息提取,输入至证据权重法和逻辑回归耦合模型,以获取路域范围内的地质灾害易发性计算结果,并对结果进行区域划分,确定预警监测的靶向区域。以四川省雅安至康定高速公路为实例对本文方法进行验证,结果表明,本文方法对以公路为主体的路域研究区特性有良好的数据表征作用;路域地质灾害预警监测精度较高,AUC值为0.906;该方法对公路交通基础设施防灾、抗灾工作具备一定的参考和指导意义。

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