双向荷载作用下层状岩体变形模量参数取值试验研究

在龙滩特大桥拱座基础中,针对层状强风化—中风化粉砂质泥岩,采用刚性承载板法进行拱座受垂向荷载及水平荷载作用下,层面倾角为38°~40°的岩体变形模量试验。结果表明:拱座基底受垂向荷载的变形模量为0.4542 GPa~0.8329 GPa,拱座受水平荷载的变形模量为0.066 GPa~0.088 GPa。研究深入分析了层状岩体的变形机制和规律,揭示了不同加载条件下的变形规律,提出了确定垂直和水平方向变形模量在综合模量中的权重比例的方法。该研究对层状岩体变形特性和大跨度拱桥的理论计算具有重要参考价值。

大断面隧道初期支护中纵向连接与拱架联合承载效应

针对大断面隧道初期支护拱架在承载时易发生平面外失稳的问题,本文通过开展单拱架全比尺试验和考虑纵向连接的拱框架结构的数值试验以及现场对比试验,对纵向连接与拱架组成的拱框架结构进行优化研究,使其横向上有足够承载能力、纵向上有较高稳定性。研究结果表明,单个拱架的破坏模式是局部面外失稳导致整体承载力丧失,考虑纵向连接的拱框架结构的平面内承载力和平面外稳定性都得到增强。通过调整纵向连接间距和拱架间距也可以调整初期支护拱框架结构和喷射混凝土的内力分担比,以充分发挥初期支护的承载能力,但纵向连接间距应小于1500 mm,拱架间距也应小于1200 mm。因而,在不改变初期支护现有结构形式的前提下,通过合理地布设纵向连接与拱架形成的具有空间承载效应的拱框架结构,不仅可以保证初期支护的承载能力,而且还提高施工效率和经济效益。研究成果可指导大断面隧道初期支护结构设计。

大倾角煤层群长壁开采承载拱与间隔岩层采动应力演化特征

大倾角煤层群开采过程中,受重复采动影响,采动应力在间隔岩层中的演化规律复杂,揭示间隔岩层采动应力传递与三向应力状态演化特征是实现该类煤层群绿色高效开发的核心。采用物理相似材料模拟实验研究了大倾角煤层群长壁开采围岩变形破坏的演化特征,采用数值模拟分析了围岩采动应力传递演化规律,揭示了间隔岩层三向应力状态演化特征,量化表征了第1主应力大小渐变、方向偏转的演变规律。研究结果表明:大倾角煤层群开采过程中,间隔岩层历经了“原岩应力状态-上煤层开采卸压-矸石非均衡约束-下煤层开采卸压”的扰动历程,最终产生非对称变形破坏。间隔岩层的破断失稳将使得上、下工作面开采过程中各自形成的承载拱演化成包络2个工作面在内的“大范围”承载拱,其承载拱上拱脚位于下工作面回风巷,下拱脚位于上工作面的运输巷,控制岩层变形破断内在的“大范围”应力传递拱壳亦呈现出类似的演化特征。低位间隔岩层受采动影响程度剧烈,应力释放程度较大;中位岩层压、拉状态发生改变的位置较低位向倾向下部偏移;高位岩层压、拉状态产生改变的位置位于上层煤底板临空面位置处,岩层由三向受压状态转化为单、双向受压状态。间隔岩层沿工作面倾向自下而上可分为上层煤增压、上层煤增压-下层煤卸压、重复卸压、上层煤卸压-下层煤增压、下层煤增压5个区域。在上层煤增压-下层煤卸压段,第1主应力x、y轴分量呈现出先增大后降低,z轴分量持续降低的演化趋势;在重复卸压段,岩层应力释放程度最大,方向偏转程度最大;在上层煤卸压-下层煤增压段,第1主应力x、y轴分量呈现减—增—减、z轴分量呈现先减后增的演化趋势。

大跨度隧道预应力锚固体系协同承载的压力拱效应

为研究大跨隧道锚固体系的协同承载机理,以压力拱效应为量化指标进行分析,根据围岩开挖应力分布特征,设置无支护开挖、单一预应力锚杆支护、预应力锚固体系联合支护3种工况,研究不同围岩条件在各工况作用下的压力拱动态演化机制。研究结果表明:压力拱位置和厚度均受围岩条件影响,围岩条件越差,压力拱位置距隧道边界越远且厚度越大,不利于围岩稳定性控制;压力拱成拱系数变化趋势与切向应力一致,呈先增大后减小趋势,且切应力集中区域成拱系数大于1;预应力锚固体系作用下压力拱向隧道边界处移动,可有效控制围岩压力拱的继续发展,使压力拱更快达到稳定,并减小压力拱范围,优化压力拱形态,使其趋于“圆拱形”;预应力锚固体系对于围岩压力拱的影响效果优于单一锚杆支护,尤其是当围岩条件较差时,其协同承载效应更为显著。

