深中沉管隧道火灾烟气流动与控制数值研究

为了研究采用横向联络排烟道结合侧壁排烟口新型排烟方式对沉管隧道火灾烟气流动的控制效果,以深圳-中山隧道为例,采用理论分析与计算流体力学相结合的方法,通过分析临界风速、烟气逆流长度和烟气分岔低温区域来研究烟气的流动特性。提出了沉管隧道火灾临界风速和烟气逆流长度的修正模型,同时还建立了烟气分岔流动低温区域长度的预测模型。结果表明,当无量纲热释放率小于0.139时,临界风速与无量纲火源热释放速率的1/3次方成正比。当纵向风速从1.5 m/s增加到4.0 m/s时,10、20、30、50 MW火灾时的峰值温度分别降低了35%、48%、46%和43%。在强纵向风速的作用下会发生烟气分岔现象,对隧道中心线和侧壁温度进行分析,得到了分岔流动低温区域长度预测模型,预测结果误差在10%以内。

自密实再生混凝土与带肋钢筋间的黏结性能

为研究自密实再生混凝土(RASCC)与带肋钢筋的黏结性能,设计了18组试件,通过中心拉拔试验研究混凝土强度、钢筋直径、黏结长度和保护层厚度对黏结性能的影响。研究表明:RASCC与带肋钢筋的黏结强度随混凝土抗压强度呈指数型增长,随劈拉强度呈线性增长,随钢筋直径和黏结长度均呈抛物线型增长,随保护层厚度的增加呈先增大后稳定的趋势。基于试验结果,提出了RASCC与带肋钢筋的黏结强度和临界锚固长度计算公式,建立了RASCC与带肋钢筋的黏结-滑移本构模型。

污秽悬式绝缘子的交流污闪计算模型

为了更好地研究不同附盐密度绝缘子的污闪过程及预测其污闪电压,选取了普通型LXY-160、钟罩型FC-16P和空气动力型FC-160D为研究对象,求取其按爬电距离展开的平板模型,即绝缘子的泄漏距离对应于平板模型的长,沿绝缘子泄漏距离各点处的圆周长对应平板模型的宽。忽略局部电弧的一些随机性状态,统一认为:导致污闪的局部电弧都是从平板模型两端同时起弧并逐渐相向发展,发展到临界长度时两端同时存在电弧。以此为基础,引入飘弧系数K,推导了剩余污层电阻表达式和双电弧污闪计算模型的临界条件,并编程求解了3个平板模型上、下表面临界电弧长度和临界闪络电压。还制作了3种绝缘子的平板模型进行人工污秽试验,获其50%污闪电压。比较计算结果和试验结果,可见双电弧污闪计算模型能较好地对污闪电压值作出定量估算。轻污时飘弧现象不严重,试验电压点一般介于K=1和K=1.2两条曲线之间;重污时飘弧现象比较严重,试验点主要集中在K=1.2和K=1.5两条曲线之间。

顺倾边坡岩层滑移弯曲临界长度及其影响因素分析

基于顺倾边坡岩层滑移弯曲的弹性微分方程及其精确解,应用能量原理建立了岩层滑移弯曲失稳的临界长度计算式,归纳出主要影响因素,并应用优势分析法探讨了各影响因素的主次关系。分析结果表明:岩层单层厚度、滑移面力学性质、岩体弹性模量和坡角是影响顺倾边坡岩层滑移弯曲的主要因素,其影响程度由大到小依次为岩层单层厚度、滑移面的力学性质、岩层倾角和弹性模量。

双伞型绝缘子交流污闪电压值的计算

为了研究双伞型绝缘子交流污闪电压与绝缘子结构参数之间的关系,在国内外对污秽绝缘子闪络机理研究的基础上,通过将双伞型绝缘子展开成平面模型,建立了双伞型绝缘子交流污闪电压的计算模型,通过该模型可计算出双伞型绝缘子在污秽闪络发展过程中的临界弧长和剩余污层电阻,从而可估算其在各盐密下的污闪电压。为了验证计算模型的合理性,选择了XWP-70、XWP-300、XWP-420共3种型号绝缘子进行不同盐密下污闪电压值的实例计算,并对这3种绝缘子进行各盐密下的交流人工污秽试验。结果表明,利用计算模型估算出的污闪电压与人工污秽试验所得的污闪电压非常接近,说明了该计算模型对交流双伞型绝缘子污闪电压的估算是适用的。

室外空气对地铁隧道烟气返流长度的影响

在真实地铁隧道内开展热烟试验,验证FDS模拟结果的正确性。建立地铁隧道三维物理模型,采用FDS研究室外空气设计参数对隧道火灾烟气返流长度和临界风速的影响。研究结果表明,室外空气设计参数对烟气返流长度和临界风速有较大的影响。室外空气温度越低,地铁隧道火灾烟气返流长度越长。室外空气湿度越大,地铁隧道火灾烟气返流长度越短。室外大气压力越大,地铁隧道火灾烟气返流长度越短。

纵向风作用下竖井自然排烟对隧道内烟气逆流长度的影响

为了研究纵向风作用下隧道内竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响,采用数值模拟的方法,建立了不同竖井高度的全尺寸隧道模型。并选取无竖井排烟的工况作为对照组,模拟不同火源功率下,改变竖井与火源纵向距离时竖井自然排烟对烟气逆流长度的影响和竖井排烟失效临界风速的变化。结果表明:当纵向风风速较小时,竖井对烟气逆流起抑制作用;随着风速增大,烟气逆流被控制在竖井近域范围内,竖井对烟气逆流的抑制作用减弱;当风速足够大时,烟气逆流将被完全限制在竖井下游,此时竖井排烟作用失效,且对纵向通风气流起到分流作用,烟气逆流长度反而变长。在此基础上,提出了竖井排烟失效临界风速的概念,竖井排烟失效临界风速随竖井高度增加而增大。

