循环荷载作用下公轨合建盾构隧道的损伤特性

为了研究循环荷载作用下公轨合建盾构隧道的损伤分布特征和损伤演化规律,利用有限元软件ABAQUS和混凝土塑性损伤模型,建立盾构隧道及内部结构数值模型,分析循环荷载幅值为50、 100、 150 kN和不同循环次数时隧道内部结构的损伤特性。结果表明：当循环荷载作用于中间车道时,隧道内部结构的拉致损伤主要位于边跨面层和预制箱涵中部,并且拉致损伤范围随循环次数的增大而逐渐增大;压致损伤主要集中在中跨面层和预制箱涵支座处路面,扩散趋势不明显;内部结构的拉、压致损伤随循环荷载幅值的增大而增大,并且循环荷载幅值对内部结构损伤的影响远大于循环次数的影响;内部结构的塑性应变分布趋势与拉致损伤分布趋势相似,混凝土的材料特性使得塑性应变在初始阶段明显增加,随着循环次数的增加,塑性应变趋于缓慢增长。     

交通荷载作用下矩形隧道结构动力响应研究

浅埋矩形隧道受复杂车辆动荷载的作用,其自身稳定性和安全性极易受到影响。为探讨复杂交通荷载组合作用下浅埋矩形隧道结构动力响应特征,以扬子江某新建下穿矩形隧道新建工程为研究对象,通过构建三维有限元模型,研究交通荷载组合作用下隧道结构的瞬态加速度、速度和位移动力响应规律。研究结果表明:地面交通荷载所引起的位移响应值占总响应值的24.4%～40.0%,地面交通荷载引起的振动响应明显;矩形隧道顶板受地面交通荷载影响最大;当地面行车与隧道内行车方向一致时,各自所引起的振动响应传播方向相反,易使隧道侧墙部位发生水平剪切损伤。研究结果对评价交通荷载作用下矩形隧道结构安全性及结构设计提供一定的理论依据。     

交通荷载下低路堤路基的动力响应

为分析交通荷载在低路堤及其路基中的扩散和传递变化规律,从路基土工程特性和耦合动力学的角度,建立路基动力分析耦合力学模型,推导出耦合运动方程,以江苏连盐高速公路为研究背景,探讨不同工况下路基的动力响应规律.结果表明:车重、路堤高度、加载方式、路面基层刚度对路基振动影响明显,而车速对路基的影响不大,并将数值解和现场实测值进行比较,验证了所建路基耦合动力模型及计算方法的可靠性.     

爆炸荷载下地铁盾构隧道动力响应研究

近年来,中国城市地下轨道交通取得了迅猛的发展,但地铁在运营中存在诸多风险,其中外爆炸带来的危害尤为突出。为避免由此产生的风险,需对地铁隧道在外爆炸瞬时强荷载作用下隧道衬砌结构动力响应进行研究,进而对隧道衬砌结构的损伤程度作出判断。利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,分析外爆炸源荷载作用下应力波的传播规律,选取地面侧爆角度和炸药当量为变量,研究外爆炸荷载下对隧道衬砌结构的动力响应及损伤进行分析,为地铁隧道结构抗爆防护设计提供理论依据,具有较高的技术、经济和社会效益。     

交通荷载下双线地铁隧道间距对上部公路隧道的影响

以南昌艾溪湖隧道为研究对象,利用PLAXIS 2D有限元软件设计了几何相似比为1:30的室内缩尺模型,研究了交通荷载下双线地铁隧道间距对上部公路隧道受力变形的影响.通过改变双线地铁隧道间距,对上层公路隧道模型底部板单元的变形、剪力、弯矩进行了详细地分析.结果表明：在改变双线地铁隧道的间距时,存在一个最佳间距使得上部公路隧道的变形、平均剪力以及最大正负弯矩的差值最小;并且从零间距到有间距过渡时,公路隧道底板的变形和受力情况会发生突变.     

车辆移动荷载作用下的基坑边坡动力响应

车辆移动荷载会影响基坑边坡的沉降变形,严重者将导致基坑坍塌。通过数值模拟分析了车速在20km/h、15km/h和10km/h三种工况下的基坑竖向位移特征,并与柔性基础地基沉降位移计算方法和现场测试数据进行对比。结果表明：基坑的动力响应完全依赖于车辆的移动荷载变化,与共振无关。车速越慢,竖向位移变化越明显。位移变化最大的位置在基坑顶部,且随着深度的增加,位移响应逐渐减小,在地表12.5m以下,移动荷载对沉降位移已无明显影响。数值模拟中的瞬时最大位移与柔性基础地基沉降位移计算方法得到的结果相近,验证了数值模型的可靠性。与测点实测位移对比可知,基坑顶部出现了一定塑性变形,由于模拟时间的界限,计算的最大塑性位移为6mm,小于实测值,符合力学预期。上述研究成果可为设计前期移动荷载对基坑的扰动估算提供一定的参考。     

爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的动力响应

弹性支撑是常用的隔振减振手段,研究爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的动力响应对提高地下防护工程内部人员及设备的战场生存能力具有重要意义。应用ANSYS/LS DYNA非线性显式动力有限元分析程序,模拟了爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的模态和动力响应,得到了低阶自振圆频率变化曲线和拱顶、拱肩、拱脚动力响应时程曲线。结果表明：弹性支撑减小结构固有频率,延长结构自振周期,具有良好隔振减振作用;临界刚度系数导致结构的一、二阶模态易同时激发,结构设计时应予以避免;与刚性支撑地下拱结构相比,弹性支撑地下拱压力、应力峰值减小,出现时间延长,竖向位移峰值增大,抗爆承载力提高;弹性支撑的刚度系数并非越小越好,应根据结构抗爆承载力和极限位移设计要求合理设置。     

大跨公轨合建斜拉桥主‒引桥地震相对位移响应与控制

基于巴拿马运河四桥研究了公轨合建斜拉桥在地震下的主-引桥相对位移响应与控制问题,分别建立了漂浮抗震设计方案、仅塔梁固结方案和固结方案有限元分析模型,分析了三种约束方案的相对位移响应。基于单自由度振子研究了相邻结构周期比和阻尼特性对结构相邻位移的影响。结合理论与参数分析,研究了主-引桥相对位移的控制方法。结果显示:主、引桥纵向首阶振型周期比、等效阻尼比之比以及阻尼机制对相邻结构的相对位移影响显著,其中周期比对相对位移的影响最为显著。不同粘滞阻尼器布置方案对主-引桥梁端相对位移的减震效果不同,直接在主、引桥梁-梁之间设置粘滞阻尼器有助于改善主桥与引桥梁端位移的同步性,控制效果最好;同时在主桥各墩位处和主、引桥梁-梁之间设置阻尼器的减震效果次之,但易于设计和安装,适应性好。     

盾构下穿及列车荷载作用下既有高铁桥梁动力响应分析

为研究盾构下穿时,列车荷载作用下既有高铁桥梁动力响应。以盾构下穿某高速铁路简支梁桥为工程背景,运用有限元软件Midas/GTS建立盾构隧道先后下穿高铁桥梁模型,分析盾构下穿时列车荷载作用下高速铁路简支桥梁动力响应。首先分析了当盾构开挖至桥梁近侧,列车以不同速度200～350 km/h、不同轴重110～220 kN运行时对高速铁路简支梁桥墩顶沉降的影响。接着探讨在不同开挖阶段,速度200 km/h、轴重110 kN的列车动荷载冲击下高铁桥梁墩台顶变形规律。结果表明：盾构开挖至桥梁近侧时,不同速度、轴重列车荷载冲击下,高铁桥梁墩台顶的变形规律基本一致,其沉降在一定时间达到峰值,其后逐渐回升并稳定在某一波动范围内;随着列车速度与轴重的增加,墩台顶沉降峰值越大;盾构开挖时,列车时速低于200 km/h、轴重小于110 kN时其墩台顶沉降峰值当满足高铁桥梁单墩顶竖向沉降控制标准,与列车速度相比,列车轴重对桥梁的动力响应影响更大;列车动荷载作用下,盾构隧道开挖对高铁桥梁墩顶变形的影响主要为盾构开挖至桥梁近侧的初开挖阶段,盾构开挖远离桥侧后墩顶变形基本处于稳定状态。     

岩溶区铁路列车荷载对新建下穿隧道动力响应规律

在岩溶地区,列车振动荷载已成为引起铁路周边地表岩溶塌陷的重要影响因素。为研究新建地铁隧道在岩溶地层中开挖时,列车荷载对隧道、地表及地层的动位移和动应力响应,以贵阳地铁3号线下穿川黔铁路为背景,通过有限元软件建模计算了在最不利围岩和列车动载条件下,隧道拱顶无溶洞、有溶洞和溶洞注浆3种工况的动力响应规律进行对比分析。结果表明：在列车动荷载作用下,溶洞存在及对其注浆加固对地表位移动力响应的影响范围大致为3.3倍洞径以内,有溶洞时地表最大瞬时沉降发生在路基中线与隧道中线交叉处,为2.74 mm,而对其注浆加固后此处的沉降为2.16 mm,减小了21.2%;对溶洞进行注浆加固后隧道支护结构产生了相对更大动力响应,最大瞬时位移和主应力均发生在隧道拱顶,分别为-1.41 mm和-0.36 MPa;地层竖向应力从地表到隧道拱顶衰减最明显的是有溶洞的情况,从-0.076 6 MPa衰减到-0.008 4 MPa,衰减率为89.03%。可见,对铁路与隧道之间的地层溶洞注浆加固后,在保证新建隧道安全的情况下,明显改善降低了列车动载引起的地表瞬时沉降。     

