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模块化球形多面体网壳结构风压分布
张伟;范增;王晓东;于英霞;李明玉;模块化单层球形多面体网壳结构考虑风荷载设计时,使用的是理想旋转壳模型的风荷载体型系数,此种计算方法的风压分布结果与结构承受风荷载的实际情况存在差异。本文首先采用数值模拟仿真方法,对直径11.3 m模块化膜式单层球形多面体网壳结构进行均匀稳定流动的风压分布研究。接着,选择计算的重整化群k-ε(renormalization group k-ε,RNG k-ε)湍流模型的风压分布结果,与风洞试验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的可靠性。最后,对模块化球形网壳结构最大设计风速(67 m/s)下结构的风荷载分布规律进行了研究。结果表明:结构表面风压呈条形分布,最大正压力出现在迎风面中下部,最大负压力出现在结构侧面顶端;经向60°与经向90°的风压曲线拟合度较高,而经向30°的风压曲线存在一定波动;风速67 m/s的风压分布规律大致与中低风速下相同,风压显著增加。研究结果可为模块化球形多面体网壳结构的风荷载设计提供借鉴。
干湿循环下改良洛阳膨胀土力学特性
马建军;张玉刚;王超圣;程树凯;赵明冲;为探究水泥对洛阳膨胀土的改良效果,揭示干湿循环下洛阳膨胀土强度劣化规律及裂隙演化特征,对干湿循环下不同水泥占比的洛阳膨胀土进行了室内试验,引入灰色关联度和随机森林方法,建立膨胀土宏观-细观分析模型。结果表明:掺入水泥改变了洛阳膨胀土土体组成成分,显著降低了自由膨胀率,水泥掺量(质量分数)为6%时,膨胀土转化为非膨胀土。随着水泥掺量的增加,膨胀土的密实度、无侧限抗压强度和弹性模量均先增后减,试样由塑性破坏向脆性破坏转变。随着干湿循环次数的增加,改良膨胀土的强度和弹性模量均呈非线性递减趋势并趋于稳定。确定最佳水泥掺量为6%。裂隙指标与抗压强度明显相关,其中平均裂隙宽度关联性最强。建立随机森林模型进行回归分析,模型预测结果准确,效果优异。
T型钢连接仿古建筑钢结构边节点抗震性能
范利丹;郭拯毓;王新武;余永强;吴占景;孙海粟;张丁立;贾新圆;为了研究古建筑双梁-柱结构中,分体式单边高强螺栓和T型钢连接圆钢管柱-H型钢梁柱边节点的抗震性能,开展了2个不同T型钢厚度连接仿古建筑钢结构柱边节点的拟静力试验。通过试验,获取了T型钢连接仿古建筑钢结构边节点的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能和延性等抗震指标,分析了不同T型钢连接件厚度对双梁-柱节点的破坏模式、抗弯承载力和转动刚度退化的影响。采用ABAQUS软件数值模拟进一步探究T型钢连接件翼缘和腹板厚度对节点的影响。结果表明:2个节点模型的滞回曲线均呈“梭”形,且具有一定的捏缩现象;由于T型钢连接件厚度的增加,节点的初始刚度增加23.93%。参数化分析中,通过改变单一变量T型钢连接件翼缘或腹板的厚度相比较,翼缘的增厚对节点影响较大,适当增加翼缘厚度可以更有效的提高T型钢连接件强度。该类节点在地震中较为适用。
大跨径重型钢箱梁整体智能提升工程关键技术
徐红玉;栗明亮;朱书红;李文杰;以福宜高速小屯特大桥项目为工程背景,探讨了大跨径重型钢箱梁整体智能提升施工中的关键技术,采用有限元法研究了钢箱梁同步提升状态和不同步提升状态下的力学性能,结合现场监测数据分析了钢箱梁提升状态下的力学特性。结合试提升、微动提升等施工方法,提出了避免出现极端状态的钢箱梁整体智能提升方案,在现有同步提升液压系统的基础上增加对位系统,实现钢箱梁空中姿态和各构件应力的精准控制,可为同类工程施工提供一定参考。
变刚度连接装配式剪力墙的抗震性能试验
张伟;朱元泽;查支祥;王韬;杜鑫蕾;谢镭;采用有限滑移螺栓和阻挡框架,设计了2种变刚度连接的剪力墙,并进行了拟静力压剪试验,探讨该连接方式对剪力墙抗震性能的影响。结果显示:2种变刚度连接设计都能够有效实现分段工作机制,滞回曲线呈现梭形,整体抗震性能优异。采用有限滑移螺栓和阻挡框架的变刚度剪力墙与传统波形钢板剪力墙相比,层间位移角2%时的承载力提高了47%。只采用阻挡框架的变刚度设计剪力墙在承载力缓慢下降后,出现2次回升的丘陵形“双峰”现象,使结构具备更稳定的耗能性能,在层间位移角4%时承载力2次上升幅度达到26%。
适量施硒缓解高浓度聚丙烯纳米塑料对紫花苜蓿的胁迫
