基于总安全系数法的喷射混凝土支护承载能力的试验研究

为验证总安全系数法中喷层的荷载结构模型及其安全系数计算方法,研制大型隧道结构模型试验系统,采取结构试验的方法,开展毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏试验。通过围岩和细砂材料的三轴试验明确模型试验中各材料的物理与力学参数,模拟毛洞、不同厚度喷层以及二次衬砌的加载破坏全过程,依据破坏状态明确喷层与二次衬砌的设计承载能力,试验中监测围岩应力应变、喷层内外侧应变和喷层位移,结合监测结果分析喷层与二次衬砌在承载过程中的变形特征与受力特征,明晰喷层与二次衬砌的承载机制,并与总安全系数法理论计算结果进行对比分析。结果表明:1)在试验断面条件下喷层受力状态为小偏心受压,喷层与围岩之间的粘结能有效传递剪力,从而减少了喷层的弯矩,有利于充分发挥喷层的抗压强度,同厚度情况下喷层的设计承载力要高于二次衬砌;2)试验得到的厚度为2 cm和4 cm喷层的设计承载力比总安全系数法理论计算结果分别大27.0%和22.9%,表明总安全系数法的喷层承载力计算模型是合理的,并具有合适的安全性。

Dynamic calculation model and seismic response for frame supporting structure with prestressed anchors

A dynamic calculation model of frame supporting structures with prestressed anchors for the slope stability is proposed. The frame and soil are closely contacted in the role of prestressed anchors and they cannot be separated along the whole slope. The lateral displacement of frame and soil is nearly in phase. The movement characteristic satisfies the theory of elastic foundation beam. The frame is treated with elastic foundation beam in this model. The influence of prestressed anchors is simplified as linear spring and damped system related with velocity. Under the condition of horizontal earthquake excitation, the equation of vibration response is established by using the model of dynamic Winkler beam and the analytical solutions are obtained for simple harmonic vibration. This method is applied to a case record for illustration of its capability, in order to verify the method, 3D nonlinear FEM (ADINA) is used to analyze the seismic performance of this case, the comparative results show that the design and the analysis are safe and credible by using the proposed method. The calculation model provides a new way for earthquake analysis and seismic design of slope stability supported by frame structure with prestressed anchors.

高地应力环境下跨活断层隧道抗错断铰接设计试验研究

当活动断层发生错动时,穿越活动断层的隧道会发生不同程度的破坏。以往的研究大多未考虑隧道埋深、高应力对跨活断层隧道的影响,结果不太能贴切实际。充分讨论了解决深埋隧道抗错断问题的必要性,通过跨活断层隧道模型试验,对比深埋隧道与浅埋隧道的破坏差异,并通过深埋铰接隧道错断试验,分析了隧道外部应力变化、衬砌应变与破坏形态。结果表明:(1)在深埋与浅埋环境下隧道整体变形皆呈“S”型变形,破坏较严重的区域都集中在断层带位置,其中深埋隧道的破坏模式主要以剪切拉伸破坏为主,产生了较大的挤压变形,破坏区域较大,而浅埋隧道主要以剪切破坏为主,在跨断层位置隧道被剪断。(2)在对深埋隧道进行铰接设计后,隧道由“S”型变形转化成“阶梯”型,隧道应变与外部岩体应力峰值得到降低,破坏程度显著减小。(3)通过对隧道衬砌裂纹分布分析,发现无铰接隧道为贯穿型破坏,裂纹影响至整个衬砌,铰接隧道裂纹影响范围约占隧道总长的66.6%,短铰接节段隧道裂纹影响范围约占隧道总长的33.3%,故深埋环境下采用更短的铰接节段对隧道的抗错断效果更佳。(4)通过对比前人研究的浅埋铰接隧道得出,浅埋铰接隧道在断层带外也会发生变形,而深埋铰接隧道破坏主要集中在断层带内位置,因此对于深埋隧道抗错断保护措施应当多集中在断层带位置。

