同济大学学报(自然科学版)

1915 年创刊

月刊

ISSN 1000-0054

CN 11-2223/N.

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土木工程与建筑学

  • 地下结构混凝土微胶囊自修复法及力学模型

    周帅;朱合华;闫治国;朱建文;

    由于受到外环境和内环境的共同作用,地铁隧道结构的劣化现象是不可避免的,且用常规方法难以修复.而微胶囊自修复混凝土为地铁隧道结构的修复提供了新的方法,它能够智能、大范围地修复细微裂缝,且对结构造成的初始损伤较小.为此,提出了基于泰勒弹性损伤模型的受拉荷载下地下结构微胶囊自修复混凝土的二维自修复细观力学模型,建立了损伤修复演化方程,给出了修复后柔度的求解公式.微胶囊自修复水泥的试验与数值对比分析表明,该模型不仅能够模拟地下结构微胶囊自修复混凝土的损伤修复现象,而且具有较好的计算精度.

    2014年10期 v.42 1467-1472页 [查看摘要][在线阅读][下载 545K]
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  • 一种基于数值流形法的模拟岩体结构面新方法

    李恩璞;蔡永昌;李耀基;朱合华;

    利用数值流形方法可以方便有效地统一处理连续和非连续变形分析的优点,借鉴Goodman单元的相关理论,提出一种基于数值流形方法的模拟节理、裂隙和软弱夹层等岩体结构面的新方法,极大简化了含岩体结构面的复杂岩体工程的前处理及分析过程.算例分析表明了该方法的正确性和有效性.

    2014年10期 v.42 1473-1479页 [查看摘要][在线阅读][下载 1166K]
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  • 不同pH环境下黏土类岩崩解过程分形演化规律

    邓涛;黄明;詹金武;

    基于分形的相似性原理和质量守恒定律,分别探讨了岩石颗粒的细观分数倍崩解过程及粒组宏观分布模拟崩解方法,得到了基于颗粒数量统计的岩石崩解分形描述的关联分维计算公式.在此基础上,以黏土类岩为研究对象,分析了不同pH环境下岩石颗粒崩解过程的分形演化规律.结果表明:初次崩解时溶液pH值越小颗粒分形维数越大,pH值越小分维数趋于稳定所需循环次数越少;酸性溶液对颗粒崩解分维数的增长起到加速作用,碱性溶液对颗粒崩解分维数的增加具有阻碍作用且循环多次后分维曲线才渐趋稳定,但任何溶液条件下黏土类岩崩解的颗粒分形维数最终趋于相等.

    2014年10期 v.42 1480-1485页 [查看摘要][在线阅读][下载 569K]
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  • JSC-1A模拟月壤气动开挖试验研究

    白云;蔡国栋;郑彦龙;

    鉴于月球表面高真空、低重力,以及月壤颗粒极强摩擦性的环境特征,地球上常规的重力式开挖设备在月球上很难完全地发挥其工作性能.而利用高压气体在进入到真空中膨胀的性质来进行月表土壤的开挖,则可避开开挖设备过多的机械摩擦,以及巧妙地利用了月球表面的高真空环境.压缩气体的脉冲喷气方式、开挖设备挖掘管的插入深度、压缩气体的气压值等因素都会影响到气体质量效率,为了研究上述影响因素对于气体质量效率的影响,基于高压气体开挖月表土的理论,自主研发了一套模拟月壤在真空环境下开挖的试验装置.通过对影响气体质量效率的因素进行多工况试验发现:气体质量效率在脉冲喷气方式为开0.5s、关0.5s时最大;气体质量效率与挖掘管的插入深度在一定范围内成正比,即挖掘管插入深度越大,气体质量效率越高;气压值则需要设定合理的值才能使气体质量效率最大.

    2014年10期 v.42 1486-1492页 [查看摘要][在线阅读][下载 1301K]
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  • 桥梁施工临时结构体系可靠性评估方法

    聂瑞锋;石雪飞;阮欣;

    建立一种基于体系可靠度分析的临时结构状态评估方法.采用有限元分析和串并联模型相结合的方法判定临时结构的失效模式;对施工中临时结构的抗力、荷载、人因差错等取值进行探讨,提出了适用于临时结构的荷载、抗力和人因差错等可靠度模型;考虑风载和人因差错等对临时结构体系可靠度的影响,分别在构件和体系两个层面上对临时结构进行可靠性评估.最后采用体系可靠度方法对一三角挂篮的可靠性进行分析.结果表明:采用体系可靠度的方法对临时结构进行性能评估,不仅能够较好地解决当前设计中抗力和荷载不确定性问题,还能够保证结构具有一致的可靠度.

