循环温度荷载下高温管道-软土地基相互作用模型试验研究

高温管道运输是油气资源长距离输送最为经济有效的方式之一,其中高温管道-软土地基相互作用机制是分析其服役稳定性的关键。高温管道服役期间向软土地基传递热量,引起地基复杂的热水力多场耦合作用,改变地基的承载性能,显著影响管道服役稳定性。研制了能模拟管道温度变化的高温管道-软土地基相互作用模型试验系统,针对高温管道启停与运行过程中的循环温度荷载作用,开展了不同预压应力地基、管道加热功率及加热方式下的模型试验,探究了循环温度下高温管道服役期间管周地基温度与孔压演化规律、管周地基约束力发挥过程及地基承载演变特性。试验表明:持续升温过程中管周土体孔压上升,升至峰值后显著下降,甚至出现负孔压,此阶段利于管道的稳定性;循环温度加载时,温度循环诱发地基孔压随之波动,管侧孔压波动幅值较管顶与管底较小;管道上拔过程中,位移达到约1.2倍管径时地基土体达其极限承载力,较大的先期固结压力会提供较大的承载力,但超固结和正常固结地基土的上拔承载力相差不大;试验时地基T-bar测试显示,在管道埋深处,单次加热维持高温阶段地基强度有明显增强,停止加热后地基土较加热前强度亦有所增加。

温度荷载作用下高铁纵连无砟轨道板间接缝界面损伤研究

高铁纵连板式无砟轨道的板间接缝作为一种后浇结构,在极端温度荷载作用下易出现界面脱黏等病害,不仅影响轨道结构整体纵向刚度及连接稳定性,同时对列车运行安全造成威胁。为探究温度荷载作用下板间接缝的界面损伤分布规律,首先,在无砟轨道内部布设温度传感器获取轨道板的温度场,基于实测数据制定轨道板温度分析工况;然后,基于双线性内聚力理论,建立同时考虑预应力钢筋作用及板间接缝界面损伤的纵连板式无砟轨道模型,并从垂直和水平方向分析实际温度场作用下接缝界面的损伤规律及分布差异;最后,将仿真结果与现场接缝损伤情况进行对比,确定接缝界面最不利受力位置,为指导工务部门精细化检修作业提供参考。结果表明:轨道板实际温度梯度存在超过高速铁路设计规范的情况;整体降温与负温度梯度耦合作用为最不利加载工况,垂直方向上宽接缝与轨道板垂直接触界面以及窄接缝与砂浆层接触界面损伤尤为严重;水平方向上接缝界面在邻近预应力钢筋区域可能存在隐蔽病害,在平均升温18.92℃时接缝界面在该区域均出现损伤,工务部门应加强关注接缝界面在预应力钢筋布置区域的损伤发展。

短周期温度荷载对大坝混凝土表面温度应力影响研究

为探究外部环境变化形成的短周期荷载对混凝土外观、质量、蓄水等的影响,以周宁抽水蓄能电站碾压混凝土大坝为例,借助三维有限单元法,对昼夜温差和寒潮引起的碾压混凝土重力坝表面温度应力变化进行研究。研究结果表明:加强保温可以明显削减短周期温度荷载的影响,防止裂缝产生;寒潮对混凝土表层影响范围更深,约为1.4~1.6 m。研究成果可帮助制定混凝土温控防裂标准,对短周期温度荷载影响较大区域的工程施工具有一定参考价值。

非对称循环温度荷载下2×2能源群桩倾斜性状离心机试验研究

在能源桩地源热泵系统运行过程中,能源群桩基础可能产生非对称温度分布,导致基础倾斜,对其正常使用构成不利影响因素。研究通过离心机试验,量化了砂土中2×2能源群桩在非对称循环温度荷载下的倾斜变形,试验在恒定竖向荷载下施加15个幅值为10℃的双向循环温度荷载,共开展10个试验,研究了群桩基础中能源桩非对称布置形式、竖向荷载大小以及筏板-土体相互作用对基础倾斜的影响。结果表明:非对称循环温度荷载导致基础倾斜不断累积并逐渐趋于稳定,在正常竖向荷载作用下(安全系数2.0),基础累积倾斜约1.8‰,小于规范限值2.5‰,群桩发生轴力重分布,最大轴力增加约40%初始值;随着竖向荷载的增加,基础累积倾斜有可能超过2.5‰。非对称循环温度荷载所导致群桩基础倾斜在设计中应予以考虑。