基于零件结构特征计算的铸造工艺数据库研究

基于零件结构特征的空间距离计算,提出了零件三维模型的唯一结构特征编码的构建方法。该编码包括了零件的外形结构特征和内部空腔结构信息,使零件在数据库中的存储和调用更加简便和准确。基于上述三维结构特征编码,本研究将铸造工艺实例中的零件信息、生产信息和工艺信息等相互关联的复杂信息体系进行“唯一性”编码,从而实现了铸造工艺数据库的快速入库和准确查询。通过对优化后的数据库的使用,能够简化铸造工艺设计流程以提高设计效率,并实现设计知识和经验再利用的最大化。

某隧道主体结构内力计算及配筋设计

【目的】为完成隧道衬砌结构设计,需要对隧道围岩压力和隧道主体结构内力进行计算。根据隧道受力特点进行合理的计算假定。【方法】基于国道321线,采用SAP84软件对最不利断面的不同工况进行设计计算和模型分析并进行验证。【结果】结果表明,此隧道主体结构在三种最不利断面的工况下,配筋内力计算结果和验证情况均符合规范要求。【结论】该项目配筋设计时在正常使用状态下的计算结果,结合承载能力极限状态下的计算结果进行验证,能够快速有效地确定最终配筋结果,为配筋提供了理论依据,为今后隧道衬砌结构设计提供参考。

矿山法隧道初期支护的受力特征分析及安全系数计算

为了系统分析隧道初支拱架的力学性能及安全性能,根据某高速铁路项目A隧道的支护设计参数,基于荷载-结构数学模型,利用有限元分析方法,对A隧道的初期支护受力情况与安全系数进行计算,根据验算结果分析初支存在形变可能性的高风险区域。结果表明,Ⅴ级围岩隧道的初支变形风险区主要分布于拱脚和仰拱区域,在施工过程中应格外重视锁脚锚杆的施作质量;Ⅳ级围岩隧道的初支变形风险区主要分布于拱顶区域,应格外重视拱顶部分混泥土的厚度与密实度,谨防初支背后脱空。

复杂山区隧道群安全玻璃棚洞结构设计及稳定性分析

车辆通过复杂山区隧道群时,洞口段不可避免的会出现明暗效应,影响行车安全。以实际工程为例,采用安全玻璃作为棚洞面板,进行了棚洞上部、下部结构设计,考虑不改变既有隧道机电设施的条件下,在棚洞顶部设置了排烟窗口。采用有限元数值模拟软件对棚洞结构进行了计算分析,结果表明安全玻璃棚洞满足规范要求。

厂房建筑功能改造中的结构设计研究

近几年,国家对城市更新高度重视。为更好地响应国家政策,积累旧厂房建筑功能改造中的结构设计经验,以某展厅改造项目为例,研究了旧厂房在建筑功能改造中面临的结构设计难题。该项目原为1978年建成的单层单跨混凝土排架结构厂房,中间经过多次改造成带插层混凝土框架结构,现计划改造为大挑空展厅和部分功能用房。因此,改造过程中主要难点有:原有结构的抗震性能不足、结构体系复杂,以及多次改造带来的不确定性;需在满足抗震要求的同时保留原始幕墙。为解决这些问题,采用了增设斜撑恢复原结构体系、模型试算、加固方案的确定、详细的拆除和施工顺序制定,以及具体加固节点做法,显著提高了旧厂房的结构稳定性和抗震性能,确保改造后的建筑功能满足使用要求,可为类似旧厂房建筑功能的改造提供参考。

某高速公路钢-混组合梁桥设计分析与研究

钢混组合梁结构是充分利用钢梁与混凝土的组合性能的优势,提升了桥梁结构安全、经济、美观等综合性能。以具体的钢混组合梁结构设计项目为例,桥面板为混凝土桥面,桥面板底设置2根槽型钢箱梁,通过剪力钉连接桥面板与槽型钢箱梁,横向是通过内横撑和箱间横梁连接,主要是从结构总体设计、结构的验算和施工工艺方法三个方面对钢-混凝土组合梁结构进行设计分析研究,结果表明该组合梁结构合理、安全可靠;进一步利用大型桥梁专用软件Midas/Civil建立钢-混凝土组合梁结构的有限元空间梁格模型并进行分析,理论计算结果表明,钢混组合梁桥力学性能满足规范设计要求;钢箱梁在制造加工、运输、吊装等过程中整体稳定性和刚度均满足要求。

