摘要:针对好氧颗粒污泥（aerobic granular sludge,AGS）工程应用中普遍存在的颗粒结构稳定性不足问题,提出延长水力停留时间（hydraulic retention time,HRT）与硝酸盐协同调控策略,旨在明确二者协同作用对AGS颗粒结构稳定性的强化机制。实验设置了4组序批式反应器（SBR）,即R0（对照组）、R1（单独外加硝酸盐）、R2（延长HRT控制饥饿条件）和R3（延长HRT结合外加硝酸盐）。以人工合成废水为底物,系统研究不同调控条件对AGS性能的影响。结果表明:通过延长HRT所造成的饥饿条件有效消耗了胞外聚合物（extracellular polymeric substances,EPS）中的多糖（polysaccharide, PS）,从而显著提高了EPS中蛋白质（protein, PN）与PS的质量比,有效促进了颗粒污泥的密实化与结构稳定化。具体而言,R0、R1、R2和R3系统中颗粒污泥的完整性系数分别达84.26%、85.69%、95.13%和97.12%；EPS总质量分数分别为78.06、96.93、80.00和91.42 mg/g,PN与PS质量比分别为4.77、5.15、11.12和9.30。这表明延长HRT和硝酸盐共同调控显著加快了颗粒污泥形成,增强了颗粒污泥的结构强度。在污染物去除性能方面,R0、R1、R2和R3系统的化学需氧量平均去除率分别为89.01%、88.25%、83.94%和88.56%；总氮平均去除率分别达74.49%、82.50%、81.02%和81.41%。其中,R3系统表现出最佳的脱氮性能和污泥稳定性。微生物群落分析显示,R3系统内Proteobacteria门（相对丰度56.49%）占主导地位,尤其是在硝酸盐诱导的饥饿胁迫下,优势功能菌属Zoogloea（相对丰度16.13%）显著提高了EPS分泌量（97.40 mg/g）,有效驱动了污泥颗粒化过程。这一结果进一步证实,通过硝酸盐调控实现微生物群落的定向优化,是提高AGS结构稳定性的一条有效途径。

摘要:构建城市供水管线失效事件预测模型,可用于评估管线的失效可能性,是供水管网更新改造的重要依据。供水管线失效模型的建模方法包括分类和回归两类,现有失效模型研究往往采用其中1种方法进行案例分析,缺乏两种建模方法适用性和精度的比较。为此,基于某实例管网数据,采用随机森林（RF）、误差反向传播神经网络（BPNN）和支持向量机（SVM）3种机器学习算法,建立供水管线失效分类模型和回归模型。采用一致性指数（C-index）对比分类与回归模型的准确性,并使用分类指标与回归指标分别分析建模数据集划分方式与构成比例对供水管线失效模型的影响。结果表明:RF构建的失效模型均表现出最好的性能,分类模型的C-index比回归模型相应结果高5.4%~32.8%；与按照年份划分建模数据集的方式相比,随机划分建模数据集能够提升两类模型的预测精度；建模数据集构成比例对两类模型预测精度的影响存在差异,当未失效管线数据占比增大时,分类模型预测管线失效事件的准确度降低,而回归模型预测管线失效时间的误差减小。在实际构建供水管线失效模型时,需要根据对象数据集的特征,合理选择建模方法,并关注数据集的划分方式和构成比例对模型结果的影响。

摘要:超高性能混凝土（ultra-high performance concrete,UHPC）因其优异的力学性能和耐久性,近年来在桥梁工程中得到了广泛应用。为了在保持UHPC高性能的同时降低成本,以1.2%体积掺量的平直形镀铜微细钢纤维配置UHPC,并通过不同配筋条件（普通钢筋和高强钢筋）下UHPC带肋桥面板的抗弯性能与抗冲切性能试验,研究其力学性能和破坏特征。结果表明:不同配筋条件下UHPC带肋桥面板均为受弯破坏,表现出良好的延性,采用高强钢筋显著提高了极限承载力,充分发挥了其材料性能；在抗冲切性能方面,不同配筋条件下UHPC带肋桥面均呈现冲切破坏模式,具有较大延性；相同配筋率下,高强钢筋可提高受冲切承载力约25%,但配筋率增加对承载力的影响有限。研究结果证明,使用较低体积掺量的钢纤维和高强钢筋,可在降低成本的同时充分发挥UHPC和高强钢筋的优越性能,提高结构耐久性和经济性。

