时变对流模式下混凝土厚壁结构内生热场分布

针对高墩混凝土箱梁墩顶块水化热温度场分布状况,考虑了风速的影响,建立了时变对流热传导模式,利用ANSYS分别对时变对流换热系数和稳定对流换热系数下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场进行了分析,总结了时变对流模式下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场的分布规律,并与实测值进行了对比。研究结果表明:时变对流计算模式适合计算高墩混凝土箱梁墩顶块的水化热温度场;混凝土箱梁墩顶块水化热温度分布以腹板、顶板、底板与横隔板的交合部分为球心呈层状向外逐渐减小;随着时间的延伸,水化热温度分布形状相似,相应区域内温度值降低;时变对流换热系数下水化热温度峰值出现时间约为56 h,稳定对流换热系数下水化热温度峰值出现时间约为80h;风速对各测点的水化热温度峰值及其发生的时间影响较大,增大风速可降低水化热温度峰值,缩减温度峰值出现的时间。     

混凝土箱梁层水化热场时程分析与评价模型

针对混凝土箱梁墩顶块在施工浇筑过程中的早期开裂现象,基于最小目标原理,建立了混凝土箱梁水化热评价模型;在水化绝热温升模型的基础上,采用大型通用软件ANSYS,对正常浇筑模式下和3层浇筑模式下混凝土箱梁墩顶块水化热温度场进行三维数值仿真,得到水化热场温度峰值和温差峰值时程曲线,并将3层浇筑与正常浇筑模式进行了对比分析以及优化评价。研究结果表明：3层浇筑方式能够改善混凝土水化热温度峰值,但对缩小温差峰值不明显;热场评价模型能够准确地反映浇筑方式的合理性,评判其温度峰值与温差值的差异性。     

箱梁大体积混凝土冬季施工水化热效应研究

针对连续箱梁0#、1#块大体积混凝土因浇筑时水化热温度应力导致的早期开裂现象,基于遵循能量守恒定律的热传导基本理论,利用有限元软件MidasFEA的水化热分析模块,分析了在墩顶3m厚横隔板内有冷却水管作用时,冬季大体积混凝土箱梁"二次浇筑"的早期水化热温度场和应力场.计算表明,水化热引起第一次浇筑混凝土横隔板的棱角处及接近上下层交界面附近的早期温度应力是不容忽视的.根据研究结论,提出了一些控制水化热温度效应的合理建议,可供同类工程参考.     

零号箱梁水化热温度应变场分析

为研究混凝土箱梁零号块的水化热温度效应,找到合理的温控措施,基于某大跨度连续梁桥两处零号箱梁浇筑后的实测数据,运用有限元分析软件模拟箱梁浇筑后的水化热温度场,分析了外部温度对水化热温度场的影响,提出了用竖向筋波纹管充当冷却管的温控方案.试验研究表明:混凝土箱梁的温度实测值与计算值符合较好,说明有限元分析模型能有效模拟水化热温度场;水化热产生的顶底板温度梯度与外部温度有关,夏季施工比冬季施工时达到的顶底板温差更大;应变场与温度场呈负相关状态,且应变变化滞后于温度变化,应变先压后拉.因此,零号箱梁的浇筑宜在温度较低时进行,浇筑完成后,应当根据水化热温度效应的特点,对重要部位进行针对性养护,并采用适当温控方案,以降低混凝土内部最高温度及顶底板温度梯度.     

空心薄壁墩水化热温度效应研究

采用热-结构耦合分析的方法对水化热引起的空心薄壁墩的温度效应进行分析,计算中考虑了混凝土弹性模量随龄期的变化.利用ANSYS软件模拟178m高墩施工进程中的水化热温度效应,得到空心墩墩底实体段、墩身、以及节段接缝处的温度和应力随时间的变化规律,结果表明与一般大体积混凝土的温度效应不同,空心薄壁混凝土结构由于水化热引起的温度升高不超过40℃,但温度应力比较大,最大温度应力达到6MPa,值得设计施工人员认真对待.     

