基于FBG(光纤光栅)监测技术的地铁盾构隧道环向变形研究

[目的]FBG(光纤光栅)监测技术具有动态响应快、抗干扰强、精度高、耐久性强等优点,能实现远距离实时监测,其反馈的环向变形监测数据对盾构掘进过程的参数调整有着重要意义,有必要基于光纤监测技术对管片环向变形规律进行深入研究。[方法]以某地铁隧道工程为例,采用光纤传感器对地铁隧道施工期管片进行实时监测。通过监测数据分析,研究管片施工环境中的环向应变变化规律,分析相对收敛位移与盾构掘进参数之间的相互关系。[结果及结论]监测数据表明,环向变形主要集中在管片安装之后的一周内和相邻隧道掘进的50 m范围内,当地层差且埋深小时,后掘进隧道对已施工管片收敛的影响程度为50%;当地层好且埋深大时,而后掘进隧道对已施工管片收敛的影响程度约为65%~83%。不同埋深时管片应变受土层及邻线隧道施工的影响较大,其中埋深小且土层差的管片变形变化大,埋深较大的管片约束性较好,变形变化不明显。相对收敛位移与盾构掘进参数存在明显的联系,盾构的总推力与管片的相对收敛位移存在负相关的关系,盾构的掘进速度与管片的相对收敛位移存在正相关的关系。采用FBG监测技术得到的实时监测数据,能作为盾构机掘进参数调整的依据。

斜拉桥索塔锚固区环向预应力筋优化方法研究

为防止斜拉桥索塔锚固区开裂、改善锚固区应力分布,基于遗传算法结合三维数值仿真提出一种索塔锚固区环向预应力筋优化方法,该方法利用数值仿真模型识别混凝土待优化区域,将张拉系数作为设计变量,建立数学优化模型,再结合遗传算法不断迭代优化设计变量,使索塔锚固区达到最优应力状态。以溧宁高速公路景宁高架段斜拉桥为背景,通过数值仿真和足尺模型试验,建立优化模型并采用遗传算法以锚固区应力水平为优化目标对索塔锚固区环向预应力筋进行优化迭代,并依据实测预应力损失修正优化方案。结果表明:环向预应力筋能为锚固区塔壁提供6~8 MPa的预压应力,可有效增强锚固区塔壁的抗拉能力;足尺模型试验实测预应力损失约为10%,且通过试验测得的应力值与理论计算值相吻合,数值仿真结果准确;采用最终得到的预应力方案可使索塔锚固区最大拉应力降低27.1%,有效改善锚固区应力分布状况。

圆柱结构中的环向SH波及洞体内表面波不存在性讨论

目前有关圆柱结构中的环向SH波研究仅限于实心柱体与圆柱壳体结构。由于无法直接获得圆柱洞体中传播的SH表面波的解析解,对比研究了实心柱体和多种不同类型的圆柱壳体中的环向SH波,从波结构、应变能密度幅值分布与壳体厚度的关系讨论洞体内SH表面波的存在性。建立柱坐标系下均匀弹性材料与功能梯度材料环向SH波的波动方程;分别求得方程的贝塞尔函数解和幂级数渐近解;进一步计算得到其频散曲线、波结构与应变能密度幅值。结果表明:幂级数方法可用于计算圆柱型结构中的变系数波动方程,且具有较高的精度;圆柱型结构中环向SH波的能量集中在外表面或次外表面,并随着壳体厚度的增加,能量集中现象更为明显;通过应变能密度幅值分布规律推论出圆柱洞体内表面无法传播环向SH表面波。最后,针对均质结构和梯度结构,采用反证法证明了无法得到满足洞体内SH表面波衰减条件的解析解,从而证明了该推论。

强磁场托卡马克环向场线圈应力缓解研究

针对强磁场托卡马克环向场(TF)线圈应力过大、结构材料难以承受的问题,根据静水应力原理分析了通过外部承压结构来降低TF线圈内腿应力的有效性。采用COMSOL有限元软件开展模拟,研究了液氮冷却强磁场铜导体托卡马克外部承压结构在不同厚度下TF线圈磁体应力的降低程度;对比了铍铜合金和无氧铜作为导体材料所需要的外部承压结构的厚度和体积。

