软硬地层接触面倾角对盾构隧道纵向力学性能的影响

针对现有盾构隧道纵向力学性能研究中较少考虑纵向穿越软硬变化地层,且接触面倾角影响规律尚不清晰的问题,基于实际工程建立盾构隧道-地层三维纵向精细化模型,并提出一种同时考虑管片错缝拼装、纵环向螺栓、地层与隧道接触面真实力学性能的精细化模拟方法;采用改进的Timoshenko梁理论验证模型可靠性,并分析穿越软硬变化地层盾构隧道的纵向力学性能,探讨地层接触面倾角的影响规律。结果表明:盾构隧道沉降量在软硬地层接触面急剧变化并在软硬地层两端趋于稳定,隧道两侧沉降差异在倾角为30°和150°时更为显著;管片张开和错台量集中分布于软硬地层接触面附近,分布范围随倾角增大逐渐向软土层侧移动,最大管片张开和错台量在倾角120°时最大,分别为0.183和1.270 mm;倾角对盾构隧道纵向内力影响较大,大于90°后影响逐渐显著;纵向上,管片纵向螺栓和地层-隧道接触面的变形更为显著。研究结果可为进一步发展盾构隧道纵向分析方法和保障此类盾构隧道的安全运营提供参考。

地面荷载作用盾构隧道纵向力学行为

基于弹性地基梁理论建立了地面荷载作用下的盾构隧道结构的纵向内力模型,该模型可以预测出地面集中荷载或均布荷载作用时地下盾构隧道产生的纵向附加沉降变形和内力,并且计算结果与有限元计算结果相吻合。同时对不同软土的基床系数、埋深和刚度对盾构隧道的纵向力学行为进行了分析。结果表明:在地面荷载作用下,盾构隧道的埋深、软土的基床系数对盾构隧道的力学行为影响较大。在地面荷载作用下,如果盾构隧道的埋深较小或者土层强度很弱,会导致盾构隧道产生较大的附加沉降变形和内力,甚至使结构破坏。因此在设计中应尽量避免软土层中浅埋盾构隧道情况的发生,必要时应该对软土地层土进行地基加固处理。

铁路盾构隧道单、双层衬砌纵向力学性能的模型试验研究

以广深港客运专线狮子洋水下盾构隧道为背景工程,采用轴向等效刚度模型,开展盾构隧道单、双层衬砌纵向力学性能模型试验,并结合数值模拟计算,研究在软硬交替地层且地表有局部附加荷载的复杂情况下,单、双层衬砌隧道纵向沉降与弯矩的变化规律。结果表明:隧道处于软硬交界地层中时,单层衬砌的纵向沉降受地层条件的变化作用明显,较大的沉降量和沉降差均发生在软土侧;双层衬砌可在一定程度上抵御受地层条件的变化作用而产生的不均匀沉降,隧道纵向中心最大沉降量和沉降差均较小;管片衬砌内侧施加连续的混凝土内衬后,隧道所受纵向弯矩成倍增大,最大正弯矩出现在隧道中央偏向软土侧,且混凝土内衬承受绝大部分弯矩;当荷载距隧道轴线3倍洞径以内时,会对隧道的纵向变形及内力产生影响。

地基差异沉降时管道的纵向力学性状分析

软土地基的不均匀沉降将导致管道纵向力学性状的变化 ,产生破坏管道的应力响应 ,从而引发工程事故。针对地基产生差异沉降的实际管道 ,通过建立较为合理的力学模型 ,分析其受力特性 ,计算管道上的最大挠度、转角、弯矩及确定出应力集中的危险受力区域。通过对该结果的研究 ,绘制相应关系曲线 。

