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

  • 混凝土结构的新发展—组合混凝土结构

    肖建庄;张青天;余江滔;丁陶;李岩;沈军;

    首次提出组合混凝土结构的基本概念,其基本思想是在不同的层次上(材料、构件、结构)组合不同种类的混凝土,对混凝土材料以及结构进行优化设计,从而使其性能提升,更好满足安全性、适用性和耐久性,实现可持续性.围绕这一创新思路,针对组合混凝土梁、柱、板以及框架结构等,对组合混凝土结构的设计与施工原理进行了阐述.最后对组合混凝土结构存在的科学问题及其发展趋势,包括界面设计、3D打印施工与可持续性评价进行了分析与展望.

    2018年02期 v.46 147-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 2238K]
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  • 500 MPa箍筋混凝土梁间接荷载作用下的受剪性能

    周建民;蔡惠菊;刘东;陈阳;

    对3根配置500 MPa箍筋的混凝土梁进行间接加载试验,分析了高强箍筋混凝土梁的受力性能、斜裂缝开展情况以及破坏形态.结合ABAQUS有限元软件研究了剪跨比和配箍率对试验梁抗剪承载力的影响.研究表明:《混凝土结构设计规范》能很好地预测配置500 MPa箍筋混凝土梁在直接加载作用下的抗剪承载力;间接加载梁与直接加载梁相比,抗剪承载力有一定程度的降低,降低因素主要为剪跨比和配箍率;规范中附加横向配筋的构造要求可以有效补偿间接加载作用下高强箍筋梁抗剪承载力的降低.

    2018年02期 v.46 156-161页 [查看摘要][在线阅读][下载 1290K]
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  • H型钢梁与矩形钢管柱平齐端板单向螺栓节点承载力性能

    李国强;段炼;陆烨;张龙;蒋蕴涵;

    对H型钢梁与矩形钢管柱平齐式端板单向螺栓连接节点承载性能进行试验和理论分析研究.通过对3种不同形式的平齐式端板单向螺栓连接节点进行单调静力加载试验,获得了各试件的破坏模式和弯矩-转角曲线,讨论了螺栓破坏、端板破坏、柱壁破坏等3种破坏模式.基于试验现象提出了节点螺栓力理论分布模式,并给出了螺栓强度控制的节点抗弯承载力计算公式.通过将端板和钢梁腹板等效为T形件,得出了端板屈服控制的节点抗弯承载力计算公式.基于试验现象并利用屈服线理论提出了钢管柱壁的屈服线模型,运用虚功原理得出由柱壁强度控制的节点抗弯承载力计算公式.研究表明螺栓、端板、柱壁间的相对强弱关系直接影响节点的破坏模式,理论计算值与试验相比结果偏安全.给出了H型钢梁与矩形钢管柱平齐式端板单向螺栓连接节点的设计准则和建议.

    2018年02期 v.46 162-169页 [查看摘要][在线阅读][下载 1968K]
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  • 国产Q550高强钢高温力学性能试验研究

    李国强;黄雷;张超;

    通过稳态拉伸法对国产Q550高强钢高温力学性能进行试验研究,得到20~800℃下钢材的试验现象、力学性能参数、应力-应变关系曲线,并将所得试验结果与国内外相关规范和研究成果对比.试验表明:不同温度下试件破坏时表面及断口形貌区别明显;300℃后随着温度升高,弹性模量、屈服强度、极限强度下降,应力-应变关系曲线的弹性段和强化段缩短,下降段趋于平缓.450℃内高温对断后伸长率影响不大,此后随温度升高断后伸长率急剧增大.现有钢材高温力学性能参数模型对国产Q550高强钢并不适用.因此,分别采用多项式模型和美国国家标准与技术研究院的钢材高温通用材料模型进行拟合,得到高温下Q550高强钢力学性能参数的数学模型.

