高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌研发与性能验证

针对高压水道中钢筋混凝土衬砌内水外渗以及钢板衬砌易于溃屈问题,研发了一种高压水道钢筋混凝土夹心钢板衬砌,主要由内层钢筋混凝土-钢板-外层钢筋混凝土组成。为验证新型衬砌性能,进行了高内外水交替作用下模型试验,研究衬砌变形受力及荷载分担变化情况。结果表明:外水压力作用下衬砌处于受压状态,各部分荷载分担比较为固定,钢板部分所受压应力仅为1.47 MPa,远低于临界应力20.25 MPa,失稳溃屈的风险极小;内水压力作用下衬砌处于受拉状态,随着内水压力的增加,内层混凝土会先于外层混凝土开裂,未开裂前衬砌各部分荷载分担比基本固定;开裂后混凝土部分分担荷载降低、钢板与围岩所分担荷载增加,钢板所受拉应力为28.01 MPa,远低于其极限强度。相较于传统衬砌,新型衬砌结构在高压水道环境下具有更优越的性能。

复合式衬砌隧道模型试验及其承载特性研究

中国山岭隧道常采用复合式衬砌支护,探究复合式衬砌的承载特性对矿山法隧道支护设计具有重要意义。设计了大型隧道结构模型试验系统,开展了毛洞、喷锚组合支护和复合式衬砌支护的大尺寸隧道模型试验,通过监测隧道破坏全过程,分析不同支护形式下隧道的破坏模式和支护结构受力特征,揭示了复合式衬砌的承载特性。结果表明:复合式衬砌支护较喷锚组合支护相比设计承载力提高了33.3%;两种支护形式下,围岩可承受约60%~75%的外荷载,施加二次衬砌后,二次衬砌可分担约15%~80%的围岩压力;喷锚组合支护较复合式衬砌相比能更好的发挥锚杆的效果。

幕墙中空玻璃内外片风荷载分配比例研究

中空玻璃在我国建筑幕墙中广泛使用,但关于中空玻璃内外片风荷载分配比例的研究不充分,规范相应规定有待进一步完善。首先归纳总结了中空玻璃分荷比例的影响要素,对比分析了中、欧相关规范的优劣异同。基于内外面板挠度位移场与理想气体方程所得的中空层气体体积变化量相同的原理,建立了适用于框支式和点支式的高精度中空玻璃承载力计算模型,并进行了中空玻璃内、外面板分荷比例的参数化分析,计算结果与欧盟规范结果吻合良好。最后,针对主流面板厚度的框支式中空玻璃,考虑中空层厚度、面板大小、长宽比等影响因素,通过最小二乘法曲面拟合得到了适用于不同情况的中空层系数计算公式。

舰船脉冲功率负载Buck变换器自适应阻尼比控制方法

针对脉冲功率负载的周期性功率突变造成接口变换器输出电压瞬时跌落和持续扰动的问题,提出一种Buck变换器的自适应阻尼比控制方法,使得输出电压的响应性能能够直接通过阻尼比实现精确调节,不依赖于控制参数,且对输入电压扰动具有抑制作用。该方法通过引入类电压环消除了时变的输入和占空比的非线性饱和,建立输出电压与其参考值的单输入单输出二阶系统,将不确定负载扰动的控制问题转化为二阶系统的阻尼比控制问题。此外,在不影响电压调节性能的前提下,通过附加占空比调节实现并联变换器供电结构的均流控制。仿真和硬件在环实验结果表明,在脉冲功率负载的不同暂态过程,并联变换器均能够实现快速平滑的电压调节和输出电流均衡。

不同溶洞条件下穿越溶洞桩基础竖向荷载传递机制

穿越溶洞桩基础竖向荷载传递机制是特殊岩溶发育地区桥梁基础设计的核心问题.依托新建沪渝蓉高速铁路马河特大桥24#号墩岩溶桥基工程,开展区域地层(上覆粉质黏土层,下部风化灰岩)中桩基础竖向受荷现场试验.结合有限元数值模拟方法,研究有无溶洞、不同溶洞直径和不同溶洞位置等因素对穿越溶洞桩基础竖向荷载传递机制的影响规律.研究结果表明:(1)相比于无溶洞条件,溶洞存在导致桩基竖向承载力降低,溶洞以上的桩侧摩阻力减小,溶洞以下的桩侧摩阻力增大,桩身压缩量增加;此外,溶洞存在降低了桩身侧阻的荷载分担比,有利于发挥端阻.(2)在不同地层中,溶洞直径变化对桩侧摩阻力的影响有所不同.下部岩层中桩侧摩阻力随着溶洞直径的增大而增大,而上覆土层中变化不明显;整体看来,桩侧摩阻力的荷载分担比随溶洞直径的增大而减小,端阻力占比随之增大.(3)随着溶洞深度的增大,溶洞以上岩层中桩侧摩阻力减小,溶洞以下在1倍溶洞直径范围内桩侧摩阻力增大,桩身压缩量和桩身荷载分配的变化不明显.

