深覆土梯形拱明洞静力特性及卸荷效果

为研究深覆土条件下梯形拱结构–填土相互作用对周围土压力的影响机制和卸荷机理,明确梯形拱明洞相较于传统矩形明洞的优势,采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法,对深覆土梯形拱明洞静力特性及卸荷效果进行分析。结果表明:无减载时,梯形拱明洞两侧回填土沉降大于上方回填土沉降,两侧回填土土压力向明洞上方转移,土压力随着填土高度的增大而增大,基本呈线性变化趋势;减载时,明洞上方回填土沉降大于两侧回填土沉降,回填土内部产生土拱效应,明洞上方回填土土压力向两侧转移,铺设减载层不会改变深覆土明洞结构受力分布,但会极大地减小其内力及变形,并提高结构安全系数;减载后,梯形拱明洞的最大轴力、最大正弯矩和最大负弯矩分别减少17.5%、34.1%、29.9%,最大变形减小32.9%。矩形和梯形两种截面形式下明洞的最大轴力均出现在中隔墙底部,最大正弯矩、最小安全系数和最大变形均出现在顶板中央位置;铺设减载层后两种截面形式拱明洞最小安全系数分别增大42.6%和100.0%,梯形拱明洞安全系数提高的比例更大,效果更显著。该研究可为深覆土梯形拱明洞结构的设计和施工提供理论指导和技术支持。

高速铁路箱式路基加腋对结构静力特性的影响

为研究高速铁路箱式路基加腋方式对结构静力特性的影响,找到更加合理的箱式路基加腋方式。将箱式路基拆为独立构件,通过静力分析计算出各独立构件的配筋方式。使用ABAQUS软件进行数值模拟,针对箱式路基结构顶板和竖板连接节点处的应力集中现象,采用控制变量法,分别研究三角形腋不同的加腋高度和加腋角度对节点处应力集中的影响,提出最优加腋方式,优化箱式路基结构的静力特性。分析结果表明:固定腋高度为400 mm,当腋角度在15°~60°之间时,随着腋角度增大,应力突变量降低比S_(r)值不断减小;当腋角度在60°~75°之间时,随着腋角度增大,S_(r)值不断增大;最优腋角度在45°~60°之间。当腋角度固定为60°时,随着加腋长度增大,S_(r)值整体呈减小趋势,最优腋长度在300~400 mm之间。箱式路基配筋方式和最优加腋方式的确定,具有一定创新性,为我国高速铁路箱式路基结构优化研究提供了宝贵的技术经验。

钻井废弃泥浆固化土力学特性试验分析

石油开采过程中产生大量钻井废弃泥浆,直接排放会造成环境污染,对钻井废弃泥浆进行处理势在必行。针对钻井废弃泥浆采用固化处理方法,并对固化土的力学特性进行系统试验分析。研究结果表明:固化土的应力应变曲线为应变软化型,发生脆性破坏;曲线峰值随着围压的增加和养护龄期的延长而升高;随冻融循环次数的增加而降低,6—8次后趋于稳定,冻融循环对固化土的强度影响明显。固化土发生刚度软化现象,E-ε曲线整体呈下降趋势,刚度随着围压的增加和养护龄期的延长而增加,随冻融循环次数的增加而降低,无量纲化割线模量与无量纲化主应力差的关系曲线由两部分组成,呈现倒C型。对固化土力学性能的研究有利于废弃泥浆的资源化再利用。

主缆刚度对大跨悬索桥梁静力特性的影响分析

为了研究主缆刚度对大跨悬索桥结构静力特性的影响,本文以某大跨地锚式悬索桥工程为研究背景,通过采用MIDAS/CIVIL有限元软件建立实桥仿真模型,考察了不同主缆刚度对悬索桥结构静力特性的影响规律,研究结果表明,该桥主缆竖向位移和加劲梁弯矩均随着主缆刚度的增大呈逐渐减小变化,主缆刚度增大有利于控制主缆下挠和改善加劲梁受力;随着主缆刚度的增大,主缆和吊杆各截面处的轴力均呈逐渐增大变化趋势,其最大应力则呈先减小后增大变化趋势,而主缆刚度变化对主缆和吊杆应力的影响不明显。

