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

  • 结构拓扑优化理论及其在桥梁结构找型中的应用

    陈艾荣;常成;马如进;任丽莎;

    从物理模型、数学模型和优化算法三个方面系统阐述了结构拓扑优化的基本原理.通过实例介绍了应用拓扑优化技术进行桥梁结构找型的方法,并展示了拓扑优化中结构衍化过程及优化结果.针对目前结构拓扑优化技术运用在桥梁找型中所面临的困难,探讨了未来研究的方向.研究表明,结构拓扑优化方法可以在桥梁概念设计阶段得出合理而新颖的结构形式,在桥梁找型方面具有良好的应用前景.

    2016年05期 v.44 657-663页 [查看摘要][在线阅读][下载 1021K]
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  • 混凝土单轴受压全过程变异性试验研究

    晏小欢;任晓丹;李杰;

    为了研究混凝土在单轴受压作用下的全过程受力特征,通过对强度等级为C30~C60的60个混凝土棱柱体试件进行单轴受压应力-应变全曲线试验,得到了单轴受压作用下混凝土峰值强度、峰值应变、弹性模量和应力-应变全曲线的统计特征.根据混凝土结构设计规范(GB50010—2010)中的混凝土峰值强度变异系数,利用概率密度演化方法,获得了混凝土应力均值曲线和应力标准差曲线.通过与试验结果进行对比,认为仅用峰值强度的变异系数不足以描述混凝土应力-应变全过程的随机性,建议给出标准差曲线.

    2016年05期 v.44 664-670页 [查看摘要][在线阅读][下载 1485K]
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  • 不同构造界面腐蚀对焊钉连接件承载力的影响

    苏庆田;陈思敏;李雨;梁思寒;

    为了研究不同构造的钢与混凝土界面在腐蚀环境下对焊钉连接件受力性能的影响,设计了6种不同构造的钢-混凝土结合面构造形式,并考虑钢与混凝土之间的滑移效应的影响,制作了24个试验试件,其中21个试件进行了盐雾腐蚀试验,3个试件处于正常环境中.通过推出试验,测试了各个试件中焊钉的荷载-滑移关系,得到了焊钉的抗剪承载力.试验结果表明,采用钢板厚度方向上外包混凝土构造形式的试件具有更好的抗腐蚀性能,焊钉具有更高的抗剪强度,腐蚀后单钉承载力平均值为177.6kN,而在钢与混凝土界面产生初始滑动的试件具有较差的抗腐蚀性能,焊钉抗剪强度明显降低,腐蚀后单钉承载力平均值为153.3kN,比没有滑移的试件降低9.6%.

    2016年05期 v.44 671-676页 [查看摘要][在线阅读][下载 2009K]
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  • H形截面钢构件铰区模型及铰区长度

    程欣;陈以一;

    将局部失稳的集中区域定义为铰区.提出了由局部失稳控制破坏模式的H形截面铰区平均曲率的计算公式.发现铰区长度主要依赖于截面构型及轴力大小,用归纳方法得到了考虑不同截面构型及加载条件影响的铰区长度计算方法.实现了从H形截面悬臂钢构件模型中提取扣除计算长度影响的截面层次的弯矩-曲率关系.该弯矩-曲率关系作为不同受力形式、不同构件长度及边界条件的构件非线性分析的基础,可提高结构体系非线性分析的分析效率,并满足工程研究的精度要求.

    2016年05期 v.44 677-684页 [查看摘要][在线阅读][下载 3515K]
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  • 高强结构钢S690高温力学性能

    强旭红;吴钟艳;姜旭;罗永峰;

    在火灾下,材料力学性能的退化是导致钢结构承载力降低的主要因素.对高强结构钢S690进行稳态和瞬态火灾试验研究,并将S690的高温材性试验结果与欧洲、美国、澳大利亚、英国和中国钢结构设计规范进行对比,结果表明,依据各国现行钢结构设计规范进行高强钢S690钢结构的抗火设计是不安全的.另外,对试验得出的高温下高强钢S690的弹性模量、屈服强度和极限强度折减系数进行数值拟合,给出可准确表征S690高温下材料性能退化的预测公式,可用于指导含高强钢S690构件的钢结构抗火设计,并为相关规范的修订提供参考依据.

