全部分类/
科学普及/
湖南大学学报·自然科学版

湖南大学学报·自然科学版

2025年05期

本刊是由教育部主管、湖南大学主办的综性学术理论刊物，面向国内外公开出版发行。主要报道湖南大学自然科学领域最新研究成果，也适当发表国内外同行专家的优秀学术论文。

扫码免费借阅

目录

快速导航

| 装配式钢内芯-UHPC 组合空心柱抗震性能研究

| 装配式钢内芯-UHPC 组合空心柱抗震性能研究

摘要：为适应新型钢-UHPC 拱桥的跨越能力、加快施工进度、减轻拱上建筑自重和造价，本文提出了一种新型装配式钢内芯-UHPC 组合空心柱以及相应的插承式节点连接构造.新型柱由空心钢内芯与外部UHPC 薄壁层组成，钢内芯可作为UHPC 层的内模，同时提供额外的耗能. 介绍了新型立柱及其与承台间连接构造的概念设计，通过设计2∶5 的立柱缩尺模型，采用原桥初步设计中最不利轴压比（0.24）进行拟静力试验，研究该立柱的破坏模式、预制立柱界面处连接性能、位移延性、耗能能力、刚度退化、残余变形、曲率分布和钢板应变等. 试验结果表明：试件为弯曲破坏模式，具体为柱底塑性铰区域钢筋钢板屈服，UHPC薄壁层压溃，但节点连接处保持完好，预制与后浇UHPC界面未见裂缝，表明提出的新型装配式连接构造是可靠的. 此外，试件具有较高的等效阻尼比，但试件位移延性稍显不足，主要归因于试验模型钢内芯钢板厚度与UHPC薄壁层厚度不匹配，此外，高轴压比（0.24）也是潜在原因. 其次，基于试验结果验证了有限元模型，并对原型柱开展参数分析，计算结果表明，新型柱随着轴压比的增加，延性降低，轴压比在0.05\~0.20范围内，原型柱延性系数均接近或大于3. 本研究成果可为后续钢内芯-UHPC立柱的设计与应用提供基础.
| 抗滑桩加固边坡大变形破坏三维物质点模拟

| 抗滑桩加固边坡大变形破坏三维物质点模拟

摘要：目前，关于含加固物的边坡三维大变形的分析研究极为匮乏. 本文利用物质点法构建了抗滑桩加固边坡三维数值模型，分析了抗滑桩加固条件下边坡大变形破坏模式，探讨了抗滑桩长度、布设位置以及布设间距对边坡大变形破坏的影响. 结果表明，抗滑桩布设于坡脚时，抗滑桩上方土体易发生局部破坏并产生越顶滑移，桩长增加会缩减塑性区范围，但会加剧土体浅层滑动，增大滑移范围；抗滑桩布设于坡中时，边坡破坏后的位移量最小，表现出良好的加固效果，但当桩长与潜在滑动面深度大致相同时，桩体的存在可能会导致边坡破坏后的滑移距离更远；桩间距的增加会引起桩间土的塑性流动；当抗滑桩布设于坡顶时，抗滑桩下方土体易发生脱开滑移，加固效果较差.
| 基于响应面法的多拱度铝合金节点板冲压回弹预测与补偿

| 基于响应面法的多拱度铝合金节点板冲压回弹预测与补偿

摘要：自由曲面铝合金单层网壳中的构件通常使用板式节点进行连接. 为了满足板式节点的装配需求，需要将板式节点的节点板冲压成具有多个拱度的复杂形状. 然而，回弹现象降低了板件的成形精度，且会造成节点装配困难. 为了提高节点板的成形精度，有必要对节点板的冲压回弹进行准确预测和有效补偿. 首先，对6组多拱度铝合金节点板试件进行了冲压成形试验，通过3D 扫描测量了板件的残余拱度，并计算得到板件的回弹量. 其次，采用显式动力算法与隐式静力算法结合的混合算法对板件的冲压回弹过程进行有限元分析，分析得到的板件回弹量与试验值的相对误差平均值仅有 4.31% . 再次，基于1 500 组节点板冲压回弹有限元分析结果，建立了回弹预测的响应面模型，该模型的决定系数达到了0.988，表明该模型具有较高精度. 最后，基于回弹预测响应面模型，提出了多拱度铝合金节点板的回弹补偿方法. 使用该方法对20组具有不同几何参数和拱度组合的节点板进行试设计，结果表明该方法能够对板件的回弹进行有效补偿.
| 界面不同抗剪连接的预制UHPC 组合梁抗弯性能试验研究