    2014年10期 v.42 1493-1498页 [查看摘要][在线阅读][下载 436K]
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  • U肋带内隔板钢桥面疲劳性能研究

    顾萍;裴辉腾;盛博;胡雨蛟;

    针对正交异性铁路钢桥面构造细节,开展U肋钢桥面疲劳性能研究,进行了两个足尺钢桥面构件的静载和高周疲劳承载试验,其中试件DECK1纵肋无内隔板,试件DECK2在横梁腹板处纵肋内设置内隔板.试验研究结果表明:纵肋内隔板可有效改善纵肋腹板和横梁帽孔细节部位的受力,提高钢桥面的疲劳强度;与横梁帽孔交汇处的纵肋腹板为疲劳裂纹易发处,两个构件均在此处出现水平向疲劳裂纹;采用有限元计算模型,分析研究了纵肋内增加内隔板对钢桥面受力的影响,计算结果与试验结果吻合.

    2014年10期 v.42 1499-1504页 [查看摘要][在线阅读][下载 873K]
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  • 地面荷载下端锚型边坡锚杆受力状态演变研究

    郝建斌;汪班桥;门玉明;

    通过室内模型试验,模拟了端锚型边坡锚杆在地面荷载作用下的工作条件,研究了同级荷载作用下土质边坡内各层锚杆的受力特征以及随荷载作用时间的变化规律;并分别比较了不同地面荷载下端锚型锚杆和全长黏结型锚杆的受力差异.结果表明:端锚型土层锚杆在地面荷载作用下,上层锚杆受力最大,底层锚杆受力最小,因此在设计时要考虑对顶层锚杆进行加强设计;端锚型锚杆在较小地面荷载作用下,顶层锚杆和中间锚杆受力最大,不同于全长黏结型锚杆(底层锚杆受力最大,而顶层锚杆受力最小);较大荷载作用下,端锚型锚杆的受力为顶层锚杆受力最大,底层锚杆受力最小,与全长黏结型锚杆类似;在同级荷载作用下,端锚型锚杆轴向应变随荷载作用时间先增大后减小;在地面荷载由小到大的变化过程中,锚杆的受力表现为"小—大—小—大"的变化过程,锚杆受力达到最大的时间和达到稳定的时间均为先增加后减小,所以对于人工边坡,要考虑各级荷载的影响,找到最不利荷载进行合理设计.

    2014年10期 v.42 1505-1510页 [查看摘要][在线阅读][下载 1230K]
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  • 冲刷作用下单桩循环加载特性的模型试验

    梁发云;李彦初;陈海兵;

    通过模型试验对高铁桥梁单桩基础进行静载试验和循环加载试验,探讨了不同冲刷深度下单桩循环累积沉降和动位移幅值的发展规律.研究结果表明:桩基循环累积沉降随冲刷深度增加而增加,对于冲刷深度较小的桩,循环累积沉降和沉降平均速率在较少的循环次数内即可趋于稳定;而对于冲刷深度较大的桩,循环累积沉降大且发展较快,达到稳定需要的时间长,甚至持续发展以致破坏,在实际工程中应重视长期循环累积沉降对其承载特性的影响.

    2014年10期 v.42 1511-1515+1522页 [查看摘要][在线阅读][下载 708K]
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  • 潮流与泥沙输运对黄骅港工程的响应分析

    匡翠萍;钱从锐;姚凯华;顾杰;

    黄骅港的泥沙淤积问题一直是影响通航能力和投资建设的关键因素.黄骅港通过2011年整治工程大大改善了航道的通航能力,并减缓了泥沙的淤积,为港池提供了平稳的水域.基于验证的MIKE 21软件中的潮流和泥沙数学模型,计算分析了2011年工况下港区的潮流场以及泥沙浓度场对工程的响应,并对比分析了有无波浪作用下泥沙浓度场的变化,得出以下结论:防波堤外延把黄骅港分为了两个相对独立的区域,明显的阻流作用迫使潮流携带泥沙沿堤向外海侧搬运;无波浪作用时,港区含沙量在平均值0.02kg·m-3附近变化,有波浪作用时,含沙量大幅上升,近岸区形成高含沙水体;防波堤阻碍高含沙水流跨过航道,提高了航道的使用寿命.

