重庆交通大学学报（自然科学版）

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基于无应力状态控制法的K式钢桁梁桥起拱研究

田仲初1，2，邢锴1，蔡岳1，谭建平1，许斌林1，朱林3

2024, 43(10): 1-6. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.01

摘要 ( )

PDF(942KB) ( )

目前工程上对于钢桁梁桥起拱问题的研究主要针对N式桁架节间，但K式钢桁梁桥节间的预拱度设置尚未有统一的计算方法。为解决K式节间的起拱问题，基于分阶段成形结构力学平衡方程，将节间的相对预拱度作为输入，推导得出各杆件伸缩量的数学表达式；针对下承式钢桁梁桥预拱度设置特点，进一步得出同时伸缩下斜腹杆与竖腹杆、同时伸缩下斜腹杆与上弦杆、同时伸缩上弦杆与上下斜腹杆共3种情况下的杆件伸缩公式，并借助实桥数据计算和几何试算进行验证。研究结果表明：该方法实用可行，充分验证了钢桁梁K式节间的无应力状态起拱为纯几何起拱，起拱过程不会产生附加内力和起拱支座反力。

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CR连接件弹性抗剪刚度计算方法研究

陈建兵，张现通，刘聪，田壮言

2024, 43(10): 7-18. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.02

摘要 ( )

PDF(5752KB) ( )

当前对于钢混组合梁桥中CR连接件的研究主要集中于承载力，对其抗剪刚度研究较少，没有较为通用的理论计算公式。为建立合理的CR连接件抗剪刚度计算公式，笔者基于现有试验建立有限元模型并加以验证，模拟不同结构参数的剪力连接件弹性阶段的荷载-位移曲线，揭示不同参数下的连接件弹性抗剪刚度变化规律。利用等效弹簧模型和等效杆系弹簧模型，笔者分别研究了剪力键、混凝土榫以及混凝土榫内贯穿钢筋的抗剪刚度，结合弹性阶段刚度叠加关系，建立了CR连接件弹性抗剪刚度理论计算公式。理论计算与有限元拟合结果对比表明：连接件弹性抗剪刚度理论计算值与拟合值的误差在7.7%以内，结果吻合性较好，可作为结构设计的依据。

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融雪剂离子在沥青中的渗透行为分析

张倩1,2，王鹏淘1,2，常开朗1,2,3，冯伟4，裴晓梅4

2024, 43(10): 19-27. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.03

摘要 ( )

为研究融雪剂离子在沥青中的渗透扩散行为，采用A3N（由醋酸盐、NaNO2和尿素配制而成）、Ca(CH3COO)2、Mg(CH3COO)2、KCH3COO、NaCl和NaNO2共6种融雪剂对沥青进行渗透实验，通过三大指标的变化分析融雪剂对沥青稠度、塑性和高温稳定性的影响。利用离子色谱仪检测融雪剂溶液中离子浓度的变化，分析融雪剂阳、阴离子的渗透扩散规律。基于各浸泡周期融雪剂阳、阴离子浓度的变化，运用Fick定律分析各融雪剂离子在沥青中的渗透扩散行为。结果表明：经融雪剂浸泡后，基质沥青和SBS改性沥青的稠度和塑性增大，且NaCl对稠度和塑性的影响最大，而醋酸盐和A3N使沥青的高温稳定性降低，NaNO2和NaCl会提高沥青的高温稳定性；融雪剂离子在基质沥青中的渗透性强于SBS改性沥青，阳、阴离子扩散强度最大分别为KCH3COO中的K+和Mg(CH3COO)2中CH3COO-，经过5周期的渗透，基质沥青和SBS改性沥青上方融雪剂溶液中K+浓度降幅分别为27.59%和16.89%，CH3COO-的浓度降幅分别为35.16%和19.38%；Fick定律扩散模型可较好描述沥青对各离子吸附量的变化，其中阳离子吸附量的非线性拟合优度高于阴离子，更易被量化分析。

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基于FLAC3D的多级路堑高边坡桩锚支护效果研究——以云南某滑坡为例

张海娜1，2，吴润富1，3,郑允3，王润清3，魏井申1

2024, 43(10): 28-38. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.04

摘要 ( )

