DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 拮抗梨黑斑病菌芽孢杆菌菌株的分离和鉴定 分离纯化的芽孢杆菌对梨黑斑病的拮抗如图1，表明该芽孢菌对梨黑斑病具有显著的抑制效果。 图1. 芽孢杆菌对梨黑斑病菌的拮抗，a梨黑斑病菌，b芽孢杆菌-梨黑斑病菌平板对峙 然后对芽孢杆菌进行鉴定，菌落的形态：该菌株在LB固体培养基上培养至直径2~3 mm时的菌落形态为：圆形、凸起、表面光滑湿润、边缘整齐、菌落半透明，乳白色。染色后利用光学显微镜观察该菌株呈现革兰氏阳性、杆状、能产生芽孢，营养体大小为(0.6 − 1.0) × 1.2 − 2.5 µm；根据《伯杰氏细菌手册》对菌株进行生理生化鉴定(表1)，初步判断该菌株属于芽孢杆菌属。 Table 1 Characterization (physiology & biochemistry) of the isolat 特征 菌株 特征 菌株 芽孢染色 + 色素 - 葡萄糖 + 精氨酸水解酶 + 淀粉 + 亚硝酸盐 - 蔗糖 + 硫化氢 - 表1. 菌株的生理生化特性 提取芽孢杆菌的总DNA，并扩增其16 srDNA，将测序正确的序列利用邻接法制作芽孢杆菌系统进化树(图2)，结果表明该分离的菌株与B. subtilis CS10同源性为100%，因此将该菌株归类为枯草芽孢杆菌，命名为B. subtilis Z58。 图2. B. subtilis Z58的系统进化树 3.2. B. subtilis Z58对植物病原菌的拮抗 为了解B. subtilis Z58对植物病原菌拮抗是否具有广谱性，研究了B. subtilis Z58对17种植物病原菌的抑制效果(图3)，结果表明B. subtilis Z58对茶叶白星病菌抑制率最高，可达到84.9%，对番茄叶霉抑制率最低(50%)，对11种植物病原菌的抑制率达到70%以上，因此表明B. subtilis Z58的植物病原菌拮抗具有广谱性，有望将其开发成一种生物防治微生物菌剂。 图3. B. subtilis Z58对17种植物病原菌抑制率 3.3. B. subtilis Z58的芽孢形成研究 3.3.1. 温度对B. subtilis Z58芽孢形成的影响 由于B. subtilis Z58在设计的数种产孢培养基中都不产孢，因此设计将B. subtilis Z58发酵液浓缩后吸附到玉米芯粉载体上以期促使其芽孢生成。首先研究了不同温度条件对B. subtilis Z58芽孢形成的影响，当吸附于载体后，于室温保存基本无芽孢生成，当温度分别提升至32℃和40℃时，有芽孢生成(图4)，结果表明室温、32℃和40℃时的芽孢形成率分别达到5.7%、43.9%和71.0%，结果显示温度低于32℃或室温影响B. subtilis Z58的芽孢形成。 图4. 吸附于玉米芯粉载体上在不同温度条件下保存48 h的芽孢形成情况。a 对照(未吸附时，发酵液)，b室温，c 32℃， d 40℃。红色箭头：芽孢，绿色箭头：营养体 3.3.2. 发酵液体积吸附材料质量之比对B. subtilis Z58芽孢形成的影响 由于温度对B. subtilis Z58芽孢形成影响显著，且单因素实验中40℃条件下芽孢形成率最高，因此选择40℃作为水分含量对B. subtilis Z58芽孢形成影响的基础温度。将8 ml发酵液离心并倾倒掉相应的上清，剩余体积悬浮细胞保证起始的菌数一致，结果表明发酵液体积：吸附材料质量为4:1时芽孢形成率最高可达到83.3% (图5)。 图5. 发酵液体积与吸附材料质量之比对B. subtilis Z58芽孢生成的影响 3.3.3. 起始菌体数量对B. subtilis Z58芽孢形成的影响 根据温度、发酵液体积与吸附材料质量之比对B. subtilis Z58芽孢形成的影响结果，在研究菌体数量对B. subtilis Z58芽孢形成的影响时设定温度和发酵液体积：吸附材料质量分别为40℃和4:1，结果表明吸附在载体的B. subtilis Z58起始菌数为6 × 10 9 /g时，B. subtilis Z58芽孢形成率最高，可达到77.1%，随着吸附菌数的增加芽孢形成逐渐降低，但是芽孢形成都在70%以上，差异不明显(图6)。 图6. B. subtilis Z58活菌数对其芽孢生成率的影响 3.3.4. 温度、发酵液体积：吸附材料质量和菌体量的正交实验 根据单因素实验结果分别将其进行正交设计，确定的正交因素水平表为(表2)。 Table 2 Orthogonal factor levels for spore formation of B. subtilis Z5 水平 因素A (发酵液体积:吸附材料质量) 因素B (菌体数量/g) 因素C (温度/℃) 1 2:1 6 × 10 9 RT 2 4:1 8 × 10 9 32 3 8:1 1 × 10 10 40 表2. B. subtilis Z58芽孢形成正交因素水平表 Table 3 Results of orthogonal experiment and visual analysi 因素 发酵液体积:吸附材料质量 菌体量 温度 芽孢形成率% 1 1 1 1 38.2 2 1 2 2 61.1 3 1 3 3 38.7 4 2 1 2 81.8 5 2 2 3 63.6 6 2 3 1 2.3 7 3 1 3 59.9 8 3 2 1 2.8 9 3 3 2 84.8 K 1 0.460 0.600 0.144 K 2 0.492 0.425 0.759 K 3 0.492 0.419 0.541 R 0.032 0.181 0.615 表3. L9(33)正交实验结果与直观分析表 正交实验结果的极差分析表明影响B. subtilis Z58芽孢形成的主次影响因素为：温度>菌体量>水分；根据分析结果综合未来在应用过程中的可行性，则对于B. subtilis Z58吸附固形物材料芽孢形成的最佳条件为：A2B1C2，即发酵液体积：吸附材料质量为4:1，菌体量6 × 10 9 /g和温度为32℃ (表3)。 3.3.5. 保存时间对B. subtilis Z58芽孢形成的影响 按照正交实验最佳条件，B. subtilis Z58发酵液与玉米芯粉混合后保存，分别记录15 d，60 d和90 d的芽孢率(图7)，结果表明从15 d到3个月芽孢率基本没有发生变化，一直维持在98%以上，表明B. subtilis Z58吸附于固体基质促进芽孢生成是可行的芽孢生成途径，同时也能稳定维持芽孢率达到微生物菌剂行业标准的货架期。
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user: 4. 结论 本文筛选得到的一株芽孢杆菌经形态学、生理生化和分子生物学鉴定为枯草芽孢杆菌，并命名为B. subtilis Z58，该菌株对17种植物病原菌均具有拮抗作用，对茶叶白星病病菌的抑制率可达到87.5%；通过单因素和正交设计得到该菌株吸附于玉米芯粉载体促进孢子生成的最佳条件为：发酵液体积：吸附材 图7. 15~90天B. subtilis Z58的芽孢率情况，图中数据为平均值 ± SD，为三次重复试验数据 料质量为4:1，初始菌体量6 × 10 9 /g和温度为32℃，该菌株生成芽孢后，3个月内芽孢率基本不发生变化，维持在芽孢率98%以上，该菌株有望开发成为广谱性的植物病原菌拮抗菌剂。