单室与四室井筒式地下连续墙竖向承载特性研究

以井筒式地下连续墙为研究对象,采用数值模拟的研究方法,应用弹性本构模型,考虑墙土界面的参数影响,对单室和四室井筒式地下连续墙基础的沉降特性、内外侧摩阻力、端阻力、土芯顶部反力及其荷载分担比进行分析和研究。研究表明:外摩阻力主要由墙身深度范围内的外侧下部土体提供,内摩阻力主要由土芯下部土体提供;外摩阻力自上而下发挥作用,而内摩阻力自下而上发挥作用。随着荷载的增加,单室井筒式地下连续墙的外侧摩阻力的荷载分担比逐渐减小,而端承反力、内侧摩阻力和土芯顶反力的荷载分担比都在增加,而四室井筒式地下连续墙的外侧摩阻力、墙端反力、土芯顶反力都在减小,仅有内摩阻力的荷载分担比在增加。

循环荷载下粉煤灰复合地基竖向承载特性模型试验研究

为研究粉煤灰单桩复合地基竖向循环承载特性,开展在循环荷载作用下的室内模型试验。通过监测桩身及土体变化情况,分别从桩顶累计沉降、土压力、桩身内力等方面进行分析。试验结果表明:循环桩顶累计沉降前期呈现快速增长,而循环荷载比临界值为0.6,将后期沉降变化划分为稳定型和增长型两种趋势;桩侧土压力主要影响桩身上半部分土体,并沿竖向和径向均出现衰减现象,且竖向衰减更为明显;对桩端阻力强化系数Z和桩侧阻力弱化系数D分别进行拟合,可得到对实际工程中不同循环周期下桩端、桩侧阻力强弱变化情况分析,具有参考依据的函数方程;循环荷载下的桩端/桩侧荷载分担比呈现动态变化,循环周期的增加,将会存在桩端所占承载比例超越桩侧所占比例的占比反超点,循环幅值越大,出现反超点所需的循环次数也越少。

大跨度铁路连续梁拱组合桥梁结构拱梁合理刚度比研究

大跨度连续梁拱组合桥梁具有良好的受力性能与经济效应,其中,拱梁刚度比是该类桥型的1个重要设计参数,而以往对拱梁刚度比的研究不够深入和全面。为了解拱梁刚度比对大跨度铁路连续梁拱组合桥梁的影响,以正在建设的福州乌龙江大桥为例,研究拱梁刚度比对桥梁的结构受力特性、梁拱荷载分担和工程量的影响。结果表明:拱梁刚度比对拱肋轴力及主梁、拱脚和拱顶处弯矩影响显著。当刚度比<1:73或>1:44时弯矩最大增长接近50%,拱梁刚度比的增加,更有利于发挥拱肋的性能;但在拱梁刚度比≥1:44时,拱肋刚度增加对整体受力性能提升有限,而当拱梁刚度比≤1:73时,主梁承受活载增长过快,增加了结构发生局部破坏或整体倒塌的风险。综合考虑,此类桥型拱梁刚度比合理取值范围应在1:44~1:73。工程中为了获得更好的经济效应,可适当减小主梁刚度或拱肋刚度。

孔内深层强夯复合地基桩土应力比试验研究

通过开展孔内深层强夯单桩复合地基现场静载试验和桩土应力测试,获取了不同荷载作用下孔内深层强夯复合地基的平均桩顶应力、桩间土应力、桩土应力比、荷载分担比及其变化规律。试验结果表明:孔内深层强夯复合地基的桩间土承担了主要的上部荷载,约占50%~63%,随着荷载增大,桩间土承担的荷载比例逐步增大;对于孔内深层强夯复合地基,随着荷载的增大,桩土应力比随荷载的增大而减小,数值介于2~5之间;对粘性素填土地基,孔内深层强夯复合地基在处理后的桩间土地基承载力比处理前可提高220%。