为探明公路路堑高边坡桩锚支护机理，以云南邓家村某路堑边坡的滑坡处治为例展开了系统的研究。通过现场地质调查及多元数据分析，查明了滑坡工程地质条件及成因；采用FLAC3D数值模拟研究了无支护下高边坡的稳定性，对比分析了挡土墙和桩锚支护2种方案；以预应力为400 kN、桩间距为4 m、桩直径为1 m为基本方案，通过单因素分析法分析了路堑高边坡中桩锚参数对桩锚受力性能和边坡安全系数的影响规律。研究结果表明：挡土墙虽然可以有效阻止边坡底部的滑移，但其对坡体中部和上部的稳固效果不佳；桩锚支护结构对整个滑坡体都有一个良好的加固作用，桩的位移呈现“上部大而下部趋于0”的特点，其受到的剪力、弯矩存在多个极值点，并且大多数存在于滑动面上方；随着桩直径的增大或者桩间距的减小，边坡安全系数增加，而锚索预应力对安全系数的影响很小。

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基于裂隙倾角的非均质岩石单轴压缩数值模拟

马斌1，朱金养2，王加俊2，江学辉2，3，郭浩森2

2024, 43(10): 39-46. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.05

摘要 ( )

基于颗粒流计算框架，采用Weibull分布构建含单预制裂纹非均质岩石的力学数值模型，模拟了非均质岩石的单轴压缩试验；分析了预制裂隙倾角θ对岩石数值试样应力-应变响应特征、微裂纹行为及破坏模式的影响。结果表明：非均质岩石的峰值强度σpeak随着岩石均质度m的增大而增大，最终趋于稳定；受预制裂隙倾角θ影响，σpeak有小幅度跌落，最大达7 MPa；非均质岩石数值试样破坏面主要由微观拉伸裂纹组成；非均质岩石宏观破坏模式可分为“逆对角型”“半对偶型”“对耦型”及“顺对角型”4种。

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基于云模型和TOPSIS模型的区域综合交通发展水平评价

蒋柳鹏，翁艳君，雷智鹢

2024, 43(10): 47-53. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.06

摘要 ( )

综合交通发展水平对区域经济具有重要的支撑作用，为准确评估区域的综合交通发展水平，综合考虑各影响因素构建了包含4项二级指标与30项三级指标的3层评价指标体系，为了降低主观性影响，基于云模型改进层次分析法计算评价指标权重，并结合TOPSIS评价模型计算评价对象各指标与最优指标之间的距离，得出各评价对象综合交通发展水平的优劣排序。以中国长三角地区为案例，通过该模型对其综合交通发展水平进行评价，结果表明：长三角地区中，江苏省综合交通发展水平较高排名第1位；上海市评分略高于浙江省排名第2位；浙江省评分较低排名第3位；安徽省排名最低。长三角应根据各指标计算结果及得分情况，结合各省市自身实际补齐交通短板，实现高质量交通一体化。

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基于改进鲸鱼优化算法的离场航班时刻优化

胡明华，于婧怡，赵征，江斌

2024, 43(10): 54-60. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.07

摘要 ( )

面对航空客货运输服务迅速增长、各地机场离港高峰时段拥挤度激增的情况，需要对离场航班进行优化配置，降低高峰时段离场总延误时间，同时保障航空公司申请的航班时刻总偏移。考虑航班时刻唯一性、走廊口流量限制、机场容量限制等因素，建立双目标离场航班时刻优化模型，运用精英反向策略与黄金正弦算法对鲸鱼优化算法（WOA）进行改进后求解。以北京首都国际机场为例，使用AirTOp对优化后的结果进行仿真验证。结果表明：优化后航班平均延误减少77.62%。因此，改进鲸鱼优化算法可以有效降低离港高峰时段延误，增强机场运行效率，合理配置有限的时刻资源。

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基于CSA-AFSA算法的集装箱港口连续型泊位分配优化

初良勇1,2，章嘉文1

2024, 43(10): 61-69. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.08

摘要 ( )

为提升集装箱港口运营效率，笔者研究了考虑潮汐因素与泊位偏好的连续型泊位分配问题。引入了船舶时空矩形不可重叠约束和潮汐时间窗约束，构建以最小化船舶等待、延迟离港、泊位偏离以及在港期间油耗费用和最小为目标的混合整数线性规划模型；根据模型特征，采用CPLEX求解软件、鱼群算法、布谷鸟搜索算法和布谷鸟鱼群混合算法进行求解，以计划周期为36 h的20个不同规模的船舶到港数据为研究算例，通过算例求解得到符和潮汐时间窗、泊位偏好等要求的泊位分配方案。算例求解表明：算例规模较小时，CPLEX可以在较短时间内求出最优泊位分配方案；算例规模较大时，CPLEX求解时间较长，布谷鸟鱼群混合算法可以在平均3 min内求出与CPLEX差距为0.39%~4.20%的次优解；不同算法间的对比表明，布谷鸟鱼群混合算法求解能力更优，混合算法所得泊位分配方案中，乘潮船舶的进出港时刻均在潮汐高水位时段，且85%以上的船舶在偏好泊靠点200 m内接受装卸服务。