| 界面不同抗剪连接的预制UHPC 组合梁抗弯性能试验研究

摘要：超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，UHPC）预制梁和预制桥面板通过槽口式剪力连接键结合形成的UHPC 组合梁在预制装配式结构中具有较广的应用场景. 为明确这种预制UHPC 组合梁的受弯性能，分别对3 片不同剪力连接度（分别为0.47、0.94 和1.41）的预制UHPC组合梁和1片UHPC整浇梁进行了四点弯曲试验. 结果表明：剪力连接度对预制UHPC组合梁的抗弯性能影响显著，剪力连接度为0.47和0.94的组合梁，边槽口下方预制梁腹板上出现了因剪力键水平剪力较大引起的斜裂缝，进而导致此处剪力键的最终抗剪失效；剪力连接度为0.47、0.94 和1.41 的预制UHPC 组合梁，抗弯承载能力分别为整浇梁的 76% 、97% 和 100% ，延性系数分别为整浇梁的 28%.38% 和 37% ，开裂前弹性刚度分别为整浇梁的52% 、 72% 和 85% . 给出了不同剪力连接度预制UHPC 组合梁的抗弯承载能力计算方法，并以试验结果验证了其适用性.
| 基于改进Stacking 多模型融合的高速公路隧道建设碳排放预测模型

| 基于改进Stacking 多模型融合的高速公路隧道建设碳排放预测模型

摘要：隧道工程作为交通基础设施的重要组成部分，其建设过程中的碳排放问题日益受到关注. 构建合理的隧道建设碳排放预测模型为控制隧道工程碳排放量、实现隧道减碳设计提供重要的科学依据. 据此，以勐绿高速公路隧道工程建设为依托，考虑围岩级别、隧道总长度等12 个特征参数，建立了120 个隧道不同衬砌设计每延米隧道建设碳排放样本. 在传统Stacking 算法的基础上，提出了一种改进Stacking 多模型融合的隧道建设碳排放预测方法. 通过残差赋权方式组合基学习器交叉验证得到的各训练模型，降低了对噪声的敏感性. 并以原始训练集和组合基学习器的预测结果作为元学习器输入，保留了原始数据集的信息. 研究结果表明，改进Stacking算法预测碳排放量与实际碳排放量的均方根误差（）、平均绝对误差(E_MAE) ）以及决定系数 (R²) 不仅优于3种单一基学习器，也优于传统Stacking 算法. 因此，推荐将改进Stacking算法用于隧道建设碳排放预测.
| 核电单侧不锈钢双钢板组合剪力墙平面外受力性能研究

| 核电单侧不锈钢双钢板组合剪力墙平面外受力性能研究

摘要：核电站反应堆水池采用单侧不锈钢双钢板组合剪力墙，为研究该类型组合剪力墙平面外受力性能，设计了两个栓钉和拉筋配置不同的 1:2.5 缩尺试件，进行了平面外的低周往复荷载试验，分析了单侧不锈钢双钢板剪力墙平面外受力的破坏模式、滞回性能、刚度退化、耗能等指标以及栓钉和拉筋减量的影响. 试验结果表明，加载过程中普通钢板先于不锈钢板发生鼓曲，侧封钢板焊缝开裂，随后多处栓钉、拉筋断裂，混凝土压碎至试件破坏. 两个试件的滞回曲线饱满，抗震性能良好，普通低合金钢板的塑性发展更为充分. 栓钉间距由 80mm 增至90mm 后试件的平均延性系数降低了 8.3% ，平面外正反两方向的承载力下降幅度在 10% 以内. 利用Abaqus 有限元软件建立了单侧不锈钢双钢板组合剪力墙有限元模型，并与试验结果进行对比，两者吻合良好. 基于有限元模型进一步分析了混凝土强度、含钢率、两侧钢板抗拉承载力差值等参数对单侧不锈钢双钢板组合剪力墙平面外受力性能的影响. 计算结果表明，混凝土强度对剪力墙承载力影响较小；试件的单侧含钢率由 0.5% 增至 2.5% 时，试件低合金钢板受拉方向承载力增大了 160% ，不锈钢板受拉方向承载力增大了 176% ；当两侧钢板的抗拉承载力差值超过 30% 时，试件两个方向的承载力差值超过了 15% ，结合试验给出了各参数的建议值.
| 带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩承载力试验研究