单拱肋下承式连续梁拱组合桥梁拱协作机理

以单拱肋下承式连续梁拱组合桥西宁祥瑞街大桥为工程背景,基于吊杆力相等假定和膜张力假定,采用结构力学的方法,推导出梁拱组合体系在均布荷载作用下,拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比表达式,以此揭示梁拱协作机理。采用四次抛物线对吊杆力进行拟合,通过对公式、有限元计算结果进行误差分析,得出吊杆力修正系数,以此减小吊杆力相等假定带来的误差。同理,采用余弦荷载对吊杆力进行拟合,通过对吊杆力公式、膜张力公式计算结果进行误差分析,得出膜张力修正系数,以此减小膜张力假定带来的误差。最终结合吊杆力修正系数和膜张力修正系数,计算出主梁跨中挠度、拱肋跨中挠度以及吊杆力分担外荷载比例的修正系数分别为1.1、1.2、0.9,以此减小公式误差。

结构参数对梁拱协作机理的影响

以西宁祥瑞街大桥为工程背景,该桥为单拱肋下承式连续梁拱组合桥,以力学分析和有限元建模为主线,围绕梁拱协作机理和结构参数两方面进行研究。根据拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比的表达式,结合工程背景,绘制各参数(吊杆拱肋等代弯矩刚度比、梁拱截面抗弯刚度比、矢跨比、轴向变形放大系数、边中跨比、边中跨抗弯刚度比)与拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比的影响曲线,分析各参数对拱肋分担荷载比、拱梁弯矩比、拱梁变形比的影响。为设计人员在方案设计初期,拟定较为合理的结构参数提供了力学依据。

基于可靠度理论的铁路隧道复合式衬砌结构设计软件研究及应用

《铁路隧道设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9129—2018)使得概率极限状态法在铁路隧道结构设计领域得到迅速发展,但常规计算中引用的经验值“荷载分担比”对结果有很大影响,可建立初期支护与二次衬砌共同作用的复合式衬砌模型避免其影响。为了排除“荷载分担比”的模糊影响、实现独立进行复合衬砌结构设计,开发了铁路隧道复合式衬砌结构设计的专业软件CLAS,该软件支持对单层衬砌模型和复合衬砌模型进行3种设计方法计算,包括破损阶段法、极限状态法、可靠度分析。该软件由软件界面、前处理、截面检算、可靠度分析、后处理5部分组成。前处理支持导入AutoCAD文件完成几何建模;截面检算可采用破损阶段法和极限状态法,实现内力分析、安全性检算和配筋计算;可靠度分析提供JC法和蒙特卡罗法的计算;后处理提供结果数值导出与云图显示、计算报告生成功能。工程应用表明,CLAS功能全面、操作简单,精度满足工程要求;“荷载分担比”经验值对二次衬砌拱顶处的荷载有明显低估,复合衬砌模型能更有效地反映衬砌结构的受力情况。

分片式可变间隙径向滑动轴承混合润滑研究

径向滑动轴承因其高可靠性被广泛应用于大型轴承-转子系统,但恶劣工况下常因润滑不良造成局部区域固体直接接触,即混合润滑,导致轴承系统提前失效.本文中以某大型核电循环泵齿轮箱中分片式可变间隙径向滑动轴承为研究对象,耦合弹性流体动压润滑模型和表面粗糙峰接触模型,并计入分体式轴承不连续承载特性,建立了考虑轴颈倾斜的分片式可变间隙径向滑动轴承混合润滑模型.采用有限差分法和影响系数法数值解析轴承表面油膜压力、接触压力和油膜厚度等特征量,研究了轴承间隙、轴颈倾斜和转速等因素对滑动轴承系统润滑性能的影响,并揭示了分片式可变间隙径向滑动轴承摩擦学特征.研究表明,轴承载荷主要由部分特定轴承片支撑,且各因素对轴承片载荷比率影响不同,其中轴颈倾斜对润滑性能影响最为显著,恶劣工况下轴承间隙较小一侧率先发生固体直接接触,导致轴承边缘最易发生严重磨损;合理地调整各轴承片间隙可有效地改善轴承表面油膜压力分布,有利于提高轴承系统承载能力,并降低轴承表面发生过度磨损风险,为实现最优润滑方案提供了理论依据.

