不排水条件下的临坡条形基础承载力有限元极限分析

为计算作用在不排水边坡上条形基础的极限承载力,首先,根据临坡条形基础承载特性,将基础假定为刚体且基底与土体之间没有摩擦力,同时将基础的埋置深度用其两侧的超载代替,并将其视为平面应变问题,建立计算模型。然后,通过有限单元对应力场和速度场进行离散,根据上、下限定理建立节点应力和节点速度的约束方程,将外力荷载或总的内能耗散作为目标函数,建立相应的数学规划模型,并采用优化算法求解该模型,得到严格的上、下限解,在优化计算过程中对Mohr-Coulomb准则进行了双曲线近似处理。最后,在此基础上分析了坡高H、基础与坡顶的距离L、超载q、坡角β以及黏聚力C_u对极限承载力系数p/γB的影响(γ为重度,B为坡顶基础宽度,p为基础承载力)。同时将计算结果与已有成果进行对比分析,验证了该方法的正确性,总结了3种极限破坏模式,并提供了常见不排水边坡的设计计算表格,以供实际工程设计参考。研究结果表明:p/γB随H的增大先急剧减小,然后基本稳定,趋近于一固定值,临界坡高为2倍基础宽度;p/γB随基础与坡顶的距离增大而增大,且趋向于一常数;p/γB随超载的增大而线性增大,且L/B越大,增长速率越快;p/γB与坡角基本成线性关系,其值随着坡角β的增大而减小;p/γB随着黏聚力系数(C_u/γB)的增大而线性增大。     

横风下高速列车驶入隧道时瞬态气动性能研究

针对列车高速驶入隧道时流场的三维、非定常及可压缩湍流等特性,建立了精细化的隧道-列车-空气三维CFD数值模型,对比分析洞口有无横风条件下列车驶入隧道过程中车体周边的瞬态流场结构、压力分布,并研究横风条件下车体的5项气动荷载(气动横向力、气动升力、倾覆力矩、偏航力矩和点头力矩)指标的瞬变特性以及风速和车速变化对其最大瞬变幅值的影响情况.研究结果表明:当列车在横风环境下驶入隧道,洞外部分车体两侧流场结构和压力分布差异显著,而洞内部分差异较小,从而引发列车进洞前后车体压差突变;列车在进洞过程中,车体的各项气动荷载均存在瞬变效应,且尾车同时呈现出倾覆、"上跳"、"蛇形"摆动以及"点头"等行为;风速变化对尾车偏航力矩变化幅值影响较显著,而车速变化对头车偏航力矩变化幅值影响较显著.     

谈跨高速公路河段箱涵顶进施工技术

顶进施工方法的特点是在保证道路交通安全运行的前提下,用专用设备将公路外预制的钢筋混凝土箱涵入公路路基内。文中介绍跨高速公路河段箱涵顶进的设计及施工方法。     

铁路桥梁新型柱板式高墩双柱模型的抗震性能

采用往复荷载下的钢筋和混凝土本构,用非线性有限元分析法研究铁路桥梁新型柱板式高墩双柱模型在低周往复荷载作用下的滞回特性、延性及耗能等抗震性能,研究墩柱截面形式、腹板厚度、墩柱配筋率对这些特性的影响.通过对4个缩尺模型的拟静力试验,进一步研究轴压比、腹板厚度和水平加载制度等对柱板式高墩破坏性状的影响.研究结果与数值模拟结果吻合较好,说明本文采用的分析方法结果可靠,新型柱板式高墩具有较好的抗震性能.     

不同风攻角下分离式双箱梁涡振气动力演化和局域相关性研究

通过弹簧悬挂节段模型同步测振测压风洞试验模拟结构涡激振动,以1座大跨度斜拉桥的分离式双箱梁为研究对象,测定均匀流场中不同风攻角下的涡振响应及表面风压。基于局部特征区域气动力与断面总体气动力的局域相关性概念,分析竖弯涡振时上游断面迎风侧下斜腹板、下游断面迎风侧斜腹板及顶板这3个关键局部特征区域的气动力演化特性及其与整体总气动力的同步演化关系。研究结果表明：当改变来流攻角时,在分离式双箱梁涡振过程中,不仅会使浸没在流场中的绕流状态、旋涡作用位置发生改变,还会使局部气动力与整体气动力的相关性发生改变。虽然断面不同区域的局部气动力与总体气动力的振动卓越频率相同,但其高阶谐波分量对应频率参与涡振作用的比例却随着风攻角变化而发生变化。另外,分离式双箱梁下游断面迎风侧斜腹板区域与整体断面的涡振特性有着较强的同步演化关系,在实际工程中需重点关注。     

