节段预制波形钢腹板组合箱梁桥节段 存放及吊装方案的优化设计

为了优化节段预制波形钢腹板组合箱梁桥节段划分、存放及吊装方案,以南京长江五桥引桥——立新路跨线桥为研究背景,采用数值模拟方法对波形钢腹板组合箱梁桥节段进行合理划分长度,分析标准节段梁存放及吊装期的应力变化及变形特征,并提出合理的控制措施.结果表明:节段长度为240~400 cm时,对梁体抗弯承载力影响较小,波形钢腹板组合箱梁桥节段长度的合理划分取决于吊装及运输条件;节段梁存放层数不宜超过2层,如采用双层存放,需在波形钢腹板节段梁混凝土顶板与底板之间设置临时刚性支撑;节段梁吊装宜采用四吊点方案,即在靠近腹板处设置4个吊点,且起吊时在顶板与底板之间设置临时刚性支撑,以避免顶板变形过大,增加现场拼装控制的难度.

基于PointNet的钢板毛坯垛点云分割

钢板毛坯垛拆垛工序中,钢板毛坯分层厚度的估计是推钢机准确且安全执行推钢动作的关键;当前不少企业此道生产工序仍主要靠操作员人工观察的方式估算钢板厚度及与传送辊道的相对高度,其估算不准易导致碰撞,造成输送设备损坏生产中断。提出一种钢板毛坯垛智能分层方法,该方法结合现场工况环境采用激光雷达,对钢板毛坯垛进行三维点云成像,然后对采集的点云数据,用PointNet神经网络框架进行特征识别、分层分割与提取,最后对分割的不同层根据标定值,换算成真实厚度。根据现场实验结果表明,PointNet对钢板毛坯垛分割的识别率达到了87.4%,厚度估算误差低于1.2cm,根据钢厂钢板毛坯规格表(3种规格150、160、180cm)可以准确估计出钢板毛坯厚度的规格,识别速度15帧/s,满足现场工况要求。

基于PCL的钢箱节段虚拟预拼装技术

针对目前工程应用中的虚拟预拼装技术存在主观性强、自动化程度低、数据处理过程较为复杂等缺点,首次提出将PCL应用于基于点云数据的钢箱节段虚拟预拼装技术。首先根据钢箱节段截面特征设计一套由面到线、由线到点的控制点提取方法;然后基于PCL中的高效点云处理算法对待拼装截面初始点云数据进行预处理、控制点提取及匹配,输出拼装误差结果;最后将虚拟预拼装技术中使用到的算法串联成群,形成一套完整的钢箱节段虚拟预拼装程序,实现从数据输入到结果输出。将提出的虚拟预拼装技术应用于某钢箱结构桥梁相邻节段,并将计算所得最大拼装误差1.22 mm与规范规定误差进行对比分析,说明基于PCL的虚拟预拼装技术可以有效完成钢箱节段的预拼装工作,具有结果准确、自动化程度高等优点;吊装有应力状态下的节段控制点竖向位移处于0.08~0.14 mm范围内,结果表明工厂扫描得到的控制点坐标可用于指导实际工程拼装。

武汉光谷高新大道桥钢塔制作关键技术

自21世纪初以来,我国已建成多座大型钢塔桥梁,其制作工艺及相关设备的研发及应用已日趋成熟。随着社会经济的发展,因钢塔具有景观效果良好、现场施工干扰小、工厂化制作等优点,在城市中小跨径桥梁建设中也得到了大量应用。以武汉光谷高新大道桥施工为背景,介绍该项目钢塔结构形式和结构特点,分析钢塔的制作难点,针对外壁板制作、钢塔节段制作、钢塔与横梁段固结、节段整体预拼装等关键技术进行了分析研究,解决了钢塔线形、节段匹配等精度控制难题,有效保证了钢塔的制造和安装质量。

大跨环形矮塔斜拉桥主塔力学性能分析

以大跨度环形矮塔斜拉桥的主塔为研究对象,借助大型有限元程序midas进行了静力及地震动时程分析,通过提取杆系模型中的最不利内力,对索塔锚固区及下塔柱钢混结合段空间应力进行分析。结果表明:1)钢塔在静力及地震工况下强度及稳定均满足要求;2)索塔锚固区及钢混结合段应力状态良好、构造细节处理较为合理。