摘要:为探究成拱过程对大跨钢管混凝土（concrete filled steel tube,CFST）拱桥地震响应的影响机制,阐释了典型成拱过程与拱肋截面应力累积历程,提出考虑成拱过程的非线性动力接续分析方法,并通过Midas/Civil专业施工分析模块验证分析方法对成桥初始状态的分析精度。从钢管和管内混凝土地震应变响应、主拱地震位移响应等角度对比分析成拱过程的影响规律,基于“中介效应分析”剖析成拱过程对大跨CFST拱桥地震响应的影响机制。建立了考虑成拱过程前后钢管与管内混凝土地震应变响应的映射关系,提出地震响应简化修正分析方法。结果表明:提出的分析方法可达到与Midas/Civil专业施工分析非常接近的精度,钢管峰值应力误差仅为6.8%,管内混凝土应力曲线几乎重合；考虑成拱过程后,钢管和管内混凝土应变不再符合平截面假定,在地震作用下考虑成拱过程与否会导致CFST主拱进入不同的弹塑性状态,其差异随峰值地面加速度（PGA,a_PG）的增大而增大；在主拱截面塑性发展程度较低时,成桥初始状态差异起决定性影响,而在塑性发展程度较高时,材料塑性发展程度差异成为关键影响因素；所提出的简化修正分析方法精度较高,钢管及管内混凝土峰值应变误差均值分别仅为2.9%和5.5%。

摘要:为探究钢铝合金混合式门架法兰节点抗拉承载性能,考虑法兰板厚度、螺栓数和螺栓边距参数设计了7个足尺法兰试件,首先通过轴向拉伸试验研究法兰节点破坏模式以及承载能力变化规律。随后,基于试验结果建立有限元分析模型,分析加劲板厚度、螺杆直径和圆管壁厚对法兰节点承载性能影响规律。最后,根据试验结果和有限元分析结果,提出铝合金法兰节点承载力计算理论。结果表明:试件破坏形态大致可分为铝合金加劲板与法兰板焊缝断裂,铝法兰板和铝管连接焊缝及热影响区处发生断裂、法兰板轻微变形、铝管脱落和铝合金法兰板出现大变形并进入塑性3类;荷载位移曲线大体上可分为弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;法兰板厚度由10 mm增到14 mm和18 mm时,极限荷载增幅分别为66.7%和76%,极限位移降幅分别为14%和15%;螺栓数由4增至6和8时,极限荷载增幅分别为89.4%和124.5%,极限位移降幅分别为38.2%和44.2%;螺栓边距参数由0.75增大至0.875和1.0时,极限荷载增幅分别为10.3%和20.1%,极限位移变化不大。有限元参数分析发现加劲板厚度、螺杆直径和圆管壁厚对节点承载力影响均不显著。考虑铝合金材料焊接热影响区强度衰减提出的铝合金法兰节点设计方法可为钢铝合金混合式门架设计提供参考。

摘要:为解决超轻质工程水泥基复合材料（ultra-lightweight engineered cementitious composites,ULECC）存在的强度较低和材料成本较高的问题,在微观力学设计理论的指导下,开发出一种兼顾强度和经济性可持续的ULECC。采用粉煤灰漂珠（fly ash cenosphere,FAC）和空心玻璃微珠（hollow glass microsphere,HGM）两种轻质填料,加入纤维素丝（cellulose filaments,CF）进行纳米增强,同时讨论水胶比的影响。共设计了5种配合比,其中3种可被归为ULECC。结果表明:提出的ULECC仅添加1%的PE纤维即可实现密度低至1 296 kg/m³,强度达41.9 MPa,拉应变达10.28%；水胶比是影响ULECC力学性能的重要因素,随着水胶比的减小,ULECC抗压强度、初裂强度和抗拉强度均逐渐增大,延性先减小后增大。SEM微观结构表明,掺入轻质填料会增大孔隙率,降低基体断裂韧性,使得延性显著上升。与传统工程水泥基复合材料（ECC）相比, ULECC在不过多损伤强度的前提下,提供了具有竞争力的变形能力,大大提高了可持续性,降低了材料成本。

