Reducing the cost of ballast tank corrosion: an economic modeling approach

One of the most relevant problems in ship construction and maintenance nowadays concerns the corrosion in the double hull space ballast tanks of modern merchant vessels. On the one hand, there is a general consensus that the economic life span of such a vessel depends primarily upon the corrosion state of its ballast tanks, while on the other hand, the position of these tanks, squeezed between the outer hull and the loading tanks, makes routine inspection and maintenance almost impossible.Today, ship's ballast tanks are usually constructed in grade A steel and protected with a standard epoxy coating, backed up with sacrificial zinc anodes. Such a construction has been applied without significant alterations for many years. However, the objective of this economic study is to compare this construction method with some feasible alternatives. The considered alternatives are: (1) an increase of the scantlings, eliminating the necessity to replace corroded steel but diminishing the cargo carrying capacity of the ship, (2) application of the novel and more durable TSCF₂₅ coating (3), the use of corrosion resistant steel in ship construction or (4) a standard PSPC₁₅ coating combined with lifetime lasting aluminum sacrificial anodes. After running each alternative through a cost model including an extensive sensitivity analysis, it is concluded that the durable coating and the use of lifetime lasting aluminum anodes are bound to improve the actual basic tank concept. Corrosion resistant steel becomes attractive depending upon the evolution of the international steel market.     

软土地层顶管法地下通道近接桥梁施工保护方案研究

为顶管施工中既有桥梁结构的保护提供合理可行的方案,以昆明市轨道交通4 号线菊华站地铁车站过街通道矩形顶管近接高架桥施工为背景,采用数值模拟的方法,对软土地层顶管法地下通道近接桥梁施工的地层注浆预加固及不同触变泥浆减摩等保护方案的应用效果进行研究。研究结果表明: 1)对桥桩桩侧土进行预加固可以明显减小顶管施工过程中桥桩的水平横向变形,减小比例达34%; 2)采用超灌触变泥浆减摩方案,可有效降低顶管顶进时管土摩擦力对桥桩的影响,其中桥桩纵向变形的最大值在采用超灌触变泥浆减摩方案时,相较于常规触变泥浆减摩方案减小28%; 3)采用桥桩桩侧土预加固结合超灌触变泥浆减摩的方案,可保证顶管施工过程中近接桥梁结构的安全。     

预制综合管廊橡胶密封垫受压性能研究及断面设计

为解决预制综合管廊橡胶密封垫断面形式对橡胶密封垫压缩性能的影响问题,基于橡胶密封垫压缩试验,结合通用有限元数值模拟软件MSC.Marc,将试验结果与数值模拟结果进行对比,证明采用有限元方法模拟橡胶压缩过程以及分析橡胶密封垫受压性能的可靠性。然后,利用有限元软件MSC.Marc探讨不同开槽和开孔形式对橡胶密封垫受压性能的影响。结果表明： 1）当橡胶密封垫的压缩度为50%时,随着开槽面积和开孔面积的增大,接触应力以及装配力减小; 2）当开槽面积相同时,接触应力和装配力受开槽数量的影响较小,受开槽形状的影响较大; 3）当开孔面积相同时,开孔数量以及排列方式对接触应力和装配力有一定的影响。     

复合地层中超大直径泥水盾构施工开挖面泥水压力确定方法研究

在超大直径泥水盾构施工中,泥水压力的控制是保证开挖面稳定的关键。依托正在新建的上海北横通道工程,利用三维数值分析方法,总结出适用于软土复合地层超大直径泥水盾构施工的开挖面泥水压力确定方法,并根据北横通道现场实测数据对该方法进行对比分析。研究结果显示: 1）超大直径泥水盾构泥水压力最佳平衡计算点位主要与土层厚度比和上下土层有效内摩擦角差值有关; 2）在近似均一地层中可以取盾构中心点作为平衡点位,这与以往工程经验相吻合; 3）复合地层中可通过理论计算确定最佳平衡计算点位。     

土岩交错地层隧道爆破施工的振动响应及空洞效应分析

以汕湛高速揭博段水墩隧道为工程背景,运用数值模拟计算的方法,建立上软下硬地层下爆破振动的有限元计算模型,对爆破荷载作用下上部初期支护和围岩的振动响应及空洞效应进行研究。结果表明： 1）掌子面下部基岩爆破施工的振动荷载主要通过支护结构传递给拱顶围岩,而掌子面上部前方围岩（未成洞区）和后方围岩（成洞区）振动分布并不对称,其中成洞区围岩的振动速度和振动范围远大于未成洞区,说明上软下硬地层隧道爆破振动存在空洞效应; 2）成洞区单向约束是造成振动加剧的根本原因,围岩振动的纵向最不利位置为掌子面后方约2 m处,径向为软硬交界结构面与隧道外轮廓的切点处; 3）振动方向以径向为主,即拱顶围岩振动以竖向振动为主,初期支护拱脚以水平振动为主; 4）距离掌子面1倍(洞径)范围的拱顶围岩及初期支护拱脚是控制爆破振动的关键部位。     

