任意桥梁截面自由扭转常数计算的快速方法

计算任意截面的自由扭转常数可采用有限元分析方法,位移法有限元计算出的自由扭转常数比理论值偏大且网格剖分尺寸大小明显影响计算速度。本文从弹性理论圣维南自由扭转问题基本假设出发,针对悬臂梁模型采用基于位移的最小势能原理和基于应力的最小余能原理两种方法,推导势能泛函和余能泛函表达式,并求得泛函的极小值从而推导出相应的有限元方程,得到两种计算自由扭转常数公式。根据推导出的有限元方程,采用三角形单元编写程序进行两种截面的计算并与理论值对比。对比结果表明,采用两种方法计算自由扭转常数并取其平均值作为最终结果相较于采用单一位移法计算其精度大幅提高,两种方法互相参考有利于解决计算结果偏大和计算量过大的问题。     

沉管隧道钢筋混凝土管节预制及下水工艺比选研究

对现有的沉管隧道管节预制方法进行分析，研究固定干坞法、移动干坞法和工厂法的通用工艺流程，分析各个工艺的建设条件、工艺特点及施工难点，提出钢筋混凝土管节预制方法选用表。通过对3种管节预制方法的深入研究，剖析各方法的差异性，得出管节预制方法的3类区别。利用工艺组合的方法，构建了6种工艺，从创新性、效益、可行性等多角度综合分析，剔除成熟工艺和成本投入较大的工艺，提出管节平地流水线预制动态入水新工艺，并就其应用进行深入研究，同时将其与现有工艺在工期、造价等方面进行定量对比分析，分析结果显示，该工艺具有一定的优势。     

带自由液面有限长圆柱绕流数值模拟

[目的]为了探究自由液面及自由端对典型钝体绕流问题的影响,对带自由液面的有限长圆柱绕流进行研究。[方法]基于延时分离涡模拟(DDES)技术和分段线性界面重构(PLIC)方法,利用自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器开展数值模拟。[结果]结果显示,自由液面和自由端的存在增大了局部位置的升、阻力,推迟了圆柱表面流动分离的发生;相较于深吃水位置,自由液面附近流向的速度"恢复"延缓,横向的速度呈向外运动的趋势;自由液面的变形产生了大量细碎的漩涡,自由端的卷拧状漩涡在一定程度上抑制了卡门涡街的发展。[结论]研究表明,目前采用的数值方法能够准确捕捉复杂流场,同时,自由液面和自由端的存在将显著改变流场沿吃水方向的分布。     

节段预制纤维增强混凝土压杆键齿受力性能试验研究

节段预制桥梁靠近支座处箱梁腹板由于受力复杂，而在键齿处容易发生开裂。为此，以接缝处键齿配筋方式(素齿、构造筋以及体内穿筋)、键齿齿目(单键齿、双键齿)和干接缝角度(30°、45°以及60°)作为试验的设计参数，对8对使用2%配纤率的强度为100.1 MPa纤维增强混凝土干接缝匹配的压杆试件进行试验研究，记录试件的开裂荷载、极限荷载、残余荷载、键齿处的滑移，并观察试件的裂缝发展过程以及破坏模式，研究了试件竖向位移-荷载、键齿处滑移-荷载之间的关系，并采用ABAQUS有限元中的混凝土CDP模型对试件加载进行全过程分析，得到开裂时试件的应力分布以及破坏时试件的损伤分布。研究结果表明：体内穿筋能够提高压杆试件的开裂荷载以及极限荷载，改变破坏模式，增加试件的整体性；键齿内增强构造筋对于干接缝键齿的力学性能以及改变试件破坏模式的影响较小；双键齿齿目试件的开裂荷载、极限荷载以及试件的整体刚度与单键齿齿目压杆试件相比，均有较大提升；3种不同接缝角度试件中，45°试件的开裂荷载、极限荷载以及整体刚度均是最小；对于单键齿试件而言，开裂均是发生在上键齿顶角处，并最终沿着初始裂缝发生劈裂破坏，而对于双键齿试件而言，接缝角度不同，试件破坏方式也不同。DK-30阴齿试件与阳齿试件均发生劈裂破坏，DK-45与DK-60两组试件不仅产生了劈裂破坏而且发生了键齿的斜剪破坏；有限元模型计算结果与试验结果吻合度较高。     