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交叉口网联车速度与信号协同优化控制

沈国栋1，龙光1，杨伟1,2，钱宇2，丁恒2

2024, 43(10): 70-78. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.09

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网联环境下，为了提升信号交叉口绿灯利用效率，根据网联车与交通设施之间交互的车辆速度、位置及信号状态信息，提出一种单点信号交叉口网联车速度与信号配时协同优化控制方法。该方法基于车队离散理论，预测交叉口车辆到达率并根据预测结果优化交叉口信号配时。在此基础上，以周期内总排队车辆数最小为优化目标，对每辆网联车通过交叉口速度进行判断，按照车辆编号次序求解网联车的最佳行驶速度，实现速度引导与交叉口信号控制有效协调。采用MATLAB软件对模型进行仿真分析。研究结果表明，经信号优化与速度引导协同优化后，提出的速度引导与信号协同控制方法能够在相同时间内增加通过交叉口的车辆数，减少车辆延误，并有效提升交叉口交通效率。

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灾前应急疏散与物资调配的协同优化研究

崔娜1,2，张艳萍1

2024, 43(10): 79-89. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.10

摘要 ( )

在可预测灾害背景下，高效组织灾害影响区域内的群众安全疏散以及合理调配物资是应急疏散活动中的核心环节；基于此，对多级应急服务网络中应急疏散与物资调配的协同运行整体优化策略进行了研究。受灾群众步行到临时安置点、又由应急车辆疏散至避难所，应急物资调配中心将物资运送至避难所，对上述过程中所涉及到的各类经济成本及利益成本进行分析；着重考虑了连续多周期动态应急活动中的疏散活动和物资调配协同配合，建立了以系统总成本最小为目标的动态整数规划模型；通过GAMS平台编程，调用CPLEX求解器，以不同规模的实验路网验证了模型的有效性，并对关键参数进行了灵敏性分析。研究结果表明：动态疏散方案与应急物资调配数量之间相互影响，足够多的物资能避免哄抢等现象，但需要考虑在避难所这种有限空间下的避难者与应急物资数量之间的均衡；提高受灾群众疏散响应率并增大避难所容量有助于实现更理想的“零滞留”疏散状态；确定合理的未疏散群众单位惩罚成本能有效地保证较高疏散清空率，同时可控制系统惩罚成本无意义的过高。

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基于SARIMA-RF组合模型的西安中欧班列预测及发展对策

黄宝静1，马骏2，余元玲3

2024, 43(10): 90-96. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.11

摘要 ( )

为提升西安中欧班列开行车数预测精度和泛化能力，综合考虑西安中欧班列时间序列数据的线性和非线性特征，提出基于SARIMA-RF组合模型的班列开行车数预测方法。首先使用季节性自回归移动平均模型（SARIMA）预测开行车数，其次利用随机森林（RF）模型校正残差，构建组合模型，最后将组合模型与ARIMA、SARIMA、RF、XGBoost进行对比。使用2014—2023年西安中欧班列月度开行数据实验，预测2024年开行车数为24.40万车，2025年为26.71万车，对比结果表明：组合模型的MSE、RMSE、MAE、MAPE分别为0.003 7、0.061 0、0.053 0、3.41%，比其他模型精度更高。

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基于SO-BiLSTM的高速公路交通事故持续时间预测

何庆龄1，刘静3，李珊3，程瑞2

2024, 43(10): 97-105. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.12

摘要 ( )

为减少高速公路交通拥堵和事故伤亡程度及财产损失，提高事故持续时间预测结果精度和适用性，基于1 362起高速公路交通事故数据，甄选16个高速公路交通事故持续时间影响因素作为特征变量。通过对连续特征变量统计分析和离散特征变量赋值后，构建基于SO-BiLSTM的高速公路交通事故持续时间预测模型。研究结果表明，事故持续时间大于120 min的路段内平均交通流量、平均车速和车速离差等均值最小，分别为27 882 pcu/h、90.4 km/h和18.0 km/h;事故持续时间小于30 min的路段内大型车混入率均值最小，为34.0%;事故持续时间为［60，90) min的肇事者年龄均值最大，为45岁;事故持续时间大于120 min的肇事者驾龄均值最大，为91月。SO-BiLSTM模型的迭代次数和种群规模分别设置为40和30为最优，对应的事故持续时间预测结果MAPE值为8.9%，相较于PSO-Elman、BiLSTM-CNN、GA-BP和LSTM等降低1.7%~7.6%，且提高了事故持续时间大于120 min的预测结果精度。研究结果有助于制定高速公路交通事故疏解管控和应急救援措施，提升高速公路交通安全管理水平。

