Real-Time Temperature Control for High Arch Dam Based on Decision Support System

It is important and difficult to control the temperature of mass concrete structure during high arch dam construction.A new method with decision support system is presented for temperature control and crack prevention.It is a database system with functions of data storage,information inquiry,data analysis,early warning and resource sharing.Monitoring information during construction can be digitized via this system,and the intelligent analysis and dynamic control of concrete temperature can be conducted.This method has been applied in the construction of the Dagangshan Arch Dam in China and has proven to be very convenient.Based on the decision support of this system and the dynamic adjustment of construction measures,the concrete temperature of this project is well-controlled.

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。

托顶煤巷道锚固“梁-拱”结构分类及顶板冲击失稳机制

我国煤矿托顶煤巷道冲击地压频发,且冲击动载下顶板灾害尤为严重。为探究托顶煤巷道顶板锚固结构类型和冲击失稳机制,以陕西某矿301工作面回风巷道大面积冲击垮顶为工程背景,运用相似实验、理论分析及数据统计等方法,分析了托顶煤巷道围岩应力、位移和巷表加速度的动载响应特征,研究了顶煤厚度与支护构件影响下顶板锚固结构的分类特征,探究了弹性波下托顶煤巷道的应力响应机制,提出顶板锚固“梁-拱”结构的冲击失稳机制,评估了301工作面回风巷道的抗冲能力,并提出了相应的抗冲支护优化方案。结果表明:①冲击动载下托顶煤围岩应力和位移等监测数据验证了顶板存在内、外层的梁或拱形锚固结构,因顶煤厚度增加,顶板内层锚固结构存在由“梁”向“拱”的转换;②基于顶煤厚度与支护构件相对关系,将顶板锚固结构划分为薄顶煤的“叠加梁-拱”、厚顶煤的“组合梁-拱”和特厚顶煤的“组合拱”,建立了厚煤梁由“梁”向“拱”转化的临界厚度指标;③顶板锚固梁结构和锚固拱结构的冲击失稳机制为动静载荷下分别达到其拉伸、剪切强度极限后破坏,锚固“梁-拱”结构对冲击载荷的放大效应受其尺寸影响明显;④特厚顶煤的“组合拱”结构中内层拱承载强度较低,可增加锚杆长度提升内层拱厚,对应的“组合拱”结构的承载能力上升明显,与抗冲能力评估结果相符。

不等跨十车道四连拱隧道施工全过程支护结构受力特征现场测试研究

多连拱隧道开挖洞室多、跨度大,施工过程中荷载转换频繁,支护结构受力特征复杂,对多连拱隧道支护结构受力开展现场测试研究具有重要意义。依托长沙观音岩不等跨四连拱隧道工程,选取典型断面对各洞室初支钢拱架、二次衬砌结构进行施工全过程应力监测,以获得复杂施工步序下支护结构受力特征。测试结果表明:观音岩隧道施工中,先行主洞较后行洞室承担的围岩压力更大,右主洞、左右辅洞开挖顺序居后,施工扰动次数较少,支护结构内力较小;各洞室中,初支钢拱架内力整体均呈“左小右大”的非对称分布特征,其最大轴向压力402.71 kN、最大弯矩7.97kN·m出现在左主洞的右拱脚处,二衬内力整体非对称程度较低,只以左主洞呈显著非对称分布,其余洞室呈整体对称分布;先行左主洞支护结构的内力扰动主要由受后行邻洞的开挖影响所产生,后行右主洞、左辅洞开挖支护阶段,左主洞初支钢拱架、二衬结构绝大部分位置其内力增量超过总增量的一半;采用“先主后辅,左主先行”施工方案,施工全过程支护结构的安全性均满足规范要求,支护结构设计和施工措施合理。研究成果可为复杂条件下多连拱隧道的设计与施工提供借鉴。

圆形抗滑桩-拱形挡土板支挡性能与参数分析

为规避当前施工方法的不足,发展安全、高效和可靠的施工方法。依托东北地区某高速铁路路堑边坡工程,采用适于机械钻孔的圆形抗滑桩代替现行矩形抗滑桩,预制拱形挡土板,本文提出一种新型拱形板-桩墙支挡体系;并构建有限元模型,分析桩长、桩径、桩间距以及拱形挡土板矢跨比对新型拱形板-桩墙支挡体系支护性能的影响;揭示不同参数下桩顶水平位移与桩身内力的变化规律。研究结果表明:桩长与桩身弯矩和剪力大小呈正相关关系,与桩顶水平位移呈负相关关系。桩长超过14 m时,其对桩顶水平位移、桩身弯矩和剪力的影响效应明显减弱;随着桩间距增大,桩顶水平位移增大但变化幅度逐渐减小。拱形挡土板矢跨比增大时,桩顶水平位移、桩身弯矩和剪力均减小。影响拱形板-桩墙体系支挡性能的因素依次为桩间距、桩长、桩径和矢跨比。研究结果为圆形抗滑桩-拱形挡土板支挡体系在实际工程中的应用提供新思路。

