波纹板加固技术在铁路病害涵洞中的应用研究

涵洞是铁路的重要组成部分,也是日常管养中最容易忽略的铁路设备,涵洞结构的劣化状况和受力性能直接影响线路的安全与稳定。针对提速改造条件下重载铁路涵洞出现的承载能力不足、沉降过大、错位和耐久性降低等诸多问题,基于有限元分析、试验检测和工程应用等方法,开展拼装波纹板加固涵洞机理分析、波纹板关键参数加固涵洞性能与敏感性分析,以及波纹板加固涵洞实际工程应用技术研究。研究结果表明:既有涵洞采用波纹板加固技术后,涵洞结构整体刚度显著提高,涵洞顶板受力和变形明显降低,加固效果较好;同样尺寸条件下,相对于矩形和三角形波纹板结构,采用圆弧形波纹板加固涵洞后,其顶板跨中最大竖向位移和最大应力值均能减小20%及以上,圆弧形波纹板具有更好的加固效果;主力组合荷载作用下,随波纹板波高和波距增加,波纹板Mises应力表现为逐渐减小趋势,且Mises应力与涵洞跨度基本成反比关系。16座涵洞现场实测结果表明,采用波纹板加固后,不同跨径盖板涵和框构涵受力和变形显著降低,跨中挠度及动应变较加固前降低幅度均超过40%,波纹板技术在重载铁路病害涵洞中具有较好的加固效果。

钢波纹板-模袋混凝土支护结构及其在圆形竖井中的应用研究

为探究钢波纹板-模袋混凝土支护结构的施工工艺及其应用效果,通过室内单轴压缩试验研究加压排水工艺对不同养护龄期模袋混凝土强度的影响规律;然后,建立三维有限元数值模拟,开展钢波纹板-模袋混凝土支护结构第2阶段现场工艺试验,验证其结构和工艺的可行性及工程效果。结果表明:1)加压排水工艺可以显著提升模袋混凝土的早期抗压强度,轻质量模袋在加压排水中对模袋混凝土抗压强度的提升效果最佳;2)模袋混凝土能够有效地填充钢波纹板与开挖面间的空隙,模袋有助于混凝土气体与水分的排出,从而缩短凝固成型时间;3)混凝土灌注过程对钢波纹板受力影响轻微,各块波纹钢构件在工作状态下均匀受力;4)类似工程中推荐应用轻质量的涤纶长丝纺粘针刺非织造土工布模袋。

带加强圈的多跨钢波纹板拱涵施工力学行为试验研究

以4孔跨度9m钢波纹板拱涵为背景开展现场试验研究,针对拱背浇筑泡沫混凝土和拱顶回填土体施工过程,分析不同拱跨、有无加强圈断面关键位置的受力和变形特征。主要结论为:不同拱跨与有无加强圈对拱涵位移影响较小,且拱涵变形总体较小,最大约为4mm,应力满足设计标准,但拱脚截面应进行重点监控;不对称回填和不同回填材料造成边中跨、边跨两侧应力存在差异,在拱顶回填中,边跨钢波纹板、钢筋和加强圈内混凝土的应力均比中跨对应位置要大,最大差值分别为31.06,27.29,1.93MPa;加强圈仅在拱顶回填时充分参与受力,能显著减小拱脚波峰位置钢波纹板应力,减小量约为其设计强度的10%。

基于三圆轨迹规划的MARKⅢ型LNG薄膜舱波纹板机器人焊接

MARKⅢ型LNG薄膜舱波纹板的焊接质量是LNG船建造成功与否的关键之一。为了实现MARKⅢ型LNG薄膜舱1.2mm厚304L不锈钢波纹板的机器人焊接,研究了基于“三圆”连接构思的波纹板机器人焊接的轨迹规划模型,通过模型计算了沿波纹板轨迹焊接过程中的焊枪位置和焊枪姿态坐标,并对模型和计算的结果进行了仿真验证;在此基础上,进行了不锈钢波纹板机器人搭接焊的脉冲等离子弧焊的工艺优化研究。结果表明:本文建立的波纹板机器人焊接的“三圆”轨迹规划模型以及基于该模型计算的焊枪位姿坐标准确;基于模型和计算,结合优化后的脉冲等离子弧焊工艺参数,实现了焊缝成形良好的MARKⅢ型LNG薄膜舱1.2mm厚304L不锈钢波纹板搭接的机器人焊接,焊缝成形达到了法国GTT公司标准文件中提供的成形尺寸标准。

