基于Topsis改进因子分析的公路隧道入口段视觉负荷研究

为探究直线公路隧道入口段驾驶者的视觉负荷,首先,通过实车试验采集5种视觉指标,采用Topsis改进因子分析法建立视觉负荷评价模型;然后,分析不同时间及位置下视觉负荷的变化特征,基于构建的视觉负荷曲线提出行车舒适评价标准,并运用已发表数据验证构建负荷模型的泛化能力;最后,通过敏感度分析探究视觉指标对视觉负荷的影响程度。结果表明:当驾驶者位于距洞口-13~55 m(12:00)、-10~49 m(15:00)时,视觉负荷超过临界值(0.906),驾驶者的行车舒适度和安全性极低;洞口驾驶者的视觉负荷值和接近度远大于洞内和洞外;18:00的视觉负荷和接近度远低于12:00和15:00。视觉指标的敏感度参数从大到小依次为注视时间、瞳孔面积、注视次数、扫视幅度、扫视速度。

水热活动带下的隧道热害特征与成因分析

滇西地区的地热资源丰富,部分隧道工程在穿越水热活动带时会面临高温挑战,严重影响施工质量与进度。为揭示水热活动带下的隧道热害特征,以腾越隧道为例,采用地质构造勘察法和温泉地球化学分析方法对该区域内的水热活动循环模式进行了研究;基于大地热流值对区域地温带进行了划分,利用SiO_(2)地热温标对隧道热害进行了预测。分析结果表明:受地质构造影响,该区域水热活动的热源来自火山岩浆,褶皱与断裂是热水循环增温的主要通道,水源补给则来自大气降雨,热水循环、增温、径流期间的水岩反应导致水体Ca^(2+)上升;腾越隧道沿线以中、低温地热系统为主,该区域内的热量传递以热传导为主,隧道全线的热害占比高达87.3%。

基于TVFEMD-IMF能量熵增量的桥梁监测数据降噪方法

针对桥梁监测数据受多重噪声干扰、影响结构真实响应获取的问题,提出了一种基于时变滤波经验模态分解(time-varying filtering empirical mode decomposition,简称TVFEMD)和本征模函数(intrinsic mode function,简称IMF)能量熵增量的桥梁监测数据降噪方法。首先,利用TVFEMD分解桥梁原始监测数据,得到多个子序列;其次,采用IMF能量熵增量确定多个子序列中的有效子序列;然后,划分子序列中的结构响应分量和噪声分量,对结构响应分量重组实现监测数据降噪;最后,利用平均绝对误差(mean absolute error,简称MAE)、均方根误差(root mean squared error,简称RMSE)和信噪比(signal-noise ratio,简称SNR)对不同方法的降噪效果进行评价。仿真算例和工程实例结果表明:TVFEMD相比经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD),有效解决了模态混叠问题;TVFEMD结合IMF能量熵增量方法,有效抑制了多重噪声影响,对结果精度有较大提升;与EMD-IMF能量熵增量和Kalman滤波降噪法相比,TVFEMD-IMF能量熵增量法所得到降噪信号的MAE和RMSE值分别提升了23%和21%以上,降噪效果更好,信噪比提升38%以上,抗噪性能更佳。

考虑波形腹板剪切的端部固支组合梁挠度分析

波形钢腹板组合梁因其优良性能得到广泛应用,其挠度问题是研究的重点之一,近年来我国对波形钢腹板组合梁挠度计算方法的研究虽有长足的进步,但多集中于静定结构,并且端部固支的超静定结构体系在桥梁工程中应用广泛。为了探讨不同支承下波形钢腹板组合梁滑移附加挠度变化的规律,并为波形钢腹板组合梁的后续研究提供理论基础和参考,在足够刚度的前提下将端部固支波形钢腹板梁简化为两端固支和一端固支一端活动铰支的端部约束条件,推导了其考虑滑移和腹板剪切变形影响时的跨中挠度计算公式,找到适用于实际桥型的挠度计算方法;基于试验梁和有限元模型对本文公式进行了验证,结果表明:端部固支波形钢腹板组合梁的滑移附加挠度占比随剪切刚度的变化趋势显著区别于一端固定铰支一端活动铰支的抛物线型而呈线性变化;不对称约束放大了波形钢腹板组合梁腹板的剪切变形和滑移效应。