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user: 摘 要 针对机翼的结构设计问题，引入拓扑优化技术在机翼结构最优化设计中，采用变密度方法，建立了“以机翼最小柔度为目标函数，体积减少百分比为约束条件”的数学模型，利用ANSYS软件对某飞机机翼进行静态有限元分析，对不同工况下的机翼结构进行拓扑优化设计。探讨了拓扑优化设计过程中，基本模型建立、优化与非优化区域确定、优化准则选取及优化结果分析与应用等问题。研究结果表明，该结构拓扑优化方法的正确性和有效性，在机翼结构优化设计中具有一定的应用前景。 关键词 :机翼，有限元分析，拓扑优化，ANSYS Copyright © 2019 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 结构优化主要是为了满足设计中使材料用量最少、成本达到最低、工艺步骤最简单的最优标准。从工程设计角度，结构优化可分为尺寸优化、形状优化以及拓扑优化三个层次。尺寸优化和形状优化已经得到充分的发展，在航空、航天、桥梁、汽车等一些领域得到了广泛的应用 [ 1 ] ，但它们在结构设计中存在一定的局限性，所以拓扑优化设计方法应运而生。拓扑优化设计是结构的尺寸优化设计和形状优化设计之后，一种最具有挑战性的研究课题，同时也是具有简单、高效、经济的设计方法，成为近年来结构优化设计研究的热点。 飞机结构重量是影响飞机各项性能指标的重要因素。机翼作为飞机设计中重要的组成部分，其结构轻量化是提高各项性能指标的基础。机翼是飞机最主要的提供升力的部件，如何设计出重量轻、强度高、刚度大的结构布局是设计师面临的主要任务 [ 2 ] 。在传统的结构设计中，设计者需要根据自己的经验及以前的飞机型号作参考。定义机翼零件尺寸大小以及相应位置，然后通过试验和数据分析校核检验设计结果。对于结构进行多次修改、校核检验分析，直到满足设计要求。这种方法过程繁杂、耗时耗力，过于依赖设计者的经验和判断，缺乏统一设计的准则和依据 [ 3 ] 。随着设计人员的不断探索，发现飞机结构拓扑优化设计方法恰好可以解决传统方法中存在的问题。拓扑优化设计主要是借助计算机软件建立相应的几何模型，对设计要求进行分析论证，通过有限元理论和基本力学原理对结构模型进行分析，实现机翼各部分结构的布局设计，为设计人员提供一套完整的、准确的且具有实际应用价值的理论依据和设计方案 [ 4 ] 。拓扑优化方法能够有效降低飞机的重量、通过对材料进行合理布局，提高其使用效率，进而使飞行器的整体性能达到最优。 就结构设计而言，我们可以理解为依据设计对象的载荷情况，有目的性地设计其材料的分布，确定合理的承载力结构。在设计过程中，根据载荷在结构内的分布方式，进而得到设计对象的最优拓扑结构。根据受载情况，设计出满足要求的结构形式，材料得以充分有效利用，因此这种类似于传力路径的研究十分重要 [ 5 ] 。而拓扑优化方法不仅可以具体分析结构的传力路径，还可以实现对其优化设计，为寻求最优、最合理的结构形式提供理论依据 [ 6 ] 。 在以往，国内通常采用替换钢和铝合金材料为复合材料来减轻重量，国外一般采用结构优化设计的新技术降低重量。本文结合拓扑优化方法，根据机翼某种状态下受气动载荷情况进行分析，在满足各项性能指标的条件下，实现机翼结构合理布局，达到质量尽可能轻，且最优的传力路径的机翼拓扑结构。
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user: 2. 拓扑优化设计模型 2.1. 优化方法的选择 拓扑优化的研究领域主要分为两种：即离散结构拓扑优化和连续体拓扑优化，两种领域都需要在有限元方法基础上展开和应用的。1904年，Michel提出了Michel桁架理论，满足此理论的结构通常被称为最小重量桁架。到1964年Dorn、Gomory、Greenberg等人提出基结构法，在数值分析领域内引入拓扑优化技术，从此打破了Michel桁架理论中存在的局限性，使拓扑优化理论活跃起来。由于优化模型离散方法困难和大规模的计算量，使拓扑优化方法发展有些缓慢。1988年Kikuchi和Bendsoe等人提出均匀化方法 [ 7 ] ，为拓扑优化方法打下了坚实的基础，引起了连续体拓扑优化的快速发展，随着学者们的不对深入研究，相继提出渐进结构优化法 [ 8 ] 、水平集方法 [ 9 ] 以及变密度法 [ 10 ] 等，从此，拓扑优化方法在学术界得到取得了稳定的地位，并广泛的被应用。 2.2. 变密度法数学模型 变密度法(Variable Density Method)是1993年Mlejnek在受均匀化方法的启发下提出的，它开启了结构拓扑优化又一个高效的数学方法，Mlejnek在均匀化方法的经验和成果基础上，假定设计结构的材料弹性模量与其密度的非线性关系，使它在宏观层面上显示了优化的拓扑结构及微观层面上的材料密度分布方式。变密度法是最为普遍应用的方法，其基本思想是：引入一种假想的相对密度(即伪密度)在0~1之间的可变密度材料，通过伪密度的分布确定拓扑结构，所以需要假定伪密度与弹性模量之间的某种特定关系，然后定义每个单元伪密度作为设计变量，以材料的分布方式来实现拓扑优化结构。变密度法将拓扑优化在0和1之间的取舍离散性问题转换为在0~1之间取值连续的优化问题。其中，0表示结构中无材料填充，1表示结构为实体单元，0~1之间表示结构为过渡材料(灰度单元)。为了消除灰度单元使结构满足最优拓扑结构，引入惩罚因子对伪密度在0~1之间的结构单元进行惩罚，使拓扑优化模型更好的逼近0或者1的离散优化模型。以体积为约束条件，结构最小柔度为目标函数，变密度法的拓扑优化模型可表示为： F i n d : x = { x 1 ， x 2 ， ⋯ ， x e ， ⋯ ， x n }   min : C = U T K U = ∑ e = 1 N ( x e ) p u e T k 0 u e     s . t . : V = f ⋅ V 0                   K U = F                   0 < x min ≤ x i ≤ 1 (1) 式中，x为单元伪密度，C为结构柔度，F为结构载荷，K为总刚度矩阵，U为结构总体位移，k 0 和u e 分别为单元刚度矩阵和单元位移矩阵，f为体积分数，V(x)为保留的体积，V 0 为初始的材料体积。p为惩罚因子。设计变量下限值通常取x min = 0.001，可以有效地避免刚度矩阵产生奇异。
