复杂地质条件下铁路桥梁桩基通用计算方法

为保障复杂地质环境中铁路桥梁桩基础的结构安全,进一步提升设计质量,提出一种通用的复杂特殊地质条件下桩基计算方法。选择静水、负摩阻力、膨胀土和地震液化土作为4种基本特殊地质,以桥梁桩基设计规范中的m法和单桩承载力计算式为基础,提出它们各自分别作用时的计算方法和综合作用时的耦合效应算法。结果表明:季节冻结深度线、多年冻土上限深度线、中性点深度线和急剧层深度线可作为冰、液态水、冻土、负摩阻力、膨胀土的分界线;该方法在规范基础上增加的计算步骤、计算参数和外载增量可以移植到桩基通用设计程序中,并适用于任意复杂特殊地质条件计算,可为实现该条件下铁路桥梁桩基安全、高效、精细化的计算提供支持。研究成果应用于铁路桥梁设计中,节省桩长约5%、桩身配筋约4%。

分配特殊群桩空间作用效应的双向m法

群桩到单桩的作用分配是桩基计算的关键问题,针对规范中的单向m法只适用于平面作用的局限性,从单桩刚度、群桩刚度、受力平衡方程3个层面进行公式推导,建立了变形协调的群桩刚度矩阵和空间受力平衡方程,形成了适用于空间作用的双向m法,并以对称等长直桩、双向斜桩、不对称桩为计算实例,对比分析了单向m法和双向m法的计算结果。结果表明:单向m法计算对称等长直桩时,结果准确,计算双向斜桩时,单桩的弯矩和剪力波动较大,最大值偏小20%左右,计算不对称桩时,单桩外力之和与总外力不闭合,可信度低;而双向m法的理论解可覆盖这些桩基类型,结果更接近有限元数值解。研究成果为特殊桩基提供了一种快速且简便的计算方法,扩展了公路和铁路桥梁桩基设计规范的适用范围。

桥梁预应力混凝土徐变系数曲线拟合方法研究

有限元分析中徐变效应精确分析的关键在于徐变系数的指数形式能否准确还原徐变系数曲线。为研究一种高精度的任意徐变系数曲线的拟合方法以实现有限元徐变分析精确求解,本文剖析了该问题的本质,并提出一种优化算法,即利用模拟退火法寻找全局最优解的能力搜寻初解,再通过Levenberg-Marquardt法精确求解,并以2个算例对该方法进行验证。研究结果表明:(1)本文提出的徐变系数曲线拟合方法能对徐变系数曲线进行精确拟合;(2)算例结果显示本文提供的算法在拟合公路规范和铁路规范的徐变系数曲线时,相关系数R均在0.9999以上,拟合精度高,通用性强;(3)本文提供的算法架构简单、层次清晰,可借助常用编程语言方便地进行编译,对有限元程序徐变分析模块的开发或混凝土徐变规律的相关科学研究具有借鉴意义。

铁路路基雷达探测数据的处理

分析铁路路基雷达探测数据失真的主要原因,参考雷达探测在其他领域里的应用成果,设计相应的数据处理方法,最大限度地消除其影响。对轨枕中钢筋形成的多次波反射,采用抛物线拉冬变换法消除。对铁路沿线设施和通讯工具产生的随机噪声,采用小波域KL变换的方法去除。为弥补雷达探测剖面图对薄层和深层分辨率的不足,采用高通滤波和瞬时相位法加以提高。分别设计相应的数据处理算法步骤,采用VC和MATLAB混合编程技术实现。对2000年沪宁线路基雷达检测数据处理的结果表明:设计的数据处理方法具有计算速度快、通用性强、参数少的特点;处理后的雷达探测数据图像深部信号强、界面分层清晰,显示病害位置突出。

铁路路基雷达探测图像的自动解释技术研究

针对目前探地雷达随机配套软件功能的不足,为满足铁路路基雷达探测海量数据分析的需要,设计出适合于铁路路基检测图像的自动解释算法。首先对原始资料进行数据处理,采用拉冬变换消除轨枕影响,小波域KL变换消除随机噪声;再根据小波变换设计出反滤波算子滤除部分雷达子波,以突出层面和病害位置;提出层面检测算法,跟踪层面位置实现层面图的绘制,根据层面图判断路基是否下沉;建立专家系统,将不同地区的翻浆冒泥病害类型存入病害库,通过学习向量量化网络模型对其进行学习,得出判决规则,实现翻浆冒泥病害的识别。对铁路沪宁线检测资料进行模拟计算,结果表明:该算法能够自动区分铁路路基中各种病害的类型并确定其具体里程,对病害的识别率达到90%以上。