| 带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩承载力试验研究

摘要：为了满足当前社会对于桩基础日益增长的低成本、高强度的需求，提出了一种新桩型——带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩基础. 该新桩型具有低耗高效的优势，一方面该桩型施工步骤简便，施工设备常规，便于工程推广应用；另一方面底部扩大桩靴增加了桩的有效直径，提高了桩端承载力，同时水泥浆液渗入周围土体中，可改善桩土接触面特性，进而提高桩侧摩阻力. 为进一步探明带扩大桩靴桩侧同步灌浆预制桩基础的承载特性，本文开展室内模型试验进行研究. 试验结果表明，带扩大桩靴桩侧同步灌浆模型桩在桩顶受压时，桩基承载力明显高于等截面常规桩，而且桩侧水泥浆液凝固后，其承载力将进一步提升. 本研究揭示了新桩型的承载机理，显示了新桩型承载能力的优越性. 相关研究结果可以为新桩型工程实践提供理论支撑.
| 双边箱式Π 型梁的抖振力展向相关性的试验研究

| 双边箱式Π 型梁的抖振力展向相关性的试验研究

摘要：目前，Π 型主梁作为中等跨度斜拉桥应用最广泛的主梁类型，关于其抖振力展向相关性方面的研究却极少.为提高Π型主梁的抖振计算精度，针对其抖振力展向相关性开展研究. 在本次研究中，制作了3 种不同宽高比 (B:H=5:1?10:1 和15∶1）的双边箱式Π 型梁（bliuffdouble-side box girders，BDSBG）的节段模型，在两类格栅湍流场和均匀流引起的“特征湍流”中，通过测压试验获取了各测点的风压时程数据. 利用这些数据计算出抖振力及其功率谱、抖振力的展向互相关系数和展向相干函数，进一步探讨了不同的 B:H 和湍流场对BDSBG的抖振力的功率谱和抖振力展向相关性的影响. 结果表明：1）随着 B:H 的增加，BDSBG的抖振力的能量逐渐减小；湍流场的湍流度越大，提供给BDSBG 的抖振力的能量也就越多；另外，格栅湍流会极大地削弱涡脱频率对BDSBG 的抖振力功率谱的影响. 2）随着 B:H 的增加，BDSBG 的抖振力展向的相关性和相干性都逐渐增大，且二者都远大于脉动风展向的相关性和相干性，而且这种差距会随着 B:H 的增加而进一步增大；此外，随着湍流场的湍流度增加，BDSBG的抖振力展向相关性也会逐渐增大，但BDSBG 的抖振力展向相干性的离散性和涡脱频率对BDSBG 的抖振力展向相干性的影响，都会逐渐减弱.
| 装配式地连墙不同节点形式的界面抗剪能力对比试验研究

| 装配式地连墙不同节点形式的界面抗剪能力对比试验研究

摘要：随着建筑工业化进程的迅猛发展，预制装配式地连墙在地下工程中的应用日益广泛. 然而，针对不同形式竖向接头抗剪能力研究试验尚显不足. 本文设计了包含刚性和柔性接头在内的4 种形式的模型构件，完成了直剪加载试验和分析. 试验结果表明：同等条件下刚性接头抗剪承载能力均高于柔性接头，其中拉结钢管接头承载能力最高，承插式接头承载能力最低；4 种接头剪切破坏方式均为脆性破坏，破坏时刚性接头的锚固构造会影响裂缝形态，刚性接头的裂缝中均存在沿钢管壁的竖直裂缝，而柔性接头的裂缝则跨越了接缝部位，应变测试数据进一步验证了上述剪切状态下裂缝的发展特征. 同时研究发现：采用PCI （precast/pre?stressed concrete institute）的计算公式计算刚性接头的抗剪承载力较为准确. 上述研究为预制装配式地连墙的推广应用奠定了基础.
| 新型水泥土搅拌桩胶凝材料固化地基土性能研究