    2014年10期 v.42 1516-1522页 [查看摘要][在线阅读][下载 1243K]
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交通运输工程

  • 城市公共交通走廊动态客流分析模型

    狄迪;杨东援;

    为了科学分析和评价城市公共交通走廊的客流流动规律,研究了走廊内乘客对于出发时刻及交通方式选择的问题,提出了城市公共交通走廊动态客流分析模型.模型主要由乘客出发时刻和交通方式选择组合动态均衡分配模型,以及乘客出行负效用模型两部分构成.在此基础上,设计了一套启发式算法求解该模型;并以上海市的跨江公共交通走廊为案例,验证所提出的模型和求解算法.研究结果表明,该模型能够真实反映城市公共交通走廊内客流的时空分布情况,以及行程时间、拥挤度及出行费用等因素对乘客出行选择的影响.所提出的模型可为城市公交走廊内各公共交通方式的合理搭配、运输组织模式优化提供决策支持.

    2014年10期 v.42 1523-1529页 [查看摘要][在线阅读][下载 512K]
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  • 两级车辆路径问题的多起始点变邻域下降算法

    曾正洋;许维胜;徐志宇;倪嘉呈;

    两级车辆路径问题是指货物必须首先由中心仓库配送至中转站(第一级),再转运至需求点(第二级)的一种新型车辆路径问题.针对该问题特性,提出一种多起始点变邻域下降求解算法.首先由改进的Split算法循环分割由所有需求点组成的随机排列,直至出现可行的第二级配送方案,然后求解第一级问题,获得完整的初始可行解,再通过变邻域下降算法进一步改进.当变邻域下降算法无法改进时,采用多起始点技术重复上述过程,直至算法终止.实验结果表明,所提出的算法易于实现,且性能优于已有最好的两种启发式算法.

    2014年10期 v.42 1530-1535页 [查看摘要][在线阅读][下载 483K]
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  • 考虑下游交叉口的路段行人过街优化控制模型

    赵靖;马万经;杨晓光;

    为了处理好城市干道路段上行人过街安全与机动车交通效率之间的矛盾,提出了一种利用下游交叉口红灯信号时间来为路段行人提供专用过街信号相位的行人过街横道信号控制方法.它可由混合整数线性规划模型来描述,其优化目标是在保障行人过街安全和维持机动车现状运行水平的基础上,使路段过街横道行人绿灯时长最大化.通过VISSIM仿真和实例分析,对该信号控制设计方法的效果和可操作性进行了验证.研究表明,对于有行人中央驻足区的情况,过街横道可设置于路段任何需要的位置,且总能计算得到合适的信号配时方案;对于无中央驻足区的情况,应将人行横道设置位置与信号配时同时考虑才能实现良好的设计效果.

    2014年10期 v.42 1536-1542页 [查看摘要][在线阅读][下载 730K]
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  • 溶解性胶粉改性沥青混合料疲劳性能

    黄卫东;郑茂;黄明;

    应用四点弯曲疲劳试验机BFA(beam fatigue apparatus)对溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳性能进行研究,并在相同空隙率下对溶解性胶粉改性沥青密级配沥青混合料(AC13)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯改性沥青密级配沥青混合料(SBS-AC13)完成了考虑自愈合影响的疲劳性能比较,进一步完成溶解性胶粉改性沥青与SBS复合改性沥青混合料AC13的疲劳性能和高温性能研究.结果显示:归一化劲度次数积疲劳寿命比50%初始模量降低疲劳寿命更适合用于评价溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳寿命;总结溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳性能与应变、沥青用量和空隙率等三个因子的相关性,提出溶解性胶粉改性沥青混合料的疲劳方程;在4%的设计空隙率下,无论是否考虑自愈合的影响,SBS-AC13的疲劳寿命均高于溶解性胶粉改性沥青AC13,但溶解性胶粉改性沥青AC13的自愈合能力高于SBS-AC13;在4%的设计空隙率下,无论是否考虑自愈合的影响,溶解性胶粉复合SBS改性沥青AC13的疲劳寿命均达到SBS-AC13疲劳寿命的2倍,其自愈合能力高于SBSAC13,且高温性能亦远优于SBS-AC13.