摘要:再生微粉具有优异的固碳潜力,湿法碳化方法有助于更好地发挥其固碳性能。为此,采用微米气泡和超声波辅助的方法改善湿法碳化的固碳效率,对固碳后的再生微粉浆料通过压制成型的方法制备人造骨料,进一步利用二次碳化方法驱动人造骨料强度提升,并提出铝膜袋CO₂体积法对再生微粉固碳量和碳化程度进行评价。最后,对此产品进行碳足迹核算。结果表明:提出的改进湿法碳化方法可以有效提高再生微粉碳化效率,用铝膜袋CO₂体积法对再生微粉进行固碳量评价的方法操作简单、实用；再生微粉在常温、常压、100% CO₂体积分数的铝膜袋中0.5 h固碳量,与本研究提出的湿法碳化方法的5 min固碳量基本相当；未碳化再生微粉制成的人造骨料,经碳化养护后抗压强度为42.7 MPa；经过湿法碳化处理的再生微粉再压制成人造骨料时,碳化后强度相对对照组有所降低,主要是由于碳化反应物减少。碳足迹核算显示,碳化再生微粉人造骨料可以实现碳排放大幅降低。

摘要:为提高冷弯型钢拼合柱稳定承载力,进一步拓展冷弯型钢构件应用场景,提出冷弯型钢固废泡沫混凝土异形拼合边柱（CFS-SWFC）。不同于以往焊接钢管混凝土构件,冷弯型钢拼合柱壁厚薄易屈曲且采用自攻螺钉拼接而成,冷弯型钢与核心混凝土的组合效果尚不明确。开展4根异形空腔边柱和6根CFS-SWFC轴压试验,对比分析试件屈曲机制和破坏模式。建立CFS-SWFC数值分析模型,在试验验证基础上开展了多参数拓展分析,研究强度、壁厚和截面尺寸等对试件承载力的影响。基于现行规范GB 50936—2014提出了CFS-SWFC承载力计算方法。结果表明:固废泡沫混凝土提高试件稳定承载力达271%,混凝土强度提高后变形能力最多下降18%,但最终破坏模式未明显改变；FC强度、CFS厚度与截面尺寸对极限承载力影响显著,大截面构件在提升FC强度时极限承载力提升得更高一些；拼合边柱与固废泡沫混凝土存在一定组合效应,现行规范以钢管屈服作为先决条件的计算方法不适用于该类截面,经修正后公式预测效果与试验结果吻合较好,最大误差为13%。

摘要:为计算处于复杂应力状态下结构钢焊接连接的多轴疲劳寿命,对斜对接焊缝连接的多轴疲劳裂纹失稳扩展应力场进行了基于椭球面断裂模型的理论计算,得到多轴疲劳裂纹萌生与稳定扩展长度和由椭球面断裂模型定义的疲劳破坏面上的最大断裂因子（最大疲劳载荷作用下）及断裂因子幅（疲劳载荷幅作用下）。建立了满足应力边界条件的统一计算疲劳裂纹萌生和稳定扩展寿命的多轴疲劳模型参数和最大断裂因子、断裂因子幅的函数,综合反映了各应力分量对拉剪循环应力作用下全熔透斜焊缝十字接头和斜对接焊缝连接多轴疲劳的影响,推导了拉剪循环应力作用下全熔透斜焊缝十字接头和斜对接焊缝连接的统一多轴疲劳寿命计算式。计算结果表明,推导的统一多轴疲劳寿命计算式对Q345qC钢全熔透斜焊缝十字接头和SAE1050钢斜对接焊缝连接疲劳寿命的计算误差分别为-26.8%~-0.2%和-87.1%~10.2%,现行标准建议的疲劳验算式的计算误差分别为-63.5%~-13.3%和-79.2%~237.33%。提出的多轴疲劳模型可应用于复杂应力状态下结构钢及其连接的多轴疲劳寿命评估。

摘要:除了水平地震作用,竖向地震动亦显著影响吊顶等非结构构件的破坏状态,而当前有关结构在竖向地震动作用下的竖向加速度响应研究还不充分。为此,以某包含不同尺寸楼板的实际框架结构为例,进行结构竖向振型分析,开展4类共80条地震动作用下的时程分析,研究结构竖向加速度响应及其影响因素,并拟合了可供非结构构件抗震分析的标准化竖向设计反应谱。结果表明:楼层竖向加速度放大系数范围主要在1.21~8.16,远大于各国规范对水平向放大系数的规定；结构的竖向加速度响应与楼板自振频率、竖向地震动卓越频率、楼层高度以及楼层中楼板上位置有关,结构竖向响应可能存在由结构竖向柔性导致的明显放大现象,其对非结构构件存在不利影响；得到了结构竖向加速度标准化设计谱曲线和数学表达方式,可更好地用于非结构构件的抗震分析。