| 新型水泥土搅拌桩胶凝材料固化地基土性能研究

摘要：本文采用地聚物胶凝材料代替传统水泥土搅拌桩中的水泥，研究了其固化地基土的力学性能. 试验通过钠水玻璃激发蒙脱石、矿渣、粉煤灰、电石渣形成胶凝材料对地基土进行固化，测试不同配比下固化地基土的无侧限抗压强度，以及两组试件分别在 pH=5 的HCl溶液、质量分数 5% 的 Na₂SO₄ 溶液中浸泡 7d,14d,28d 的强度变化，并采用X 射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）进行成分与微观结构分析. 结果表明，相比于单纯使用矿渣，加入少量粉煤灰后，地聚物固化土的抗压强度更高；加入 5% 的蒙脱石可以参与地聚反应，吸附水分，填充孔隙，增加地聚物固化土的强度，但蒙脱石掺量过多会因其吸水膨胀的特性而产生不利影响；使用钠水玻璃模数0.8，掺量 12% ，蒙脱石掺量 5% ，矿渣粉煤灰比例9∶1的地聚物固化土，标准养护 28 d后抗压强度为 3.44MPa ，在HCl溶液中浸泡 28d 后强度降低 26.2% ，在 Na₂SO₄ 溶液中浸泡 28d 后强度降低 17.4% ，其抗压强度是水泥固化土的2.73倍，且耐酸和耐硫酸盐性能优异.
| 钢筋套筒挤压连接装配式混凝土梁冲击试验研究

| 钢筋套筒挤压连接装配式混凝土梁冲击试验研究

摘要：为研究冷挤压套筒连接下装配式混凝土梁在冲击荷载作用下的工作性能，开展了6个采用钢筋套筒挤压连接的3种拼接类型梁试件及2个现浇梁试件的落锤冲击试验，并进行了4 个对应梁试件的静载对照试验，其中拼接类型包括跨中拼接、两端拼接与叠合梁形式. 研究相同冲击能量下不同的落锤质量和冲击速度对试验梁的破坏形态、跨中挠度、冲击力以及变形耗能等动力响应的影响. 结果表明：不同拼接类型的预制梁与现浇梁的破坏模态与裂缝发展基本一致，但跨中拼接型梁裂缝更集中于拼接缝处，拼接段与冲击位置重合时对结构较为不利；同时钢筋挤压套筒作为预制梁的拼装连接形式是可靠的. 在6 762 J 冲击能量不变的情况下，冲击质量由 230kg 增加到 400kg ，对峰值冲击力影响不明显；但均值冲击力有所提高，且3 种拼接类型预制梁提高幅度均超过 25% . 不同拼接类型预制梁的最大变形耗能与现浇梁相当，占输入能量的 50%～70% ；在相同能量下增大冲击质量，除中间拼接式预制梁的最大变形耗能变化不明显外，其他试验梁的最大变形耗能增加幅度均超过 15% .
| 考虑变形及应力响应的填石路堤强夯有效加固深度研究

