中低速磁悬浮铁路路基轨道梁计算方法

研究目的:中低速磁悬浮铁路是一种新型交通运输系统,其路基-轨道梁结构对系统的安全性、运行稳定性和乘坐舒适性有重要影响。为简单合理确定车辆荷载作用下路基-轨道梁结构的挠度和内力以便为实际工程设计提供理论依据,基于Winkler弹性地基上的Timoshenko梁模型,建立中低速磁悬浮铁路路基轨道梁计算方法。研究结论:(1)通过拟静力法将车辆动力荷载转换为等效惯性力,结合梁体边界条件,采用Laplace变换方法,推导出了竖向集中荷载作用下轨道基础梁的挠度和内力的计算公式,并通过室内模型试验和现场测试进行了验证;(2)轨道基础梁的挠度和弯矩沿梁体长度均呈中间大、两端小的抛物线型分布模式,二者理论值与试验值的最大误差分别约为10%、5.6%;(3)梁体剪力沿长度呈跨中为零的线性分布,理论值与试验值最大误差约为5%;(4)本文所建立的计算方法可为中低速磁悬浮铁路路基轨道梁的实际工程设计提供参考。

基于地基梁理论的断层非线性错动下隧道纵向响应研究

为研究走滑断层错动作用下隧道结构的纵向响应,采用Pasternak双参数地基和弹性梁理论,建立穿越多破裂面断层隧道在断层强制位错作用下的纵向响应微分方程,通过数学方法求解获得隧道结构在断层位错作用下的纵向变形、内力响应,并通过模型试验和数值模拟对理论解析模型的有效性进行验证。在此基础上,采用理论解析模型对隧道结构纵向响应的影响因素进行敏感性分析。主要得出以下结论:1)理论解析模型计算得到的隧道纵向变形和弯矩变化趋势与模型试验和数值模拟结果完全一致,但数值上趋于保守;2)断层错动的位移形式和围岩-隧道结构的刚度匹配关系对隧道结构纵向响应的影响较大,应根据具体的断层破碎带形式选择合适的断层错动位移函数;3)随着围岩-隧道结构刚度比的增大,围岩对隧道结构的约束作用随之增大,隧道结构纵向内力集中现象增加,但受断层错动影响的范围减小,在具体工程设计中应结合施工成本、抢通时间等来选择合适的围岩-隧道结构刚度匹配关系。

洞桩法地铁车站边桩结构受力机制的模型试验设计

为了方便学生更形象地理解洞桩法地铁车站边桩结构的受力机制,该文以广州地区某洞桩法地铁车站工程为依托,设计了一种简化的洞桩法车站边桩结构模型试验。基于该试验方法,演示分析了边桩结构在洞桩法车站开挖过程中的施工力学行为规律,并对比研究了不同桩型布置参数下的桩后土压力、边桩结构的力学和变形规律。通过该试验,为学生展示了洞桩法边桩结构模型的设计、制作、试验具体操作及数据监测的全过程,从而让学生更好地掌握洞桩法车站边桩结构力学行为演变规律,以及采用不同边桩布置型式的力学行为差异。

中低速磁浮梁轨一体轨道梁钢混接头试验研究

针对中低速磁浮分离式轨道梁建筑高度较大、无法考虑F轨刚度贡献等问题,提出了一种开孔钢板式梁轨一体轨道梁结构,并针对其钢-混结合部的静力性能开展足尺模型试验和有限元仿真计算分析.首先,介绍了梁轨一体轨道梁工程背景以及钢-混结合部的结构特征;其次,设计了钢-混结合部静载模型试验,测试F轨、钢连接件和混凝土等构件在各级荷载下的应力和位移;最后,建立了钢-混结合部实体有限元模型,并结合试验数据分析了钢-混结合部的受力性能、传力机理以及设计参数影响.研究结果表明:1)在1.50倍设计荷载内,钢-混结合部基本处于弹性状态,连接件承载力满足设计要求;荷载继续增大时,F轨的荷载-应力曲线表现出一定的非线性;5.47倍设计荷载下,混凝土梁体发生开裂破坏.2)F轨内外磁极位移均较小,钢-混结合部刚度较大;F轨内外磁极位移差在设计荷载下满足设计限值;1.58倍设计荷载下内外磁极位移差达到0.54 mm,开始超过位移差限值;表明钢混结合部刚度的富裕量小于强度,钢连接件应以刚度控制设计.3)在正常运营状态,磁浮列车荷载主要由钢连件的钢板承压传递,焊钉与开孔钢板传力比例较小;钢连接件中开孔直径、贯穿钢筋直径对传力影响较小,钢连接件腹板厚度增加使得钢混结合部处传力更加平顺.

