温度效应对矮塔斜拉桥墩梁支撑体系的影响

为探究单索面多跨矮塔斜拉桥在温度作用下的受力特性,以某矮塔斜拉桥工程为例,基于Midas/civil软件建立了全桥有限元模型,分析了不同墩梁支撑体系下的多跨矮塔斜拉桥体系温度效应.分别考虑中塔、次边塔及边塔均为墩梁全固结(体系1),边塔为墩梁铰接、中塔及次边塔为墩梁固结(体系2),中塔为墩梁固结、次边塔及边塔为墩梁铰接(体系3),次边塔为墩梁固结、中塔及边塔为墩梁铰接(体系4),边塔为墩梁固结、中塔及次边塔为墩梁铰接(体系5)等5种组合下的墩梁支撑体系方案,分析墩梁支撑体系在升温或降温20℃时,主梁与主塔的应力与位移变化规律.研究表明,体系温度效应对墩梁全固结支撑体系下的主梁与主塔的位移与应力产生显著影响.在体系1中,体系温差为20℃时,主梁与主塔的最大位移分别为66.6 mm与94.07 mm,主梁与主塔应力分别为5.95 MPa与5.96 MPa;体系温度效应对仅在中塔处进行墩梁固结而其余位置进行墩梁铰接的体系下主梁与主塔的位移产生显著影响,但对其应力影响则较小;在体系3中,体系温差为20℃时,主梁与主塔的最大位移分别为74.20 mm与70.67 mm,主梁与主塔应力分别为0.59 MPa与0.48 MPa;在相同体系温度下中塔、次边塔和边塔位置任意选择两个墩梁固结,其余位置为墩梁铰接时,中塔、次边塔以及边塔位置处主梁结构响应显示出较高的相似性,且体系温度效应对主梁结构位移和应力产生的影响程度介于体系4和体系5之间.研究成果可为多跨矮塔斜拉主梁的施工线形控制提供参考.

基于贝叶斯分类算法的隧道开挖安全风险概率评价

隧道开挖安全风险因子的早期识别及风险评估,对隧道后期施工及安全管理具有重要的指导意义。在收集研究区8条隧道相关资料的基础上确定影响因子,同时结合同类型隧道开挖遇到的主流问题进行分析,采用专家打分法确定了各安全风险因子的权重比例,确定了6个一级安全风险因子和20个二级安全风险因子,并对各一级因子权重进行归一化处理,进而得到各安全风险因子条件概率表和先验概率表,最后利用GeNie2.3软件进行风险评价。研究表明,线路涉及的隧道工程总体安全风险水平为Ⅲ级,各安全风险因子中敏感性较高的为地震(B3)、塌方(B6)及开挖方式的合理性(B15),并在此基础上提出了应对措施。

盾构隧道混凝土管片接头抗弯与抗剪性能试验研究

混凝土管片的接头部位在使用过程中,会受到轴力、弯曲力矩和剪切力的共同作用,为能够全面了解混凝土管片接头处受不同外力下作用下的力学性能。根据研究特点,设计三组试验分别为极限承载能力、极限弯矩、剪切试验。针对混凝土管片接头有、无斜向螺栓工况,从管片接头受压区高度、最大张开度以及张开角度的试验数据角度,分析混凝土管片接头处轴力和极限弯矩之间的变化关系。采用有斜向螺栓逆剪切、有斜向螺栓顺剪切以及无斜向螺栓剪切的三种对比试验方式,开展管片接头破坏状态和接头相对错动量分析。研究表明,有无斜向螺栓下的混凝土管片接头处受压区高度和极限弯矩均随着轴力的增加呈现线性增长的趋势,最大张开度和张开角均随着轴力的增加呈线性减弱的趋势;有斜向螺栓连接的管片接头,其相对错动曲线存在平台段,同时受顺剪下的平台段要明显长于逆剪下的平台段。通过管片接头顺剪切和逆剪切破坏对比试验的研究,可较为全面地揭示管片接头部位的抗弯、抗剪切性能的宏观变形规律,其研究结果可为盾构隧道管片接头构造的合理选择提供参考。

