盾构隧道纵缝接头极限状态试验研究

纵缝接头对盾构隧道衬砌结构的变形和内力起控制作用,且不同受力状态下的盾构隧道接头的力学性能差异较大。基于1:1的纵缝接头正、负弯矩荷载试验,通过加载接头至极限破坏,获得了纵缝接头在轴力和弯矩共同作用下的接缝张开、接头挠度、螺栓和管片混凝土的应变。根据连接螺栓、密封垫和管片混凝土的工作状态,确定了纵缝接头的使用状态极限;根据接头最终破坏的变形和承载状态,确定了纵缝接头的承载能力极限。最后,在对比试验结果与设计结果的基础上,研究了现行安全系数设计方法的安全储备。     

浅埋隧道岩土体参数正交反演及衬砌工作状态评价

基于现场监控量测数据、正交设计理论、有限元理论和钢筋混凝土结构相关理论,提出合理评价隧道衬砌工作状态的新思路。即以拱项下沉和洞周收敛监测数据为依据,选取典型围岩物理力学参数,设计正交试验方案,采用有限元正交反演分析,得到岩土体计算参数;在此基础上通过有限元正分析,计算隧道衬砌内力,综合确定最危险截面;再根据钢筋混凝土结构理论计算衬砌的设计内力,提出采用衬砌结构安全度来评价隧道衬砌的安全状态,并将其工作状态分为安全、极限和危险3个状态。最后,以马鞍山隧道工程为例,对其衬砌结构的工作状态进行评价,得到其安全度为1.124,基本处于安全可靠状态,可为相关隧道的设计和施工提供借鉴和参考。     

基于最大熵原理与最优化方法的隧道衬砌结构可靠度分析

针对隧道衬砌结构参数的随机性、分布的多样性与极限状态功能函数高度非线性的特征,运用最大熵原理对隧道衬砌结构参数进行估计,得到符合实际的参数估计值;然后,根据隧道衬砌结构稳定的极限状态方程,从结构可靠度指标的几何涵义出发,建立其可靠度指标计算的优化数学模型,并运用Microsoft Excel工作表中的规划求解功能得到其可靠度指标.结合工程实际,给出具体算例,且指出提高隧道衬砌结构可靠度的途径.研究结果表明:该方法用于计算工程结构可靠度指标无需将状态函数线性化,不受基本变量维数限制,收敛速度快,计算效率高,且与蒙特卡罗100万次直接抽样法计算结果相比,具有很高的精度,能广泛适用于隧道及地下工程领域的可靠度计算和分析.     

地下洞室围岩支护结构的概率极限状态优化设计

在分析地下洞室围岩与支护结构不确定性基础上，作者提出应对支护结构进行概率极限状态优化设计，并应用改进的蒙特卡洛方法，导出了围岩稳定、喷锚支护以及二次混凝土衬砌的可靠性计算方法，该方法在微机上得以实现，可为围岩稳定评价，支护设计与校核提供理论依据和计算手段。     

盾构隧道管片结构承载能力评估方法研究

承载性能是盾构隧道管片衬砌结构重要的力学特性之一，其准确评估是保障结构受力安全的关键，然而目前尚无成熟的评价方法。首先基于管片衬砌结构中管片和管片接头的受力及变形特征，建立了基于管片承载力和管片接头承载力的管片衬砌结构承载性能评估方法，提出了管片衬砌结构承载性能评估指标，然后分别开展了单环和组合环管片衬砌结构破坏加载原型试验对所提出的方法进行检验，最后结合现场实测对实际工程中管片衬砌结构的承载状态进行了定量评估和分析。研究结果表明：单环结构破坏试验中，管片接头破坏现象更为明显，其先于管片达到抗弯承载力极限值，组合环结构破坏试验中，管片破坏现象更为明显，其先于管片接头达到抗弯承载力极限值；单环和组合环管片结构试验中，结构破坏与理论计算方法中管片或接头达到承载力极限的荷载一致，表明所提出的结构承载状态评估方法是合理的；所选取监测断面管片结构中管片和接头的承载安全系数分别为4.27和4.86，可见其承载状态良好。该研究方法和结论可为类似盾构隧道管片结构承载安全评估提供重要支撑。     