孙平;郑鑫淼;朱文琰;郭紫瑞;李捷;徐世晓;本研究旨在探究硒元素对聚丙烯纳米塑料(PP-NPs)胁迫下紫花苜蓿(Medicago sativa)生理响应的调控机制及修复效应,为微塑料污染土壤的植物修复提供理论依据。采用盆栽试验,构建PP-NPs(100 nm,1%)与土壤硒质量比梯度(0,0.4,0.8,1.2,1.6 mg·kg-1)的互作模型,系统评价了紫花苜蓿(75d生长周期)的生长指标、叶绿素含量、光合参数、营养品质及根系参数的响应。结果表明:PP-NPs添加对紫花苜蓿的株高、地上生物量、净光合速率、气孔导度、叶绿素a含量及叶绿素b含量均有显著抑制作用(P<0.05),分别降低9.8%,3.3%,35.4%,49.5%,11.3%和10.7%;硒添加可以缓解PP-NPs的毒害作用,显著提高紫花苜蓿的净光合速率和叶绿素含量(P<0.05)。通过地上生物量、干物质含量、粗蛋白含量、酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量等5个指标,建立基于主成分分析的隶属函数评价体系,量化得出1.2 mg·kg-1硒处理在综合指标上表现最优。研究结果表明硒通过光合增益与根系构型重塑在PP-NPs污染下提高紫花苜蓿的抗逆性与生产力,这为微塑料污染农区优质饲草生产提供了新的技术路径。
基于改进PointNet++的奶牛乳头参数自动检测方法
孙军蕊;赵凯旋;王锦锦;高颂;年悦;江世界;奶牛乳头参数是线性评分的重要组成部分,但由于乳头目标较小且形态复杂,为实现多个乳头参数的快速精准检测,本文提出了基于改进PointNet++网络模型的奶牛乳头线性评分参数自动检测方法。首先,利用Kinect DK相机获取奶牛场景的RGB-D数据,并基于融合深度信息的ORB-SLAM2算法实现三维重构。然后,针对奶牛乳头目标小、分割难的特点,引入Heatblock注意力机制提升PointNet++网络模型对乳头的分割精度。最后,采用点云处理和主成分分析方法计算奶牛乳头长度、前后乳房高度差以及前后乳头间的距离等参数。结果表明:改进模型分割精确率达95.7%,平均交并比为80.2%,奶牛乳头参数误差均小于3.85%。该方法具有自动化程度高、精度高且对奶牛应激小的特点,能够满足奶牛乳头参数自动检测的使用需求。
单体大幅宽铧式犁犁体曲面仿生减阻设计与试验
周浩;秦志宇;王学振;王升升;李康泰;邓国梁;闫海波;为解决铧式犁耕作犁耕阻力大和能耗高的问题,以穿山甲鳞片和鲨鱼盾鳞结构为仿生原型,设计一种耦合仿生铧式犁犁体曲面。以摩尔-库仑土壤剪切理论为基础,通过理论分析明确了犁耕阻力的组成及作用机制,重点针对土壤与犁体表面的摩擦阻力开展仿生减阻。通过离散元仿真与田间试验相结合的方法,验证了耦合仿生铧式犁犁体曲面的减阻效果与仿真结果的可靠性。仿真结果显示:在1.5m·s-1的耕作速度和150 mm的耕作深度下,耦合仿生铧式犁较传统铧式犁减阻14.75%,土壤扰动面积增加4.22%,表明耦合仿生铧式犁犁体在显著降低犁耕阻力的同时,保证了对土壤的有效扰动。田间试验结果显示:耦合仿生铧式犁较传统铧式犁减阻13.57%,土壤扰动面积增加2.62%。田间试验结果与仿真结果高度吻合,验证了仿生设计的减阻效果与仿真模型的可靠性。研究结果为单体大幅宽铧式犁犁体的曲面减阻设计提供了理论依据与技术方案。
间隙式消能防落梁一体化装置设计及试验
雷广义;李冲;申丹阳;贾俊峰;王志强;为解决中小跨径梁桥在强震下主梁位移过大和落梁的问题,提出一种间隙式消能防落梁一体化装置,目的是实现中小震下的消能减震和强震时的限位功能,以及满足正常使用时温度作用下的小位移需求。首先,通过变幅循环加载试验研究了装置的滞回行为,分析其耗能效果。然后,通过低速和快速性能试验探究了装置阻尼力与加载速率的关系。之后,通过疲劳试验验证了地震作用下装置的疲劳性能。最后,研究了不同摩擦材料对装置力学性能的影响。结果表明:所提出的消能防落梁装置滞回曲线饱满,耗能稳定。聚四氟乙烯材料表现出较好的稳定性,各加载速率条件下装置阻尼力基本无变化,但阻尼力较小。相反,所选择的2种聚酯类材料均可产生较大的阻尼力,但装置阻尼力随加载速率增大而下降,最大下降幅度分别为13.4%和24.1%,且在疲劳试验中阻尼力下降约21.3%和28.4%。所提出的新型防落梁装置,间隙特征明显,降低了对摩擦材料耐久性的要求,可为减震限位装置提供更经济的选择方案。