土石混合料力学特性和颗粒破碎研究

文中针对土石混合料开展了一系列的室内三轴固结不排水试验。通过对应力-应变关系曲线、强度参数以及颗粒破碎规律等方面进行分析,探讨土石混合料的力学性质与破碎特点。实验数据分析发现,含石量和相对破碎率呈正相关;围压增大,相对破碎率的破碎趋势会逐渐减缓,二者的关系符合Allometricl函数模型。此外,含石量的增加能够提高土石混合料的强度;内摩擦角随含石量的“低-中-高”具有着“慢-快-慢”的增长规律,Boltzmann函数模型能够较好地描述这一规律并具有一定的适用性;土石混合料的黏聚力在含石量较低时较大,含石量较高时黏聚力下降到一定程度后随含石量的增加缓慢增长。

卸荷应力路径下饱和粉土静力特性的试验研究

选取杭州城东地铁5号线隧道周边的典型饱和粉土进行不同卸荷应力路径下的静力三轴试验,研究在临近基坑施工情况下地铁隧道周边影响范围内该类土体静力特性的变化情况,并通过加装压电陶瓷弯曲元装置进行弯曲元试验,从而探寻不同卸荷应力路径对土体抗剪强度和变形的影响程度。研究结果表明:土体的抗剪强度指标会随着轴向及侧向卸荷强度的增大而呈现不同幅度的减小,在轴向卸荷应力路径下饱和粉土各静力特性指标变化幅度小于侧向卸荷应力路径下的变化幅度,但在卸荷再加荷应力路径下,轴向应力路径与侧向应力路径的变化对饱和粉土的抗剪强度的影响并不明显。同时,土体抗剪强度与剪切波速之间可以用模型拟合来建立关系,在实际的卸荷工程中对准确获取土体力学参数有实际意义。

基于主动喷射控制的反旋流密封静力与动力特性研究

反旋流喷射时间与喷射位置对密封静力与动力特性有较大影响,建立反旋流密封主动喷射控制数值模型,研究压比、预旋比对密封静力与动力特性的影响,分析反旋流主动喷射控制时压力与流速分布,从气流力做功角度揭示反旋流密封抑振机理。结果表明:增大转子涡动角可降低反旋流密封下游密封腔周向压差,提高转子稳定性;反旋流近转子轴心径向喷射对密封有效刚度影响较大,反旋流于转子涡动上游切向喷射可降低交叉刚度、提高有效阻尼,且压比越高、预旋比越大,反旋流对密封稳定性优化效果越显著,但会导致泄漏量增加。最高参数下,反旋流近转子轴心喷射比远转子轴心喷射耗散密封系统的能量高4.61%,切向喷射时于转子涡动上游喷射比位于涡动下游喷射耗散能量高3.30%,转子涡动角相同时,反旋流切向喷射较径向喷射能量耗散更显著。

温升作用对深海沉积物静力特性及临界循环应力比的影响研究

针对取自中国南海西部海槽的深海黏土质沉积物,在不排水升温条件下开展了重塑试样的静动力学试验。探讨了温升作用对土体的不排水抗剪强度、孔压发展规律及临界循环应力比的影响。基于Yao的理论框架给出了不排水升温导致超孔压的表达式,讨论了不同温度条件下土体的不排水抗剪强度与临界循环应力比的关系。试验结果表明,不排水升温产生的超孔压导致土体的有效应力降低,削弱了土体的不排水抗剪强度,使土体展现出了拟似超固结土的力学特性;对于分级加载的循环剪切工况,累积应变的发展速度随温度的提高显著增加,但在剪切初期,温升作用抑制了累积孔压的发展,甚至导致负累积孔压的产生。以归一化累积孔压产生的分化标准作为判定门槛循环应力比的方法不能很好地适用于具有超固结特性的土体。建议综合考虑累积变形及孔压的发展规律讨论土体的界限循环应力比。整体来看,随着温度的升高土体的抗剪强度及临界循环应力比显著降低,在工程中应当引起充分重视。