铁路隧道混凝土衬砌爆破振动安全判据

根据应力波理论,依照极限拉应力准则、极限剪应力准则及莫尔判据,对爆炸应力波体波对隧道衬砌结构的影响进行研究,确定基于隧道衬砌结构安全的爆破振动速度判据模型。结合紧邻隧道上方的土石方开挖爆破工程实际,对爆破振动速度判据进行求解。研究结果表明:爆破应力波体波对隧道混凝土衬砌结构破坏效应中P波占主导地位,爆破振动作用下隧道结构首先产生拉伸破坏,隧道衬砌爆破振动速度安全判据为14.51 cm/s。研究结果与爆破安全规程一致,为隧道结构安全标准的确定提供了科学依据。     

岩溶隧道排水系统不同堵塞条件下衬砌结构力学特性

岩溶隧道在营运过程中常发生排水系统堵塞的问题，地下水不能及时排出会造成衬砌背后水压力快速增加，直接影响隧道衬砌结构的受力特性，严重情况时会危及隧道的正常营运。为进一步探究岩溶隧道排水系统堵塞时衬砌背后水压力分布规律及衬砌结构的受力情况，依托浙江临建(临安—建德)高速公路项目的岩溶区段隧道，采用FLAC3D软件对岩溶段隧道排水系统在不同堵塞率条件下的衬砌结构力学特性进行分析，同时建立室内渗流模型试验进一步验证数值模拟结果的合理性。研究结果表明：衬砌背后水压力随堵塞率增大而非线性增大，并可分为3个增长区，其中堵塞率为0%～40%时是快速增长区，堵塞率为40%～80%时是平稳区，堵塞率为80%～100%时是骤增区；相对于排水系统正常工作状态，完全堵塞状态条件下衬砌背后水压力最大值增加了162%,故将排水系统堵塞率为40%定为衬砌背后水压力的堵塞率控制阈值；衬砌结构应力增长无明显阶段性分区，整体上衬砌结构应力随堵塞率增大线性变化；完全堵塞状态条件下最小主应力与最大主应力最大值分别增加了149%与83%,排水系统无明显堵塞率阈值；在不同堵塞状态下，普通断面衬砌不同受力特征均呈对称分布，溶洞断面衬...     

双层衬砌输水盾构隧道鲁棒性设计方法

双层衬砌输水盾构隧道设计需要考虑其施工过程及受力特性,同时地层的不确定性也影响结构的安全性能. 为此结合双层衬砌输水隧道的受力特点,基于极限状态设计原则,采用两阶段法分别计算外衬单独承担外压及内外衬共同承担内外压两种受力状态,对截面受力、收敛变形及最大裂缝宽度均加以安全性约束,建立了双层衬砌输水盾构隧道横断面鲁棒性设计方法及流程,并结合实际工程案例进行了结构设计参数的优化. 研究表明：鲁棒性设计方法综合考虑隧道建设成本及结构对外部参数变异的敏感性,引入约束多目标优化算法可以获取完整三维Pareto前沿面. 采用赋权重的方法统一两种极限状态下的鲁棒性指标,可以实现成本-鲁棒性的二维优化 . 通过将隧道分段并提取典型断面优化的方式可有效解决纵向不同区段参数变异性较大的问题,保证掘进中的参数统一及隧道安全.     

隧道衬砌可靠度分析的有限单元法

采用荷载－结构模式的隧道衬砌受力分析,推导出利用有限单元法求解结构可靠指标的算法,并设计了通用、实用的微机程序,最后给出实际算例。     

水工钢闸门结构正常使用极限状态可靠度分析

基于可靠性原理，建立了水工钢闸门结构正常使用极限状态可靠度分析的极限状态方程，提出了钢闸门结构正常使用极限状态可靠度分析的3种计算模式，即将相对变形限值分别看作常量、随机量和模糊量，并分别给出了其统计参数。在现有荷载统计数据的基础上，采用JC法对水工钢闸门设计规范正常使用极限状态可靠指标进行了校准计算和分析。结果表明，可靠指标满足国际标准《结构可靠性总原则》的要求，且露顶门可靠指标大于潜孔门可靠指标，从而建议了现行水工钢闸门设计规范正常使用极限状态的目标可靠指标。     

