科研型实验室管理模式的探索

针对科研型实验室的管理模式进行了探索,主要从实验室人员的管理、仪器设备的管理、易耗品的管理三个方面介绍和论述了实验室的管理模式并进行了探讨,提出了值得科研型实验室管理借鉴的经验。同时,提出了科研型实验室应该兼顾本科生创新能力培养的实践,这一思路有助于充分利用科研型重点实验室这一宝贵的优质资源。

基础加固施工对重载铁路桥梁静动力性能影响研究

铁路桥梁墩台基础加固施工会改变桥墩约束状态,影响结构稳定和列车运营安全。以某重载铁路轻型桥墩基础加固工程为背景,采用数值模拟和试验测试手段,研究各关键施工环节对桥墩和桥跨结构稳定性、刚度和振动响应的影响规律。研究结果表明,基础加固施工分为钻孔桩施工、基础侧土体开挖、基础混凝土浇筑、墩身连接等4个关键施工步骤,其中土体开挖会导致桥墩稳定性和横向刚度降低,随开挖深度增加,两者均逐渐降低,而混凝土浇筑则引起桥墩刚度和稳定性逐渐增加,桥墩横向连接加固则引起墩身刚度显著增大,增幅达到32%;整个施工阶段中,土体开挖引起桥梁结构振动响应显著增大,其他加固环节对桥梁振动响应不明显;施工过程中,列车轴重、速度、桥墩高度是影响桥梁动力响应的最敏感因素,随列车轴重和速度以及桥墩高度增加,桥梁动力响应增大明显。

重载铁路双柱式桥墩加固技术优化研究

为探索基于性能提升的桥墩加固优化设计方法,以重载铁路中数量较多的分离式双柱式桥墩为对象,基于数值模拟分析和桥墩加固运营性能试验,开展3种常用方法加固条件下的桥墩静力性能对比分析和动力性能对比试验研究,并进行加固技术优化研究.结果表明,设计荷载作用下,墩身外包加固抑制墩顶水平位移效果较好,而"增大基础和增补桩基"组合加固则能有效减少基底截面应力;运营列车作用下,3种方法加固条件的墩顶横向振幅较加固前均有不同程度降低,但也有部分桥墩受施工等因素影响出现振幅增大的情况.采用优化提出的"增大基础+增补桩基+墩身外包"三重加固法,墩顶横向振幅降低幅度超过50%,能够很好地满足重载铁路双柱式桥墩强化改造需求.

经验知识监督的RC墩柱力学性能神经网络分析方法

基于试验或数值模拟的单一墩柱力学性能分析方法难以兼顾计算精度和效率,纯数据驱动的分析方法存在可解释性差和对数据依赖性强等问题。为此,本文通过研究钢筋混凝土(RC)墩柱力学性能试验数据、经验知识和机器学习的融合机制,提出了经验知识监督的RC墩柱力学性能神经网络(knowledge-guided neural network,KGNN)分析方法。首先,建立了包含761组RC墩柱拟静力试验样本的数据库;随后,基于经验知识分析了RC墩柱主要特征对其力学性能的影响规律,构建了相应的数学表征方法;最后,将RC墩柱试验数据及经验知识融入人工神经网络架构和训练过程,建立了高精度、可解释、可通用且不依赖大量训练数据的RC墩柱力学性能KGNN分析模型。本文提出的KGNN分析方法与纯数据驱动神经网络(BPNN)的结果对比表明:BPNN在测试集上表现更好,在分析墩柱承载力时均方根误差(E)和拟合系数(R^(2))分别为0.070和0.978,KGNN模型的E和R^(2)分别为0.108和0.942;但由于BPNN所预测的墩柱特征对承载力的影响规律与经验知识并不吻合,即未能准确反映墩柱特征与其力学性能间的关系,BPNN模型发生了过拟合;而KGNN方法不仅可以快速准确获得RC墩柱力学性能,且预测规律与经验知识吻合较好,具有更高的可靠性和实用性。因此,融合试验数据与经验知识的神经网络有望成为一种新的RC结构力学性能分析方法。

