Improving the design of reinforcing frames by simulating the arch and peltate venation structures

Based on the analyses on arch and peltate venation structures, the design of reinforcing frames was improved. First, distribution rules of the arch structure were summarized. According to the load condition and the structure of the frame, a mechanical model of arch structure was devel- oped, and two solutions for the model were analyzed and compared with each other. Through the a- nalysis, application rules of arch structure for improving the design were obtained. Then, distribu- tion rules of peltate venation structure were summarized. By using the same method, application rules of peltate venation structure for improving the design were also obtained. Finally, mechanical problem of the frame was described, and rib arrangement of the frame was redesigned. A parameter optimization for the widths of ribs in bionic arrangement was also carried out to accomplish the im- proving design. Comparison between bionic and conventional reinforcing frames shows that the weight is reduced by as much as 15.3%.

Bilateral shear strength of rectangular frame column based on simplified space truss-arch model

To investigate the bilateral shear strength of rectangular frame column subjected to oblique horizontal load, we presented a simplified space truss-arch model developed from unilateral truss-arch model. Main parameters in the new model were the cross-sectional area, transverse reinforcement raito, axial load, and material strength of the column. The reduction coefficient of concrete sterength owing to the severe cracking of column was also introduced in the model. Finally, 14 specimens under oblique horizontal load were tested to verified the feasibility and applicability of the space truss-arch model.

滇中芹河隧洞软岩破碎段围岩大变形与支护结构相互作用研究

软岩大变形是滇中引水工程建设中较为突出的工程地质问题之一,以大楚段芹河隧洞4#支洞为研究对象开展软岩大变形特征及承载结构受力研究。4#支洞在施工过程中发生影响洞室稳定的问题,洞周围岩大变形不同程度侵限,导致钢拱架扭曲断裂、喷混凝土掉落现象时有发生。为了充分认识隧洞变形特征、破坏模式及成因机制,结合工程地质勘察、现场监控量测、数值反演及施工模拟分析等手段和方法对其进行综合研究。研究成果表明:破碎软岩洞段施工期围岩监测变形量大、变形速率较快,变形具有明显的时效性;围岩完整性差,洞周变形差异大;围岩以剪切破坏为主;围岩时效变形对支护结构受力影响大,部分承载结构受力超限,导致局部结构破坏。可见,针对破碎的软岩隧洞施工,需要采取超前注浆、减少减小施工扰动、及时跟进初期支护、尽快封闭成环,加强施工期围岩变形监测,选取合理的衬砌支护时机,实时指导和优化隧洞支护结构施工设计。

拱架送/回风方式对日光温室冬季作物冠层区热环境的影响

传统日光温室被动的热环境调控模式难以满足温室作物冠层区空气温度和速度调控需求,且能源利用效率低下。为了改进日光温室热环境精准调控方法和提高温室能源利用效率,该研究结合日光温室围护结构特点,提出了一种日光温室拱架的送/回风方法,并基于温室作物多孔介质模型,建立了拱架送/回风系统温室的数值传热模型。采用空气温度与速度不均匀系数、气流速度适宜区面积比、能量利用系数以及累计有效积温等评价参数,研究了下送上回、中间回风和上送下回等3种温室拱架送/回风方式对日光温室冬季作物冠层区热环境的影响。结果表明,与中间回风和上送下回通风方式相比,下送上回通风方式对不同作物冠层高度处的空气温度和速度调控的结果最优,且不同作物冠层高度处气流速度适宜区面积比和累计有效积温都最大。当采用下送上回通风方式时,与送风干管风速为9、11和12 m/s相比,送风干管风速为10 m/s的能量利用系数最大,在作物冠层高度0.4、0.6、0.8和1.0 m处的能量利用系数分别为0.976、0.982、0.985和0.987,并且不同作物冠层高度处的空气温度不均匀系数和速度不均匀系数也都最小。因此,下送上回通风方式的推荐送风干管风速为10 m/s。该研究可为日光温室热环境的精准调控提供参考。