下承式钢箱提篮拱桥拱肋拼装支架方案研究

以绵阳科技城大道涪江大桥为工程背景,采用数值模拟对拱肋的拼装支架方案进行比选。针对直立支架与斜支架方案,分别建立了有限元模型,分析了施工过程中结构的稳定性。结果表明,采用直立支架拼装拱肋,拱肋易发生侧向失稳,不满足工程要求。研究采用斜支架,因其结构稳定性较好,关键施工阶段的稳定系数均大于4.0,满足要求。依据稳定性分析结果,同时考虑2种方案的施工难易程度,进一步提出了斜支架与直立支架组合的方式进行拱肋拼装,并介绍了该方案的施工要点及流程。采用此方法,成功完成了涪江大桥的拱肋拼装。

桩承式加筋垫层路堤荷载分担改进计算模型

桩承式加筋垫层路堤中的关键荷载传递机制是多种现象的组合,包括路堤填土中的土拱效应、加筋垫层的张拉膜效应和地基土的支撑作用,然而,目前针对此方面的研究尚不完善。本文首先以考虑土体被动土压力发挥程度及桩间土应力非均匀分布改进的Hewlett土拱模型为改进载体;其次,假定加筋垫层为上、下部受均布荷载作用的简支梁,截面拉应力完全由加筋体承担,压应力完全由垫层材料承担,同时考虑地基土反力与梁最大挠度相关,引入地基反应系数,从而建立改进的桩承式加筋垫层路堤荷载分担计算模型;最后,通过工程实例与模型参数分析,验证本文计算模型的可靠性与准确性。研究结果表明:在路堤填筑过程中,土拱效应逐渐完全发挥,促进路堤荷载向桩体转移;随着地基土固结,桩体承担的路堤荷载也在逐渐增大;路堤填土高度、填土内摩擦角、桩间距对桩体荷载分担影响较大,加筋体抗拉模量对其影响较小。

高速铁路小角度跨越高速公路桥梁方案研究

新建广州至汕尾高速铁路跨越深汕西高速公路,高速铁路与高速公路夹角仅为26°。为了确定高速铁路跨越高速公路桥梁的合理设计方案,从功能要求、受力性能、轨道平顺性、经济性能、施工对高速公路的干扰、运营期维养等方面进行综合比选。研究结果表明,主跨160m的拱承斜拉桥为该桥的合理桥式方案。通过结构体系、拱塔轴线线形、拱塔截面型式等方面的研究,确定了拱承斜拉桥的合理结构方案。

软弱土层的连拱隧道超前支护有限元分析及施工控制

以江苏某地铁站暗挖换乘通道下穿城市引桥工程为背景,研究连拱隧道穿越软弱土层超前支护施工控制问题,提出连拱隧道超前支护施工控制方法。采用MIDAS-GTS NX建立原始土层和全断面深孔注浆加固+超前小导管支护两种工况下连拱换乘通道的三维实体模型,分析通道开挖施工产生的地表沉降、拱顶沉降及对引桥的影响;根据有限元分析模型,确定连拱隧道超前支护注浆液的类型为AC液体、C液V(水玻璃)∶V(水)=0.6∶0.4,初始压力为0.30~0.75 MPa,终止压力为0.5~1.0 MPa,单位长度的注浆量为0.283 m^(3)。研究结果表明,注浆试验段开挖施工完成后,地表沉降最大值为5.57 mm,小于设计要求的沉降控制值10 mm,超前支护效果良好,能够有效提高连拱隧道加固效果。

大跨度钢箱系杆拱桥减隔震措施对比研究

以某跨河大跨度钢箱系杆拱桥为研究对象,研究不同措施下桥梁的减隔震性能。通过“m”法,利用桥梁有限元软件Midas Civil进行动力分析;通过人工合成地震波,采用FDB模型、粘滞阻尼器MAXWELL模型进行模拟,对大跨度钢箱系杆拱桥进行非线性时程分析,对比分析摩擦摆支座、速度锁定器、拉索减震支座的减震效果。研究结果表明:三种减隔震措施下,墩柱所受的轴力差异较小,摩擦摆支座及拉索减震支座所受的剪力、弯矩差异较小,速度锁定器作用下,墩柱所受的剪力及弯矩差异较大。通过对比分析,选用摩擦摆支座能较好地满足工程需求,减震效果良好。

