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集中荷载下矩形管翼缘组合梁侧扭屈曲研究
2025,42(5):1-9,38, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.001
摘要：
为研究集中荷载下跨中设置扭转支撑矩形管翼缘组合梁的稳定性能,采用"板-梁理论",建立了矩形管翼缘组合梁的弹性侧扭屈曲总势能方程,选取位移函数,运用能量变分法求解其屈曲方程,得到了矩形管翼缘组合梁弹性侧扭屈曲临界弯矩解析解。采用1stOpt软件,考虑多参数的影响,对不同截面尺寸、跨度、扭转支撑刚度下组合梁的弹性侧扭屈曲临界弯矩进行拟合,获得有无扭转支撑的组合梁弹性侧扭屈曲临界弯矩的计算公式,并与有限元分析结果进行对比,相对误差在5%以内,验证了计算公式的精确性。最后,分析混凝土强度、腹板高厚比、跨高比和上翼缘含钢率等参数对矩形管翼缘组合梁稳定性能的影响规律。研究发现,随着扭转支撑刚度的增加,组合梁的弹性侧扭屈曲临界弯矩逐渐增大,梁的稳定性得到提高;当扭转支撑刚度达到门槛刚度时,组合梁的弹性侧扭屈曲临界弯矩不再提高;改变混凝土强度或腹板高厚比不会使梁的弹性侧扭屈曲临界弯矩产生明显变化,而减小跨高比或提高上翼缘含钢率会明显增加该类组合梁的弹性侧扭屈曲临界弯矩。
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基于改进CNN和图像处理的钢梁裂缝识别方法
2025,42(5):10-18, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.002
摘要：
裂缝检测是结构健康监测的重要内容之一,为实现复杂背景下钢梁裂缝的定性分析,提出一种基于改进卷积神经网络和数字图像处理的裂缝损伤定位和裂缝图像分割两阶段检测方法。第一阶段通过构建多尺度卷积神经网络来识别复杂背景下的裂缝图像,该网络由多尺度卷积模块Inception与残差模块组成,其中,多尺度卷积模块Inception包含1×1、3×3、5×5三种不同尺寸的卷积核,用于图像的多尺度特征提取,在残差模块中引入卷积层和非线性激活函数以增强跨层融合能力进而提取更深层次的特征。采用Grad-CAM可视化分析突出多尺度卷积神经网络的预测依据,证明其分类性能和判别依据。第二阶段,针对识别的裂缝图像,提出图像滤波去噪、阈值分割分离裂缝像素和形态学处理优化分割结果的组合流程对裂缝进行像素级别的分割与提取,以人工标注的像素标定结果作为真实标签评估图像分割的识别结果。在数据集上的训练结果表明:多尺度卷积神经网络对钢梁裂缝图像的识别准确率可达98.8%,提出的图像处理组合流程最大交并比为0.819,可较好地对裂缝进行分类和提取。
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钢支护对管幕预筑结构构件受弯性能的影响
2025,42(5):19-27, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.003
摘要：
管幕预筑工法作为一种新型的地下浅埋暗挖技术,其优秀的安全性和实用性得到越来越多的关注与发展。但对其受力性能缺乏全面、系统性的研究,尤其在受弯性能方面。为进一步探究管幕预筑结构的受力性能,设计两个受弯构件进行两点加载试验,将试件中的对焊钢筋等效为钢管幕预筑结构钢板之间的钢支护,以钢支护的设置为参数,对管幕预筑结构的受弯性能进行了试验研究,为了充分研究钢支护对管幕预筑结构受弯性能的影响,运用有限元软件建立管幕预筑结构构件的有限元模型;通过与试验结果对比验证有限元模型的正确性。以此模型为依据,分析钢支护的直径和位置对管幕预筑结构受弯性能的影响。研究结果表明,钢支护与钢管幕之间的牢固焊接可有效阻止钢板与混凝土的分离,提高试件的受力性能;钢支护的直径对试件抗弯承载力有较大影响;钢支护的位置对试件的抗弯承载力影响较大,实际工程中应尽量将钢支护设置在等截面范围内、靠近截面高度突变的位置处。
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高韧性混凝土加固普通混凝土砖墙抗震性能研究
2025,42(5):28-38, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.004
摘要：