    2018年02期 v.46 170-176页 [查看摘要][在线阅读][下载 1711K]
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  • 直角梯形ETFE气枕塑性成形试验与数值分析

    胡洪铭;吴明儿;刘以婷;

    乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜材料具有良好的塑性性能,利用这一性能,ETFE气枕可以进行基于平面裁剪的塑性成形.制作了两个直角梯形ETFE气枕模型,设计了气枕充气泄气压力控制系统,对两个气枕分别进行充气成形试验和循环充气加载试验,利用激光位移计对膜面位置进行测量.试验结果表明,经过2kPa内压的塑性成形,得到的两个气枕的矢跨比分别为1/9.4和1/10.3,成形过程使ETFE薄膜材料发生强化.采用多折线各向同性强化的弹塑性材料模型模拟ETFE薄膜,通过ANSYS软件进行了气枕成形以及循环加载的数值分析,并对数值分析结果与试验结果进行了对比分析.

    2018年02期 v.46 177-181页 [查看摘要][在线阅读][下载 1164K]
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  • 电石渣/偏高岭土固化铜污染土淋滤特性试验

    陈永贵;朱申怡;谭邦宏;潘侃;

    针对不同配比的电石渣/偏高岭土固化铜污染土,进行毒性浸出试验(TCLP淋滤试验),分析固化剂掺量对淋滤特性的影响规律,优选确定了电石渣和偏高岭土固化铜污染土的最佳配比,对类似实际工程具有借鉴意义.结果表明,电石渣掺量增加会使浸出液pH增加而Cu~(2+)浓度下降,但当电石渣掺量超过9%以后滤出液的Cu~(2+)浓度则无明显改变;偏高岭土掺量增加会使滤出液pH略微下降,而Cu~(2+)浓度先下降后上升.基于试验结果,优选电石渣掺量为10%、偏高岭土掺量为5%时,地聚合物对2%铜污染土的固化/稳定化效果最好.

    2018年02期 v.46 182-187页 [查看摘要][在线阅读][下载 1959K]
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  • 结合台风模拟混合气候下分风向极值风速估计方法

    全涌;张秉超;顾明;

    采用Monte Carlo方法分别获取台风和良态风气候的极值风速样本.其中,台风气候极值风速采用Yan Meng台风模型进行模拟,而良态风气候则是对气象站风速数据拟合极值分布后再模拟一定数量的极值数据,然后对两者进行组合.最后,结合风速风向分布模型提出一种考虑风向的极值风速估计方法.利用该方法对上海地区极值风速设计值进行了估算,并讨论了其特性.模拟结果不仅同时展现台风和良态风两种气候的极值分布形态,还表明了受台风影响的地区各个风向上极值风速具有一定程度的相关性.

    2018年02期 v.46 188-194页 [查看摘要][在线阅读][下载 1788K]
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交通运输工程

  • 水泥混凝土路面传力杆应力分析力学模型

    姚尧;谈至明;朱唐亮;肖建;

    应用三维有限元模型分析水泥混凝土路面中传力杆与水泥混凝土的接触状况,并基于弯曲刚度等效原则将传力杆和水泥混凝土面层系统简化为双层梁结构.计算结果表明,弹性地基上双层梁结构可很好地描述水泥混凝土路面的挠曲效应,而接缝处的双层梁相对位移、转角、以及挤压应力合力与三维有限元解的差异,只需对双层梁层间竖向反应模量进行修正即可;随后,总结归纳了相对位移、转角及挤压应力合力修正系数的回归式,讨论给出了接缝传力杆的抗剪刚度与抗弯刚度的计算式,并指出传力杆的传递弯矩的能力很小可忽略.最后,计算分析了梁端部作用集中荷载时,有基层的地基梁接缝传荷问题,指出在接缝抗剪刚度相同条件下,基层存在可使接缝两侧挠度比增大,接缝传递的剪力减小.