基于荷载等效理论的柱体结构剪切变形解析

为了提高具有铁木辛科梁性质的柱体结构剪切变形的计算效率和精度,基于荷载等效分布理论、节点解析法以及具有正交内插特性的铁木辛柯梁理论,提出了一种高效求解梁柱节点剪切变形位移的等效分布荷载-有限元算法,并通过研究2种工况算例验证了算法的可靠性。结果表明:该算法利用非常少的单元(1个或2个单元)便可以获得位移、旋转角、剪切力和弯矩的高精度近似解;其他基于位移的方法,如简化积分法,大约需要40个单元才能获得类似的结果。所提方法可以在不同的连接条件下直接获得铁木辛柯梁柱的稳定函数和弯曲荷载,有效提高了柱体结构剪切变形有限元分析解的精确性。

基于BP人工神经网络的简支梁桥结构振动响应预测

针对有限元模型存在工作量大、计算耗时、无法实现结构响应的快速预测等问题,提出了基于BP神经网络算法的简支梁桥结构应力与位移预测模型。以某简支梁桥为工程背景,通过Midas/Civil有限元软件建立三维杆系有限元模型,并在考虑参数不确定性的基础上使用有限元模型得到完善的训练与测试样本数据集,建立了基于人工神经网络的桥梁结构响应预测模型。研究结果表明,构建的人工神经网络预测模型可在满足预测精度的基础上实现结构响应的快速预测,荷载试验实测值与模型预测值的最大误差在12.46%以内,且拟合优度均在0.9以上。该预测模型后期可与桥梁健康监测系统相结合,实现简支梁桥结构响应的实时分析,可应用于简支梁的结构响应评估工作。

不同荷载作用下桥梁摩擦桩承载特性研究

研究桥梁钻孔灌注摩擦桩的承载特性及桩身力学性质的分布规律对桥梁的安全稳定运行具有重要意义。以重庆三店互通式1号桥梁桩基为研究对象,根据桥梁桩基特点设计室内试验,依次进行了灌注摩擦桩单桩承载力、桩身轴力以及侧摩阻力等桩基性能研究,并将试验结果与数值模拟结果以及理论公式计算结果进行对比验证。研究表明:持力层岩性对桥梁灌注摩擦桩桩顶沉降量存在影响,持力层岩土性能越高,则桩顶沉降量越小;桩身轴力及摩阻力的变化幅度均随着桩顶荷载的增加呈先增大后减小的规律,且桩身中部所受到的摩阻力最大;经理论公式和有限元分析的验证,本次试验结果整体上偏差率较小,3种分析计算方法均可较好地得出灌注摩擦桩桩身轴力变化规律。研究结果可为桥梁运营后期的病害防治提供重要的理论支撑。

论台湾地区之仲裁人选任制度——以营建工程为中心

仲裁人是由当事人双方各选任一位仲裁人,于实务上,仲裁人易产生当事人之代理人化的心态,于仲裁庭时,较易发生仅为选任之当事人辩护,甚而偏袒于当事人一方,而造成仲裁人所作之判断结果较难使双方信服。因此,仲裁人代理人化之问题,实为仲裁人选任制度的重要课题。再者,工程仲裁实务中,因营建工程牵涉范围甚广且具高度专业技术性,仲裁人本身若欠缺工程相关之专业能力,对于工程惯例或专业鉴定报告,恐因不熟悉而影响判定也难以服众。本文就营建工程观点研究探讨仲裁人选任制度,为达成健全营建工程仲裁人选任制度以提升仲裁质量之目标,建议工程仲裁之主任仲裁人的资格,应同时具有法律背景与工程专业背景者来担任审理仲裁争议;并建议建立完整仲裁人名册,并采系统分类随机选取方式选任适合该仲裁案之仲裁人,以避免仲裁人代理人化之情形发生。期有利解决工程争议及提升台湾工程仲裁之信任。

浅埋软岩隧道结构简化模型及分析方法

现有钻孔隧道力学分析模型主要集中在中、深度隧道(覆盖层直径比C/D≥2),但这类隧道模型因忽略了浮力且没有考虑到隧道衬砌的实际荷载,并不适用于浅埋钻孔隧道的力学分析。此文结合浅埋隧道的有限元分析,提出了一种浅层隧道计算模型,并研究了隧道截面最优厚度直径比d/D与覆盖层直径比C/D之间的关系。该模型中的隧道衬砌荷载包括浅层隧道顶部和底部的荷载差,利用提出的浅层隧道模型计算隧道截面上特定点处的土压力,以及结合有限元法进行结构分析得出一系列关键结论。结果表明,在有浮力的浅埋隧道分析中,隧道衬砌归一化内力和变形较无浮力的浅埋隧道显著大,当改变隧道覆盖深度时,隧道衬砌的最大变形值达到最小。结合结构分析和隆起分析的结果给出了掘进过程中隧道某断面C/D值的最优断面直径比值和最优覆盖层直径C/D比值。