    2014年10期 v.42 1543-1549页 [查看摘要][在线阅读][下载 321K]
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  • 波音777型飞机载荷下机场跑道实测动力响应

    阳栋;王志亮;

    对丹佛国际机场跑道实测道面应变以及弯沉信号进行分析,研究了波音777型飞机在跑道上滑行时跑道的动力响应.结果表明:轮载离传感器越近,道面应变和弯沉测量值越大;横缝附近处弯沉有3个峰值点,对应飞机的3个轮轴,而纵缝板边中部和板中心处的弯沉呈半正弦形状,只有1个峰值;在横缝板边加载时,相邻的未加载板与基层间发生脱空;地基沉降占总沉降量的主要部分,3.05~6.10m范围内地基发生的非弹性变形非常小,可将3.05m深度以下的地基视为弹性地基;板横缝方向的应变表现为达到一定平台后有3次波动,而纵缝方向的应变表现为2次拉压转换,纵缝板边中部轮轴间的应变恢复显著,易发生疲劳破坏;板中部由于绑定效应引起中性面的偏移较大,而板边中性面偏移较小,故板边处可近似为脱离状态,板中心应考虑绑定效应.所得结论对机场跑道工程的优化设计与科学施工具有参考价值.

    2014年10期 v.42 1550-1556页 [查看摘要][在线阅读][下载 1209K]
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  • 莘庄枢纽上盖建筑振动影响仿真分析

    郑玄东;耿传智;

    为研究沪杭客专列车运行时所引起的振动对莘庄综合枢纽工程中邻近线路建筑物的影响,建立了莘庄枢纽车站半空间一体化有限元模型.采用列车荷载分析模型,根据莘庄站现场实测钢轨振动加速度,采用数定表达式,计算得到轮轨荷载,仿真分析沪杭客专运行时,在碎石道床以及增设隔振基础工况下,邻近建筑振动响应.结果表明:沪杭客专列车运行,在碎石道床工况下,对邻近10m的酒店式公寓建筑振动影响较大,最大振级为79.68dB;对相对距离97m的住宅影响较小,最大振级59.1dB.增设隔振基础结构之后,酒店式公寓最大振级为62.96dB,降低16dB左右,隔振效果明显,可以有效降低沪杭客专运行时引起的各楼层的振动,同时满足国家及地方的相关规范要求.

    2014年10期 v.42 1557-1561+1595页 [查看摘要][在线阅读][下载 1086K]
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  • 基于盾构隧道斜交下穿的修正Peck公式法

    康庄;宫全美;何超;

    在盾构隧道下穿导致的地表沉降计算中,通常需利用Peck公式理论计算盾构横断面的二维沉降.当盾构以斜交下穿时,盾构横断面不再平行于上部线路沿线方向,其沿线沉降的形式不符合正态分布,因此需要将Peck法推广到平面上任意一点的沉降计算中.综合考虑盾构坡角及隆起效应等影响因素,引入角度系数对Peck公式进行修正,使之可直接计算盾构斜交条件下地表平面上任一点的沉降,进而直接计算上部线路沿线沉降.通过有限元数值分析法进行验证,并在此基础上利用动力学仿真分析研究不同斜交角度所产生的不同沉降形式对脱轨系数及减载率的影响.

    2014年10期 v.42 1562-1566页 [查看摘要][在线阅读][下载 560K]
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机械、车辆与能源工程

  • 线控独立转向-悬架导向机构的设计与分析

    陈辛波;梁栋;武晓俊;黄露;

    为了消除车轮跳动过程中悬架导向机构与转向杆系的干涉,实现精确独立转向,提高系统集成度,使无驱动半轴传动的全轮线控独立转向电动汽车前后轮采用相同的独立悬架-转向轮模块化结构,提出了一种一体化线控独立转向-悬架导向机构.根据空间机构学理论推导出该导向机构运动分析公式,利用MATLAB分析了单一变量对悬架动力学参数的灵敏度,确定优化设计变量.运用ADAMS/Car建立该导向机构的虚拟样机模型,在ADAMS/Insight模块中对其进行运动学灵敏度分析,找出关键优化设计变量并对其优化,改善悬架运动性能.