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user: 3. 机翼受力分析 3.1. 受力分析的目的 主要是运用软件，采取有限元分析的方法，通过给机翼加载其在巡航状态下所受的各种力，来分析机翼各部件所受的力以及它们在这些力作用下的变形，根据结果来修改机翼的结构设计，以达到即能保证机翼在飞行时的气动外形，又能合理设计出各个部件的最佳设计尺寸，最终解决机翼满足强度、刚度要求情况下得到最少重量的问题。 采用有限元分析方法，通常是最有效的机翼受力分析方式。为了使有限元分析的结果比较准确的接近现实，就必须较好的完成以下两个工作。 1) 较为准确的绘制机翼的三维几何模型图，本文采用CATIA进行绘图。 2) 在有限元分析时，要想比较接近现实结果，就必须比较准确的加载机翼在巡航状态下所受的各种载荷，对于机翼我们可以把其看作悬臂梁来处理，同时分析机翼的受力情况。 3.2. 机翼结构的传力路径分析 机翼结构的优化设计其主要任务是对传力路径分析，具体的分析方法为： 1) 对结构进行合理简化，略去次要元件和次要部分，从而使在传力分析中，减少结构存在的静不定问题。 2) 对结构中各元件之间的连接关系了解清楚，并合理简化铰链、固接等集中连接或分散连接的典型连接形式。 3) 根据结构初始外载荷，以及各结构的受力情况，合理的简化成典型的受力构件，由静力平衡条件，确定各构件的受力情况。
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user: 4. 机翼载荷特点 4.1. 机翼受载荷情况 机翼是对称结构，如图1所示，分析机翼在某种巡航状态下的载荷情况。 1) 空气动力载荷 空气动力载荷q为分布载荷，在机翼的表面上，以吸力或者压力形式存在，表现为机翼的升力或阻力。其中升力是机翼最主要的外载荷，不同的设计情况下，机翼的气动载荷数值和分布情况不同，因此其合力的大小、方向、作用点相应地也不同，并将影响机翼的受力情况。 2) 机翼结构的质量力 机翼结构的质量力Q是分布载荷，其大小和分布主要由机翼的结构质量决定，质量力的大小相比于气动载荷要小很多。工程计算中，它的分布规律近似的认为与弦长成正比。 3) 其他集中载荷 机翼上存在其他载荷，如起落架、发动机等连接部件传来的载荷，油箱、炸弹等布置在机翼内、外的各种载荷，通常它们是以有限的连接点连接到机翼主体结构，主要以集中载荷的形传递给机翼，有些力的数值可能比较大。 图1. 机翼受到的分布载荷和集中载荷 4.2. 机翼结构有限元分析 机翼作为飞机提供升力的主要部件，其结构必须满足足够的强度、刚度、耐久性和损伤容限等多方面要求，同时还应有合理梯度载荷模型实现气动载荷分布。对机翼结构优化设计特点分析，控制边界条件，施加气动载荷是飞机整体设计的基础和重点，决定着整体分析结果的正确性和有效性。利用有限元法对机翼结构进行分析，了解机翼载荷情况，简化机翼模型，进行网格划分建立有限元模型。 图2. 有限元模型 有限元模型最基础的是几何模型的建立。建立几何模型的方法大致分为两类：一是基于ANSYS的建模功能建立几何模型；二是从其他建模软件建立几何模型，通过转换为igs或者stp格式并导入到ANSYS中进行分析。本文主要使用PROFILI软件获取机翼翼型，通过CATIA设计尺寸，建立三维空间几何模型，通过接口程序导入到ANSYS中，进行网格划分和计算求解。有限元模型中总共9600个单元，24，000个节点。如图2所示。
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user: 5. 机翼拓扑优化 机翼结构拓扑优化，首先略去次要元件和次要部分，对原结构进行合理简化，着重研究参与总体传力的主要部分和主要元构件，寻找载荷传递的的最佳分配方案。主要表现为最小柔度(即最大刚度)拓扑优化设计。与传统优化设计相比，拓扑优化的目标函数、设计变量和状态变量都是预先设计好的，只需要定义材料模型、属性、载荷以及需要减少的体积百分比。拓扑优化的目标函数是满足以体积为约束条件下，利用有限元分析中设计变量的单元伪密度，实现结构柔度最小，相当于提高结构的刚度要求。 5.1. 定义拓扑优化问题 定义拓扑优化问题同定义其他线性，弹性结构问题做法一样，设定材料弹性模量为1.1e09Pa，泊松比为0.3，然后根据分析对象的基本结构建立机翼优化模型。 5.2. 单元类型的选择 根据ANSYS对拓扑优化单元的设定，支持拓扑优化功能的单元相对较少，对于三维实体单元通常选SOLID92或SOLID95。其中，SOLID95是20节点的六面体高阶单元，是在8节点六面体单元的12条边中间增加一个节点，其更适合用于高精度设计要求，且曲线边界的几何模型中。本文选取20节点SOLID95单元进行拓扑优化。 5.3. 定义和控制载荷工况 施加载荷时需要搞清楚机翼受载荷情况，根据上述分析，在机翼翼根处施加位移载荷，上表面施加分布载荷，如图3所示。 图3. 约束和载荷显示图 5.4. 定义和控制优化过程 拓扑优化过程主要为：定义结构优化区域、确定目标函数和约束条件、选取合理的优化算法、判断收敛性、查看优化结果，主要流程如图4所示。 图4. 拓扑优化流程 1) 优化算法的选取 拓扑优化求解过程需要寻求收敛速度快且简单高效的算法，快速的寻找到全局最优解。本文选取优化准则法 [ 11 ] 进行求解，主要的求解步骤是：定义初始化设计变量，判定收敛性后进行有限元分析，得到相应的位移函数，定义目标函数并进行灵敏度分析，应用过滤技术更新设计变量，直到目标函数收敛。对于最小柔度问题，更新设计变量的OC法优化方案可表示为： (2) 式中：m为移动限制量，它是伪密度改变区间值，为了使优化迭代过程中尽可能的保留有效的单元数，m在0.1~0.3之间取值，通常取m = 0.2。B e 是根据结构最优化条件中推导出来的，其数学模型可表示为： B e = − ∂ C ∂ x e ( λ ∂ V ∂ x e ) − 1 (3) 式中：λ是拉格朗日乘子，从而目标函数的灵敏度可表示为： ∂ C ∂ x e = − p ( x e ) p − 1 u e T k e u e (4) 利用式(2)对连续体结构拓扑优化过程中的设计变量进行更新，进而在约束条件的限制下使目标函数逐渐减小，直到达到设计要求。 2) 给定优化条件 设定流速0.5马赫，迎角5度，定义材料弹性模量为1.1e09Pa，泊松比为0.3，体积减少百分比为70%，收敛容差为0.0001。以体积为拓扑优化约束条件，最小柔度(即最大刚度)为拓扑优化目标函数，采用优化准则法(OC)进行结构拓扑优化。进行50次优化迭代使体积减少70%。其拓扑优化命令流如表1所示。 Table 1 System resulting data of standard experimen 命令流 释义 TOCOMP， YIHETOPO， SINGLE， 1 ！进行拓扑优化，定义函数“YIHETOPO” TOVAR， YIHETOPO， OBJ ！定义“YIHETOPO”为目标函数 TOVAR， VOLUME， CON，， 70， ！定义约束函数“VOLUME”，体积减少70% TOTYPE， OC ！使用OC优化准则 TODEF， 0.0001， ！初始化，设定收敛容差 TOLOOP， 50 ！指定迭代次数 表1. ANSYS优化迭代命令流 5.5. 查看拓扑优化结果 通过拓扑优化处理后，根据密度分布云图可知(如图5)，红色表示要保留的材料，蓝色表示可以去掉的材料，中间颜色为过渡材料。 图5. 拓扑优化密度云图 通过后处理器根据表2命令流查看密度等值图，其拓扑优化后内部结构如图6所示，可以看出，根据材料分布得到了机翼内翼肋和翼梁的雏形，其结构形式为多梁结构(或多墙结构)，根据图7可以得出，在满足技术要求的前提下，目标函数收敛。 Table 2 System resulting data of standard experimen 命令流 ETAB， EDENS， TOPO PLETAB， EDENS PRETAB， EDENS ESEL， S， ETAB， EDENS， 0.8， 1 EPLOT 表2. 后处理命令流 图6. 内部显示图 图7. 目标函数曲线图 为了拓扑结果更好的利用在实际工程中，将结构进行后处理，根据内部结构图建立翼梁翼肋数目，得到如图8所示的多梁加肋的机翼结构。 图8. 多梁加肋的机翼结构