高分辨率探地雷达复数道分析方法

常规的复数道分析方法,对高分辨率雷达勘探,特别是对薄层的研究,其精度不够。为此采取了改进措施,提出了适合于高分辨雷达剖面的复数道分析方法,并结合铁路沪宁线路基检测的实测数据,对比了常规瞬时相位和改进后瞬时相位的剖面,得出改进后的复数道分析方法较常规的精度更高,效果更好。

铁路路基雷达探测工作参数的设计

介绍了使用路检车装载探地雷达(Ground Penetrating Radar)对铁路路基检测的原理,结合野外探测过程中对测量深度、精度和行车速度的要求,给出了GPR现场工作测线布置的原则,理论上给出天线中心频率、时窗、采样率、测量点距的计算公式.讨论了连续测量和离散测量的关系,考虑到连续测量时水平精度的要求,给出行车速度必须满足的两个条件,从而确定行车速度的上限.为保证野外检测工作的顺利进行,结合实际情况给出了GPR工作参数的设计原则和流程.

小波域KL变换用于去除探地雷达直耦波

直耦波是影响探地雷达目标回波的主要杂波之一,其在各道间变化很小,即具有很强的相关性,采用KL变换能够将雷达数据分解为特征值矩阵和特征向量矩阵的乘积,其中特征值的大小反映各道数据相关性的强弱,选取特征值较小的数据便能重建出不相关信号,从而抑制了直耦波。将具有很强时频分析能力的小波变换与KL变换结合起来,设计出小波域KL变换能够弥补常规KL变换仅在时间域上考虑相关性的不足,在信噪比较低的情况下,仍能突出目标回波,尤其是在浅层。该方法去除直耦波速度快、效果好,特别适用于公路路基检测、铁路路基检测等海量数据处理领域。

航测平面图中铁路沿线桥址区地面点高程提取方法

在铁路桥梁外业勘测设计中，尤其是在我国高速铁路全线桥梁所占比重大的情况下，耗费人力物力最多的就是航测平面图中铁路沿线桥址区地面点高程的提取。通过分析航测平面图中铁路沿线桥址区任意地面点与控制点和等高线的13种位鬣关系，提出依据航测平面图中控制点和等高线计算铁路沿线桥址区任意地面点高程的插值计算方法。根据线路中直线、缓和曲线和圆曲线的几何关系，推导沿线跟踪算法，以精确计算指定里程的坐标位置。将根据以上算法编制的桥址区地面点高程提取程序应用于铁路桥梁外业勘测设计中，实现了铁路沿线桥址区任意地面点高程从航测平面图中的快速、准确提取。

提高探地雷达剖面分辨率的方法

探地雷达GPR(ground penetrating radar)的有效探测深度与频率成反比,当满足一定深度后,其垂向分辨率可能不足以识别反射层的厚度。通过利用小波变换的多分辨和局部时频特性,将雷达信号中的低频成份滤掉,有效地保护了其高频成份,从而实现了对薄层的识别。对于高通滤波后的结果,采用局部阈值去噪,可以更加灵活地区分出有效信号和干扰信号,从而提高了雷达剖面的分辨率。这里运用铁路沪宁线路基检测的数据,使用小波变换进行高通滤波和去噪,其处理后的剖面更能有效地反映出路基病害的信息。

铁路桥梁地质图形的反演算法研究

分析地质钻孔图和地质纵断面图特征,从地质钻孔图着手,批量提取各钻孔编号、里程和土层分界点高程存入钻孔存储表中,通过表中里程和高程数据在地质纵断面图中找到钻孔土层分界点位置,与钻孔连线进行匹配,确定钻孔连线的上下土层信息存入表中,根据地质数据表设计反演算法,可得到任意里程位置处土层信息。将该方法应用于铁路桥梁设计任务量高峰期,可缩短桥梁基础设计时地质资料处理时间,在工期短、人员少的情况下,保质保量地按时完成任务。结果表明:该算法反演速度快、结果准确,可实现桥梁专业与地质专业的无缝衔接。

去除探地雷达信号中不相关噪声的方法

根据有效信号在相邻道之间在波形和能量上有相关性这一特点,作者改进了常规KL变换只能提取水平相关信号的不足,使用小波域上的KL变换对探地雷达剖面进行滤波,不仅使倾斜轴和弯曲轴的到了加强,而且在低信噪比时,有效地区分出有效信号和干扰信号,提高了雷达剖面的分辨率.本文运用铁路沪宁线路基检测的数据,使用该方法滤波,其处理后的剖面更能有效地反映出路基病害的信息.

