深厚冲积层薄基岩条件下沿空留巷支护技术研究

为解决某矿16041工作面原支护方案沿空留巷变形大、破坏严重难题,提出了顶板采用“16#槽钢梁+注浆锚索”、采空区侧采用“36U型钢+注浆锚杆”不对称耦合支护优化方案,基于理论分析研究围岩结构破坏形式,通过单元荷载法计算了留巷顶板与采空区侧围岩应力,最后开展工业性应用,验证优化后方案的合理性。研究表明:优化后支护方案顶板和采空区侧计算单元面荷载分别为351.85 kPa和206.53 kPa;注浆锚索和注浆锚杆承载力分别为263.89 kN和199.08 kN,均小于注浆锚索(锚杆)极限承载力。根据对留巷数据监测,最大顶板下沉量为35.6 mm,较原支护方案减小了1.40倍;采空区侧最大移近量为29.6 mm,与较原支护方案减小了4.13倍;最大注浆锚索承载力为253 kN,与理论计算值误差为4.1%;最大注浆锚杆承载力为174 kN,与理论计算值误差为12.6%。位移量与支护承载力均在工程允许范围内,优化后方案支护效果良好。

古金赤水河大桥主桥总体设计

古金赤水河大桥主桥为(83.5+173.5+575+173.5+83.5)m半飘浮体系双塔双索面斜拉桥。主梁采用双边主梁断面钢-混组合梁,由工字钢主梁和混凝土桥面板组成,全宽43.8 m,设置裙板抑制主梁涡振。桥塔为下塔柱内收的A形塔,南、北塔塔高分别为217 m和261 m。由于山区超高桥塔塔墩景观效果欠佳,采用超高塔柱无塔墩方案,桥塔采用嵌岩群桩基础;针对山区桥梁养护不便的情况,索塔锚固采用耐候钢钢锚梁;针对剪力钉在拉拔力作用下承载能力降低问题,采用以开孔板连接件为主的钢-混结合构造实现锚梁牛腿壁板与塔壁连接。斜拉索采用公称直径15.20 mm、标准抗拉强度1860 MPa的钢绞线拉索,全桥共4×23对(184根),空间双索面扇形布置。由于斜拉索锚拉板+外置减振阻尼器景观效果不佳,选用全内置减振阻尼器方案。

公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式研究--以赣江公铁大桥西支主桥设计为例

以赣江公铁两用大桥西支主桥设计为例,研究一种适应上层8车道公路、下层对称双线铁路+4车道公路混合布置的主梁断面形式。提出带挑臂双索面箱桁组合断面、带挑臂单索面箱桁组合断面、矩形箱桁组合断面、矩形钢桁梁断面4种主梁断面方案,采用有限元软件分析各方案静动力性能及受力特点,综合考虑方案构造特点、技术指标、工程数量、公铁运营安全、景观效果等,确定该桥选用带挑臂双索面箱桁组合断面。该桥斜拉索最大索力16000 kN,锚固在下层钢箱梁两侧,通过有限元实体分析对锚拉板和钢锚箱式两种索梁锚固形式进行比选研究,钢锚箱形式受力合理、应力水平低、经济性好,设计采用钢锚箱形式。带挑臂双索面箱桁组合断面桥面空间布置合理、下层公铁行车干扰小、梁端竖向变形最小、经济性好,是一种适应公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式。

基于改进NSGA-Ⅱ和IGA-BP神经网络的索梁锚固区结构优化研究

为实现大跨度斜拉桥索梁锚固区钢锚箱的结构优化,依托某大跨度斜拉桥索梁锚固区结构实际工程,提出了一种基于NSGA-Ⅱ算法与IGA-BP神经网络模型的结构参数优化方法。首先基于BP神经网络确定了钢锚箱响应数据预测的拓扑结构,采用自适应交叉变异改进的遗传算法对钢锚箱结构响应神经网络预测模型的权值阈值调参,得到满足拟合精度要求的IGA-BP神经网络预测模型。然后建立考虑结构平均应力和主要板件上峰值应力的数学优化模型,采用改进交叉、变异算子的NSGA-Ⅱ算法设计了钢锚箱结构参数优化流程。最后联合改进NSGA-Ⅱ算法和IGA-BP模型实现了钢锚箱结构参数的优化求解。结果表明:自适应遗传算法对BP神经网络权值与阈值调参的效果良好,相较于标准BP神经网络,IGA-BP神经网络的拟合精度和训练效率均更高;改进NSGA-Ⅱ算法可以实现对钢锚箱结构参数的寻优求解,根据Pareto协调最优解的结果,钢锚箱支撑板与承压板厚度有一定增加,加劲板和锚垫板厚度略微降低;优化后的结构上平均应力降幅约为2.7%,其中承压板应力峰值由200.9 MPa降低至178.1 MPa,降幅约为11.3%,支撑板应力峰值由199.6 MPa下降至179.5 MPa,降幅约为10.07%。优化后结构高应力区域峰值应力明显降低,中等应力区域分布较优化前更大,一定程度上改善了结构应力集中现象,验证了该方法的可行性。