摘要:为研究装配式钢桁架承台的抗震性能,设计、加工了1个足尺装配式钢桁架承台,并对其进行低周往复荷载试验,分析其破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性、能量耗散能力和应变等。基于试验结果,采用ANSYS软件建立试件的有限元模型并进行参数分析,得到在不同参数下模型骨架曲线的变化趋势,并提出破坏前骨架曲线的经验公式。结果表明:试件以主材中部屈曲变形为主要破坏模式,当主材中部发生局部集中破坏时,试件达到极限承载力；试件能够承受较大的水平力,水平极限荷载约为水平荷载设计值的12倍,延性系数约为15,试件具有一定的延性和变形能力；试件的抗震性能主要随承台高度、主材径厚比、下压力的减小而提高,其破坏前骨架曲线的经验公式与有限元数据吻合较好。

摘要:免灌浆干式连接预应力混塔竖缝界面采用环氧树脂结构胶+弯螺栓施加预紧力共同抗剪,相比传统的灌浆湿连接+连接钢筋的形式,可以极大地提高现场安装效率。为此,针对干式连接竖缝界面的抗剪性能,以足尺试件为研究对象,开展1个直剪静力试验和两个直剪疲劳试验。研究竖缝界面在静力剪切荷载作用下的破坏模式、黏结滑移曲线及承载力计算,进一步重点分析竖缝界面的疲劳破坏模式、剪切刚度退化及疲劳寿命计算方法。试验研究和理论分析结果表明:干式连接竖缝的静力、疲劳试验均发生脆性破坏模式,界面可分为界面脱黏破坏和混凝土保护层剥离破坏两类区域,面积占比约 各50%,弯螺栓施加预紧力可以有效提高结构胶界面的黏结抗剪能力；荷载上限是影响竖缝剪切疲劳性能的关键因素,且疲劳寿命与荷载上限呈负相关；竖缝界面的抗剪能力由混凝土直接抗剪和弯螺栓预紧力产生的摩擦力共同提供,根据叠加法推导的竖缝界面受剪承载力计算公式具有较高的精度；Fib Model Code规范公式可以对竖缝的剪切疲劳寿命进行预测,预测结果具有较高的准确性和一定的安全富余,具有良好的工程应用价值。

摘要:针对传统木结构损伤识别算法在参数空间完备性、高维数据利用效率及局部整体损伤联合诊断能力上的不足,提出基于图神经网络（GNN）的多模态数据融合损伤识别方法。首先,以结构节点加速度响应以及材性参数为输入,融合传感器拓扑关系构建图结构数据,实现节点间损伤特征的交互传递与协同识别。其次,提出联合识别算法,由局部损伤识别网络（LCGCN-LDI）与整体材性劣化网络（GCN-MPI）组成,分别对节点进行损伤识别及对材性参数进行修正。最后,试验验证联合识别算法的结构损伤综合识别精度达94.7%,局部损伤准确率为97.6%,自振频率预测误差由传统模型的28.9%降至9.4%。结果表明,联合识别算法对传统木结构复杂损伤的识别效果优于传统算法,具备较强的精度与鲁棒性。

摘要:环境温度变化会导致超声信号的显著波动,使得区分损伤、应力等目标参数变得复杂,为此,有必要研究超声信号的温度效应特征及其表达形式。温度对超声信号的影响最终体现为信号向量的空间变化,故使用特定函数系在时域向量空间构造特性向量,使得温度效应可以在超声时域直接投影为若干声测特征,并由基函数表示。这些特征的大小由温度增量和基函数决定,符号与投影方向一致。采集实验室混凝土梁超声测试信号,同时基于波动方程的理论解得到温度变化下的时域信号。构造幂函数基的特性向量空间,利用幂律特征描述温度的非线性效应。结果表明,实验和理论两种信号的温度效应幂律特征具有相同的分布规律,其反应了温度效应的能量大小,并随基函数阶次升高服从指数递减规律。上述幂律特征可以得到同一温度下的不同特征值,分别表征了不同维度的温度效应信息,同一特征与温度增量之间遵循幂函数映射,同一温度的不同特征值随幂次的增加呈指数映射。实现了超声测试过程中温度效应的数学描述,为不同场景下的温度效应表征提供了有效工具。

摘要:为了校正已有的确定性台风强度模型并考虑随机性的影响,在确定性台风强度的常微分方程中引入了包括均值和随机噪声的修正项,并采用多种偏态分布模型作为随机噪声的候选概率分布。利用西北太平洋地区的历史台风数据,采用地理加权方法估计了修正项的地理变化均值、标准差、偏度和超值峰度。进一步采用矩估计方法识别了修正项中随机噪声候选概率分布模型的参数,并基于KS距离确定了最优概率分布模型。通过对比分析历史台风强度演化过程的模拟结果,研究了误差项的均值部分和随机部分对模型性能的影响。结果表明,修正项的引入显著改进了模型对历史台风强度的模拟能力,增强了模型对台风强度随机性的反映能力,验证了该模型在台风极值风速分析中的有效性。

