桩基非对称局部冲刷条件下土体应力变化解析解

传统桩基局部冲刷坑模型主要采用对称形态的坑体来分析,然而实际问题中局部冲刷坑体常为非对称,这使得桩基处于更不利的状态。评价桩基承载力的关键之一是合理计算冲刷坑造成的土体应力状态变化。而对于桩周形成非对称冲刷坑时土体应力变化,目前仍然没有较为完善和严格的理论分析方法。针对该问题,根据已有试验得到的非对称局部冲刷坑形态,提出非对称冲刷坑内土体应力计算的平面应变简化模型;并基于弗拉曼解在半无限空间中的应用,将冲刷坑以上土体看做荷载并引起土体内应力重分布,得到非对称冲刷坑下土体应力分布计算的平面应变解析解。通过有限元中的"生死单元法"模拟非对称局部冲刷坑的形成过程,并将有限元得到的冲刷坑内土体应力结果与解析解计算结果进行对比,验证解析解的正确性。随后基于该方法考虑桩尺寸的影响,得到非对称局部冲刷坑形成后桩周土体的垂直及水平有效应力计算方法,并与有限元计算结果进行了对比。结果表明：在考虑桩尺寸时,解析解计算结果略保守。在此基础之上,对非对称冲刷坑参数的敏感性进行分析,指出桩上、下游侧冲刷深度差值对桩周土体的应力影响较大,得到了非对称冲刷坑下桩周土体的垂直有效应力及水平有效应力差的变化规律,研究结果可为工程设计提供参考。     

高疲劳抗力钢桥面板的疲劳问题Ⅱ：结构体系抗力

为了深刻认识高疲劳抗力钢桥面板的疲劳特性,准确评估其结构体系的疲劳抗力,基于等效结构应力建立了考虑焊接微裂纹对钢桥面板疲劳性能劣化效应的结构体系疲劳抗力评估方法,并通过疲劳试验对所建立的评估方法进行了验证。在此基础上采用所建立的结构体系疲劳抗力评估方法对高疲劳抗力钢桥面板的疲劳开裂模式、疲劳抗力及其影响因素等相关关键问题进行系统研究。研究结果表明：焊接微裂纹的存在会显著降低钢桥面板的疲劳性能,导致主导疲劳开裂模式发生迁移;结构体系设计参数对纵肋与顶板双面焊构造细节和纵肋与横隔板新型交叉构造细节疲劳性能的影响有显著区别,其中纵肋与顶板双面焊构造细节的疲劳性能主要对顶板厚度的变化较为敏感,其疲劳性能随着顶板厚度的增加而显著提升,而纵肋与横隔板新型交叉构造细节的疲劳性能同时受多个参数的影响,其疲劳性能随着顶板厚度、横隔板厚度和纵肋高度的增大而提升,随着横隔板间距和纵肋底板与横隔板之间焊缝长度的增大而降低;传统钢桥面板的主导疲劳开裂模式为纵肋腹板与横隔板交叉构造细节围焊焊趾开裂,高疲劳抗力钢桥面板的主导疲劳开裂模式为纵肋底板与横隔板交叉构造细节纵肋焊趾开裂;相对于传统正交异性钢桥面板,高疲劳抗力钢桥面板结构实现了主导疲劳开裂模式的迁移,疲劳性能显著提高。     

分层圆弧峡谷SV波地震差动模拟理论与桥梁破坏模式

为了探究局部地形及场地分层因素对地下多点地震动的影响,建立了分层圆弧峡谷模型,并进行了目标场地多点地震动模拟程序的开发和验证。在此基础上,对一跨越该场地的刚构桥进行了考虑多点激励作用下的地震反应分析。具体内容包括：首先,在推导得到SV波入射层状圆弧峡谷地震反应频域解基础上,依据规范谱确定矩阵的峡谷各位置自谱（绝对值）,联合自谱和峡谷相干函数得到互谱,进而与自谱共同构造出功率谱矩阵。由此同时体现了峡谷局部场地三大典型物理效应：散射、相干和分层效应,奠定了SV波入射下层状峡谷多点地震动模拟的基础,填补了由于竖向边界条件难以满足而大多受限于SH波入射理论解研究的空白。其次,基于上述结果,编制代码和可视化开发,实现理论方法程序化,并验证其可行性和可靠性。最后,为研究SV波输入下分层和峡谷效应多点激励对结构的影响,针对一峡谷桥梁进行模型建立、修正、多点地震反应计算以及分析比较。结果表明：①分层效应对结构反应影响明显,传统均匀介质的假定所带来的影响不容忽视;②采用传统适用于平整场地多点地震动作为激励,会导致与峡谷地形多点地震反应差别明显,且会低估结构反应;③SV波斜入射多点激励下所产生地震动的空间变异性,会使得地震反应计算结果幅值出现明显增大现象。该理论方法、程序开发可供类似工程场地分析参考。     

