长江下游地区倒Y形混凝土桥塔有效温度的预测与极值估计

基于1年多的实测温度和气象数据,使用统计学和极值分析等理论,对长江下游某大跨斜拉桥倒Y形混凝土桥塔有效温度变化规律、预测方法以及极值进行了分析研究.结果表明:桥塔有效温度近似以年为周期呈正弦式变化,并在2.0～31.3℃之间波动;桥塔日最高和最低有效温度分别主要发生于22∶00—00∶00和10∶00—12∶00之间,桥塔日最高有效温度的发生时间与日最高气温相比滞后6.5 h左右,桥塔日最高有效温度的发生时间与日最低气温相比滞后4.5 h左右;桥塔的日最高和最低有效温度均与连续6 d平均日最低气温的相关性最大,相关系数分别可达0.982和0.981,故使用连续6 d平均日最低气温能对桥塔日最高和最低有效温度进行较为准确的预测;桥塔最高和最低有效温度的50年一遇标准值分别为38.65和-1.84℃,100年一遇标准值分别为39.61和-2.69℃.     

沧口斜拉桥钢箱梁截面温度特性分析

通过地处北方海域的胶州湾大桥的长期监测系统,提取沧口斜拉桥主梁跨中截面各测点温度数据,建立概率分布模型,结合国内外相关规范探讨基于极值分析的温度基准值计算方法,对极值温度的重现期与重现期值进行分析.结果表明,极值温度的重现期值与温度原始样本分布函数及抽样样本容量有关,抽样样本容量取12时,50年重现期内同一测点温度极大与极小值可相差约65℃.研究结果可为钢箱梁截面设计与进一步研究温度应力影响提供依据.     

高速铁路箱梁-双块式轨道系统温度梯度研究

温度作用对高速铁路箱梁-轨道整体工作性能有重要影响,通过对我国东南地区某32m简支梁-CRTS I型双块式无砟轨道结构温度的持续监测,重点研究了箱梁-轨道系统日温度变化规律与竖向温度梯度分布规律,基于全年每测点16 560个数据,采用高阶矩法确定具有一定重现期的箱梁-轨道系统竖向温差代表值,提出了适用于我国东南地区箱梁-轨道系统的竖向温度梯度拟合模式.研究表明:可采用一阶傅里叶级数模拟结构晴天温度升降变化特征,拟合程度较高,同一季节拟合参数a、b、ω与φ自上而下逐渐减小,温度波动幅值a随深度增加趋近于0℃;不同季节各截面竖向晴天温度日变化特征基本一致,于11:00~21:00前后出现正温度梯度,于01:00~9:00前后出现负温度梯度;轨道-箱梁整体对应超越概率0.01的竖向正负温差代表值分别为14.87℃与-6.3℃,箱梁顶板对应超越概率0.01的正负温差代表值分别为13.74℃与-3.54℃,底板为2.38℃与-1.12℃,可采用指数对箱梁顶板竖向正负温差代表值进行拟合,其分布规律在形式上与中国铁路桥梁规范相接近,可采用线性形式对底板温差代表值进行拟合,两种拟合形式相关系数的平方均在0.99以上,可为规范修正与桥梁设计提供参考.     

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道均匀温度研究

在某客运专线曲线段桥上设置温度传感器,通过对CRTSⅡ型板式无砟轨道进行长达两年的监控,得到其时变规律,利用时间序列差分法求得测点日平均温度,得到代表整体温度变化趋势的均匀温度时程曲线,有效反映了结构温度随大气的季节性变化规律.基于傅立叶曲线拟合及高阶矩统计模型研究其规律,提出无砟轨道整体的均匀温度变化规律.结果表明,结构各测点均匀温度呈现以365d为周期的三角函数变化规律,其拟合参数可分别表示均匀温度变化规律中的中位值、幅值及相位差;各测点间的均匀温度拟合结果差异较小,可将轨道全截面作为一整体分析,用其统一温度代表轨道整体的均匀温度变化规律;通过高阶矩概率统计模型对统一温度分析,可得到具有概率保证的均匀温度变化方程.     

混凝土桥塔日照温度效应分析

在温度与应力、变形不耦合,混凝土热物理性能不随温度变化的假定条件下,利用天文参数和气象资料推导出混凝土桥塔热交换边界条件;以大型有限元通用软件ANSYS为平台编制相应的热力耦合分析程序,计算出混凝土桥塔在日照温度效应下的温度场和应力场,分析其分布规律;并将计算值与实测值比较.计算结果表明,温度的实测值和计算值差异较小,采用的计算方法能够满足工程实际的需要;太阳辐射强度是影响截面温度分布的最主要因素,桥塔截面上某点的温度分布日时程曲线大致呈S形;截面形状对温度场的分布影响较大,截面突变、畸角部位温度拉应力相对其它部位较大.     