    2014年10期 v.42 1567-1571页 [查看摘要][在线阅读][下载 441K]
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  • 基于多目标免疫算法的变刚度悬架的联合优化

    史文库;王长新;陈志勇;郭福祥;

    为改善某装有变刚度悬架的轻型客车的平顺性和操纵稳定性,采用MATLAB编制MISA(multi-objective immune system algorithm)的优化程序,与使用Adams-Car建立的整车多体动力学模型组成联合优化模型,对该车前后悬架参数进行了优化.为保证模型的准确性,特对该车轮胎进行了力学性能测试,并通过参数辨识得到了基于魔术公式的轮胎属性文件(Pac2002).模型优化的抗体变量包括前悬架扭杆的扭转刚度、前后减振器的阻尼曲线系数、前后稳定杆的扭转刚度和后悬架钢板弹簧的两级刚度,并以该车实际情况给出了抗体的约束范围和便于编程优化的约束条件.优化目标抗原为国标下的稳态回转试验所达到的稳态最大侧向加速度、基准车速下的蛇行试验的车身横摆角速度和侧倾角,以及80km·h-1、B级路面的前后悬架上方的车架大梁z向加速度均方根值.最后,根据优化结果试制了悬架样件,并在某汽车试验场进行了改进样车的平顺性试验、稳态回转试验和主观评价试验.试验结果表明,所采用的联合优化方法正确可行.这也反映了汽车计算机辅助优化(CAO)技术发展的一种趋势,对未来汽车底盘的虚拟开发及优化具有一定的指导作用.

    2014年10期 v.42 1572-1577页 [查看摘要][在线阅读][下载 814K]
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  • 电动轮刚性环耦合特性模型建模与分析

    左曙光;段向雷;吴旭东;

    为进行电动轮高频转矩激励下的振动响应分析,基于刚性环轮胎模型假设,考虑轮辋与轮毂电机弹性连接关系建立了电动轮刚性环耦合特性模型.通过电动轮工作模态试验对模型主要刚度参数进行了识别,并结合胎面参数分析了模型的固有特性.所建立的电动轮模型能够准确描述胎面径向一阶平移频率和周向旋转频率,且考虑轮辋与轮毂电机连接柔性改变了原有的轮胎环、轮辋固有频率分布,可以避开原有峰值频率.根据电动轮轮毂电机实测激励频率特征,对所建立的电动轮刚性环耦合特性模型进行了相应频率的转矩激励.分析表明,考虑轮辋与轮毂电机间弹性连接耦合特性关系,能够减小原有电动轮一阶径向平移频率附近的轮胎与车身的振动加速度响应,为电动轮结构设计提供理论指导意义.

    2014年10期 v.42 1578-1585页 [查看摘要][在线阅读][下载 788K]
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  • 盘-销系统摩擦尖叫瞬态动力学有限元模型

    张立军;刁坤;孟德建;余卓平;

    基于ABAQUS软件建立盘-销系统的瞬态动力学有限元模型,在验证模型正确性的基础上分析了系统的运动状态、摩擦副接触状态、系统能量馈入情况以及非线性频率耦合现象.研究发现:制动盘具有压紧翘曲和高频法向面外振动;销棒呈弯曲为主,扭转为辅的振动模式,且表现为纯滑动的极限环运动;接触压力分布周期性变化,法向力和摩擦力变化引起频率的变化;系统同时存在能量馈入和馈出,但占主要地位的能量馈入维持系统的摩擦尖叫.

    2014年10期 v.42 1586-1595页 [查看摘要][在线阅读][下载 2487K]
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电子、计算机、控制与系统

  • 软体机器人研究综述

    何斌;王志鹏;唐海峰;

    机器人技术广泛应用于工业生产、医疗服务、勘探勘测、生物工程、救灾救援等领域.传统机器人大都由刚性机构组成,存在环境适应能力低的缺点.软体机器人是一类新型仿生连续体机器人,可以任意改变自身形状,在非结构化环境中应用前景广阔.综述了软体机器人的仿生机理、驱动方式、建模与控制方法等关键问题,并通过分析和梳理软体机器人技术发展中的瓶颈问题及可行解决方案,探讨了软体机器人技术的发展趋势.