| 考虑变形及应力响应的填石路堤强夯有效加固深度研究

摘要：以贵州盘兴高速公路超大粒径填石高路堤强夯加固工程为例，基于强夯加固后路堤不同深度范围内填料密实程度变化规律和强夯加固夯击能量传播衰减特征，对填石高路堤强夯有效加固深度进行了综合研究. 同时，基于体应变方程推导了考虑路堤强夯加固后夯坑深度和填料压实密度控制要求的强夯有效加固深度计算公式. 开展现场压实试验，获得了压实能量作用下路堤填料压实密度与静土压力增量的函数关系. 开展现场强夯加固试验，分析了路堤表面位移及内部动、静应力随夯击次数的变化规律. 结果表明：压实能量作用下路堤填料压实密度与静土压力增量有较强的相关性. 填石高路堤夯击8 次后夯坑深度达 932mm ，夯坑附近路堤表面最大隆起值达 50mm . 夯击能量作用下路堤深处动应力峰值和静土压力增量随深度增加衰减较快，夯坑附近路堤表面隆起值随与夯锤边缘距离增加衰减更加显著，强夯竖向有效加固深度和横向有效加固半径分别大约为 5.0m.2.5m . 基于不同夯击次数下强夯有效加固深度实测数据，拟合了建立的填石高路堤强夯有效加固深度计算公式的修正系数，进一步建立了综合考虑强夯加固横向和竖向作用效应及加固质量控制要求的有效加固深度优化计算公式.
| 基于Beta 随机效应模型的城市轨道交通客运分担率研究

| 基于Beta 随机效应模型的城市轨道交通客运分担率研究

摘要：为明确影响轨道交通客运分担率的关键因素，基于我国14 个城市2010—2021 年的轨道交通客运分担率数据，针对涉及常规公交、轨道交通、社会经济的6个指标，构建了考虑城市与年份影响的Beta 随机效应模型以量化识别影响轨道交通客运分担率的关键因素，采用积分嵌套拉普拉斯逼近方法进行模型拟合及参数估计. 研究发现，万人拥有公共汽（电）车车辆数、万人拥有轨道交通运营线路长度和轨道交通网络连通度对轨道交通客运分担率有显著正向影响，而万人拥有公交运营线路长度、人均生产总值和人均城市道路面积则未呈现显著影响. 此外，城市和年份均展现出了显著的随机效应，不同城市的轨道交通客运分担率差异较大，但在调查期间整体呈上升态势.
| 纳米碳酸钙对聚乙烯醇纤维混凝土静动态劈裂抗拉性能的影响

| 纳米碳酸钙对聚乙烯醇纤维混凝土静动态劈裂抗拉性能的影响

摘要：聚乙烯醇（PVA）纤维能抑制混凝土裂缝扩展，但抑制效果局限于基体内部的微裂缝，对纳米级裂缝的抑制效果甚微. 本文研究纳米 CaCO₃ 对PVA 纤维混凝土静动态劈裂抗拉性能的影响，并通过扫描电镜（SEM）试验分析其增强机理. 研究结果表明：纳米 CaCO₃ 掺量为1.5% 时，PVA 纤维混凝土的静动态劈裂抗拉性能显著提高. 当养护时间为28 d，纳米 CaCO₃ 掺量为 1.5% 、PVA 纤维掺量为 0.6% 时，与未掺加纳米 CaCO₃ 的同掺量PVA 纤维混凝土相比，静态劈裂抗拉强度提高了 8.6% ，在 2.25～3.08s^-1 应变率下的动态劈裂抗拉强度和耗散能分别提高了 11.2% 和 12.4% . SEM 图像分析表明，加入纳米 CaCO₃ 能够促进水化产物的生成来填补PVA 纤维与基体的结合界面以及水泥基体内部的孔隙和微裂缝，增强纤维与基体之间的黏结度和PVA纤维的阻裂作用，从而提高混凝土材料的静动态劈裂抗拉性能.
| 明清木结构古建筑IFC 架构体系研究

| 明清木结构古建筑IFC 架构体系研究

摘要：古建筑遗产信息多维度采集方法的研究已经趋于完善，然而多种多样的遗产信息在交互时存在信息内容和格式不统一的问题，阻碍了遗产信息的有效应用. 本文以明清木结构古建筑为研究对象，提出了一种建立明清木结构古建筑IFC架构的方法体系. 通过对明清木结构古建筑保护过程中遗产信息进行深入分析，将其系统地划分为营造、文保、艺术、残损、修复五个核心维度. 基于CIDOC CRM，针对每一维度遗产信息分别创建相应的明清木结构古建筑知识图谱. 进一步将其对应的遗产信息表达要素与IFC建筑领域框架进行结合定位，最终建立了明清木结构古建筑IFC 表达框架. 通过对明清木结构古建筑IFC 遗产信息的系统化组织梳理，为古建筑领域IFC框架的构建提供标准化的解决方案，有助于推动古建筑遗产信息的高效共享与应用.
| 基于DSC 的隔震支座用橡胶材料低温结晶试验

