不同结构因子下带连廊高层建筑外墙火竖向蔓延数值模拟

目的 研究带连廊高层建筑发生火灾时火焰蔓延的变化规律,为该类建筑的防火设计提供参考。方法 应用火灾数值模拟软件FDS建立一个33层带连廊建筑模型,分别改变结构因子、窗口数量两种因素进行模拟,分析该模型在不同条件下的温度分布等温线和温度曲线。结果 结构因子为0.4、0.8、1.2,窗口数量为二、三、四时,达到危险温度540℃,火焰融合高度随结构因子和窗口数量增加而上升;随着结构因子的增加,火焰融合高度提高了0.25~12.5 m;随着窗口数量的增加,火焰融合高度上升了0.9~6.37 m;结论 带连廊高层建筑外墙火焰蔓延高度受结构因子和窗口数量影响;随着窗口数量增加,结构因子对火焰融合高度影响越大,结构因子越大,火焰融合高度越高;建议带连廊高层建筑连廊部分结构因子小于0.8,并选用结构因子为0.8时的火焰融合高度作为外部蔓延防火阻隔区高度。

隧道-土-桥桩相互作用体系振动台试验与数值模拟研究

以大连实际工程为背景,通过振动台试验研究了双隧道-砂土-桥桩系统在地震作用下的动力相互作用(SSSI),得到结构、场地的动力响应规律,并与ABAQUS数值模拟结果进行对比。数值模型引入Kelvin本构模型子程序,利用等效线性方法处理砂土在计算过程中的非线性问题。将试验结果与数值模拟结果进行对比,验证了数值模拟的可靠性。在此基础上设计了8种工况,通过对比分析研究了体系内各结构之间的相互作用规律。结果表明,隧道会放大桥桩、临近隧道的峰值加速度,而桥桩却会对侧穿隧道的峰值加速度起到减弱作用;隧道与桥桩的存在均会增大彼此的截面剪力与弯矩,其中受影响的区域主要集中在隧道上下拱,桥桩的桩底与桩-土交界面。

含断层构造露天边坡变形破坏特征及稳定性研究

为了探究断层构造对露天边坡变形破坏特征及稳定性的影响,采用遥感影像、现场调查与数值模拟研究手段开展了含断层构造的露天边坡变形破坏特征及安全系数计算研究,并进行了边坡变形破坏发展分析,揭示了含断层构造露天边坡变形破坏特征规律。结果表明:露天采场北部边坡产生滑塌灾害是断层构造(内因)、井下矿体开采卸荷(外因)共同作用的结果。在地下矿体开采扰动与F15断层切割的作用下,边坡易形成沿断层构造滑坡垮塌并不断扩大滑塌区域。F15断层构造以上坡体的变形位移相对较大,且沿F15断层构造向东部沟谷发展,F15断层构造改变了北部边坡上部坡体的变形破坏趋势。露天采场边坡安全系数为1.45时,潜在滑动面为F15断层构造;北部边坡沿断层构造尚未出现大变形。

深厚软土地区倾斜桩组合支护基坑稳定性研究

倾斜桩组合支护是一种新型基坑支护形式,适用于大面积无内支撑的基坑。本文依托天津市某倾斜桩支护基坑项目,设计6种预制桩支护对比结构,其中4种为倾斜桩组合支护,进行基坑开挖大型现场试验,量测分析周边不同环境下各组合结构支护基坑的变形情况,并运用Plaxis 3D有限元软件进行基坑安全性分析。结果表明:不同形式的倾斜桩组合支护中,内斜直组合桩身位移最小,支护效果最优;基坑周边存在超挖等不利因素时,倾斜桩组合支护的刚架效应、斜撑效应与重力效应决定其依旧能较好地发挥自身稳定作用;软土蠕变对斜桩基坑支护影响亦不容忽视,开挖至坑底时,应及时施工垫层和底板;数值模拟分析发现倾斜桩组合支护基坑安全系数及临界破坏形态受超挖影响小于常规排桩支护,小幅超挖对基坑的稳定性影响较低。

地下空间斜柱受力置换过程的监测及数值模拟

由于斜柱整体较长、自重大且受施工条件的限制,项目施工采用分批分级的临时支撑体系到斜柱结构体系的受力置换施工方法。为保证置换过程中斜柱的受力安全,运用自行搭建的斜柱置换监测平台对12和13轴斜柱在置换过程中的斜柱轴力、斜柱内型钢应变和钢筋应力进行实时监测。采用ABAQUS有限元软件模拟分析了置换作用下型钢和钢筋的应力变化,并将模拟值与监测值进行了对比分析。结果表明:12和13轴斜柱在置换过程中的轴力变量均较小;斜柱的型钢应变变量最大不超过26.99×10^(-6),钢筋应力变量最大不超过4.75 MPa;各部件应力均在较小的范围内波动且数值较小,有限元模拟计算值与监测值的变化趋势基本一致,且两者数值相差较小,表明所建立的斜柱有限元模型能较好的反映置换过程中斜柱的受力变化。