大跨径无缝准连续梁桥RPC钢管混凝土灌注桩参数优化分析

为了解决无缝桥梁桩基存在易腐蚀、打桩难等问题,以某无缝准连续T梁大桥为研究背景,通过有限元分析建立了大桥整体模型以及二维弹簧框架简化模型,开展了桩基受力性能有限元分析.将各层地基土的水平抗力比例系数m值换算成一个等效的m值,针对桥台RPC混凝土(活性粉末混凝土)灌注桩桩身正截面受荷载作用效应的压应力、拉应力进行了对比分析.结果表明,m值、桩径对桥台RPC钢管混凝土灌注桩桩身正截面受力特性影响显著,桩身截面入土深度为2.4D~5.5D时产生的拉应力与压应力值最大.

降雨条件下弃土场滑坡力学参数敏感性反演研究

为了研究不同降雨工况下的滑坡稳定性机理及变形规律,以兰原弃土场滑坡为例,首先在GeoStudio中建立二维剖面模型,然后从内因和外因两个角度出发,选取了内摩擦角、黏聚力、降雨强度、渗透系数、降雨入渗补给系数、饱和体积含水率等6个影响因子作为研究对象,设计了25组正交试验并采用极差分析法对滑坡影响因子进行敏感性分析,并结合监测数据对内摩擦角、黏聚力和渗透系数进行参数反演;同时,结合当地多年降雨数据资料,对滑坡进行了3种极端降雨工况条件下的稳定性影响规律研究。研究表明:兰原弃土场滑坡6个影响因子的敏感性大小为:内摩擦角>黏聚力>降雨强度>渗透系数>降雨入渗补给系数>饱和体积含水率;经参数反演计算后,得出的参数值较室内试验组有了进一步的修正,使得滑坡变形趋势更加符合实际监测资料分析的结果,同时得出双日降雨对滑坡稳定性影响更大,更易导致滑坡失稳破坏。通过本文的研究,可在后期不同极端降雨条件下对其采取针对性的防治措施及稳定性判别,并可为同类滑坡的研究提供借鉴意义。

基于MEA-BP神经网络的自锚式悬索桥施工阶段吊索索力预测分析

为减小自锚式悬索桥在施工过程中吊索索力偏差对桥梁线形的影响程度,提高有限元模型的计算效率,提出一种基于思维进化(MEA)算法优化BP神经网络的吊索索力预测方法,以实现对桥梁各施工阶段的高精度逼近与吊索索力的快速反馈。在考虑施工过程中材料参数、荷载参数和环境温度等因素的不确定性基础上,结合有限元模型得到神经网络训练样本集。通过MEA算法实现BP神经网络权值与阈值的寻优,从而提高BP神经网络的预测精度。以某空间索面自锚式悬索桥为工程背景,建立该座桥梁的MEA-BP神经网络预测模型。结果表明,MEA-BP神经网络较传统BP神经网络具有更强的泛化能力与预测精度,MEA-BP神经网络的预测值与现场实测值的误差在10%以内,MEA-BP神经网络模型在索力预测方面具有较好的适用性。

黄原胶改善黏土断裂性能研究

为了研究生物聚合物黄原胶对黏土抗弯强度及断裂性能的影响,在黏土中加入不同含量黄原胶,通过制成单边缺口梁进行三点弯曲试验,分析了不同含水率及不同黄原胶含量下黏土梁的断裂行为。结果表明:含水率与黏土梁的抗弯强度及断裂特征参数在低含水率状态下呈显著的负相关特征;黄原胶的添加能显著提高干燥状态下黏土梁的抗弯强度、断裂性能以及黏土梁断裂前的最大位移,同时使得黏土梁由脆性破坏向延性破坏转变,这些性能的提高与黄原胶含量呈正相关。最后基于含水率和黄原胶含量建立了黏土梁抗弯强度及断裂参数的非线性表达式,拟合结果证实其具有较高的准确性。