基于静动力试验的铁路连续刚构-拱桥模型修正

为提升大跨度铁路连续刚构-拱桥有限元模型预测精度,同时针对传统有限元模型修正中只采用全局最优解而忽略可能更接近实际情况的局部最优解问题,提出一种基于距离机制的改进稳态遗传算法(DSSGA),利用实测静动力数据对其初始有限元模型进行模型修正。首先,介绍桥梁基本信息、初始有限元模型和静动力试验及其试验结果;其次,介绍DSSGA算法的理论以及其结合Kriging代理模型的基本修正流程,并通过测试函数验证DSS-GA算法的优化效果;最后,通过灵敏度分析选择待修正结构参数,利用拉丁超立方设计构建Kriging代理模型并检验其精度,利用静力位移、试验模态参数构造目标函数,对该桥进行模型修正。结果表明:与标准稳态遗传算法(SSGA)相比,DSSGA算法能够提供目标函数在搜索域的全局最优解和更多组局部最优解,有效避免SSGA算法角度机制所产生的解集不完整的局限性,且全局最优解的目标函数值更小,具有更高的搜索效率。经过模型修正,所有测点的位移相对误差控制在10%以内,频率相对误差控制在5%以内,修正后模型的预测精度大幅度提升。修正后的模型可作为该桥的基准有限元模型,用于后续桥梁健康监测与状态评估。

外科正畸联合治疗下颌第二磨牙低位阻生伴牙源性纤维瘤1例

牙源性纤维瘤(odontogenic fibroma, OF)是一种少见的间充质牙源性良性肿瘤,常与未成熟或移位的牙齿有关。本文报道了1例OF伴发下颌第二磨牙阻生通过外科正畸联合治疗,成功牵引出磨牙的病例,并结合以往的文献讨论牙源性纤维瘤伴阻生磨牙的治疗。

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。

高速铁路隧道钻爆法机械化施工关键技术和装备

依托渝昆高速铁路(重庆—昆明)渝宜段缙云山隧道工程,探讨了机械化施工关键技术及装备。结果表明:改进后的三臂凿岩台车能够适应不同等级围岩和工法的转换;早强锚固剂和注浆锚杆植入工艺可快速施加预应力,使锚杆抗拔力明显提高,解决了软弱围岩支护难的问题;多功能拱架台车与“一长两中两短”拱架铰接式安装可明显增强结构抗弯刚度,减少吊装次数,提高拱架定位精度,缩短钢拱架安装和单次循环作业时间。经在渝昆高速铁路和西渝高速铁路中应用,本文提出的机械化施工技术及装备可优化施工流程,减少辅助设施的使用,降低超挖风险,显著提高施工效率和安全性。

基于悬拼钢拱架法的钢筋混凝土拱桥主拱圈现浇施工关键技术及数值模拟

钢拱架代替落地支架或节段悬臂拼装等施工方法,应用于山区跨越深水峡谷的拱圈现浇具有一定的优势,值得推广应用。该文通过介绍三岔河大桥钢拱架悬臂扣索法拼装、拱架水箱法预压和主拱圈分环分层浇筑等关键施工技术,有效地解决了跨越深水峡谷桥梁施工过程中的常见难题,并基于Midas Civil有限元方法整体建模,对其采用的关键施工技术进行了数值模拟分析,指导并监控了该桥的施工建设,可为类似工程施工及受力计算分析提供借鉴。

零陵宋城东门拱券的损伤机理与加固技术研究

零陵古东门遗址,宋明两朝城门共处,至今为全国孤例。遗存至今的宋城东门变形严重、裂缝超宽、支护濒临失效,拱券随时有坍塌可能。基于文献成果和勘测数据,对宋城东门的损伤机理进行系统分析,提出清除券上再生树桩、设置新钢结构支护、对拱券实施渗透灌浆等方案。运用STS/SPASCAD和PMSAP进行建模、计算、比较分析,确定以型钢HW100 mm×100 mm×8 mm×10 mm为拱形支护刚架,并对支护刚架安装和拱券破损部位修缮进行探讨。