隧道环向施工缝处膨胀止水条防水效果试验研究

针对遇水膨胀型橡胶止水条的实际防水效果,开展一系列室内试验研究,研究发现:PZ-150型遇水膨胀止水条最大自由膨胀率450%左右,且日膨胀速率起初最大,随时间逐渐变缓;圆柱型抗渗试块模型试验表明止水条遇水膨胀止水工作性能良好,且随着体积的不断膨胀,止水条所能阻止水流渗出的水头高度也在增加;台阶型模型注水测试试验表明,止水条在实际环境状态下的工作性能较好,在施工质量可靠的前提下,能够阻止来自围岩方向的水流,确保防水效果。

大跨径连续刚构桥过渡墩环向裂缝成因分析

文章以某跨径组合为85 m+160 m+85 m的大跨径连续刚构桥为工程背景,分析桥梁过渡墩病害概况,通过有限元计算分析,从过渡墩偏心矩设计合理性、滑板支座滑动功能受限、梁端卡死等方面分析过渡墩环向裂缝产生原因,并从桥梁管养方面分析过渡墩病害产生的直接影响因素。研究表明:过渡墩主桥与引桥的偏心矩设置合理,非桥墩环向裂缝产生的影响因素;梁端卡死,在整体升温作用下,主梁纵向变形受约束,对桥墩产生较大水平反力,是导致桥墩开裂的主要原因;滑板橡胶支座滑动功能受限时,在整体升温作用下,桥墩下半段产生拉应力超过混凝土抗拉强度,是导致桥墩开裂的影响因素之一;支座滑动功能受限、建筑垃圾堆积、伸缩缝伸缩功能受限等病害缺陷,以及桥梁管养不及时、不到位是造成桥墩开裂的重要原因。

金属管材力学性能多角度环向拉伸测试方法研究

环向拉伸实验是测试金属管材环向力学性能的重要试验方法。该文针对现有管材环向拉伸试验测试结果会受环向拉伸试样和夹具接触表面摩擦力影响的问题,基于环向拉伸试验原理提出一种多角度环向拉伸测试方法,并开展了多角度环向拉伸测试方法理论研究。以316L不锈钢为例,设计了多角度环向拉伸测试方案,结合轴向拉伸试验对比验证了测试方案的可行性。该测试方法克服了传统环向拉伸试验方法受摩擦力影响的局限性,有助于提升金属管材环向力学性能参数测试结果准确性。

环向偏角状态下超声内检测探头阵列声场模拟分析

压电超声内检测器检测含缺陷管道时,压电晶片加工、探头装配、管道几何结构不标准会导致探头与被检测管道处于环向偏转状态,对检测精度有显著干扰。基于超声内检测实验条件,采用COMSOL软件在0°~5°范围内建立环向偏角状态下的探头阵列声场有限元分析模型,研究环向偏角对声场特性的影响规律。结果表明:探头表面处声功率的模拟与实验数据最大偏差为1.54%,精度满足研究需求;随环向偏角增大,缺陷表面回波的声功率在0°~1°范围内锐减、在1°~5°范围内呈指数式递减;探头有效检测的临界环向偏角值为5.66°,大于工程上可能出现的最大偏角3.97°,该型检测器在工程应用时环向偏角不会导致检测盲区。

切缝间距对环向切缝管气隙聚能效应的影响

为研究切缝间距对环向切缝管气隙聚能效应的影响,利用ANSYS/LS数值仿真软件建立5种不同切缝间距的聚能爆破模型,并用钢板试验对模拟结果进行验证。研究结果表明:切缝间距是影响环向切缝管气隙聚能射流形成和作用效果的主要参数之一。若环向切缝间距过小,初始裂纹会过于密集,且会消耗气体射流在岩石上的能量;若环向切缝间距过大,环向切缝变宽,则导致能量不集中;当环向切缝间距为4 cm时,数值模拟结果和钢板试验结果均表明该工况的平均刻痕深度最大,爆破效果最好。