螺旋槽对柱面气膜密封静力与动力特性影响机理研究

螺旋槽对柱面气膜密封静力和动力特性有较大影响。应用非定常动网格技术建立了柱面气膜密封多频椭圆涡动静力与动力特性求解模型,分析了不同工况及结构参数下螺旋槽对柱面气膜密封静力与动力特性的影响,研究了螺旋槽对封严气体泵吸效应与流体动压效应影响,揭示了螺旋槽对柱面气膜密封静力和动力特性的影响机理。研究结果表明:随着进出口压比与偏心率的增大,气膜内流体动压效应增强,封严气体压力分布不均匀,使得密封泄漏量增加。随着螺旋角的增大,气体经过螺旋槽泵吸效应与挤压作用聚集在螺旋槽根部,形成了较为明显的动压效应,使得泄漏量增加。当螺旋角为30°~50°时,密封的径向气流力指向转子涡动中心,切向气流力与转子涡动速度方向相反,有效地抑制了转子涡动,转子系统稳定性较好。

铁路连续槽形梁桥静力特性分析

为给铁路连续槽形梁桥结构简化计算和优化设计提供理论依据,以某(40+64+40) m箱形截面铁路连续槽形梁桥为背景,进行铁路连续槽形梁桥静力特性分析。采用ANSYS软件建立该桥空间实体有限元模型,分析桥梁变形、控制截面应力分布、边梁和道床板的受力特点以及边梁和道床板分担纵向弯矩的比例,并对不同截面槽形梁桥的边梁与道床板承担纵向弯矩比例进行对比。结果表明:在恒载及列车活载作用下,中支座附近边梁向槽内倾斜,槽口减小;主跨跨中和边支座附近边梁外斜,槽口略微扩大;全桥各截面边梁下缘最大压应力明显大于道床板下缘最大压应力,截面下缘应力分布不均匀现象显著,剪力滞效应突出;该桥边梁和道床板在主跨跨中截面分担纵向弯矩的比例为1.41∶1,在两中支座处截面的分担比例分别为3.78∶1和4.00∶1,主跨跨中截面边梁承担弯矩的比例较低;槽形梁桥边梁与道床板的弯矩分担比例与二者的竖向抗弯刚度比呈正相关;箱形截面槽形梁相较其它截面槽形梁具有更大的抗弯刚度,可实现更大的跨度。

水泥/玄武岩纤维复合固化剂分别对泥炭质土静力特性的影响

为了研究单掺水泥及复合固化剂(由水泥、生玄武岩纤维、石灰和生石膏组成)对滇池地区高原湖相泥炭质土静力特性的影响,对不同掺量水平下的水泥改良土和复合固化剂改良土进行静三轴不固结不排水剪切试验,研究了两种改良土的三轴应力应变关系与抗剪强度变化规律。研究表明:随掺量的增加,两种改良土的主应力差峰值强度增大;当掺入复合固化剂的质量分数为15%时,相比5%、10%两个掺量水平,复合固化剂改良土的三轴应力应变关系由“应变硬化型”转变为“应变软化型”,且抗剪强度显著提升;当改良土的内部结构发生破坏时,水泥改良土的抗剪强度有较大损失,而复合固化剂改良土仍保持较高的抗剪强度。