从“编木拱”到“编木穹”:东西方互承原理差异与新构型拓展

基于东西方文明背景下互承框架的多样表现形式,从结构构成与受力出发探究互承体系的基本特征和原理要素,进而从其原理的倾向性差异中梳理出东方加固式和西方平衡式两种互承形式,并探讨了二者的原理差异、形态差异、构型差异与适用范围,主要结论有东方以结构单元之间的互承实现加固和稳定性,其曲面曲率适应性较强;西方则以在结构单元之间以及单元内部同时构建互承且均保持力学平衡实现了跨度的拓展。由此,针对东方传统桥梁互承体系仅可适应单向曲面以及西方平衡式互承难以拟合大曲率曲面的发展瓶颈,以达·芬奇编织桥为原理基底,设计并建造了一种可适应自由曲面的新构型,且从建造视角论证了其跨度可行性与受力可行性,这一实验性构想为当代互承框架设计的未来发展提供新的方向及相应理论基础。

德清门户型人行景观桥梁设计

德清门户型人行景观桥梁为三跨等高变宽刚构钢箱梁桥,平面呈多段圆曲线布置,桥南侧设置一倾角为10°的钢管桁架拱门,拱门辅以吊索与梁体相接。介绍了该桥的设计要点,包括桥跨布置、结构形式、附属设施、景观设计、施工步骤示意及结构分析要点,可为类似景观桥梁的设计提供借鉴。

隧道结构装配式临时支撑的力学特性

为研究采用装配式临时支撑隧道的力学特性,文中以庄天公路西城山隧道工程为研究对象,对带有装配式临时支撑隧道的钢拱架和临时支撑的力学特性进行了分析。文中介绍了半步CD法的施工方法并建立了数值模型,通过对半步CD法各个施工步的钢拱架和临时支撑的力学特性进行分析,找到了隧道钢拱架的最大和最小应力以及装配式临时支撑的最大和最小位移,为后续施工提供指导。

富水地层炭质页岩隧道初期支护侵限处治技术

依托云南省勐绿高速公路金扬河隧道右线进口段,对富水地层炭质页岩隧道三台阶法施工中的初期支护侵限问题进行分析研究,从变形控制、径向注浆加固、支护加强、钢架拆换、开挖方法优化等方面,针对性地采取处治措施,结合围岩变形监测,成功解决初期支护侵限问题并确保了施工安全。

刚构拱桥动力特性敏感性分析

刚构拱桥由于拱肋和拱肋上的吊杆以及上下平联横撑的存在,使得其受力性能与动力特性异于连续梁桥,因此针对刚构拱桥结构本身参数进行敏感性动力特性分析,建立三维空间有限元模型,采用多重利兹向量分析法,研究拱肋之间横撑型式、桥墩高度以及支座的连接单元特性对桥梁的动力特性的影响。结果表明,随着刚构拱桥拱肋横撑型式的改变,桥梁自振周期基本一致,说明拱肋横撑型式对刚构拱桥动力特性基本没有影响;随着墩高不断增加,桥梁的自振周期也不断延长。结构的刚度随墩高的增加而减小,桥梁的纵向移动和竖向弯曲效应随墩高越高越显著,且墩高对于高阶振型的影响效果较小;支座显著地延长了此桥的自振周期,但是随着阶数的增大,与原模型的周期越接近,说明了支座对于结构高阶振型的影响也较小。