考虑刀土摩擦的砂土盾构隧道开挖面支护压力计算方法

确定盾构隧道开挖面极限支护压力是隧道工程中的核心问题之一。现有研究一般忽略盾构刀盘与主动极限状态时开挖面前方失稳土体间的摩擦效应,导致计算结果偏保守。为了解决此问题,首先,基于梯形楔形体模型,考虑盾构开挖掌子面与前方被切削土体之间的竖向摩擦力、楔形体与上方土柱之间因相对错动引起的横向摩擦力以及隧道埋深对极限支护压力的影响,推导了砂土地层盾构开挖面的极限支护压力计算公式;其次,通过与其他理论方法及试验结果进行对比,验证了本文方法的合理性;最后,讨论了刀土摩擦力在不同工况下对盾构开挖面极限支护压力的影响规律。研究结果表明:在其他参数不变时,开挖面极限支护压力随着刀土外摩擦角增大而逐渐减小,与刀土外摩擦角近似呈线性关系;刀盘土体间摩擦力对维持盾构开挖面稳定具有有利影响,对开挖面极限支护压力的影响不可忽略;适当增大刀盘与前方土体间的外摩擦角可有效增加开挖面的极限稳定性;刀土摩擦力对浅埋情况的盾构隧道开挖面极限支护压力的影响要明显比深埋情况的影响大,在选择盾构掘进刀具时应重点考虑埋深的影响。

桥梁钢管拱安装施工技术研究

某钢管混凝土系杆拱桥主跨100m,采用先梁后拱法。结合施工现场情况,钢管拱采用吊装配合支架法安装施工。文章重点介绍了钢管拱节段划分、吊装设备选用、临时支架设计、安装步骤、线性控制等内容,可为类似条件下的系杆拱桥钢管拱安装施工提供参考。

基于压力拱发展规律的隧道初次支护时机研究

本文依托济莱高铁宅科隧道工程,利用现场监测和FLAC 3D数值模拟的方法,基于隧道应力传递路径的改变探究压力拱形成机制和分布范围,得出隧道纵截面压力拱形态特征图,引入位移完成率衡量围岩的开挖扰动程度,建立位移完成率和应力释放率的对应关系,得到最优初次支护时机。研究结果表明:在隧道开挖过程中,上部围岩中应力逐渐偏转,围岩荷载逐渐向四周传递,最终达到新的应力平衡状态,即在隧道四周产生形成封闭环状应力现象的压力拱;隧道仰拱靠近拱脚部位围岩产生应力集中,在1.8 D(D为隧道截面宽度)范围内的围岩均参与成拱效应,承担隧道拱部上方的围岩荷载;对塑性区体积率进行计算与分析,认定70%~80%应力释放率较为缓慢,应作为最佳初期支护时间点;在开挖时隧道初期支护滞后于掌子面的距离宜控制在4.3~7.6 m。

大矢跨比钢箱拱肋拼装施工关键技术研究

钢拱桥造型奇特形式优美,深受各位工程师的青睐,也是各位学者的热点研究对象。该文以石家庄市复兴大街市政化改造泊水湾公园特大桥项目为例,对钢拱肋的拼装施工关键技术进行研究,主要包括钢拱肋拼装施工的临时支架措施、钢拱肋拼装施工的起重设备选择和钢拱肋拼装施工的吊装。在整个拼装过程中,要保证构件对接口的精度问题,尽量避免在后面的提升施工中出现无法与拱脚进行顺利对接的情况,为相关工程的施工提供可靠建议。

大跨度钢管拱肋提升技术研究

钢管拱肋作为大跨度梁拱组合桥的关键设计部位,其施工过程及受力性能关系到全桥结构的安全。通过跨越太浦河航道180 m钢管混凝土拱桥拱肋整体提升施工的研究,合理布置了拱肋安装支架及提升支架,并采用Midas Civil有限元软件对拱肋架设及整体提升过程中支架的受力及稳定性进行分析。结果表明:各施工阶段支架的强度和刚度满足要求,整体结构具有良好的稳定性,可为后续工程施工提供经验。

某带钢拱的超限高层建筑结构设计

项目位于高烈度地区,存在扭转不规则、偏心布置、楼板不连续、尺寸突变和局部不规则。针对上述不规则项采取了专项分析,同时制定了合理的结构性能化目标,进行计算分析验证结构性能。裙房存在26m×41m的大跨空间,采取了钢拱结构形式,并通过参数化技术优化钢拱的几何形状,改善了结构受力,对于钢拱结构进行了弹塑性、舒适度、竖向地震、节点、稳定性施工模拟专项分析。同时比较了钢拱在增加拉索的方案中,可减少水平地震力引起的拱结构内力,但反应谱法无法考虑拉索受压索力退出工作的情况,其计算方法需进一步的研究,但类似工程可考虑时程分析计算结果后调整相关杆件的内力设计方法。