预应力钢锚管注浆锚索边坡加固力学特性

为解决传统预应力锚索在边坡支护应用中存在安全耐久性不足、加固效果有限等的问题,通过室内和现场试验研究了预应力钢锚管注浆锚索力学特性,开发了边坡复合加固方法。研究结果表明,锚索荷载-位移曲线的非线性变化特征更明显;钢锚管的加卸载刚度变化规律不一致,而锚索的加卸载刚度变化均表现为幂函数衰减的规律;钢锚管和锚索的弹性位移随荷载呈线性增长,而塑性位移随荷载呈增长幂函数变化。边坡现场工程试验结果显示,新型加固技术对于不同地质边坡均适用。对于完整地层,锚固结构受力时产生的变形较少且刚度变化不大,不可恢复变形小,边坡变形易达到稳定状态;对于破碎地层,裂隙增加了浆体渗透提高了其与岩土体的黏结强度,增加了锚固力,因而受力时变形大,刚度变化大,产生的不可恢复变形量大,相对于传统锚索支护,新型支护技术能够更好发挥不同结构间的协作。可见新加固方法可为类似工程边坡加固设计提供参考。

掘进巷道过大断层区支护技术

基于阜生煤矿1306运输顺槽掘进过DF7大断层期间围岩出现严重失稳现象,造成顶板支护难度大、破断率高、巷道掘进速度慢等问题,通过技术研究,对原顶板锚杆(索)支护进行合理优化,提出了“桁架锚索+梯形梁钢带+π型钢棚”联合支护技术。通过实际应用效果来看,大断层区支护优化后控制断层牵引导致围岩破碎、下沉现象,锚杆(索)失效率由原来的13%降低为4%,巷道过断层区掘进速度提高至4.8 m/d,取得了显著应用成效。

丹江口水库特大桥桥塔设计

丹江口水库特大桥为主跨760 m的双塔部分地锚式轻型组合梁斜拉桥,采用梁塔分离、梁台固结的结构体系。综合考虑当地人文特色及山水环境特征,桥塔采用下塔柱内收呈倒八字的H形混凝土结构,两岸桥塔高度分别为194.09 m、199.41 m,塔柱采用D形截面,上、下横梁为单箱单室矩形截面。0~13号、14~24号斜拉索分别采用混凝土齿块、钢锚梁锚固于塔端,桥塔下横梁不设置竖向支座,0号斜拉索提供竖向支承。利用有限元软件对桥塔各施工及运营工况进行计算,并对索塔锚固区钢锚梁局部进行精细化分析,计算结果表明桥塔及索塔锚固区钢锚梁各项力学指标均满足规范要求。

佛山同济大桥主桥总体设计

佛山同济大桥主桥采用(200+68+46)m混合梁斜拉桥,塔梁墩固结体系。桥塔采用“佛手”形状的钻石形钢筋混凝土结构,塔高125 m,塔柱采用空心箱形断面,外侧四角倒椭圆弧,基础采用整体式承台+∅2.5 m钻孔灌注桩基础。主梁采用PK断面混合梁,全宽38.6 m(含风嘴),中心线处梁高3.5 m,中跨为正交异性板钢箱梁,钢箱梁顶板U肋采用双面焊工艺,边跨为混凝土箱梁。斜拉索采用标准抗拉强度1860 MPa的高强度低松弛环氧涂层预应力钢绞线。斜拉索塔端采用整体式钢锚梁和混凝土齿块锚固;钢箱梁端采用锚箱式锚固,混凝土箱梁端采用箱外混凝土凸块锚固于风嘴处。边跨混凝土箱梁采用支架现浇施工,主跨钢箱梁采用桥面吊机悬臂拼装。经验算,桥梁结构受力满足规范要求。

大跨度斜拉桥超宽幅箱梁双拉索钢锚箱结构行为研究

斜拉桥索梁锚固结构承受着巨大的动静力荷载,其安全性和耐久性是斜拉桥控制设计的关键点。以宜宾临港长江公铁两用大桥双拉索锚箱式索梁锚固结构(钢锚箱)为研究对象,取该桥塔最大索力处对应的钢锚箱进行1∶3缩尺模型试验,结合有限元计算结果进行对比验证,系统地研究钢锚箱的传力机理;对钢锚箱重要板件进行厚度参数敏感性分析,探讨其对索塔锚固区受力性能的影响。分析结果表明,在屈服荷载下,钢锚箱大部分结构受力情况良好,重要板件应力均处于屈服应力以下,证明结构安全可靠;钢锚箱内部锚腹板厚度对锚箱整体结构应力分布影响较大,随着锚腹板厚度增加,锚箱式锚固构造整体应力分布趋于均匀,峰值应力变小。