基于光环境室内仿真和视觉功效实验的公路隧道照明评价方法研究

随着我国公路隧道里程急剧增加,运营过程中照明能耗大、质量低、交通事故频发等问题日趋突出。笔者结合当前公路隧道照明设计和运营现状,从驾驶员视觉“静态空间视野感知”和“动态视亮度适应”这2个角度开展公路隧道光环境室内仿真,以基于反应时间的视觉功效定量表征公路隧道照明光环境参量如相对光谱能量分布、环境相对色温等对被测样本视觉状态的影响。实验结果表明:在公路隧道(尤其是长、特长隧道)中间段,被测人员的视觉功效随视野感知域内光环境相对光谱能量分布SPD1、SPD2、SPD3依次升高,随环境相对色温的升高而升高,亮度梯度降低时刻视觉目标所对应的视觉功效显著低于其它目标对应的视觉功效,动态暗适应下短暂的适应时间有助于提升被测样本在亮度梯度降低过程中的视觉功效;动态暗适应下驾驶员视觉系统光谱灵敏度最大值逐渐向短波方向过渡。

桥梁内部钢结构病害检测研究与应用

桥梁内部钢结构病害隐蔽性强、不易察觉,极易造成难以预见的结构破坏,因此如何实现内部病害的及时检测和精准诊断,成为亟待解决的重大难题。基于自发漏磁检测原理,揭示了磁场变异与钢结构损伤的相关性,然后利用此共性特征,开展桥梁内部钢结构病害无损检测研究;重点针对钢筋锈蚀、拉索腐蚀断丝和钢筋应力破坏3种桥梁内部病害,总结了笔者团队在检测方法、装置研发与应用方面取得的研究成果,对比分析了常用检测方法的技术特征,为推动桥梁无损检测技术的快速发展奠定了研究基础。

地震作用下隧道工程失稳判定方法探讨

为寻求地震作用下隧道工程失稳判定方法的突破口,对隧道工程现有静力和动力失稳判定方法的原理、优缺点及适用范围进行了探讨,力求提出切实可行的判定思路。阐述了隧道工程在地震作用下的响应特性和破坏机理,以及7种类型隧道工程静力失稳判定方法的研究现状;结合隧道工程地震响应特性和静力失稳判定方法,从定性判定、理论推断、振动台模型试验判定3个方面阐述了隧道工程动力失稳判定方法发展概况;总结了当前隧道工程动力失稳判定方法存在的问题和不足,包括定性判定标准缺少理论支撑,由静力判定法发展来的动力判定理论方法研究深度不够,缺乏动力失稳判定方法的振动台破坏试验专项研究;最后提出了隧道工程在地震作用下的失稳判定方法的研究展望,为从事该领域研究的科研人员提供一定参考。

隧道振动台试验数值模拟及振动输入方法分析

针对隧道振动台试验中的“模型体-模型箱”体系数值模拟问题,通过总结动力有限元阻尼计算分析了模型泡沫边界层的阻尼实现方法。对数值模型底部振动输入的实现方式进行了讨论,分别推导了大质量法、位移时程输入法等计算过程,通过单自由度体系对比分析了大质量法和位移时程输入法的计算精度,分别讨论了两种实现方式的优缺点和在应用中的合理性;并以某隧道振动台试验模型的数值计算为例,分别采用大质量法和位移时程输入法对计算模型进行了对比分析,这两种方法在实际试验模型的地震作用数值分析中整体计算精度相近,但大质量法易产生位移累积误差。

