撞击荷载作用下盾构隧道接头螺栓失效及参数分析

为了研究高速列车脱轨撞击盾构隧道时接头螺栓参数对螺栓失效和管片的影响. 基于ABAQUS有限元软件,建立了盾构隧道管片衬砌分块拼装式模型,利用时速200 km/h列车12.5° 斜向撞击荷载曲线,通过设置接触面单元和具有抗拉、抗剪、抗弯3种刚度组合的连接单元,近似模拟了盾构隧道接缝混凝土接触效应和螺栓连接效应,开展了不同螺栓直径和不同螺栓强度级别下管片接头螺栓的失效研究. 研究结果表明:在列车撞击荷载作用下,接头螺栓主要发生拉伸失效和剪切失效两种失效状态,失效后螺栓拉力和剪力降低为0,并且螺栓失效一般是相对列车行进方向相继出现的;拉伸失效通常出现在被撞块后端纵向螺栓,而被撞块环向螺栓和前端纵向螺栓一般发生剪切失效;各螺栓发生失效的时间随着接头螺栓强度级别的提高或螺栓直径的增大有所延后;不同螺栓参数下被撞块管片位移极大值均在6 cm左右,提高接头螺栓的强度级别和增大螺栓直径,将减小被撞块管片最终位移较大值区域面积以及最终位移极大值的数值,但管片最终位移极大值数值的减幅在10%以内,说明改变螺栓参数无法明显减小管片最终位移.      

地铁盾构隧道管片接头抗弯刚度的数值计算

采用三维有限元法对南京地铁区间盾构隧道管片接头的受力情况进行了数值模拟计算，研究了不同荷载作用下管片接头的变形、转角和抗弯刚度，探讨了接头转角和抗弯刚度的变化规律；通过转角、弯矩和轴力关系的拟合为接头抗弯刚度的确定提供了新的途径．数值计算结果表明，管片接头抗弯刚度随轴力增大而增大，随弯矩增大迅速减小并逐渐趋于稳定；轴力对抗弯刚度的影响随弯矩的增大而减小。     

两种计算方法在盾构隧道管片设计中的比较研究

针对目前盾构隧道管片设计过程中的两种计算方法,以有限元为计算工具,对其计算结果进行了比较。结果表明:当选择了适当的折减系数时修正惯用设计法可以很好的描述接头的受力机理,能在一定程度上指导设计。但是这个折减系数的选择有相当的难度。而采用考虑接头刚度的精确计算法则适当地考虑了接头的位置、接头的刚度,能合理地指导隧道管片的设计。     

荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型

为探讨盾构隧道管片结构的空间力学行为，采用厚壳、弹簧、空间实体和接触单元分析盾构隧道管片衬砌的内力状态，提出了荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型．该模型考虑了管片间接缝处的挤压作用、管片与螺栓接头之间的咬合作用、地层对管片的径向与切向抗力作用、环向接头的正负抗弯刚度差异以及封顶块的插入角等因素．算例表明，壳-弹簧-接触模型与梁-弹簧模型的计算结果相差较小；轴力和剪力在壳体上的分布具有明显的空间性．     

基于单护盾的复合式TBM主驱动及管片机控制系统的改进

通过对复合式TBM主驱动控制系统的故障原因分析及研究,增加外置旁路接触器（即相当于增加冗余接触器）,以较小的成本有效提升系统对环境的适应性、可靠性,降低设备故障;针对管片机出现对掘进影响较大的故障及原因分析,对管片机控制系统做适当的改进,加强了对管片机关键部件的保护,大大增加了管片机系统工作的可靠性,减少了管片机系统的故障,为掘进创造了有利的条件。     

地铁盾构隧道抗弯刚度有效率的模型试验研究

盾构管片拼装过程需要设置环向与纵向螺栓,螺栓接头会对管片整体刚度产生影响。以城市地铁单线单洞盾构隧道为研究对象,采用室内相似模型试验,开展2环管片横向、21环管片纵向加载试验,通过对比分析均质管片与错缝拼装管片,得到了盾构隧道横向和纵向刚度有效率。试验结果表明:隧道各位置的变形与荷载基本呈线性变化;横向抗弯刚度有效率为0.76,纵向抗弯刚度有效率为0.20～0.35。     

盾构千斤顶不良顶推作用下地铁管片衬砌开裂特性

为指导地铁区间隧道施工盾构掘进控制和管片衬砌防裂设计,建立考虑接头-管片的盾构隧道装配式衬砌结构数值模型,基于混凝土弥散开裂本构模型,研究直线段管片衬砌在千斤顶轴向倾斜以及千斤顶端面侧移两种不良顶推作用下管片衬砌的开裂特性.研究结果表明：在上述2种不良顶推力下,顶推导致的管片衬砌裂缝主要分为封顶块螺栓孔裂缝、手孔纵向裂缝和管片环面纵向裂缝3类;当千斤顶出现轴向倾斜致裂时,拱顶封顶块环向螺栓孔处的裂缝宽度最大,且当轴向倾斜角度达到3°时,3类裂缝宽度均已超过施工的允许值;当千斤顶端面侧移致裂时,衬砌环面及封顶块环向螺栓孔位置处的宽度最大,其中端面整体向下侧移是最为不利的情况;管片衬砌开裂将导致裂缝位置处钢筋应力增大,相同开裂位置处的钢筋应力-裂缝宽度关系基本不受顶推力倾斜角度变化的影响,裂缝的宽度与钢筋的应力呈正相关关系.盾构施工时,应严格控制盾构掘进不良顶推作用,对容易产生裂缝的位置建议加强配筋以控制裂缝的发生.     