微细波纹板激光热应力成形边界效应的抑制方法

激光热应力成形为微细薄板结构的无模制造提供了解决方案,然而其边界效应严重影响成形精度。针对金属薄板激光热应力成形过程中的边界效应,采用振镜式激光,结合有限元模拟和成形试验分析激光工艺参数对边界效应的影响规律。研究了变速度、变方向以及两者耦合的边界效应抑制策略,进而用于微细波纹板成形过程。结果表明,扫描路径上的温度与应力分布不均是造成边界效应的主要原因,薄板成形过程中的热累积主要存在于扫描结束端,激光工艺参数是影响弯曲成形件变形的重要因素;采用变向-变速耦合策略比单方向扫描的相对角度变化减小77.8%,实现了深宽比大于0.75的微细波纹板精密成形。变向-变速耦合策略能够有效抑制微细波纹板激光热应力成形中的边界效应,为高质量微细薄板成形提供参考。

油井内波纹板表面结垢规律及预测模型

针对油田开发过程中井下抽油泵结垢问题,采用波纹板作为泵前预结垢装置的结垢元件,分析其结垢规律。基于Kern-Seaton结垢速率模型,推导了结垢沉积的半经验公式;运用湍流-化学相互作用模型和DPM模型模拟了CaCO_(3)颗粒在管道内波纹板表面的结垢过程,定量分析了温度、流速和颗粒质量浓度的倍数对结垢速率的影响规律;复配井下产出液,进行了室内结垢试验。试验结果表明:数值模拟和室内试验有着较好的一致性,温度上升颗粒质量浓度增加,对碳酸钙的结垢沉积具有促进作用;而流速的升高则能抑制碳酸钙的结垢沉积。在实际生产过程中,井内温度和结垢离子的质量浓度不可控,可以通过适当降低产出液的流速,增加波纹板表面的结垢量,以此达到减轻抽油泵结垢的目的。所得结论可为油田防垢、除垢提供理论依据和新思路。

基于振型曲率的夹芯波纹板脱焊损伤分析方法研究

针对夹芯波纹板在生产和服役过程中的漏焊、脱焊损伤提出了基于动态响应参数的损伤识别方法。首先基于有限元理论对波纹板不同大小、不同位置的损伤进行数值分析,然后基于数值分析所得损伤前后振动特性参数,使用中心差分法求取结构模态振型曲率,根据求得的损伤前后模态振型曲率,分别用差分法、曲面光滑算法和二维连续小波变换建立损伤识别指标,从而确定损伤的位置和数量。最后通过数值分析和实验数据处理,验证了损伤分析方法的有效性和可靠性。计算结果表明:基于模态振型曲率建立损伤识别指标的差分法、曲面光滑算法以及二维连续小波变换均可以检测到损伤的位置和数量,但曲面光滑算法和二维连续小波变换相较于差分法不需要结构损伤前的原始数据,更适用于工程实际问题。

钢混加强圈对钢波纹板裸拱涵动力特性的影响研究

基于现场试验和数值仿真手段研究了设置钢混加强圈的钢波纹板拱涵的动力特性。首先,采用锤击试验原理,测试了某实际钢波纹板裸拱的轴向、环向及局部振动传递特性。然后,采用有限元法计算了结构振动响应,并与试验结果对比验证其可靠性。在此基础上,分析了有无加强圈、加强圈间距、加强圈填充混凝土的影响规律。结果表明:钢混加强圈能有效提高钢波纹板拱涵结构的整体刚度,并起到显著阻振隔振效果;与不设加强圈相比,设加强圈时相同距离测点的加速度频响衰减量增大约30dB;空心钢板加强圈和钢混加强圈均能对振动衰减起积极作用,但钢混加强圈的隔振效果远好于空心钢板加强圈。

