混凝土内外温差置换养护系统及其数值应用

大体积混凝土一方面易因冬施养护措施不佳引发水化反应降速甚至停止,另一方面会因内外温差控制效果不佳引发温度裂缝问题。大体积混凝土存在着内部温度高、外界温度低的特点,若实现将内部温度置换并用于冬施混凝土表层防冻养护,将有利于在低碳条件下打造稳定性更强的精品工程。以雄东管廊项目13.9m×10.1m×3.5m承台浇筑为背景,首先提出一种冬施大体积混凝土内外温度平衡置换养护系统,并采用数值模拟方法验证了本系统的合理性与可靠性。结果表明:本冬施大体积混凝土内外温差置换平衡养护系统可有效实现混凝土的防冻养护和混凝土内外温差值的有效控制,本系统在雄东管廊项目应用背景下的内外温差最大值为21.05℃。同时,为解决混凝土在极端外温条件下养护技术不达标导致开裂等病害的问题,还讨论提出一种大体积混凝土内外温差动态调控系统。

EPS板对综合管廊受力特性影响研究

为保护综合管廊防水层,回填过程中管廊侧墙将放置1层EPS板,然而EPS板可能改变墙后土压力值从而影响结构受力。为了研究EPS板的存在对综合管廊受力特性的影响,以雄安新区雄东管廊项目为背景,采用验证后的数值模拟方法研究了管廊基坑开挖受力变形特性及EPS板对综合管廊土压力、变形和弯矩的影响。结果表明:管廊基坑开挖引发边坡位移与周围地表沉降,本文条件下边坡最大水平位移值约为0.23%H(H为基坑开挖深度),周围地表沉降值约为0.24%H。EPS板的放置将引发管廊墙后土压力、变形、弯矩发生改变。放置EPS板后综合管廊侧墙中性点以上土压力增大10.6%,中性点以下减小5.6%,最大侧墙水平变形值增加44.4%,结构最大弯矩值增大5.4%。

基于薄层法和移动坐标系法的地铁竖向振动在成层土层中传播

针对地铁竖向振动在成层地基中的传播,提出了移动荷载作用下层状地基的分析模型。基于该模型,利用狄拉克函数及三重傅里叶变换将时空域内单个移动简谐荷载转换为频率-波数域内的荷载,结合薄层法和移动坐标系法推导了单个移动简谐荷载和移动简谐线荷载作用下三维层状地基动力响应的解析解,并给出了移动简谐线荷载动力响应解析解中参数n的经验取值范围;分析了荷载的移动速度对层状地基动力响应的影响以及弹性模量、泊松比、阻尼比和荷载频率对土体临界速度的影响。结果表明:荷载的移动速度对不同频带的动力响应的影响范围不同;移动速度对低频响应的影响程度大于对高频响应的影响程度;相比于泊松比和阻尼比,弹性模量对土体临界速度的影响最大;频率越接近荷载振动频率的振动响应,其幅值越大,临界速度越小。

衬砌隧道中移动轴向激励作用下两相多孔介质动力响应

为了研究衬砌隧道中地铁振动在饱和地层中的传播情况,采用移动轴向激励模拟技术,建立了隧道-衬砌-两相介质的动力分析模型;利用波函数展开法、傅里叶变换法等,推导了频域内衬砌隧道移动轴向激励作用下两相多孔介质动力响应的解析解,并给出了两相多孔介质临界速度的经验公式;通过离散快速傅里叶逆变换得到了时-空域内两相介质的动力响应。结果表明:无衬砌隧道中移动的轴向常激励作用下,两相介质临界速度只与介质的剪切模量和密度有关,且数值接近其剪切波速的1.1倍;对于衬砌隧道,介质的临界速度随着衬砌剪切模量的增大而增大,随着衬砌密度的增大而减小,衬砌对振动向介质中的传播有一定的削弱作用,衬砌剪切模量与介质剪切模量相差越大,削弱越明显;动力响应频率越接近激振频率,其幅值越大,所对应的临界速度越小。

移动的隧道轴向激励作用下两相多孔介质动力反应

为了研究移动的隧道轴向激励作用下饱和土体的动力响应,建立了隧道-饱和土体的动力分析模型;利用波函数展开法、镜像原理等,推导了频域内隧道轴向激励作用下饱和土体动力响应的解析解,并给出了饱和土体临界速度的经验公式;通过快速傅里叶逆变换得到了时-空域内饱和土体的动力响应。结果表明:轴向激励作用下,饱和土体临界速度只与土体的剪切模量和密度有关,且数值接近土体剪切波速的1.1倍;速度小于临界速度时,各响应数值随着剪切模量以及孔隙率的增大而减小,轴向位移随着隧道埋深的增大有小幅度减小,当隧道埋深超过半径的10倍时,轴向位移趋于稳定;速度大于临界速度时,各响应数值随着剪切模量以及孔隙率的增大而增大;角度对径向位移、轴向位移影响很小,对环向位移的影响较大。