消能自复位摇摆框架墩结构地震反应及易损性分析

摇摆构造可限制结构的地震损伤和残余位移,从而提升结构的震后恢复能力。以消能自复位摇摆框架墩结构为研究对象,基于摇摆刚体假定,建立消能自复位摇摆框架墩结构的动力分析模型,并通过试验结果验证了该模型的有效性。模型中采用拉格朗日方程推导出结构的运动学方程,并考虑了桥墩复位碰撞所造成的速度折减以及预应力束和阻尼器的失效。以黄徐路摇摆桥梁结构为工程背景,对消能自复位摇摆框架墩结构进行实例分析、参数分析和易损性分析。实例分析和参数分析结果表明：阻尼器和预应力束的联合应用可减小结构的位移反应,阻尼器刚度的量纲一化参数（ρ_d）越大则结构减震效果越好,且在脉冲近场地震作用下的减震效果更为明显。针对阻尼器屈服、阻尼器失效、预应力束失效和结构倒塌4个极限状态的易损性分析的结果表明：在E1地震作用下,阻尼器失效、预应力束失效和结构倒塌的发生概率极小;在E2地震作用下,阻尼器极易发生屈服,阻尼器失效和预应力束失效的概率小于20%,结构倒塌的发生概率近乎为0;在脉冲近场地震作用下,ρ_d增大可降低各极限状态的发生概率,预应力束刚度的增大对各极限状态的发生概率影响较小,预应力束初始应力的增大会增加预应力束失效的发生概率。     

细水雾与排烟系统共同作用下地铁车站火灾烟气蔓延规律

为研究岛式地铁车站内列车发生火灾时,站台细水雾与排烟系统对烟气蔓延的控制效果,依托西安地铁4号线岛式地铁车站,采用FDS软件建立1：1的数值仿真模型,选择大涡模拟,研究站内列车火灾规模为5 MW时,站台细水雾与排烟系统共同作用下,火灾烟气蔓延速度、能见度与温度场的分布特征,分析了细水雾与排烟系统对烟气蔓延特性的影响规律;并通过缩尺模型试验,验证了数值模拟方法研究细水雾控制地铁火灾烟气蔓延的可靠性。研究结果表明：车门间隔开启时,烟气先向列车两侧蔓延,150 s时扩散至整个车厢并向站台层蔓延,当开启站台细水雾时,烟气温度明显下降,且随着细水雾粒径的减小与流量的增大,烟层降温效果增强;当水雾粒径为100 μm,流量为8 L·min^-1时,距离站台中线3 m处断面平均温度为36.19℃,较未开启细水雾时温升降幅可达62.91%;同时细水雾使得烟层蔓延速度减小,在开启细水雾系统后200 s内2^#楼梯口平均空气质量流速下降39.72%;当开启排烟系统时,可使列车内温度场纵向分布最大值向火源下游移动,加快站台层及列车内对流换热效率,使细水雾的气相冷却作用得到加强,二者同时作用时降温阻烟效果最佳。     

基于TD3算法的人机混驾交通环境自动驾驶汽车换道研究

提高人类驾驶人的接受度是自动驾驶汽车未来的重要方向,而深度强化学习是其发展的一项关键技术。为了解决人机混驾混合交通流下的换道决策问题,利用深度强化学习算法TD3（Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient）实现自动驾驶汽车的自主换道行为。首先介绍基于马尔科夫决策过程的强化学习的理论框架,其次基于来自真实工况的NGSIM数据集中的驾驶数据,通过自动驾驶模拟器NGSIM-ENV搭建单向6车道、交通拥挤程度适中的仿真场景,非自动驾驶车辆按照数据集中驾驶人行车数据行驶。针对连续动作空间下的自动驾驶换道决策,采用改进的深度强化学习算法TD3构建换道模型控制自动驾驶汽车的换道驾驶行为。在所提出的TD3换道模型中,构建决策所需周围环境及自车信息的状态空间、包含受控汽车加速度和航向角的动作空间,同时综合考虑安全性、行车效率和舒适性等因素设计强化学习的奖励函数。最终在NGSIM-ENV仿真平台上,将基于TD3算法控制的自动驾驶汽车换道行为与人类驾驶人行车数据进行比较。研究结果表明：基于TD3算法控制的车辆其平均行驶速度比人类驾驶人的平均行车速度高4.8%,在安全性以及舒适性上也有一定的提升;试验结果验证了训练完成后TD3换道模型的有效性,其能够在复杂交通环境下自主实现安全、舒适、流畅的换道行为。     