重卡桥壳D形横截面预成形管坯轴向-环向补料液压胀形研究

在大尺寸重卡桥壳胀压成形试验中,近似回转体预成形管坯充液压制成形后的桥壳管件,中部桥包壁厚减薄率大、后盖存在开裂。为此,设计了D形横截面的预成形管坯及轴向-环向补料液压胀形工艺,分析了轴向补料、轴向-环向补料阶段的应力状态及变形特征,推导出不同变形区的塑性变形条件以及中间横截面典型特征点环向应力的表达式。针对某载荷10 t重卡桥壳,进行了D形截面管坯液压胀形有限元模拟,揭示了各变形区的正应力、剪应力的变化规律以及金属沿环向的流动规律。进行了重卡桥壳胀压成形生产试验,成功制备出D形截面预成形管坯,成形性良好,金属环向流动量及壁厚分布与模拟结果吻合,壁厚相对减薄率明显降低;充液压制成形后的桥壳管件,中部桥包部分壁厚增加,消除了后盖开裂隐患,而且切除的附件前盖减少15.64%。

环向加筋夹层圆柱壳体应力计算方法

针对环向加筋夹层圆柱壳体的应力计算问题,本文提出内、外壳板纵向力计算模型,建立了环向加筋夹层圆柱壳体在外压载荷作用下的应力解析计算方法,计算结果与有限元结果吻合较好;以10%误差(解析应力值与有限元值的偏差)为衡准,初步提出该方法的适用条件;同时系统探究了各形状参数对环向加筋夹层圆柱壳体关键位置应力的影响规律。为超大潜深新型耐压结构设计提供理论基础。

圆形地下连续墙环向刚度影响因素及折减系数取值研究

圆形地连墙环向刚度折减系数的不同取值对结构内力和变形计算结果的影响很大。为了更准确、合理并量化确定环向刚度折减系数,采用理论分析和有限元计算,研究了多边形代替“真圆”导致墙体有效厚度的折减、地连墙垂直度误差导致墙体有效厚度的折减、相邻槽段间泥皮厚度对墙体环向刚度的削弱、槽段接头的类型(刚接、铰接和柔性)的影响和地面超载不均匀对环向刚度的定量化影响。分析表明影响圆形地连墙环刚折减系数取值的因素多且复杂,目前尚无法给出一个定量化的计算公式,但可以在设计计算时,先分别计算出各因素影响的折减系数,以量化其影响程度,最后综合判定环向刚度折减系数的取值。文章的分析方法对圆形地连墙环向刚度折减系数取值如何减少人为经验取值影响,为取值定量化提供了新的途径,值得推广采用。

环向切缝管聚能射流的数值模拟

为了研究环向切缝管装药爆炸时爆轰产物粒子的运动演化过程,采用光滑粒子流体动力学与有限元(SPH-FEM)耦合算法构建了环向切缝管爆破模型,在炸药上设置高斯点锁定不同位置的SPH粒子,观察分析不同粒子的运动速度、轨迹及岩体损伤过程。数值模拟结果表明:切缝与不切缝位置的爆轰产物粒子的运动形态存在显著差异,环向切缝中部与其端部以及非切缝段处均存在明显速度差。这种差异将在岩体中产生复杂应力场,有效促进被爆岩体的破坏。数值模拟研究结果验证了环向切缝管壁上的环向切缝能有效地调制爆轰波波形,进而通过切缝管狭缝的气隙聚能效应控制并会聚爆轰产物的流向与爆炸能量的定向释放,形成有别于传统空穴装药聚能效应的狭缝气隙聚能效应。