侧压系数对高应力破碎区隧道结构受力影响的试验研究

开展高地应力作用下隧道衬砌受力特性研究,对完善支护结构设计方法具有重要意义。采用室内物理模型试验方法,通过设置初始高地应力和变化侧向压力系数,对下穿断层破碎带隧道围岩与结构的力学响应规律进行系统研究。试验结果表明:在高地应力作用下,下穿倾斜破碎带的隧道围岩变形、应力和衬砌内力均出现明显的非对称性与偏压现象,近断层侧拱脚应力为远断层侧拱脚的2.4倍;当侧压力系数为0.5时,远断层侧拱脚弯矩为近断层侧拱脚弯矩的1.8倍;切向围岩应力受断层破碎带的影响较大,在0.1 D~0.3 D洞壁距离应力集中较为明显;侧压力系数增大,非对称性增强,受力最大的位置为近断层拱脚,受力最小的位置为拱底;同时断层破碎带导致衬砌结构受力差异性增大,拱顶沉降明显,衬砌结构逐渐失稳,建议对拱脚、拱顶与拱底进行构造加强。

考虑地层影响的市政桥梁与地铁车站合建方案研究——以重庆大学城南站合建工程为例

市政桥梁与地铁车站合建时,为满足2种不同构筑物的结构安全和正常使用需求,保证结构合理受力,对比“低转换梁连接”及“桥墩与车站顶板固结结合部分换填”2种方案,建立三维地层-结构模型并进行计算,对各结构承载能力、变形情况及抗震能力进行分析。研究结果表明,采用“低转换梁连接方案”进行合建存在设计、施工困难,且运营期转换结构有检测、维护需求;采用“桥墩与车站顶板固结结合部分换填方案”进行合建可有效避免此类问题,且车站板、墙、柱等结构受力情况较“低转换梁方案”得到改善,同时方案对车站及桥墩能起到更好的变形控制效果,各结构承载力强度及变形均满足规范要求。

库水位循环下岸坡-桥梁桩基相互作用致损机理

库水位循环作用下,库岸边坡岩土体物理力学性质劣化,引起岸坡变形、滑移,将对桥梁基础、桥墩及上部结构产生不同程度损伤,甚至会导致桥梁上部结构落梁、垮塌。针对重庆万州长江二桥库岸边坡失稳致灾问题,采用FEM-SPH(finite element method-smoothed particle hydrodynamics)转换耦合算法建立了岸坡-桥梁三维有限元模型,结合桥位处地质勘测数据模拟了变动水位条件下岸坡变形、滑移、失稳全过程,揭示了岸坡滑移与桥梁桩基相互作用机理,研究了桥墩偏位规律及下部结构失效模式。结果表明:以滑动带有限元网格悉数转换为SPH(smoothed particle hydrodynamics)粒子作为岸坡失稳判据,FEM-SPH转换耦合算法能够更直观、准确地模拟库岸边坡从变形、滑移至失稳全过程;桥位处岸坡将在第16、20次水位升降循环过程中发生失稳破坏;随着岸坡变形、滑移、失稳演化,桥墩偏位呈“缓增-激增”的变化趋势;岸坡发生第2次失稳时,桩基础在土-岩交界面上部发生剪切破坏,破坏面与水平面夹角约为60°。

复杂地质条件下山区悬索桥锚碇选型及设计

由于设计、施工的复杂性,大跨独塔悬索桥在实际工程中鲜有应用。虎跳峡金沙江大桥主桥采用766 m的单跨独塔钢桁梁悬索桥,受地质构造作用,丽江岸锚碇区地质条件异常复杂,同时规划电站的蓄水位导致水文条件不利于锚室防水及锚固系统的耐久性,锚碇选型难度大。因此,该文首先详细阐述复杂地质条件下的锚碇选型;然后介绍锚碇结构设计及高强钢拉杆锚固系统设计;最后列出锚碇计算的主要步骤及重要成果。

