四边不同支承条件下矩形板的结构计算

采用带补充项的傅立叶级数作为挠度函数,针对四边不同支承矩形薄板,推导了确定待定系数的方程组,给出可处理简支边、固支边和自由边任意组合条件下统一的结构计算公式.探讨了集中荷载作用处弯矩级数解不收敛的处理办法,以及双向板简化为单向板需要达到的长宽比问题.结果表明,集中荷载作用处的弯矩,可采用挠度值按中心差分公式进行计算,差分步长可取10 mm.对边支承对边自由板及一边固支三边自由板,可视作单向板.当四边支承板的长宽比达到2∶1、2.5∶1及4.5∶1时,可分别简化为两端固支、一端简支一端固支及两端简支单向板.三边支承一边自由板长宽比达到1∶1及2∶1时,可分别简化为两端固支(及一端简支一端固支)及两端简支单向板;长宽比达到6∶1时,可简化为悬臂单向板.两邻边支承两邻边自由板若要简化为悬臂单向板,在两支承边为固支时,长宽比需要达到2∶1;在支承边为一边简支一边固支时,长宽比要达到1.5∶1.

地铁双线盾构近距下穿盾构隧道施工沉降控制

研究目的:为研究双线盾构下穿时既有地铁盾构隧道的沉降规律及控制措施,以北京地铁14号线隧道近距下穿地铁15号线隧道工程为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟,结合现场监测数据及盾构施工参数的分析,阐明既有隧道的沉降规律,总结控制沉降的盾构施工参数经验,验证沉降控制措施的有效性。研究结论:(1)既有隧道的沉降始于盾构刀盘距既有隧道1.5～2.0倍洞径处,在既有隧道前后1.1～1.3倍洞径范围变化最大,但受先后施工的二次扰动影响并不明显;(2)盾构掘进速度保持60～80 mm/min,合理且较高的顶推力、土仓压力、注浆量,可确保在快速通过穿越区域的同时抑制既有隧道的沉降;(3)通过注入双液浆、克泥效浆液对土层进行加固改良,设置聚氨酯隔离环,可减小既有隧道的后期沉降;(4)本研究成果可为盾构穿越施工影响下既有隧道的沉降控制提供借鉴。

隧道喷混凝土衬砌结构可靠度分析的位移方法

在隧道施工中,利用衬砌位移的监控量测数据进行衬砌结构的可靠性评价,对新奥法隧道的动态设计有重要的指导作用。从实测位移出发,提出了隧道喷混凝土衬砌结构的功能函数,讨论了衬砌位移、厚度、喷混凝土材料性能的变异性,并对两个实例用Monte-Carlo法进行了可靠度计算,得到了符合实际情况的结果。

秦沈客运专线路堤边坡土壤侵蚀预报研究

为探讨施工期铁路路堤边坡水土流失规律 ,对秦沈客运铁路专线一段路堤边坡进行了人工降雨试验与天然降雨实测 ,结果表明 ,路堤边坡的主要侵蚀形式是沟蚀 ,沟蚀量较面蚀量大得多 ,主要侵蚀因子是次降雨量及路堤顶面宽度。

对称荷载作用下弹性地基梁的傅里叶级数解

考虑地层位移荷载及梁与地基可能产生的脱空,针对长度在沉降槽内和长度延伸到沉降槽外的2种梁建立了弹性地基梁对称问题的数学模型.利用阶梯函数及脉冲函数,在所建数学模型基础上推导了求解弹性地基梁挠度的傅里叶级数系数的线性方程组,提出了计算方程组中脱空范围这一多余未知量的迭代步骤,利用有限元数值解对傅里叶级数解进行了验证.结果表明,傅里叶级数解精度高,可以作为带有脱空弹性地基梁问题的解析解,要达到相同的精度,傅里叶级数解的计算量远比有限元解的计算量小.此外,脱空范围的大小,不随级数项数的多寡而改变.傅里叶级数解法不但精度高,而且能够灵活处理不同形式的荷载,是求解复杂荷载条件下弹性地基梁问题的有效解析方法.

用于结构可靠度分析的多响应面法

在分析单响应面法精度的影响因素基础上 ,提出了改进的多响应面法 .然后以两个因子功能函数为例 ,推导了多响应面的设计与估计公式 ,并通过算例比较了多响应面法与JC法、Monte Carlo法及单响应面法的计算精度 .结果表明多响应面法的精度好于单响应面法 .