软土地铁车站结构及隧道的三维地震响应分析

建立了软土地铁车站结构及相邻隧道的三维计算模型,研究了其三维地震响应规律,确定了结构的薄弱部位及地震荷载引起结构内力的增幅,分析了隧道对车站结构内力的影响。研究表明:①在距离车站结构端墙1.5倍车站结构横向宽度的横截面,可按平面应变问题分析;②车站结构受力较大的部位有:上柱上端与板结合处、底板跨边与侧墙结合处、底板中跨跨中及车站结构的前端墙;③地震荷载对柱端弯矩的影响最大;④区间隧道的存在削弱了车站结构前后端墙的整体抗震性能。研究成果可为地铁车站结构及隧道的抗震设计提供参考。

双圆盾构隧道衬砌结构设计及参数研究

评价了盾构隧道衬砌结构设计模型及其发展现状,指出不同计算模型的特点和适用范围,通过上海地铁M8线实际工程对不同计算模型进行了分析和对比,重点讨论了双圆DOT(Double-O-Tube)盾构隧道结构计算中各种设计参数对计算结果的敏感性。研究结果表明,双圆盾构隧道结构计算中,目前常用的几种计算模型(修正惯用法、梁—弹簧模型等)都能满足工程设计的具体要求,关键在于计算参数选择的合理性和匹配性。不同的设计参数对结构计算结果的影响程度各不相同,对于中浅埋双圆盾构隧道,拱背土压力的影响不能忽略,否则计算结果将偏不安全。

通透肋式拱梁隧道结构荷载设计计算方法探讨

以通透肋式拱梁隧道这一新型洞室结构为对象,对其赋存地质环境条件和结构受力特征进行分析,明确该类型的半明半暗隧道结构应以极限状态下围岩破坏所引起的松弛压力为设计荷载标准的理念;通过对隧道围岩破坏形态和范围的数值模拟研究,弄清其基本破坏模式为:拱顶山坡岩体沿通过拱脚的一斜面形成楔体滑移,滑动破坏面与水平面的夹角即破裂角的大小决定围岩破坏的范围;以此为基础,结合理论分析推导建立通透肋梁拱梁隧道结构荷载设计计算模型,并与实际监测数据和施工工况数值模拟结果进行对比验证分析;分析结果表明,采用该模型计算的内力分布较好地反映隧道结构内力的变化规律,且具有可靠的安全裕,为同类型半明半暗隧道结构设计以及长期稳定性评价提供一种实用有效的分析方法。

连拱隧道设计计算荷载合理取值研究

为了克服已有连拱隧道的荷载取值缺乏理论依据问题,文章基于公路隧道设计规范中普通分离式隧道松动荷载计算公式,选取恰当的计算参数,建立合理的连拱隧道计算模型,得到了双洞四车道连拱隧道的松动圈范围和松动荷载的合理取值,并给出了相应的连拱隧道荷载计算公式,将从分离式隧道松动荷载到连拱隧道松动荷载这一推广过程由纯经验的推导变为半经验半理论的推导,具有更明确的理论依据和更强的参考及使用价值。与现场的实际监测数据等的对比分析,验证了所提出的连拱隧道松动荷载模式的合理性。

考虑水荷载作用的铁路隧道衬砌结构设计

采用室内模型试验方法,通过改变围岩注浆圈模拟介质的渗透系数,进行10组铁路隧道衬砌结构的水荷载折减系数测试试验,研究水荷载折减系数与注浆圈综合渗透系数的关系.试验结果表明,当围岩注浆圈渗透系数小于10-5 cm·s-1时,水荷载折减系数取0～0.3为宜;反之,取值为0.3～1.按考虑水荷载和不考虑水荷载两种受力模式对隧道衬砌结构进行计算分析结果表明,存在较大水荷载作用的隧道衬砌结构设计不宜套用标准图,建议采用钢筋混凝土圆形衬砌结构.