加强圈对钢波纹板拱涵受力行为的影响研究

为研究大跨度钢波纹板拱涵在增设混凝土加强圈后的受力行为,建立考虑土–拱相互作用的精细化有限元模型,并与CHBDC的分析方法进行对比。在此基础上,研究加强圈承担的截面内力及其在拱脚、拱腰和拱顶等部位的分布规律,并讨论加强圈厚度、间距和宽度对拱涵力学行为的影响。研究表明:采用CHBDC方法计算钢波纹板拱涵时,轴力将被低估,其与精细化有限元计算结果的比值为0.38~0.48;钢波纹板拱涵的轴力起控制作用,加强圈使得最大轴力减小了22.14%;在拱脚位置,加强圈承担的截面轴力最大,占比50.32%;加强圈各部位的轴力贡献度与其设计参数呈正相关,增大加强圈宽度优于增加厚度和减小间距。

单周期梯形波纹板等效模型与力学性能分析

单周期梯形波纹板因具有特殊的几何构造而表现出优异的结构性能,在土木工程和轨道交通领域有着广泛的应用。为降低计算的复杂性,节省计算时间和成本,对单周期梯形波纹板等效模型进行了研究。利用单个梯形波纹尺寸远小于整个波纹结构几何尺寸的特点,基于变分渐近法建立了等效模型,结合拉伸试验与三维模型验证了等效模型的有效性,并分析了其力学性能。结果表明:单周期梯形波纹板固有频率随夹角θ的增加而增大;相反,第1阶屈曲荷载特征值随夹角θ的增加而减小。

断层错动区隧道波纹板支护力学性能研究

地震引起的永久性地层运动容易导致隧道结构破坏,波纹结构具有良好的大变形能力,在隧道支护中的应用逐渐增多,但是断层错动作用下隧道波纹板支护的力学性能研究较少。本文首先介绍了自主设计的走滑断层模拟装置,利用相似比理论,选取松散沙土和PVC螺旋波纹管进行了跨断层隧道波纹板支护的模型试验,得到了不同错动距离下螺旋波纹管的环向和轴向变形。然后参考规范确定了管土相互作用的土弹簧系数,对断层错动作用的螺旋波纹管进行数值模拟并与试验对比,得到了土弹簧系数的变化规律。最后研究了断层错动下加强肋刚度和土体约束作用对隧道波纹板支护性能的影响规律,结果表明:最大轴向拉压应变发生在断层左右两侧;加强肋刚度增大到一定数值后,波纹板变形和最大错动距离基本保持稳定;波纹板达到相同的变形时,土体约束作用越强错动距离越小。

面向复杂环境波纹板加固施工的数字孪生管理方法

针对复杂环境下波纹板加固施工质量安全风险高的问题,提出基于数字孪生的高效管理方法。以新建成渝中线铁路加固施工项目为例,分析了地质特点带来的施工难点。针对施工难点和数字孪生的技术理念总结了数字孪生的应用价值。在此基础上,系统地提出了基于数字孪生的波纹板加固施工管理架构。以施工全过程时间线作为依据,建立了集成前期规划、实时监控、模拟预测、风险评估和后期优化的数字孪生五维模型。在该理论方法的驱动下实现施工方案的优化与质量安全的控制。面向施工过程,针对波纹钢板加工和安装两个主要施工工序进行了孪生模型驱动下的技术分析。实践表明,所提理论方法可有效提高施工效率和质量,降低施工成本,确保施工安全。

装配式波纹板在深大竖井支护中的应用研究

波纹板结构相比钢筋混凝土结构力学、耐久性能更好,且施工工期更短,将其应用深大竖井的支护领域具有一定的理论意义和工程价值。以大亮山公路隧道通风竖井工程为依托,采用数值模拟结合现场监测的方法,对波纹板支护结构和传统钢筋混凝土支护结构的受力及变形特征进行对比分析,并将两种支护情况对地表沉降的影响进行对比。研究结果表明:装配式波纹板支护结构有较好的受力特性,同时也具备很大的抗弯承载能力,能充分发挥围岩的自稳作用,对地表沉降的控制效果也更好;建议采用在首环波纹板施工前增加混凝土加强环的支护结构方式。

气云爆炸下波纹板结构特征对抗爆性能影响研究

为分析波纹板结构在气云爆炸荷载下抗爆性能,减少爆炸事故中人员伤亡及财产损失,建立了基于Johnson-Cook模型和CONWEP控制方程的波纹结构数值仿真模型,并通过气体爆炸试验验证了仿真模型的准确性。通过调整波纹板厚度、坡深、波宽等参数,分析波纹结构在气体爆炸下动态响应规律。结果表明,波纹板变形量与波纹板厚度t、坡深h呈负相关,与波宽L 1、坡宽L 2呈正相关,其中,受厚度t的影响最为显著,坡深h次之,波宽L 1、坡宽L 2较小。研究结果可为高性能波纹结构抗爆设计提供技术支撑。