匀质地下管线大变形的控制微分方程及其近似解

从杆件变形的空间曲线运动方程出发,引入物性方程,建立管线大变形的控制微分方程。忽略管线截面形状的改变并假设管线的轴向变形在沉降槽范围内为一常量,从而得到简化的控制微分方程。在假定土层和管线的沉降均符合正态分布曲线条件下,给出简化控制微分方程的近似解法,并推导出管线轴力和一维度规的计算公式。实例计算和对比分析结果表明:在管线和土层的沉降较小时,大变形解与小变形解基本相等,轴力的影响可以忽略;但当管线和土层的沉降较大时,轴力的影响变得明显;轴力增加了管线抵抗竖向变形的能力,因此管线沉降、弯矩和剪力的大变形解均比小变形解要小;随着沉降的增加,管线轴力和一维度规呈非线性地增大,小变形解的计算误差也迅速增大。说明本文方法能够更合理地描述管线与土层的共同作用。

铁路明洞结构的可靠性设计方法

给出铁路明洞填土几何形状、填土材料性质及衬砌材料性质的统计结果，利用填土压力的离心模型试验，找出了明洞填土压力计算模式的不确定性。然后，用有限元多响应面法计算了现行标准图明洞在填土压力作用下结构内力的概率特征。在此基础上，按校准法对现行标准图明洞结构进行了可靠度计算并选定了目标可靠指标及设计表达式中的分项系数。最后，给出了明洞结构的可靠性设计表达式。

隧道结构隆起引起的轨道结构变形与脱空

研究目的:新建地铁隧道上穿施工将引起既有隧道内的轨道结构发生变形甚至脱空,影响既有地铁的安全运营。为此,将轨道结构视为弹性地基梁,在控制微分方程中引入阶梯函数,推导考虑轨道与基底脱空的轨道变形傅里叶级数解法,并将理论方法与数值模拟方法及实测数据进行对比,验证方法的正确性,进而基于傅里叶级数法进行参数分析。研究结论:(1)轨道变形、内力和脱空范围均随隧道隆起量的增大而增大,轨道结构内力和脱空范围随隧道上浮槽宽度的增大而减小;(2)当双洞隧道中距大于8倍的上浮槽宽度时,可按单洞隧道确定基底变形;(3)当双洞隧道中距小于4倍的上浮槽宽度时,道床板的最大隆起将超过隧道底板;(4)本研究成果可为隧道上穿施工中既有轨道结构的安全评价提供理论依据。

局部均布荷载作用下四边支承矩形板的内力计算

以矩形板的Navier解为基础,采用带补充项的傅里叶级数作为挠度函数,研究了局部均布荷载作用下四边支承矩形薄板的弯曲问题.推导了确定待定系数的线性代数方程组,给出了简支边和固支边不同组合条件下的统一计算公式.讨论了带补充项法级数解的收敛速度,并与叠加法级数解及有限元数值解分别进行了精度和计算量的对比.结果表明,带补充项法的级数解达到收敛的级数项数约为40项.带补充项法的级数解与叠加法级数解具有同样的求解精度.有限元解随网格的细分,计算结果逐渐接近级数法解.级数解法的计算量与有限元解法相比是微不足道的.研究成果适于进行构筑物顶板受局部均布荷载作用的结构计算.

考虑轴力和剪切效应的盾构隧道纵向变形分析

采用傅立叶级数法研究了不同荷载作用下轴力和剪切效应对盾构隧道变形的影响.计及剪切变形所产生的地基反力,建立了弯曲变形的控制微分方程,推导了剪切变形的计算公式;采用与既有理论解对比的方法,验证了级数解的正确性;通过对比计算,分析了截面形式、端承条件、荷载形式、长高比以及有无弹性地基对盾构隧道剪切变形的影响,剪切刚度对弯曲变形、剪切变形及内力的影响,以及装配力对弯曲变形和弯曲内力的影响.研究结果表明:盾构隧道的剪切变形在总变形中的占比可以达到20%以上,是由于盾构隧道圆环截面的形式及较低的剪切刚度共同造成的;考虑剪切变形后,隧道的总变形是增加的,但弯曲变形及弯矩较不考虑剪切变形时要小;随剪切刚度的降低,剪切变形增大,其在总变形中的占比也增大,当剪切刚度从8 GN减小到1 GN,总变形增加了15.7%,弯曲变形及弯矩分别减小了11.7%、17.1%,剪切变形增加5.77倍,剪切变形在总变形中的占比从4.64%增加到27.17%;装配产生的轴向压力增大了隧道的弯曲变形和弯矩,但影响幅度不大,一般对挠度的影响不超过2%,对弯矩的影响不超过3%.

穿越施工中管线与土层共同变形规律分析

研究目的:为了解穿越工程中管线与土层的共同变形规律,建立管-土相互作用三维有限元模型,分析土体及管线刚度、新建隧道直径、管线与隧道净距对管线沉降和内力的影响。研究管线沉降和弯矩随管土刚度系数K的变化规律,提出柔性管线、弹性管线和刚性管线的管土刚度系数K判定值,给出管线最大弯矩和最大沉降的简便计算公式。进行室内离心模型试验及现场实测,将管线监测数据与数值模拟进行对比研究。研究结论:(1)管线沉降和弯矩均随管土刚度系数K的增大而减小;(2)当K<0.1时,管线为柔性管线,管线与土层能够协同变形不产生脱空,此情况下可把土层沉降当作管线沉降来计算管线内力;(3)当K>100时,管线为刚性管线,管线很容易与土层产生脱空,可采用土层反力作为荷载来计算管线内力;(4)当0.1≤K≤100时,管线为弹性管线,可能与土层产生脱空,宜通过考虑管土分离的有限元模型进行其受力分析;(5)本研究成果可为隧道施工中既有管线的安全评价提供理论依据。