    2016年05期 v.44 685-694页 [查看摘要][在线阅读][下载 1820K]
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  • 梁柱式木结构加固方法及抗侧力性能试验研究

    熊海贝;刘应扬;姚亚;李冰阳;

    为研究梁柱式胶合木结构在加固后的抗侧力性能,对9榀单层单跨梁柱式木框架足尺试件进行了低周反复荷载试验,其中3榀为未损坏对照组试件,6榀为加固组试件.考虑了节点区域包裹碳纤维布(FRP)和植入自攻螺钉2种加固方法,及纯框架和隅撑框架2种结构体系形式.根据试验现象和试验数据的分析,探讨了木结构加固方法的可行性,对比了不同方法的效果和差异,研究了各组试件在反复荷载作用下的破坏模式、刚度、变形和耗能等力学性能.结果表明,2种加固方法均可以有效地抑制裂缝开展,并能够恢复结构的强度、刚度、耗能等力学性能;受损的梁柱式木结构框架,采用节点区域加固并增设隅撑,结构的抗侧力性能可以得到显著的提高.

    2016年05期 v.44 695-702页 [查看摘要][在线阅读][下载 2018K]
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  • 混合微分变换法在混凝土溶质运移问题中的应用

    钟新然;戴瑛;陈熹;

    微分变换法是一种基于泰勒公式的求解方法,在求解包含间断条件的溶质运移偏微分方程(组)时会失效.采用将有限差分法与微分变换法相结合的求解思路,可使问题得到解决.利用该方法得到混凝土SO_4~(2-)的反应性溶质运移方程以及CO_2-SO_4~(2-)和CO_2-Cl~-的全耦合溶质运移方程组的近似解表达式并将结果与有限元结果进行比较,证明了该方法的有效性.

    2016年05期 v.44 703-708页 [查看摘要][在线阅读][下载 796K]
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  • 孔隙填充型深海能源土的离散元成样新方法及宏观力学特性

    贺洁;蒋明镜;

    针对孔隙填充型水合物的赋存形态,提出了一种新的制备孔隙填充型能源土试样的数值成样方法.孔隙填充型水合物的砂性能源土试样是由砂粒和水合物颗粒混合而成的特殊的散粒体材料,具有明显的非连续特征.在土骨架的孔隙中,将水合物块体视为由颗粒通过强胶结作用凝聚而成的团簇整体,随机填充生成不同水合物饱和度的沉积物试样,开展能源土宏观力学特性的离散元固结排水三轴压缩试验模拟,并从应力应变、体变、接触组构等方面进行分析.结果表明,水合物饱和度的增大对低饱和度的孔隙填充型能源土试样的初始弹性模量和强度影响较小.有效围压相同时,孔隙填充型能源土试样的体积剪缩量随着水合物饱和度的增大而减小;而水合物饱和度相同时,能源土试样强度及体积剪缩量随着有效围压的增大而增大.能源土试样的剪胀角随有效围压的增大而近似线性减少,随水合物饱和度的增大而趋于线性增大.颗粒间接触方向随着轴向应变的增大而朝竖直方向偏转.

    2016年05期 v.44 709-717页 [查看摘要][在线阅读][下载 1359K]
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  • 重力作用下上海中心幕墙支撑结构与主结构协同分析

    何志军;胡殷;丁洁民;

    上海中心大厦外幕墙系统采用了分区悬挂的柔性幕墙支撑结构体系,各区段幕墙支撑结构顶部及底部均支承于弹性的主体结构边界(设备层/休闲层)上.各区幕墙系统悬挂重量重,以及由设备层/休闲层的竖向支承刚度柔且分布不均匀导致的设备层/休闲层的竖向变形大且分布不均,都将给支撑结构系统安全带来不利影响.通过将幕墙支撑结构与主体结构进行整体建模,对重力荷载作用下幕墙支撑结构与主体结构的协同工作特性,即幕墙支撑结构不均匀竖向变形特性,及其对幕墙板块安全、支撑结构受力的影响进行了详细的分析.并依据分析结果对设备层刚度、幕墙结构与主体结构的连接构造进行了优化调整,以改善幕墙系统变形与受力,确保幕墙系统的使用安全.