改进的混凝土重力拱坝温度荷载分析

针对目前拱坝规范中温度荷载不能较好地考虑重力拱坝内部温度的非线性变化,由外界气温变化对混凝土内部温度影响的理论分析及坝体温度计测值的综合分析,对年变化温度荷载的计算进行了改进:仅对外界气温变化影响较显著的距坝体外表面10 m左右区域的混凝土温度进行等效,假设中间区域的温度无变化。这可一定程度考虑坝体内部温度的非线性变化。对某重力拱坝进行分析,得到的结论是:①采用本文提出的考虑坝内温度非线性变化的温度荷载方法计算的应力较规范计算的应力,在下游面拉应力有较大增长,而上游面压应力有所减小;②计算坝体的变形与规范法计算的变形较接近,但截面上的应力分布不同。

温度荷载对主梁挠度及应力影响性分析

桥梁挠度及应力的影响因素一直以来都是广大专家学者研究的课题方向,温度荷载就是其中一个关键影响因素,影响程度甚至超越了大多数设计参数。因此研究温度荷载对于主梁挠度及应力的影响程度显得尤为必要。本文主要阐述了桥梁施工运营过程,温度荷载的变化对主梁挠度及应力影响程度的大小,通过Midas civil有限元软件建立结构模型,设置了5°、10°、15°、20°四个整体温度荷载梯度,对主梁顺桥向挠度、竖向挠度及应力变化做了详细分析,以数据图表形式形象呈现影响趋势。结论如下:温度荷载对于主梁顺桥梁及竖向下挠有显著影响,随着温度荷载的增大,影响越明显;此外,温度荷载的大小差异也影响主梁各截面应力值,但影响程度较小。

温度荷载作用下受约束凹陷管道受力研究

为研究凹陷缺陷对油气管道可能造成的本体损伤和安全隐患,采用ABAQUS软件建立温度荷载作用下受约束凹陷管道有限元模型,结合Ramberg-Osgood模型以及更符合实际的二段式应力-应变本构方程准确地模拟钢材非线性本构模型。文中探究了凹陷深度、管道内压以及温度荷载对管道运行内压作用下受约束凹陷管道的应力应变的影响规律。研究发现对受约束凹陷管道应力应变影响最显著的是凹陷深度,其次是管道内压,最后是温度荷载,为这类钢制管道设计提供参考。

RCC拱坝的封拱温度与温度荷载研究

在对RCC拱坝封拱温度与温度荷载特点分析的基础上,用4座不同坝高的RCC拱坝分别以坝体多年平均温度和由仿真分析计算得到的蓄水时的实际温度作为温度荷载的计算起点,用有限元等效应力法计算不同坝高的坝体应力,根据计算结果讨论不同坝高时RCC拱坝的封拱温度与温度荷载。计算表明,以多年平均温度作为封拱温度计算温度荷载与仿真方法计算的温度荷载的差距随着坝高的增大而增大。对于100m以上的拱坝应该用仿真分析的方法研究温度荷载,以确定真实的封拱温度;不进行二期水冷和封拱灌浆时,对于100m以上的高拱坝,要进行充分论证,一般坝踵可能会出现较大拉应力而引起坝踵开裂;对于RCC高拱坝应采用冷却水管和分缝相结合的方式,在蓄水前通过二期水冷使坝体温度下降到设计封拱温度后进行封拱灌浆,以减小运行期的温度荷载。

温度荷载下纵连式无砟轨道梁轨耦合作用规律

研究目的:温度荷载下梁轨耦合作用规律是桥上铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的基础,本文针对简支梁和连续梁,建立多钢轨、整桥系统的计算模型,对其梁轨耦合作用规律及其影响因素进行较为全面、细致的分析,以期为桥上纵连板式无砟轨道无缝线路的设计、施工及后期养护维修提供参考。研究结论:(1)纵连板的钢轨伸缩力与梁跨布置没有明显的映射关系,近似呈对称分布,这主要是由轨道板的位移分布特点所决定的;(2)底座板是梁轨系统中的关键部件,其伸缩影响着系统其他部件的受力与变形,端刺为底座板的锚固装置,其刚度直接决定着底座板的伸缩位移大小;(3)受梁板相对位移的影响,滑动层、"两布"隔离层、端刺产生的纵向力均会引起底座板纵向力的变化,变化幅度近似为其摩阻力或纵向力;(4)降温工况下,钢轨、轨道板、底座板三层纵连结构受桥梁伸缩的影响不大,但在剪力齿槽处波动较大;(5)滑动层摩擦系数是轨道结构中极其重要而又难以监控的参数;增大CA砂浆粘结力对轨道结构受力有利,建议严控施工质量;(6)该研究结论对纵连板式无砟轨道设计优化理论和工程实践具有一定的指导意义。