长大坡道桥上单元板式无砟轨道纵向力学特性分析

研究目的:为了分析温度荷载、列车荷载作用下长大坡道桥上板式无砟轨道纵向力学特性,为大坡道上无砟轨道设计提供理论依据。研究结论:本文根据"线-桥-墩"纵向相互作用机理,运用有限元方法,建立了"钢轨-轨道板-桥梁-墩台"纵向一体化计算模型,并编制了相应的通用程序。利用所编制的程序,计算了客运专线上常见的5×32 m简支梁和连续梁纵向力学特性,并对扣件纵向阻力、凸台树脂弹性模量、板底摩擦系数以及温度荷载的大小进行了参数影响分析。计算分析结果表明:(1)对于大坡道板式轨道,应将钢轨和轨道板、轨道板和桥梁的纵向相对位移限制在0.2 mm以内,对应的凸台树脂的弹性模量应大于120 MPa。(2)大坡道桥上需增加考虑制动作用和活载的纵向分力进行凸台的承载能力检算。同时应加强凸台结构以及凸台、填充树脂和轨道板的粘结强度。

竖向荷载下柔性接口管道的纵向力学计算

探讨了柔性接口管道在竖向荷载作用下的竖向位移计算方法和计算模型 ,据此对管道的竖向位移、转角、弯矩、剪力等纵向力学性状进行了计算。通过与工程测试结果比较 ,验证了该计算方法与计算模型的合理性 ,为给排水管道的合理优化设计。

物理信息双驱动的长距离盾构隧道结构纵向力学性态智能诊断方法

针对目前盾构隧道纵向结构安全诊断面临的瓶颈,提出了一种物理信息双驱动的隧道纵向结构力学性态智能诊断方法。通过将表征隧道纵向结构力学性态的物理方程嵌入物理神经元中,利用实测数据作为信息神经元综合构建了物理信息双驱动的神经网络(physics-informed neural networks,PINNs)模型,可实时更新反演盾构隧道结构参数、周围地层参数以及荷载分布规律,继而正演求解隧道的纵向结构力学性态。将反演得到的参数进一步用于其他隧道段的分析,以实现长距离盾构隧道结构纵向智能诊断。算例与工程实例应用表明,提出的PINNs模型能有效求解隧道结构纵向问题,且相较传统的纯数据驱动的深度神经网络(deep neural network,DNN)模型,PINNs模型表现出了显著的泛化能力与鲁棒性,具有十分可观的工程应用前景。

反射隔热涂料对路基上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力学特性的影响

为研究局部涂刷反射隔热涂料对路基上纵连式无砟轨道纵向力学特性的影响,建立多层叠合梁有限元计算模型,计算涂料局部涂刷产生的无砟轨道纵向附加力,研究无砟轨道纵向附加力的分布规律及其影响因素,针对CA砂浆黏结强度降低时,局部涂刷可能诱发的轨道病害,提出锚固销钉限位方案。研究结果表明:涂料局部涂刷对轨道板纵向力学特性的影响较大,轨道板纵向附加力最大值出现在涂刷区段中心,离涂刷区段中心越远,纵向附加力越小;随着涂刷长度的增加,轨道板纵向附加力的放射范围增加;随着CA砂浆黏结强度的降低,轨道板纵向位移增大;锚固销钉能降低轨道板纵向位移,但随着销钉数量的增加变化趋势逐渐变缓。

双层隧道内部结构对隧道纵向力学性能的影响

以武汉两湖隧道(东湖段)工程为背景,通过考虑双层隧道内部结构的盾构隧道三维数值计算模型对双层隧道纵向力学性能进行研究。结果表明:双层隧道内部结构能够显著提高盾构隧道的纵向刚度,错缝和通缝拼装形式隧道考虑双层隧道内部结构后的纵向刚度有效率分别增加了12.5%~30.0%和17.5%~40.0%;双层隧道内部结构能够起到显著分担荷载的作用,错缝和通缝拼装形式隧道的管片环各部位Mises应力分别减小了27.2%~74.9%和12.2%~40.0%;管片的拼装形式对内部结构的竖向位移有影响;双层隧道内部结构受到弯扭作用,在纵向上的变形与梁类似;错缝和通缝拼装隧道的双层隧道内部结构中间4块内部结构侧墙连接处均有应力集中现象发生。