钢锚梁力学性能研究及疲劳分析

以某大跨度混凝土斜拉桥为研究对象,采用ABAQUS/CAE建立混凝土斜拉桥索塔锚固区局部模型,在3种工况下进行受力分析,分别研究夏季地表温度偏高时塔壁节段、正常运营状态时钢锚梁结构和斜拉索断裂时钢锚梁结构的应力分布。通过FE-safe疲劳计算软件分析钢锚梁锚固结构的疲劳寿命。结果表明,采用一侧焊接、另一侧螺栓连接方式时,塔壁外侧升温工况下,索塔拉应力变化不明显;不平衡索力工况下,端部横隔板的应力变化较大;断索工况下,断索侧应力急剧下降,未断索侧应力略有增加。随荷载增加,结构的疲劳寿命呈指数形式降低。超载严重影响结构使用安全,桥梁运营期间应加强结构的疲劳损伤监测。

小康煤矿工程软岩劈裂灌浆加固技术

根据小康煤矿地应力测定结果,对软岩巷道压力进行了力学分析,并对工程软岩劈裂灌浆加固的可行性进行计算分析。针对现有劈裂灌浆技术注浆范围小、注浆深度浅,加固围岩范围有限的问题,创新应用中空注浆锚索替代原钢管注头向帮、顶板实施劈裂注浆,实现了锚索的全长锚固和灌浆范围的加深加大。针对局部巷道底鼓的问题,创新应用底角钢管混凝土技术,对底板进行加固,形成钢管混凝土抗剪结构,控制底鼓。

复合土钉墙支护技术在软土地区深基坑支护施工中的应用研究

在软土地区深基坑支护施工过程中,由于地质自身的抗剪强度较低,导致基坑的变形情况较为明显,为此,提出复合土钉墙支护技术在软土地区深基坑支护施工中的应用研究。考虑到在开挖过程中,边坡的变形和位移发展速度较快,通过土钉+预应力锚杆来增加边坡的整体稳定性及变形,土钉和锚杆按照错位排布的方式布置。对坡面布置钢筋网片,并进行C30混凝土喷射处理,使基坑表面形成厚度在100 mm~200 mm的混凝土层。土钉和锚杆通过槽钢腰梁与坡面结构连接,形成一个整体。在测试结果中,基坑在水平方向上的最大位移仅为20.08 mm,竖直方向上基坑的最大位移也仅为11.42 mm,均明显低于对照组。

三软煤层综采工作面超前异型上架钢棚支护技术

针对嵩山矿2200工作面运输巷后期受采动影响剧烈,断面收缩非常明显,需多次翻修等问题,以嵩山矿2200工作面运输巷沿空留巷工程条件为背景,使用36U型钢棚替代Π型钢梁支护,再以打设锁梁锚索,在顶梁两侧各施工1根锚索(?21.6 mm×5.5 m),配合卡缆前盖进行加固顶梁,36U型钢棚支护配合锚索+锁梁锚索为主要研究点,通过现场典型工业性试验印证支护技术是否先进,支护参数是否合理,并可运用工业性试验的反馈信息进一步优化巷道支护参数,找到嵩山煤矿工作面超前段最优支护参数,以便全矿推广应用。研究减少了维修巷道工程量,减少了围岩松动圈的扩大,维修费用具体减少了385万元,减少了一个替棚茬口,为采煤工作面上、下三角区顶板的控制创造了条件。

G3铜陵长江公铁大桥桥塔设计

G3铜陵长江公铁大桥主桥为主跨988 m斜拉-悬索协作体系桥。江北、江南侧桥塔塔高分别为228.5、222.5 m,结构尺寸大,受力复杂,考虑桥塔受力、施工便捷性及主缆与斜拉索面协调布置等,确定采用C60混凝土门形桥塔。桥塔由上、下塔柱和上、下横梁组成,塔柱和下横梁为单箱单室截面,上横梁为开口槽形截面,索塔锚固区采用钢锚梁+混凝土齿块组合的索塔锚固结构,桥塔顶部主索鞍局部承压区采用间接钢筋网片加强并预留索鞍预埋件的布置空间。设计过程采用BIM技术优化局部设计细节,钢锚梁及钢牛腿等钢结构和混凝土结构外表面均采用防腐涂装体系进行耐久性设计。采用MIDAS Civil软件对桥塔整体受力进行分析,并对槽形断面上横梁基于经典理论、规范验算、实体有限元模型论证其结构安全性;基于ANSYS板壳有限元模型,研究不同板厚下钢锚梁锚下加劲板剪应力集中系数,以指导钢锚梁加劲板设计。桥塔塔柱采用支架法和爬模法施工,上、下横梁均采用支架法与塔柱异步施工。