支盘水泥搅拌桩的单桩承载性能研究

为了研究支盘水泥搅拌桩单桩承载性能,利用Plaxis 3D有限元软件,建立单桩静载模型,模拟了常规水泥搅拌桩与支盘水泥搅拌桩在不同荷载条件下的加载情况,通过沉降曲线、应变云图、塑性区的分析和对比,结果表明:支盘水泥搅拌桩能够有效降低复合地基沉降量,提高桩土共同作用的能力,荷载水平越高,支盘水泥搅拌桩沉降降低效果越明显;支盘水泥搅拌桩的桩周土应变分布更加均匀,对于桩周土的承载力利用效率远高于常规水泥搅拌桩,支盘的存在有利于减少局部应变集中现象的产生。支盘的荷载分担比例随着桩顶荷载的增加而增加,在240kN至1440kN范围内,支盘总荷载分担比例均值为45.9%,当荷载提高至2400kN时,支盘总荷载分担比例达到56.7%。支盘水泥搅拌桩承载性能的提高主要是通过支盘对荷载的分担作用实现的,并有效减小桩侧摩阻力和桩端阻力的荷载分担比例,这部分荷载通过支盘转移至盘下土体。

软土地基中不同设计参数的CFG桩内力分析

为了分析CFG桩在软土地基中的应用效果,以某软弱填方路基为研究对象,利用Midas有限元软件分析了软土地基加固中CFG桩的内力变化规律。研究结果表明:桩的轴力(弯矩)由中心桩到边桩逐渐减小(增大),当桩径为0.4 m,桩距为1.6 m时桩的轴力和弯矩分别为561 kN和66 kN·m;当桩径(桩间距)相同时,桩土应力比随着桩间距(桩径)的增大而增大(减小),桩径0.4 m、桩间距2.4 m时桩土应力比最大为51;当桩径为0.6 m、桩间距为2.4 m时,桩的荷载分担比最大为63.04%,研究成果可为工程应用提供参考。

大直径素混凝土桩复合地基在全风化砂岩层中的应用研究

大直径素混凝土桩复合地基因具有适应性强、承载力高、施工便捷、造价低等优势被广泛采用。以成都市龙泉驿区某在建项目为工程背景,对其大直径素混凝土桩复合地基的设计过程进行了详细阐述,并在建筑结构施工过程中对桩及桩间土的应力进行了监测。结果表明:随着上部荷载的增加,桩顶和桩间土的应力均逐渐增大,桩土应力比增长速率整体呈现先缓后急的变化趋势;当上部荷载较大时,上部荷载主要由桩分担,桩明显提高了复合地基的承载力;筏板基础具有应力调节作用,可以使不同区域的基底应力值逐渐向趋于基本一致方向发展。

路堤荷载下双向增强复合地基荷载分担比及沉降计算

针对路堤荷载下双向增强复合地基受力变形特性,以单桩有效影响范围内的路堤与复合地基为分析对象,引入大挠度环形薄板考虑加筋垫层的"柔性筏板效应"与"拉膜效应",同时通过假定桩土相对位移模式,考虑地基成层性,从而建立了路堤、水平加筋体、桩体、桩间土协调变形三维模型,获得了路堤荷载作用下双向增强复合地基的荷载分担比及沉降计算方法。采用某工程试验数据对该计算方法进行验证,同时分析了路堤高度、桩帽宽度、筋材抗拉模量对中性点位置、桩土差异沉降以及复合薄板中面最大拉应力的影响,结果表明该方法所求得的荷载分担比及沉降与实测值较为接近,证明了其合理性。

水平荷载作用下群桩计算方法研究

通过分析研究国内外各种水平荷载下群桩计算方法，在Ｆｏｃｈｔ－Ｋｏｃｈ－Ｐｏｕｌｏｓ综合法的基础上，不考虑群桩基础中后桩对前桩的弹性作用，并结合桩基规范，提出了能够考虑群桩效应和群桩中各桩荷载分担比的改进公式，

中等城市出租车保有量适量性研究

为了中等城市公交系统的协调发展、居民出行的便利,论证交通方式分担与城市出租车保有量的关系,分别对选择对象、选择结果、固有哑元、出行时间等参数进行分析,并且给出模型的计算方法与参数检验方法;结合空载率的计算公式进行补充论证。研究结果表明:该方法既可以对目前城市所需要的出租车保有量进行测算,也可以对规划年份出租车保有量进行预测,对保证城市出租车的有序与提供良好服务之间的协调发展提供理论依据。

带帽PTC单桩和复合地基承载特性试验研究

结合苏—沪高速公路疏桩复合地基处理工程,进行了自由带帽PTC管桩和双带帽PTC管桩复合地基的现场足尺试验研究。根据试验结果,研究了桩身-桩帽-桩间土的相互作用机理和承载特性,分析了桩帽、桩间土和桩端承载的滞后效应,以及桩帽、桩间土对桩身的消减作用。认为管桩复合地基的第1阶段桩身控制沉降,第2阶段土体控制沉降,探讨了桩帽-桩间土荷载分担比及应力比在不同沉降阶段的变化规律。最后,还提出了桩帽尺寸的设计方法以及取消碎石垫层的建议。