摘要:在中国空调产业持续增长及气候变化的背景下,热泵型空调以其高效节能的优势成为实现“双碳”目标的关键。然而,翅片在湿工况下易结露、结霜,导致翅片换热效率下降及系统能耗提升。为实现低温空气源热泵室外换热器翅片的多目标优化,分别对换热器翅片的性能评估指标及在干工况和湿工况下优化设计方法进行了综述与分析。结果表明,空气源热泵室外换热器翅片性能可从材料性能、换热流动性能和排水性能3方面进行综合评价。干工况下换热器翅片的优化主要聚焦于翅片结构的改进以强化传热。既有针对湿工况下单翅片的性能提升策略主要集中在微米级表面形貌设计与浸润性调控领域,通过激光刻蚀或化学沉积构建微米级的沟槽网络,在维持换热性能前提下降低压降。基于涡流诱导原理开发的翅片表面凸起和凹坑结构高度为0.6~1.61 mm,使努塞尔数提升19.03%。在翅片表面设置结构以实现湿工况下的诱导成核并结合仿生学原理实现快速排水是未来的发展趋势。此外,结合亲疏水表面特性的优势,设计混合表面可延缓结霜并促进翅片排水。进一步指出该领域的重点研究方向,以期提升换热器的换热效率、流动与排水性能,满足现代工业与民用领域对高效、节能换热设备的需求。

摘要:为研究恶劣气候条件下弹丸飞行过程中的绕流流场和气动特性,基于Marshall-Palmer雨滴谱,采用双向动量耦合Eulerian-Lagrangian方法研究了某155 mm榴弹在暴雨环境中的气动性能。利用离散相模型（DPM）对雨滴粒子的运动轨迹进行非稳态追踪,并结合随机游走扩散模型模拟连续相湍流对雨滴扩散的影响。提出了一种拉格朗日多相流（LMF）与拉格朗日壁膜（LWF）相结合的方法,研究雨滴撞击弹体表面后液膜的形成和演化规律。结果表明,雨滴撞击弹体表面形成液膜并呈现流动轨迹,液膜主要分布在迎风面（尤其是弹头区域及弹带前缘）,最大厚度约0.02 mm,最大质量接近0.16 mg；液膜的形成增大了弹体表面的粗糙度,使最大剪切应力从无雨环境下的666 Pa增至暴雨条件下的2 350 Pa,最大摩擦系数从0.008增至0.025；暴雨对弹丸的气动系数也会产生不利影响,最大阻力系数较无雨条件下增加了6.75%,而升力系数略有下降,最大下降了1.9%。该研究可有效捕捉暴雨环境下弹体表面液膜的动态变化及其气动效应,为复杂环境下弹丸设计与性能优化提供理论支持。

摘要:针对现有两轮平衡机器人线性二次型调节器（LQR）的权重系数需要手动选取的缺陷,提出了一种利用改进的食肉植物算法(ICPA)优化LQR权重系数的方法,实现了两轮平衡机器人的自稳定与高精度轨迹跟踪。首先,利用拉格朗日方程法构建了两轮平衡机器人系统动力学方程,采用LQR优化PID控制策略保证其最优控制力；其次,在食肉植物算法（CPA）成长过程中引入自适应捕捉系数,平衡食肉植物和猎物的成长关系,提升了前期全局探索和后期局部寻优能力；然后,在CPA繁殖过程中设计干扰因子,扩大搜索空间,进一步提升全局寻优能力；最后,基于EA代价函数,利用ICPA 对LQR控制器的权重系数进行寻优,并在MATLAB/Simulink环境中建立两轮平衡机器人控制策略模型。实验结果表明,提出的ICPA-LQR优化的PID控制器,相较于食肉植物算法、麻雀搜索算法、飞蛾扑火算法和改进粒子群算法优化的控制器,动态响应速度更快、抗干扰能力更强、整体性能更好。在扰动情况下,控制两轮平衡机器人跟踪复杂轨迹时,倾角动态偏差小于0.05 rad、横纵坐标的偏差均小于0.2 m、转向角偏差小于0.2 rad、车轮位置角偏差小于3 rad,可以在保持动态平衡的前提下精确跟踪给定的参考轨迹,具有较强的泛化能力。