半分离式斜腹板双箱梁大跨单肋拱桥颤振临界风速分析

为研究低扭弯频率比大跨度桥梁的颤振性能,以某主跨180 m的半分离式斜腹板双箱梁大跨单肋拱桥为背景(主梁扭弯频率比接近1.0),进行颤振临界风速分析。采用有限元法分析该桥动力特性,计算桥梁颤振稳定性;对比《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01—2018)推荐的3组理想平板颤振临界风速估算公式,基于Scanlan半逆解法的理想平板颤振临界风速,考虑主梁形状与攻角修正系数确定颤振临界风速范围;采用强迫振动数值模拟识别颤振导数,获得精确颤振临界风速,进一步计算半分离式斜腹板双箱梁的形状和攻角系数。结果表明:该桥主梁扭弯频率比较低,颤振稳定性低于500 m级大跨度双肋拱桥;规范推荐的理想平板颤振临界风速估算公式在小扭弯频率比时差异较大;半分离式斜腹板双箱梁形状修正系数小于分离式双箱梁而大于P-K梁、带斜腹板箱梁,攻角修正系数略大于这3种形式主梁。

主桁倾角对倒梯形钢桁梁气动特性的影响分析

针对主桁倾角变化对倒梯形钢桁梁气动特性有较大影响的问题,以某公铁两用连续钢桁梁为例,针对不同的主桁倾角,采用计算流体力学(CFD)的方法建立简化的三维分析模型,对钢桁梁节段进行风场模拟,分析不同主桁倾角下的钢桁梁断面静风气动力系数、涡振性能以及流场特性的差异。结果表明:升力系数和力矩系数受主桁倾角变化影响明显,主桁倾角为10°时,钢桁梁的升力系数较优,此时钢桁梁承受较小的竖向风荷载;主桁倾角为0°时,钢桁梁的力矩系数较优,此时钢桁梁承受较小的扭转风荷载;主桁倾角对钢桁梁在0°和6°风攻角条件下的涡激性能影响明显,涡振性能在主桁倾角为2.5°和5°时较优;随着主桁倾角的增大,钢桁梁内部风速存在的减速现象减弱,有利于内部行车稳定;主桁倾角的变化对湍动能的分布影响明显,随着主桁倾角的增大,钢桁梁内部湍动能的增大效果减弱,而钢桁梁背风侧湍动能的增大效果加强;通过综合对比多类气动特性,主桁倾角为5°的钢桁梁的气动特性较优。研究得出了主桁倾角变化对倒梯形钢桁梁主梁气动特性和空间流场特性的影响规律,可为后续钢桁梁的抗风设计提供参考。

倾斜地层孤岛工作面巷道管索组合结构支护技术研究

针对倾斜地层孤岛工作面支护难题,以庞庞塔煤矿输送机大巷为工程背景,采用数值模拟方法研究倾斜地层孤岛工作面的应力分布情况,发现垂直应力和水平应力呈双峰分布。巷道在孤岛工作面、巷道形状等因素的影响下围岩呈非均匀变形。对C形管抵抗的剪切荷载进行计算后,针对原支护方案中的不足,提出了管索组合结构的支护补强方案。研究结果表明,采用管索组合结构支护技术后,巷道变形得到了有效控制。

济南地区土岩二元结构边坡加固设计及稳定性研究

我国城市化建设不断发展,出现了大量覆盖土+下覆风化岩的二元结构边坡,但对于此类结构边坡的整体稳定性分析及支护设计理论体系方面研究较少。为此,以济南地区蒋山山体加固项目为研究对象,在分析现场施工条件、边坡高度及周边环境的基础上,提出了桩板式挡墙+预应力锚索+岩石锚喷的组合结构工程设计,成功地解决了济南地区土岩组合边坡土体易失稳、支挡结构变形较大和施工过程安全性差等支护难题。同时结合MIDAS/GTS有限元软件,对既有边坡的稳定性进行了分析,并从应力场、位移场及整体稳定性系数3个方面研究了土岩二元结构边坡滑移面位置及破坏机理。研究结果表明:既有边坡整体稳定性系数为1.22,属于基本稳定状态;随着施工工况进行,下覆灰岩薄弱面发生应力集中现象,边坡潜在滑移面的工程规模则随着加固措施的进行得到了有效的抑制;坡顶及坡脚位置处位移逐渐减小,而最大位移量位于边坡中部的土岩交界面附近,位移值14.64mm;通过边坡加固设计方案,土岩二元结构边坡整体稳定性系数提高至1.55,属于稳定状态,达到了规范要求。