有限层法计算表面矩形基础动力柔度

基础动力柔度(刚度)是土-结构动力相互作用分析的关键。有限层法考虑了天然地基的分层特点,位移沿水平方向采用连续可微的级数,沿厚度方向采用线性插值计算,特别适于计算成层土中基础的动力柔度。分别采用有限层法和ABAQUS有限元软件计算了3层土层上表面矩形基础的动力柔度,2种方法得到的结果曲线能够很好的吻合,证明了用有限层法计算表面基础动力柔度的可行性及所编制程序的正确性。同时,由所得结果曲线可知:模型边界长度、级数的项数等因素是影响有限层法计算精度和收敛程度的关键因素,与ABAQUS相比,有限层法可很大程度的缩减分析时间,提高计算效率。

基于弹性模型的桩基沉降计算

国内外学者已对桩-土相互作用的弹性模型做了大量的先期研究。将该模型应用于桩基动力响应和沉降计算。利用该模型计算桩基沉降具有如下的优点:容易与工程中广泛采用的有限元软件如ABAQUS结合;只要合理选取模型参数,就可模拟桩端下所有压缩土层的沉降量,而现行规范计算桩基最终沉降量时,只考虑了计算深度内土层的压缩量。动力和静力工程算例计算结果表明,该方法具有较高的精度。

雄安新区大体积混凝土冬施养护技术及其数值分析

为更好地开展雄安新区冬施条件下大体积混凝土浇筑养护工作,避免冬施大体积混凝土因养护不到位而引起病害问题发生.以雄安新区雄东管廊项目冬施环境下尺寸13.9 m×10.1 m×3.5 m承台浇筑养护施工为背景,提出雄安新区大体积混凝土冬施养护技术,并采用数值模拟方法研究该养护技术的有效性.结果表明,(1)提出适合雄安新区大体积混凝土浇筑冬施养护技术:控制入模温度为23℃左右,并覆盖2层5 cm厚棉被和一层篷布,内部设置冷凝管.(2)本养护条件下承台内部最大温度60℃,内外温差最大24.7℃,满足要求.(3)温度达峰值后,混凝土上部降温速度显著大于下部,施工应关注可能产生的影响.

大体积混凝土承台管冷技术参数优化及其现场试验

为研究大体积混凝土冷凝管技术参数对养护效果的影响,以雄东管廊项目13.9 m×10.1 m×3.5 m承台浇筑为背景,提出采用优化冷凝管技术参数,通过数值模拟与现场试验验证管冷技术参数的可靠性。结果表明:并非管冷布置层数越多,温差控制就越好,而是应合理设计管冷竖向层间距。温差值随L值与Ts值减小而逐渐下降,随直径D增大而缩小。管冷流速对混凝土养护效果影响可忽略。最优管冷技术参数:布置3层(1.00+1.75+2.50)m且L=1.00 m;D=50 mm;T_(s)=15℃;V=1.6 m^(3)/h。

隧道衬砌-土层接触面黏-弹性对地铁空间振动传播的影响

隧道衬砌-土层接触面的动力特性十分复杂,且受诸多因素影响,而地铁振动的传播又具有空间性,其在接触面处必然会发生较大变化,针对这一问题,提出一种黏弹性接触面模型,模拟隧道衬砌与土层的动力相互作用。利用柱面P波的传播规律推导了黏弹性接触面模型的无量纲弹簧系数和阻尼系数的解析表达式,并给出了其低频和高频极限。结果表明:与连续性接触面模型相比,黏弹性接触面模型能够有效地模拟衬砌-土层接触面处波动能量的损失;随着衬砌-土层剪切模量比的增加,土层动力响应幅值逐渐增大;衬砌-土层密度比对土层应力幅值影响较小,基频附近对应的径向位移幅值随着密度比的增加而增大;土层泊松比对无量纲频率ω1<l和ω1>3时的径向位移幅值影响较小,基频附近对应的径向位移幅值随着土层泊松比的增加逐渐减小。

聚乙烯醇短切纤维喷射混凝土的研究应用

喷射混凝土具有凝结时间短、黏结强度高、支护效果好等优点,但目前喷射混凝土施工过程中普遍存在回弹率过大、喷射质量不达标等不足。以重庆红岩村隧道项目初支喷射混凝土为工程背景,采用现场试验和数值模拟方法研究了聚乙烯醇短切纤维喷射混凝土中纤维的最优掺量,以及对喷射混凝土回弹率和隧道洞室的稳定性、围岩变形等方面的影响。研究结果表明:一定量的聚乙烯醇短切纤维会降低隧道喷射混凝土的回弹率,其最优掺量为0.132%;相比于普通喷射混凝土,采用聚乙烯醇短切纤维喷射混凝土可使隧道洞室失稳时的竖向位移和水平位移减小,最大减小幅度分别可达2.0%和4.3%;喷射混凝土层最大应力较普通混凝土可增大14.3%。