无腋角综合管廊结构足尺模型静载试验与有限元分析

装配整体式混凝土管廊结构一般不设置腋角,为研究无腋角综合管廊结构的破坏机制、承载能力以及裂缝状况,完成一个多舱无腋角综合管廊节段足尺模型集中荷载下的静载试验,并与带腋角节段模型进行比较.试验结果表明:集中荷载作用下,管廊长跨顶板裂缝宽度达到短期作用下的裂缝宽度限值0.133 mm为控制条件,顶板最终发生剪切破坏.建立有限元模型并利用试验结果加以验证,采用非线性有限元方法分析管廊节段模型,结果表明均布荷载和集中荷载下节段模型的力学性能基本相同.根据节段模型试验和非线性有限元分析可知,无腋角和带腋角管廊结构的设计控制条件均为最大裂缝宽度,但最终破坏均为顶板的剪切破坏.适当增加管廊顶板的纵筋配筋率,不带腋角的管廊结构性能与带腋角的管廊结构性能接近.     

爆炸荷载作用下浅埋综合管廊野外试验与弹性动力响应分析

为了研究管廊结构在爆炸荷载作用下的荷载分布规律、动力响应及破坏机理,评估管廊工程的防护潜力,获取管廊在爆炸荷载作用下的试验数据,设计并开展了管廊结构的抗爆试验.本文主要分析了在比例爆深为2.000,1.587,1.260 m/kg^1/3三种工况下管廊顶板中心处的动力响应.试验测得了三种工况下爆坑大小,以及顶板中心底部纵筋和箍筋及侧墙中心内侧箍筋应变时程曲线、加速度时程曲线、反射压力时程曲线和位移时程曲线.试验数据表明,顶板中心底部箍筋应变远大于纵筋,且振动使管廊产生的反复位移大小相当,建议管廊采用对称配筋、箍筋加密、混凝土保证抗压强度.通过常规武器效应计算软件CONWEP计算并验证了反射压力峰值的准确性,进一步得到了作用于管廊的总压力并将其简化为均布荷载,计算出弹性响应阶段顶板中心的最大位移,与实测位移进行比较,吻合较好.     

城市地下管廊结构地震动力响应分析

地震安全问题是城市地下管廊设计中不得不考虑的部分.先使用反应位移法计算地震时管廊结构的内力,得出管廊薄弱部位.接着使用动力时程方法分析管廊的地震响应,建立土体与结构数值模型,在模型底部输入水平地震作用.采用土-结构界面接触单元,重点考虑土与结构之间的相互作用,得出结构与土之间的分离与滑移情况以及管廊在水平地震作用下的位移变形和应力分布.结果发现:地下管廊标准段结构在水平地震作用下发生明显的侧向位移,容易发生弯剪破坏,而水平方向未发生明显位移;管廊结构地震破坏时的薄弱环节在顶板、底板与侧墙的连接部位以及中隔墙的墙端,在抗震设计中需采取加固措施.     

聚异氰氨酸脂噁唑烷弹性涂层钢筋混凝土板抗震塌机理

提高工程结构的抗震塌能力始终备受防护工程界重视.为揭示聚异氰氨酸酯噁唑烷(polyisocyanate oxazodone,POZD)涂层钢筋混凝土复合结构板抗震塌动力学原理,针对4种试验模型,开展了不同三硝基甲苯(trinitrotoluene,TNT)当量接触爆炸试验.结果表明:在高应变率强动载作用下,POZD涂层...     

浅埋煤层周期来压动载机理研究

通过载荷传递的动态模拟试验，得出了浅埋煤层上覆厚沙土层周期来压期间的破坏特征，分析了厚沙土层周期来压期间的破坏和动载机理，为顶板结构分析及支架选型奠定了基础，对地袁破坏控制有理论意义。     

UHPC预制拼装综合管廊的抗弯性能试验

针对预制拼装RC管廊自重大和吊装难的问题,通过试设计UHPC预制拼装管廊主体构造,并进行1:2模型的静力试验,得到了各级荷载作用下UHPC综合管廊的顶板、底板和侧墙的破坏形态、荷载-变形关系、钢筋和混凝土应变,并对整体受力机制、破坏模式和极限承载力进行了分析。结果表明,UHPC管廊重量可减少30%,破坏模式与RC管廊基本一致,均为弯曲破坏,但UHPC管廊的开裂荷载和变形能力明显提高。在实测数据的基础上,通过简化拉压区应力分布图形,建立UHPC综合管廊抗弯极限承载力的计算方法,得到的计算值与实测值吻合良好,误差在10%左右。提出的计算公式可为UHPC综合管廊的设计计算提供参考。     