岩石隧道掘进机不良地质施工处置技术

岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)凭借其高效优质、作业安全等特点在铁路、公路、地铁、水利水电等领域广泛应用,在普通地质环境下推广顺利。复杂地质环境下致灾源多,如硬岩岩爆、软岩大变形、断层破碎带、涌水突泥等不良地质使TBM施工频繁出现围岩坍塌、支护失效、卡机淹井、设备损伤等问题。本文结合工程案例,从超前主动加固、注浆及锚固、管片支护、撑靴加固4个方面总结现有施工技术,以应对TBM穿越不良地质导致的刀盘卡机、护盾抱死、初期支护变形过大、撑靴打滑等问题,提升TBM在不良地质环境下的适应能力,为类似工程提供参考。

盾构隧道下穿城市道路的路面沉降计算方法研究

随着我国城市化进程的不断推进,地下空间的开发和利用越来越受重视,特别是盾构隧道已成为工程建设的重要技术手段。而城市地下环境日趋复杂,市政隧道下穿既有道路的项目愈发常见,研究与之对应的土体位移预测方法对地下空间安全评估至关重要。借助弹性力学中薄壁圆筒的平面模型,构建相应的边界条件,推导出适用于有重地层浅埋圆截面土体沉降变形的计算方法。以中国澳门纯钢纤维混凝土盾构隧道下穿友谊大马路工程为实例,并与不同收敛模式下随机介质理论进行对比验证。研究结果表明:理论公式与土体位移实测值吻合度较高,且略优于随机介质理论的计算结果。理论公式综合考虑了路基土体参数、隧道深径比及施工技术水平等因素的影响,计算结果合理可靠,可为盾构隧道下穿施工诱发土体位移预测提供重要的理论支持。

提高钢板表面缺陷检出率的分割新方法

文中针对传统图像分割方法难以准确分割钢板表面小目标缺陷的问题,提出了一种基于二维灰度直方图反向投影的缺陷分割新方法。该方法无需手工标注大量缺陷样本,利用图像的二维灰度直方图反向投影,提取小目标缺陷轮廓。当图像不具备明显双峰效应时,排除背景像素的干扰,将缺陷轮廓图像进行形态学处理和二值化,实现目标缺陷与背景像素的准确分割。实验结果表明,所提方法在钢板表面缺陷数据集上分割精确度综合评价指标达到92.45%,优于其他先进检测方法。同时搭建实验平台,结果显示在模拟工程实验中所提方法能够准确分割多种缺陷。

爆炸荷载下预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱的动力响应数值模拟

为提升装配式公路桥梁的抗爆防护能力,提出了一种新型预制节段拼装双层钢管混凝土(PS-CFDST)组合墩柱.基于非线性显式动力分析程序LS-DYNA建立了新型PS-CFDST墩柱在爆炸荷载作用下动力响应分析的精细有限元模型,并通过已有试验结果验证了模型的准确性.对爆炸荷载作用下PS-CFDST墩柱的动力响应进行数值模拟分析,研究了PS-CFDST墩柱在爆炸荷载作用下的破坏过程、损伤机理和耗能机制.运用参数化分析方法,研究了爆炸距离、节段数量和预应力水平等关键参数对PS-CFDST墩柱动力响应的影响,并在此基础上提出了PS-CFDST墩柱的抗爆设计建议.结果表明:PS-CFDST墩柱除通过材料塑性损伤耗能之外,节段接缝界面滑移耗能机制对耗能贡献可达40%以上;增大墩柱可接近距离是提升墩柱抗爆安全性的有效手段,增大预应力有利于减小柱中最大水平位移和墩底剪切滑移,从而提升PS-CFDST墩柱的抗爆性能.

盾构法联络通道中提高切削效率的管片弱化研究

盾构法联络通道施工中因洞口处临时管片难以切削,施工中存在掘进周期长、盾机姿态难控制、涌水涌砂风险高等问题,但是关于此问题解决方案的研究目前还很缺乏。因此,本文以天津某地铁盾构法联络通道项目为背景,在保证结构施工及使用期间安全性的基础上,从弱化临时管片的角度出发,提出了3种弱化方式,分别为降低待切管片砼强度等级、减少玻璃纤维筋布筋量以及管片打孔,并利用有限元数值模拟对弱化的可能性及影响进行了研究。结果表明:(1)在3种弱化方式下,特殊衬砌环内力变化规律均为切削区内力减小,钢管片区内力增大,普通衬砌环的内力小幅度提高;(2)临时管片砼强度由C40降到C20后对衬砌环内力影响在15%以内,其中钢管片区内力增加量在5%以内;(3)主筋量减少70%以内对管片内力影响在2%以内;(4)管片内侧打孔使切削区弯矩降低30%左右,孔径与孔深尺寸相同变化量情况下,孔径对于内力影响大于孔深;(5)不同弱化方式弱化后的结构内力均在极限承载范围之内,3种弱化方式均可采用,从施工便利性和安全性角度来看,临时管片砼强度降低方案为最优方案。