T2DM合并高血压患者心肌环向应变与10年心血管病风险的关系

目的探讨2型糖尿病(T2DM)合并高血压患者左心室心肌环向应变与10年心血管病风险的关系。方法收集T2DM患者83例,以是否合并高血压分为糖尿病组(DM组)和糖尿病合并高血压组(DM+HBP组),选取同期住院患者54例为对照组。依据Framingham危险评分量表计算危险评分(FRS)和10年心血管病风险(10y CVDR)。分别获取左心室结构、功能和心肌环向应变参数,包括室间隔厚度(IVSD)、左心室后壁厚度(LVPWD)、左心室射血分数(LVEF)、左心室心内膜下心肌整体环向应变(GCS_(endo))、中层心肌整体环向应变(GCS_(mid))和心外膜下心肌整体环向应变(GCS_(epi))。心肌应变参数的组间比较采用方差分析,其与影响因素的关系采用Pearson相关分析和多元线性回归分析。根据10y CVDR值,分为低风险(<10%)和高风险(≥10%)两组,应用ROC曲线分析GCS_(endo)、GCS_(mid)和GCS_(epi)判断2型糖尿病患者发生10年心血管病风险的能力。结果Framingham危险评分在DM+HBP组、DM组和对照组依次降低,中位数分别为14、12和10(均P<0.05);对应10年心血管病风险的中位数分别为7%、5%和2%,DM+HBP组和DM组均高于对照组(均P<0.05)。与DM和对照组比,DM+HBP组受试者IVSD和LVPWD较厚,左心室舒张功能指标E/e较大(均P<0.05)。DM+HBP组和DM组GCS_(endo)、GCS_(mid)及GCS_(epi)均小于对照组(均P<0.01),而DM+HBP组与DM组间差异无统计学意义(P>0.05)。舒张压是GCS_(endo)、GCS_(mid)和GCS_(epi)正的独立影响因素(β=0.258、0.285和0.279,均P<0.05),而收缩压是其负的独立影响因素(β=-0.399、-0.449和-0.480,均P<0.05)。GCS_(endo)、GCS_(mid)和GCS_(epi)判断T2DM患者10年心血管病风险的ROC曲线下面积(95%CI)分别为0.701(0.5720.830)、0.691(0.5670.815)和0.677(0.5510.803),其灵敏度和特异度分别为66.7%和74.6%、87.5%和49.2%、87.5%和44.1%。结论T2DM合并高血压患者的心肌环向应变减低,这与血压独立相关;心肌环向应变能判断T2DM患者未来10年发生心血管病风险。

基于YOLACT的冰体环向裂纹尺寸识别方法

[目的]在使用环向裂纹法计算冰载荷时,裂纹的尺寸都是采用经验公式的方法进行估算,在选择经验参数时往往存在很多不确定性,为此提出一种基于YOLACT的环向裂纹参数计算方法,以准确获取海冰裂纹尺寸。[方法]通过YOLACT网络识别随船拍摄图像中的冰块,然后对检测到的掩膜进行边缘检测,得到冰块裂纹形状,对裂纹进行圆弧拟合获取破冰半径和破冰角。[结果]计算结果表明,半径的识别准确率达96.12%,破冰角的识别准确率达96.58%。[结论]该方法可在基于环向裂纹法计算冰载荷时,为环向裂纹法提供裂纹尺寸的精确输入,有助于极地船舶和寒冷地区海洋结构物的初始设计。

桥梁圆柱墩环向附模脚手架创新设计及施工应用研究

桥梁圆柱墩施工过程中一般需要在模板外侧搭设大量的外侧脚手架或者梯笼,造成大量成本的浪费,且外侧脚手架搭设过程危险性大。为保证安全、降低施工成本并加快施工进度,文章研制了桥梁圆柱墩环向附模脚手架,通过特定的设计将圆柱墩模板及脚手架结合为一体,墩柱施工过程中无须再另外搭设脚手架,大大降低了成本。目前该模板体系已成功应用于上百座桥梁,取得了良好的经济效益,值得大力推广。

梁场环向喷淋机器人关键技术及应用效益分析

针对铁路预制桥梁浇筑成型后,需要可重复应用的智能喷淋养护装备这一技术需求,并结合高速铁路梁场养护的特点,开发了可环向喷淋的智能机器人。通过信息融合及智能控制实现了系统集成及作业自主化,系统攻克了关键工序节点的时序逻辑分析及检测、高低液位振荡工况下伪辨识、整机动力系统及供电系统适配性的参数确定、工艺设备的网络集成及协调规划等几类关键技术;通过大量试验,开发了一体化集成喷头;研制了基于水动力驱动的梁底用高可靠开合展臂。在昌景黄高速铁路江西段进行了应用,该系统解决了传统养护方式高能耗、系统冗杂等问题,实现了预制件养护的作业自主化、工厂化;在满足养护效果的前提下,达到了节能、环保的技术指标。

