拱桥气弹模型的设计、修正与测试

通过一座主跨为450m的中承式拱桥全桥模型风洞试验总结了大跨径拱桥全桥气弹模型的设计、修正与测试的经验。模型设计是风洞试验的基础,而拱桥模型芯梁设计应考虑到拱桥结构的复杂性和各个振型的特点。首先针对拱桥进行了动力特性分析,即进行气弹模型的有限元建模并对几个结构参数对基频的影响进行了分析。在模型调试过程中,提出了质量影响矩阵法,该方法能明显减少模型调试次数,提高试验效率,是一种可行而高效的调节方法。作为动力特性测试的补充,模型静力刚度检验是进行风洞试验前一个重要环节,最后还介绍了这座中承式拱桥的静力刚度测试的过程。     

东海大桥主航道桥抗风性能及颤振控制研究

介绍结合上海东海地区风环境特点对东海大桥主航道桥420 m单索面结合梁斜拉桥所进行的抗风性能及颤振控制研究,主要针对施工过程中和建成运营后的抗风稳定性、安全性和适用性,其研究内容可以概括为8个方面,即桥位边界层风特性分析、结构动力特性分析计算、节段模型测力风洞试验、节段模型测振风洞试验、静风稳定性数值分析、全桥气弹模型风洞试验、等效风荷载组合分析和颤振概率性评价.     

湖北鄂东长江公路大桥抗风稳定性能研究

从1:50和1:144缩尺的主梁二元刚体节段模型和三维全桥气动弹性模型风洞试验、结构动力特性分析、三维静风稳定性分析等方面研究和验证了鄂东长江公路大桥结构成桥状态以及施工状态的抗风稳定性能.     

并联结构换热器模块中冷却空气流量的分配

为提高车辆换热器模块的匹配设计能力,针对冷却风在并联结构换热器模块中的流量分配进行数值模拟和试验研究。在计算中把复杂的翅片结构简化为多孔介质模型,并采用RNGk-ε湍流模型进行模拟。通过换热器模块的风洞试验对数值计算结果进行验证。结果表明由于各换热器的阻力特性不同,流量的分配与设计时的理想状态存在较大的差异,阻力小的换热器中风速高,相对流量变大。     

大跨斜拉桥悬臂施工期风致振动控制试验研究

大跨斜拉桥主梁双悬臂施工阶段易发生风致振动,本文以在建的某座大桥为背景采用风洞试验的方法对该桥悬臂施工期抗风措施进行研究。采用1∶200的缩尺模型比设计与制作最大双悬臂状态气弹模型,基于结构动力特性测试与大气边界层流场模拟展开试验,最后对施工抗风措施减振效果进行分析。结果表明:大桥施工抗风措施可以有效降低桥梁结构风致振动响应;试验结果与计算结果减振效率总体趋势一致。     

武汉杨泗港长江大桥主桥静、动力特性研究

武汉杨泗港长江大桥主桥为主跨1 700 m的悬索桥,加劲梁主桁架为华伦式桁架结构,上、下层行车道桥面系均采用正交异性钢桥面板。为了解大桥静力及抗风安全性,采用BNLAS软件建立主桥整体空间杆系有限元模型进行理论计算,制作1∶52.67主桁梁节段模型和1∶120全桥气动弹性模型,进行风洞试验,分析静动力特性以及抗风措施对动力特性的影响。结果表明:大桥恒载与活载的作用效应之比约为9∶1,加劲梁竖向、横向挠跨比均远小于规范允许值,大桥静力特性满足要求;主梁颤振失稳形式为"软颤振",主梁上层桥面外侧挑臂加宽90 cm后,大桥的静风稳定性和气动稳定性均满足要求。     

双幅桥面桥梁主梁气动干扰效应研究

基于2座国内在建的双幅桥面桥梁进行节段模型风洞试验,研究双幅桥面之间的气动干扰效应及其对桥梁颤振稳定性、涡激振动特性和静气动力特性的影响,单、双幅桥面风洞试验结果的差异表明两桥面之间存在不可忽略的气动相互干扰,并可能对桥梁振动产生不利影响。     

国产客车模型风洞试验研究

风洞试验是研究汽车动力特性的重要手段,可以为降低燃油消耗、改善行驶性能提供依据。文中对1∶5的客车模型进行了风洞试验研究,得出3种前部形状减阻效果的分析,指出棱角过渡的前部造型边角稍加圆滑可以达到很好的减阻效果。车身表面压力分布的测试结果,可为合理选择发动机冷却进出风口提供依据。     

泰州长江公路大桥三塔悬索桥的颤振稳定性

为研究三塔悬索桥的动力特性及颤振稳定性,以泰州长江公路大桥主桥为背景,开展数值分析和风洞试验。采用有限元软件ANSYS建立该桥模型,分析中塔对结构振型的影响,分析结果表明:中塔的设置使影响结构颤振稳定性的关键模态的频率降低很多。对节段模型进行颤振稳定性风洞试验,试验结果表明:将检修车轨道移到采用尖角型风嘴的上斜板位置后,模型在+3°风攻角的颤振临界风速达到63.2 m/s。利用三维耦合颤振分析方法对该桥成桥状态+3°风攻角下桥梁结构的颤振稳定性进行分析,分析结果表明:结构颤振时第15阶振型占绝大部分能量,说明颤振主要以扭转形态为主。     