降低铁路桥梁设计图纸打印成本的方法

采用VB语言编制智能排版打印软件,实现了图纸程序化排版、无人干预下批量发送到打印机的自动化打印过程,提高了打印出图的工作效率,避免了人为操作带来的纸张浪费。该软件还能控制普通打印机用A4纸自动分页打印长大图纸,减少了购置针孔打印机的成本。

铁路桥梁设计高程的复核

设计高程起着施工控制作用,需要反复复核。通过复核计算算单,再校核计算算单和图纸数据一致性的方法,与设计过程顺序相同,这种正向复核容易出现隐蔽性错误。通过编制程序自动从CAD图纸中提取各高程到Excel表格中,然后归纳总结轨面高程的二阶导数图像特征,用图像来检查轨面高程的正确性,再根据轨面高程反推其他高程,从而实现了利用图纸数据反推计算算单数据的反向复核过程。石郑客运专线铁路桥梁数据验证表明,该方法复核速度快、精度高、结果直观,从反面验证了高程数据的正确性。

基于标准跨径的铁路桥梁孔跨匹配与条件优化方法

铁路桥梁长度长,跨越控制因素多,当采用标准梁跨设计时,为解决全桥梁跨匹配与优化问题,建立以梁跨重要性系数之和为目标函数,以道路、河流、管线为约束条件的整数线性规划模型,提出按约束条件分区布置再逐一合并的递推求解方法。结果表明,面对超大规模的最优化数学模型,通过定义布孔长度下限、布孔长度上限、修正布孔长度等参数,建立约束条件之间的联系,降低模型的计算维度,实现递推求解过程,从而节省求解时间。应用于多条高速铁路桥梁设计中,攻克铁路桥梁方案自动化设计的难题,解决长大桥梁精确、高效、经济的孔跨布置问题,实现梁跨与道路河流管线的优化匹配。

铁路桥梁桩基优化计算方法研究

研究目的:铁路工程总承包项目设计时,桥梁桩基础体量庞大、控制因素繁多,存在较大优化空间。本文从桩基类型、桩长、桩身配筋等方面进行研究,在满足桩基设计安全和质量要求的前提下,提出桩基优化计算方法。研究结论:(1)构建了旋挖挤扩灌注桩的具体计算方法和流程,增加了桩基类型的比选方案;(2)提出了地震荷载下桩长优化的联动迭代算法,准确计算出桥墩摩擦桩基础的最优桩长;(3)提出等效地质参数法模拟上覆淤泥层较厚时的桩基计算,优化桩身配筋量效果明显;(4)提出了三次坐标转换的计算方法,解决了桥墩与基础产生扭角时计算精度不够的问题;(5)以上算法纳入桩基计算系统,大规模应用于多条铁路总承包项目,实现了铁路桥梁桩基础的精细化计算,满足了高经济性、高安全性与高质量的设计需求,为各项目节约了0.5亿~1.8亿不等的工程造价,可为铁路桥梁桩基结构优化设计提供借鉴。

铁路路基病害的智能识别

探地雷达适合于铁路路基病害的检测,但后期资料处理工作费时费力,不利于其在铁路路基检测中的推广使用。本文分析各种路基病害图像的特征,从图像中提取分段能量、方差和层面位置作为特征值。根据这些特征值的大小不但能区分各种病害类型,而且可以比较病害的发育程度。根据已知样本数据计算这些特征值,建立学习向量量化神经网络模型,通过不断调整神经元的权值和阈值对特征值进行学习,直到满足给定精度为止。应用调整好的神经网络模型对沪宁线检测数据进行测试,结果表明,该模型对路基翻浆冒泥病害的识别率达90%以上。

超小间距隧道施工中的地表沉降研究

以地铁超小间距隧道施工中的地表沉降及其规律为研究目标,根据广州地铁三号线岗石区间超小间距隧道的施工实践,采用实测资料分析和数值计算的方法,研究了地表沉降的过程和阶段,将沉降过程划分为4个阶段,后掘隧道开挖引起先掘隧道的地表沉降约为地表沉降总量的30%～40%;两隧道的变形破坏区在T型土体内连为一体,T型土体成为地表沉降最大的区域;提出了控制地表沉降的设计和施工方法。

岗石区间超小间距隧道施工技术

以城市地铁采用矿山法施工小间距隧道技术为研究目标,分析了地铁小间距隧道施工的技术难点和关键点,总结了地铁小间距隧道施工方法、技术思路和施工技术措施,介绍了广州地铁三号线岗石区间超小间距隧道工程实例。认为,地铁小间距隧道施工应采用综合性技术和措施,提高隧道支护结构的强度、刚度和整体性,减少和控制两条隧道开挖时的相互影响,合理地利用围岩自承能力,保证围岩与支护结构共同作用。

铁路路基层面的检测与跟踪

利用小波变换将原始雷达记录变换为层面突变信息占主要成分的信号,根据电磁波在层面位置反射回波的特征,设计出层面检测算法,提取出所有道数据的层面点信息,针对层面出现的断裂、跳跃、分岔、交叉等现象,提出层面点归类原则,从而智能地实现层面的跟踪.通过实际资料验证表明,该算法能快速地绘制出铁路路基的层面曲线图,并能反映地下结构层的真实情况,适用于海量数据处理,将技术人员从繁重的读图任务中解脱出来.