低真空隧道环向接缝气密性能研究

为探究低真空盾构隧道管片式衬砌结构环向接缝处的气密性能,以某实际工程中的垫片-垫片槽为研究对象,分别采用模型试验和数值模拟方法,研究垫片-垫片槽的气密能力、密封失效过程和密封行为。结果表明:数值模型能够准确模拟垫片-垫片槽在施工阶段压缩密封、运营前抽真空以及运营阶段升温3个阶段非线性的气密力学行为,具有可行性与可靠性;垫片-垫片接触面为垫片-垫片槽的主要泄漏路径,接触面上初始接触压力近似“W”形分布,故其密封能力主要取决于端部接触压力的大小;宏观角度上垫片密封失效可视为接触面逐渐分离的过程,而力学角度上垫片密封失效可视为接触面上最大接触压力先增加、再降至零的渐进过程;抽真空阶段在密封有效的前提下,真空力和环境温度的增加均能提高垫片密封性能。

环向切缝药包爆破块度分布特征及其机理研究

为研究环向聚能作用对爆破块度的改善效果,采用标准混凝土试块开展了环向切缝药包爆破与常规爆破试验。对两种不同爆破方式得出的爆破块度进行了筛分统计,试验结果表明:相同装药量下环向切缝药包爆破得到的平均块度和大块率较低;与常规爆破相比,环向切缝药包爆破平均块度可降低2~15 mm,大块率可减少0.66%~30.74%。针对环向切缝药包爆破时,其减小平均块度的程度随装药量的增加出现先增加后降低现象,选取3种典型药量(4、10和14 g)构建了数值模型进行裂纹扩展特征分析,对比了切缝药包爆破时切缝处孔壁爆破压力与常规爆破时相应位置的爆破压力。结果表明:常规爆破时孔壁裂纹均匀向外发展,且裂纹长度基本相同;环向切缝药包起爆后,在切缝与非切缝交界处先形成裂纹并扩展,其他位置的裂纹后形成且长度较短。对切缝处孔壁的爆破压力进行模拟分析,结果表明:3种不同药量情况下环向切缝药包与常规爆破的压力峰值之差分别为0.62、1.25和0.41 GPa,从应力分布角度解释了环向切缝药包可通过改变爆破能量在被爆体内的分布规律进而降低爆破块度的作用机理。

从水泥产业看日本工业化发展——环向关联:近代日本水泥产业研究(1871-1931)

日本水泥产业肇始于明治政府的“官营”事业,伴随着解决“明治十四年政变”国家政策的转向以及自身经营不善等问题,开启了民营企业发展进程,并在充足的产业资金支持下得到快速发展。第一次世界大战后,日本水泥产业迎来爆发式增长期,又于20世纪20年代中期迎来了因产能过剩引致的过度市场竞争。市场竞争迫使企业创新生产技术、引进科学化管理模式,但也造成了投资过剩并引发产品价格下降等局面。而价格下降扩大了上下游产业对水泥的需求,使之成为“暴利产业”,并吸引更多的企业加入,继而带来更大的产能过剩。水泥价格下降还促进了基础设施建设和电力等其他工业门类的发展,这其中,电力产业的发展又反过来为水泥业提供了除煤炭外的新的动力来源,并降低了水泥的生产成本。因此,产业环向关联效应是促使日本在20世纪30年代迅速完成重工业化,并推动其经济快速发展的重要内在机制。在“市场机制→市场竞争→产能过剩→产品价格下降→关联效应推动关联产业发展→市场需求扩大产业发展”这种动态发展机制下,日本的工业化进程得以高速发展。在此压力下,产业重组形成的“财阀”和销售组织“卡特尔”的体制构建,一方面标志着日本水泥产业的成熟,另一方面也成为日本实施对外倾销和抢夺亚洲市场的重要因素。