加卸载对盾构隧道材料损伤和结构特性的影响

为研究加卸载对盾构隧道结构受力和材料损伤状态的影响,基于混凝土塑性损伤本构、非线性接触理论和Python二次开发,用全周单向受压弹簧模拟地层反力,建立二维管片-接缝不连续模型和三维精细化管片-接缝不连续模型,模拟不同土质中(固结黏性土、硬质黏性土、中等程度黏性)盾构隧道上方不同加卸载水平下的结构变形、材料内力以及材料损伤变化规律,并讨论了螺栓异常工作对结构的影响,得到了不同土质中径向相对位移、接头张开量、材料应力和混凝土损伤因子关于加卸载量的关系曲线,及接头张开量、螺栓应力水平分别在预紧力损失和锈蚀深度两种异常状态的变化曲线.研究结果表明:从结构变形宏观指标给出了3种土质条件下加卸载的荷载安全值分别为510、340 k Pa和170 k Pa;从材料应力水平及损伤程度给出了加卸载的荷载安全值分别为340、170 k Pa和170 k Pa;螺栓预紧力损失对结构的影响主要受拱顶接头张开量控制,螺栓锈蚀对结构的影响主要受螺栓应力水平控制,且锈蚀深度的安全限值为6 mm.     

考虑材料损伤的加卸载作用对盾构隧道结构力学特性的影响研究

为研究加卸载对盾构隧道结构受力和材料损伤状态的影响，基于混凝土塑性损伤本构、非线性接触理论和Python二次开发，用全周单向受压弹簧模拟地层反力，建立二维管片一接缝不连续模型和三维精细化管片-接缝不连续模型，模拟不同土质中(固结粘性土、硬质粘性土、中等程度粘性)盾构隧道上方不同加卸载水平下的结构变形、材料内力以及材料损伤变化规律，并讨论了螺栓异常工作对结构的影响，得到了不同土质中径向相对位移、接头张开量、材料应力和混凝土损伤因子关于加卸载量的关系曲线，及接头张开量、螺栓应力水平分别在预紧力损失和锈蚀深度两种异常状态的变化曲线.研究结果表明:从结构变形宏观指标给出了3种土质条件下加卸载的荷载安全值分别为510，340和170 kPa;从材料应力水平及损伤程度给出了加卸载的荷载安全值分别为340，170和170 kPa;螺栓预紧力损失对结构的影响主要受拱顶接头张开量控制，螺栓锈蚀对结构的影响主要受螺栓应力水平控制，且锈蚀深度的安全限值为6 mm.     

大型水下盾构隧道结构研究现状与展望

随着我国大型水下盾构隧道的日益兴建,一系列结构问题愈发凸显,对结构的安全性提出了挑战,大型水下盾构隧道结构已逐渐成为国内外研究的热点.针对大型水下盾构隧道在设计阶段、施工阶段及长期运营阶段可能存在的结构问题,综述了国内外相关的重要研究,主要包括:隧道横向结构的力学特征与分析方法,纵向结构变形与稳定性,隧道结构及附属结构物的地震响应及抗震与减震措施.总结了近期的研究成果与新进展,包括:整环管片衬砌结构力学特征与分析方法,接头力学性能,隧道结构纵向稳定性,施工期流固耦合效应及上浮机理,施工荷载的影响,火灾的影响与评估,水环境作用下管片衬砌结构的长期耐久性及结构性能评价等.最后,讨论了尚存的问题以及相关结构问题的研究趋势.     

管片衬砌可靠度分析实用方法研究

由于盾构隧道管片衬砌结构形式的特殊性,可靠度分析中仅采用截面承载力极限状态方程作为功能函数不够全面,故文中提出管片可靠度分析应采用双功能函数,即增选管片裂缝宽度控制方程作为第二功能函数.考虑到随机变量的非正态分布和功能函数的高度非线性,常规一次二阶矩法精度较低,提出采用映射变换和二次二阶矩相结合的方法进行管片衬砌可靠度分析.实例表明：双功能函数相互补充,可保证结构的安全可靠,映射变换和二次二阶矩结合分析法清晰简便,能较好地解决功能函数高度非线性、随机变量非正态分布等问题.     