不同内部结构类型对盾构隧道纵向力学性能的影响

为研究不同内部结构类型对盾构隧道纵向力学性能的影响,以济南黄河隧道和武汉两湖隧道(东湖段)为工程依托,利用大型通用有限元软件ABAQUS建立三维实体精细化数值模型,研究公轨合建型内部结构和双层公路型内部结构对隧道变形、刚度及受力的影响。研究结果表明:(1)内部结构能显著提高隧道纵向刚度,隧道考虑公轨合建型内部结构后,跨中位移最大减小了39.3%,考虑双层公路内部结构后,跨中位移最大减小了28.4%;(2)两种类型内部结构对通缝拼装隧道刚度提升更明显,且公轨合建型内部结构提升效果优于双层公路型,对于通缝与错缝两种拼装方式的隧道,其纵向刚度有效率考虑公轨合建型内部结构后分别提高了15.1%~64.8%和11.7%~30.6%,考虑双层公路型内部结构后分别提高了17.5%~39.6%和12.5%~30%;(3)内部结构在盾构隧道中能够起到承载作用;(4)内部结构变形以错台、张开为主,且内部结构连接点处应力值较大,在实际工程中应谨慎选择连接方式。

FSAE赛车几款常用轮胎纵向力学特性对比

赛车的设计目标是将所用轮胎的附着力极限尽可能地发挥,这需要动力、传动、悬架和转向系统的共同配合,充分了解所用轮胎的力学特性则是设计一款赛车的重要基础。Hoosier 18×6-10 R25B和Hoosier20.5×7-13.R25B是两款FSAE领域较常用的轮胎,基于美国FSAE TTC(FSAE Tire Test Consortium)有偿提供的轮胎试验数据,对二者的纵向力学特性进行了魔术公式拟合,并对两款轮胎在不同垂直载荷、外倾角和胎压下的纵向力学特性进行了介绍和对比。由于FSAE常用轮胎的力学特性很难获得,可以为国内各FSAE车队的赛车设计提供借鉴。

桥隧过渡段无砟轨道无缝线路纵向力学特性研究

由于隧道的遮挡作用,桥隧过渡段无砟轨道无缝线路表现出特殊的纵向力学特性。通过对笔架山隧道内外气温为期2年的监测,得到隧道内外气温分布规律,并建立桥隧过渡段无砟轨道无缝线路纵向相互作用模型,分析桥隧过渡段无砟轨道无缝线路纵向力学特性影响因素。结果表明:(1)监测时间内,笔架山隧道最高和最低气温分别为43℃和-14℃,隧道内外最大气温差为23℃,隧道气温过渡段长50 m;(2)考虑隧道内外温差时钢轨纵向位移显著增大,高温季节应加强对临近隧道洞口简支梁上钢轨爬行量监测,钢轨附加拉力有所增大,在桥隧过渡段无砟轨道无缝线路设计时应考虑隧道内外温差的影响;(3)隧道气温过渡段长度和扣件纵向阻力对钢轨纵向位移和钢轨附加压力影响显著,钢轨纵向位移随过渡段长度和扣件纵向阻力增大而显著减小,钢轨附加压力则随过渡段长度和扣件纵向阻力增大而显著增大。

下穿铁路的盾构隧道纵向力学行为研究

采用梁-地层弹簧模型,进行了在铁路列车荷载作用下盾构隧道纵向力学行为有限元分析。结果表明:当等效的管片环数较多时,环数的变化对其纵向刚度的影响很小,两侧计算边界取1倍上部荷载作用长度;当盾构隧道的埋深大于2倍隧道外径时,纵向内力和变形很小,满足强度和刚度要求,其纵向设计不需特殊考虑;随着埋深的增加,列车荷载所产生的管片纵向附加内力和变形减小。