隧道工程结构模型试验系统研究综述与展望

近几年隧道工程向长大深、多场多相耦合方向发展,隧道在施工和运营时极易诱发结构失稳病害。针对山岭隧道、水下隧道和城市地铁隧道阐述隧道工程结构模型试验系统设计的研究现状,并指出目前存在的相关问题。结果表明:山岭隧道模型试验考虑了隧道穿越不良地质体,承受高地应力、高岩溶水压力和高地震动等荷载条件,但受装置尺寸限制,无法模拟围岩高地应力水平。山岭隧道模型试验以平面应变模型为主,缺乏大型真三维应力条件下多种错动形式的活化错动断层的模拟。水下隧道模型试验已实现稳定的高水压力加载,但仍无法实现应力场与渗流场耦合的真三维水下环境模拟且试验箱可视性较差,仅能通过洞口涌水量表征隧道的渗透水状态,无法得到围岩内部变形规律。城市地铁隧道运营时一般受列车动荷载、路面荷载、邻近施工扰动的共同影响,目前模型试验通常考虑单一荷载下隧道的振动响应,且往往忽视了管片接缝和裂隙等结构特征,需要设计新颖、高效的局部加载装置,得到管片薄弱环节的极限变形特征,保障地铁运营安全。最后,总结隧道工程模型试验遇到的瓶颈问题,提出需要研制透明相似材料改善模型内部可视化功能,针对高地应力条件下不良地质条件研制尺寸可拓展的三维静动耦合加载模型试验系统,并结合微型低功耗无线监测传感元件与三维可视化结果展示平台,建立适用于复杂环境中的隧道工程结构模型试验系统。

全局迭代的实时子结构试验方法及其验证

针对传统实时子结构试验方法存在数值积分稳定性和伺服加载时滞等问题,提出了全局迭代的实时子结构试验方法。该方法的数值计算和试验加载分别在动力荷载地震作用时间段内独立进行,它们之间传递整个时间段的位移计算结果或试验恢复力,迭代进行;中间子时间步不存在数据交互,这就避免了对数值积分方法显式格式和稳定性及精度的苛刻要求,伺服加载的时滞效应也不存在。以高速铁路32 m常用跨径简支梁桥的简化模型为例,对所提试验方法进行了验证。结果表明随着迭代的进行,试验趋于收敛。经过5次迭代之后,不同工况的收敛指标值均小于2%,满足工程精度要求。进一步分析了数值模型初始误差对迭代次数的影响,结果表明,初始误差越小,迭代收敛的速度越快,达到误差限值所需的迭代次数越少。最后指出了本文方法的适用范围。本文所提全局迭代的实时子结构试验方法是可行和有效的,将为工程结构的试验提供新的有效途径。

大型铁路桥梁运管现状分析及对策研究

随着桥梁建设水平的突飞猛进和新技术的不断应用,很多大型桥梁结构建成通车,与此同时,桥梁的运营管理和养护问题也日益严重。在总结概括多座大型铁路桥梁运营管理体制和养护维修情况的基础上,对京沪高铁大胜关长江大桥和郑焦城际铁路郑州黄河大桥两座典型桥梁的运管现状进行详细分析,对今后大型桥梁运营管理提出了建议,完成大型铁路桥梁运营管理分析及对策研究。研究结果表明:目前我国一些大型铁路桥梁的运营管理在管理体制、养护维修现状、设计及施工影响、桥梁自身状况、检测技术及手段等多方面还值得进一步探讨,通过采用现代化管理手段、先进的信息技术、检测技术和数字化技术,建立现代化的桥梁运营管理体制和现代化大型桥梁管养体系,通过预防性、数字化管养,实现养护管理的技术升级与管理模式的转变,是提高大型桥梁运营管理水平、养护管理质量、保证桥梁结构正常使用性能的发展方向。

一种墩底隔震高架桥梁结构体系

基于可快速修复的理念,提出一种墩底隔震的城市高架桥梁结构体系。探讨了新型结构体系的设计原则、施工难点和独特的抗震构造措施。以某高架桥为实例,将新型体系和传统的墩顶隔震体系进行对比研究。结果表明:与墩顶隔震体系相比,新型体系的支座位移和桥墩最大弯矩基本相同,但是对桩基的抗震要求有很大程度的降低;新型体系的整体性更好。

大跨度钢网架双坡屋面结构分区风荷载风洞试验研究

通过某长宽比为5.1∶1的大跨度钢网架双坡屋面结构刚性模型风洞测压试验,得到了结构在不同风向角下的风荷载体型系数,研究了该结构体型系数分布规律、脉动风压系数分布规律以及结构内外表面风荷载分布规律,依据体型系数的不同对结构表面进行了分区,给出了各区域的代表值。结果表明:结构边缘一定宽度范围内,体型系数受流体分离影响较大,其余区域所受影响较小且随风向角变化不明显;结构迎风端脉动风压系数较大,其余区域较小;结构周边建筑对结构体型系数、脉动风压系数、内压系数分布等有一定影响,设计中应考虑周边建筑对结构风荷载的干扰效应。