充填体覆盖下大断面六角形进路离心模拟试验

金川镍矿是我国最重要的镍矿资源基地，矿区岩石破碎，龙首矿区采用的小断面六角形进路分层下向胶结充填采矿法为厚大破碎矿体的安全开采提供了成功经验。金川公司二矿区东部贫矿体厚大、埋藏浅，开采技术条件相对较好，但矿岩品位较低，采用小断面六角形进路由于开采成本高、效率低，无法满足东部贫矿体的开采要求。为了降低成本、提高采矿效率，提出了采用中深孔落矿的大断面六角形进路下向充填法，六角形进路从4 m （腰宽）×5 m （高度）提高至16 m （腰宽）×20 m （高度）。采用离心模拟试验对自重应力影响下的大断面六角形进路充填体的变形破坏进行分析，试验结果表明：随着离心加速度的逐步增加，上覆充填体的位移也逐渐增大，在离心加速度为70g时进路两帮发生坍塌破坏，92g时顶板发生破坏，顶板稳定性强于两帮的稳定性；两帮发生破坏时最大累计竖向位移为0.627 cm，顶板发生破坏时最大累计位移为0.904 cm，顶板比两帮能够承受更大的极限变形量；充填体破坏模式主要为拉伸破坏和剪切破坏，六角形进路最终形成半椭圆的塌落拱并趋于稳定。     

基于Hoek-Brown强度参数的地铁隧道下穿既有管廊塌落上限分析

针对地铁隧道下穿既有管廊易引起沉降破坏等问题，在上限定理理论框架下，考虑上部管廊结构荷载、支护力等因素协同影响，构建隧道上方地层塌落破坏机制.基于地质强度指标GSI法的Hoek-Brown强度准则及相关联流动法则，推导出塌落滑动面的解析解，同时给出隧道顶板与管廊底板之间临界距离计算公式.将理论结果与数值计算解进行对比，验证了理论推导的正确性.讨论了不同参数对塌落破坏范围的影响规律及各因素影响敏感程度，并给出相应的工程建议措施.研究结果可为此类工况下隧道的设计和施工提供一定的理论指导.     

预制矩形箱涵受力性能模拟及其潜在的破坏模式

以沈阳市浑南新城区综合管廊工程预制拼装施工段为研究背景,针对城市地下综合管廊预制矩形箱涵单个管节,通过通用有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟,研究分析其在不同埋深下的结构变形和应力分布规律.建模中为了尽可能地贴近预制箱涵的实际受力情况,参照实际工程应用对其进行了配筋.本模型中通过改变施加于顶板和侧壁板的荷载大小来模拟埋深的变化:对综合管廊顶板施加均布压力,对侧壁板施加线性变化的侧土压力,最终分析预制箱涵在不同埋深下的结构变形和应力分布,并提出结构安全隐患存在的部位和其潜在的破坏形式,为复杂条件下预制综合管廊的设计和施工提供理论参考.     

预制装配式波纹钢综合管廊承载性能现场试验研究

为了检验新型预制装配式波纹钢结构综合管廊的承载性能,采用新型光纤传感技术和全站仪开展了方拱形双舱综合管廊现场试验,对回填过程中极限载荷作用下各板片的应变应力、接缝螺栓应力、结构变形及沉降、渗漏水状态进行了实时监测与分析.试验结果表明:波纹钢结构综合管廊承载力高,当覆土厚度达到设计值3倍时结构仍未被破坏;增加覆土厚度将引...     

车辆荷载作用下软土地基上双舱矩形综合管廊受力特征分析

以广州大学城综合管廊为例,通过建立该段管廊的三维有限元分析模型,分析了车辆荷载作用下软土地基上双舱矩形综合管廊的受力变形特征。分析表明:无论是隔墙位置或者两侧边墙处,管廊水平位移均为底板正、顶板负,但隔墙和两侧边墙的水平位移随高度变化的规律及零值点并不相同;管廊顶板和底板的沉降趋势基本一致,沉降量却有所差别,并发现顶板和底板出现不同程度的起拱现象;管廊顶板和底板存在多处水平应力集中的现象;大、小舱室边墙外侧竖向应力曲线相似,但同一高度竖向应力值有所不同。     