横向贯通式中低速磁浮一体轨道梁钢-混结合部试验研究

为解决中低速磁浮分离式轨道梁存在的养护难、构件多,以及无法考虑F轨刚度贡献等问题,提出一种横向贯通式梁轨一体轨道梁结构,针对其钢-混结合部的静力性能开展有限元分析和足尺模型试验研究,并对关键设计参数进行参数分析。结果表明,在5倍设计荷载内,钢-混结合部基本处于弹性状态,承载力满足设计要求,且具备较高富裕量;竖向荷载主要通过钢板承压作用传递至混凝土梁体,焊钉对竖向荷载的传递作用较小;设计参数分析表明,适量提高钢连接件钢板厚度有利于竖向荷载的平顺传递。研究结果可以为梁轨一体轨道梁设计提供参考。

简谐荷载作用下井字梁楼盖动力特性试验研究

以某工业厂房井字梁楼盖在大型动力设备运行时存在的异常振动问题为例,提出了增加井字梁高度、增大楼板厚度2种减振加固方案,通过缩尺模型试验研究了简谐荷载作用下不同加固方案对井字梁楼盖结构的减振效果,并通过有限元分析软件ABAQUS的数值模拟对缩尺模型试验结果进行了验证。结果表明,2种加固方案均能降低楼盖结构的竖向振动,其中增加井字梁高度比增大楼板厚度的减振效果更加显著。

多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的动力学响应分析

为了研究均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合响应过程和多胞子弹对夹芯梁的加载效果,对该冲击过程开展了理论分析、数值模拟和试验研究:通过将泡沫夹芯梁等效为单梁以简化分析,基于多胞子弹的冲击波模型和泡沫夹芯梁的等效单梁响应模型,构建了多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合分析模型,给出了冲击过程中各响应阶段的控制方程,并结合龙格-库塔方法对方程进行了数值求解;基于三维Voronoi技术,开展了均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的细观有限元模拟;在多胞子弹的冲击测试平台上进行了试验研究,结合高速摄影技术获取了多胞子弹和泡沫夹芯梁的速度响应。结果表明:耦合分析模型可以准确地预测多胞子弹和泡沫夹芯梁的速度历程曲线以及多胞子弹产生的冲击压强;在初始动量相同但密度分布或初速度不同的多胞子弹冲击下,同一构型的泡沫夹芯梁展现出不同的力学响应,这说明多胞子弹的加载不能简单地等效为脉冲加载,多胞子弹与夹芯梁之间的耦合效应不可忽略;相较于均匀多胞子弹,梯度多胞子弹的冲击压力波形更加尖锐,在其衰减过程中展现出更强的非线性特征。

钢-混凝土组合结构桥梁拼宽设计与成桥试验研究

采用钢-混凝土组合结构对既有桥梁进行拼宽可有效缩短施工周期、降低整体梁高并减少墩柱数量,在城市繁忙交通路口的建设环境下综合效益明显。本文以实际工程为依托,对既有混凝土高架桥采用钢-混凝土组合结构展开拼宽设计,建立空间有限元模型展开拼宽桥梁的力学性能分析,并采用成桥试验研究手段研究桥梁的整体受力性能与工作状态,结果表明,采用钢-混凝土组合结构拼宽后的桥梁整体工作状态良好,实测结果与理论分析模型接近,结构体系安全可靠。

基于改进BEAM法的煤矿斜井盾构超前探测方法

针对盾构法建设煤矿斜井时的地质勘探难题,在钻孔掘进电法超前监测(bore-tunneling electrical ahead monitoring,BEAM)系统的基础上引入了电阻率层析成像技术,改进了激励和测量模式,为掘进工作面前方地质状况的反演成像提供了解算条件。为提高反演成像的速度,提出了虚拟接地电极等价模型来代替原来的保护电极模型。最后,通过物理模型试验研究了不同虚拟接地电极位置对反演结果的影响。结果表明:当异常体的几何中心与刀盘之间的距离分别为0.15m和0.20m,而虚拟接地电极与刀盘之间的距离分别为0.26m和0.35m时,反演出来的异常体位置与物理模型试验中的异常体位置最为接近,验证了这种方法的可行性。

钢筋混凝土T梁受弯性能试验与数值模拟研究

为了研究钢筋混凝土T梁的受弯性能,笔者设计了全长3.6m的T梁试验模型,采用模型试验与有限元分析方法开展研究。研究结果表明,混凝土T梁的受弯破坏模式与混凝土矩形梁不同,表现为主钢筋屈服、荷载不再增长;T梁破坏时,受压区混凝土已经进入塑性阶段,但是并未达到极限压应变;采用非线性有限元分析得到的受弯破坏模式、荷载-变形曲线与试验测试结果吻合较好,极限荷载模拟值与试验值的相对误差为4.52%,文中采用的有限元模拟方法能够准确模拟钢筋混凝土T梁的受弯行为。