考虑矿物各向异性的地聚物/集料界面静动态交互特征模拟

地聚物作为一种低碳环保、应用潜力广阔的无机结合料，其与不同表面构造集料的界面交互作用直接影响地聚物混凝土的力学性能和耐久性。充分考虑集料矿物晶向的各向异性，采用分子动力学模拟(Molecular Dynamics， MD)从原子分子层次的作用模式和强度分析，模拟了地聚物主要水化成分N-A-S-H、C-A-S-H和集料矿物化学成分SiO₂、CaCO₃不同晶面的静态界面相互作用，并采用单轴拉伸方法从纳米尺度下讨论了不同界面交互的动态力学行为。模拟结果表明：CaCO₃各晶面表现出比SiO₂更强的表面能和表面浸润性，并与C-A-S-H、N-A-S-H的界面相互作用势和拉伸应力更强，但CaCO₃晶面各向异性明显，性能稳定性不及SiO₂。地聚物与集料矿物的相互作用势主要由静电势提供，由于矿物界面静电作用及浸润特征，交互区水分子聚集，氢键作用明显，同时水分子与Ca²⁺、Na⁺进行配位形成水合离子，有助于离子在矿物表面迁移、沉淀与成核生长，增强界面空间位阻效应。在单轴拉伸模拟中，地聚物与集料矿物界面拉伸失效机制包括2个阶段：第1阶段(0 nm＜界面位移d＜0.15 nm)主要克服界面交互的静电作用，第2阶段(0.15 nm≤d≤0.3 nm)主要克服氢键作用。MD模拟有助于从分子尺度揭示地聚物与集料界面作用机制，为进一步研究地聚物混凝土材料优化、交互界面强化及损伤等提供了新方法和理论依据。     

蒸汽管道流动加速腐蚀研究

文中介绍了蒸汽管道中流动加速腐蚀的机理、数值模拟方面的研究进展、影响因素等。针对某炼化厂蒸汽管道的实际案例进行分析,提出了对应的缓解措施,建议控制管道中冷凝水的比例,避免出现气液两相流,以降低腐蚀速率。     

基于热舒适性模拟评价的城市广场改造研究——以长沙五一广场为例

积极应对全球气候变化是我国经济社会发展的重大战略。低碳减排的新型城镇化要求提高城市的气候适应性,缓解城市气候问题。构建良好人居环境、推动社会高质量发展是当前面临的重大问题。在我国湿热地区的高密度中心城区,人流密集的枢纽型广场热舒适性日益受到关注,在其改造过程中引入模拟评价以改善环境整体热舒适度,对缓解城市热岛、优化城市空间规划建设、提升城市品质具有较强的现实意义。基于城市微气候模拟软件ENVI-met对方案进行数值模拟,得到6个热舒适性评价指标(预测平均投票、标准有效温度、生理等效温度、通用热气候指数、湿黑球温度、温湿指数)构建综合评价指标。通过ArcGIS量化处理后,比选长沙市五一广场3个改造方案的热舒适度,并从水体、铺地材料和植被等方向进一步优化。研究结果表明:微气候数值模拟的运用能优化规划方案的热舒适性,水体、铺砖、植被的类型选择、面积大小、组合模式都能有效降低温度提高热舒适性,单一指标评价空间热舒适性过去片面,构建综合评价指标可行性更高。在设计阶段优化提升环境热舒适度,不仅有利于改善城市气候问题,减少相关活动碳排放及国土空间规划中详细规划指标的控制,还为后续的方案设计、比选、评估及审核等提供有效的热舒适评价指标参量。     

清华园隧道大直径泥水盾构始发控制掘进分析

清华园隧道某区间采用泥水盾构穿越粉质黏土及砂卵石地层,是全线典型质构法施工隧道。总结清华园隧道盾构始发的经验,对其掘进参数及反力架等工程构件布置进行研究,并采用有限元软件对反力架进行静强度分析计算。研究表明:(1)盾构机在粉质黏土及砂卵石地层中掘进时,反力架最大应力为270 MPa,最大静挠度为7.77 mm;(2)掘削量大小与泥水密度、黏度和切口水压等数值相关;(3)反力架上的应力分布在钢管支撑处最高,竖梁次之,横梁最小。     

新型明桥面轨枕板式无砟轨道结构参数研究

钢桁梁桥由于其承载性能好和跨越能力较强等优点,在大跨度铁路桥梁中被广泛采用。但大跨度钢桁梁桥具有跨中挠度大、梁端转角大和温度变形敏感等特点,为了减小大跨度钢桁梁桥二期恒载、适应桥梁变形特性,在大跨度钢桁梁桥上采用新型明桥面轨枕板式无砟轨道结构。以南沙港铁路某大跨度钢桁梁桥铺设新型明桥面轨枕板式轨道为背景,采用有限元法建立大跨度钢桁梁桥上轨枕板式无砟轨道结构计算模型,研究了轨枕板结构参数对轨道受力与变形的影响,确定轨道结构的合理尺寸与参数。结果表明:轨枕板的外形尺寸直接影响其受力和变形特征;板下垫层的厚度对垫层的受力特性的影响较大;建议南沙港铁路某大跨度钢桁梁桥上采用具有2组承轨台、宽度为2800 mm的轨枕板,轨枕板厚度为280 mm,板下垫层厚度为120 mm。     

地铁车站深基坑施工变形规律及安全风险评估

以苏州市轨道交通S1线帆路站深基坑降水施工项目为工程背景,采用MIDAS GTS/NX建立有限元模型,分析基坑降水开挖过程中地下连续墙变形、基坑周围地表沉降、支撑轴力的变化规律,并对基坑降水施工的安全风险进行评估。结果表明:地下连续墙的变形随深度增加逐渐增大,呈现为中间大、两头小的"勺"曲线型;基坑周围地表沉降分布形态上符合沉降槽曲线,各沉降值均在设计控制范围内;基于贝叶斯网络的故障树模型风险评估法构建简单方便,对于复杂系统,贝叶斯网络模型具有较强的适用性。