箱梁湿接缝的计算与分析

通过对某大桥箱梁湿接缝的承载能力、抗弯刚度和抗裂性能的计算与分析,综合评估了25 m预应力混凝土小箱梁采用较宽的湿接缝后结构的安全性和可靠性。     

互通式立交匝道进出口纵坡衔接新方法探究

运用数学几何方法对立交匝道进出口纵坡衔接问题进行分析,并通过对平面线形为直线或不设超高曲线段和设置超高曲线段两种情况进行研究,可得出进出口处匝道纵坡度的合理计算方法。     

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为了评价冰雪环境对公路网运行质量的影响,以便及时制定相应的管理对策将冰雪灾害的影响降到最低,提出了应用交通运行可靠度评价公路运行质量的方法,并以行程时间作为评价指标.以黑龙江省的干线公路网为研究对象,根据实测数据验证了降雪情况下路段的行程时间符合正态分布的特性.应用可靠性理论和概率与数理统计理论建立了路段可靠度计算模型,根据路面磨擦系数与行程时间的关系,提出了行程时间的阈值和判定冰雪灾害发生的标准.根据黑龙江省干道网的布局,建立了路径和路网可靠度的分析方法,并应用实例验证了本方法的可行性.     

基于速度-密度模型的路网连通可靠度分析

传统的连通可靠度评价方法往往将路段分为连通和不连通两种状态,对于实际路网的评价存在计算量过犬的问题,缺乏可操作性。首先结合安德伍德指数模型和格林伯格对数模型,构建能够反映各种交通流状态的速度一密度模型。在此基础上,以行车速度和交通量为基本参数构造路段综合连通指数,提出路段和路网连通可靠度的计算方法。以行车速度为分类依据,提出连通可靠度评价标准。最后,对辽宁省锦州市某区域早高峰时段路网连通可靠度进行分析,结果表明：基于速度一密度模型的路网连通可靠度计算方法能够比较真实地反映道路交通实际状况,且计算过程得到较大简化。     

An Approach to Stability Analysis of Sliding Motion in a Clearance Joint of a Four-Bar Mechanism

The sliding motion refers to the case when the pin of a revolute joint is in contact with the bush, following all or a segment of the circular trajectory inside the bearing. The equation of the sliding motion is obtained based on Lagrangian approach. By use of the classical continuation method, the stationary points can be calculated, and their local stability is determined with the theory of stability. This paper focuses its analysis on the joint connecting the rocker of a four-bar mechanism to the ground. The results show that there are some relations between the local stability of sliding motion and contact loss     

Welded joint fatigue reliability analysis on bogie frame of high-speed electric multiple unit

A new method for welded joint fatigue reliability analysis on bogie frame of high-speed electric multiple unit (EMU) is proposed according to the International Union of Railways (UIC) standard, the Britain Standard Institute (BSI) standard and the Miner rule. Firstly, the fatigue calculation condition is loaded according to the UIC standard. The welded joint damage ratio is calculated by the BSI standard. Fatigue reliability analysis is conducted for a typical welded joint based on probabilistic design system (PDS) module in software ANSYS 14.0. In the system, the automatic program is prepared by ANSYS parametric design language (APDL) to calculate the welded joint fatigue damage ratio. Meantime, the relationship between the input variables and the output response is fitted by the response surface (RS) method. Then, the RS method is improved by the orthogonal design. Specifically, the selecting process optimization for the RS method based on the orthogonal design is conducted to improve the fitting efficiency of the RS method. Finally, a program of the automatic analysis documents is generated by Microsoft foundation class (MFC) technique. Through the self-defined interface, the researchers can easily import the automatic generation of the orthogonal table into the PDS module and analyze the fatigue reliability. Results show that the improved RS method can better fit the RS which covers the sample area, and the distribution law agrees well with the actual situation. At the same time, the improved RS method reduces the calculation time.     

盾构隧道斜螺栓接头受力性能与火灾下温度分布规律

利用有限元计算软件ABAQUS建立了环向复合管片与环向斜螺栓接头的三维实体模型; 考虑复合管片材料的非线性, 采用弹塑性本构模型, 分析了环向斜螺栓接头在常温下的力学特性; 根据HC升温曲线, 分析了接头模型的传热特性, 研究了复合管片衬砌和环向斜螺栓接头在火灾下的温度分布规律。分析结果表明: 采用高强螺栓能够有效减小接头张开量, 增大接头刚度; 在采用高强螺栓的情况下, 斜螺栓最大轴应力易在初始阶段达到屈服, 屈服后接头弯矩和轴力的增大对斜螺栓的应力影响并不大, 但对斜螺栓变形影响较大, 当接头负弯矩从7 kN·m增加到122 kN·m, 接头轴力从368kN增加到734 kN时, 斜螺栓最大应变增加1.6倍, 当接头正弯矩从53 kN·m增加到182 kN·m, 接头轴力从903kN增加到1 056 kN时, 斜螺栓最大应变增加5.9倍; 常温下接缝附近斜螺栓的轴应力呈现反对称分布, 除接缝外其他部位斜螺栓的轴应力基本相等, 约为400MPa, 接缝处轴应力绝对值最大值可达700 MPa; 火灾情况下手孔处温度上升最快且达到的温度最高, 80 min时即可达到1 000 ℃, 接缝处混凝土在100min后达到稳定温度, 螺母处混凝土在150 min后达到稳定温度, 稳定温度均为1 000 ℃左右。