隧道管片试验装置 被动土压力模拟系统研究

隧道管片整环试验加载装置用于模拟管片在土体中的受力,所施加荷载通常采用静态加载,均不考虑因管片变形而产生的被动土压力。为了更好地模拟实际工况,在原有试验装置的基础上,增加了被动土压力模拟系统。试验中通过激光传感器实时测量管片形变量,并依据该形变量在液压闭环系统中完成试验荷载的实时调整,以模拟管片变形后产生的动土压力对管片结构受力的影响。试验结果表明,该系统很好的模拟出管片变形后对土体挤压产生的被动土压力,在本装置及其控制方法下,试验所需的加载压力稳态误差不超过千分之五,更精确地反应出管片的实际受力状态。     

采用新检测方法的地铁盾构隧道管片姿态检测信息管理系统

分析了地铁盾构隧道管片姿态测量传统方法的复杂性、计算的低效性、数据报送的不及时性、成果展示的单一性,从改进外业测量数据采集的方法入手,详细阐述了管片姿态检测信息系统的管片姿态偏差计算数学模型,并说明了该系统的设计架构及应用效果.管片姿态检测信息系统能实现盾构隧道管片姿态检测的自动化、实时化、标准化和专业化,能较好地提高隧道轴线控制的质量,还能节约地铁隧道建设成本.     

基于梁-非线性弹簧模型的盾构隧道管片环极限变形特征研究

管片环极限变形特征是盾构隧道结构设计的关键控制指标和结构安全监测的重要依据。已有的接头弯曲加载试验表明,当弯矩较大时,接头变形具有明显的非线性特征。针对上海地铁区间盾构隧道管片环内的无衬垫式接头,建立其力学模型并推导其变形解析式,得到一定轴压作用下接头变形非线性特征的定量化描述,将其与试验数据对比,验证接头力学模型和变形解析式的工程适用性。基于非线性弹簧单元建立管片环梁-非线性弹簧模型,采用有限元方法对考虑外荷载及接头自身性能等因素不确定性的各工况管片环极限变形特征进行计算分析,根据分析结果提出对盾构隧道管片环结构设计及运营期结构安全监测提出建议。     

考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能研究

盾构隧道朝着超大断面发展,其内部结构形式愈加复杂多样化,内部结构对盾构隧道纵向力学性能的影响值得探讨。为研究考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能,以济南黄河隧道为工程背景,建立31环考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道三维有限元实体模型,以集中力的形式作用在第16环管片环进行加载。结果表明:盾构隧道考虑内部结构后,通缝拼装隧道和错缝拼装隧道纵向刚度有效率分别提高21.4%~61.9%和14.3%~35.3%,说明内部结构能够有效提高盾构隧道的纵向刚度;通缝拼装隧道和错缝拼装隧道加载环最大Mises应力分别减小61.3%和69.2%,说明内部结构能够起到承载作用;隧道管片与内部结构会发生应力集中现象;错缝拼装形式有利于减小内部结构在纵向上的位移变形,同时内部结构的侧墙在施工时应尽可能保证混凝土的密实。     

通缝拼装盾构隧道横向刚度有效率计算方法及其影响因素

基于盾构隧道横向刚度有效率的定义,推导根据管片纵缝接头刚度解析通缝拼装盾构隧道横向刚度有效率的计算公式,并以实例验证该计算公式的可行性。通过反演分析结果,阐明隧道所处地层的土体力学性能和隧道埋深对盾构隧道横向刚度有效率的影响机制。利用该计算公式分析多个单因素对横向刚度有效率的影响。结果表明:管片环的直径越大,盾构隧道的横向刚度有效率越大;管片截面的抗弯刚度越大、管片纵缝接头刚度越小、管片环分块数量越多,盾构隧道横向刚度有效率越小;盾构隧道横向刚度有效率不仅表征了管片纵缝接头对隧道横向刚度削弱的程度,也反映了管片纵缝接头转动变形而导致的管片环横向变形所占管片环横向总变形的比例,此比例越大,盾构隧道横向刚度有效率越小;反之亦然。     