污水管道不锈钢内衬法修复关键技术研究

合流污水管道非开挖修复借助地面临排及管道内中导管临排,在保证污水管道正常运营的情况下进行施工作业,采用污水管道不锈钢内衬法修复工艺。污水管道不锈钢内衬法修复是采用奥氏体不锈钢内衬修复管道内壁,然后壁后注浆形成复合内衬的修复工艺,主要研究解决奥氏体不锈钢内衬安装、壁后注浆施工等关键技术。

水中墩台顶短滑道梁上钢梁节段架设技术

依托沪苏通长江公铁大桥辅助墩顶钢梁施工工程,提出水中墩台顶短滑道梁上钢梁节段架设技术,滑道长度显著短于梁段总长,避免了扩大支架范围、设置水中立柱,并通过设置配重水箱及拖拉、顶升设备,在墩顶3个整节段钢梁架设及悬臂端合龙施工过程中,大幅提升了滑道梁及设备利用率,实现了整体姿态和线形的灵活调整。在节段三桁上下弦变形不匹配的条件下通过采用合理的对接方案,可以在提高临时结构利用率、保障安全性的同时,实现节点高效精准对接。

有取向硅钢片开关磁阻电机研究

开关磁阻电机结构简单、可靠性高,已在一些驱动场合得到应用,但为获得更大转矩和开关磁阻电机的双凸极结构,使开关磁阻电机铁芯磁密较为饱和。为提高开关磁阻电机定子磁极抗饱和能力,降低励磁电流,结合开关磁阻电机磁路特点,提出有取向硅钢拼块式定子铁芯结构,利用有取向硅钢材料优异的导磁性能,缓解定子磁极饱和情况,仿真结果表明,有取向硅钢片开关磁阻电机可以降低定子磁极饱和程度、降低励磁电流、减小转矩脉动。

采用钢管榫卯节点连接的节段预制拼装桥墩抗震性能研究

为分析钢管榫卯节点连接构造对节段预制拼装桥墩抗震性能的影响,以福建省某互通立交桥匝道桥为背景进行研究。首先进行钢管榫卯节点连接的足尺节段预制拼装桥墩试设计,采用MIDAS Civil软件建立实桥模型,对试设计的足尺节段预制拼装桥墩开展静力承载力验算;然后按1∶3.75比例缩尺,设计、制作1根整体现浇桥墩(RC)试件和1根钢管榫卯节点连接的节段预制拼装桥墩(PSBP-MTJ)试件,开展拟静力试验;最后对比分析两试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线与延性、累积滞回耗能、刚度退化与残余位移。结果表明:两试件的破坏模式类似,均为整体压弯型破坏,PSBP-MTJ试件塑性铰区因墩底灌浆套筒的存在而上移;两试件滞回曲线饱满无捏缩,耗能能力相当;PSBP-MTJ试件水平承载能力较RC试件提高约19%;PSBP-MTJ试件的拼装节段之间无剪切滑移出现,预应力筋延缓了其刚度退化,显著提高了其自复位性能,其残余位移仅为RC试件的67%,且残余位移与最大位移比值显著小于未采用无粘结预应力筋连接试件。

用于钢铁回收中的目标检测与尺寸估计算法

为解决钢铁回收过程中由于开放式复杂场景而无法准确地获得目标废钢点云进行尺寸估计,文章提出一种基于Mask R-CNN模型预测掩膜自适应颜色阈值的目标点云提取算法。针对Mask R-CNN模型边缘分割的不完整性,通过预测框对点云进行截取,利用自适应颜色滤波阈值对截取的点云进行HSV颜色空间滤波,将非目标点云离散化,最后通过欧式聚类对目标点云进行分割并进行尺寸估计。通过废旧汽车B柱模拟回收场景,获取汽车B柱点云,验证了该算法的有效性。