大跨度钢桁梁柔性拱桥稳定性能研究

某跨径布置为(130+338+338+130)m的钢桁梁柔性拱双线铁路桥,其跨度和建设规模在同类桥梁中均属于最大,稳定性问题更为突出,设计难度高。研究在恒载和活载作用下的一类稳定性和二类稳定性。研究结论:(1)一类稳定过高地估计本桥的承载能力,不能作为承载能力的设计依据;(2)二类稳定非线性特征主要表现为材料非线性,几何非线性的影响可以忽略;(3)加载方式对稳定性分析有较大影响,隔跨布置活载时是最不利的受力状态,全桥满布活载时是最理想的受力状态;(4)具备足够的安全储备,结构设计合理。

重庆西站组合桁架拱结构设计与安全性分析

重庆西站站房正立面结合建筑造型采用大跨度组合桁架拱结构体系。桁架拱结构体系传力高效,但结构的稳定性是保证结构设计安全性的关键问题。文章以重庆西站为例,通过拱结构在大跨度空间结构中的设计应用,综合性的对桁架拱结构进行静力分析、稳定性分析和弹塑性极限承载力分析。研究结果发现,重庆西站正立面桁架考虑几何非线性和材料非线性后的极限荷载因子为3.29,证明了重庆西站桁架拱结构具有足够的安全余度,该研究结果可为类似大跨度桁架拱结构的安全性设计提供参考。

大跨径拱桥上部结构空间计算分析

介绍了主跨 330m的安徽黄山太平湖大桥设计的基本情况。基于ANSYS程序空间计算结果 ,分析了该桥结构体系的基本特点。并利用桥梁专用分析程序进行了施工过程仿真分析 ,给出了结构施工过程累计和温度、活载等荷载作用下的内力 。

大跨度网状吊杆拱桥索梁锚固区局部受力分析

以主跨420 m的大跨度网状吊杆拱桥济南齐鲁大道黄河大桥为背景,运用ANSYS有限元软件对锚拉板式偏心索梁锚固结构进行有限元计算,研究其局部应力分布、传力机理和极限承载力。分析结果表明,锚拉板的圆弧倒角处出现小范围的应力集中,偏心对结构受力影响较小;锚拉板结构的传力路径为吊杆-锚管-锚拉板-钢主梁,主要依靠锚管、锚拉板与主梁三者之间的焊缝进行力的传递;弹塑性计算分析表明,索梁锚固区极限承载力为运营状态标准组合下的最大吊杆力的3.98倍,以锚管端部全截面塑性破坏作为结构失效标志。

北京工人体育场大跨度开口单层拱壳钢结构施工关键技术

北京工人体育场改造复建工程屋顶为拱壳结构,平面为椭圆形,长轴271m、短轴205m,矢跨比1/9.3,最大悬挑宽度74m。针对该拱壳结构施工中面临的结构安装面积大、施工作业面广、高空作业量大、交叉作业多等难题,提出了带中心压力环大开口拱壳内外环同步安装施工方法:首先通过方案比选,确定了受压内环分段安装、主拱肋整根吊装的施工方案。其次对施工过程中的关键技术进行了介绍,详细说明了内、外环的分段原则和施工中的稳定性控制措施,并通过MIDAS Gen对主拱肋吊装进行了模拟验算、对钢结构合拢过程中的温度应力进行了分析。经过研究和现场实践证明,受压内环、受拉外环同时施工,吊装作业无交叉,提高了施工效率。采用地面分段拼装,超大吨位吊装的方式,减少了高空焊接作业工作量的同时,提高了安装精度。采用本方法组织施工,构件受力合理,施工安全可靠。

基于方位线性预测的远距离目标机动检测方法

随着水下声探测的范围成倍增大,纯方位目标定位与跟踪技术面临严峻的挑战,特别是在对抗条件下的目标机动检测与跟踪问题难度更大。针对基于拖曳线列阵声纳探测的远距离目标机动检测问题,通过对以往纯方位目标机动检测方法的适用性分析,结合远距离目标方位变化的特点,提出了基于方位序列线性预测的累积和机动检测模型。实验室仿真验证结果表明,算法对幅度稍大的目标转向机动,具有较灵敏的机动检测效果及较强的鲁棒性。因此,该检测方法解决了远距离、大误差、纯方位量测条件下的目标机动检测问题。

80m跨拱式高架U型薄壳渡槽施工技术

采用"钢管柱+贝雷桁架+扣件式钢管"组合结构作拱肋及槽身施工承重架,保证了高支架安全、稳定;大跨度拱肋设后浇带分段、对称、均衡浇筑,避免了混凝土裂缝的产生;槽身模板采用组合钢桁架及螺杆千斤顶加固,解决了槽身模板定位及调校、内模上浮等问题,采用铰接式分层现装内模,克服了薄壳槽身混凝土振捣难题。在中小型大跨拱式U形薄壳渡槽上具有推广应用价值。