基于尖点突变模型的采空塌陷地表裂缝形成机理

地表裂缝的形成主要与上覆岩层移动规律有关,为了研究浅埋单一关键层煤层开采造成的地表塌陷型裂缝形成机理,本文通过建立关键层断裂的固支梁和"砌体梁"力学模型,利用尖点突变理论,从力学平衡和能量平衡的角度解释了关键层断裂的原因,推导出了关键层的初次断裂步距和周期断裂步距,分析了关键层断裂与地表裂缝形成之间的关系,利用文中推导出的公式求得大柳塔煤矿12208工作面关键层的周期断裂步距为14.9 m,与现场矿压实测周期来压步距12~15 m以及裂缝平均间距13.7 m相符。研究结果表明:关键层断裂是造成地表塌陷裂缝的主要原因,关键层断裂步距决定了裂缝间距。这对于研究类似采矿地质条件下的地表塌陷裂缝形成机理具有一定借鉴意义。

考虑层间支援无侧移框架整体稳定性的实用算法

针对规范计算长度系数法逐根构件求解无侧移框架整体稳定的不便,以及无法考虑同层柱之间的相互支援和层与层支援作用的不足,本文探寻了无侧移框架同层柱间支援以及层与层之间的支援规律,利用弹簧-摇摆柱模型采用结构转换的方法推导了无侧移框架柱临界刚度比系数;利用该系数通过分析无侧移框架特征结构单元确定结构层荷载因子,确定表征无侧移框架楼层刚度富余程度的层刚度富余系数和表征层间支援作用的层支援系数;基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接计算无侧移框架整体稳定承载力的计算公式。该公式能够定量地计算无侧移框架楼层之间相互支援程度,避免了计算长度系数法可能因无法考虑2种支援作用造成的不合理设计,可供工程设计和理论计算使用。

拉力型锚索在黄土层中的荷载传递机理

在前人研究成果与合理的假设的基础上,分析拉力型锚索在黄土地区的荷载传递机理,得到黄土地层中拉力型锚索的临界锚固段长度理论计算公式,并分析各参数变化对临界锚固段长度的影响规律.依据现行规范要求,试验验证黄土地区深基坑桩锚支护体系临界锚固段长度理论公式的合理性.实测数据分析表明,在黄土地层条件下,通过锚索锚固段的合理设置,其锚固段极限黏结强度取值可高于现行规范推荐值.试验锚索的荷载位移曲线验证了黄土地层中拉力型锚索的不同受荷服役工况和荷载传递变化情况,反映了各级张拉荷载下锚索的工作状态.研究成果可为黄土地区拉力型锚索的设计及现场试验提供指导.

基于树脂层强度预测分层萌生载荷

轴向拉伸下的层合板在自由边缘附近存在奇异应力场,容易产生分层萌生进而导致结构破坏.而大多数基于材料力学方法的分层萌生研究对强度参数的确定有较强的主观性,缺乏合理解释.本文通过在层间插入一定厚度的树脂层,将分层萌生视为层间树脂层在三维应力状态下的强度破坏,根据有明确试验标准的树脂强度和Mohr判据判断是否发生分层萌生.采用Pipes-Pagano的均匀轴向拉伸模型计算应力场,对层间应力与树脂层面外应力进行了对比.取临界长度为4个单层板厚度对T800/914层合板的分层萌生进行了预测,结果表明预测值与实验值吻合良好.

基于不同火源位置的分岔隧道临界风速数值研究

分岔隧道越来越多地出现在城市地下互通中,但当前对分岔隧道的研究却很少。因此,探究分岔隧道火灾的规律为工程实践提供一定的参考就显得格外重要。基于FDS(Fire Dynamic Simulator)研究了火源位置与分岔角度对临界风速的影响,结果表明:当火源在分岔点之后时,分岔隧道临界风速与单管直线隧道的临界风速相比差距不大。当火源在分岔点之前时,单管直线隧道的无量纲临界风速是分岔隧道的23%~37%,分岔隧道临界风速与单管直线隧道差异巨大;相同分岔角度下无量纲临界风速随着火源与分岔点距离的增大而减小,最大幅度为0.24Q^(*1/3)。当火源在分岔点之前时,分岔角度与火源位置对临界风速的影响不大,不同分岔角度与火源位置下无量纲临界风速的最大差值为0.06Q^(*1/3)。通过量纲分析与线性拟合得到了分岔隧道临界风速计算模型,能为隧道通风设计提供一定的参考。

深圳大运中心体育场空间钢结构杆件计算长度研究

深圳大运中心体育场钢屋盖采用单层折面空间网格结构。由三角形平面以各种倾斜弯折组成,且该平面内设置小三角形网格,由焊接组合箱形断面的次杆件连接在面面交线的四分点。位于面面交线的主杆件稳定受到两端边界条件、面内次杆件、面面夹角的角度等诸多因素影响。目前规范还没有对该类复杂边界条件杆件计算长度的规定。根据变轴力两端铰接的稳定承载力计算式,以线性稳定分析杆件失稳模态为基础,进行几何非线性稳定整体分析,考虑了临界状态相邻杆件的变形及非线性变形影响,分析了杆件临界失稳模态以及杆件轴力变化,获得临界承载力。根据变轴力稳定计算式,得到该杆件的计算长度。分析表明:主杆件计算长度系数受三角形折面夹角和两端节点刚度影响较大;大部分主杆件计算长度系数小于或接近1.0,立面铅直杆件受水平位移影响,其计算长度系数大于1.0。主体结构卸荷和整体稳定分析验证了计算长度取值的合理性。