液氮快速冻结在城市地下工程中的研究

结合液氮冻结技术在城市地下工程区间隧道旁通道排水管修复工程中的应用,就液氮快速冻结技术的原理、冻结工艺过程、冻结参数设计、冻结施工和冻结环境效应控制等几个关键技术问题进行了探讨和研究.

基坑工程钢支撑高脚螺栓-模袋混凝土固支端及其承载性能

基坑工程钢支撑端节点是位于钢管端部和基坑侧壁之间的连接构件,其功能为承受并传递钢支撑轴力,并可少量调节钢支撑拼装长度。但实际工程中钢支撑体系的失稳破坏多数为节点刚度或强度不足造成的,节点弱化可能导致基坑的连续坍塌破坏。本文在分析基坑工程事故原因的基础上,设计了一种钢支撑高脚螺栓-模袋混凝土固支端,阐述了新型固支端的结构组成、工作原理及施工工艺流程,通过有限元数值模拟手段分析了固支端结构的抗压、弯承载性能。结果表明固支端具有可调节支撑长度、施加预应力的特点,其抗压、弯刚度大,承载力高,承载性能主要与材料强度、短接头长度相关。

基于系统动力学的城市供水管网动态抗震韧性评估方法

城市供水管网是生命线工程的重要组成部分,随着韧性城市研究和建设的开展,以系统的视角重新审视供水管网的综合防灾减灾能力,建立一种可有效反映管网震后恢复过程的量化的抗震韧性评估方法成为一种现实需要。该文基于供水管网震后恢复的典型过程,提出了供水管网地震灾后恢复的4个特征阶段,并针对应急阶段和抢险阶段,提出了一种基于系统动力学理论的供水管网动态抗震韧性评估方法。该方法不仅可以有效地反映地震灾后外部需水要求随人群迁移和火场变化而变化特征,而且可有效评估救援资源对管网功能恢复的影响,并实现供水管网的动态抗震韧性评估。

混杂网格增强超高性能混凝土双向板的弯曲性能

网格增强超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)具有轻质、高强、耐久性好等特性,已应用于薄壁结构和工程加固领域,但单一网格很难实现高效的增强增韧效应.为研究混杂网格增强UHPC双向板的抗弯性能,对3个钢丝网格与玻璃纤维网格混杂增强UHPC板、3个钢丝网格与玄武岩纤维网格混杂增强UHPC板、6个单一网格增强UHPC板和1个无网格UHPC对照板进行弯曲试验,研究网格种类、总层数及铺层方式对其破坏形态、承载能力和弯曲韧性的影响.结果表明:与单一钢丝网格板和单一玻璃纤维网格板相比,钢-玻璃纤维网格混杂板开裂后表现更显著的硬化现象,在连续网格与混杂短纤维协同效应下,板呈现多裂缝破坏模式,延性较理想.铺设2层网格时,钢-玻璃纤维网格混杂板的承载能力较单一钢丝网格板提升23.7%,且其在20 mm挠度处的残余承载力较单一玻璃纤维网格板提升28.2%;钢-玄武岩纤维网格混杂板峰前阶段的能量吸收值和20 mm挠度处的残余承载力均优于单一玄武岩纤维网格板.网格总层数为3层时,与单一玄武岩纤维网格板相比,2层钢丝网格与1层玄武岩纤维网格混杂增强板在峰前挠度为2 mm时的能量吸收值提高了21.6%,20 mm挠度处的残余承载力提高了42.6%.钢-玻璃纤维网格混杂板的网格强度利用率最理想,其承载能力、能量吸收值及弯曲韧性指标均高于钢-玄武岩纤维网格混杂板.最后,考虑网格强度有效利用率建立了混杂网格增强UHPC双向板抗弯承载力理论公式,适用性良好.