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基于可用与必需安全疏散时间的地铁站火灾人员疏散仿真

焦柳丹，刘任可，张羽，霍小森

2024, 43(10): 106-115. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.13

摘要 ( )

基于火灾人员疏散理论，建立了可用安全疏散时间(tASET)模型和必需安全疏散时间(tRSET)模型，分别对地铁站内的4种空间结构(空旷结构、墙壁结构、楼梯结构、墙壁+楼梯结构)发生火灾后的关键位置（楼、扶梯出入口、站点出口）处的人员疏散时间进行了研究。采用Pyrosim对火灾发展情况进行模拟，采用Pathfinder对人员疏散情况进行仿真；对比分析了4种空间结构下地铁站关键位置的tASET和tRSET，对不同起火位置的安全性进行判定。研究结果表明：tASET主要由能见度到达临界状态的时间决定；tRSET主要根据楼、扶梯出入口和站点出口的疏散情况决定。在所选取的4种空间结构中，仅有空旷结构发生火灾后，人员能安全疏散；墙壁结构发生火灾后，不利于楼扶梯出口处人员安全疏散；楼梯结构、墙壁+楼梯结构发生火灾后，均处于危险状态，导致人员无法安全疏散。

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基于重叠网格的固定翼无人机尾流冲浪参数研究

陈宽明1，王腾1，刘泽宇2，苏润之1，卢鹏1

2024, 43(10): 116-121. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.14

摘要 ( )

在编队飞行中合理利用尾流冲浪技术，可使得后机获取明显的增升性能。基于该原理，按照候鸟迁徙飞行时所排成“V”字形设计了两架固定翼无人机组成的编队；利用CFD绘制无人机与流体域的重叠网格，对该飞行编队进行了数值模拟；并对飞行编队的气动参数进行了分析。研究结果表明：在气动作用下，尾流冲浪效应对前机的影响很小，对后机的影响明显；双机纵向间隔和垂直间隔对后机的升力系数、阻力系数、升阻比、俯仰力矩等参数均有影响；后机在合适的位置和迎角下，升力系数可提升11.7%。

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循环载荷下基于热弹塑性有限元法的船体加筋板极限强度分析

崔虎威，郑学键，刘双，陈泽民，申一帆，蓝松

2024, 43(10): 122-129. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.15

摘要 ( )

为进一步明晰船体结构极限承载性能，有必要综合考虑焊接初始缺陷、材料鲍辛格效应以及载荷循环属性对船体加筋板极限强度的影响。采用热弹塑性有限元法对扁钢加筋板进行焊接数值模拟，并开展了循环压缩-拉伸载荷下达到弹性安定状态的加筋板极限强度分析。研究结果表明：船体加筋板焊接残余应力在首次循环卸载后释放程度最显著，并随循环载荷幅值增大而增加；在循环载荷作用下，船体加筋板达到弹性安定状态后的极限强度有所提升，但循环载荷幅值对其极限强度提升效果不明显；在相同循环载荷幅值下，采用Chaboche模型计算得到的极限强度比理想弹塑性模型要高；采用热弹塑性有限元法能直接获取船体加筋板焊接的初始缺陷，对进一步研究船体结构在循环载荷下的极限承载性能具有一定参考价值。

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基于虚拟迭代法的跨座式单轨车辆车体疲劳分析

文孝霞，熊耀淦，杜子学，吴辰思

2024, 43(10): 130-136. DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2024.10.16

摘要 ( )

跨座式单轨车辆的车体作为列车的主要承载部件，其疲劳强度对列车的安全运行起着至关重要的作用。为提高单轨车体疲劳分析精度，模拟出单轨车辆运营实践中车体的疲劳损伤，对单轨车辆车体进行柔性化处理，建立包含柔性车体的跨座式车辆刚柔耦合动力学模型，采用虚拟迭代法，在车辆特征部位施加白噪声作为初始输入激励，以跨座式单轨车辆线路实测加速度为目标信号，对车辆模型仿真响应谱与试验实测响应谱进行系统识别与反复迭代，获取车体与车辆其他部件连接位置处激励谱。基于虚拟迭代激励谱获取高精度载荷谱，根据线性疲劳损伤理论对跨座式单轨车辆车体开展疲劳损伤与寿命分析，提出车体结构改进方案。分析结果显示：疲劳仿真结果与车体实际损伤位置具有良好的一致性，验证了采用虚拟迭代法获取的车体载荷谱开展的疲劳分析结果具有高精度；结构改进方案使车体结构改进位置处寿命提高了191%。

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