基于GPD模型的箱轨极值温度梯度取值研究

基于东南地区某32m简支梁-CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道2a的实测温度数据,提出基于GPD模型的温度梯度尾部数据拟合方法,重点研究了箱梁-轨道系统竖向温度梯度分布规律,并对箱梁-轨道系统的竖向温度梯度尾部数据极值进行了估计,提出现场实测最大温度梯度模式与对应估计100a重现期的温度梯度拟合模式.研究表明:GPD模型可对尾部极值温度数据进行很好地拟合,预估不同概率需求的温度梯度荷载值;箱梁-轨道系统截面Ⅰ与截面Ⅱ日温度梯度变化特征基本一致,于11:00~21:00前后出现正温度梯度,16:00达到最大,于01:00~9:00前后出现负温度梯度,7:00达到最大;采用GPD模型计算对应100a重现期估计值,截面Ⅰ最大正温差的实测值与估计值分别为15.2℃和23.36℃,截面Ⅱ为17.4℃和24.4℃,采用不同形式对箱梁-轨道系统竖向梯度实测正负温度梯度最大值与100a一遇估计值进行拟合,拟合相关系数的平方均在0.98以上,可为规范修正与桥梁设计提供参考.     

夏季桥上CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道温度梯度研究

通过对我国东南地区某简支梁桥上CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道结构温度场的持续监测,重点研究了夏季高温下轨道结构温度梯度分布规律,采用高阶矩法建立了轨道结构夏季温度及温差概率统计模型,确定了具有一定重现期的轨道结构温度与温差代表值,提出适用于我国东南地区CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道结构的夏季横、竖向温度梯度拟合模式.试验研究表明:夏季轨道中部从上至下对应超越概率0.01的高温代表值依次为47.7℃、40.1℃、36.9℃与35.8℃;晴天温度梯度分布均匀,轨道结构横、竖向分别于17:00、15:00达到最大,温差可达6.7℃、12.2℃;竖向和横向对应超越概率0.01的正负温差代表值分别为16.16℃、-6.32℃与7.75℃、-4.43℃;竖向正负温差代表值采用指数形式进行拟合,其分布规律与中国铁路桥梁规范相近,横向正负温差代表值可采用折线形式进行拟合,精度较高.     

秋季桥上纵连板式无砟轨道竖向温差试验研究

通过对某客运专线曲线段简支梁桥上纵连板式无砟轨道结构温度场的连续观测,研究了秋季多种天气情况下曲线桥上无砟轨道温度场的时变规律.基于统计拟合,提出适用于我国典型地区纵连板式无砟轨道秋季竖向温度荷载模式.研究表明:轨道结构昼夜温度变化剧烈,表面最高温差可达16.0℃,平均日温差达8.0℃;随着距表面深度的增加,轨道结构温度变化幅值逐渐减小,峰值出现时间不断滞后;底座板底面最大日温差为1.5℃,平均为0.8℃;纵连板式无砟轨道结构的竖向温差可拟合为指数曲线,其曲线形式与中国铁路桥梁设计规范规定的箱梁竖向温差分布曲线在形式上较为相似.     

喷淋层运行方式对脱硫塔内气液两相运动规律和蒸发冷却过程影响的数值模拟

通过计算流体力学方法对大型脱硫塔内不同喷淋层的运行方式进行数值仿真,并和工程现场数据作对比.模拟采用欧拉-拉格朗日方法,并考虑了气液两相间的各种耦合作用,以及气相湍流速度脉动的随机特征对颗粒相的影响.主要结论如下:①各喷淋工况下,在烟气入口高度范围内,截面平均气流总速度和水平向(水平烟气方向)分速度均达到峰值后快速衰减,其中后者至底层喷淋处趋于零;截面平均垂直速度分量沿塔高方向的变化曲线几乎完全重合,且在整个烟气入口高度范围内单调线性增加;②各喷淋方案中,仅底层喷淋时塔内的气相温度场和水蒸气浓度场最不均匀,烟气出口截面的平均温度明显高于其他工况,出口截面的平均湿度也未达到饱和;而仅顶层喷淋时,上述不均匀性明显减小;③各喷淋方案(除仅底层喷淋外),截面平均气相温、湿度沿塔高方向变化曲线的极值都出现在烟气入口高度的下部1/4处;随着喷淋层数增多,温度曲线的最大值降低,湿度曲线的最低值则升高;④仅底层喷淋时的蒸发水量为4层喷淋全部开启时的4/5;而仅顶层喷淋时的蒸发水量和开启更多喷淋层时已没有明显差别.各喷淋方案中,仅顶层喷淋时的蒸发比率最高.     