盾构隧道管片设计若干问题研究与探讨

研究目的:目前盾构隧道管片设计的随意性较大,计算方法缺少相应的理论支撑,计算模型的选取无法体现管片的实际受力情况,无法体现地层与衬砌结构的相互作用,计算参数的取值与实际情况出入较大等。为了进一步加强管片结构设计的准确性与可靠性,对管片设计中涉及的一些主要问题进行研究。研究结论:通过分析得出,对于管片结构,应该采用梁—弹簧模型进行受力分析;管片结构上受到的水压力应按径向加载,隧道拱底反力应取浮力与竖向荷载的较大值,管片与地层的相互作用应通过管片四周设置的径向与切向土弹簧来实现;采用地层应力释放系数来模拟盾构施工对周围地层的扰动效应,得出应利用浆液的最小屈服强度控制盾尾后方隧道的上浮趋势。     

动车组齿轮箱试验台设计

动车组齿轮箱的振动、噪声以及温升,直接影响牵引传动系统的效率和列车的乘坐舒适性。开发可以模拟动车组齿轮箱不同运行工况的试验台,对齿轮箱的性能进行试验,可以及早发现齿轮箱的设计缺陷,提高齿轮箱产品质量。从试验台的系统设计要求出发,对试验台的样品承载机构、加载系统和测量系统进行详细阐释。试验台满足TJ/CL 277—2014《动车组齿轮箱组成暂行技术条件》等对动车组齿轮箱性能试验的要求,可以模拟齿轮箱在不同温度、不同载荷及不同倾角条件下的工作状态,已经完成CR400,CRH380B等多个动车组车型齿轮箱的性能试验。     

大直径盾构隧道分块型K管片接触面力学性能的试验研究

利用单圆大直径盾构隧道扩建地铁车站时,采用了预先分为3块的分块型K管片.为了研究分块型K管片接触面的力学性能,按照接触面保留原型、边界由弧形简化为矩形的原则制作试件,在实验室进行加载试验.试验结果表明:当组合荷载达到一定值时,分块间接触面达到滑移临界点,此时接触面间的摩擦由静摩擦变为滑动摩擦,接触面间产生相对位移,混凝土和螺栓的应变陡增,螺栓被卡住.结合试验建立试件的三维几何非线性接触数值模型,对接触面达到滑移临界点时的组合荷载进行模拟分析,得到分块型K管片不同材料接触面的临界轴力弯矩组合包络线,用以判断不同轴力弯矩组合对分块型K管片结构稳定性的影响,为扩挖车站结构的设计与施工提供理论指导和参考.     

转向架模拟动载试验台研究

转向架模拟动载试验台是为铁路客车车辆非动力转向架进行模拟动载性试验而研究的专用试验台。转向架涉及行车安全,检修后需要试验。该试验台具有轨距可改变,载荷、转速可控,模拟转向架载荷状况下运转,实现可靠的控制,严密的监测功能。     

盾构隧道管片施工力学性能三维数值模拟研究

研究目的:施工阶段的管片外部荷载系统和力学性能与正常使用阶段相比均表现出较大差异,大量工程经验表明,管片在施工阶段破损的概率要远远高于正常使用阶段。本文通过建立考虑环、纵向接头不连续性的三维盾构隧道有限元模型,针对注浆压力、千斤顶推力以及拼装方式三个施工要素进行研究,拟为盾构施工提供合理的意见。研究结论:分析结果表明,在施工阶段,由于管片外部荷载沿隧道纵向有差异且接头存在非连续性,管片的力学性能沿隧道纵向存在较大差异,各环变形特征也不尽相同,与传统均值连续模型相比亦存在较大差异,注浆压力、千斤顶推力对施工阶段管片力学性能有较大影响,管片在错缝、通缝拼装条件下表现的力学性能存在较大差异,综合来看,错缝拼装结构相比通缝拼装具有更好的结构整体刚度。     