基于灌注饱满度的灌浆路面灌浆材料流动性能调控

为了确定灌注式沥青混合料(GAC)对灌浆材料(GM)流动性能的要求,分别采用锥桶法和截模圆锥法测试不同水泥净浆体系GM的流动时间和扩散直径,并通过抗折强度和抗压强度试验测试GM试件的力学性能。采用数字图像处理技术分析GAC试件的顶部、中部和底部切片图像,获取GAC试件在不同深度的灌注饱满度,并结合灰色关联法进行流动性能指标与其相关性分析,建立灌注饱满度与流动性能的回归方程,确定对水泥净浆体系GM的流动性能要求,并通过灌注试验进行验证。研究结果表明：增大水灰比与减水剂掺量均可提高GM的流动性能,但增大水灰比对其力学性能降低幅度较大;与锥桶法相比,截模圆锥法获取的扩散直径与试件灌注饱满度的相关性更高;为了保证GAC在不同深度的灌注均一性和有效性,基体沥青混合料空隙率为25%的GAC整体灌注饱满度需大于85.0%,此时,GAC在不同深度的灌注饱满度基本一致;水泥净浆体系GM的流动时间需小于11.3 s,或者其扩散直径大于27.2 cm。     

基于边界变化的索结构自振频率测试机理

频率法是现场测试桥梁索力最常用的方法之一,但在测量“短索结构”时无法获得稳定的自振频率,导致索力测试值与真实值存在严重偏差。为探索“短索结构”自振频率测试机理,引入长细比λ,推导索结构在不同边界条件下自振频率与长细比的函数关系,提出一种通过长细比判断“短索结构”的方法。为验证长细比判据的有效性,采用通用有限元软件对不同直径的索结构进行仿真分析。采用提出的“短索结构”判定方法,对舟山新城大桥吊索HL1和HL2进行分析,从理论上解释2组吊索在实测中无法获得稳定自振频率的原因,验证长细比判据的工程适用性。研究结果表明：“短索结构”的边界条件受扰动发生的随机变化是频率法无法测得稳定自振频率的主要原因;采用通用有限元软件对不同直径的索结构进行仿真分析,得到的索结构自振频率和频率比的仿真计算结果验证了长细比判据的工程适用性。     

新型预应力路堤侧压力板设计间距研究

基于Boussinesq和Cerruti公式推导的水平附加应力计算公式,提出新型预应力路堤加固薄弱点O处的附加应力分析方法。通过大量工况计算获得多块侧压力板联合作用下预应力路堤薄弱区域内薄弱点O处水平附加应力的扩散规律,并以该点处附加应力作为预应力加固的控制下限,探索侧压力板布置间距的设计方法。研究研究表明：1)单块侧压力板上、下板角不同外延面内的水平附加应力系数K均随水平深度系数hc的增加先增大后减小;2)加固薄弱点O处的附加应力系数KO可根据相邻4块侧压力板的附加应力扩散效应叠加求得,且在不同侧压力板间距下,KO均随hc的增加先增大后减小,即KO与hc的关系曲线均存在峰值点;3)定义侧压力板沿路堤坡向和纵向的净间距与板宽之比分别为净间距系数a和b,发现在不同路堤坡率及加固系数KP下,薄弱点O处的水平附加应力有效扩散深度系数hcp均分别随b和a的增大呈线性递减和线性递增关系,同时b和a呈指数型负相关关系;4)通过多元拟合分别建立了hcp与b(或a)以及b与a的函数关系式,可依据拟合关系设计侧压力板的布置间距。     

考虑土体强度非线性的富水盾构隧道开挖面三维稳定性研究

为了计算高水压条件下开挖面有效支护力,评估盾构掘进的安全性,在极限分析上限理论框架下,构建开挖面三维曲线圆锥主动破坏机构。首先,采用切线法将非线性强度准则线性化,并引入经验水头公式描述开挖面附近水头分布;其次,提出一种水平分层积分法来计算渗透力功率,建立考虑渗流效应的功率平衡方程;第三,求解盾构土仓内有效应力目标函数,采用序列二次优化算法优化目标函数,求得支护力的最优上限解;最后,通过对比,验证本文计算结果的合理性和正确性,分析非线性系数和水位高度对有效支护力的影响。研究结果表明：在渗流条件下,非线性系数和单轴抗拉强度对开挖面稳定性的影响不利,增大初始黏聚力有利于开挖面的稳定,水头差对支护力具有显著的影响。