风环境对大体积混凝土桥塔施工水化热的影响分析

采用数值模拟结合现场监测的方法研究了复杂风环境对跨江、跨海大桥大体积混凝土桥塔施工水化热的影响.首先,提出了风环境下混凝土水化热的理论计算方法,并基于实际背景工程考虑风环境,对大体积混凝土桥塔施工过程中的水化热效应进行数值模拟;然后,利用现场实际监测数据,对模拟的准确性进行验证;最后,利用此数值模型,针对风特征及结构参数进行分析.分析结果表明:环境平均风速增大会使混凝土桥塔节段内的水化热温度极值降低,但其表面温度梯度增加,开裂可能性也相应增大;结构尺寸的增大会削弱风环境对混凝土水化热的影响,但由尺寸增大引起的刚度增加会导致水化热最大主拉应力明显增大,从而引起混凝土开裂;同一风环境下,桥塔截面形式的改变对浇筑过程中结构内部温度梯度、极值分布以及主应力大小影响明显.     

基于吸附势理论的煤—甲烷吸附等温线预测

将吸附势理论应用于煤-甲烷固气吸附体系,介绍了吸附特征曲线的获取方法;根据不同温度下的等温吸附实验数据,由40℃的等温吸附数据建立了吸附特征曲线及其数学表达式,并预测了30℃、50℃的吸附等温线;结果表明,预测的平均相对误差仅为1.72%和0.92%,预测效果较好.     

不同梯度温度作用下曲线桥梁的温度效应分析

梯度温度作用在曲线桥梁中会产生较大的温度应力,这会影响到桥梁结构的安全性和耐久性.文章采用通用有限元程序ABAQUS建立了某曲线梁桥的空间有限元模型,分析了不同国家规范的梯度温度荷载模式下结构的变形和内力.结果表明:不同温度模式的计算结果差距很大,例如采用新西兰规范、中国规范和英国规范的计算结果较为保守;截面最大主应力出现在中腹板与顶板相交的位置;不同曲率半径下的曲线桥梁横桥向应力极值变化较大,顶板的横向配筋应考虑曲率半径的影响.     

基于高阶矩法的梁-轨系统温度作用代表值

提出了一种基于高阶矩法的结构温度统计方法,可避免传统方法拟合曲线求分布的不确定性,计算效率、精度高.基于我国华东一高铁桥梁长期监测数据,将箱梁和轨道作为整体,计算了其竖、横向温度和温差代表值,分析了温度云图和温差分布规律,研究了轨道结构对箱梁表面温度的遮盖效应.研究表明:结构年温度样本属中变异,分布规律平稳;高温标准值分别为35.4℃,38.15℃,竖向最大高温梯度分别为10.33℃,12.93℃;混凝土竖向有效导热长度约为60 cm,轨道遮盖可降低箱梁表面温度4.4℃.     

基于吸附势理论的煤一甲烷吸附等温线预测

将吸附势理论应用于煤一甲烷固气吸附体系,介绍了吸附特征曲线的获取方法;根据不同温度下的等温吸附实验数据,由40℃的等温吸附数据建立了吸附特征曲线及其数学表达式,并预测了30％、50℃的吸附等温线;结果表明,预测的平均相对误差仅为1．72％和0．92％,预测效果较好。     

基于Copula函数的黄海波高周期联合统计分析

为研究黄海中部海域波浪的年极值波高与年极值周期联合分布,基于黄海海域3个位置点1999—2018年SWAN后报波浪数据,采用5种单变量分布拟合年极值波高和年极值周期,通过拟合优度评价得到各位置点年极值波高和年极值周期的最优单变量分布,利用Copula函数理论建立了年极值波高和年极值周期联合分布函数,并与单变量分布波高和周期设计值进行了对比分析。结果表明:黄海中部海域波高周期联合分布可能存在区域性特征；波高周期联合分布得到的波高、周期设计值较同设计频率下的单变量分布设计值高；相同波高和周期设计频率下,单变量重现期最大,条件重现期次之,联合重现期最小。     