    2016年05期 v.44 718-724页 [查看摘要][在线阅读][下载 2227K]
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  • 基于建筑信息模型自动生成施工质量检查点的算法

    马智亮;毛娜;

    依据国家标准,提出基于建筑信息模型(BIM)自动生成建筑工程施工质量检查点的算法.首先阐述国家标准在传统施工质量验收过程中的作用,接着深入分析IFC(industry foundation classes)数据,提出结合BIM技术改善这一过程的可能性,然后将国家标准与IFC数据关联,建立基于BIM自动生成施工质量验收检查点的算法,最后分析实现这一算法的平台和技术,并就其典型界面和应用情形进行简单说明.

    2016年05期 v.44 725-729页 [查看摘要][在线阅读][下载 742K]
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交通运输工程

  • 文克勒地基板极限承载力的弹塑解

    谈至明;姚尧;郭晶晶;

    将圆形均布荷载作用下的文克勒地基板出现环状裂缝时的板划分为二个区域,环内屈服区仍采用刚塑性假设,而环外弹性区采用线弹性假设,进而推导得到了文克勒地基上板极限承载力的弹塑性解,其中,环状裂缝出现位置由板承载力最小化条件求出,从而弥补了现有刚塑性理论解中不能确定环状裂缝出现位置的缺陷,使理论解更完备且具有良好的拓展性.分析结果表明,梅依尔霍夫的地基板承载力的解偏大且在圆形均布荷载相对半径ρa=2.925时发散,在ρa=0.09~0.70范围时,梅氏解偏大6%~10%.最后,为简便使用给出了弹塑性解的板极限承载力系数φE回归式.

    2016年05期 v.44 730-733页 [查看摘要][在线阅读][下载 370K]
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  • 湿度影响下的重载交通沥青路面动力响应

    陶泽峰;钱劲松;凌建明;蔡氧;

    考虑地下水和雨水入渗的影响,运用ABAQUS软件建立重载交通沥青路面动力分析模型,分析地下水上升和降雨入渗引发路基湿度变化后的路基动态回弹模量分布规律,以及三轴双轮移动重载作用下沥青路面的动力响应.分析结果表明,地下水距路基顶面越近,对路基模量的分布影响也越显著,降雨入渗与动载共同作用处的路基模量折减更明显;地下水位距路基顶面高度从6 m减至2 m时,面层层底拉应变由70×10~(-6)增至173×10~(-6);降雨强度增大对外侧车道处的面层层底拉应变影响巨大,对中间车道的影响较小;降雨天数增加,两侧车道的面层层底拉应变反而减小,而中间车道的趋势相反,拉应变随着降雨天数增加而增大.

    2016年05期 v.44 734-739页 [查看摘要][在线阅读][下载 1255K]
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  • 温度场及非均布移动荷载作用下沥青路面力学响应分析

    董泽蛟;潘小康;邵显智;周兴业;

    为研究路面结构实际温度场对沥青路面结构动力响应的影响,基于路面结构温度场现场实测数据及室内实际路面材料动态模量试验结果,建立温度场分析和非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型,分析路面结构在实际温度-荷载作用下的动力响应规律,并与传统的等温结构模型动力响应结果进行对比分析.结果表明,层底控温方法模拟出的温度场可用于分析夏季高温时段和低温时段沥青路面的实际动力响应;夏季一天中高温时段,等温模型高估了竖向应变及上、下面层的剪应变,低估了中面层的剪应变;夏季一天中低温时段,沥青路面的实际动力响应大于等温模型的计算值,等温模型低估了温度分布对沥青路面车辙和开裂的影响.

    2016年05期 v.44 740-746+793页 [查看摘要][在线阅读][下载 2261K]
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  • 山区高速公路紧急避险车道辅助车道设置

    宋灿灿;郭忠印;王维利;

    通过对8处紧急避险车道主线外侧车道车头时距的收集与分析,运用拟合分析和卡方检验,发现当外侧车道交通流小于500veh·h-1时,车头时距符合负指数分布.考虑主线外侧车道交通流量、失控车辆的速度与失控车辆汇入的临界间隙,应用微分法求导得到失控车辆汇入主线外侧车道的汇入概率模型.通过分析失控车辆汇入主线外侧车道的换车道驾驶行为,得到了不同路面状况下车辆汇入临界间隙.在保证失控车辆95%的汇入成功率条件下,计算不同路面状况、主线外侧交通流量与驶入速度下的辅助车道长度设置值.