隧道素砼衬砌结构的极限状态

讨论了隧道素砼衬砌结构的失效模式，提出了隧道衬砌结构的承载能力极限状态及正常使用极限状态的表达式．

匀质地下管线沉降的傅里叶级数解

采用傅里叶级数方法求解地铁盾构隧道开挖引起邻近匀质地下管线沉降较大的问题。假设管线轴向伸长只发生在沉降槽附近并在此范围内是一常量,合理降低控制微分方程的非线性程度,使之能够采用级数法求解。按照土层沉降曲线符合Peck曲线推导管线沉降的傅里叶级数系数的显式表达式,得到管线沉降和内力的计算方法。根据文献[11]的数据,采用基于傅里叶级数的计算方法计算管线随土层沉降的级数解,并与文献[11]中的近似解方法的求解结果对比,验证级数解的正确性。结果表明:在土层沉降曲线为Peck曲线的情况下,管线沉降曲线也符合Peck曲线;近似解与级数解非常接近,两者能够良好地相互印证;级数解的求解过程表明,基于傅里叶级数的求解方法不需要事先假定管线沉降曲线的形式,并且可以处理不同的荷载类型,如集中荷载、局部而非全长范围的土层抗力等;可以通过增加级数的项数达到要求的计算精度。

隧道沉降引起的轨道结构变形与脱空

从微元体的平衡出发推导轨道结构变形的非线性控制微分方程。假设盾构隧道沉降遵从正态曲线,并引入阶梯函数描述轨道与基底的脱开状态,导出求解轨道变形的级数解。对支承块式道床轨道结构进行实例计算和对比分析。结果表明:级数解计算的道床沉降与实测数据一致;隧道沉降不大时,轨道结构的轴力对计算结果的影响可以忽略;隧道沉降槽宽度一定时,轨道结构的沉降、脱空范围及内力均随隧道沉降量的增加而增大;在沉降槽宽度小、沉降值较大时,钢轨与道床间以及道床与隧道底板间将产生沉降差及脱空。对隧道底板沉降槽半宽为3m的实例计算结果表明:在扣件失效条件下,隧道底板沉降值达到4mm时钢轨与道床间产生沉降差和脱空;在扣件正常连接条件下,隧道底板沉降值达到12mm时道床与隧道底板间产生沉降差和脱空;道床沉降值达到30mm时钢轨与道床间产生明显的沉降差;道床沉降值达到50mm时支承块与道床间产生脱空。

隧道型钢钢架初期支护安全性评价

针对施工期隧道型钢钢架喷混凝土支护,建立了以位移为基础的安全性评价方法.介绍了根据喷混凝土徐变试验得到的修正的GL2000徐变模型,给出了徐变引起的支护轴向伸缩变形和曲率改变的计算公式.导出了基于测量位移并考虑徐变影响的支护内力的计算公式,给出了支护结构截面失效的功能函数.最后,对武广铁路某隧道工程进行了实例分析.计算结果表明:评价结果能够正确反映隧道的实际安全状态,可靠指标的数值与我国现行规范的规定一致;徐变使喷层产生松弛,可靠指标增大,但其增大幅度比素喷混凝土和格栅钢架喷混凝土时小.

岩层断裂的最大转动梯度准则及其在构造地质中的应用

认为微观转动不协调是产生断裂的原因。在现代有限变形力学Ｓ（应变）－Ｒ（转动）分解定理基础上提出了断裂扩展的最大转动梯度准则，可直接确定断裂产生的位置和扩展方向。初步应用该准则对雁行裂纹的形成过程进行了数值模拟。

推覆构造滑脱层有限变形力学分析

本文根据推覆构造滑脱层的变形特点,运用以S—R分解定理为基础的有限变形力学理论,研究了断坪与断坡滑脱层的变形场特征。用全量及增量方法逆解求出了变形滑脱层所受的边界外力;利用变形场与应力场的分析结果,给出了推覆构造在拆离时推覆席体的推移距离及作用推力的简捷计算公式。

褶皱岩层初始挠曲的分叉特性

基于拖带坐标法建立了岩层大变形的一维非线性微分方程，然后用解析与数值方法研究了变刚度、可伸缩岩层在侧向压力及自重作用下的分叉特性，初步揭示了褶皱岩层初始挠曲的形成机理。

额哈铁路工期缩短之生态效益浅析

讨论了额哈铁路工期调整对生态环境的影响。按照设计图、施工组织设计及实地调查和统计获取了现场数据,根据工地条件和既有资料确定了计算参数。得出工期缩短后减少土壤风蚀量7.5万t,减少生活污水排放5.8×104m3,减少生活垃圾排放1 100 t。确定了土壤侵蚀、生活污水和生活垃圾的处理费率,计算得到工期缩短的直接生态正效益为4 000余万元。结果表明铁路工程工期缩短具有明显的生态正效益。