基于模糊层次和改进灰色关联度耦合算法的隧道爆破风险评价

在隧道开挖过程中,对隧道掌子面爆破工程进行风险因子的识别及评价,可以达到评价整个隧道施工安全风险的目的。以石柱至黔江高速公路万寿山隧道为研究对象,从影响隧道爆破安全的角度出发,确定4个一级指标和14个二级指标。然后,结合模糊理论和改进灰色关联度分析方法,建立了模型矩阵以及模糊互补矩阵,确定了各因子的权重和矩阵特征向量。最后,再运用模糊理论多层次分析方法对隧道爆破施工风险开展评价,确定了各风险分级。结果表明:各因子的权重由大至小依次为掌子面爆破、爆破管理、地质条件、爆破设计。同时,隧道爆破风险综合等级为高风险;各一级指标中,地质条件为高风险,掌子面爆破为极高风险,爆破管理和爆破设计为中风险。基于风险类型和风险评价结果,可制定分级管控措施及北斗一体化监测系统方案,实时了解隧道围岩变形情况,实行风险分级管控,为隧道开挖动态施工的安全提供保障。

近断层脉冲型地震动作用下BRB框剪结构减震性能设计研究

在脉冲型及非脉冲型地震动作用下,对典型框剪结构及6个屈曲约束支撑(BRB)减震结构进行弹塑性动力时程分析,主要基于层间位移角、结构损坏程度及结构耗能指标,对比分析不同BRB框剪结构的减震性能。结果表明:①由于抗侧刚度的提高,增设BRB能有效降低脉冲型地震动下框剪结构整体的层间位移角响应,使其满足规范限值要求,减震率最高达到52.1%;②相比布置于外周,BRB布置于内框架能更有效减轻脉冲型地震动作用下结构上部楼层梁构件的严重损坏,从结构整体而言使梁构件严重损坏程度占比从71%降至45%以下,同时有效减轻了竖向构件的中度及严重损坏;③相比非脉冲型地震动,脉冲型地震动削弱了减震结构中BRB的塑性耗能能力;④BRB布置于内框架,且其初始刚度和屈服强度按更多楼层区域划分、屈服后刚度比取较小的减震方案的结构在脉冲型地震动下具有较高的减震性能。

山岭隧道注浆锚杆布置规律研究

在含水丰富的砂土地区,锚杆注浆可以解决隧道建设中围岩稳定差以及地下水侵蚀等问题。然而,注浆锚杆的不合理布置既会造成浆液的浪费,又不能达到预定的注浆效果。该文根据浆液扩散的微分方程,通过软件二次开发实现了隧道中锚杆注浆的数值模拟。结合数理统计,研究山岭隧道中注浆锚杆间距、隧道半径以及注浆时间对注浆圈形成的影响。结果表明:锚杆间距与注浆时间之间存在幂函数关系,而隧道半径与注浆时间之间存在指数函数关系。多心圆隧道中,不同半径段注浆锚杆之间布置的间距需要不同,锚杆间距之间的换算关系可由研究所得的公式完成。

基于2.5维有限元-完全匹配层技术的隧道振动建模研究

为解决隧道受周围区域复杂影响的三维隧道动力模拟问题,基于有限单元法,采用2.5D技术,应用完全匹配层(PML)处理由有限单元网格截断的边界,提出一种针对超长隧道结构动态性能模拟的高效、精确解法。结合2.5D技术、有限单元法(FEM)及完全匹配层(PML)的方法并不常见,推导2.5D技术和有限单元法(FEM)结合法的方程,着重说明其与2.5D技术和完全匹配层(PML)结合法的兼容性。通过与常用数值模型(MEF-MEC)和半解析解(PIP)法的结果验证,证明了模型的准确性,并进行了参数研究,以评估隧道和土体性质对土体振动的影响。结果表明:提出的2.5D MEF-PML方法能够解决有限元法不能处理无限域的缺点,与常规PML法相比,精度更高,在隧道动力分析时,能准确考虑隧道周围区域因素的影响。