U型槽结构设计与分析

研究目的:对新型支挡结构U型槽的结构设计进行探讨,重点解析U型槽设计中的理论计算模型、荷载、配筋以及结构施工图等关键技术问题,集中解决U型槽结构设计中的重点与难点,以为从事铁路设计的工程人员提供参考。研究结论:目前按弹性理论对U型槽结构进行分析是较为普遍而且可行的做法;分析时应合理考虑各荷载及其组合工况;宜按单筋梁进行设计,对易出现应力集中的断面应采取必要的构造措施进行加强处理;除配置受力钢筋外,还应合理的配置箍筋和分布钢筋,在控制截面需布置必要的加强钢筋;在不良地质地段U型槽可与其他工程措施并用,以满足设计要求。

双连拱公路隧道围岩压力计算方法

连拱隧道按荷载结构模式计算分析时,围岩压力的计算仍采用现行《公路隧道设计规范》中的方法,这种计算方法存在一定的问题。探讨了连拱隧道的深浅埋界限,对常用的围岩压力理论进行了比较,找出连拱隧道采用现有围岩压力理论进行计算存在的问题,提出了建议的连拱隧道围岩压力计算方法,并对建议的计算方法进行了效果分析。结果表明,建议的计算方法对连拱隧道及大跨度隧道的设计计算是合理和偏于安全的。

卫星结构优化设计的建模问题

结合卫星结构设计方面的经验,并根据卫星结构的特点,提出了以等效板为主的建模方法,避免了蜂窝夹层板选取设计变量方面的诸多不便。另外,在优化模型中,结合卫星的特点,采取了处理设计变量,约束条件等有效措施,可使卫星结构优化工作得以准确和有效地进行。最后,通过一个卫星优化的实例,说明该方法是可行和有效的。

一种数据链用户保障策略研究与设计

针对数据链性能质量和服价问题 ,提出一种基于可靠性理论的数据链用户冗余策略 ,并建立数学模型 .模型综合平衡了冗余运行和正常维护的关系 ,从而大大改进了系统的性能 .模型采用一定的状态检查和验证策略 ,有效保证网络的正常工作 .设备之间各自独立 ,相互协作 ,合作完成容错任务 .该模型与特定的系统应用环境无关 ,提供了一个通用的容错系统框架 。

偏压连拱隧道围岩压力及结构计算

为了解决目前在设计中尚无满足连拱隧道特点的围岩压力理论,特别是在浅埋偏压条件下围岩载荷估计偏差较大问题,应用岩柱理论求得塌落拱曲线方程,用作图法确定地形偏压临界覆土厚度,对偏压连拱隧道与非偏压连拱隧道进行界定。在此基础上,提出浅埋偏压连拱隧道地层主动偏压载荷和被动不均匀载荷确定方法及地形偏压情况下隧道支护结构的合理计算方法,并求得不同坡率、不同围岩级别条件下浅埋侧土体的弹性抗力系数的合理取值,为设计中偏压连拱隧道采用载荷结构模式计算时浅埋侧土体的弹性抗力系数取值提供参考。

宜昌伍家岗长江大桥隧道锚设计与研究

宜昌伍家岗长江大桥为(290+1160+402)m双塔简支钢箱梁悬索桥,江北侧为国内千米级悬索桥首次在软岩上修建隧道锚。通过地质钻孔、室内试验、斜硐勘探、原位试验等多种方式研究确定合理的岩体力学参数进行隧道锚设计。隧道锚轴线长90 m,其中锚塞体段长45 m,倾斜角度为40°;前锚面尺寸为9.04 m×11.44 m,后锚面尺寸为16 m×20 m。通过室内模型试验和现场缩尺模型试验,结合数值模拟分析掌握隧道锚与围岩的破坏变形模式和流变特征,确定隧道锚的承载力为8P,保证了结构的安全稳定。