爆燃火灾全程下多梁式PCT型梁桥剪力滞效应

针对火灾下预应力混凝土T(PCT)型梁桥顶板的开裂,利用热力耦合方法分析了爆燃火灾下4片预应力混凝土T梁桥的温度场和剪力滞时程演变规律。研究结果表明:火温全程T型梁翼缘板连接部位温度值高于翼缘板根部,呈现出以腹板与顶板交合部位为中心逐渐向翼缘板边缘部位呈稀疏温度带间隔梯度过渡的"V"状分布云;火温初时,恒载作用下顶板最大压应力位于两边肋顶部,最小压应力位于两边梁外侧悬臂板端部,单片梁体顶板呈负剪力滞状态,4片梁体顶板剪力滞呈"W"状,其峰值之比接近1.0;随火温时间延增,两中肋的应力峰值点出现在半悬臂板宽度处,应力变化幅值大于两边肋与四肋同时受火的顶板应力变化幅值,顶板部分出现拉应力;随火温时间延增,各片T梁顶板处于负剪力滞状态;研究可为预应力桥梁实用抗火设计提供依据。     

PC箱梁墩顶块水化热温度冲击模型及空间仿真

针对目前PC箱梁墩顶块在施工过程中由于水化热导致出现裂缝现象,结合实际工程,综合考虑混凝土密度,比热容,热传导系数的温度时变效应,建立水化热温度冲击模型,采用单元生死技术和子模型技术对PC箱梁墩顶块水化热温度场进行空间数值仿真。经与实测数据对比说明:水化热温度冲击模型准确、实用;腹板与底板、腹板与顶板、腹板与横隔板交合处混凝土浇筑量较大,产生大量水化热,导致浇注温度很高;并向表面依次降低,由里及外温度梯度分布宽度逐渐小;采用单元生死技术能有效模拟混凝土箱梁分层浇筑或多层浇筑;子模型技术适合PC箱梁墩顶块局部精细分析,可解决单元划分所导致的复杂结构水化热热量传导梯度过大及阶跃现象。该成果对工程实际具有一定的参考价值。     

大跨混凝土箱梁桥温度荷载作用下剪力滞效应分析

混凝土箱梁以其良好的结构整体受力性能在现代大跨桥梁结构中得到广泛的应用,但迄今所修建的混凝土箱梁桥中,在施工阶段或在运营阶段,箱梁上均存在较多的由温度引起的开裂现象.造成这一现象的主要原因是现有计算方法的不完善,其中之一就是未考虑箱梁在温度荷载作用下的剪力滞效应.采用有限元法对大跨混凝土箱梁桥在温度荷载作用及自重作用下的剪力滞效应进行了详细的分析,其结果表明在温度作用下,箱梁翼板底面存在着较为严重的剪力滞现象,并获得了箱梁在温度荷载作用下剪力滞效应的一般规律和初步结论,为箱梁的温度应力计算提供了参考.     

变截面箱梁桥悬臂施工过程剪力滞效应

为了研究剪力滞效应对变截面箱梁桥悬臂施工过程的影响,以某新建(48+80+48)m变截面预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,通过理论分析、数值模拟和现场试验的手段,对变截面箱梁桥悬臂施工过程中的剪力滞效应进行了研究。研究发现：变截面箱梁桥在施工阶段的自重荷载作用下,翼板出现负剪力滞效应,剪力滞效应在固定端最小,且随离固定端距离的增大而增大。在整个施工阶段,0号块截面和1号块截面的剪力滞效应变化规律基本一致,均在箱梁顶板位置出现负剪力滞,箱梁底板位置出现正剪力滞,随着施工的进行,剪力滞效应逐渐减小。梁体的合龙对底板的剪力滞效应影响较明显,其中0号块截面和1号块截面的底板剪力滞出现了由正剪力滞变成负剪力滞的现象。随着施工的进行,0号块截面顶板和腹板交接处的剪力滞系数逐渐增大,在底板和腹板交接处剪力滞系数逐渐减小,1号块梁端截面顶板和腹板交接处、底板和腹板交接处剪力滞系数逐渐减小。     

预应力混凝土梁桥温度效应分析

温度效应是引起混凝土桥梁裂缝产生的重要因素之一。为研究不同工况下混凝土梁桥的温度效应,通过有限元软件ADINA对梁体在浇筑水化热、日照温差两种工况下的温度场进行模拟,结合某预应力混凝土梁桥实桥跟踪试验温度实测值进行对比分析,并计算出温度应力对结构的影响。结果表明:有限元计算结果与现场实测结果较为一致。混凝土T梁浇筑时,水化热温度先剧烈上升,约7～9 h达到峰值,峰值温度约60℃,然后快速下降趋于平稳,早期水化热应力小于混凝土早期抗拉强度;采用《公路桥涵设计通用规范》中温度梯度计算日照温差应力分布规律与实测值基本一致,腹板处温度应力值比较大,对结构有不利影响。     