    2016年05期 v.44 747-752页 [查看摘要][在线阅读][下载 573K]
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  • 基于用户感知的城市道路交通服务水平评价方法

    郑玲钰;赵益;王忠宇;吴兵;

    从用户感知的角度构造了适用于服务水平评价的各聚类指标的白化权函数,提出了城市道路交通服务水平评价体系.用此方法对上海市浦东新区部分路段的服务水平进行评价,并与问卷打分结果及仅考虑交通设施的服务水平评价结果进行对比.结果表明,基于用户感知的灰类白化权函数聚类的城市道路交通服务水平评价方法能较好地与主观评分结果匹配,具有较高的精度.

    2016年05期 v.44 753-757页 [查看摘要][在线阅读][下载 988K]
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环境科学与工程

  • 预处理工艺控制膜污染试验及其机理分析

    李伟英;许晨;张骏鹏;马腾;

    探讨了3种不同预处理技术对延缓超滤膜污染的作用.试验表明,前臭氧+在线混凝+超滤(工艺1)、前臭氧+超滤(工艺2)、前臭氧+预氯化+超滤(工艺3)3种工艺超滤膜过滤的临界通量分别为86.5,59.8,68.1L·(m2·h)-1.其中工艺1临界通量最大,且其稳定运行的时间最长(约190h),能够在一定程度上控制膜污染,这主要是因为水中的有机污染物质通过"矾花"被吸附到胶体类颗粒物上,通过膜筛分截留,减缓了有机污染物质与膜表面的接触与相互作用.控制、缓解膜污染方面,工艺3效果最好,其原因是在NaClO作用下有机物分子特征改变,一方面降低膜的通量负荷,改变其亲疏水性,另一方面NaClO使得滤饼层的电负性增大,过滤截留物和溶解性有机物较易在水力冲洗中被冲掉,跨膜压差得到很好恢复.通过扫描电镜发现,超滤膜表面附着一层滤饼层,滤饼层较疏松,而膜孔已被污染物堵塞;红外光谱研究发现,超滤膜经过氧化预处理和化学清洗,膜表面的某些基团被氧化,膜表面特性被改变.

    2016年05期 v.44 758-766页 [查看摘要][在线阅读][下载 1760K]
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  • 氯霉素对费氏弧菌0~24h的Hormesis效应及其机制初探

    于岩;游瑞容;姚志峰;林志芬;

    为了探究抗生素对发光菌的Hormesis效应,选择费氏弧菌(Vibrio fischeri,V.fischeri)为受试生物,氯霉素为研究对象,测定了0~24h下氯霉素对V.fischeri的发光强度(Hv)及生长量(OD_(600))的作用,探讨氯霉素对V.fischeri的低浓度促进效应及其可能机制.结果表明,氯霉素对V.fischeri的发光强度具有明显的促进作用,且仅出现在细菌生长的延滞期.根据V.fischeri的发光机制,结合Gaussian量子化学计算结果,即氯霉素的最正氢电荷为0.244,远大于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的最正氢电荷0.135,提出氯霉素通过提供质子促进荧光反应,进而产生Hormesis效应的可能机制.

    2016年05期 v.44 767-772页 [查看摘要][在线阅读][下载 1166K]
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机械、车辆与能源工程

  • 中国能源系统生命周期碳排放的时间有效性

    苏醒;罗仲;张旭;

    能源系统生命周期清单分析数据库是产品或系统生命周期评价的基础,由于我国能源生产过程的基础数据种类繁多且更新较快,能源上游清单数据库需要考虑时间有效性的影响.结合单因素敏感性分析和参数自身时效性分析的方法筛选出10个对主要能源系统生命周期碳排放影响较大的时间敏感参数,并进行更新时间间隔划分.此方法可以减少生命周期评价数据库维护工作量,也为提高产品或系统生命周期评价的可靠性打下基础.