车辆荷载下综合管廊应力响应及疲劳损伤分析

作为一种浅埋隧道,综合管廊不可避免会受到车辆荷载的影响。为保证管廊结构运营期安全,有必要研究循环动荷载对管廊结构的影响。依托某综合管廊工程,使用ANSYS建立管廊-车辆荷载三维模型,研究了综合管廊在不同车辆荷载条件下的应力响应,发现在车辆荷载一个作用周期内,管廊的主拉应力时程曲线可分为上升区、峰值区及下降区;各车辆工况下管廊上部应力变化幅度在10%~15%左右,下部应力变化幅度在1%左右,距离地表越远的部位应力变化幅度越小。在得到管廊应力时程数据后,基于3种不同的疲劳公式编写程序对管廊进行疲劳分析,发现按Cornelissen公式及吕培印公式计算,管廊结构的最低使用寿命分别为0.42年及24.8年,不满足其设计使用年限,因此有必要考虑管廊在车辆荷载下的疲劳效应;其中管廊疲劳损伤主要集中在管廊的5个部位,中舱顶板、两中隔墙的顶端和底端,其中中舱顶板所受疲劳损伤最大,这5个部位应是综合管廊结构设计以及运营期间应重点关注的部位。     

煤柱下综采工作面矿压特征及水力压裂切顶控制

【目的】为分析煤柱下方综采工作面受集中应力影响的强矿压显现特征，以霍洛湾矿31106工作面过上覆集中煤柱为工程背景进行研究。【方法】通过工作面实测支架阻力精细化分析过煤柱期间的矿压特征和支架适应性，开展相似材料模拟实验，揭示工作面过煤柱的强动压机理，并提出过煤柱的水力压裂切顶控制技术。【结果】结果表明：工作面出煤柱期间，支架阻力整体由大到小依次为中部、下部、上部，工作面周期来压步距为10.85 m,平均持续长度为4.27 m,占周期来压时长的40%,平均动载系数达到1.4.出煤柱期间支架载荷超过正常工作阻力(35 MPa)的比例分别为：32.14%、63.83%和87.94%,支架受顶板断裂的动载作用并承受长时间的高静载作用。相似材料模拟表明，出煤柱时上覆岩层形成的“T型结构”失稳发生整体的回转下沉，引起下部工作面老顶同步破断，造成工作面大范围支架阻力的增加，液压支架安全阀开启率达到31.2%,存在压架风险。【结论】据此提出了工作面过煤柱的水力压裂切顶技术，现场试验表明水力切顶后工作面在出煤柱后10 m范围内并没有出现强矿压显现，降低了支架承受的动载荷和高静载，未发生强动载压架现象。     

提运架复合工况下长节段大吨位地下管廊结构安全监测与分析

为了掌握雄安新区城市综合管廊运输与架设过程中的廊体受力情况,明确多工况荷载对地基沉降和管节拼缝连接的影响,采用应力和变形监测设备对提运架复合工况下的管廊结构受力性能和沉降变形进行了现场监测和安全分析,通过将应变计安装在关键管节的顶板和侧墙位置,并对管廊架设过程中的典型管节布置静力水准仪和测缝计,获得了不同工况下综合管廊的受力和变形数据。结果显示：1)综合管廊侧墙受压,顶板受拉,但应力值均未超过混凝土强度标准值;2)综合管廊的沉降变形呈波动变化规律,但波动范围较小,最大沉降监测值仅为2.8mm,管廊结构的沉降变形总体可控;3)综合管廊的管节拼缝宽度变形仅为0.05mm左右,关键管节的接头拼缝连接良好。研究结果表明雄安新区综合管廊的结构受力性能良好,地基沉降和管节拼接不受复合工况动态荷载作用的影响。     

预制拼装综合管廊承插式接头抗剪性能研究

地下综合管廊承插式接头抗剪性能直接影响管廊整体结构的安全运营，为研究预制拼装综合管廊承插式接头剪切变形规律，采用有限元软件ABAQUS建立了预制拼装综合管廊承插式接头顺剪与逆剪数值模型，得到接头顺剪与逆剪的极限荷载和极限错台量，并进一步分析接头顺剪与逆剪的抗剪刚度，最后分析了轴力对接头抗剪性能的影响.研究表明：不同剪切工况下承插式接头变形规律与破坏类型均不同，顺剪工况下接头变形分为4个阶段，接头为延性破坏；逆剪工况下承插式接头变形分为3个阶段，接头呈脆性破坏，增大轴力可以提高承插式接头的极限剪切承载力.研究结果为地下综合管廊设计与安全运营提供科学依据.     