岩体贯切破坏在不同侧向自由边界的声发射演化

采用机械式隧道开挖可提升施工自动化与工程安全性的成效,但因机械式掘削刃口开挖过程的力学机制仍属浑蒙,而掘削机具与弱面位置的互制关系,对于岩体破坏行为有着重要的影响。以脆性岩体为研究目标,探求楔型刃口贯切受测岩体的接触破坏机制,为工程实际提供参考。由正向楔型贯切仪器的建置,并采用非损伤的声发射技术,以楔型刃口为尖状及90°楔角的试验条件下,改变不同贯切位置,以无侧围压方式进行模拟开口不连续的弱面状况,并采用裂缝开口位移控制,使加载于尖峰行为后,不致失稳开裂,以求取完整的贯切加载历程。试验结果显示,不同贯切位置的裂缝开裂路径,存在着几何相似特性;随着逐渐靠近侧向自由边界,其最大贯切力与最大贯切深度均随之降低,但对于标称贯切压力则影响不大。而声发射技术所接收的微震事件,可代表微观裂缝的生成,其与宏观裂缝的初裂与延伸作一比较,证实声发射定位结果十分良好;随着贯切位置逐渐靠近侧向自由边界,丛聚现象发生时机将提早发生,且弹–塑性交界半径则有减小的趋势。

弹性膜结构几何非线性分析的刚体准则法

提出了一种新型弹性空间膜结构几何非线性分析方法。根据刚体准则的思想,初始受力平衡的单元在经历刚体位移后,其单元结点力方向随单元发生转动而大小不变,单元仍保持平衡。建立了新型三角形空间膜单元,该膜单元由三根空间杆件组成铰接三角形,并在中间张拉薄膜而成,杆件的材料与薄膜相同。所建立的空间膜单元的整体位形由杆单元空间铰接三角形确定,而膜单元的有限弹性变形由内部张拉的薄膜变形确定。由满足刚体准则的杆单元几何刚度矩阵推导了空间膜单元的几何刚度矩阵。根据刚体准则思想,认为膜单元在变形过程中,其刚体位移对其整体变形的贡献较大,而单元的弹性变形贡献较小。采用更新的拉格朗日格式的增量迭代法,在分析的每个阶段充分考虑刚体转动效应,利用小变形线性化理论处理自然变形的剩余效应。该方法几何刚度矩阵推导简单,无需引入对单元大变形的人为假定,可容易地退化为平面膜单元,增量迭代计算过程充分考虑刚体准则,对若干典型空间膜结构算例的分析及与已有方法的比较,验证了所建单元与方法的准确性以及计算效率。

不对称土岩组合对深基坑支护变形的影响

以台北某拟建建筑物深基坑为背景,利用有限元软件PLAXIS进行数值模拟计算,在不对称土岩组合条件下,建立考虑下层地层差异性变化和忽略地层差异性变化两种模型,分析深基坑两侧在开挖与回筑过程中连续壁水平位移、弯矩和钢支撑轴力的变化。结果表明在不对称土岩组合情况下,基坑两侧围护结构内力及位移都存在较大差异,在进行基坑支护设计时,不仅要考虑基坑两侧的荷载差异性,还要重视基坑两侧的地层差异性;当基坑两侧地层、荷载条件不同时,需对基坑两侧的变形和内力分别进行校核。

论PPP及BOT合同权利义务与争议仲裁——以我国台湾地区为视角

我国台湾地区近年来陆续有PPP或BOT项目之履约争议发生。例如,台湾地区高铁案、台北市大巨蛋案;而投资合同上的当事人权利义务是纠纷解决依据。因PPP或BOT合同履行期通常长达数十年,风险自是比传统的政府采购合同大许多,尤其常发生公共服务与投资商之财产权保障冲突时之当事人权利义务的合同解释问题。基于“促参法”第12条之规定,将PPP或BOT合同定性为私法合同,但不得违反公共利益之立法目的,即于PPP或BOT合同履行,双方应遵守合同自治原则。PPP或BOT合同当事人的权利义务,于不违反强行规定下,优先依合同约定,无规定时则由法律加以补充,也不排除以情势变更或不可抗力为由,声请调整当事人的权利义务。本文除了对于依据“促参法”及BOT合同范本介绍主办机关与民间机构的权利义务款之解释外,也以实务见解作论证,尤其强调法律风险之责任分担于合同变更的适用。最后,本文对于投资契约争议之仲裁机制予以分析,认为PPP及BOT合同之各面向当事人间若生争议,必属十分专业甚至复杂的法律关系,有待迅速解决,委之于仲裁,相对于民事法院,争议解决可能较迅速、专业判断与法律公正性。