    2016年05期 v.44 773-778页 [查看摘要][在线阅读][下载 1031K]
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  • 分布式驱动电动汽车纵向车速非线性自适应估计

    余卓平;夏新;熊璐;曲彤;

    基于分布式驱动电动汽车,提出了一种纵向车速非线性自适应估计算法.该算法使用车辆加速度传感器信息和各车轮滑移率反馈值对车辆纵向车速进行估计.从理论上证明了纵向速度估计误差收敛.根据各车轮滑移率的大小确定各轮速估计误差在估计算法中的反馈修正比例.使用带遗忘因子的递推最小二乘算法在坡道路面对路面坡度进行了在线实时估计,进而使用坡度估计值修正纵向加速度传感器信息,实现了坡度自适应纵向车速估计.该方法具有计算量小、估计精度高的优点.通过多工况的实车试验验证了算法的有效性.

    2016年05期 v.44 779-786页 [查看摘要][在线阅读][下载 1322K]
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  • 某乘用车制动盘冷却特性的研究

    杜旭之;杨志刚;李启良;赵兰萍;

    基于某SUV的整车环境,利用数值计算和热环境风洞(CWT)试验的方法,探索了重复制动工况下制动盘的温升和冷却过程,分析了制动盘冷却过程中的散热方式以及冷却特性.结果表明,计算流体力学(CFD)得到的温升和冷却特性曲线与试验结果的一致性较好;对流散热是影响制动盘冷却性能的主导因素;制动盘的温度随冷却时间呈指数关系下降,冷却系数随汽车来流速度呈幂律关系增长.

    2016年05期 v.44 787-793页 [查看摘要][在线阅读][下载 1534K]
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  • 聚合酶链式反应仪基座的热阻建模与分析

    许秀锋;周爱国;殷俊锋;刘备;

    对聚合酶链式反应仪(PCR)基座中温度变化规律进行数学建模,求出其过程热阻值,并利用该热阻值对类似模型的温度场进行仿真计算,从而快速地得出考虑若干关键参数的复杂模型的温度场.计算结果显示,PCR仪基座的过程热阻与其自身的导热热阻存在某种关系,进而提出一个对于该关系的假设和数学描述,最后对该假设应用的可行性进行数值计算证明.

    2016年05期 v.44 794-799页 [查看摘要][在线阅读][下载 551K]
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海洋与地球科学

  • 热带气旋在陆地上重新加强的数值模拟

    汤胜茗;顾明;

    以2006年1月澳大利亚北部地区热带气旋"NT2006"为例,以宾夕法尼亚州立大学和美国国家气象研究中心联合研制开发的中尺度模式(MM5)为基础,通过轴对称的观点对其登陆后的重新加强进行了数值模拟研究.结果表明,由于"NT2006"的高度不对称性,其"涡热塔"的融合并不呈现明显的轴对称化,因此采用Hendricks的"涡热塔"机制来解释其在陆地上重新加强的机理存在一定困难.通过基于方向平均的绝对角动量面分析,认为Smith的绝对角动量径向辐合机制能较成功地解释"NT2006"在陆地上重新加强和衰减的原因.

    2016年05期 v.44 800-806页 [查看摘要][在线阅读][下载 2012K]
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数理科学与化学

  • 新的无罚函数无滤子的序列二次规划方法

    王波;濮定国;

    对一般的具有等式约束和不等式约束的非线性规划问题,提出了一个无罚函数无滤子的信赖域序列二次规划算法.整个算法分为两个阶段,第一阶段计算可行步,以达到减少约束违反度的目的,第二阶段为优化阶段,以减少目标函数的二次模型为目的.此算法中可行步和优化步是相对独立的,任何减少约束违反度的算法都可以应用,具有更大的灵活性.在合理的假设条件下,证明了算法的全局收敛性和局部收敛性.通过数值实验证实了算法的有效性.

    2016年05期 v.44 807-811页 [查看摘要][在线阅读][下载 157K]
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  • 一些扫帚图的Ramsey数

    余培;陈明;李雨生;

    给定图G,Ramsey数R(G)是最小的正整数N,满足对完全图K_N的边任意红蓝着色,则或者存在红色子图G或者存在蓝色子图G.扫帚图B_(k,m)是将星图K_(1,k)的中心点与路Pm的一个端点黏成一个点得到的树图.由此得到,当k为大于1的正整数时,R(B_(k,2k-1))=4k-2且R(B_(k,4))=2k+3.

    2016年05期 v.44 812-814页 [查看摘要][在线阅读][下载 112K]
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