考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能研究

盾构隧道朝着超大断面发展,其内部结构形式愈加复杂多样化,内部结构对盾构隧道纵向力学性能的影响值得探讨。为研究考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能,以济南黄河隧道为工程背景,建立31环考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道三维有限元实体模型,以集中力的形式作用在第16环管片环进行加载。结果表明:盾构隧道考虑内部结构后,通缝拼装隧道和错缝拼装隧道纵向刚度有效率分别提高21.4%~61.9%和14.3%~35.3%,说明内部结构能够有效提高盾构隧道的纵向刚度;通缝拼装隧道和错缝拼装隧道加载环最大Mises应力分别减小61.3%和69.2%,说明内部结构能够起到承载作用;隧道管片与内部结构会发生应力集中现象;错缝拼装形式有利于减小内部结构在纵向上的位移变形,同时内部结构的侧墙在施工时应尽可能保证混凝土的密实。

二衬厚度对盾构隧道双层衬砌纵向力学性能的影响

盾构隧道作为一种复杂的三维线性地下结构,容易受围岩特性不均等因素影响产生不均匀变形,引发结构局部破坏等病害。为研究双层衬砌盾构隧道在运营过程中的纵向力学行为,结合武汉地铁8号线越江隧道工程,建立纵向三维壳-弹簧力学分析模型,结合工程实际探讨二次衬砌厚度对盾构隧道双层衬砌力学性能的影响,以期获取合理的二次衬砌厚度取值。研究结果表明:(1)盾构隧道双层衬砌结构的纵向等效弯曲刚度随二次衬砌厚度增加呈线性增加;(2)施作二次衬砌可降低隧道纵向不均匀沉降量及管片间的错台量,二者随二次衬砌厚度增加而减小,但幅度不大;(3)在隧道纵向出现极端不均匀变形条件下,施作二次衬砌会导致位移突变点附近部位的管片局部内力及环缝张开量增大;(4)综合分析盾构隧道管片衬砌变形及受力,同时考虑工程造价和二衬是否设置配筋等因素,对于直径12 m级盾构隧道,其二次衬砌厚度建议取20~35 cm。

左心室纵向力学对室壁运动正常冠状动脉多支病变的预测价值

目的应用二维斑点追踪(2D-STI)技术探讨室壁运动正常冠状动脉多支病变(NWM-MVD)患者左心室纵向力学对NWM-MVD的预测价值。方法纳入室壁运动正常冠心病患者58例,根据主要冠状动脉狭窄率≥70%累及支数分为单支组和多支组,20名健康志愿者为对照组。应用2D-STI获取左心室纵向分层应变(GS-endo,GS-mid,GS-epi)、整体纵向峰值应变(GLPS)、整体纵向应变及应变率达峰时间标准差(Tsls-SD,Tslsr-sD)和最大差值(Tsls-Dif,Tslsr-Dif),左心室长轴三节段局部纵向峰值应变(LPSS)、局部纵向应变及应变率达峰时间标准差(tsls-SD,tslsr-SD)和最大差值(tsls-Dif,tslsr-Dif);统计纵向峰值应变牛眼图中有颜色变化的心肌节段数(NSMCC)。结果与对照组比较,多支组GLPS、GS-endo、GS-mid、GS-epi、LPSS-base、LPSS-mid均显著减低(P<0.05),Tsls-SD、Tsls-Dif、基底段tsls-SD、tsls-Dif显著延长(P<0.05),NMSCC明显增多(P<0.01),其中与Tsis-SD的相关系数最大(r=0.66,P<0.001)。GLPS、GS-endo、GS-mid、GS-epi临界值分别为-17.06%、-20.07%%、-17.07%、-15.44%时,预测NWM-MVD的敏感度及特异度分别是88.70%、87.65%;92-31%、88.17%;84.62%、87.50%;81.60%、86.90%。Tsls-SD、Tsls-Dif临界值分别为54.14 ms、135.00 ms时,预测NWM-MVD的敏感度及特异度分别是69.23%、78.57%;84.62%、64.29%。NMSCC临界值为12时,预测NWM-MVD的敏感度是92.90%,特异度是83.80%,预测NWM-MVD的曲线下面积最大(0.91)。结论NWM-MVD患者左心室纵向力学明显受损,其参数对NWM-MVD具有一定的预测价值。