基于证据理论的深基坑工程施工风险综合评价

为综合考虑不同风险因素对风险评价结果的影响,针对目前不完全信息下深基坑工程施工风险评价无法利用定性评价信息——专家评语的问题,建立了基于证据理论的深基坑工程施工风险综合评价方法。首先,在风险识别的基础上建立深基坑工程施工风险评价指标体系;然后,提出基于证据理论的风险综合评价模型,利用层次分析法确定指标的权重,根据专家评语计算指标mass函数,通过线性加权法对指标mass函数进行合成,建立了基于风险等级信度的决策规则。通过实例分析验证了方法的合理与实用性,此方法可为其它同类工程提供借鉴。

高强钢筋超高性能混凝土框架结构易损性分析

为了研究高强钢筋超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)结构的抗震能力,本文选取了8条地震动分别对普通钢筋混凝土框架结构(模型Frame-C)和高强钢筋UHPC框架结构(模型Frame-UHPC)进行了增量动力分析,分别以最大层间位移角和谱加速度为结构需求参数和地震动强度参数,拟合出概率地震需求模型,进而计算出2个模型的地震易损性曲线,得到了结构的风险预测和损伤评估结果。研究结果表明:规范性态点下,相较于模型Frame-C,模型Frame-UHPC达到最大中等破坏或严重破坏状态概率时所对应的地震动强度更大,表明模型Frame-UHPC在强震作用下具有更好的抗震能力;小震作用下,模型Frame-UHPC的易损性指数明显小于模型Frame-C,体现了高强钢筋UHPC结构的高强优势。当使用规范性态点时,2个模型在中震和大震作用下的易损性指数相差较小,模型Frame-UHPC不能充分发挥UHPC和高强钢筋的材料优势。通过对文献中配筋UHPC柱数据整理分析,给出了适用于模型Frame-UHPC的建议性态点。与规范性态点相比,建议性态点下模型Frame-UHPC达到极限状态的概率更低,易损性指数也明显减小,小震和中震所应对的易损性指数分别减小了19.5%和42.3%,模型Frame-UHPC在建议性态点下可以更好地发挥其材料优势。

密贴下穿地下工程施工新工艺“CRD+多重预顶撑”研究

基于北京地铁10号线公主坟站密贴下穿1号线公主坟站的工程背景,参照其采用'CRD+多重预顶撑工艺'的真实施工步序,运用有限差分软件FLAC3D建立了三维精细化数值计算模型,研究了新建站的施工过程中土体塑性区的变化及既有站的变形规律.结果表明,采用'CRD+多重预顶撑'工艺进行密贴下穿施工可有效控制既有结构的变形,满足其沉降控制要求,对比模拟与实测的变形分布曲线,二者吻合较好.施工完成后,既有结构纵断面呈双凹槽式变形,横向为'V'字形沉降,与Peck曲线相似,且底板沉降值较顶板的略大.千斤顶卸除时可能造成结构局部较大变形或开裂,应分级释放其轴力.开挖过程中,土体主要发生剪切破坏,塑性区在四个角点区域向外延伸成蝴蝶形.提出'同步顶升,伺服控制'的施工理念,以实现对既有结构沉降变形的主动控制.

地铁车站工程应用双向RFPS支座隔震效果研究

基于阪神地震中地铁大开站的震害机制，借鉴地面隔震建筑的研究成果，提出了地下结构中柱柱顶设置辊轴摩擦摆（RFPS）隔震支座的设计理念，根据拉格朗日方程推求了该隔震系统的运动方程，并运用Newmark-β时域逐步积分法对其求解。研究结果表明：尝试在地铁地下结构抗震设计中，采用隔震设计的理念在理论上是可行的；RFPS隔震支座具有良好的耗能和自复位特性，较长的自振周期使其具有必要的震动隔离能力；地铁车站中柱柱顶设置RFPS支座后，可以大幅度减少结构（尤其是中柱）的内力和变形，且无需担心隔震部位会出现大变形；适当选取圆弧滑道半径和滚动摩擦系数值，隔震效率可达到50％～70％。

密贴下穿地下工程研究现状及发展趋势

为深入了解国内密贴下穿地铁建设的研究进展,对目前国内主要密贴下穿工程进行汇总和文献调研,围绕工程特点、施工工法及沉降控制关键技术、变形内力影响规律和抗震分析几方面进行总结,找出了目前国内密贴下穿工程中存在的空白点和薄弱点.笔者认为现有研究在不同施工方法的适用性、工法的主要影响因素研究、施工步序的变形分配与受力转换、施工的沉降机理及抗震分析等几方面仍存在不足,并提出今后的研究方向,以期更好地指导工程实践.

