基于FDS的隧道火灾中烟道作用的数值模拟

应用火灾动力学分析软件FDS（version4．0）,以Navier-Stokes方程为基础,引入浮力修正的κ-ε湍流模型、湍流燃烧模型和辐射换热模型,建立了适用于描述隧道内烟气温度分布和气流流动的计算流体动力学模型．针对设置有顶棚烟道和未设置顶棚烟道的公路隧道,在发生火灾时的温度场和CO的分布进行模拟研究．通过对比分析,得出了设置烟道有利于降低公路隧道发火灾的温度的结论．     

基于温度比拟法的隧道衬砌水压精细化模拟分析

为验证温度比拟法在隧道衬砌水压计算中的精度与可行性,在隧道开挖未支护、施作衬砌以及围岩注浆3种工况下,将该法的计算结果与理论解析法轴对称解、流固耦合法进行对比.针对高速公路典型双车道马蹄形断面建立含有隧道防排水系统的精细化模型,研究衬砌外水压力在隧道横断面和纵断面上的分布规律.结果表明:施作衬砌后,衬砌外水压力明显增大,围岩注浆则可在围岩和衬砌之间形成水压过渡缓冲区,使衬砌外水压力减小;衬砌外水压力在纵向排水管以上呈周期性分布,在排水节间中部最大,在环向排水管处最小;横断面水压则呈现倒葫芦形,在拱脚处最小,在拱顶和仰拱处较大;在既定的计算假设下,温度比拟法与轴对称解的最大误差为0.3%,与流固耦合法的最大误差为14.8%,满足工程精度要求.      

地铁车热管散热器的数值模拟与结构优化

利用专业的热分析软件ICEPAK对地铁厂已设计出的热管散热器进行数值模拟,得出不同工况下相应的温度场分布,以验证此散热器是否满足散热要求.在热源最高温度不超过90℃的情况下,改变热管数、翅片数和热管长度,对模拟结果进行分析后得出最优结构.使其散热器达到重量轻、体积小、耗材少及经济性佳的要求.     

基于位移的格子法模拟弹性波传播与应用

基于以位移为变量的弹性波方程,推导了二维格子法的计算公式,并给出一种简单实用的人工边界条件,通过Lamb问题算例验证了该计算方法和人工边界条件的正确性．该方法可以适应不规则的边界,并自然满足自由边界条件．应用上述数值计算方法,研究了在不同填充沟深度条件下的地表各点竖向振幅衰减系数变化情况,结果表明：增加填充沟深度有助于增加隔振的效果,但不改变最小竖向振幅衰减系数点的位置．     

采用间接耦合法分析斜拉桥索塔瞬态温度应力场

针对混凝土斜拉桥索塔,将以传热学原理为基础的温度场分析与采用有限元法的应力场分析间接耦合,准确分析了结构内瞬态温度场和应力场的分布。以实桥为例,求解了索塔上温度应力分布,表明：用有限元法求解瞬态温度场能准确模拟索塔的温度场分布;间接耦合法能准确、有效地处理温度-应力耦合问题,能将温度荷载与其他荷载作用应力场有效组合,从而得到结构上准确的应力分布;对比了瞬态温度场分布与采用温差分布经验公式的不同,证明采用温差分布经验公式计算索塔面板上温度产生的拉应力时误差不大。     

寒区隧道冻胀效应测试与分析

为研究寒区隧道冻胀力随时间和空间的分布规律, 基于温度场变化定义了测试冻胀力, 通过衬砌压力和钢架应力间接反映真实冻胀力的变化规律; 提出了冻胀力简化测试方法, 研发了温度场-冻胀力同步测试系统; 以四川省省道215线鸡丑山隧道为例, 布置5个测试断面开展大规模现场测试, 并选取典型断面K117+700 (简称700断面) 和K117+600 (简称600断面) 分析了隧道环境温度、围岩温度、衬砌压力与钢架应力; 以围岩冻结(12~次年2月) 和未冻(7~9月) 时对应的衬砌压力和钢架应力差值为测试冻胀力, 结合温度场分析了隧道周边各测点测试冻胀力; 采用现有冻胀模型计算理论冻胀力, 并与测试冻胀力进行了对比, 研究了寒区隧道冻胀规律。分析结果表明: 隧道环境温度随时间呈季节性正弦函数变化, 受环境温度影响, 围岩温度呈季节性正负温变化, 并出现季节性冻融现象; 当围岩为负温时处于冻结状态, 支护系统受到围岩压力和冻胀力的共同作用, 且温度越低冻胀效应越明显, 各断面测点应力峰值均出现在1月, 700断面衬砌和钢架最大应力分别为149kPa、31MPa; 当围岩为正温时处于未冻结状态, 支护系统仅受到围岩压力作用; 同一断面不同测点的测试冻胀力差值可达5.23MPa, 说明冻胀力除与围岩温度有关外, 还与富水条件和围岩级别有关; 最大冻胀力实测值比理论计算值小1.25MPa, 因此, 寒区隧道支护设计时建议考虑89.17%的冻胀力折减系数。      