大体积混凝土结构温度荷载下的细观损伤分析

从细观力学和断裂力学的角度分析了混凝土材料中骨料和水泥砂浆界面上变温引起的开裂损伤 ,给出了裂缝随温度变化的扩展规律 ,将损伤变量表达为温度的函数 ,从而为计算大体积混凝土结构施工期由于变温而造成的损伤提供了理论基础 .研究结果表明常温下的变温荷载亦会引起混凝土材料力学性能的变化 .

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的温度荷载特征试验研究

在我国华东地区一桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道线路上建立温度场自动监测系统,对环境温度、轨道板温度(横向及竖向)、底座板温度(横向及竖向)等进行测试。对实测数据进行统计,分析对混凝土结构使用性能有显著影响的因素,获得环境温度与板温间的关系、无砟轨道结构竖向和横向温度场(整体温度和温度梯度)特征。基于测试分析结果讨论了现有规范中CRTSⅡ型板式无砟轨道温度荷载取值的合理性及轨道板温度荷载取值原则,为完善我国高速铁路无砟轨道技术体系提供支撑。

基于概率需求的高速铁路无砟轨道板温度荷载取值研究Ⅰ:轴向均匀温度作用

本文通过建立轨道板温度荷载的极值概率分布模型来确定轨道板温度荷载的合理取值。利用轨道板温度场方程和城市气象资料计算得出的轨道板多年轴向均匀温度日最值数据,分析得到轨道板轴向均匀温度日最值和城市气温日最值的月份概率分布函数及统计参数,以此为基础建立轨道板轴向均匀温度日最值和城市气温日最值的年极值概率分布函数及设计基准期极值概率分布函数;利用这两个分布函数计算得到常见设计基准期、常用保证概率的轴向均匀温度日最值荷载的分位值和标准值建议,同时得出不同设计基准期轴向均匀温度日最值荷载与保证概率的曲线关系,用于不同概率需求。研究结果表明:北京和哈尔滨地区的轨道板轴向均匀温度日最值和气温日最值的月份分布函数基本符合正态概率密度曲线;设计基准期和重现期轴向均匀温度日最值的分位值意义明确,可用于高速铁路轨道板设计。

温度荷载作用下拱坝裂缝的断裂力学分析方法

混凝土拱坝或碾压混凝土拱坝 ,无论在施工期和运行期 ,温度荷载都是引起坝体开裂及裂缝扩展的重要原因。对坝体裂缝扩展的分析计算 ,用断裂力学的理论和方法较为适宜。文章提出了用 DL0 8P2程序计算在温度荷载作用下拱坝裂缝的断裂力学计算方法。并以实际工程算例说明了其应用。

常泰长江大桥风与温度荷载组合效应研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m公铁合建斜拉桥,活载与运营风、温度组合工况是结构设计控制工况。为准确考虑风与温度荷载组合,设计过程中搜集了桥址处近30年的气象数据,确定了风、温度的特征参数;利用数据样本,建立风与温度联合分布模型,通过数据分析,确定风与温度的联合设计值,换算得到荷载组合系数。针对控制工况开展风与温度组合效应研究,分析是否考虑风与温度组合效应折减对结构设计的影响。结果表明:考虑风与温度组合效应折减,可有效降低结构内力、基础反力和梁端位移的计算值,使计算结果和结构设计更趋合理。

温度荷载作用下高速铁路无砟轨道伤损反演分析

基于混凝土塑性损伤模型,采用Abaqus软件,以CRTS-I型板式无砟轨道为例,对温度荷载长期作用下结构伤损产生的全过程进行计算机反演模拟,以重现伤损产生的过程及变化规律。计算结果表明:在温度荷载重复作用下,CRTS-I型板式无砟轨道首先会在钢筋卯穴、承轨台及限位孔等处所及其周边出现伤损;随着温度荷载循环次数的累积,钢筋卯穴处伤损将向内部扩展并加深,承轨台处伤损将向周围和下方扩展并加深,限位孔处伤损将向其周围扩展并加深;上述计算机反演结果与现场实际情况基本一致。本文方法与结果对施工及养护维修具有一定理论指导作用。