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user: 6. 结束语 本文主要以机翼结构布局为背景，在某种特定的情况下，根据载荷分布来进行有限元分析，实现机翼的最优拓扑结构。根据拓扑优化分析，在满足最大刚度的条件下，得到机翼内部翼梁和翼肋雏形，为机翼概念设计提供理论依据。本文采用拓扑优化的主要目的是确定机翼翼梁的大致数目与位置，相当于给定了相应的传力路径，拓扑优化结果要求不是很高。后期将会对优化结果进行详细论证分析，将更多的机翼翼型参数作为优化设计变量，但这将大大增加计算量，因而需探索有效的措施来减少计算量，为现实中机翼结构概念设计提供一定的参考价值。
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user: 摘 要 为了缓解锂硫电池的穿梭效应，提高其电化学性能，本研究利用橘皮为碳源合成了一种氮掺杂的纳米片状多孔碳(NNPC)，并通过超临界二氧化碳沉积技术合成了硫碳复合材料(C-S-CO 2 )作为电池的正极材料，其载硫量达到64%。通过XRD、XPS、SEM、TEM、以及拉曼等方法对材料的表面形貌和特性进行了表征。电化学测试表明，在0.2 C的电流密度下，C-S-CO 2 复合正极材料的初始比容量达到1065 mAh g −1 ，远高于熔融渗透法合成的硫碳材料(C-S-M)的初始比容量773 mAh g −1 ；并且经过200次循环之后，C-S-CO 2 的保持率能达到70%左右。 关键词 :橘皮，多孔碳，超临界二氧化碳，锂硫电池 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着化石燃料等一些不可再生能源的短缺，各种新型电子设备的快速发展，以及人们环保意识的不断提高，经济型储能装置的开发越来越受到人们的关注 [ 1 ] 。近年来，锂硫电池因其较高的理论容量密度(1675 mAh g − 1 )、理论能量密度(2600 Wh kg − 1 )、硫储量丰富以及环境友好而引起了研究者们的极大的兴趣 [ 2 ] 。然而Li-S电池的商业应用受到一系列问题的限制：硫和硫化锂的高度绝缘性，中间产物多硫化物的易溶于有机电解液以及反应过程中较大的体积变化(~80%)等。这些问题将导致锂硫电池活性材料的利用率降低，容量衰减快以及穿梭效应等 [ 3 ] 。 为了解决上述问题，研究者们已经付出了许多努力，比如添加导电剂和极性粘结剂 [ 4 ] ，设计多孔结构的基体材料 [ 5 ] 。目前应用最广泛的方法是将硫限制在各种碳材料中，比如中孔/微孔碳，碳纳米管，石墨烯/氧化石墨烯，分层多孔碳等。而以生物质为碳源制备的多孔碳具有成本低廉、来源丰富、环境友好等众多优点 [ 6 ] ，比如果壳、树叶、骨头、毛发等已经被广泛应用于合成Li-S电池正极材料。 另外，除了选择合适的碳材料，找到合适的方法制备硫碳复合材料也是至关重要的。目前最常用的合成方法是熔融渗透法，但具有硫分散性差，操作过程复杂，能耗高等难以克服的缺点。近年来，利用超临界流体合成纳米材料的方法得到广泛的应用，由于超临界二氧化碳(scCO 2 )具有相对容易达到的临界参数(Tc = 31.1℃， Pc = 7.38 MPa)，因此是纳米材料合成中最常用的超临界流体 [ 7 ] 。scCO 2 具有低粘度，高扩散性，低表面张力以及较强的溶剂化能力等独特的性质 [ 8 ] ，因此利用scCO 2 作为溶剂可以使硫更易于进入到碳材料的孔道内并且分散的更加均匀，另外，由于相对温和的实验条件，利用scCO 2 合成复合材料对材料的结构基本不具有破坏性。 在这项研究工作中，我们以KOH为活化剂，橘皮为碳源，制备出一种新的氮掺杂纳米片状多孔碳(NNPC)作为锂硫电池正极导电基体材料。利用scCO 2 将硫与NNPC复合得到正极复合材料(C-S-CO 2 )，并与熔融渗透法合成的正极复合材料(C-S-M)进行对比。研究发现，经过scCO 2 处理之后，C-S-CO 2 的形貌结构与NNPC相比基本没有发生变化，而常规方法合成的C-S-M结构明显坍塌。并且相比于C-S-M，C-S-CO 2 的电化学性能明显改善。
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user: 2. 实验部分 2.1. NNPC的制备 首先，将新鲜的橘皮在500℃下预碳化3小时，得到的产物与三聚氰胺、氢氧化钾以2:1:6的比例混合；然后置于管式炉中氮气气氛下，以5℃ min − 1 的速率升温至800℃保持2 h，得到的样品依次用稀盐酸溶液和蒸馏水洗涤，直至PH = 7；最后置于真空烘箱100℃下保持12 h得到NNPC粉末。 2.2. C-S-CO 2 和C-S-M的制备 取0.3 g硫、0.15 g NNPC和1.5 ml CS 2 混合均匀后置于50 ml高压反应釜中，将其密封后充入60 atm的CO 2 ，快速升温至100℃反应3 h，反应结束后自然冷却至室温，收集到产物C-S-CO 2 。作为对比，利用常规方法，取0.3 g硫溶解在过量的CS 2 溶液中，常温下搅拌待CS 2 全部挥发，置于反应釜中155℃下保持12 h以获得C-S-M。 2.3. 材料表征 样品的表面形态、微观结构和成分特征通过扫描电镜(SEM， Model S-4800)，透射电镜(TEM， JEM-2100F)，X射线衍射(XRD， Smart APex II)，X射线光电子能谱(XPS， ESCALAB 250Xi)以及拉曼(Raman， Ranishaw RM1000， λ = 514 nm)来进行表征。硫含量通过热分析(TGA，STA449C)测量，以氮气为载气，加热速率为10K min −1 。 2.4. 电化学测试 通过组装CR2025型纽扣电池来测试C-S-M和C-S-CO 2 电化学性能。其中以锂片为负极，聚丙烯/聚乙烯微孔膜(Celgard 2400)为隔膜。正极材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)以7:2:1的比例混合，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂制备混合浆料，涂覆到铝箔上，80℃下真空干燥得到电极片。电解液为1 mol∙L − 1 的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)添加1% LiNO 3 ，溶剂为乙二醇二甲醚(DME)和二氧戊烷(DOL) (体积比1:1)，在Ar气氛保护下的手套箱中组装电池。利用新威电池性能测试系统对电池进行恒流充放电测试，充放电区间为1.7 V~2.8 V。使用CHI660E电化学工作站进行循环伏安(扫描速率：0.1 mV s − 1 ，电压扫描范围：1.5 V~3.0 V)和交流阻抗测试。