TBM有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构联合承载力学特性分析

为探究全断面隧道岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构的受荷状态,以榕江―关埠引水工程中Ⅴ类围岩TBM有压输水隧洞段为研究对象,建立内张钢圈-管片-围岩组合结构三维精细化有限元模型,研究内水压力、围岩类型对组合结构力学特性的影响。研究结果表明:采用内张钢圈加固隧洞结构能有效控制隧洞变形,减小管片拉应力及受拉区范围,提高组合结构的承载能力;内水压力作用下管片压应力、竖向变形、接缝张开度、连接螺栓应力、内张钢圈应力、锚杆应力均较无内水压力作用下有所减小,但管片拉应力和接缝错台分别增大了19.68%、39.25%,其主要原因为内水压力作用致使隧洞结构整体呈现向外膨胀,在充水运营期间应加强内水压力作用下的安全监测;在外部水土压力和内水压力共同作用下,围岩类型的改变使组合结构中连接螺栓应力、管片接缝错台、锚杆应力分别提高37.11%、15.29%、14.75%,其主要原因为围岩岩性越差承担荷载能力越弱,在围岩类型的过渡区域应进行重点监测;此外,在外部水土压力和内水压力共同作用下,组合结构中围岩、管片、内张钢圈、锚杆的荷载分担率分别为21.38%、43.08%、24.01%和11.53%,内张钢圈荷载分担率较无内水压力作用提高了34.06%,内水压力作用提高了内张钢圈分担荷载的效果;组合结构中围岩的分担率随围岩类型(Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类)的增加而减小,相同荷载下Ⅲ类围岩的荷载分担率较Ⅴ类围岩提高了16.96%。该研究成果可为类似隧洞工程的衬砌设计及后期加固措施提供理论参考。

地铁隧道钢管片自动焊接技术研究

为解决人工焊接隧道钢管片存在的焊接质量不可控、效率低等问题,对钢管片自动焊接技术进行研究。在传统自动焊接技术的基础上,引入3D机器视觉传感技术对钢管片角接缝进行识别,实现焊接路径的补偿和纠偏;同时,结合钢管片焊缝特征数字模拟、接缝识别编码与焊接工艺,对钢管片自动焊接成型工艺进行优化。研究结果表明:1)在3D机器视觉传感技术辅助下,采用自动焊接技术可以实现对钢管片角接缝的准确识别,与人工焊接相比,自动焊接得到的焊缝外观连续、美观、均匀性好,且焊缝内部无微观裂纹、微气孔等缺陷;钢管片腹式结构底部角焊缝交叉顶角过渡圆滑美观,经0.6 MPa加压保压后焊缝未出现渗水。2)自动焊接试验效率为单工位45 h/块,在保证焊接质量的前提下,通过焊接工艺优化与多机械手协作,自动焊接效率有望提升到20 h/块甚至更高。

钢纤维混凝土管片斜螺栓接头力学性能研究

为探究斜螺栓接头在小直径盾构隧道中的适用性,明晰斜螺栓接头的力学特性及破坏机理,本文以外径6.2 m、厚度350 mm的管片结构为原型,开展4种水平轴力工况下钢纤维混凝土管片斜螺栓接头抗弯性能试验,分析不同轴力水平下管片接头的变形特征及抗弯性能,研究破坏工况下管片接头的承载特性和破坏机理。研究结果表明:管片接头承受的轴力越高,则接头抗弯刚度越高,接缝张开所需弯矩越大,即可通过提高螺栓预紧力或施加环向预应力主动提高接头轴力,以提高接头刚度;密封垫压缩后会造成密封槽处应力集中,设计中应选取匹配的密封垫或优化密封槽构造;破坏工况下,λ达到0.89时接缝顶部产生初始裂纹,最终因接缝顶部混凝土压溃而突然破坏,但斜螺栓未屈服,表明增强顶部混凝土抗压强度和降低斜螺栓插入角对接头承载力的提高是有利的。研究结论可用于指导管片接头设计。

节段料石拼接构造对SCFST柱抗震性能影响有限元分析

为研究节段料石拼接构造对内填料石钢管混凝土(SCFST)柱抗震性能的影响,通过ABAQUS软件建立SCFST柱的数值模型。以轴压比、钢管厚度、料石尺寸、节段料石构造为变化参数,对12个试件进行低周反复荷载作用下的数值模拟。结果表明:内填料石可显著提高试件的初始刚度、承载力及耗能能力,但会导致试件延性系数降低;混凝土强度、轴压比对试件的初始刚度、峰值承载力及耗能能力影响不明显,但对延性系数影响较大;随着料石尺寸的增大,初始刚度基本不变,峰值承载力最多降低17.8%,试件延性系数略微降低,耗能能力显著提高;料石节段布置与料石整体布置试件的初始刚度、峰值承载力基本相当,但延性系数最多降低32.7%,且料石节段间填充混凝土拼接时可显著提高试件承载力。

钢制管片二次衬砌加固效果数值分析

日本许多地下钢制盾构隧道已经超过设计的50年使用年限,多数NTT的通讯、电力管道已经出现了不同程度的腐蚀、漏水。文章以NTT的某条盾构隧道为例建立三维模型,研究了二次衬砌对该隧道的加固作用。结果表明:二次衬砌可以提供较大的承载力,隧道正常使用极限值可以提升约0.6倍,但是隧道破坏形式类似于梁超筋破坏,结构上需进一步优化。