RCC-AC路面温度荷载型断裂的有限元分析

在沥青水泥混凝土AC层中接缝的上方存在一条垂直路面结构的反射裂缝的条件下,研究温度变化对反射裂缝的影响,并考虑沥青水泥混凝土AC层与碾压水泥混凝土RCC板之间的接触,摒弃两层之间完全连续的假设。其步骤为:利用传热学原理,得出路面结构的温度场,再利用热弹性理论求出不同温度条件下产生的热应力;然后,利用断裂力学理论计算复合式路面裂缝尖端的应力强度因子。此外,根据工程实例得出了不同裂缝长度下的应力强度因子,并分析了不同因素对应力强度因子的影响。研究结果表明:降低AC层与RCC板之间的粘结程度,加铺低模量的土工布,适当提高AC层的厚度等方法,能降低裂缝尖端的应力强度因子,从而达到阻碍反射裂缝开裂扩展的作用。

整体式桥梁在温度荷载作用下的台后土压力研究

为了研究温度荷载作用下整体式桥梁台后土压力的变化和分布规律,依托富裕工业园区跨线桥(4×16m整体式桥梁)工程实例,采用ABAQUS软件建立了整体式桥梁的三维有限元模型,进行了施工及运营过程的台后土压力试验,并对计算土压力与实测土压力进行对比分析。结果表明:整体式桥梁在施工阶段处于简支状态时,实测的土压力大于主动土压力计算值,与静止土压力计算值接近;在运营阶段,降温温差作用时,台后土压力接近主动土压力;升温温差作用时,台后土压力沿桥台高度方向呈非线性分布,采用非线性p-y曲线法计算台后土压力分布规律与实测土压力的分布规律一致。

循环温度荷载下无砟轨道结构模型试验研究

为研究循环温度荷载下无砟轨道结构层间离缝产生与扩展规律,以及离缝对轨道结构受力性能的影响,制作了三跨无砟轨道-简支梁桥结构1/4缩尺模型,开展了18次循环温度荷载试验。并在循环温度试验前后分别对结构进行了2次静力加载试验,对比分析结构体系受力特性发生的变化。试验结果表明:循环温度荷载作用下,梁端处轨道板与CA砂浆之间产生离缝,并向跨中呈“阶梯状”逐渐延伸,历经萌生、扩展和稳定三个阶段。随离缝长度增加,相同温度荷载下,梁体上拱度逐渐减小,而轨道结构上拱度逐渐增大,在离缝的萌生、扩展和稳定三个阶段,轨道结构的刚度呈现慢-快-慢的速度逐渐减小。经18次循环温度荷载作用后,轨道结构的刚度降低了14. 96%,无砟轨道-桥梁结构体系整体刚度降低了2. 52%。

新旧规范梯度温度荷载对箱梁结构受力的影响

《公路桥涵设计通用规范》对《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的梯度温度荷载进行了重新定义。为研究新旧规范中不同梯度温度荷载对结构受力的影响,以1座三跨变截面连续箱梁为例,采用QJX软件进行结构分析计算。计算结果表明,新规范定义的梯度温度荷载对结构使用阶段受力影响较大,使结构受力更偏于安全;旧规范设计的结构可以通过增加梁高来改善结构的受力,使其能够满足新规范的要求。

基于广义帕累托分布的桥墩温度荷载极值研究

针对目前混凝土桥墩缺少日照温度场长期实测样本,以及在温度数据处理中忽略尾部数据偏离主体的最大样本问题,提出采用广义帕累托分布(GPD)模型估计桥墩的温度荷载极值。以昌吉赣客运专线某大桥混凝土桥墩(墩高35m)为例,基于其1年的实测温度数据,分析了不同季节沿桥墩壁厚方向的温度分布及时程变化特征,采用GPD模型对桥墩100年重现期下的温差极值进行了估计,提出了高墩温度荷载的最不利组合。结果表明:桥墩温度变化具有明显的季节性规律,最大温差分别发生在近东侧11:00左右和近西侧18:00左右;采用GPD模型估计的100年重现期温差极值能对实测最大日温差进行较好的包络;温度变形计算时,应同时考虑桥墩顺桥向、横桥向的极值温差作用。