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user: 4. 结论 利用生物质可再生、成本低以及环境友好等优点，选择了橘皮为碳源，三聚氰胺为氮源，KOH为活化剂制备了一种新型的氮掺杂纳米片状多孔碳(NNPC)，将其作为锂硫电池正极导电基体材料，独特的微观结构有利于离子的快速传输。NNPC的比表面积高达1740.6 m 2 g − 1 ，既有利于实现较高的载硫量(>60%)又有利于限制多硫化物的溶解。利用一种绿色的合成路线，scCO 2 沉积，将硫均匀地分散到NNPC的孔道内，对得到C-S-CO 2 复合材料进行了一系列结构表征。对比常规方法制备的C-S-M复合材料，C-S-CO 2 表现出更好的结构稳定性以及更优异的电化学性能。
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user: 摘 要 全面论述了数据驱动水文模型中人工智能的关键技术及其适应范围，分析了机器学习在水文预报中遇到的技术瓶颈。采用Gamma Test对数据驱动模型进行输入优选，降低了模型的白噪声误差影响；提出了长短期记忆神经网络与批量学习、正则化、筛选神经元技术相结合的深度学习网络，以解决变化环境下降雨–洪水过程统计特征的非线性、随机性和时变性问题。长江上游向家坝~三峡水库区间流域的应用结果表明：在不考虑未来降雨预报的前提下，仅以前期和现时已知的降雨–洪水资料为模型输入，长短期记忆动态神经网络结合三种深度学习辅助算法，防止模型的过参数化和过拟合，有效提高了三峡水库入库洪水的预报精度，1~3 d预报精度均达到了甲等水平。 关键词 :水文预报，人工智能，机器学习，深度学习，数据挖掘 Copyright © 2019 by authors and Wuhan University. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 水文预报是防汛抗旱决策、水资源合理利用、生态环境保护以及水利水电工程运行管理的重要依据。水文预报通常根据前期和现时已知的水文气象资料，以流域水文模型为工具对未来一定时间内水文要素的状态做出定量的预测。近几十年来，随着流域产汇流理论研究的深入、计算机技术的迅速发展和预报实践经验的增加，水文预报技术在理论和实践上都取得了长足发展 [ 1 ] [ 2 ] 。人工神经网络和数据挖掘方法均属于人工智能技术的范畴，因其处理非线性和不确定性的强大能力，在水文预报领域取得了丰硕的研究成果 [ 3 ] 。其中人工神经网络根据网络架构是否有回馈项(又称为递归项、循环项)可划分为静态神经网络和动态神经网络，前者的网络架构没有回馈项，对资料结构的长期映射关系具有较好的解析效果，而后者的网络架构具有回馈项，对资料结构的短期映射关系具有较好的解析效果；其次根据隐含层的数目，又可分为浅层神经网络(隐含层仅为1层)和深度神经网络(隐含层数 ≥ 2层)。在水文预报领域应用较广的静态类神经网络包括反向传播神经网络、径向基神经网络、自组织映射网络、时滞神经网络、适应性网络模糊推论系统等 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] ；应用较广的动态类神经网络包括Elman回馈式神经网络、即时回馈式神经网络、非线性自回归外因输入模式等 [ 7 ] [ 8 ] 。 动态神经网络具有良好的短期记忆能力，其网络训练算法为误差向后传播演算法，训练过程中易表现出以下两种现象：1) 当梯度值大于1.0时，误差就会随着反向学习时间步长的增加而呈指数增长，那么网络的参数更新会引起损失函数非常大的震荡，即梯度爆炸现象；2) 当梯度值小于1.0时(如接近0)，误差就会随着反向学习时间步长的增加而呈指数降低，也就是后面时间节点对于前面时间节点的感知力下降，使得网络权重更新缓慢，导致梯度学习过程停滞不前，陷入局部最优解，这就是梯度消失现象。基于误差向后传播演算法的回馈式神经网络，随着反向学习时间步长的增加，一旦出现梯度爆炸或消失现象，就会导致动态神经网络长期记忆能力的丧失 [ 9 ] 。 对于那些夹杂大量噪声的数据，为了提高数据的信噪比，在使用之前，常常需要进行降噪处理。数据挖掘方法作为人工智能技术的重要分支，与人工神经网络之间有着紧密联系。数据挖掘方法，如小波转换、主成分分析法、聚类算法、Gamma Test等，可从时空层面上提高数据资料的精确性、完整性、一致性、时效性和可靠性等 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] ，从而可有效提高数据驱动模型的精度和稳健性。 由于变化环境导致水文过程统计特征的非线性、随机性和时变性现象愈发显著。传统静态和动态神经网络，无法有效地模拟变化环境下的降雨–径流关系。因此，如何适应变化环境及实现智慧预报，是水文科学研究领域极具挑战性的技术难题之一。本文重点研究探讨以下三个关键技术问题：1) 如何解决传统静态和动态神经网络在深度学习过程中引发的梯度爆炸现象和梯度消失问题？2) 如何应用具有长短期记忆能力、回馈连接与外部输入的深度神经网络，使神经元和隐藏层中自动选择记忆或遗忘前期的降雨–径流时空关系，模拟水文过程统计特征的非线性、随机性和时变性；3) 对比分析传统静态、动态神经网络与新颖深度神经网络对变化环境下降雨–径流的时空映射进行推估预测的能力。
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user: 4. 结论 降雨–洪水过程统计特征的非线性、随机性和时变性现象在变化环境的影响下愈发显著，而传统的静态和动态神经网络，无法有效地模拟这类统计特性。因此，如何适应变化环境及实现智慧水文预报，是水文科学研究领域极具挑战性的技术难题之一。本文提出了长短期记忆神经网络与批量学习、正则化、筛选神经元技术相结合的深度学习网络，构建了LSTM长短期记忆神经网络，并应用于三峡水库入库洪水预报。 从预报合格率、洪峰相对误差、均方根误差和基准拟合度四个指标综合评估可知，相比BPNN静态神经网络和NARX动态神经网络，LSTM长短期记忆神经网络结合三种深度学习的辅助算法，有效提高了三峡水库入库洪水的预报精度。LSTM长短期记忆神经网络可以有效地防止深度学习神经网络的过参数化和过度拟合技术瓶颈，提高了数据驱动模型的预测精度、具有良好的稳健性及泛化能力。