饱和多孔介质冻融过程的混合物连续介质理论

应用混合物的连续介质理论,建立了冻融过程中饱和多孔介质的渗流场、应力场和温度场耦合作用的数学模型。该模型以多孔骨架位移、水头和温度为基本变量,包括水总质量守恒方程,总应力平衡方程和总能量守恒方程。该模型可简化为未冻区域内的三场耦合模型,两场耦合的渗流-弹性模型,热-弹性模型和热-渗流模型,以及单场作用的渗流模型,弹性模型和热传导模型。     

新疆天山公路道路翻浆温度场的数值模拟分析

温度差异是高原冻土地区公路路基发生翻浆的一个重要因子。通过建立的冻土路基温度场的控制方程,建立计算物理模型和数值模拟计算模型,首先模拟气候因素变化过程,得到不同时期冻土路基温度场分布,温度场随季节的变化反映了路基冻结锋面的迁移,从而分析了关键点的温度差异。提出了将换填部分冻结土与阻断水分迁移路径的抗浆结构相结合的综合防治技术设想,这对进一步研究路基翻浆的治理技术有重要的理论意义.     

布置冷却水的桥梁承台大体积混凝土降温效果研究

布置多层迂回冷却水管是降低桥梁承台大体积混凝土水化热的一项有效措施,文章通过有限元数值分析给出了某承台温度场及应力场随时间的变化情况,研究了不同冷却水管布置方式下混凝土的降温效果。分析表明,在一般施工条件下,连续通水时间宜控制在3～4d,冷却水管层间距一般不宜超过1.25m,否则温升容易超出大体积混凝土施工规范的限值。     

混凝土箱梁水化热温度损伤修正耦合方法

为了防止混凝土箱梁墩顶块在施工过程中出现早期开裂与温冲现象,研究了混凝土水化热温度损伤模型,综合考虑混凝土弹性模量与边界条件的时变效应,采用线性迭代方法,建立了混凝土箱梁墩顶块水化热温度损伤修正耦合方法,计算了水化热温度损伤场随时间变化的过程,得到了水化热温度损伤时程关系曲线,分析了温度损伤时变效应规律。计算结果与实测结果对比表明:混凝土箱梁水化热温度偏差小于10%,水化热温差峰值比水化热温度峰值滞后约32h,等效应变峰值与温差峰值发生时间相同,水化热温度损伤度与等效应变成正比,时变效应规律一致,因此,此方法可行。     

高速列车空调系统及车内流场分析

为检验高速列车空调系统设计的合理性,针对高速列车新风入口负压大、空调管路系统复杂、密封性好 的特点,建立了车厢内部与空调系统的整体模型.用有限体积法求解计算流体力学的控制微分方程,对整体流场 进行数值模拟,得到了风速、温度、湿度和CO2 体积浓度在客室内的分布,并用流场指标和热舒适性指标对客室 内的热舒适性进行了评价.结果表明:夏季列车以350km/h的速度行驶时,车厢内温度场分布比较均匀,CO2 体积浓度平均值为0.07%,满足不大于0.15%的舒适性要求;过道处风速高,导致有效温度差最大为-4.5C, 低于舒适指标标准值2.8C;送、回风方式是保证流场参数均匀分布及热舒适性的关键.      

钢箱梁桥面沥青混合料燃烧温度荷载与效应分析

为研究在火灾作用下钢箱梁与桥面铺装结构热效应，建立了小尺度钢桥面燃烧试验台，获取了油料火灾作用下沥青铺装层的上表面、中部和下表面温度数据；针对上表面温度数据，拟合得到了一条基于燃烧试验数据的升温曲线，与ISO 834标准升温曲线进行对比，并对小尺度试验的温度场进行了数值模拟验证；建立了11.25 m×3.60 m的钢箱梁桥有限元模型，获取了桥梁在跨中、支座附近和全跨火灾工况下的应力和变形特征。研究结果表明:在试验拟合升温曲线的作用下，二维数值模拟试件的中部温度260.70 ℃和底部温度89.38 ℃与试验数据248.90 ℃和82.59 ℃相近，且升温趋势较一致，说明温度场数值模拟结果可靠；火灾荷载作用区域钢箱梁顶板温度下降最高可达60.91%，表明沥青混合料铺装层能在一定程度上阻挡温度传递；跨中、支座火灾工况下钢箱梁最大Mises应力均出现在火荷载向低温扩散传播的冷热交替区域；跨中火灾工况在火荷载区域出现上挠变形，而支座火灾工况分别在火荷载区域和跨中区域出现上挠和下挠变形；全跨火灾Mises应力分布较均匀，跨中下挠变形严重；3种火灾模式下，基于试验拟合升温曲线的应力和变形数据均滞后且低于ISO 834标准升温曲线。      