波纹板在装配式钢结构水池中的应用

为推进波纹钢板在装配式钢结构水池中的应用,本文使用有限元方法,对波纹板常用的等效方法及计算参数进行分析对比,确定符合实际情况的工程参数。通过工程案例,对波纹板的变形进行了有限元模拟,从而实现装配式钢结构技术在大型矩形水池中的应用。

主变室拱形波纹板施工技术

主变洞顶拱波纹板屋顶是一种采用波纹板材料构成的屋顶结构。波纹板,也被称为压型钢板或波形钢板,是一种具有连续波形截面的薄钢板。这种屋顶结构因其独特的波形设计,使得其具有出色的承载能力和稳定性,即使在极端天气条件下,也能够保持结构的稳定性,防止屋顶的坍塌或变形;同时波纹板屋顶的波形设计赋予建筑一种独特的韵律感和立体感,使得建筑外观更加美观大方。

变截面波纹板冷弯成形工艺研究

变截面波纹板应用广泛,但目前仍采用传统的冲压成形工艺生产。为提高生产效率,本研究结合冷弯成形技术效率高、成形质量好、精度高等优点,以变截面波纹板的冷弯成形过程为研究对象,确定了孔型系统、坯料宽度、成形道次、弯曲角、牌坊间距和辊径差等具体成形参数,并得出辊花图和轧辊模型,为变截面波纹板冷弯成形过程的有限元模拟和大规模工业化生产提供理论依据。

大孔径半圆拱钢波纹板涵在高速公路项目中的应用

文章通过大孔径半圆拱钢波纹板涵工程实例,介绍了大孔径波纹钢板涵节段拼装设计及其施工要点,由研究可知:钢波纹板涵变形适应性强,结构受力合理,适用高填路基;对于大跨度钢波纹板涵,需进行节段拼装设计及防水防腐设计;回填质量影响钢波纹板涵的性能发挥,应选取满足要求的回填材料,严格按照设计及规范要求均匀、对称、充分压实。

有限周期微穿孔波纹板吸声体吸声性能研究

为了推动微穿孔吸声体(MPA)在工程中的实际应用,本文采用数值仿真方法,研究了有限尺寸的微穿孔波纹板吸声体的吸声性能.首先,基于微穿孔板阻抗理论,并将平面波谱法和有限元分析方法耦合起来,构造了微穿孔波纹板吸声体(CMPA)的三维仿真模型,给出了在声波垂直入射和斜入射工况下,吸声体声学性能的计算列式;然后,应用有限元软件COMSOL,模拟了有限周期CMPA的吸声性能,分析了波纹深度和波纹间距与吸声性能之间的关系,以及声波入射方向对吸声性能的影响;最后,为改善吸声体对声波方向的敏感性,设计了双向波纹状微穿孔板吸声体.结果表明,在声波垂直入射和斜入射的工况下,相对于传统的平直微穿孔板吸声体,波纹板吸声体具有更好的吸声性能,包括更高的吸声系数和更宽的有效吸声频带;双向波纹板吸声体能显著改善单向波纹板对声波入射方向的敏感性,实现在更大声波入射角范围内的有效吸声,如当入射声波方位角任意且入射角在0°~45°范围内时,双向波纹板吸声体,在500~2500 Hz范围内的吸声系数都大于0.7,表现出了优良的吸声性能.

不同初始压力下可爆预混气体通过波纹板阻火器的淬熄特性研究

阻火器是一种应用广泛的爆炸阻隔装置。为了深入理解影响阻火器性能的因素,通过实验方法探究了不同初始压力下可爆预混气体通过波纹板阻火器的淬熄特性。结果表明,可燃气的活性、体积分数和初始压力均会影响火焰速度稳定性、传播模式以及淬熄难度。实验发现火焰传播具有3种模式:直接淬熄、穿过阻火单元后逐渐淬熄、淬熄失败。可淬熄的最大初始压力p_(lim)用以表征火焰淬熄难度,虽然其最小值位于化学计量比,但仍在一定体积分数范围内保持恒定。此外,基于传热作用得到密闭管道中丙烷-空气预混气爆燃阻火速度公式,并进行了实验验证。