基于SPH方法对强动载下混凝土结构损伤破坏的数值模拟研究

混凝土结构在冲击爆炸等强动载作用下常常发生开坑和震塌等典型的损伤破坏现象,对损伤破坏的精细化数值模拟依赖于准确的材料模型和合适的数值算法,是当前研究的热点问题.本文首先探讨了基于有限元方法和常用单元删除算法模拟混凝土损伤破坏的内在缺陷和不足,然后基于光滑粒子流体动力学方法(SPH)与作者近期提出的混凝土动态损伤材料模型(Kong-Fang模型)相结合,对强动载下混凝土结构损伤破坏进行数值模拟,得到了实验的较好验证.SPH方法结合Kong-Fang材料模型不需要引入常用单元删除算法中的经验参数,提供了具有较好应用前景的混凝土结构动态损伤破坏的数值模拟方法.     

爆炸冲击波对大型复杂舰船结构毁伤效应数值模拟研究

采用有限元软件针对大型复杂舰船在战略武器大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应进行数值模拟研究.建立某航母结构1∶1有限元模型,采用CONWEP方法施加爆炸载荷,研究舰船的动态响应特征,主要分析爆炸当量、冲击波强度等因素对舰船毁伤模式和甲板变形破坏等级的影响.研究结果表明,随着爆炸冲击波传播距离增加,其强度沿飞行甲板表面以指数形式衰减,沿不同层甲板则呈现近似线性衰减特征.随着爆炸当量和冲击波强度的增加,舰船甲板变形破坏等级逐渐增加,舰船毁伤模式由局部塑性变形毁伤逐渐转变为总纵强度毁伤模式,接触爆炸时还会发生结构破损总纵剩余强度毁伤.在小当量爆炸且冲击波强度超过1.0 MPa时,飞行甲板、吊舱甲板和机库甲板会随着冲击波超压强度的增加而逐渐失效;在中等当量且冲击波超压强度超过0.2 MPa时,飞行甲板、吊舱甲板在爆炸后基本失效,机库甲板的功能将受到严重影响;在大当量爆炸且冲击波超压强度达到0.2 MPa时,三层甲板均发生局部区域完全失效.相关研究方法有助于大型复杂舰船结构在大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应评估.     

基于FLAC3D的复杂条件下露天转地下开采空区围岩变形及破坏特征

针对铜绿山Ⅰ号矿体露天转地下开采的复杂情况，采用FLAC3D分析不同跨度D及立柱厚度d下采空区围岩的变形及破坏特征；用FISH语言定义岩石剪切破坏的摩尔-库仑判据，实现单元体剪切破坏判据值及其他关键参数在运算过程中的动态监测。依据研究结果，为施工设计提供合理工艺参数。研究结果表明；在空区上移过程中，空区顶板位移及围岩塑性变形区均先减小后增大;立柱稳固时，两者仅与空区跨度有关；立柱不稳固时，立柱厚度开始产生较大影响，跨度增大或立柱变薄，可使两者显著增大，并使空区在更大的顶柱厚度下便受到了露天坑底板压力的影响；立柱稳固时，空区破坏形式均为顶板两端剪切破坏；当跨度D=10 m，且立柱厚度d≤4 m时，立柱开始不稳固，空区破坏形式逐渐转向立柱破坏。     

新型装配叠合式综合管廊受力性能试验研究

传统全现浇式综合管廊存在施工工序繁杂,工期长且混凝土质量控制难等问题,难以满足城市建设的需求.针对以上问题,提出一种适用于城市条件的新型装配叠合式综合管廊.以实际工程为背景,制作新型装配叠合式综合管廊足尺模型,采用单调静力试验方法研究该管廊力学性能及破坏形态.试验研究结果表明:构件在集中力作用下,先后经历了弹性变形、开裂、破坏三个阶段;破坏形态有别于全现浇式综合管廊,为其中一块侧墙的底部发生叠合面受损,新、旧混凝土协同工作性能下降,进而导致剪切破坏;极限承载力为设计极限荷载的1.69倍左右.     

沥青路面结构早期破坏的动力特性分析

为了研究沥青路面结构早期破坏问题,采用三维有限元模型模拟沥青路面结构在动载作用下的响应情况,分析了弯沉、应力的变化规律.结果表明:在动载作用下,轮载中心处的弯沉和应力均较静载作用时小,但弯沉值的变化具有显著的波动性,轮载中心以外的其他任何点的弯沉值均可能出现大于静载作用时的弯沉;结构层表面拉应力和压应力交错出现,上面层的轮载边缘附近所产生的拉应力数值相对静载明显增大,沥青表面极易产生拉裂破坏, 与规范所规定的拉应力验算点有一定差异.建议在拉应力验算时,增加车轮边缘附近验算点,以保证路面结构表面不产生开裂破坏.