基于对数曲线和塌落拱组合的砂卵石隧道开挖面稳定分析

合理的支护力对于砂卵石土隧道开挖面的稳定性至关重要。借助已有对数螺旋曲线破坏模式,将塌落拱模型与极限分析法结合,建立砂卵石隧道开挖面破坏模型,并提出适用于砂卵石隧道的开挖面极限支护力计算方法。然后,将本文理论解析与数值模拟、已有理论进行对比,获得不同内摩擦角和黏聚力下的破坏区域。最后,利用理论解析与数值模拟方法对北京某盾构隧道进行开挖面稳定性分析。结果显示,本文解析解与已有研究获得的极限支护力吻合较好,计算便捷,精度较高。极限支护力随着内摩擦角的增大呈非线性减小,且在摩擦角较小时,极限支护力对内摩擦角变化更为敏感。极限支护力随着黏聚力的增大呈近似线性减小。当埋深比较小时,其对极限支护力有着较为明显的影响。当C/D>1.0时,隧道埋深的增加对极限支护力的大小没有明显影响,摩擦角对破坏区域有非常明显的影响。随着内摩擦角的增大,破坏区域显著减小。黏聚力对破坏区域的影响非常小,即不同黏聚力下耗能面的大小几乎不变。针对北京某盾构隧道计算可以发现,基于极限分析法提出的破坏模式优化塌陷范围及形状后,使得破坏模式更加合理,同时破坏范围更大,取得了很好的工程应用效果。

初支拱盖法主动支护技术下的开挖工序优化研究

结合青岛中硬岩地质的突出特点,运用主动支护理念采用预应力锚杆快速对车站隧道拱部形成支护体系,在初支拱盖法传统开挖分部的基础上,充分利用围护自稳能力,进一步优化开挖分部,释放出新的作业空间,大幅提高了支护效率,缩短了初支封闭成环的时间。同时研究主动支护技术下分部建立承载体系与整体建立承载体系的受力状态,依托具体工程优化锚杆、钢筋网、喷射混凝土、钢架的施工顺序,为预应力锚杆的施工、预应力的施加、后期损失以及预应力的长期监测创造有利条件。

桩承式路基双向受荷桩设计分析方法研究

研究目的:为系统研究桩承式路基双向受荷桩工作机理及设计分析方法,确定水平荷载以及桩体轴力共同影响下的双向受荷桩承载关键影响因素,综合运用线弹性、水平土拱、弹性地基梁等基本理论以及有限差分方法,建立并求解桩承式路基双向受荷桩内力变形分析模型,揭示水平地基系数、桩体轴力、边界约束及桩长等因素对双向受荷桩变形及内力的影响规律,形成完整的桩承式路基双向受荷桩设计分析流程。研究结论:(1)桩承式路基路堤范围内桩体处于弯压受力状态,表现为双向受荷被动桩承载特征,通过水平土拱以及有限差分法可实现双向受荷桩内力与变形的精确计算;(2)“m”方法关于双向受荷桩内力变形的分析结果偏于安全,层状地基分段“K”方法能更好地体现地基软弱夹层的影响;(3)桩体轴力对双向受荷桩承载性能的影响很小,桩承式路基双向受荷桩设计中可不考虑桩体轴力大小及分布形式的影响;(4)桩顶约束对双向受荷桩承载性能的影响高于桩端约束,桩端可统一采用自由约束边界,桩顶嵌固约束可引起桩顶内力的较大集中;(5)桩体长度对双向受荷桩承载性能的影响存在限值,桩端一般应超过桩体水平荷载最大的区域,应避免出现短柱桩承载情形;(6)本研究结论可为桩承式路基双向受荷桩设计提供理论支撑和方法依据。

桩网结构路基动静承载性状分析

为研究桩网结构路基在静动荷载作用下的承载性状,采用有限元分析方法对桩网结构路基在静动两种荷载下的承载特性、荷载传递机理、土拱形成及发展规律进行了数值计算。通过分析静动两种工况下桩土应力、桩周土压力分布、桩土应力比及土拱效应,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:静载作用下基桩轴向应力约为400 kPa,最大土压力出现在路基中部,且沿路基横向向外逐渐减小;动载作用下沿路基横向布置的桩体的动应力在埋深方向呈先增大后减小趋势,其竖向应力最大值约为静载下的160%;动载下路基内部土拱效应较静载有大幅削弱,其中削弱最大的为四桩中心处的空间土拱效应,其桩土应力比约为静载的29.3%。