    2018年02期 v.46 195-200页 [查看摘要][在线阅读][下载 1466K]
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  • 右转圆曲线处避险车道流出角度与引道长度

    宋灿灿;郭忠印;方勇;

    采用UC-win Road 9.0驾驶仿真平台,对设置于右转圆曲线的紧急避险车道的流出角与引道阈值进行研究.选择方向调整时间、最小转向半径、方向盘转角幅值、方向盘转角频率4个指标对16名驾驶员驶入避险车道的数据进行回归分析,确定各指标与圆曲线半径的定量关系模型.随后,通过二阶聚类的方法缩小了流出角度与引道的设置范围.最后,考虑车辆的横向行驶稳定性,确定了避险车道的设置参数.建议将紧急避险车道设置于半径1 000m及以上的主线处,流出角0°~5°,引道6s设计行程.条件困难时,紧急避险车道可设置于半径600~1 000m的曲线处,流出角0°~5°,引道为9s设计行程,流出角5°~10°,引道为12s设计行程.

    2018年02期 v.46 201-207页 [查看摘要][在线阅读][下载 1997K]
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  • 考虑货车因素的高速公路短期交通流风险预测

    张兰芳;赵焜;

    基于G15上海段的交通流数据和交通事故数据,研究货车比例较高且货车事故率较高的高速公路短期交通流风险预测模型.分别选取整体交通流参数、货车交通流参数和综合参数作为特征变量,通过支持向量机进行建模,运用遗传算法对模型参数进行寻优,建立不同时间段、不同风险特征变量的分类模型并对比分析.结果表明事故发生前5~10min的模型预测精度最高.当加入货车因素时,总体的预测精度提高7.1%,事故预测精度提高6.1%,误报率降低4.7%.采用平均影响值法进行货车因素对预测结果的影响程度分析,表明货车因素对于预测模型有较大影响.该研究模型可用来开发交通安全预警系统,为高速公路货车安全管理提供理论依据.

    2018年02期 v.46 208-214页 [查看摘要][在线阅读][下载 1429K]
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  • 满足客流需求的地铁列车延误协同调整方法

    刘峰博;徐瑞华;江志彬;

    以尽快疏散客流为出发点,提出协同调整城市轨道交通初始延误列车前方列车的方法.基于列车能力与客流需求的交互关系、运行约束和调整时间约束,协调考虑车内乘客和站台乘客,以全部乘客总旅行时间最小为目标建立了整数规划模型,并构建多列车、多车站时刻调整的组合动态规划求解算法.实例验证结果表明了模型与算法的有效性,与其他方法相比,该协同调整方法得到了更少的乘客旅行时间.

    2018年02期 v.46 215-221页 [查看摘要][在线阅读][下载 2412K]
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  • 地铁扣件锚固螺栓断裂原因分析

    肖宏;王嘉斌;崔旭浩;

    针对部分地铁线路扣件锚固螺栓发生断裂、影响运营安全的问题,开展了现场测试,获得了螺栓扭力矩与轴力间的关系.基于实测数据,考虑弹簧垫圈的空间形状不规则性、接触应力的非均匀性,以及不同部件间的非线性接触作用等,建立精细化扣件螺栓有限元模型,分别对安装单、双弹簧垫圈时螺栓各部件的力学特性进行对比分析,结果表明:采用双垫圈较采用单垫圈,由于在压紧状态下还能提供剪切变形,螺栓轴力在列车荷载作用下增幅小,破坏的可能性大大降低;由于弹簧垫圈的特殊形状,螺帽与垫圈局部接触位置存在应力集中、螺帽受到较大偏载作用,是螺栓与螺帽结合位置易产生裂纹并扩展破坏的重要原因,该分析结果与现场实际情况相吻合.