基于ARCH模型残差偏移距离的非线性损伤检测和试验研究

为了解决空间钢架结构非线性损伤的识别问题,提出了一种基于自回归条件异方差(auto regressive conditional heteroskedastic,ARCH)模型残差偏移距离的损伤识别方法。文章首先描述ARCH模型的基本理论,并给出了ARCH模型建模的定阶方法和模型参数的估计方法;接着分析结构非线性损伤的特性;然后,考虑到传统的非线性识别指标难以运用到空间钢架结构,提出基于ARCH模型的欧氏距离指标和改进的残差偏移距离指标识别钢结构损伤位置。最后,使用一个8层剪切结构数值模拟验证了2个损伤指标的有效性,并且将文章提出的指标运用于输电塔钢架模型的非线性损伤识别试验中。模拟和试验结果表明,传统的非线性损伤识别指标难以直接运用于钢架的损伤识别,而建议的欧氏距离指标和残差偏移距离指标可以较好地识别出钢架结构的非线性损伤。

泥岩夹砂岩地层隧道底鼓原因分析及整治技术

某高铁隧道全长10649 m,洞身穿越白垩系下统泥岩、泥岩夹砂岩地层。2014年至2016年,隧道进口端泥岩夹砂岩局部段落隧底出现不同程度上拱、无砟轨道道床板与隧道仰拱填充之间离缝等问题,根据病害情况及工期要求,先后采取仰拱返工、钻孔灌注桩(锚杆)加固和离缝注浆封闭等措施进行了整治;2016年整治完成后,局部段落隧底上拱仍在缓慢持续发展。根据补充钻探、取样试验结果,分析为隧底长期积水使泥岩浸泡软化、吸水膨胀,层状软岩蠕变、水平构造应力和隧道结构薄弱等因素所致。结合前期整治情况,利用线路检修时机,采取拆换仰拱、调整仰拱曲率、底部增设钢架等措施进行了整治。2020年整治完成后,轨检小车连续监测结果显示轨道几何状态良好,达到了预期效果。

RC刚架拱桥的板桁组合加固及动力特性

钢筋混凝土(RC)刚架拱桥常见的加固方法大多属于局部加强而非整体改造,因此对于改善结构受力性能的作用极其有限,难以满足我国现阶段公路交通荷载日益增大的需求。针对以上问题,文中首先提出了一种新型加固方法——板桁组合加固法,该加固方法在主梁两侧架设钢桁架,通过植筋、焊接、铺设钢筋网和浇筑混凝土等措施使钢桁架与主梁牢固连接,形成板桁组合结构,从而使结构受力从主梁受力体系转变成板桁组合受力体系,实现对结构受力的优化;然后,利用该方法对某刚架拱桥进行加固改造,通过有限元仿真模拟与桥梁动载试验,对该新型加固方法的有效性和实用性进行验证。结果表明:加固后结构自振频率有效提高;竖向刚度和承载力显著增大;结构一阶面内竖弯频率理论值较加固前提高80.5%,公路-I级荷载作用下加固后结构下挠值较加固前减小56.8%,混凝土构件应力水平较加固前减小10.9%~69.8%;该加固方法对结构的动力特性具有改善作用,加固后结构的竖向振动效应小于加固前且实测冲击系数远小于现行规范值,结构动力性能良好。

连续梁拱组合体系桥梁非线性受力性能研究

为研究乌龙江大桥的全桥受力性能,在ABAQUS中建立了一种适用于连续梁拱组合体系的全桥杆系模型。对MIDAS/Civil模型与ABAQUS杆系模型进行线弹性分析,以验证ABAQUS有限元模型的准确性。计入全桥结构非线性以及几何非线性,揭示连续梁拱组合体系的受力性能。结果表明:在线性阶段,两种模型在各施工阶段的截面内力较为吻合,应力分布基本一致;考虑非线性后荷载比例系数最大降幅为16.7%,说明结构非线性对受力性能影响显著;不断提高破坏区域截面抗弯刚度,全桥杆系模型由中跨支点处首先破坏逐渐变为次中跨支点处首先破坏,随后逐步降低主梁截面整体刚度,拱肋由于连续梁抗弯刚度大幅降低而承担更多的压应力,当主梁刚度降低至初始刚度的68.5%时,拱肋先于主梁发生破坏。