交流传动试验台测试系统的设计与实现

简要介绍了交流传动试验台的结构、功能与特点。针对试验台"高速度、大功率"的特点,提出了对测试系统的要求。基于PXI数据采集设备、智能采集模块及LABVIEW软件开发平台,设计实现了分布式、多任务实时测试系统。介绍了系统硬件网络结构、实时多任务测试软件的设计实现方法。     

盾构管片预埋滑槽技术在兰州地铁中的应用

传统隧道内安装管线及固定设备采用打孔、化学锚栓与金属支架配合的方式,存在安装时效低、施工环境恶劣、对管片结构损伤大、维修保养困难等一系列问题,以兰州地铁1号线工程为研究背景,对盾构管片预埋滑槽技术进行系统的研究和探讨,通过典型工况下滑槽的受力分析、现场安装试验以及成品检测和实验室试验,论证地铁隧道内设计预埋滑槽的方案是安全可靠的,并确定了盾构管片预埋滑槽截面型式、材质、连接方式、锻造工艺与力学性能等设计参数和生产工艺要求,进一步明确了耐腐蚀性能是滑槽可靠性的控制性因素。预埋滑槽技术,改善了现场施工环境,提高设备与管线安装效率,对隧道结构零损伤,延长工程使用寿命,可在地铁行业内推广应用。     

列车齿轮箱综合性能试验台的研制

列车齿轮箱综合性能试验台是验证轨道交通车辆齿轮箱各项性能的必要手段。文中设计的试验台采用电封闭功率流式,对齿轮箱进行四象限加载试验,且首次实现高低溫环境加载试验。通过对转速、扭矩、温度、振动、传动效率等多参数测量,验证齿轮箱的承载能力、温度特性及密封性能,亦可以进行耐久性试验。试验台具备多工况模拟、通用性强、经济性好的特点。     

考虑纵缝接头刚度折减的盾构管片性能研究

盾构隧道管片在纵缝接头处薄弱易损，研究其力学性能需考虑此部位的刚度折减。基于对原型管片、开槽管片在纵缝接头刚度上进行等效计算，构建一种可准确模拟纵缝接头刚度折减的双侧开槽盾构管片模型。同时，加入匀质圆环管片作为对照组，以覆土堆载模型试验为手段，研究接头刚度折减对管片受力变形的影响，以探明在考虑接头刚度折减条件下盾构隧道管片的力学性能，并结合数值模拟对模型试验可行性进行验证。结果表明：纵缝接头处刚性折减较大程度减小了管片横向刚度，从而加剧了管片收敛变形；纵缝接头刚度折减对管片轴力并无显著影响，但会导致弯矩包络线发生明显上移，使管片截面弯矩最大值增加近10%。     

软土地区通缝拼装地铁盾构隧道管片纵缝接头的优化

针对软土地区地铁盾构隧道管片纵缝接头因地表超载易发生破损的问题,考虑软土地层的特性,提出在软土地区盾构隧道横向刚度设计中,采用加大隧道结构刚度和强度的"刚性衬砌"设计理念,对管片纵缝接头进行优化。通过局部或者整体增加管片的厚度,均可增加管片纵缝接头的抗弯刚度,从而明显减小管片环的变形,虽然由此使得管片环的弯矩有所增大,但管片环变形减小的幅度远大于其弯矩增大的幅度;分别设计外张纵缝接头与内张纵缝接头连接螺栓的位置,纵缝接头的连接螺栓应靠近接头张开的一侧;在管片环分块时尽量将管片纵缝接头设计在弯矩较小的位置,同时在满足施工的条件下,尽量减少管片环的分块数量;局部加强纵缝接头位置的管片棱角,以预防管片接头棱角破损;通过合理设计防水密封垫的位置及断面形式,加强盾构隧道管片纵缝接头的防水能力。     