超大跨度隧道围岩支护体系构件化设计方法及其应用研究

为解决超大跨度隧道围岩和支护结构的稳定性问题,实现支护结构设计的定量化,根据初始地应力对围岩承载拱受力的影响,得到围岩受力最优的开挖轮廓线形状,提出围岩支护结构体系构件化设计方法,即将隧道周边一定范围内的围岩圈作为一个拱形结构进行强度、刚度和稳定性计算,进而设计锚杆、锚索、喷射混凝土和衬砌等支护结构。围岩支护结构体系构件化设计方法成功应用于京张高铁八达岭长城站超大跨隧道的设计中。实践表明,在采用该方法设计的支护结构体系作用下,大跨段拱顶最大累计沉降仅为17. 3 mm,拱顶相对下沉仅为0. 09%,能够满足工程安全需要。

3种大跨拱桥拱座地连墙基础适用性研究

以首次采用“地连墙-混凝土承台”复合基础的世界最大跨径(575 m)钢管混凝土拱桥——平南三桥北岸拱座基础为工程依托,同时提出了2种新型的格构式地连墙拱座基础形式,采用数值分析方法对3种形式基础在运营期拱座上部荷载作用下的变形、承载性能进行对比分析,同时从施工工艺、耗材、工期等方面对3种不同形式基础的适用性进行讨论。结果表明:拱座上部荷载作用下3种形式的基础均呈现整体式倾倒变形,环形基础的水平承载性能较其他2种新型格构式筒型地连墙基础更优,而新型基础1的竖向承载性能优于其他2种基础形式;在确保基础的整体性及刚度的情况下,新型基础1较其他2种基础形式更具竞争力。

基于ABAQUS软件的斜桩式拱座工作性状研究

为研究大断面斜桩式拱座的工作特性,采用大型有限元软件ABAQUS建立3D弹塑性有限元模型,分析弹性模量、截面形式及地质条件对拱座基础的受力影响。分析表明:基础混凝土材料弹性模量增大,其轴力、弯矩、桩顶最大拉应力相应增大,但桩顶轴向和径向位移减小;不同截面形式对桩身应力分布、桩顶位移影响较大;不同地质条件下拱座基础应力和轴力相差不大,桩身弯矩变化较大,位移变化较小。研究结果可为类似桥梁拱座基础设计提供参考依据。

城市大型地下空间暗挖建造与地下水渗流控制关键技术研究

针对我国城市地下空间开发建设存在的问题,结合国内外地下空间建设技术现状和城市化发展需求,本项目重点进行了城市大型地下空间暗挖建造与地下水渗流控制关键技术研究,包括:一次扣拱暗挖逆作法建造大型地下结构关键技术研究、浅埋暗挖大直径管幕法地下结构建造技术研究、地下空间建造设计过程中的地下水渗流控制技术研究等,形成了拥有自主知识产权的地下空间开发技术成果和体系,并通过一系列有代表性的城市地下空间工程示范应用,促进了科技成果的转化和应用,有效提升了我国城市地下空间可持续开发能力和建造技术集成化水平。

联合拉杆基础与群桩基础在大跨度拱形结构基础中的应用

随着我国建筑行业持续发展,大跨度空间形效结构既能满足建筑外形及空间要求,又能让结构布置及传力路径与建筑外形协调一致,实现了建筑与结构的高度融合。对某大跨度拱形钢桁架屋盖底部存在的较大水平推力,采用联合水平拉杆与群桩基础共同抵抗的方式进行处理,提出拉杆与群桩基础的联合水平等效线性总刚度的概念,计算基础的水平位移和拉杆与群桩各自承担的水平作用力,验证其可行性。

厦门翔安体育交流中心大跨重型楼屋面设计

简要介绍了厦门翔安体育交流中心的结构设计及游泳馆顶大跨度楼盖设计,重点介绍了跨度为63m×72m的篮球馆重载屋面设计,该种植屋面恒荷载约为普通轻质钢屋面荷载的10倍,采用6种结构方案进行选型对比,提出了一种新型预应力拱形钢桁架结构,该桁架的几何构造完全基于结构的内力分布特征,具有安全、经济、美观的特点。针对大跨重载屋面在恒载作用下产生较大水平支座反力的问题,采用了施工阶段和使用阶段不同类型的支座约束条件,释放了大部分水平力,优化了下部结构的设计。此外,还研究了重要节点如支座节点和预应力拉索张拉端节点的构造,进行了有限元分析;对该项目进行了上下部结构整体协同分析,并有针对性的采取了加强措施。

特大采空区侧上方采矿地压安全综合研究

大红山铁矿多个采用崩落法回采的特大采区逐步实现了大范围的贯通,针对贯通采区侧上方待回采矿体的安全生产难题,采用理论分析对采区贯通前后围岩中的次生应力集中规律进行了研究,采用钻孔探测与应力计对围岩中的崩落范围与应力重分布进行了监测,加上地表开裂沉降范围的实时动态监测,评估得到了采区贯通对侧上方待采矿体的影响范围与程度,通过理论分析与实测数据,提出了上覆岩层承压拱消失的观点,发现了大红山铁矿崩落法采矿整体进入应力释放与平稳期这一重要现象,这一结论对采空区侧上方待采矿体的地压安全十分有利。