无网格对称粒子法中两类热边界条件的处理

第二、三类边界条件对无网格对称粒子法求解瞬态热传导问题的计算精度和稳定性有重要影响。提出一种有效的方法来处理这两类边界条件。该方法采用统一表达式描述两类边界条件,并将边界粒子分为光滑域内的边界粒子和非光滑域的边界粒子。对于前者,在温度导数的对称粒子近似中引入边界条件方程,精确地施加边界条件;对于后者,根据其相邻粒子的温度导数,采用具有一阶连续性的粒子近似,计算出其温度导数。应用该方法计算了一个数值算例。计算结果与解析解和有限元法的计算结果符合良好,且计算误差随时间呈下降趋势,说明该方法具有良好的精度和稳定性。     

辽宁地区桥梁结构环境类别分区研究

根据我国公路规范要求桥涵应根据所处环境条件进行耐久性设计。但目前我国桥梁设计相关规范仅按累年最冷月平均气温进行分区,为更利于指导处于多种环境条件下的桥梁的设计养护工作开展,本文通过对辽宁气象资料与实际情况结合分析,考虑年冻融循环次数与降水量等因素,尝试对辽宁寒冷濒海盐冻腐蚀环境进行合理分区,从而对不同区域采用有针对性的防治养护技术,提高综合效益,并为类似工程提供借鉴作用。     

磁道钉导航的横向偏差等值线及其应用研究

阐述了基于磁道钉导航的车辆定位原理;利用磁道钉磁感应强度公式计算磁道钉周围磁场,生成以磁感应强度X和Z方向分量为横、纵轴的横向偏差等值线方程;基于此等值线方程,得到磁感应强度X,Z方向分量数据对所对应的横向偏差的计算方法,并给出实例验证.     

水下隧道开挖面三维渗流场解析及涌水量预测分析

开挖面前方地层水压力及渗水量值是水下隧道工程重要参数,也是开挖面支护力设计、超前堵水加固参数设计的重要指标. 针对以往二维渗流模型分析水下隧道开挖面前方三维渗流场的局限性问题,首先,建立考虑开挖面前方渗流等势面为空间曲面的水下隧道三维渗流解析模型;其次,推导以开挖面所在平面为分界线的全部未开挖区半地层空间的水头分布函数,得出开挖面渗水量及前方地层孔隙水压力计算公式;最后,分析超前加固厚度、土体与超前加固渗透系数相对值等因素对开挖面前方水压力及渗水量的影响. 分析结果表明:与以往考虑开挖面正前方为二维渗流场的理论模型相较,三维解析模型能更好地反映开挖面前方空间渗流形态,且涌水量与水压力计算结果误差在5%以内;当掌子面前方加固范围为2倍洞室直径,超前加固区与地层相对渗透系数取值50,为安全合理的超前堵水加固参数.      

高速铁路桩板结构承载板伸缩温度力研究

以某高速铁路桩板结构路基工程为背景,研究了桩板结构路基单联跨数对承载板体伸缩温度应力的影响规律,提出了桩板结构的结构布置原则;并根据桩板结构路基具体结构特征,推导了计算结构整体升降温引起的承载板体伸缩温度应力计算公式,该解析式与空间有限元法计算结果较好吻合,可方便地计算承载板的伸缩温度应力。     

兰新铁路路基温度场和水分场耦合数值分析

主要分析了兰新铁路冻害机理,阐述了铁路冻害主要影响因素是土质、水分和温度.考虑温度变化对水分迁移机理的作用,通过Geostudio软件建立温度场和水分场耦合模型,对兰新铁路路基进行水热耦合模拟和数值分析,得出一个冻融循环周期内冻土路基温度场和水分场的分布解.通过计算与实测数据可以得出在温度梯度条件下,水分发生了重分布现象,且是造成路基冻害的主要原因.同时结合兰新铁路的实际情况,提出了阻止水分迁移是解决路基冻胀的主要措施.     

盾构隧道开挖面稳定研究进展

在复杂地质条件下,盾构隧道开挖面失稳可导致地表沉降过大,从而破坏地表建(构)筑物及地下管线.通过微观破坏分析模型、塑性极限分析模型及楔形体极限平衡模型对盾构隧道开挖面稳定的理论研究现状进行了详述,并指出了今后应深入研究的几个重点:应考虑水土耦合作用;应考虑开挖面地层的变异性;应考虑掘进参数对开挖面稳定性的影响;应加强研究进出洞的切口压力控制.分析结果为完善盾构隧道开挖面稳定理论及指导现场实践提供了有益的方向.     

盾构隧道开挖面稳定研究进展

在复杂地质条件下,盾构隧道开挖面失稳可导致地表沉降过大,从而破坏地表建(构)筑物及地下管线.通过微观破坏分析模型、塑性极限分析模型及楔形体极限平衡模型对盾构隧道开挖面稳定的理论研究现状进行了详述,并指出了今后应深入研究的几个重点:应考虑水土耦合作用;应考虑开挖面地层的变异性;应考虑掘进参数对开挖面稳定性的影响;应加强研究进出洞的切口压力控制.分析结果为完善盾构隧道开挖面稳定理论及指导现场实践提供了有益的方向.