路面温度日变化曲线的拟合

为了分析路面温度日变化特征,基于广州、宁波、大同3个地区为期1年的地面气象资料和水泥、沥青路面的实测温度,在分析路表温度分布特征的基础上,建立了基于晴天的路表温度日变化的二阶段拟合模型,通过引入修正系数ξ对多云天气路表温度日变化模型进行了修正;不同深度处路面温度日变化的拟合通过对路表温度日变化模型的日最高、日最低温度出现时刻及二阶段交接点时刻作相应的滞后调整。最后进行了实测数据检验。研究结果表明:水泥和沥青路表温度拟合值与实测值之间的偏差平均值Av.为-0.25℃~0.15℃,均方根误差ST.为0.8℃~1.2℃;不同深度处水泥路面和沥青路面日温度变化拟合值的Av.为-0.5℃~0.5℃,ST.小于2℃;研究结果可作为路面温度场热传导方程的上边界条件,为路面温度区划提供依据。     

气候变化时港口极端高水位重现期的预测分析

以IPCC第五次评估报告发布的气候情景RCP2.6为背景,利用浙江乍浦1954—2012年的最高潮位数据建立灰色均生函数模型,对乍浦未来几十年的最高水位进行预测,通过耿贝尔曲线法计算海平面上升不同情况下的极端高水位的重现期.结果表明:灰色均生函数模型在极端高水位的模拟和预测方面具有较高的精度,但其对极值的预测略有欠缺,更适用于平均态的预测;随着气候的变化,极端高水位的重现期发生明显变化,二三十年后原百年一遇的极端高水位可能变为二三十年左右一遇.     

南水北调中线工程代表站降水极值的概率分布特征研究

基于南水北调中线工程受水区4个代表气象站1961—2021年年最大日降水量和年最大连续降水量,建立Pearson-Ⅲ型分布（P-Ⅲ）、广义极值分布（GEV）和Wakeby分布（WAK）的一维概率分布模型;根据从以上3个模型中选出的最优分布模型构建各站的Frank、Clayton和Gumbel Copula二维联合概率分布模型,并根据最优一维、二维模型分析重现期问题.结果表明：(1)南阳站、石家庄站和北京站强降水有由多日向单日集中的趋势.(2)GEV和WAK较P-Ⅲ分布在拟合斜率迅速减小的分布曲线时效果更好,WAK的效果又优于GEV.(3)郑州站和石家庄站20年一遇以上的降水值大于南阳站和北京站.(4)各站两个降水极值序列的Spearman和Kendall秩相关系数均较高,其中石家庄站最高,北京站次之,郑州站最低.(5)Gumbel Copula函数构建的二维联合分布最优;各站观测值的“或”（“且”）联合重现期大部分在10年（30年）以下,所有单要素重现期组合下的“或”（“且”）联合重现期,各站间的排序与两个秩相关系数各站间的排序一致（相反）.     

铆接结构中缺陷的脉冲远场涡流定量评估技术

针对飞机机身铆接结构检测中难以对缺陷进行定量评估的问题,将脉冲远场涡流检测技术运用于铆接结构缺陷检测之中。利用脉冲激励频谱成分丰富、可提取特征信息较多的优势对铆接结构中缺陷的定量评估技术展开研究。首先,建立铆接结构脉冲远场涡流三维检测模型,对缺陷进行检测,从而确定缺陷位置。在此基础上,分析缺陷类型、尺寸对检测信号的影响发现直接耦合分量幅值与上下表面缺陷深度之间具有不同的变化关系,从而实现对缺陷的分类识别。最终,利用信号的过零时间变化量实现对缺陷深度的定量,在缺陷深度已知的情况下,进一步利用直接耦合分量幅值变化对上表面缺陷长度进行定量;利用间接耦合分量幅值变化对下表面缺陷长度进行定量。     

考虑流固耦合的变截面圆柱壳钢塔风振分析

为了明确变截面圆柱壳钢塔的风振响应规律,基于流固耦合理论建立有限元计算模型,采用自回归模型(autoregressive model, AR)法对不同重现期基本风压对应的脉动风速进行了模拟,成功利用数值风洞方法计算了变截面圆柱壳钢塔在脉动风作用下的动力响应,并通过现场风振监测对数值结果的可靠性进行了验证。结果表明：在脉动风作用下,位移响应幅值沿着高度方向逐渐增大,风速越大,结构的位移响应越大,其中50年与100年重现期风速作用下结构响应差别较小,总体上没有超过结构的位移限值。应力沿高度方向逐渐减小,且在变截面位置存在应力突变的现象。风速越大,应力越大,沿着高度方向应力的差别越来越小,其中50年与100年重现期风速作用下超过脱硫塔在工作温度下的材料许用应力值(113 MPa)。因此,对于该类钢塔的抗风性能评估,底部和变截面处以应力控制为主,顶部以位移控制为主。