钢企口连接的预制叠合主次梁节点受力性能试验研究

为研究采用钢企口连接的预制叠合主次梁节点受力性能,设计了一个钢企口连接的预制叠合主次梁节点试件和一个整浇主次梁节点试件,进行静力加载试验,考察两试件的破坏模式、承载力、变形能力、荷载-悬臂端挠度关系、钢筋应变和钢企口栓钉应变等。研究结果表明:钢企口连接的预制叠合次梁的裂缝主要集中在主次梁交界面、次梁固端至钢企口范围内和次梁底部,表现为次梁固端弯曲破坏;钢企口连接的预制叠合次梁的开裂荷载和屈服荷载可基本等同整浇次梁,正截面受弯承载力比整浇次梁提高约100%;梁端荷载小于80kN时,钢企口近端栓钉受压、远端栓钉受拉,梁端荷载大于80kN时,钢企口各栓钉应力突增;钢企口连接的预制叠合次梁的正截面受弯承载力实测值与《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)计算值的比值为109,可按规范计算值预测其正截面受弯承载力;拉-压杆模型计算得出钢企口连接的预制叠合次梁的破坏模式为拉杆破坏(受弯破坏)。

大跨度自锚式悬索桥半封闭箱型加劲梁抗风性能试验研究

文章以一拟建大跨度自锚式悬索桥为工程背景,通过ANSYS有限元分析和节段模型风洞试验,研究了半封闭箱型钢-UHPC组合加劲梁的抗风性能。研究结果表明,半封闭箱型钢-UHPC组合加劲梁在-3°、0°及3°风攻角下,颤振临界风速均大幅高于颤振检验风速,颤振稳定性满足规范要求,且安全储备较大。加劲梁在5°、3°和-3°风攻角下发生了超过规范允许幅值的竖向涡激共振,在3°风攻角下发生了超过规范允许幅值的扭转涡激共振。对原加劲梁进行气动外形改良后,竖向涡激共振和扭转涡激共振均消失,同时颤振稳定性也明显改善。

载人潜水器载体框架结构计算与试验研究

载体框架作为载人潜水器的重要部件,除了满足总布置的要求,还要具有足够的强度、刚度和稳定性。以某型载人潜水器载体框架为例,依据《潜水系统和潜水器入级与建造规范》,采用总体桁架梁单元模型和局部精细化模型联合分析的方法,对载体框架结构强度、稳定性和刚度进行分析,并通过载体框架极限承载试验的验证。结果表明:载体框架经受了极限承载试验的考核,框架设计合理;试验结果与计算结果相吻合,说明采用总体桁架梁单元模型和局部精细化模型联合分析的方法,可为潜水器载体框架的结构计算和优化设计提供参考。

隧道可缩工字钢拱架让压规律模型试验研究

为研究软岩隧道可缩工字钢拱架让压装置的缩动规律,在侧压大拱压小的对称荷载(侧压比为1.5)和左拱腰偏压荷载两种工况下,进行室内整榀可缩工字钢拱架模型加载试验,分析其让压装置的让压过程及拱架变形等规律。结果表明:可缩工字钢拱架在两种工况下的让压过程可划分为弹性变形阶段、适应荷载-变形协调阶段、稳定让压阶段、荷载-让压变形同步增加阶段和让压完成后刚性阶段,其中稳定让压阶段,荷载呈现出小范围“增荷—卸荷—再增荷”的让压特点。稳定让压阶段、荷载-让压变形同步增加阶段的转折点可作为可缩工字钢拱架让压装置的增阻时机,并提出了相应的判断参数k。让压装置位移和拱架关键位置变形随总荷载的增加具有较高的同步性。在左拱腰偏压工况下拱顶让压装置产生平面外的错动变形,而其边墙处的让压装置和侧压大拱压小工况下的全部让压装置均未发生此类错动变形。研究成果提供了可缩工字钢拱架在侧压力大以及偏压荷载下让压缩动规律的新认识,可为在高地应力软岩隧道现场应用时提供一定的指导意义。

基于遗传算法的水下全断面砂岩盾构隧道荷载反演分析

盾构隧道结构设计中,是否能够较为准确地得到作用在管片衬砌上的荷载十分关键;然而,现场实测实施较为困难,会受到环境和施工因素的影响,而荷载反演是一个较好的得到作用于衬砌上水土荷载的方法。依托佛莞城际铁路狮子洋隧道工程,提出适用于硬岩荷载模式的修正梁-弹簧模型,并结合修正模型对隧道水下全断面处于中风化泥质砂岩时进行荷载反演。比较遗传算法、现场实测和太沙基理论计算的荷载值以及由荷载计算出的内力值,反演得到的中风化泥质砂岩侧压力系数为0.38,基床系数为242.43 MPa/m。结果表明:(1)在该断面下,采用修正模型较为合适,且遗传算法得到的荷载能够较好拟合实测内力值;(2)作用在衬砌上的荷载主要为水压力,荷载计算应采用水土分算;(3)地勘报告中中风化泥质砂岩围岩参数偏小,实际取值可参考遗传算法反演值;(4)采用太沙基理论的荷载计算得到的弯矩值偏大,轴力值偏小,结果偏向保守。

