横坡段桥梁双桩双柱式结构受力特征与解析模型

山区桥梁基础不可避免地建立在陡坡上,不稳定斜坡变形或破坏将会对上覆桥跨结构安全造成严重威胁,亟需研究高效、可靠的力学模型。首先,对横坡段桥梁双桩双柱式结构划分不同特征段,分析其受力特性;其次,考虑桩土相互作用和桩顶变形协调关系并引入边界条件,建立适用于横坡段桥梁双桩双柱式结构内力及位移的简化模型;第三,综合考虑P-Δ效应及盖/系梁对桩柱受力影响,引入相邻特征段满足的连续条件(即位移、转角、剪力及弯矩连续),建立挠曲微分方程并以MATLAB为平台编制相应计算程序,提出横坡段桥梁双桩双柱式结构基础内力及位移的幂级数解;最后,将模型结果与有限元计算结果对比,验证模型的可靠性。研究结果表明:本文提出的模型将桥墩与桩基础视为整体,对于多道系梁的结构分析该模型同样适用;模型考虑了横向联系对两桩轴向力和弯矩的分配,可获取横向联系中的横向力;模型不需要假设自由段剪力和迭代计算。随着剩余下滑力增大,结构各特征段前后桩位移和弯矩明显增加;横向联系对桩基位移及内力进行了重新分配,有较强的约束作用,能够较好地改善前后桩受力与变形情况。

大型水库区桥基边坡稳定性与失稳运动特征

我国西南山区已建成众多大型水库,库岸边坡在降雨、库水周期性涨落、地震等复杂地质条件作用下易发生滑坡。若公路桥梁基础位于库岸边坡变形或失稳影响范围内,可能对桥墩产生巨大的侧向荷载,从而危害基础结构乃至桥梁整体安全,而针对该问题研究较少。以白鹤滩库区小江特大桥桥基边坡为例,应用GeoStudio分析桥基边坡在库水涨落、降雨、地震联合作用下的稳定性;针对库水涨落联合降雨工况下的欠稳定边坡,采用TsunamiBalls(TB)数值方法模拟滑坡堆积体失稳下滑冲击桥墩的动力学过程,分析桥墩受到的动态冲击荷载。研究表明:(1)库水升降是影响边坡稳定性的主要因素;(2)施加地震荷载后边坡稳定性系数大幅降低,而降雨对稳定性系数影响有限;(3)滑体对桥墩的冲击荷载随时间先增大再减小,期间会出现3次主要荷载峰值,其中最大冲击荷载13890kN,出现在滑体最大运动速度之后,滑体冲击质量最大的时刻。库岸桥基边坡在库水位涨落条件下稳定性明显降低,TB模拟滑体失稳冲击过程可能造成桥基结构破坏。研究结果可为大型水库边坡和公路桥梁防灾减灾及安全运营提供技术参考。

散粒体滑坡涌浪运动特征与能量转化规律研究

滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身,已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点,精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此,以天然碎石模拟散粒体滑坡,建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型,研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括:(1)滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著;厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波,厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波;(2)基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律,水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异,结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%;(3)基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%~3.07%,由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散,相较二维试验转化率较低。通过探讨散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征,揭示滑体-水体能量转化基本规律,研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定的理论价值和意义。

精确估计下的多智能体系统漏斗复合控制

针对一类具有时变扰动的非线性多智能体系统,研究其在有向拓扑下的一致性跟踪问题,提出一种基于精确估计的复合自适应预设有限时间(PFT)漏斗控制方法.首先,构建一种新的PFT漏斗控制,使跟踪误差约束在PFT漏斗边界内.其次,采用神经网络(NN)逼近系统的未知非线性,并利用NN逼近信息设计扰动观测器,建立基于NN和扰动观测器的复合估计模型,将得到的预测误差引入NN权值的复合更新律中,实现对未知非线性和时变扰动的精确估计.然后,利用动态面技术和误差补偿机制,在解决传统反步法“计算爆炸”问题的同时,消除滤波器误差对系统的影响.最后,通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统所有信号均为有界的,并通过仿真实验验证控制方法的有效性.

基于STM32的全自动智能立体车库系统设计

设计了一种智能立体车库系统,并将其制作成了实物模型.该系统以STM32作为核心控制芯片,51单片机作为辅助芯片,使用驱动齿轮闸机装置实现了小车的传送、存放、取出等功能操作.硬件上由电源模块、压力传感器、烟雾传感器、RFID电子标签、LCD显示屏等模块组成,实现车架自动升降、车库照明、安全系统报警及当前车位状态显示等功能.软件上通过上位机的人机交互界面,在无需工作人员协助的情况下,用户可自助结账和存取车辆.与此同时,通过蓝牙模块将车库的使用情况实时地上传到上位机端,工作人员可对车库实现远程监控.经过测试,该系统实现了预设功能,在很大程度上解决了司机停车难的问题.

考虑滑体–水体相互作用的滑坡涌浪产生过程动力学模型研究

滑坡涌浪的产生过程是研究滑坡涌浪灾害链的核心,该过程中涌浪产生的力学机制和动力学模型对于滑坡涌浪的精准预测具有关键作用。考虑涌浪产生过程中滑体–水体的相互作用,基于前期研究所提出的体积抬升(LU)、冲击挤压(PA)和界面摩擦(DA)三种力学效应及模型,建立3种力学耦合作用下的滑坡涌浪产生过程动力学模型及参数;探讨3种力学效应与16种首浪高度影响因素之间的力学关系,明确产生涌浪的8种直接影响因素(滑体入水的长度、宽度、厚度、厚度变化率(或迎水面积变化率)、冲击速度大小和方向、水深及滑体密度)和3种核心影响因素(入水体积、冲击速度和水深);开展三维散体滑坡涌浪物理模型试验,将所提出的动力学模型嵌入Tsunami Squares数值模拟程序中,反演模拟物理模型试验全过程,验证所提出的动力学模型的可靠性。该文揭示了滑坡涌浪产生的力学机制,为滑坡涌浪数值模拟反演和预测提供了精准的输入模型,对滑坡涌浪灾害预测预报及防灾减灾具有重要科学意义和应用价值。