南京地铁集庆门盾构隧道进洞端头人工冻结加固温度实测

在人工冻结法施工过程中,及时掌握冻土温度场的发展情况是控制和指导施工的重要手段.以南京地铁集庆门站左线盾构到达冻结工程为依托,运用数字测温系统对人工冻结法加固盾构进洞端头的地层温度进行了原位监测,获得了在地层初始温度高、土层含水量大的情况下进行人工地层冻结施工的温度实测数据.在后期停止冻结后对人工冻土的自然解冻温度进行了监测分析.监测结果表明:土质对冻结温度场的影响胜于含水率对其的影响;地下水流速过快和土体中的空气能够阻碍冻结壁的有效形成;在洞口加固工程中注浆水化热不会对土体的冻结产生明显影响;冻土壁轴面上的自然解冻速率快于其他位置,但轴面处冻土的解冻周期性相对较长.     

基于导电膜电阻拉—敏效应的混凝土裂缝分布式监测技术

为了对混凝土结构裂缝进行分布式监测,提出利用高分子导电膜具有的电阻拉—敏效应,将其涂覆在混凝土结构表面作为传感器,实现混凝土裂缝分布式监测的新方法;对其机理进行了研究,提出了导电膜拉—敏效应的模型;分别以塑料板和混凝土预制板作为试验构件,在实验室进行了导电膜作为传感器监测构件变形、开裂和裂缝发展的验证性试验。试验结果表明,采用导电膜作为传感器能及时、准确判断混凝土构件裂缝出现的时机,并能对裂缝的发展状况进行连续监测,最小监测裂缝宽度为0.02mm。     

砂岩吸水特性试验

为了研究砂岩吸水随时间的变化规律,利用深部软岩水理作用测试仪,对鹤岗南山矿深部和浅部砂岩进行了吸水试验,并通过粉晶X-射线衍射试验、压汞和SEM电镜扫描测试,分析了影响砂岩吸水特性的主要因素,建立了砂岩吸水过程函数.结果表明:无论是深部还是浅部砂岩,其吸水过程均具有时间效应,吸水速率随时间改变;吸水特征双对数曲线呈凸凹型和直线型.孔隙结构呈A类分形特征的砂岩,吸水速率变化较小,吸水特征双对数曲线多呈直线型,孔隙结构呈B、C类分形特征的砂岩,吸水速率变化较大,吸水特征双对数曲线多呈凹凸型.砂岩中矿物种类与含量、粒间孔隙中黏土矿物类型与产状均对吸水速率产生影响.     

盾构出洞水平冻结解冻温度场三维有限元分析

为揭示人工冻土解冻规律,对某地铁区间隧道盾构出洞水平冻结工程融化温度场进行了三维数值模拟分析,并研究了土体导热系数、比热容、含水率和环境温度等因素变化对人工冻土融化温度场的影响.计算结果表明:冻结帷幕解冻所需热量主要来自于与隧道管片和混凝土槽壁接触的大气;解冻过程可为负温阶段、相变阶段和正温阶段,土体温度在负温阶段上升较快,相变阶段上升速度明显变缓,进入正温区后土体温度回升速度再次增大;负温阶段受比热容的影响比较显著,含水率增大引起相变阶段明显延长,导热系数和环境温度变化对三个阶段都有显著影响.为跟踪注浆控制融沉提供了理论依据.     