高性能预应力胶合木张弦梁长期受弯蠕变模型研究

为探究蠕变对预应力张弦梁的影响,通过长期荷载作用下预应力胶合木张弦梁受弯试验,将蠕变模型与试验数据进行拟合,得到蠕变模型的相关系数及变化规律。研究结果表明,幂律模型和对数模型拟合整体相关系数的平方(R^(2))分别为0.99和0.98,力学模型拟合整体相关系数的平方(R^(2))为0.83,此研究结果表明幂律模型能够较为准确地预测预应力胶合木张弦梁的蠕变规律。

牛腿式接缝分段预制拼装盖梁的受力性能

为探索牛腿式接缝分段预制拼装预应力混凝土盖梁的静力性能,本文开展了静载试验及有限元模型参数分析,探讨各个影响因素对其受力性能的影响。采用粘性接触单元模拟了牛腿接缝界面的相互作用。研究结果表明:分段预制拼装与整体预应力混凝土盖梁模型相比,开裂荷载和破坏形态基本相同,然而极限承载力和极限变形能力均有明显下降;牛腿接缝界面是分段预制拼装预应力混凝土盖梁的薄弱环节,破坏时临近接缝界面的受拉区混凝土完全分离;此外,牛腿接缝位置设置应综合考虑减轻盖梁的最大吊重与极限承载力之间的冲突;增加预应力筋数量或增大盖梁截面高度,均是提高牛腿式接缝分段预制拼装预应力混凝土盖梁极限承载力的有效措施。

斜坡桩水平循环特性模型试验及有限杆单元解

为了揭示斜坡效应和循环弱化效应共同影响下的斜坡桩水平循环特性,进行了不同循环次数、荷载幅值及坡度下的单向水平循环加载试验,并将水平静载试验作为对照,揭示了桩顶位移、桩身弯矩及地基反力等变化规律。综合考虑二阶效应及桩-土相互作用的影响,对单元刚度矩阵进行了改进,提出了有限杆单元解。将理论预测曲线等与实测曲线及幂级数法计算结果进行了对比,验证了有限杆单元解的合理性。结果表明:桩身弯矩及位移均随循环次数非线性增加,最大弯矩位置逐渐从无量纲深度z_(α)=1.25下移到z_(α)=1.75;桩顶无量纲位移y_(0,α)与循环次数n之间的关系符合幂函数y_(0,α)=An^(0.11);当荷载幅值由20 N增加到40 N时,最大无量纲弯矩由0.010增加到0.029,位置均保持在z_(α)=1.7附近;当坡度由30°增加到60°时,最大无量纲弯矩由0.011(z_(α)=1)增加到0.025(z_(α)=2.5)。

空间弧形抗滑桩支护结构模型试验及参数分析

为充分利用边坡滑体周围的稳定土体,改善抗滑桩受力状态,本文通过室内模型试验,对空间弧形抗滑桩支护结构的受力状态、荷载传递规律和桩前土压力进行分析;并建立有限元模型,考虑冠梁刚度和桩位对抗滑桩受力状态和边坡整体稳定性的影响。结果表明:在整个支护结构中,冠梁可约束抗滑桩,改善抗滑桩受力状态,协调桩间位移,并将荷载向两侧桩体传递;通过增大冠梁刚度可进一步改善桩体受力状态,但无法进一步约束桩顶位移;边桩桩前土压力最大,其峰值是其他桩体土压力峰值的2倍以上,沿桩身高度不断增大,抗滑结构中的边桩位于坡脚时,可最大程度利用稳定土体的抗力,边坡整体稳定性最强。研究结果可为滑坡的治理方法以及抗滑桩支护结构的优化提供一种基本可行的新思路。

涡轮增压器超高速轴承-转子动力学建模及模态参数识别

针对传统涡轮增压器超高速轴承-转子系统动力学建模精度不高、模态参数不易识别等问题,基于Timoshenko梁理论建立了涡轮增压器动力学模型及运动微分方程,利用锤击法试验对增压器不同激励位置、有无预紧力等工况下的模态参数进行了识别,并将理论与试验分析结果进行了对比验证。研究结果表明:激励涡轮增压器不同位置时,系统的激发模态不尽相同;预紧力对转子动力学分析结果具有重要影响,增加预紧力可显著提高转子刚度;建立的动力学模型和模态识别方法具有一定的准确性和适用性,可以为后续涡轮增压器结构优化设计、模态参数识别提供理论与试验基础。