地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应分析

为研究地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应,建立地面移动荷载作用下隧道数学模型.以济南市顺河快速路南延地下结构工程为背景,将地面交通荷载进行合理近似简化;利用动力方程推导围岩波势函数表达式,结合边界条件确定的波函数展开项系数,得到移动荷载作用下隧道的动力响应,并利用数值模拟的方式对结果进行验证;讨论移动荷载速度及隧道埋深对动力响应的影响.结果表明:径向应力响应在隧道拱顶处引起较大响应;切向应力则在拱顶处和两侧均引起较大响应;车辆速度及隧道埋深是影响动力响应大小的因素.     

立交桥交通流的研究

基于元胞自动机的184号规则,建立了立交桥交通流模型.通过计算机数值模拟和分析,结果对立交桥的设计和管理有参考价值.     

交通荷载作用下隧道下伏采空区稳定性分析的实验研究

以离石—军渡高速公路师婆沟隧道下伏同德煤矿采空区为地质原型,采用相似材料模拟实验方法,研究了交通荷载作用下采空区覆岩移动及地表残余变形特征,依据有关标准评价了采空区的稳定性。实验结果表明:随着交通荷载的增加,采空区冒落带、裂隙带、弯沉带的残余下沉量和地表残余变形都呈不同程度地增大;交通荷载作用下的采空区岩体重新"活化",采空区处于不稳定状态,必须采取措施对采空区进行工程治理。该项研究为采空区地基处理、采空区上方构筑物布置及其抗变形结构设计提供了科学依据。     

低刹车概率下路口通行能力的计算

用Nasch模型的演化规则,建立了多路口的主干道交通流模型;得出了低刹车概率下的路口通行能力的近似计算公式.     

温度场及非均布移动荷载作用下

为研究路面结构实际温度场对沥青路面结构动力响应的影响,基于路面结构温度场现场实测数据及室内实际路面材料动态模量试验结果,建立温度场分析和非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型,分析路面结构在实际温度荷载作用下的动力响应规律,并与传统的等温结构模型动力响应结果进行对比分析.结果表明,层底控温方法模拟出的温度场可用于分析夏季高温时段和低温时段沥青路面的实际动力响应;夏季一天中高温时段,等温模型高估了竖向应变及上、下面层的剪应变,低估了中面层的剪应变;夏季一天中低温时段,沥青路面的实际动力响应大于等温模型的计算值,等温模型低估了温度分布对沥青路面车辙和开裂的影响.     

收费站对高速公路交通流能耗的影响

【目的】为探讨电子收费(ETC)通道设置的必要性,研究高速公路收费站路段的交通流能耗模型。【方法】在元胞自动机NaSch交通流模型的基础上,针对单向单车道的收费站路段提出交通流的能耗公式,并数值模拟周期边界条件下车辆在收费站的滞留时间对交通流能耗的影响。【结果】车辆在收费站的滞留时间越长,道路上交通流的能耗值越小,对应的流量和平均速度也越小,交通堵塞现象就越早发生;人工收费站路段的交通流能耗比电子收费站路段的交通流能耗值小。【结论】人工收费站路段比电子收费站路段更容易发生交通堵塞现象。     

基于最优组合马尔柯夫链的业务量预测模型

提出了一种基于最优组合马尔柯夫链的业务量预测模型,通过分析影响业务量变化的各种因素,建立了最优组合模型来预测业务量,其最优加权系数依据最小二乘法原理确定,该模型的主要特点是综合考虑了移动台数量与业务量的动态分布,避免了单一预测模型仅利用部分信息而带来的不足,仿真结果证实了该模型较单一预测方法降低了预测误差,提高了预测精度,为研究系统性能、提高服务质量提供了有效措施。     

导引头天线在高过载环境下的动态响应分析

目的 研究末制导炮制导引头天线在高过载环境下的结构动态响应。方法 针对末制导弹采用火炮发射的内弹道段短时高过载的载荷环境特点,通过理论分析与实验研究相结合,对结构的模态,阻尼特性进行了分析,并对其在高过载环境下的动态响应进行了分析。结果与结论 分析表明导引头天线结构的动态应力和位移满足强度要求和使用条件,为结构设计提供了依据,同时,研究方法也适用于未制导炮制其它结构的分析。