碳纤维布用于深埋隧道衬砌裂缝的加固效果

为评价公路隧道衬砌裂缝的碳纤维布补强效果,同时为类似隧道工程提供加固措施依据,利用有限元软件对裂缝补强效果进行了详细的计算分析。通过现场检测某深埋长大公路隧道交叉口段二次衬砌的开裂状况,从地质构造学角度分析裂缝成因表明:衬砌开裂是由于围岩地应力侧压力偏大,侧洞开挖后导致衬砌应力重分布而产生向拉应力超过混凝土抗拉极限强度而产生局部开裂。基于有限元理论对隧道开裂段加固前后衬砌结构的应力场及位移场进行了对比分析,同时分析了碳纤维布的变形状况。结果表明,当二次衬砌开裂后将碳纤维布粘贴于衬砌内表面,由于碳纤维布参与承担荷载,对混凝土衬砌受拉变形起约束作用,碳纤维作为抗拉材料能有效控制衬砌裂缝的扩展。     

地下车库与人防医疗救护工程平战功能转换设计

为了解决医院平时停车又兼顾人防工程规划的落实,采用"地下车库与人防医疗救护工程平战功能转换设计"的方法.其特点在于转换设计复杂,转换工作量较大,受临战转换时限的约束.分析了其转换设计的特点,提出了相应的设计思路和期望构图,并在工程实际中得到应用.从工程设计实践看,二者之间的转换设计有一定的难度,需要平战统一协调,反复优化,尽量减少战时转换工作量,在明确转换施工队伍、预先做好施工组织设计和储备好构件材料的情况下,可以保证在转换时限内完成转换工作.     

海温垂直结构声特征提取的反演算法

针对自适应搜索算法在海温垂直结构冲激响应特征提取中运算速度慢、精度低的不足,引入共轭梯度反卷积算法CG(conjugate gradient method),得到海温垂直结构的冲激响应,利用层剥算法对所求得的冲激响应进行反演,得到海温垂直结构特征。结果表明:该算法能够克服单纯使用层剥算法而带来的反演不稳定现象,而且相比自适应搜索算法,反演速度快,反演精度高,具有一定的抗噪能力,并且声源信号的入射波形对反演效果影响较小,不同的迭代终止条件对反演结果也有较大的影响,在适当的范围内,减小迭代终止条件可以提高反演的精度,但是,如果迭代终止条件过小,则会引起虚假振荡,造成反演结果发散。     

爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的有限元分析

对于重要的建筑物和防护结构,通常都要考虑爆炸冲击荷载的作用,目前钢管混凝土已被广泛地应用于工程结构中.为研究爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的力学性能,采用非线性有限元软件ANSYS/LSDYAN对方钢管混凝土柱在表面爆炸荷载作用下的反应进行了数值模拟.混凝土采用HJC模型,钢管采用考虑应变率的随动硬化塑性模型.分析了折合距离为1.0时柱子的破坏形态和不同折合距离时关键点的位移反应.研究表明,折合距离为1.0时,尽管内填混凝土破坏严重,但钢管能约束混凝土的横向变形,表现出良好的延性,抗爆性能优越.且随着折合距离的增大,柱子变形明显减小.     

遮弹层震塌碎块对成层式结构顶板的冲击破坏效应

为了弄清采用空气分配层情况下遮弹层的震塌碎块冲击结构顶板引起的混凝土板的整体动力响应和局部破坏效应,利用系统能量平衡原理对冲击的整体响应进行分析,并利用有限元方法模拟了碎块与靶体的碰撞过程.结果表明:震塌碎块的冲击对混凝土板的破坏效应以局部破坏为主,冲击造成的结构整体作用可以忽略不计;板内设置钢筋网可以有效地减缓顶板结构内部裂缝的产生和背表面震塌的发生,顶板背表面粘贴钢板可以有效阻止板的震塌破坏.     

掺入轮胎橡胶颗粒对砂土剪切性状的影响

为有效提高砂土填料的抗剪强度并降低其重度,利用废弃轮胎橡胶颗粒的良好表面摩擦性与低重度特性,将其掺入到砂土填料,形成加筋机制,通过直剪和三轴压缩试验,研究多种掺入比与不同围压条件下砂土剪切性状,对应力-应变特征进行模拟,并提出模型参数.根据实验结果,峰值剪切强度随橡胶颗粒掺入量增加而减小,峰值偏应力或峰值应力比在300～400 kPa围压下随橡胶掺入量增加而减小,在100～200 kPa围压下,基本不变,砂土泊松比受橡胶颗粒掺入量影响,并随主应力发生"弯转".围压小于200 kPa,掺入10%～20%的轮胎橡胶颗粒可提高砂土的抗剪强度,并降低材料重度,砂胶混合材料应力-应变关系可用Duncan-Chang模型模拟.