水平软硬互层偏压隧道施工稳定性分析

以水平层状的砂泥岩互层围岩条件下遂德高速公路中鸡公岭隧道为工程背景,采用有限元分析软件,模拟分析在不同偏压条件下三台阶开挖施工方法中隧道围岩塑性区分布情况及初衬收敛位移、应力场变化情况。结果表明:中部施工对隧道稳定性影响最大,随着偏压角度的增大,塑性区由拱腰向拱脚及拱肩处发展。初衬拱顶及仰拱竖向位移随着施工步序的进行而增大,总体收敛位移及竖向位移最大值均发生在砂泥岩互层交界处。由于施工荷载作用,整个拱圈初衬的初始应力场被破坏,其中隧道中部施工对应力场重分布的作用更明显。随着偏压角度的增大,左右两侧隧道小主应力最大值绝对值的增量均逐渐变大,在偏压角度大于50°后,左侧隧道小主应力最大值绝对值超过右侧隧道的对应值。

高地应力软岩隧道大变形特征与处治技术

文章结合依托工程对高地应力软岩隧道大变形特征与处治技术展开研究,得出如下结论:(1)大变形灾害严重程度与地应力等级、围岩软弱程度高度相关,地应力越高、围岩越软弱,大变形越严重;(2)大变形灾害具有变形量大、持续时间长以及空间分布不均的特点;(3)大变形灾害处治应遵循“抗放结合、共同承载、动态控制”的原则,采取多项主动支护措施,降低灾害影响。

超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案设计研究

为对超大跨劲性骨架拱桥缩尺模型试验方案进行合理设计,以计算跨径600 m的劲性骨架拱桥——天峨龙滩特大桥为背景,围绕模型缩尺比、结构设计、材料及加载系统等关键环节,开展主拱圈缩尺模型试验方案设计研究。最终确定模型拱缩尺比为1∶10,劲性钢骨架采用单肋形式,采用与实桥主拱圈性能相近、便于施工的材料,采用阵列式滑轮组加载系统实现模型拱和实桥主拱圈的应力等效,还原外包混凝土分环分段浇筑施工,并简化劲性钢骨架与管内混凝土施工。将模型拱外包混凝土应力实测值、ANSYS建模计算得到的模型拱理论值及实桥主拱圈理论值进行对比,结果表明:模型拱和实桥主拱圈外包混凝土在施工阶段的应力变化趋势基本相同,最大绝对误差在2 MPa以内,模型拱应力实测值和理论值也吻合较好,缩尺模型试验方案设计合理。

钢筋混凝土拱桥主拱圈加固方式及效果研究

目的 寻求钢筋混凝土拱桥主拱圈最佳加固方式,以改善加固效果,给同类危旧拱桥加固提供参考。方法 基于某实际加固桥例提出3种不同卸载方式的加固改造方案,采用Midas civil软件建立有限元模型,分析不同加固方式的影响规律;对原拱圈初始应力水平、施工阶段内力、成桥状态下应力、内力及挠度进行分析;利用加固层最大应力比、荷载置换率和挠度变化率对加固效果进行评价。结果 方案三的加固层最大应力比分别比方案一、二大45.12%与52.74%,荷载置换效果最显著,最大值达3.82,挠度变化率最大。结论 选择拱上建筑拆除得越多的方式进行加固,加固效果越好;对钢筋混凝土拱桥进行加固时,应基于加固方式制定加固施工方案,同时需考虑施工工期与加固成本。

分级动荷载下土石混合体滞回曲线形态特征试验研究

城市回填区地层多以松散土石混合体形式存在,自身结构孔隙率大、强度低、工程性能较差,对隧道施工扰动和地铁列车运行等动载作用十分敏感。滞回曲线可反映土体在动荷载作用下的变形、刚度及能量耗散等特征,研究土石混合体滞回曲线对回填区地铁的施工和运营安全具有重要意义。利用KTLDYN伺服电机控制式动三轴试验系统,采用分级加载的方式对回填区土石混合体试样进行了循环荷载试验,研究了含石量P、含水率ω、固结应力比k_(c)和加载频率f对滞回曲线的形态特征(包括中心间距d、长轴斜率k、滞回曲线包围面积S和不闭合程度ε_(p))和骨干曲线的影响。研究结果表明:土石混合体的典型滞回曲线整体呈长梭形,两端呈尖叶状。d、S、ε_(p)随着振级的增加呈非线性增大,k随着振级的增加呈对数关系衰减。同一振级下,d和ε_(p)随着P、k_(c)和f的增大而减小,随着ω的增大先减小后增大;k随着P、k_(c)和f的增大而增大,随着ω的增大先增大后减小;S与P呈正相关,随着ω的增大先增大后减小,随着k_(c)和f的增大而减小。当动应变相同时,动应力和骨干曲线斜率均随P、k_(c)和f的增大而不断增大;随ω的增大先增大后减小。