CT技术用于水泥基材料微观结构表征的国内外研究进展

对应用于水泥基材料微观结构表征的计算机断层扫描技术(computed tomography,简称CT)的原理以及分类进行了综述;列举了CT技术在研究水泥水化过程、侵蚀性介质传输过程、骨料掺量以及形貌对微结构影响、混凝土缺陷和内部裂缝演变的具有代表性研究成果,并指出了目前CT技术在定量表征过程中存在的问题以及未来的发展方向,为今后CT技术发展提供参考依据。

冻结过程中非饱和粗粒土水汽迁移及变形演化数值模拟研究

非饱和粗粒土冻胀是季节冻土区路基工程的主要灾害原因。为探究非饱和粗粒土的冻胀变形规律,针对其冻胀过程特点,基于达西定律和傅里叶定律,本文提出一种描述温度变化作用下适用于非饱和粗粒土水汽迁移的数值模型。该模型综合考虑了冰水相变和水汽迁移对土体冻胀变形的影响,对比数值模拟结果与室内试验结果,验证了模型的合理性与可行性。通过气态水通量和液态水通量分析冻结过程中蒸汽在水分迁移中的作用,并利用数值试验进一步探究在不同温度梯度作用下粗粒土水汽迁移和冻胀变形规律的变化特征。研究表明,在粗粒土冻结过程中,在土柱冻深范围内,气态水有明显的向上迁移趋势,对土体的冻胀有重要贡献。数值试验中发现,不同冷端温度作用对土样温度变化、含水率变化均产生影响,同时对水汽迁移变化和冻胀变形有显著影响。在不同冷端温度作用下,高度为20 cm的试样均在高度3 cm左右达到最大含水率,表面最大冻胀量可达约4 cm。

双曲型塔柱大跨凸面悬挑结构风荷载特性研究

通过某双曲型塔柱大跨凸面悬挑结构刚性模型测压风洞试验,得到了结构在不同风向角下的风压系数,研究了该结构上部悬挑结构和下部塔柱形结构的体型系数分布规律。结果表明:上部结构的正压区主要集中在结构外沿以及空心处内沿部分,其余部分基本为负压区。下部结构内压为负,迎风侧外压体型系数较大,背风侧外压体型系数基本上为一个稳定的负值。

钢渣混凝土桩土相互作用机理试验研究

通过设计桩土相互作用可视化试验装置,模拟钢渣混凝土桩加固吹填土地基,对桩周土体的水分含量、孔压值以及桩体对土体的扰动情况进行监测分析,并利用宏观、细观和微观相结合的试验手段,深入研究桩土间产生的物理化学反应及其产物。试验结果表明,桩体具有膨胀挤密土体的作用;桩体能够加快土体的排水减压过程;桩土间产生的物理化学反应及其产物对地基稳定性有着正向加强作用。

沉管隧道节段接头剪力键受力阶段与沉降控制标准研究

当沉管隧道节段下部的地基由于荷载或地层因素产生差异沉降时,剪力键是抵制节段接头张开与扭转的主要受力构件,也是接头防水的重要结构保证。文章在1∶4.69大比尺模型试验和有限元三维数值模拟中,将差异沉降作为可变荷载,对地基差异沉降下的沉管隧道节段接头剪力键受力规律进行了研究。试验及分析结果表明:在纵向与横向差异沉降下,沉管隧道节段接头剪力键的受力过程可以分为三个阶段。第一阶段为剪力键榫与剪力键槽间的缝隙及橡胶垫初步压缩阶段,应力增长速率较低;第二阶段为剪力键充分受力阶段,应力增长速率较高,当差异沉降达到一定量值后,节段接头会通过局部挤压或摩擦的方式帮助剪力键受力;第三阶段,剪力键进入屈服状态,此时剪力键仍能够继续受力,但已有微裂纹产生。根据剪力键在正常使用极限状态下的剪力值,所确定的沉管隧道节段允许纵向与横向差异沉降值分别为11.5 mm和11.1 mm。建议在沉管隧道沉放完成后,保留部分顶、底板位置的拉索,以提高节段接头剪力键的结构安全。

水压爆破法在薄壁圆筒结构拆除中的应用

为顺利拆除闹市中的废弃水塔,对其承重管柱采取水压爆破的方法进行拆除。通过对比不同装药量计算公式所得结果,确定各管柱的装药量,得出在此次水塔拆除中,考虑注水体积和材料强度的经验公式与冲量准则公式的计算结果更为准确。设计合理的药包布置,并采用多段毫秒延时导爆管雷管起爆网路,保证水塔定向倒塌。在水塔倒塌范围内铺垫砂土和铁丝网,可有效减缓残骸触地冲击力,减小有害效应的影响。此次水压爆破法的应用可为类似薄壁圆筒结构水压爆破设计提供参考。