细水雾抑制矿井倾斜巷道火灾数值模拟研究

为探究倾斜巷道内外因火灾时矿井巷道火灾烟气分布规律,针对矿井火灾期间高温有毒烟气严重威胁井下人员避灾和救援工作等问题,采用Fluent数值模拟软件,构建1∶1倾斜巷道模型,通过添加细水雾系统,对7种坡度、2种火源功率下倾斜巷道的烟气运动和温度变化进行研究。研究结果表明,无细水雾的倾斜巷道工况下,下游顶板温度随着巷道坡度的增大而不断升高,在巷道坡度为20°时最高温度达到了265℃;添加细水雾的倾斜巷道工况下,下游顶板温度随着巷道坡度的增大而不断降低,随着坡度的增大,细水雾的降温效果更加明显。

多因素耦合下倾斜采场覆岩结构特征及应力分布研究

为了对多因素耦合条件下倾斜采场的覆岩结构特征进行分析,以山东阳城煤矿3308工作面为研究背景,采用现场调研、数值模拟的综合研究方法,从工作面开采覆岩破断规律、覆岩应力场分布特征及塑性区演化规律3个方面研究了倾斜采场覆岩结构特征。沿工作面倾向开采引起的覆岩垮落使得采场整体形态呈现椭圆分布,沿工作面走向开采引起的覆岩垮落使得采场整体形态呈现梯形分布,塑性区整体呈现出“椭圆”状,且由于工作面沿断层布置和矸石堆积等问题,导致采场顶板呈现出较为复杂的应力环境。结合前文分析和现场实际情况提出了顶板控制建议。

基于数值模拟的盘区矿柱回采结构参数研究

采场结构参数是影响采矿方法应使用效果的关键指标之一,直接影响盘区矿柱回采作业的安全性和技术经济指标。以罗河矿盘区矿柱安全高效回采为研究背景,基于两侧采空区三维激光扫描结果,构建了盘区矿柱空间赋存形态三维模型。针对盘区矿柱两侧矿房边界不规整、赋存高度变化较大及两侧充填体强度高低交错分布的问题,通过FLAC^(3D)软件,模拟计算不同回采长度和高度下两侧充填体应力分布情况,分析了盘区矿柱回采区域和两侧充填体的稳定性。结果表明,两侧充填体所受应力随回采长度和高度的增大而增加,安全系数随着回采参数的增大逐渐降低。确定回采长度30 m、高度25 m为最优回采结构参数。

盾构地铁隧道穿越电缆隧道扰动规律研究

在邻近地下电缆隧道处进行地铁盾构施工,周围土体受到扰动,土体应力重分布进而导致电缆隧道产生位移,结构破坏变形。为研究盾构隧道穿越对电缆隧道的扰动规律,从盾构隧道和电缆隧道的空间位置关系、净距及电缆隧道的截面尺寸3个方面进行大量数值模拟,得出不同工况下的受力和变形曲线,在此基础上对电缆隧道的环形和纵向安全系数进行验算,并得到随间距变化二次衬砌与结构最小安全系数的关系曲线,从而提出了两种工况下施工安全保护距离。研究得出以下结论:(1)电缆隧道的竖向位移与纵向拉应力随间距的减小而增大,随截面尺寸扩大,电缆隧道承受的纵向拉应力随之扩大,产生的沉降值减小;(2)二次衬砌结构最小安全系数随间距的减小而减小,随截面尺寸的扩大而减小;(3)相同条件下,斜下45°平行侧穿的安全保护距离要小于垂直下穿工况,安全性更高。

浅埋隧道穿越充填型溶洞预加固技术

为实现对铜川隧道大型充填型溶洞的安全快速处治,针对掌子面帷幕注浆与地表注浆2种加固方案进行模拟分析,对比2种加固方案下支护结构变形、受力、结构安全系数及围岩塑性区变形。结果表明:地表注浆与帷幕注浆方案变形规律基本一致,变形峰值差仅0.2 mm(0.46%),拱顶位移变形差仅为2.4 mm(8.4%);帷幕注浆方案协调了隧道周边围岩受力、变形特性,隧道净空收敛变形与塑性变形区小于地表注浆方案,净空变形差为5.3 mm(59.6%);帷幕注浆与地表注浆方案支护结构安全系数分别为5.1、5.5,2种加固方案均可保证隧道安全施工。同时,从工期、成本投入及施工组织等方面出发,综合对比2种预加固方案的优缺点,推荐采用地表注浆加固方案。