    2014年10期 v.42 1596-1603页 [查看摘要][在线阅读][下载 813K]
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  • 缆系海底观测网电力系统结构与拓扑可靠性

    吕枫;周怀阳;岳继光;何斌;

    缆系海底观测网可持续提供充裕电能和通信带宽给大量海底科学仪器.基于可靠性和经济性的原则,分析得观测网电力系统适合采用负高压单极直流输电、以海水作为电流回路、海底负载并联供电和级联式高频直流变换的总体方案,并以此为基础设计了观测网的物理架构.根据观测网的特点,总结了海底电力系统适合采用的几类典型拓扑,并以水下基站平均供电可靠度为可靠性指标,计算并比较了这些典型拓扑的可靠性,可为观测网的拓扑规划提供依据.进一步设计了海底电力系统的运行模式,以提高观测网的容错能力.研究结果可为国家未来建设大规模观测网提供参考.

    2014年10期 v.42 1604-1610页 [查看摘要][在线阅读][下载 906K]
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  • 基于图像色彩特征融合的绝缘子污秽等级检测

    金立军;张达;段绍辉;姚森敬;

    针对绝缘子污秽状态非接触检测问题,提出基于可见光图像RGB(red green blue)和HSI(hue saturation intensity)空间信息特征级融合的污秽等级检测方法.利用最佳熵阈值分割法(OET)提取绝缘子盘面区域,分别在RGB和HSI色彩空间进行特征计算,根据Fisher准则进行特征选择,得到可以有效表征污秽状态的特征量,利用核主元分析(KPCA)对两个色彩空间特征的组合进行降维融合,得到三维融合特征向量,结合概率神经网络(PNN)实现污秽等级识别.实验分析表明,基于核主元分析的图像信息特征级融合能够全面地反映绝缘子污秽状态,与单独利用RGB或HSI特征进行识别相比,其准确率有显著提高,可以实现绝缘子污秽等级的有效识别,为绝缘子污闪防治提供了新的方法.

    2014年10期 v.42 1611-1617页 [查看摘要][在线阅读][下载 652K]
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经济与管理科学

  • 考虑互惠偏好的项目团队成员知识共享激励

    施建刚;林陵娜;唐代中;

    考虑个体互惠偏好行为,引入工作努力和知识共享努力之间冲突的影响,构建双代理人情形的项目团队知识共享激励模型,剖析互惠偏好对成员知识共享努力、工作努力、团队期望效用以及知识共享激励效果的影响,并对模型分析结果进行数据模拟.研究结果表明,在冲突影响下,互惠偏好对工作努力、知识共享激励系数、团队期望效用等并不总是起到积极的效果,但可以提高知识共享努力.

    2014年10期 v.42 1618-1625页 [查看摘要][在线阅读][下载 527K]
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  • 不同交易方式下项目冲突对成本绩效的影响

    陈勇强;傅永程;吕文学;

    由于不同交易方式的项目在冲突来源、项目属性和组织内外部环境方面存在差异,以业主与承包商冲突为代表的项目冲突对成本绩效的影响不同.基于冲突相互作用观,通过收集187份有效问卷检验了设计-招标-建造(DBB)和设计-建造(DB)方式下业主与承包商冲突对成本绩效的影响关系.相关分析和回归分析结果表明:在DBB方式下,业主与承包商之间的冲突与项目成本绩效呈倒U型关系,适度的冲突能提升成本绩效,但随着冲突水平继续上升,成本绩效开始下降;在DB方式下,业主与承包商之间冲突产生的积极作用并不显著,主要起消极作用.

    2014年10期 v.42 1626-1632页 [查看摘要][在线阅读][下载 274K]
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  • 《同济大学学报(自然科学版)》投稿启事

    <正>《同济大学学报(自然科学版)》是由同济大学主办的自然科学综合性学术期刊,主要刊登国内外建设工程领域的土木建筑、交通运输、环境、海洋、测绘、材料、机电、计算机、通信等学科的高水平创新研究成果。本刊为中国自然科学核心期刊和中国科技论文统计用刊源之一,并被EI等40多个国内外权威检索系统收录。

    2014年10期 v.42 1633页 [查看摘要][在线阅读][下载 779K]
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