基于三维非连续接触模型的管片错台分布规律及影响因素研究

针对盾构隧道施工阶段中管片环缝错台的问题,建立围岩-管片-螺栓三维非连续接触模型,基于管片与围岩、管片接头之间的非连续性,考虑围岩与衬砌的相互作用,模拟盾壳前移、浆液硬化、围岩补强等产生的动态效应,对管片错台分布规律和影响因素进行深入研究。研究结果表明,管片环整体向扁圆化发展,拱腰外扩、拱底隆起,管片环缝错台也主要位于拱腰和拱底。管片环脱离盾壳时,衬砌整体变形与管片环缝错台最大,随着浆液硬化,衬砌整体变形速率变缓,管片环缝错台缩小,最终趋于稳定,说明浆液的硬化和围岩的补强对隧道整体变形和管片环缝错台起到一定控制作用,且封顶块点位对隧道整体变形的影响较小。     

盾构通过矿山法隧道段数值模拟研究

以深圳地铁2号线东港路站—招商东路站区间盾构通过矿山法隧道段为背景,运用有限元ANSYS软件对盾构通过矿山法隧道段施工过程进行动态模拟,在模拟盾构管片周围设置应力及径向压力监测点、管片环缝间设置纵向应变监测点,计算得出盾构通过矿山法隧道段时管片的受力变化规律。研究结果表明:①空推阶段管片受力变化规律表现为两个阶段,先是随着脱离盾尾距离的增大而增大(或减小),然后达到稳定;②补压浆阶段补压浆施工会引起注浆环及邻近管片受力的显著变化。对称补压浆与单侧补压浆的影响范围分别为前后4环、前后6环;③对称补压浆较单侧补压浆效果理想。     

盾构隧道内力分析方法的校验与选择研究

为对目前常用的盾构隧道内力分析方法和分析模型进行检验和验证,在三环足尺试验基础上构建单环加载案例作为校验标准,以该校验标准就内力分析模型的影响及条件等进行比较和研究,结果表明:在选择盾构隧道衬砌分析模型和分析方法时,应考虑隧道衬砌结构所受荷载水平;荷载水平较低,若环间作用和地层约束作用弱,盾构隧道衬砌结构设计时,可采用自由变形圆环模型(惯用法),以简化设计过程;荷载水平较大,局部管片接头可能进入非线性转动阶段,不考虑管片接头非线性引起的误差可达20%,梁-弹簧模型中考虑管片接头非线性是必要的。     

地铁车辆制动电子控制单元试验台

介绍了地铁车辆制动系统的制动电子控制单元(BECU)试验台的构成、工作原理、主要功能及性能参数等,详细说明了数据采集、处理和控制等子系统。试验结果证明,该试验台实际操作易于上手,人机交互界面直观,运行可靠,完全能满足实际的测试需求。在对BECU测试过程中,该试验台能够精确进行各种信号模拟,完成气动等各种试验,还可用于模拟地铁车辆制动工况下对电子控制单元进行检测与辅助设计等。     

纵向残余顶推力对盾构隧道纵向刚度影响试验研究

针对盾构隧道纵向刚度影响因素复杂、客观存在的纵向残余顶推力常被忽略等问题，以南昌地铁盾构隧道管片环为原型设计1∶10的缩尺模型，按环缝连接接头位置的不同，分2组开展纵向残余顶推力对隧道纵向刚度影响的试验研究，并结合工程实际分析影响盾构隧道纵向刚度的若干因素。结果表明：横向受力相同时，不同于刚度均匀简支梁反演得到的纵向挠曲变形，模型盾构隧道实测得到的纵向挠曲变形表现出明显的非线性特性；盾构隧道残余顶推力对其纵向刚度影响显著，刚度增长与纵向预压力增加呈现非线性关系；在相同纵向预压力作用下，角码布设在与水平线呈45°位置时，模型管片环之间可能发生的剪切位移量更大；盾构隧道残余顶推力、隧道挠曲变形阶段、环缝连接螺栓数量与形式、管片环缝端部构造等均对盾构隧道纵向刚度产生影响；隧道纵向挠曲变形主要由环缝张开及管片环之间的剪切滑移2部分导致，且管片环之间的剪切滑移具有随机性。