蠕动变形围岩联合支护及应用效果分析

为了防止王家岭煤矿18109预抽巷兼作回风顺槽期间受二次采动影响,围岩出现不连续破碎、断裂现象,对原顶板采取锚杆支护,并提出了“注浆锚索+双梁钢棚”联合加强支护技术。通过实际应用效果来看,工作面在后期回撤过程中大大降低巷道围岩二次采动影响,围岩收敛、底鼓现象得到了有效控制,取得了显著应用成效。

澄江大桥主桥结构总体设计

澄江大桥作为即将落成的跨江建筑,承载了交通通道的运输功能,也是赣江乃至整个泰和县景观的一部分。设计选用空间索面自锚式悬索桥方案,通过主桥结构体系比选,选取了最合理的全漂浮体系;通过对主梁钢箱梁、组合梁不同材质下的结构受力分析,钢箱梁受力好,施工速度快,本次采用钢箱梁结构。主桥采用钢筋混凝土异型索塔,顺桥向呈稻谷造型,主墩对比了直径2.0 m和2.2 m两种桩径下群桩基础布置方案,综合基础受力与经济性,确定主墩桩基布置采用16根直径2.2 m群桩基础。

大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构型式的比较

介绍了大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构的 4 种常见连接型式:锚箱式连接、耳板式连接、锚管式连接与锚拉板连接。结合具体工程实例,对上述 4 种索梁锚固结构进行了静载试验和理论分析,详细比较了 4 种锚固结构的传力机理、应力分布、应力集中现象,以及改善应力分布、减小应力集中现象的一些措施,得到一些有益的结论,供桥梁设计者参考。

独塔斜拉桥钢桥塔锚固区钢锚箱应力分析

为研究钢桥塔锚固区钢锚箱结构的受力特性及其传力机理,以天津市蓟运河大桥(钢箱梁独塔斜拉桥)为工程背景,基于有限元软件ANSYS 14.0,采用等效板厚法,建立了2个(S1号索和S13号索)钢锚箱结构的全实体单元有限元模型,对其应力分布、索力传递路径以及焊缝传力机理进行了分析。结果表明:钢锚箱各板件Von Mises应力均小于200 MPa,满足规范要求;由承压板、承剪板和加劲板共同构成的闭口箱形截面钢锚箱可以顺畅地传递斜拉索索力;S1号索、S13号索钢锚箱模型的钢锚箱分别表现出梁式和柱式锚箱的受力特性;柱式锚箱承剪板长度选取不宜过长,该桥S13号索钢锚箱承剪板长度最终取为1.4m。

常泰长江大桥主航道桥结构体系及钢梁设计

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m的公铁两用斜拉桥,上层为高速公路,下层为城际铁路与普通公路(采用非对称布置)。该桥首次采用温度自适应塔梁纵向约束体系,该体系采用塔梁分离、塔墩固结形式,塔梁之间设置支座和纵向阻尼器,有利于降低梁端位移和桥塔内力;辅助墩采用压重+锚索方案,以消除活载负反力。主梁采用N形桁式两主桁钢桁梁结构,桁宽35 m,有利于控制偏载对结构线形的影响,主桁及桥面系构件采用Q500qE、Q420qE、Q370qE钢;主桁上、下弦杆件采用箱形截面,腹杆采用箱形、H形或王字形截面;主桁节点处设置组合式横梁;上层桥面采用纵横梁体系正交异性桥面板,与主桁形成板桁组合结构;下层桥面采用整体钢箱桥面,与主桁形成箱桁组合结构;索梁锚固采用双腹拉板式钢锚箱结构。整体结构及桥面系局部分析结果表明,结构设计满足规范要求。

武汉青山长江公路大桥北塔施工关键技术

武汉青山长江公路大桥主桥为主跨938m的双塔双索面全飘浮体系斜拉桥,北塔采用A形钢筋混凝土结构,塔高279.5m,由下塔柱、中塔柱、上塔柱、上横梁及塔冠等部分组成。北塔塔柱分为49个节段,标准节段长6m,采用液压爬模施工。施工时,在塔柱内设置劲性骨架,并在两塔肢间设13道临时横撑,按施工阶段对塔肢进行主动顶推。塔柱采用C55高性能混凝土,利用超高压泵将混凝土一次泵送到位。上横梁高6m,采用支架法施工,上横梁混凝土分2层(每层高3m)与两侧塔柱混凝土同步浇筑;钢锚梁采用10 000kN·m的塔吊整体吊装;上塔柱锚固区环向预应力采用深埋锚工艺施工。