砌体结构具有抗拉、抗剪、抗弯及抗震性能差等显著特点,为提高砌体结构抗震性能,试验团队采用机制砂高韧性混凝土(MSHDC)作为结构加固特种材料,该材料具有高延性、高强度等显著性能,通过在砌体试件表面压抹面层加固方法,提高砌体结构加固后的承载能力及抗震性能。试验共制作了四片砌体墙,墙体材料为普通混凝土砖+水泥砂浆,试验空白组和试验条件组采用未加固、35 mm厚钢筋网水泥砂浆单面加固和15 mm厚MSHDC单、双面加固等方法分别对同期制作的砖墙进行加固,通过低周往复荷载试验探究MSHDC面层对砌体结构抗震加固效果。结果表明,未加固的墙体在低周往复荷载作用下呈无预兆、延性差的脆性剪切破坏,MSHDC面层加固墙体破坏形态呈有预兆的、延性较好的剪压破坏;同时,MSHDC面层加固可以有效增强墙体抗压承载能力、变形能力、刚度、延性和耗能能力。相较于未加固试件,MSHDC双面加固试件的极限荷载、延性分别提升了44%、49.4%,增强效果都为最强, 综合评判,MSHDC双面加固方法对墙体抗震性能的增强效果最强,MSHDC单面加固方法最弱。
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磷石膏基发泡建筑石膏的制备与性能研究
2025,42(5):39-45, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.005
摘要：
为探究不同配合比对磷石膏基发泡建筑石膏物理力学性能的影响规律,提高磷石膏的资源化利用率,试验采用单因素试验分析和微观形貌检测方法,系统研究了三种不同配合比下的磷石膏基发泡建筑石膏的物理力学性能、热学性能和孔隙结构。利用扫描电镜(SEM)深入观察并分析了不同配合比下的磷石膏基发泡建筑石膏的微观形貌和各组分之间的相互作用机制,揭示了微观结构与宏观性能变化之间的内在联系。试验结果表明:磷石膏基发泡建筑石膏的表观密度和力学性能随发泡剂掺量的增加而减小;最佳配合比:磷石膏掺量为60%、水泥掺量为20%、矿渣粉掺量为10%、石膏晶须掺量为10%、缓凝剂掺量为胶凝材料的0.1%、水固比为0.5。与之对应的最优的十二烷基硫酸钠(K12)发泡剂掺量为12.5%,由其制备的磷石膏基发泡建筑石膏的绝干强度达到最优水平;SEM试验表明,石膏晶须填充了晶体搭接之间的孔隙,使试块的密实度提高,且石膏晶须在试块的微缝处形成搭接,阻碍了微裂缝的产生和扩张,改善了试块的内部孔隙结构,提高了磷石膏基发泡建筑石膏的综合性能。
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聚乙烯醇水凝胶改良红黏土强度特性研究
2025,42(5):46-53,70, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.006
摘要：
以红黏土为研究对象,聚乙烯醇(PVA)为改良材料,通过直剪和无侧向抗压强度试验,研究了不同PVA浓度和养护龄期对红黏土强度的影响,并利用扫描电镜观察了改良土的微观结构。结果表明:在各养护龄期相同的条件下,红黏土的黏聚力和无侧限抗压强度均随着PVA浓度增加呈先增大后减小的趋势,内摩擦角随着PVA浓度的增加未呈现出明显的变化规律,但均大于红黏土的内摩擦角。取浓度为3%PVA改良红黏土抗剪强度和无侧限抗压强度的效果比较理想。微观测试表明:PVA与土颗粒反应,形成高弹性、高强度的立体丝网状结构,搭接于孔隙间。低浓度的PVA所形成的网状结构不完整,黏结力弱,随着浓度的提升,网状结构逐渐完整,更能有效限制土颗粒的移动,从而提高土体的抗剪和抗压强度。然而,较高浓度的PVA导致水凝胶黏度增大,影响其与红黏土的均匀混合,不利于PVA与土颗粒接触,减弱了网状结构与土颗粒的连接,反而降低黏聚力和无侧限抗压强度。
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强侧风下山区高墩桥梁上货运汽车气动效应分析
2025,42(5):54-61, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.007
摘要：
为系统开展侧风作用下山区高墩桥梁上货运汽车的气动特性研究,通过数值模拟手段揭示不同侧风强度、不同桥梁位置、不同货车类型的气动参数变化规律。利用 Catia 软件完成货运汽车的精细化三维建模,还原车身尺寸、货厢形态及重心分布等关键结构特征;借助Global Mapper 软件导入山区高墩桥梁所在区域的地形高程数据,结合桥梁设计图纸构建包含桥墩、桥面、周边山体的地形-桥梁模型,最终整合形成"车辆-地形-桥梁"耦合计算模型,确保模型能真实反映山区复杂地形与桥梁、车辆的空间位置关系。利用Starccm+软件进行仿真模拟。通过变化车辆位置以及侧风风速,研究静止在山区高墩桥梁上的货运汽车的气动荷载变化规律和外流场特性以及车辆的气动效应。研究表明:侧风环境下,货运汽车静止在山区高墩桥梁上时,其安全性主要受到侧向力、侧倾力矩以及横摆力矩的影响,因此货运汽车在距离桥头5、200 m时安全性相对较低。在桥梁上的相同位置,货运汽车的气动荷载随着风速的增加而增大。