滨海城区船闸下覆管涵纵向力学模型研究

滨海城区船闸建设往往会出现船闸、引航道等水运设施横跨城市综合管涵的情况,影响市政管涵的稳定性,因此需要分析船闸荷载作用下下覆管涵结构的受力变形规律。目前基于连续长管涵结构的纵向变形的力学模型无法考虑变形缝的影响,因此借鉴多跨连续梁的解析解法,在Winker弹性地基假设与管涵刚性体假设的基础上,建立了基于初参数法的管涵纵向力学模型,此模型的计算结果与数值结果拟合程度良好。地基刚度、管节长度与最大沉降差值之间呈指数型变化;增加地基刚度系数、管节长度,管涵抵抗不均匀变形的能力增加;管道刚度、船闸荷载与最大沉降差值之间呈线性相关,但管道刚度对管涵抵抗不均匀沉降效果不明显。

地铁线路坡度对道岔纵向力学特性的影响

建立了地铁线路9号道岔纵向力学特性有限元分析模型。基于模型分析获得了列车荷载的最不利加载位置。研究了在列车制动荷载、温度荷载及两种荷载组合作用下,线路坡度对道岔纵向力学特性的影响。研究结果表明:当列车第3节和第4节车辆相邻的两个转向架处于尖轨上时,对道岔受力与位移最为不利;道岔结构纵向位移与纵向力随着坡度、温度变化的增大均呈线性增大;在最不利工况时,30‰坡度上的道岔的钢轨强度及纵向位移均满足规范要求。

压力容器常用钢板的横向与纵向力学性能差异

现行标准中规定压力容器筒体的卷制方向应与钢板轧制方向一致,以克服钢板横向力学性能不足的缺点。为验证压力容器常用钢板的横向、纵向力学性能差异,对3家钢厂生产的厚6、8、10、12、14mm的压力容器用Q345R、Q245R钢板分别进行横向、纵向力学性能试验。试验结果表明:除C厂生产的厚14mm的Q245R钢板的纵向冲击吸收能量比横向冲击吸收能量最大值大104%以外,其他钢板的横向力学性能与纵向力学性能试验结果的差异较小,所有测试项目的试验结果均高于标准规定的指标。故建议标准取消对中低压薄壁压力容器圆筒卷制方向的限制。

内部结构施作方式对盾构隧道纵向力学特性的影响研究

为研究装配+现浇式内部结构和全现浇式内部结构的盾构隧道在超载下的纵向力学性能,以济南济泺路穿黄隧道及武汉三阳路隧道为工程背景,采用ABAQUS有限元软件建立围岩-管片-内部结构三维数值模型,并通过相似模型试验验证数值模型的合理性,对比分析不同内部结构施作方式下管片和内部结构的变形及力学特征,针对内部结构的损伤分布情况提出相应构件间连接的优化思路。研究结果表明:装配+现浇式内部结构分担的内力小于全现浇式结构分担的内力,管片承担的弯矩和剪力更大,导致管片的张开量和错台量均大于全现浇式,其中张开量的差异较为明显,较全现浇式的高10.02%~21.64%。此外,装配+现浇式内部结构由于应力集中影响更易出现局部损伤。当内部结构出现大面积损伤时,其加载区域承担的正弯矩下降,两端未破坏区域承担的负弯矩增大,结构的抗弯刚度降低,导致管片的弯矩值和环间张开量增大。