有砟轨道下路基基床传感器安装临时支护结构研究

针对有砟轨道道砟下基床表层传感器安装工程所存在的施工场地狭窄和重复施工的问题,提出一种新型有砟轨道路基线间安装作业方法及临时支护结构。运用COMSOL有限元软件对该临时支护结构的支护效果和力学特性进行分析,建立了有限元模型,分析了其整体变形和结构内力,进而判断结构整体的稳定性,并在朔黄重载铁路神池至宁武西某一断面处道砟下作业中实例应用,验证设计支护结构的可行性。结果显示:该临时支护结构灵活性高、占地面积小、适用性强,改善了作业环境,提高了在线间作业进行下挖工作的稳定性和效率。

基于轴承和柔性铰链的布拉格光纤光栅加速度计

为实现中高频振动信号的测量,本文设计了一种基于轴承和柔性铰链结构的光纤布拉格光栅加速度传感器。首先,基于理论力学模型推导出其固有频率、灵敏度与结构参数的数学模型,然后进行结构优化设计,并制作了传感器实物。在此基础上,对所设计传感器动态特性进行有限元仿真和实验测试。研究结果表明:传感器工作频率为10~1200 Hz,加速度灵敏度达17.25 pm/g,测量误差小于0.3 g,线性度大于0.99,重复性误差为2.33%,且能实现温度补偿。

预应力碳纤维板加固重载铁路T梁的效果研究

随着部分货运铁路扩能改造为重载运输铁路,在役钢筋混凝土桥梁不仅承受重载列车的大轴重,同时,列车加载次数也显著增加,极大地影响了桥梁的正常使用功能,导致梁出现开裂、钢筋锈蚀等病害,因此,需要采用加固技术来合理提升梁的承载能力和适应性。以一孔运营了20年的跨径12 m在役钢筋混凝土T梁为研究对象,选择其中1片未加固T梁开展静力加载弯曲破坏试验,探讨在役钢筋混凝土T梁在不同荷载作用下的损伤演化规律;同时对另1片梁通过在梁底张拉5块预应力碳纤维板进行加固并开展弯曲破坏试验,对加固效果进行验证;通过理论计算及现场试验探究试验梁加固前后在不同等级荷载作用下的钢筋应力、裂缝和变形发展规律。研究结果表明:采用体外预应力碳纤维板加固后,在役钢筋混凝土T梁的梁体刚度得到有效提高;虽然采用预应力碳纤维板加固无法提高梁体的抗裂性能,但对于梁上已产生的裂缝发展起到了有效控制,提高了构件的使用性能;在最不利列车荷载作用下,梁体混凝土及钢筋应力分别下降24.15%、47.68%,裂缝宽度下降66.68%、跨中挠度下降16.31%,且计算结果与试验结果基本一致,加固效果显著,能够满足运营需求。

隧道长度对烟气分布影响数值模拟

采用数值模拟方法,研究隧道长度对火灾烟气质量流量及烟气层厚度的影响。隧道长度分别设定为100,200,300,400,500m。结果发现:设定条件下,烟气蔓延距离大于200m时,烟气沉降明显,烟气质量流量和厚度呈现先增大后变小的趋势;烟气层下方存在诱导气流,二者之间的剪切作用共同影响烟气质量流量和厚度的变化;200m范围内,诱导气流的速度随着与火源距离的增加而增大,主要是由于烟气层温度较高,浮力效应较强,从而卷吸下层冷空气,导致烟气质量流量和厚度增大,下方诱导气流空间减小,导致速度增加;200m范围外,烟气层温度大幅降低,浮力效应减弱,诱导气流惯性力在二者剪切作用下占据主要作用,从而卷吸上层烟气,导致烟气质量流量和厚度减小。

隧道掘进机滚刀破岩动态荷载理论模型及试验研究

滚刀荷载的动态信息(如峰值荷载、增长速度以及频率等)对保持全断面隧道掘进机系统稳定、控制刀盘振动等至关重要。目前的破岩力预测公式不足以满足刀盘受力及振动的求解需要。因此,基于离散化建模思路,将传统空腔膨胀理论的一维贯入运动扩展至高维度的回转破岩中,对岩体参数及操作参数对荷载特性的影响进行了研究。并通过多组全尺寸回转破岩试验进行验证。结果表明:安装半径、转速以及贯入度的增大使单位时间内滚刀挤压的岩体体积增多、密实核边界速度升高,导致侵岩荷载的增长速度及频率均升高,荷载变化及刀盘振动更加剧烈。岩体强度的增大会导致荷载峰值及增长速度升高、频率降低。所建立的回转破岩动态荷载理论模型与试验结果相差5%以内,验证了该模型的准确性。