排阵式交叉口几何设计与信号控制协同鲁棒优化

针对排阵式交叉口在实际交通波动环境中存在车辆滞留排序区,运行效率稳定性难以保障的问题,提出了鲁棒优化方法,平衡交叉口运行的效率和稳定性。在分析排阵式交叉口运行特性的基础上,指出了其运行效率波动性与交叉口几何设计、信号控制、交通需求、饱和流率和运行车速这5个因素有关。确定了将交通需求、饱和流率和运行车速这3个客观波动因素作为模型的输入参数,将几何设计和信号控制这2个可受设计人员控制的要素作为模型的优化控制变量进行协同优化的模型框架。在此基础上,以交叉口车均延误条件风险值最小为目标,考虑了各流向车道数、信号相位相序、排序区车辆清空等方面的约束条件,构建了基于情景的鲁棒优化模型,并建立了遗传算法对模型进行求解。通过案例分析,对鲁棒优化模型的置信水平取值和算法准确性进行了分析,证明了算法可以使目标函数收敛到最小值,并基于蒙特卡洛模拟对优化效益进行了检验。研究发现,所建立的几何设计与信号控制协同鲁棒优化模型可实现在交通需求和供给的波动下,对排阵式交叉口的车道功能、排序区长度以及主、预信号控制进行协同优化。相较于确定性的设计方法,在平均延误层面基本维持原有水平,但对延误标准差和最大值有着较为明显的改善,案例中分别减少了48%和23%。     

结构-电磁激励下某电驱总成噪声控制

针对某电动汽车电驱总成的噪声问题,依据电驱总成车内噪声产生机理,进行整车状态声振特性测试,运用不同工况组合下的频谱特征和阶次特征等分析方法,识别出该电驱总成噪声问题为结构共振和电磁激励所致。针对结构共振问题,考虑电驱总成结构耦合特性、电机材料复杂多样性和线圈绕组质量,建立电驱总成有限元分析模型,求解出电驱总成的模态和振动响应,并通过敲击法模态试验得到模态参数进而对有限元模型进行验证,在此基础上以模态应变能为依据对电驱总成结构的局部刚度进行优化,提升结构共振频率,降低共振风险。针对电磁激励问题,以电驱总成中的永磁同步电机为研究对象,建立电磁仿真分析模型,以影响磁通密度的转子槽口的槽形、槽宽、槽深和槽间角度4个因素建立正交试验设计表,通过极差值得到各因素对齿槽转矩和输出转矩的影响水平,最后以降低齿槽转矩、加工工艺简单和对输出转矩影响小为目标,运用16组具有代表性的电磁方案,完成256个参数组合的寻优,并对优化方案进行了数值仿真计算。研究结果表明：优化方案的改善效果较显著;研究可为电动汽车车内噪声改善提供试验技术支持,并为电驱总成的结构共振噪声和电磁噪声控制提供方法参考。     

基于预定义几何集的斜列式泊车路径规划方法

目前预定义几何集方法主要用于平行车位和垂直车位2种类型的泊车路径规划,对于未涵盖的停车位种类而言则存在无法规划泊车路径的问题,使得自主泊车系统对于能够泊入的车位种类存在局限性.为了设计斜列式泊车方式用以提高自主泊车系统中车位种类的覆盖率,提出一种基于预定义几何集的斜列式泊车路径规划方法.首先,提出了斜列式C字形泊车路径...     

基于加权Kendall相关系数和序贯代理模型的有限元模型修正

为了提高桥梁结构有限元模型修正的效率和效果,提出基于加权Kendall相关系数和序贯代理模型的有限元模型修正方法.首先,建立基于目标响应误差和待修正设计参数灵敏度的加权Kendall相关系数指标,并采用凝聚层次聚类算法,合理确定待修正设计参数的数量和位置,保证待修正设计参数对目标响应具有合适的解耦能力;其次,为解决传统...