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基于车-桥耦合方法的曲线桥疲劳寿命研究
2025,42(5):62-70, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.008
摘要：
为了评估混凝土曲线桥梁在多工况影响下的疲劳性能,建立车辆和桥梁两个子系统的振动方程。利用模型接触点的位移协调条件和力学平衡条件建立车-桥耦合振动方程,利用有限元模型模态分析,将一阶频率、二阶频率、耦合模型计算出的跨中挠度位移与实测数据进行对比,校验模型可靠性,考虑温度、车辆行驶速度、桥面不平顺等工况,基于有限元分析软件Ansys进行了车辆荷载作用下混凝土曲线桥动力响应分析,确定了模型疲劳危险点,并获得不同工况下的等效应力数据。根据雨流计数法对应力数据进行统计处理,基于断裂力学理论确定了曲线桥梁主要构件初始裂纹长度、断裂类型、临界裂纹长度、混凝土曲线桥梁裂纹扩展寿命计算方法。研究提出了以疲劳分析为目标的车桥耦合振动响应分析方法、曲线桥梁疲劳剩余使用寿命评估方法,解决了不同工况对疲劳剩余使用寿命的影响等问题。结果表明:裂纹扩展呈现初期缓慢、后期加速的指数型增长特征;车辆行驶位置和温度梯度对疲劳寿命影响显著,而桥面不平顺等级变化影响相对较小。
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结构下穿隧道地表沉降变形解析预测方法
2025,42(5):71-78, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.009
摘要：
考虑地表建(构)筑物结构荷载作用下隧道开挖引起的地表沉降,将结构荷载等效简化为均布荷载,分别针对半空间结构荷载作用下围岩的变形场与半空间无荷载下埋隧洞建立解析模型,根据两个模型的计算结果预测结构下穿隧道条件下的地表沉降变形。对于半空间结构荷载作用下围岩的变形场,通过对地表施加的均布荷载进行积分,得到半空间的应力分布解答式,进而计算得到半空间由建筑物荷载引起的位移场分布。对于半空间无荷载下埋隧洞,基于浅埋隧道问题的简化形式,采用Airy应力函数得到半无限空间中隧道开挖引起的位移场表达式。在两个解答的基础上,得到地表建筑物荷载影响下下穿隧道引起地表沉降变形的解析解。通过该解析预测结构荷载与隧道开挖共同作用下的地表沉降特征,并绘制沉降曲线分析地表沉降规律,将理论计算的沉降变形与实测沉降数据进行比较。结果显示,计算值与实测值相对误差为3.9%,证明计算模型能够较好描述建筑物荷载和隧道开挖的耦合效应,验证了计算模型的准确性与适用性。
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隧道破裂围岩抗剪力学性能分布规律研究
2025,42(5):79-85,112, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.010
摘要：
为探究隧道破裂围岩剪切力学性能随距离隧道边墙不同深度的变化规律,采用现场测试与数值模拟相结合的方法开展研究。首先,基于窗口法建立了隧道围岩表面裂隙网络模型;然后,采用钻孔摄像获取距离隧道边墙不同深度位置的裂隙分布图像,对不同深度位置的裂隙网络参数进行优化,将围岩由表面到内部分为5个区域,得到了破裂围岩从表面到内部的裂隙网络优势组的直径和体密度变化规律;随后,采用离散元数值软件PFC3D建立不同区域破裂岩体模型,开展直剪试验获得剪切力学参数,结果表明黏聚力随着深度的增加逐渐增大,与6~8 m深度相比,8~10 m深度黏聚力呈继续增大趋势,而内摩擦角开始趋于稳定,且随着深度的增加而略微减小,采用双孔声波测试法对围岩剪切力学性能参数分布规律进行了验证;最后,基于直剪试验中对不同深度处岩体剪切力学参数的研究,采用数值模拟方法构建不同围岩区域数量的隧道模型,将围岩按深度划分成代表不同剪切力学参数的区域,并对赋予不同力学参数下的隧道变形情况与现场监测结果进行对比分析,结果表明,划分更多区域的隧道模型的拱顶沉降值与拱脚水平收敛值更符合现场实际情况。
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基于双分支残差网络的人脸年龄估计