基于向量残差SVD的混凝土超声测试温度效应研究

为研究温度对混凝土超声测试尾波信号的影响规律;将信号向量间的归一化夹角作为波动指标,反映温度效应引起的信号变化;通过向量残差矩阵SVD获得表征温度效应大小的特征向量,建立向量空间映射和温度差的数学关系。在实验室采集混凝土梁尾波信号进行验证,结果表明,随温度升高尾波信号的波形发生后移,文中方法可分段线性量化温度效应;基于量化结果,得到常温下超声尾波信号最敏感的温度区间;任意4.5℃范围内,可去除74%~90%的温度效应。

多孔轻质混凝土力学性能敏感性试验研究

选择市售复合发泡剂、P.O 42.5水泥、80目细砂、Ⅰ级粉煤灰及15 mm短丝聚乙烯醇纤维,得到基准配合比m水泥∶m粉煤灰∶m细砂=1∶0.250∶0.375,水胶比W=m水/(m水泥+m粉煤灰)=0.35,粉胶比F=m粉煤灰/(m水泥+m粉煤灰)×100%=20%,砂胶比S=m细砂/(m水泥+m粉煤灰)=0.3,聚乙烯醇纤维掺入百分比f=m纤维/(m水泥+m粉煤灰+m细砂)×100%=0.1%,泡沫掺入体积比N=V新鲜泡沫∶V水泥砂浆=2.0;采用控制单一变量法,通过调整W=0.40、0.45、0.50、0.55,F=15%、10%、5%、0%,N=1.5、1.0、0.5、0,分别制备了12组多孔轻质混凝土试样进行单轴压缩试验,分析了不同配合比多孔轻质混凝土应力-应变曲线阶段性特征与力学参数变化规律;通过多因素交互效应响应模型分析了W-N、N-F、W-F交互效应下多孔轻质混凝土峰值强度σpeak、弹性模量E的响应敏感性规律。结果表明:单轴压缩加载下,多孔轻质混凝土的残余强度σre约为σpeak的70%,表现出“让压吸能”特征,该特征的显著性随着N的增大而增大;多因素交互效应下,多孔轻质混凝土σpeak与E的响应曲面形态基本相同;多孔轻质混凝土内部中型孔隙占比最大,约18.37%;“蜂窝状”孔隙结构可有效传递并分散外部荷载;伴随“让压吸能”特征,多孔轻质混凝土细观孔隙结构的损伤过程包含分布损伤与局部破坏2个阶段。

四分点集中阻尼弦系统本征解的性质

带有集中阻尼的张紧弦系统在力学模型上属于混杂动力学系统,通常采用近似方法求解本征值以满足工程应用需求,为进一步明确该类系统的振动特性,有必要从解析角度探讨其本征问题。针对四分点集中阻尼弦系统,推导并化简其频率方程的代数形式,求得代数方程的解,经过换元逆过程,获得原频率方程的所有闭合解。发现闭合解共存在3组,其中两组互为共轭,根据代数基本定理讨论闭合解的结构。结果表明:系统存在两种相同的运动特征,其单位时间对数衰减率相同,频率互为相反数;系统中3个解支对应的单位时间对数衰减率和频率,总是随着阶次的增加而呈周期循环的;在同一解支下的各单值分支也呈周期性循环,即随着阶次的增加,其对应频率增加4π的整数倍,而单位时间对数衰减率保持不变。综上可知,集中阻尼弦系统的运动特性总是随着阶次的增加而重复变化,且变化周期与阻尼安装位置相关。