| 基于DSC 的隔震支座用橡胶材料低温结晶试验

摘要：为分析低温下橡胶隔震支座的性能劣化机理，对无应变状态下我国隔震支座所用橡胶材料的低温结晶性能开展了试验研究 . 采用差示扫描量热法（differential scanning calori-metry， DSC），对两家典型企业用于生产隔震支座的天然硫化橡胶开展了玻璃化转变温度和等温结晶熔融试验. 结果表明：无应变状态下，随着在低温下保持时间的延长，隔震支座的结晶度会逐渐增大；且受产地、生长环境及硫化工艺等不同因素的影响，不同硫化天然橡胶的结晶性能不同；仅环境温度低于 -60^°C 时，用于本文研究的橡胶材料所生产的橡胶隔震支座才会丧失工程实用价值. 考虑到实际服役过程中隔震支座会受低温和应变的双重作用，本文研究成果可为揭示其低温下力学性能劣化机理、理解力学行为提供参考和依据.
| 不同风向圆角弧边截面超高层建筑风荷载特性

| 不同风向圆角弧边截面超高层建筑风荷载特性

摘要：实际工程中建筑平面为圆角处理与圆弧凸边相结合的超高层结构较为常见，针对此类结构进行了风荷载研究. 以不同截面弧边凸起率的超高层建筑为研究对象，根据风洞测压试验得到的风压时程数据，对建筑表面风压分布、气动力系数以及气动力功率谱进行分析，得到不同工况下截面弧边凸起率对超高层建筑风荷载特性的影响规律. 研究表明，在所测风向角范围内，随着弧边凸起率的增大：对于建筑表面风压分布，背风面 CD 与侧风面 AD 的平均风压系数整体上越接近于直边模型，而迎风面 AB 与侧风面 BC 变化比较复杂；对于平均风压、脉动风压以及极值风压，直边模型整体小于弧边模型，且弧边化会导致极值风吸力最大增大42% ；对于横风向力系数及其功率谱，脉动升力系数以及脉动基底弯矩系数整体上有增大的趋势，功率谱峰值变化不规律；对于顺风向力系数及其功率谱，平均阻力系数与平均基底弯矩系数逐渐减小，功率谱没有明显谱峰，顺风向力主要受来流影响. 对圆角方形建筑截面进行弧边化处理可能会导致局部风压过大，对幕墙抗风设计产生不利影响，但有利于降低结构顺风向风力. 通过分析建筑表面风荷载特性，可为此类建筑的气动外形选择以及抗风设计提供参考.
| 基于三维激光扫描和深度学习的预应力波纹管位置检测方法

| 基于三维激光扫描和深度学习的预应力波纹管位置检测方法

摘要：预应力波纹管的位置对预应力混凝土构件的承载力有重大影响，为提升波纹管位置检测的效率和精度，提出一种基于三维激光扫描和深度学习的波纹管位置检测方法. 首先运用三维激光扫描技术制作包含预应力波纹管的数据集，然后通过高效大规模三维点云语义分割网络（RandLA-Net）得到波纹管点云，并采用包围盒中点法和圆拟合约束法获取波纹管点云切片中心点，最后通过反向传播神经网络（BP 网络）拟合得到波纹管中心线. 使用该方法对实际预应力混凝土小箱梁波纹管位置进行检测，结果表明：即便是在小箱梁钢筋骨架和施工胎架等复杂周围环境的干扰下，该方法也能得到完整的预应力波纹管位置，最大检测误差小于 ±10mm ，满足相关施工规范要求.

过往期刊

更多

猜你喜欢

中国音乐学院电子阅览室