    2018年02期 v.46 222-227页 [查看摘要][在线阅读][下载 2215K]
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机械、车辆与能源工程

  • 基于信息熵和Lempel-Ziv的生产线复杂性测度与线平衡

    范国良;李爱平;刘雪梅;徐立云;

    生产过程中的不确定因素常常造成生产线各工作站工作负荷不均,整线生产节拍紊乱甚至出现瓶颈工位等问题,最终导致平衡失效.针对此问题提出作业元素复杂度、工作站复杂度和整线复杂度测度方法,建立以平衡率最高、复杂度均衡指数最小和整线复杂度最小为目标的多目标优化模型,设计生产线平衡算法求解作业元素最优划分,并应用实例对方法进行验证.研究结果表明,该方法能够在保证生产线平衡率最高的同时,均衡工作站间复杂度差异和降低整线复杂度,避免不确定因素累积而导致生产线平衡失效,提高生产系统鲁棒性.

    2018年02期 v.46 228-234页 [查看摘要][在线阅读][下载 1264K]
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  • 旋转直接驱动电液压力伺服阀稳定性分析

    原佳阳;訚耀保;陆亮;方向;夏飞燕;

    针对最新研制的旋转直接驱动电液压力伺服阀(RDDPV)出现输出压力振荡问题,建立了数学模型和简化框图,得到了RDDPV稳定性判据,并提出了解决方案.RDDPV取消了传统压力伺服阀的机械和液压反馈,采用马达转角内闭环和输出压力外闭环的电反馈伺服控制.研究表明,当阀芯处于进回油口中间位置附近,稳态液动力表现为阀芯位移的正反馈作用,导致整阀机械液压部分刚度为负,稳定性差,此时,马达转角内闭环电反馈刚度对整阀稳定性至关重要.数值模拟和试验表明,增加马达转角电反馈系数,增加了伺服阀电反馈刚度,提高了伺服阀的稳定性.

    2018年02期 v.46 235-240页 [查看摘要][在线阅读][下载 1326K]
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  • 基于细胞培养的新型微流体加热器的开发与应用

    张艳秋;陶文铨;李卓;

    设计开发一种新型功能化的二维微流体加热器系统,用于哺乳动物细胞(Hela)的灌注培养及生长过程中的实时监控.该装置在无培养箱的条件下,可以为细胞提供生长所需的温度环境.采用聚二甲硅氧烷(PDMS)及多层控制阀门制作微流体通道,与采用镀有金和铬的玻璃片制作的加热片高度集成,构成一个加热片上具备9个加热单元的装置.通过阀门控制,装置各单元独立工作,控制各腔室细胞接种及排出.该系统可以为各腔室培养的细胞提供稳定及均匀的温度(37℃),培养结果显示所培养细胞生长状况良好,表明该装置具有较好工作性能.

    2018年02期 v.46 241-246页 [查看摘要][在线阅读][下载 2331K]
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  • 现代有轨电车碰撞脱轨影响因素

    杨利军;张超;周和超;詹军;

    运用多刚体动力学理论对有轨电车与汽车在平交道口的碰撞进行仿真分析.研究结果表明有轨电车在平交道口受到汽车以20km·h-1的速度侧面撞击时,有轨电车的最大脱轨系数达到1.63,超过标准GB5599—1985中规定的第一限度(1.2),具有较大的脱轨风险.此外,撞击后有轨电车的动态响应以及脱轨风险在很大程度上受到碰撞边界条件的影响.当汽车撞击有轨电车前后两端头车时,被撞击车辆承受的横向碰撞力仅能通过一侧的车间铰接结构向其他车辆进行传递,导致有轨电车脱轨系数较高.随着汽车质量和撞击速度的增加,碰撞力显著增加,有轨电车的脱轨系数也逐渐加大.当有轨电车撞击点与车体质心间距的逐渐加大,被撞击车辆除了承受剧烈的横向冲击还产生一定的摇头运动,加剧有轨电车碰撞后脱轨的风险.轮轨摩擦系数由于雨雪等天气因素降低时,一方面车辆所需要的制动距离明显增加,更容易造成碰撞事故的发生;另一方面钢轨对于车轮运动的抑制作用减弱,加大了有轨电车脱轨的风险.

