地铁明挖车站-市政桥梁合建结构的关键技术研究

地铁明挖车站和市政桥梁合建时,为同时满足2种不同类型构筑物的安全和使用功能要求,需对其中的关键技术难题进行分析研究,以采取合理可行的结构形式。依托成都地铁白佛桥明挖车站与其上部市政桥梁的建设,总结国内类似工程经验,根据工程特点确定桥梁承台与地铁车站顶板进行固结连接,桥梁跨度与地铁车站框架柱跨进行匹配,同时桥墩避开地铁车站端头井、换乘节点等复杂结构受力区域进行布设; 建立三维荷载-结构模型,计算分析上部桥梁荷载对地铁车站结构构件内力及变形的影响,并根据计算结果,对桥墩影响范围内的车站顶底板和侧墙的厚度及配筋进行增强,桥墩轴线下方的地铁车站框架柱采用型钢-混凝土组合结构,以满足合建结构的承载能力、变形、裂缝控制等要求。另外,选取LS-DYNA软件,采用非线性时程分析法对合建结构进行抗震计算分析,计算结果显示： 车站板、墙、梁等构件在支座处出现应力集中现象,各结构构件的承载力强度及变形均满足规范要求。     

郑万高铁隧道大型机械化施工支护优化

为解决郑万高铁大断面隧道建造过程中初期支护、二次衬砌、超前支护等支护结构安全储备较大、支护不经济的问题,以郑万高铁湖北段大断面隧道工程为依托,基于通用设计图A开展支护结构应力应变现场测试,对测试数据进行分析,并据此提出支护参数优化方案。采用现场实测和荷载-结构有限元方法对优化方案进行检算,最终确定优化设计图B,并进行现场应用。结果表明： 支护结构整体处于安全状态,优化方案合理可行。该支护优化方案不仅可以有效保证大断面隧道的安全性和稳定性,而且能降低成本,提高材料利用率,减少现场作业人员的劳动量。     

高速铁路隧道支护参数的计算研究

为探索隧道初期支护安全系数的计算问题,并为高速铁路隧道支护参数优化提供理论依据,根据喷锚支护的性能与特点以及现代隧道力学的基本理论,建立初期支护荷载结构模型和对应的安全系数计算方法; 针对时速350 km高速铁路双线隧道提出的3种不同的初期支护方案（无系统锚杆支护、喷锚结合支护和以锚为主的支护方案）展开适应性研究,计算分析不同埋深（400 m和800 m）条件下初期支护的优化参数以及优化后的二次衬砌承载能力,在此基础上提出优化后的高铁隧道支护参数建议值,并对优化前后的安全系数进行计算与对比。主要结论如下： 1）提出了采用围岩压力代表值作为荷载结构模型设计荷载的方法,为解决设计中围岩压力不确定的问题提供了思路,且所推荐的围岩压力代表值计算方法具有安全性与经济性; 2）提出了3种初期支护计算模型,可以为初期支护构件的选择与量化设计提供一定的理论基础; 3）提出了时速350 km高速铁路双线隧道初期支护方案及优化后的复合式衬砌设计参数,并明确了不同围岩级别、不同埋深时的承载主体; 4）提出了按照不同埋深进行支护结构参数设计的建议。     

不规则波作用下带挑檐直立堤爬高与越浪量试验

通过物理模型实验,对带挑檐直立堤在不规则波作用下的爬高和越浪量进行观测,分析墙顶超高、挑檐宽度以及波坦等影响因素。结果表明:直立堤波浪爬高主要与波高有关,周期影响不大;堤顶超高、挑檐宽度和波坦是直立堤越浪量的重要影响因素,但挑檐宽度对直立堤越浪量的影响程度与堤顶超高有关。根据试验结果,提出了直立堤波浪爬高和越浪量计算方法,为实际工程设计提供参考。     

孤立波与直立透空防波堤相互作用的解析研究

在一定条件下浅水波可能以孤立波形态与近岸防波堤发生相互作用。针对这一现象,应用特征函数展开法,推导了斜入射孤立波作用下有限厚度直立透空防波堤的反射与透射波浪场的解析积分解,并据此计算了作用于防波堤的孤立波波浪力以及孤立波反射与透射波面,相关结果具有一定的理论与实用价值。计算结果表明:孤立波入射角、海况条件、防波堤表面透空系数以及孤立波特征参数等因素变化对波浪作用均有一定影响。与相同浅水条件下的Airy微幅波理论结果相比,孤立波理论对波浪载荷与最大波面的预测值明显更大,反映了浅水波的非线性效应,同时说明在一定的浅水条件下采用孤立波模型将更为合理可靠。     

长周期波浪对船舶系泊稳定性的影响

利用国际通用的OPTIMOOR船舶系泊分析软件,系统分析长周期波浪作用下周期、波高、入射角度对船舶系泊稳定的影响。分析计算结果可知:波高和入射角度对船舶升沉量的影响极为明显,周期对船舶纵移量的影响最为明显;同时,最大缆绳张力与长周期波浪3个因素(周期、波高、入射角度)在一定取值区间内成正相关关系,并且随着波浪因素增大,缆绳张力分布呈现明显的不均匀性;此外,最大护舷反力与长周期波浪3个因素也在一定取值区间内成正相关关系,周期和入射角度这两个波浪因素取值越大,4组护舷的反力越均衡。     

防波堤平面布置对建设用海区波浪场影响的数值模拟

为研究燕窝山工程海域在不同的防波堤平面布置下的波浪场分布特征,应用波作用守恒方程和Boussinesq方程建立了大、小范围的波浪数学模型对工程区附近海域的波浪场进行数值模拟,统计并分析工程前后防波堤附近波浪特征站位的波要素。基于防波堤基本布置方案1,改变防波堤的长度和轴线角度,根据不同平面布置下的防波堤对波浪的掩护效果进行比较分析。结果表明,综合考虑防波堤附近波浪场的变化特征、防波堤特征站位波要素的变化及防波堤的有效掩护面积3个方面,将防波堤轴线以两段堤相交处为圆心逆时针旋转8°,并将直堤向东侧延长100 m,即方案2为优选方案。     

波浪作用下高桩墩式结构时程动力分析

外海桩柱结构受波浪作用强烈且动力性质明显。以国内某LNG码头的高桩系缆墩台作为工程背景,利用ANSYS进行了波浪作用下的结构时程动力分析。计算结果表明:在同一波要素下,模拟的不规则波浪产生的结构位移和应力响应峰值大于规则波10%～20%;在结构时程动力分析中初期波动剧烈的结果可以舍弃。     

港区铺面设计中的集装箱角荷载

针对我国港区铺面中现行的集装箱角荷载设计方法的合理性问题,通过统计分析当前我国7个港口的集装箱质量分布规律,指出现行《港口工程荷载规范》与《港口道路与堆场设计规范》中关于集装箱角设计荷载规定的不合理之处:前者采用基于英国港口集装箱质量分布数据的折减系数法不符合我国情况,严重偏小;后者不能体现不同重要程度港口的设计需求差异性。进而,提出铺面结构设计时确定集装箱角荷载的建议。成果完善和改进了我国集装箱角荷载的设计方法,对港区铺面的建设和使用具有重要的价值和意义。