多重四边形环索-张弦穹顶局部断索冲击分析

多重环索-张弦组合屋盖为复杂的弦支穹顶结构。任一拉索瞬断均会对屋盖结构产生十分显著的动力冲击作用。针对多重环索-张弦穹顶屋盖的结构特点,提出基于AP法的断索冲击动力分析方法。针对断索失效路径、断索持续时间、结构阻尼比及屋盖初始荷载等参数开展敏感性分析,得到适用于多重环索-张弦屋盖的断索冲击动力分析的适用参数。剩余屋盖结构的动力分析结果表明:拉索瞬断冲击下,剩余屋盖的位移及内力响应均会不同程度地大于拉索静力失效,拉索瞬断引起的冲击效应不可忽视。而且,部分结构响应的动力放大系数会大显著大于规范所推荐的放大系数DAF=2.0。不同类型的拉索瞬断分析结果表明:同一重环索中任一拉索瞬断引起的动力效应大致相同;外环索瞬断引起的动力效应会显著大于其他拉索;虽然外环索和张弦索的瞬断均会引起较大的动力响应,但是两者的分布规律差异较大;多根拉索瞬断引起的动力响应并非总是大于单根拉索瞬断。

复合土钉支护在近接高速公路基坑工程中的应用

复合土钉支护结构可以减小基坑变形,防止紧邻道路、管线、建(构)筑物产生较大变形.给出土钉与锚杆、微型桩复合支护在近接高速公路基坑工程中应用实例,阐述该工程的设计、施工、监测技术要点.考虑高速公路汽车荷载计算了不同工况的基坑稳定安全系数,给出变形控制标准及控制措施.针对碎石和填土分层交替填筑、软硬不均地层,采用套管跟进进行钻孔,有效克服了卡钻现象.监测表明,基坑顶部高速公路路面最大水平位移控制在了10mm以内,满足控制标准的要求;锚杆支护是控制水平位移的有效措施.

城市大型地下空间结构地震风险评估体系研究

城市大型地下空间结构引领着未来地下工程开发的新趋势,其抗震性能已成为工程及学术领域研究的热点问题。基于数值仿真分析的计算结果,提出了适合大型地下空间结构的地震风险评估体系,首次构建了评估指标,利用权重系数法确定了各评价指标的权重,结合评估项目实践,采用模糊语言描述进行了风险等级的划分,进而建立了适合地下结构地震风险评估的控制流程并进行了实例验证。研究结果表明:基于数值仿真分析的地震风险评估体系能够直观地呈现结构地震破坏机制,有效地进行风险溯源,从而给出合理的风险等级和针对性的控制措施,获得满意的风险评估结果。地震风险评估体系的建立为城市大型复杂地下结构的地震风险预测相关指南规范的研究提供了参考数据。

盾构穿越既有地铁车站结构安全评估

提出了盾构隧道穿越既有地铁车站结构安全的评估方法,包括风险识别、风险评估及风险控制三方面的内容。以某工程为例,给出了该车站结构的风险等级,通过数值计算,预测了该车站的变形量,分析了车站结构的安全性,提出了变形控制指标。研究结果表明:该车站结构的风险等级为特级,结构安全等级为Ⅰ级,变形控制指标为底板最大沉降为15mm,纵向变形斜率为3‰。

地铁区间与车站火灾多功能模型实验平台的研究

从烟气流动控制微分方程出发,利用量纲分析导出建立地铁实验系统的相似准则数,给出建立模型实验的相似律,据此建立几何比例为1∶8的地铁区间与车站多功能模型实验平台。该平台分为地铁区间和地铁车站两个部分,具备全面研究地铁火灾科学问题和火灾工程问题的功能:定量火灾场景,火灾实时监测与预警,烟气流动规律,温度分布特性,通风排烟模式。在该实验台上进行一系列实验,结果表明:缩尺模型实验所获得的数据真实可信,能较好地反映火灾烟气运动规律。本实验台的建立对于地下空间火灾科学理论研究及火灾工程应用研究具有重要意义。

水平旋喷桩技术在莞惠城际铁路浅埋暗挖隧道工程中的应用

以东莞至惠州城际铁路GZH-4标下穿砂层不良地质地段为例,根据现场具体工程地质条件建立数值模型,模拟对比分析了单排旋喷桩、双排旋喷桩和小导管注浆三种超前支护技术对浅埋暗挖隧道地表沉降的影响,结果表明采用单排水平旋喷桩超前支护效果更好。对单排水平旋喷桩超前支护技术在此工程应用中的施作范围、施工参数选取及施工组织要求等予以分析,并把实际监测数据与数值模拟结果进行了对比,实践证明水平旋喷桩能有效控制浅埋暗挖隧道因施工开挖引起的地表沉降。