市域铁路桥上板式无砟轨道静力特性研究

研究目的:结合国内高速铁路及地铁各类预制板式无砟轨道应用经验,提出一种适用于市域铁路桥上的新型板式无砟轨道。为验证市域铁路新型板式无砟轨道结构在服役过程中受力和变形能否满足要求,建立可考虑板式轨道各部件复杂相互作用关系的精细化有限元分析模型,研究轨道结构在列车、温度和桥梁挠曲变形外界复杂荷载作用下的静力特性,揭示市域铁路桥上新型板式无砟轨道的受力变形规律。研究结论:(1)轨道板和自密实混凝土层在列车荷载作用下应力峰值出现在限位凸台与自密实混凝土相连位置,最大拉应力分别为0.633 MPa和0.752 MPa,最大位移分别为0.894 mm和0.0109 mm,整体受力变形较小,满足规范设计要求;(2)轨道板和自密实混凝土层在温度荷载作用下应力峰值出现在限位凸台倒角位置,最大拉应力分别为2.105 MPa和1.74 MPa,最大位移分别为1.039 mm和0.0419 mm,满足受力变形要求;(3)桥梁挠曲变形荷载作用下的轨道板和自密实混凝土层最大拉应力分别为1.297 MPa和1.326 MPa,层间相对位移最大值为0.348 mm,轨道整体受力性能以及层间协调变形能力良好;(4)本研究成果可为市域铁路板式轨道结构优化设计提供借鉴和参考。

千米级高速铁路悬索桥静力特性分析

为了准确掌握千米级高速铁路悬索桥在静力荷载作用下的受力特征,结合现场试验和有限元模型,以主跨1092 m的五峰山长江大桥为工程背景,研究特大跨径钢桁梁悬索桥在静力荷载作用下的结构力学行为,揭示不同加载工况下钢桁梁及主塔应力,主缆索股力,桥梁挠度,梁端转角,主塔、支座以及梁端纵向位移,吊索索力的变化特征,综合分析悬索桥的静力特性。研究结果表明:在不同加载工况下,上下游弦杆受力均匀,上下游斜杆受力变化较大;主塔塔柱受力变化较小,实测值与理论值之比在0.70~0.94之间;主缆各索股受力均匀,上下游侧索股应力变化一致,主缆整体受力性能良好;桥梁跨中实测挠跨比为1/530,小于设计挠度比1/487,梁端实测最大转角为0.56‰rad,桥梁竖向刚度较大,满足相关要求;支座纵向位移变化均匀,但受运营初期支座纵向摩阻力及阻尼器的影响,导致荷载较大时,纵向位移变化缓慢,使得理论值大于实测值,梁端位移与支座位移变化一致,桥梁纵向位移变化均匀;主塔塔顶纵向位移、吊索索力变化均匀,实测值与理论值吻合较好。研究成果不仅可为同类型桥梁设计提供借鉴,也可为桥梁后期运维提供“指纹”信息。

温度对混凝土梁式桥静力特性影响试验研究

为探究温度变化对混凝土梁式桥静力特性的影响,制作了钢筋混凝土试验梁,在试验梁内部埋设温度传感器,在28天龄期,测试了静载作用下,试验梁在不同温度条件下的挠度值,分析了温度对混凝土试验梁静力特性影响机理。结果表明:在静力荷载作用下,混凝土试验梁的挠度随温度的升高而增大,且挠度随温度的变化主要是由混凝土材料弹性模量随温度的变化而导致的。

斜交桥梁结构荷载模拟试验及静力特性研究

为研究斜交桥梁结构荷载及静力特性,以某三跨连续斜交T梁桥为例,建立有限元模型,分析不同荷载情形、不同斜交角度下的梁桥静力特性。研究结果表明:当斜交角度小于20°时,边跨与中跨的跨中正弯矩受角度的影响较小;当斜交角度超过20°时,需考虑斜交角的影响;在对称荷载和偏载作用下,随着角度增大,边跨与中跨的跨中挠度均较小,且变化规律基本相同,当斜交角度小于20°时,跨中挠度受角度变化的影响很小;当斜交角度超过20°时,跨中挠度随角度变化趋势增大;荷载作用处的主梁的跨中正弯矩及挠度大于远离荷载处的主梁,且变化幅度更显著,而远离荷载处的各梁表现出相反的静力特性规律。