    2018年02期 v.46 247-252+259页 [查看摘要][在线阅读][下载 1641K]
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  • 基于轮径差函数的曲线钢轨打磨廓形设计

    毛鑫;沈钢;

    为改善打磨质量,提高打磨后车辆运行品质,提出了一种基于直接反推方法的铁路钢轨打磨廓形的设计方法,该方法以优化打磨后的轮径差函数为核心目标,以预期的轮轨接触分布为设计边界条件,实现了通过设计轮径差函数直接反推钢轨打磨廓形的算法设计,并经编制的算法程序校验了该方法的可行性.该方法既可针对两股钢轨同时设计,也可针对单股钢轨进行设计,同时能够通过调整设计轮径差和预期接触分布满足不同的打磨需求.

    2018年02期 v.46 253-259页 [查看摘要][在线阅读][下载 1406K]
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经济与管理科学

  • 多因子模型下担保债务凭证拉普拉斯定价方法

    马卫锋;张峻嘉;孙丽华;

    担保债务凭证(CDOs)的基础资产池复杂相关性通常需要多因子Copula模型拟合,但Monte Carlo模拟对于多因子模型的计算效率不高,难以准确估计大额损失事件的发生概率及预期损失.Laplace逆变换数值方法适用于风险管理中的多因子Copula模型,通过逆变换数值方法计算资产条件损失的Laplace变换卷积,得到资产池损失分布,对任意阈值y,该方法同时适用于估计违约概率P(L>y)及期望值E[L∧y],数值实验表明该方法对小概率事件的估计效率有很大提升.

    2018年02期 v.46 260-263+280页 [查看摘要][在线阅读][下载 1281K]
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  • 周期环境下集装箱码头资源分配的动态干扰管理

    韩笑乐;钱丽娜;陆志强;

    在周期性环境下,考虑船舶到港时间及市场需求的不确定性,运用动态干扰管理方法,协同调度集装箱进出口码头各项资源.在现有周期性模板前提下,提出基于两阶段近似优化的动态决策框架,包括第一阶段需执行的固定性决策及第二阶段基于场景的可调整预决策,最小化时间与空间加权偏差,减小作业执行的波动.基于提出的决策框架,设计双层嵌套禁忌搜索算法,对模型和算法的有效性进行验证.数据实验表明相比较于传统的方法,考虑加权目标的两阶段动态决策思路能够更好地应对干扰事件产生的影响.

    2018年02期 v.46 264-272页 [查看摘要][在线阅读][下载 1585K]
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  • 基于群组评价的深基坑工程方案优选研究

    程鸿群;姬睿;杨洁;程鸿斌;佘佳雪;

    深基坑工程方案的优选需要业主、设计、施工、监理和社会参与方通过群组协商实现.基于深基坑工程特点和群组评价理论,针对当前深基坑工程方案评价规则构建缺失的问题,在决策个体权重分配与修正、异质主体有效性判断及群组信息集成等方面构建评价规则,同时以三元区间数处理模糊信息.在此基础上对方案进行评价,得到方案群组评价值,并据此进行方案的优劣排序.实例验证了该评价规则的合理性与可行性,可为基于群决策的深基坑工程方案优选提供更合理的方法与依据.

    2018年02期 v.46 273-280页 [查看摘要][在线阅读][下载 1357K]
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  • 《同济大学学报(自然科学版)》2017年工作报告

    <正>2017年,《同济大学学报(自然科学版)》在论文学术质量、期刊影响力、新媒体传播等方面在我国自然科学综合类学术期刊中继续保持领先水平,期刊影响力指数(CI)在我国大学学报(自然科学版)和综合类科技期刊中排名第4,被评为"2017年中国国际影响力优秀学术期刊",编辑部也被评委"2017年中国高校科技期刊优秀团队"。

    2018年02期 v.46 144+281页 [查看摘要][在线阅读][下载 1042K]
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