特大跨度四线深埋隧道施工工法研究——以乌蒙山2号出口车站隧道为例

针对特大跨度四线铁路隧道,其开挖面积相当于6倍普通单线铁路隧道,开挖成洞难度大,尚无成功先例。以六（盘水）沾（益）铁路乌蒙山2号出口四线车站隧道工程为背景,通过数值模拟和现场监测,开展特大跨度隧道施工工法研究。研究结果表明： 1）通过“撑索转换”,即利用“外锚”替换“内撑”,实现拱部临时支撑的安全拆除,降低拱部支护体系转换过程中的施工风险,并且突破传统软岩隧道施工中拆撑步长、跳拆等限制,提高了拆撑安全性及灵活性,同时为后续施工提供了较大的工作面。2）通过“以索代撑”,即利用锚索取代临时横撑,避免临时撗撑拆除风险,使得开挖更加灵活。3）采用三台阶“撑索转换”及“以索代撑”施工工法,实现了特大跨度隧道台阶法施工。     

明挖公路隧道基坑钢支撑轴力监测与数值模拟分析

为研究深基坑开挖过程中钢支撑轴力的变化情况,以沈阳市南北快速干线隧道深17.8 m基坑工程支护体系中横向钢支撑为研究对象,对基坑开挖过程中的轴力变化值进行现场实时监测,并采用有限元软件MIDAS/GTS对不同工况下的钢支撑轴力进行模拟研究,得出各道钢支撑的轴力云图及变化规律。结果表明： 1）随着基坑开挖深度的增加,坑壁主动土压力逐渐增大,使得每道钢支撑轴力在短期内均呈线性增长趋势; 2）同一断面钢支撑全部架设完成后轴力有所衰减,其原因之一是连续墙后的土体发生了流变现象,使得土体应力重新分配并达到新的平衡。     

宁波软土地区基坑数值计算中HS模型参数试验研究

土体HS模型已成为软土基坑数值模拟中较为常用的本构模型之一,但由于其模型参数较多,很多参数无法从勘察报告中直接获取。为了解决模型参数的取值问题,选取宁波地区典型的2种土样（淤泥质土、粉质黏土）,开展标准固结试验、三轴固结排水剪切试验以及三轴固结排水加载-卸载-再加载试验,获得土体应力-应变关系。根据曲线确定宁波地区典型土层的HS模型参数Erefoed、Eref50、Erefur、c′、φ′ 和Rf,以及模型参数之间的关系。并将试验结果与上海软土地区、天津软土地区取得的模量关系进行对比分析。最后对宁波新典路过街通道深基坑工程进行三维有限元分析,计算结果与实测数据较为接近,从而验证HS 模型及试验获取的HS参数在宁波地区基坑开挖数值计算中的适用性。     

地铁列车振动荷载作用下隧道底部土层孔隙水压力及变形特性研究

为研究地铁列车振动荷载长期作用下隧道底部土层的孔隙水压力及变形特性,以北京地铁7号线2期（东延）工程为背景,利用ADINA有限元计算平台建立典型隧道区间断面的有效应力分析模型,进行上限速度行车荷载作用下饱和场地土层-隧道体系水土耦合动力响应分析,研究典型位置处孔隙水压力时程变化规律,并预测地铁振动荷载作用下引起的沉降量。同时,对北京地铁7号线粉细砂进行土工室内试验,进一步研究隧道底部土层在地铁行车荷载作用下的孔隙水压力及竖向变形发展规律。结果表明： 1）在长期列车振动荷载作用下,隧道底部土层孔隙水压力逐渐增大,且增大值随土层深度的增加而减小; 2）土体的累积超孔隙水压力比和累积应变量随着荷载幅值的增加而增大; 3）与非均等固结条件相比,均等固结条件下的超孔隙水压力比较大,但累计应变量小; 4）列车振动引起的超孔隙水压力和应变均较小,超孔隙水压力在列车停运期间足以消散完毕。     

基于CFD的三体船侧体布局阻力研究

三体船构型复杂,主体与侧体间的兴波干扰影响因素较多,很难通过理论方法对其阻力性能进行准确预报。采用软件STAR-CCM+模拟三体船周围粘性流场,对一艘三体船模进行数值计算。计算中进行了侧体、主体以及三体船9种不同侧体布局详细模拟,求出了侧体与主体间的兴波干扰值,得到较佳的布局方案。通过计算结果与模型试验对比分析,验证了计算的可靠性。