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user: 摘 要 随着经济社会持续高速发展，我国流域水生态环境面临巨大压力，水环境问题呈现出流域性、系统性特点，局部性、碎片化的治理已难以根本扭转水环境恶化的整体形势。本文以成都市沱江流域为例，针对该流域水环境问题提出了流域水环境综合治理规划思路，并通过MIKE11构建一维河网水环境模型，以考核断面水质达标为约束，利用模型的反馈机制，提出了流域水环境综合治理分区方案和分区治理标准，用来指导成都市沱江流域的水环境综合治理规划工作。本研究提出的“大流域统筹、小流域分区、差异化施策”的流域系统治理思路可为其他流域水环境综合治理方案的制定提供借鉴。 关键词 :水环境，流域，综合治理规划，MIKE11，一维水环境模型 Copyright © 2019 by authors and Wuhan University. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 近年来，随着我国经济社会持续高速发展和人口大幅增加，生产、生活及生态用水矛盾突出，生产、生活用水挤占河道生态环境用水现象较为普遍。许多河道断面的生态需水得不到满足，水环境承载力下降，加之经济社会发展带来的污染物大幅增加，河流污染日趋严重。水资源与水环境承载力不足问题凸显，这已成为制约流域经济社会可持续发展和水生态文明建设的瓶颈 [ 1 ] 。 河流水生态环境问题诊因复杂，不仅涉及岸上、水下、上下游，还涉及水利、环保、住建等部门，水环境的治理具有流域性、系统性及跨部门性等特点。传统的水环境治理存在局部化、零散化、线性化的问题，缺乏系统治理思路和跨部门的统筹，缺乏流域尺度关联性的思考，缺乏水质水量一体化的考虑，措施单一，难以做到精准治理。治理结果往往存在局部性、短效性的问题，导致屡治屡败，不能达到真正改善流域水环境的目的 [ 2 ] 。因此，唯有从流域的视角看待入河污染物的产生、输移及其对水环境的影响，按照“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”新时期治水思路，坚持“共抓大保护、不搞大开发”，严守以水量、水质、水生态要素为核心的流域生态保护红线，提出跨部门、跨专业的流域水环境治理模式，才是解决流域水生态环境问题的根本策略 [ 3 ] 。 本文以成都市沱江流域水环境综合治理为例，提出“大流域统筹、小流域分区、差异化施策”的流域水环境综合治理思路和分区治理方案，并采用MIKE11一维河网水环境模型，以考核断面水质达标为约束，利用模型的反馈机制，对规划方案进行优化，提出成都市沱江流域水环境综合治理分区方案和分区治理标准，用以指导成都市沱江流域的水环境综合治理项目的实施。
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user: 2. 研究区基本情况 成都市沱江流域跨越成都市东北部和东南部，范围涉及都江堰、彭州、郫都等11个区(市)县，沱江水系分支众多(见图1)，沱江流域成都段主要支流有青白江、湔江、毗河、北河、资水河(阳化河)、绛溪河等河流。沱江属长江一级支流，北河、青白江、毗河在金堂县境内赵镇汇流后始称沱江。成都市沱江流域自金堂县官仓镇满天星起，至简阳市新市镇界牌村，河段长146 km，流域面积6458 km 2 ，涉及沱江干流、34条沱江一级支流、176条二级支流、219条三级支流和181条四级支流。 图1. 成都市沱江流域水系
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user: 3. 流域综合治理规划思路 规划思路：以现状调查为基础，以问题为导向，以研究范围内河流国考、省考及市考断面水质达标为刚性要求。坚持“大流域统筹、小流域分区、差异化施策”的流域治理思路和“水环境、水生态、水资源、水安全”全要素覆盖的系统治理体系，实现对入河污染物“源头减排、过程控制、末端治理”的全过程控制，并通过建立入河污染物—水质目标响应关系模型，以水环境容量为约束，科学提出分区、分期治理措施及治理标准，真正做到“精准施治，一河一策”。 技术路线(见图2)：1) 开展基础数据收集，并在此基础上系统分析现状水问题；2) 进行控制小流域单元划分，把复杂的流域水环境问题分解到各小流域单元，结合各小流域单元水污染成因、污染源组成及国家、地方相关政策规划，按照“本地产污，本地削减”原则，制定污染物分区减排方案及治理标准(初始方案)；3) 按照该方案及治理标准构建水量水质数学模型，对河流水质进行动态模拟；4) 进行目标可达性分析，坚持“以量(排放量)定标(治理标准)”，不可达则反馈回方案层，重新制定方案、优化措施；达标则形成流域水环境分区治理方案及治理标准(优化方案)，依靠河湖长制实施执行减排方案，实现精准治理。 图2. 流域水环境综合治理规划方案制定技术路线图
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user: 4. 流域一维水环境模型 4.1. 治理目标 根据成都市人民政府与四川省环境保护厅签订的《成都市水污染防治目标责任书(2016年4月)》的断面水质考核目标，并结合《成都市水务“十三五”规划》、《沱江流域水污染防治规划2017~2020》、《成都市环境保护“十三五”规划》、《四川省沱江“一河一策”管理保护方案》等相关规划及文件要求，确定驾虹、致和电站、三邑大桥、拦河堰、西河天平、毗河二桥、三皇庙、宏缘、爱民桥、新市、临江寺、红日大桥断面2020、2035年的水质目标均为地表水III类(宏缘断面总磷除外，为0.22 mg/L)，具体分布见图1。 4.2. 模型选取 为建立流域污染物排放与水质考核断面之间的输入-响应关系，需选用合适的水动力和水质模型进行模拟预测。沱江流域面积大、河网水系复杂，本研究采用目前世界上领先且经过实际工程验证最多的、被水环境研究人员广泛认同的DHI公司MIKE11模型 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 。 4.3. 模型搭建及率定 4.3.1. 河网概化 在建立模型时，需要按照控制断面及河网拓扑关系进行概化。河网概化的原则是能基本反映天然河网的水力特性，建立模型时将流量较小的河道进行合并、概化，河道纵比降通过控制断面的高程进行控制，并根据模型需要进行适当平顺处理。概化时将主要的输水河道纳入计算范围，将次要的河道和水体根据等效原理，归并为单一河道和节点，使概化前后河道的输水能力相等、调蓄能力不变。 经概化，成都市沱江流域计算区域的主要河流为沱江干流、支流水系，包括沱江干流、毗河、青白江、西江河、清溪河及绛溪河等42条河流。基于对流域内现状工业、污水处理厂、城镇生活、农村生活、畜禽养殖以及农田面积分布等信息的调查，对研究区域排污口进行概化，共概化排污口42个，位置分布及河网概化见图1。 4.3.2. 模型输入条件 为全面分析枯水条件下流域主要河道水质状况及变化规律，本次计算选取枯水年(90%)进行分析，典型年选择是通过成都市60多年降雨资料进行频率分析确定。根据边界水质现状条件，都江堰、石堤堰分水质边界取II类，跨界河流水质边界均按照地表功能区要求按III类选取，跨界断面水质超标不予考虑。 4.3.3. 模型参数率定 采用2016年逐月水文实测资料及通过降雨、蒸发资料采用产汇流模型计算得到的边界条件对水动力模型进行率定，采用试错法调试各河道的糙率。采用2016年逐月水文实测资料进行模型主要断面的率定结果分析，三皇庙断面流量平均相对误差小于9.56%，所建模型模拟水文变化过程的效果较好。 在水动力模型的基础上，采用2016年成都市环境监测站进行的逐月水质监测结果对水质模型进行率定，得到COD、NH 3 -N、TP降解系数分别为0.2、0.15、0.1 d −1 。去除监测数据中个别极值数据，主要断面COD、NH 3 -N、TP模型计算值与实测值平均相对误差分别为16.99%、28.88%、28.17%，主要污染物计算值与实测值吻合性较好，模型基本可靠，可用于预测。