混凝土箱梁的结构噪声及其影响因素

为探讨箱梁的结构噪声及其影响因素,以跨度32 m的混凝土简支箱梁为研究对象,采用混合有限元-边界元法进行数值仿真,并进行了现场试验验证.在此基础上,探讨了板厚和腹板倾角对箱梁结构噪声的影响规律.研究结果表明:混合有限元-边界元法适用于箱梁的结构噪声分析;箱梁振动和结构噪声的主要频率范围分别为40.0～125.0 Hz和31.5～100.0 Hz,底板附近在63.0 Hz出现噪声峰值;增大板厚能降低箱梁结构噪声,且增大顶板厚度最有效;当腹板倾角为0°～12°时,箱梁的结构噪声较小.

巷道围岩自稳结构原理及其影响因素研究

巷道开挖后,围岩总是向着趋于自我稳定的方向调整,直至达到应力平衡的自稳结构为止。巷道的维护本质上就是对围岩自稳结构的维护。本文阐述了巷道围岩自稳结构的原理,通过数值试验手段对岩性、原岩应力状态,开挖方式,巷道形状,支护方式等影响自稳结构的因素进行了研究,并分析了这些因素对巷道支护设计的影响。所得结果对巷道支护设计提供了指导,实践证明该方法是有效的。

阶梯型百叶窗翅片的热力性能分析

针对阶梯型百叶窗和百叶窗翅片分别建立三维模型，通过数值模拟方法得到两类翅片流动传热单元内的空气流场、温度场与压力场分布，据此比较分析二者的热力性能差异．结果表明：阶梯型百叶窗翅片的传热因子j和摩擦因子f均高于普通百叶窗翅片，雷诺数Re在558～2510范围内，前者j因子较后者高出29．8％～18．6％,f因子增加39．7％～58．9％；雷诺数较低时，阶梯型百叶窗翅片的热力性能指标j／f^1/3力高出百叶窗翅片最高达16％；雷诺数高于2232时，二者的差别则低于3．2％；阶梯型百叶窗翅片在低雷诺数条件下热力性能提高明显，对于较高的雷诺数，其优势减弱显著．

构造精细解释技术的应用

构造解释的精度及准确度直接决定了油田钻探的成败,综合利用三维地震、井间地震、钻井、动态资料,采用数值模拟技术可大幅提高构造解释的准确性。文中将钻井资料与三维地震资料相结合,对文209断块内部断距小于5 m的断层实现了准确解释与归位,对内部的小型褶皱、断块进行了详细刻画。在获取断层密度、产状、性质的基础上,利用数值模拟技术预测未知小断层的断距、产状(断层的走向、倾向和倾角)和断层的分布密度,从而实现了文209断块的精细构造解释,提高了小构造的落实程度,降低了油田勘探的风险,为油田滚动开发方案部署提供了重要参考。

多因素作用下混凝土中性化深度统一预测模型

依据扩散理论及室内试验,对碳化、酸雨、应力等单一因素和多因素耦合作用下的混凝土构件中性化深度进行了研究.通过理论研究、数值模拟和试验数据的回归分析,建立了混凝土中性化深度统一预测模型.研究表明:碳化和酸雨存在耦合现象,酸雨在某种程度上抑制碳化作用,耦合系数小于1;无论酸雨、碳化单一因素或耦合作用,混凝土中性化深度值随侵蚀时间的增加而增加,中性化深度值在前期增加比较快,继而中性化速度逐渐减小,中性化深度与时间平方根呈正比例关系;拉应力促进混凝土中性化,而压应力抑制其中性化,应力与混凝土中性化深度值之间呈近似线性关系,最后通过试验数据拟合出不同腐蚀模式下的应力影响因子.

煤层气多分支水平井井身结构优化

煤层气多分支水平井能有效增加控制面积，降低表皮因数，其井身结构优化对获得最经济有效的产能至关重要。为此，分析了煤层倾角、储层保护和井身结构对煤层气水平井产能的影响。采用数值模拟的方法，以沁水盆地南部某区块3#煤层为例，对多分支水平井的井身结构参数进行优化。优化结果表明：主支走向对产能影响较大，适宜的方向为垂直主渗透率方向；产能随着主支长度和分支长度的增加而增加，结合经济性和增产效果，主支长度宜控制在900~1300 m之间，分支长度宜控制在250~400 m之间；分支间距和主分支夹角在一定程度上影响产能，分支间距宜控制在200~300 m之间，主支和分支夹角宜控制在36＆#176;~53＆#176;之间。研究结果可为煤层气多分支水平井的井身结构设计提供参考。