2025,42(5):86-94, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.011
摘要：
针对现有卷积神经网络难以捕捉人脸长距离依赖关系的问题,提出一种基于大卷积核的双分支残差网络,并用于人脸年龄估计。为突破传统小卷积核感受野较小的局限,首先,采用大卷积核对深度学习模型(ResNet)的残差模块进行改进,以此扩大网络的有效感受野,从而更高效地捕捉人脸图像中的全局信息与长距离依赖关系。其次,考虑到人脸细微特征对年龄估计的关键作用,引入细节下采样模块,该模块能在网络初始阶段最大程度减少细节信息的丢失。在网络结构设计上,创新性地将ResNet的原始残差模块与改进后的大卷积残差模块进行并联,构建形成双分支残差网络,并利用注意力模块实现两个分支之间的特征融合。为深度挖掘人脸年龄特征,在双分支残差网络之后串联两个大卷积残差模块,通过递进式特征抽象强化模型对复杂年龄模式的建模能力。最后,针对年龄估计中标签序数特性带来的挑战,将所构建的双分支残差网络与序数回归方法结合,通过将年龄值转化为有序标签序列进行建模,有效提升了模型对年龄变化的分辨能力。实验结果表明,所提出的方法在UTK-FACE数据集上的平均绝对误差最多降低了0.46,在FG-NET数据集上的平均绝对误差最多降低了0.09。
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基于生理与心理测量的乡村公园绿地率优化研究
2025,42(5):95-103, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.012
摘要：
为探讨乡村公园绿地率对使用者心理恢复的作用机制,基于虚拟现实技术构建0%~10%、10%~50%和50%~80%三类绿地率场景,采用脑电图(EEG)、眼动追踪技术采集生理数据,并结合感知恢复量表进行综合评价。其中,EEG 的α波(8~13 Hz)与放松、心理恢复密切相关,振幅增加表明参与者状态更轻松。研究发现,中绿地率(30%~50%)场景在安全感、注视时长及脑电α波激活(额叶F4 电极)等方面表现最佳,显著优于低绿地率(0%~10%)和高绿地率(50%~80%)场景,能更有效地促进情绪调节,进而揭示了绿地率与心理恢复的非线性关系。低绿地率场景因人工元素多、开放性强,安全感评分低,注视时长缩至200 ms,α波振幅下降,感知恢复效益最差,建议引入动态景观提升层次感;高绿地率场景虽私密感好,但视觉刺激单一,注视时长分散(200~250 ms),恢复效益也较低,应适度开敞增强通透性。研究结论表明,乡村公园的绿地率宜控制在10%~50%,并结合多层次植物与动态景观配置,以实现最佳的心理恢复效益。
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基于视觉计算与眼动的建筑底层空间视觉品质分析
2025,42(5):104-112, DOI: 10.3969/j.issn.1673-9469.2025.05.013
摘要：
为了揭示视觉显著性计算与主体空间视觉显著性体验以及视觉品质的内在关联,基于视觉计算深刻理解空间视觉感知过程,定量分析影响底层空间视觉品质的视觉显著性要素。采用视觉显著性计算与眼动追踪相结合的方法,采集相应数据分析建筑底层空间的视觉品质。首先阐述视觉显著性计算的基本原理,根据不同楼梯位置建立公共建筑底层开敞空间不同方案的虚拟现实模型,开展眼动追踪实验,并采用ITTI视觉显著性计算模型生成视觉计算显著图。最终与主观问卷调查结合,依据数据分析建筑底层空间的视觉显著性与视觉品质评价的关联。结果表明,建筑空间中实时视觉体验眼动热点图与视觉计算显著图具有较高相似性,视觉显著性数值与主观视觉品质评价呈正相关。布置于底层空间中部的楼梯与具备完整几何形的空间具有视觉显著性,成为影响建筑底层空间视觉品质的重要因素。最终验证计算机视觉显著性计算符合建筑空间视觉感知规律,可作为建筑空间视觉品质评价的有效工具,为基于人因的建筑设计提供了量化依据。
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期刊介绍
主管单位：河北省教育厅
主办单位：河北工程大学
主编：练继建
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邮政编码：056038
电话：0310-3969121、3969124
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