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user: 5. 规划方案模拟分析 5.1. 规划方案 在成都市沱江流域水环境综合治理规划中，针对各流域片所存在的问题，制定了以下规划方案：1) 沱江上游青白江片区，以乡镇污水与农村面源治理为主；2) 沱江中游毗河及西江河流域片，以城市点面源治理、农村面源治理、河道清淤、生态补水为主；3) 沱江下游以城市控源截污、农村面源污染治理并重。 5.2. 模拟情景 本论文根据水文年型(枯水年)、水平年(2020年、2035年)以及规划方案(初始方案、优化方案)，设定四种模拟情景，分别是：初始方案下的2020年情景和2035年情景；优化方案下的2020年和2035年情景。 5.3. 水质模拟分析 1) 初始方案 在成都市“十三五”沱江流域监测断面中，将入境断面与源头水断面以外的断面纳入本次水质模拟，共选取了12个监测断面，即驾虹、致和电站、三邑大桥、拦河堰、西河天平、毗河二桥、三皇庙、宏缘、爱民桥、新市、临江寺、红日大桥断面。各监测断面不同水平年的污染物浓度模拟值见图3。 模拟结果表明，青白江流域驾虹、致和电站断面、沱江流域爱民桥断面在不同水平年，均能达到地表水III类标准；西江河流域西河天平、毗河流域拦河堰、毗河二桥断面在2020年、2035年均不能达标，超标因子为总磷、氨氮；青白江流域三邑大桥、阳化河流域红日大桥、沱江流域三皇庙、宏缘、新市、临江寺断面在2020年不能达标，超标因子主要为总磷，在2035年均能达标。 图3. 初始方案中各考核断面2020、2035水平年的污染物浓度模拟值(左：2020年，右：2035年) 2) 优化方案 初始方案中，青白江流域三邑大桥、阳化河流域红日大桥、沱江流域三皇庙、宏缘、新市、临江寺等6个断面在2020年不达标，西江河和毗河的3个考核断面在2020年和2035年均未达标，考虑到毗河和西江河水质情况不容乐观，因此，规划提出对初始方案进行如下改进： a) 在2020年，毗河枯水期(11月~4月)从石堤堰补充7 m 3 /s的水量，西江河全年从西江河源头补充3 m 3 /s的水量，补水水质均为II类；西江河、毗河流域所有日处理水量大于1万m 3 的污水处理厂尾水经人工湿地等处理后达到地表水III类标准；毗河、西江河流域全域禁止畜禽养殖，毗河、西江河流域农业面源污染削减分别为15%和30%；沱江流域散养畜禽养殖削减30%。 b) 在2035年，毗河枯水期(11月~4月)从石堤堰补充7 m 3 /s的水量，西江河枯水期(11月~4月)从西江河源头补充3 m 3 /s的水量，补水水质均为II类；西江河、毗河流域所有日处理水量大于1万m 3 的污水处理厂尾水经人工湿地等处理后达到地表水III类标准；毗河、西江河流域全域禁止畜禽养殖；毗河、西江河流域农业面源污染削减50%；沱江流域散养畜禽养殖削减30%。 实施上述优化措施后，原未达标的9个断面均能达到地表水III类标准。2020年、2035年原未达标断面污染物浓度年均模拟值见图4。 图4. 优化方案中各考核断面2020、2035水平年的污染物浓度模拟值(左：2020年，右：2035年)
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user: 6. 结语 本文通过对沱江流域水环境综合治理规划研究，得到几点认识：1) 针对大流域尺度，系统而完整地提出了“大流域统筹、小流域分区、差异化施策、全过程控制、全要素覆盖”的流域水环境治理思路。2) 采用MIKE11建立流域一维水环境模型，利用模型对入河污染物与控制断面水质间的响应与反馈机制，可对规划方案进行精细模拟分析。3) 本研究思路应用于沱江流域水环境综合治理工作实践表明，通过方案优化后，提出的增加毗河流域生态环境补水、提高尾水排放标准等综合治理措施，可使各考核断面水质达标，为流域内各区县河长开展水环境治理工作提供重要抓手。4) 本文提出的流域水环境综合治理思路，统筹了环保、水利及住建等部门的要求，体现了水环境治理的流域性和系统性，对类似工作具有积极的借鉴意义。
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user: 摘 要 我国建筑垃圾中的混凝土，经挑选破碎再生混凝土后可制成再生骨料。从环保角度出发，可利用再生混凝土骨料制作成再生混凝土透水路面。经分析，再生混凝土透水路面材料分别满足了抗压性、耐久性、抗冻性、耐磨性、透水性、防滑性要求，达到了路面材料的要求。 关键词 :再生混凝土，透水性，路面材料 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 全球每年生产数10亿吨的混凝土，我国消耗世界约40%的混凝土，而建筑垃圾每年可达4亿吨。我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%至40%，每年产生新建筑垃圾4亿吨。目前我国对建筑垃圾的处理方式主要是填埋和堆放，对建筑垃圾的利用约为5%，而日本、美国、德国等发达国家，对再生混凝土的利用达到了70%~90%。这些垃圾的运输、处理和存放，都会对当地环境造成影响 [ 1 ] 。 将建筑垃圾“变废为宝”实现建筑经济的可持续发展对我国经济、环境都至关重要。另外一方面，我国城市中由于路面不透水，出现了雨水不能及时排出，城市内涝的现象，亟需一种透水性好，达到透水和蓄水双功能的新型路面 [ 2 ] [ 3 ] 。 我国混凝土路面应用范围较广，其主要是由水泥、石子、砂子、水按照一定的配合比，经过水化反应而制作成的具有一定强度等级的路面材料。基于这个理念，从环保、经济的角度考虑，将建筑垃圾进行分类破碎后进行再利用，不仅可以减少环境污染，而且可以为社会做贡献。建筑垃圾中的混凝土采用破碎机进行破碎，然后对再生骨料进行物理性能测试，将再生骨料、砂子、水、水泥，按比例配合，制作成再生混凝土路面材料。