盖挖逆作地下工程变形及AM桩应用效果分析

大规模开挖基坑时,地连墙水平位移及构件间差异沉降过大,导致基坑失稳。依托某AM桩大型盖挖逆作法地下工程,通过有限元软件MIDAS-GTS模拟地下连续墙水平位移及构件间的差异沉降,研究施工过程的沉降变化规律以及AM桩的应用效果。结果表明:楼板对地下连续墙的水平位移、弯矩及结构构件间的差异沉降有良好的限制作用。差异沉降及顶板弯矩均在地下三层开挖后达到最大值,则该阶段为施工过程最不利阶段,应及时进行地下三层底板的浇筑以减小施工风险。相同模型,采用AM桩与等直径桩相比,差异沉降及弯矩均出现一定程度减小,证明AM桩承载力更好,可有效提高结构稳定性。该研究可为类似工程提供参考。

基于有限元分析的基坑工程钢支撑活络端偏心受压性能研究

为研究基坑工程钢支撑体系中活络端的偏心受压性能,建立有限元模型,经试验结果验证后,开展一系列的数值模拟,系统研究偏心距、试件的关键参数等对活络端在偏心荷载作用下的轴向承载性能和抗弯性能的影响。结果表明,活络端的偏心距不应超出箱型体外边缘;箱型体间的缀板能够有效提升活络端的抗弯性能;活络端承载性能和抗弯性能随钢楔长度、钢楔宽度、钢板厚度和箱型体长度的增加而提高;且改变钢板厚度能明显改善活络端的承载性能和抗弯性能。

地铁基坑工程钢支撑活络端力学性能及改进措施

为定量研究活络端的力学特性,在北京地铁施工现场抽取3组不同类型的活络端,在试验室对其进行了加载试验.测试了其整体荷载-变形(P-△)曲线,观察了其破坏形态;通过P-△曲线分析给出了其工作状态下的承载力和刚度;把其承载力和刚度分别与串联使用的18、20、24m钢支撑的承载力和刚度进行了比较分析,提出了增强活络端力学性能的改进措施.研究结果表明:3组不同类型活络端的力学性能有很大差异,采用子母楔的活络端优于采用单面楔的活络端;单厢式活络端的破坏形态为钢楔和中肋板受压屈服、中肋板和槽钢间的焊缝受剪破坏;双厢式活络端的破坏形态为箱形体端部截面屈服、侧壁屈曲;活络端决定着钢支撑的整体力学性能.建议增强钢支撑承载能力的措施有:提高钢楔强度、加强中肋板焊缝设计、采用子母楔.总之,基坑工程内撑式围护结构中,活络端是钢支撑体系中的薄弱环节,承载力和刚度不足,安全储备不够,应予以足够重视和改进.

城市浅埋暗挖隧道施工诱发地面塌陷的预测模型

以城市浅埋暗挖隧道上覆地层为状态量,隧道埋深、开挖直径、地下水位、上覆地层厚度等为控制量,基于突变理论建立城市浅埋暗挖隧道塌方的突变模型,揭示浅埋暗挖隧道地面塌方与各个影响因素之间的关系(比如随着地下水位的升高,浅埋隧道发生塌方的几率会大大增加)。利用该模型可得到城市浅埋暗挖隧道发生坍塌时,上覆地层地面沉降的临界值。以此上覆地层地面沉降临界值为隧道是否发生塌方的判定依据,结合广东莞惠城际铁路城市浅埋暗挖隧道工程的现场情况以及FLAC3D数值模拟,得出该模型预测沉降临界值与现场实测数据以及数值模拟结果相吻合,验证了该模型的准确性和合理性。

基坑工程内支撑抱箍式活络头力学性能试验研究

为了改进现有基坑工程钢支撑活络头的受力方式,以进一步提高基坑工程内支撑体系的安全性和稳定性,设计研发了新型基坑工程内支撑抱箍式活络头,通过室内轴压试验,研究了不同试件的力学性能。试验结果表明:抱箍式活络头整体刚度高于单缸千斤顶支顶活络头;在相同荷载下,单缸千斤顶支顶活络头位移较大;在正常使用状态下,试件可重复使用;在达到极限承载力时,抱箍式活络头发生微小脆性滑移破坏,滑移之后可继续承载;由于底部螺栓的夹持作用,抱箍式活络头调节长度短时,即接触面积大时,承载力反而减小;在轴向压力作用下,抱箍式活络头螺栓预拉力基本不变。