关于二重非齐次可列马氏链的一类极限定理

给出了可列非齐次二重马尔可夫链的三元状态序组出现频率的一类强极限定理和推论．在定理的证明中，采用一种研究概率极限的新方法：分析法——而不是传统的研究概率极限的概率方法，并且加以改进，用以研究可列非齐次二重马氏链极限性质，并得出一类非齐次可列二重马氏链的极限定理，所得结论对任意可列非齐次二重马尔可夫链都成立。     

混凝土结构正常使用极限状态可靠度模糊概率分析

讨论了影响结构正常使用极限状态可靠度的不定性因素，提出了考虑结构正常使 用允许限值模糊性的当量随机化计算方法，并以钢筋混凝土构件最大裂缝宽度极限状 态为例说明了本文方法的应用。分析结果表明，按照本文方法，不仅可在一定程度上 简化结构正常使用极限状态可靠度的计算，而且还能确定出荷载效应和等效抗力的验 算点值，进而便于确定荷载效应和等效抗力的分项系数．建立使用极限状态的实用设 计表达式。     

广义Bethe树图上马氏链场的若干强极限性质

利用鞅方法构造鞅,根据Doob鞅收敛定理和一些特殊的不等式研究了广义Bethe树图上可数状态马氏链场的局部收敛定理．作为推论,得到了此类树图上可数状态马氏链场关于状态与状态序偶出现频率的若干强极限性质和Bethe树图或Cayley树图上可数状态马氏链场关于状态与状态序偶出现频率的强大数定律．     

基于非协调矩形弯曲单元的薄板极限上限分析方法

为了研究板结构的极限承载能力问题,采用ACM非协调矩形弯曲单元对几种不同工况下的正方形板和长方形板进行了极限上限分析。据塑性极限分析的上限定理和Mises屈服条件,建立了基于ACM非协调矩形弯曲单元的刚塑性薄板极限上限分析的数学规划格式,并采用直接迭代算法进行了求解,得到了正方形板和长方形板的极限载荷,相应地绘制出了它们极限状态下的塑性耗散功分布云图。数值计算表明:得到的结果合理,采用非协调矩形弯曲薄板单元ACM进行板的极限上限分析具有格式简单、计算精度较好、计算效率较高、收敛速度较快等优点。     

基于能量法的体外预应力梁力筋应力增量研究

以体外预应力简支梁为研究对象,针对结构的正常使用阶段,利用能量法推导了典型布筋形式与荷载形式下体外预应筋应力增量的解析计算公式,公式的物理意义明确,包含梁的几何尺寸、截面刚度、预应力筋位置、外荷载大小及位置等必要的参数.在此基础上,通过对解析式的合理简化,给出了实用简化计算公式,并对影响应力增量的外荷载大小和力筋偏心距等关键因素进行了参数分析.此外,还应用能量法推导了体外预应力连续梁的力筋应力增量公式.最后,通过与已有试验结果的对比,验证了本文所推导的解析公式和简化公式的适用性.     

工程结构设计标准的发展动态

简要介绍了国内外工程结构设计标准的发展动态,论述了在工程结构设计标准中采用率极限状态设计法,是当前国际工程结构领域的一个共同的发展趋向,建议在水利水电工程结构设计标准中也宜积极稳妥地推行这一较为科学和合理的设计方法。     

计入结构几何非线性影响时斜拉桥可靠度分析

应用响应面法,考虑斜拉桥的几何非线性效应以及材料、几何尺寸、外部荷载等的随机性,分析了斜拉桥正常使用极限状态下的可靠度,研究表明响应面法是求解斜拉可靠度的有效方法,不计入几何非线性,结构计算结果偏于不安全,因而,在斜拉桥的可靠度分析中有必要计入结构几何非线性的影响。     

奇偶树上马氏链场的强大数定律

定义一类非齐次树——奇偶树,利用近年来研究概率论强极限定理的新方法,研究奇偶树上奇偶马氏链场关于状态和状态序偶出现频率的强极限定理,得到奇偶树上马氏链场关于状态和状态序偶出现频率的强大数定律,将齐次树图上马氏链场中的相关结果推广到了非齐次树图上．