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user: 2. 再生混凝土路面材料必须满足路面材料的基本性能 2.1. 抗压性能 再生混凝土骨料与天然碎石骨料相比，强度稍低，密度稍少。再生骨料表面附着一层混凝土砂浆，但经机械强化，强度可达到40 MPa，甚至可制作高强度再生混凝土，高强度再生混凝土的破坏规律与普通混凝土相似。国内崔正龙 [ 4 ] 对再生混凝土强度进行了研究和测试，从做为路面材料的强度方面考虑，再混凝土的强度可满足路面强度要求。 2.2. 耐久性 由于路面材料需要有耐久性，再生混凝土的耐久性与普通混凝土耐久性相似。国内学者研究表明，再生混凝土骨料取代率的提高，会加快再生混凝土的碳化；温度的升高，也会加快再生混凝土的碳化速度。作为路面材料，在下午2点路面温度达到最高，可达到100℃。所以再生混凝土路面的耐久性可以通过养护条件提高、取代率调整得到改善 [ 5 ] [ 6 ] 。 2.3. 抗冻性 路面的抗冻性要求，这在北方昼夜温差较大的情况下，是必须考虑的因素。再生混凝土的冻融循环实验可以作为抗冻性参数指标。魏毅萌 [ 7 ] 研究了冻融循环下再生混凝土孔隙分布变化对抗冻性能的影响，核磁共振测得的混凝土内部孔隙分布变化和孔隙体积变化率参数，能够很好的反映混凝土的抗冻性能。再生混凝土的冻融循环试验结果，表时再生混凝土抗冻性良好，可以满足路面材料的要求。 2.4. 耐磨性 再生混凝土路面的耐磨性在国外已有学者进行了研究，并且有水平混凝土路面耐磨性的标准测试方法。国内学者对再生混凝土路面的耐磨性进行了研究，所以再生混凝土路面可以通过调整取代率提高耐磨性。再生混凝土骨料取代率达到，马百顺 [ 8 ] 研究采用15%~20%再生微粉时，将其替代10%水泥时，再生混凝土的耐磨性能可达到路面标准。 2.5. 透水性 当路面的透水性良好时，可减少城市内涝的现象，又可将雨水渗透到路面下基层，缓解干旱，为城市植物提供水分，这符合了近年来绿色海绵城市理念。透水性路面材料，本身再生混凝土材料是亲水材料，可以通过加大再生混凝土的孔隙率来实现。可适当调整再生骨料颗粒级配，加大空隙率实现。 2.6. 防滑性 我国国内目前很少有人研究再生混凝土的防滑性。只有学者对混凝土透水路面的防滑性进行了研究 [ 9 ] 。所以，再生混凝土路面防滑性研究及防滑性措施有待研究。
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user: 3. 结语 再生混凝土路面材料符合我国绿色可持续发展战略。再生混凝土路面材料的实现，可减少我国建筑垃圾，变废为宝。再生混凝土路面同时对环境的改善有重要意义。从再生混凝土路面的性能上分析，其应用是可行的，满足路面在强度、耐磨、防滑、抗冻、透水等方面的性能要求。再生混凝土透水路面是一种绿色环保路面。与普通混凝土路面一样养护条件下，再生混凝土即可达到强度要求。为了更好的实现再生混凝土路面材料的各种性能要求，可做如下改善： 1) 提高养护条件。当养护条件提高时，可综合提高再生混凝土路面的性能，再生混凝土的强度、耐久性、抗冻性都可提高。 2) 选择适当再生骨料级配。适当骨料级配，可使再生混凝土达到强度要求，又有较好的透水性能。 3) 再生微粉的使用。再生微粉按比例取代水泥时，不仅可节省水泥，同时可提高再生混凝土路面的耐磨性。 另外，我国对再生混凝土透水路面的防滑性研究甚少。我国建筑垃圾种类多样，需实行分类。再生骨料的差异性较大，再生骨料破碎时需要经济投入。这些都需要国家支持，才能大量投入生产。但从再生混凝土透水路面的性能上符合路面强度标准，也符合我国绿色可持续发展战略，是造福人类后代的重要举措。
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user: 摘 要 本文通过对3根轴压比为0.1的钢筋混凝土箱型柱进行低周往复加载试验，探究了横向壁厚比、截面纵筋配筋率这两个因素对塑性铰长度的影响规律，得出以下结论：箱型混凝土悬臂柱在低轴压比时，其塑性铰长度是随着横向壁厚比的增大而增大的；其塑性铰长度是随着构件的纵筋配筋率的增大而增大的。 关键词 :钢筋混凝土箱型柱，塑性铰长度，壁厚比，纵筋配筋率 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 在地震力作用下，桥墩底部会产生较大的弯矩，从而使桥墩底部进入塑性状态进而形成塑性铰，随荷载增加将产生较大的变形直至破坏，而塑性铰长度就是钢筋混凝土柱从柱底沿高度方向的纵筋屈服的长度区域。塑性铰长度是进行结构延性计算和塑性设计的一个重要参数，塑性铰长度越大，则塑性铰区的塑性转动能力越好，即结构的延性越好 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。 关于影响钢筋混凝土箱型柱的塑性铰长因素的研究还不是很全面，目前大多数的研究工作(譬如参考文献 [ 1 ] [ 2 ] [ 5 ] [ 6 ] )是在总结了Priestley [ 7 ] 和Park [ 8 ] 模型的基础上，结合更多的试验结果进行改进，并且研究的重点是集中在实心截面形式的墩柱，而关于箱型柱这种空心截面形式的墩柱塑性铰长度影响因素研究的很少。因此本文通过钢筋混凝土箱型柱的拟静力试验，分析了截面壁厚比和纵筋配筋率对箱型柱塑性铰长度的影响。
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user: 2. 试验概况 2.1. 试件设计 本文参考葫芦河特大桥的某一桥墩，取3根编号分为RCBC-1、RCBC-3、RCBC-5的钢筋混凝土箱型柱作为研究对象，有关试件的具体尺寸参数如表1、图1所示。 Table 1 Basic parameters of the specime 编号 类型 高度/mm 截面长度a/mm 截面宽度b/mm 翼缘厚t 1 /mm 腹板厚t 2 /mm 内径长a 2 /mm 内径宽 /mm 配筋率 /mm 横向壁厚比/mm RCBC-1 1600 650 400 70 70 510 260 1.10% 0.22 RCBC-3 1600 650 400 70 100 510 200 1.10% 0.31 RCBC-5 1600 650 400 70 70 510 260 1.42% 0.22 表1. 试件基本参数 2.2. 试验测量内容及方法 试验所使用的设备为四连杆。加载方式采用力与位移混合加载制度，具体的加载过程可以参考文献7中的试验。水平荷载加载前，按设计轴压比计算竖向恒载(3个设计试件均为0.1)并按恒载的50%进行预加载循环俩次后对试件的竖直方向缓慢加载至竖向恒载的100%。水平荷载的加载采用力(荷载)—位移控制的方法：试件开裂前按20 kN/40s逐级加载，开裂后按10 kN/20s逐级加载并循环三次直至屈服，屈服后按屈服位移的0.2倍逐级加载，当极限承载力下降10%~15%时，对试件停止加载 [ 9 ] 。加载设备和加载制度如图2所示。 图1. 试件截面尺寸 图2. 加载设备和加载制度 为了探究混凝土箱型柱的塑性铰长度变化规律，试验加载过程中主要测试的内容为荷载位移曲线与纵筋应变。 其中纵筋应变测量方法如下： 在距柱试件根部约1.5 h范围内(h为试件截面高度)的外侧纵筋上粘贴应变片，以测量塑性铰区纵筋应变的变化规律，由此可以通过纵筋应变值计算钢筋混凝土柱的塑性铰长度。纵筋应变片的测点布置见图3 (应变片是对称布置在试件推拉侧)，其中数字标号表示粘贴的纵筋应变片。