混凝土自锚式悬索桥静力特性分析

为了研究罗甸县城3号桥结构静力特性的影响因素,现从理论计算方法、施工温差及主缆弹模三个方面出发,探究以上因素对该桥静力特性的不同程度影响。首先,采用对比分析法,对比了分段悬链线法、非线性有限元法和传统抛物线法三种计算方法在主缆线型方面的计算结果,得出了三种计算方法的计算精度由大到小依次为分段悬链线法、非线性有限元法、传统抛物线法的结论。其次,采用模拟分析法,利用有限元软件分析了在其他外界因素不变的情况下施工场温差变化对主缆特性的影响,并给出了随温度升高,主缆弹性伸长,空缆索鞍偏移量增大的结论。再者,采用模拟分析法,利用有限元软件分析了主缆弹性模量这一参数的变化对主缆无应力长度、弹性伸长量及标高的影响,得出了随着主缆弹模由小变大,主缆无应力长度随之增大,主缆弹性伸长量随之减小,同时成桥状态下主缆竖向位移减小的结论。

河道活动坝特性研究与应用——以白杨河为例

为了研究液压活动坝的静力特性,针对传统水坝寿命短、安全性差等问题,对结构优化的液压活动坝进行应用分析。通过有限元分析软件,对活动坝进行静力特性分析,根据坝体构件位移和应力值的变化,推测出最优支撑位置,并以此对坝体结构进行静力优化等。结果表明,优化后的活动坝最小应力值为15MPa,最小位移为7mm,最小频率为14.57Hz,表明液压活动坝具有较高安全性,在河道治理领域具有一定的应用价值。

不同无索区长度下独塔斜拉桥静力性能的有限元分析

无索区长度对桥梁受力性能的影响显著,适宜的无索区长度能够优化桥梁整体结构的受力,因此长度的选取在桥梁设计中尤为重要。本文以湘西某跨径为(196+101+62)m的独塔斜拉桥为工程背景,利用有限元分析软件Midas civil建立分析模型,对塔根处和梁端处的无索区长度进行单因素分析。结果表明:塔根处及梁端处无索区长度的变化对主跨主梁挠度,边跨主梁挠度等影响显著,而对斜拉索最大拉力的影响较小。本文成果可为斜拉桥总体设计提供一定的借鉴与参考。

反旋流对密封静力与动力特性影响的理论与试验研究

设计加工无/有反旋流共4种密封结构,从理论与实验两个方面研究反旋流对密封静力与动力特性的影响规律。建立反旋流密封静力特性CFD模型,理论分析反旋流对密封间隙流体切向速度、周向压力分布以及泄漏特性的影响;设计搭建反旋流密封动力特性试验台,试验测试无/有反旋流密封的泄漏特性,应用不平衡同频激励法试验研究反旋流对密封动力特性的影响。研究结果表明:反旋流可减小密封间隙流体的切向速度,进而降低密封间隙流体的周向压力差,且密封间隙流体周向压差随切向速度的减小而降低,这是反旋流抑制密封气流激振力的主要原因;密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大,两者近似呈线性关系;与无反旋流密封相比,反旋流密封增加了密封的泄漏量,且随着进出口压比的增加,两者泄漏量差异增大;密封的动力特性系数的随密封进出口压比与转速的增加而增大。在相同工况下,主刚度大于交叉刚度约一个数量级,主阻尼与交叉阻尼数量级相同,且主阻尼大于交叉阻尼;反旋流可有效降低密封的等效刚度,增加密封的等效阻尼,提高密封的稳定性。

冻融作用下水泥及石灰改良土静力特性研究

为扩大季节冻土区高速铁路路基填料的使用范围,对不同冻融次数、冷却温度和围压下水泥及石灰改良土的应力-应变关系、静强度参数和破坏图像进行了研究。试验结果表明,水泥土的应力-应变关系为加工软化型,冻融作用下石灰土的应力-应变关系为加工硬化型;水泥土以脆性破坏为主,而石灰土的破坏形式为塑性破坏;围压对改良土应力-应变关系曲线形式影响不明显,随着围压的增加,改良土的峰值强度增大;改良土的黏聚力随冻融次数的增加而逐渐减小,而内摩擦角与冻融次数的关系无规律可循;冷却温度对改良土黏聚力的影响不明显;反复冻融作用下水泥土的改良效果要优于石灰土。