驸马长江大桥非线性静风响应研究

驸马长江大桥为主跨1 050m的单跨简支梁悬索桥,主梁采用流线型钢箱梁。为研究该桥非线性静风响应,考虑静风荷载非线性和结构几何非线性,采用增量法与内外双重迭代相结合的方法,分析加劲梁初始攻角、附加攻角、缆索风荷载等因素对静风位移、静风失稳风速及结构动力特性的影响,并将计算结果与1∶80全桥气弹模型风洞试验结果进行比较。结果表明:静风位移计算值低于风洞试验实测值,这是静三分力系数的雷诺数效应造成的;缆索风荷载约占结构总体风荷载的15%,不考虑会低估风荷载;不考虑加劲梁附加攻角会高估静风失稳风速;初始攻角、附加攻角、缆索风荷载对加劲梁静风位移响应影响较大;结构动力特性会随风速改变而改变。     

不同土质围岩条件下隧底围岩脱空规律与结构受力特征研究

针对铁路隧道隧底围岩脱空病害问题,采用室内试验与数值模拟方法,探明不同土质围岩类型、隧底结构形式条件下隧底围 岩脱空演变规律,给出不同土质围岩类型条件下隧底围岩脱空类型;进而,明确不同脱空类型条件下隧底结构受力特征。研究结果 表明: 1)在相同隧底围岩类型条件下,底板结构形式比仰拱结构形式更易发生围岩脱空现象;相同隧底结构条件下,黏性土、卵石 土、砂质土3 种隧底围岩的脱空程度依次降低。2)隧底围岩脱空类型主要与围岩类型有关;卵石土、黏性土和砂质土围岩最终脱空 类型依次为多处小范围局部脱空、整体性脱空、隧底中心区域大范围脱空。3)在相同围岩脱空类型条件下,底板结构受力特征变化 比仰拱结构更为剧烈,应力集中现象更为明显,更易引发隧底结构损坏。4)随着脱空范围增大,隧底结构弯矩变化量、轴力减小量 均呈增大趋势,轴力分布逐渐呈“中间大,两端小”的不均匀分布形态。     

沉管隧道管节接头剪切破坏试验

为了研究沉管隧道最薄弱的环节-接头的受力特点和破坏机制,根据实际沉管隧道接头形式开展了1：4大比例尺的沉管隧道接头低周往复加载拟静力试验。试验模型由2节钢筋混凝土管节组成,接头主要由钢筋混凝土剪力键和橡胶填塞垫构成,为贴近实际工程结构反应,试验模型采用与实际工程相同强度的钢筋和商品混凝土。利用顶杆位移计和拉线位移计等传感器得到了试验模型在循环剪切荷载作用下的接头破坏机理,并分别从沉管隧道试验模型的荷载-位移滞回曲线、接头抗剪承载力、接头与管段刚度比3个方面对试验结构进行了分析。试验结果表明：橡胶填充垫对沉管隧道接头具有缓冲保护作用;低周往复荷载下沉管隧道接头主要经历橡胶垫弹性变形、橡胶垫与剪力键协同作用及剪力键塑性变形3个阶段;接头总抗剪承载力为674 kN（3个单键的抗剪承载力分别为417,320,417 kN）,接头抗剪能力并不是单个剪力键承载力的线性叠加,需考虑剪力键之间的协同作用;接头与管节的剪切刚度有效比为1/960~1/672,接头是抗震的薄弱环节,在受到地震荷载时,变形主要集中在接头部位,并主要由接头处剪力键承担;接头的破坏模式主要体现在剪力键凸榫的端部剪裂及其失效后接头的不可恢复性变形。     

波浪作用下椭圆形横截面悬浮隧道管段压强特性试验

为研究悬浮隧道在波浪力作用下的波动特性,以琼州海峡跨海通道工程为背景,设计一种双向6车道悬浮隧道交通结构,开展9种不同工况下模型比尺为1∶[KG-*2]60的水力物理模型试验,分析悬浮隧道结构在不同波浪高度、不同波浪周期下的迎浪面、背浪面和上下表面的压强变化特性。首先,根据悬浮隧道管段迎浪面、背浪面和上下表面波峰、波谷时刻的压强包络线分布规律,发现管段垂向压强差值显著大于水平向。然后,比较周期和波高变化对压强极值的影响,在相同周期下,管段表面压强极值随波高的增大而增大; 在相同波高下,压强极值随周期的增大而减小。最后,在一个波浪周期内,悬浮隧道结构出现了多个局部峰值,在不同波高下,峰值次数随周期的增大而规律增加。研究表明： 波高是影响结构稳定的主要因素之一,并应重点关注短周期波浪对结构的稳定影响以及结构的垂向受力变化。     

高速铁路隧道结构动力累积损伤模型试验研究

为探讨高速铁路隧道衬砌结构在列车振动荷载长期作用下的动力累积损伤特征,阐述混凝土结构动力相似材料模型试验原理,以武广高速铁路金沙洲隧道为原型,利用微粒混凝土作为相似材料,构建隧道与围岩动力相互作用全断面试验模型,施加高速列车振动荷载对相似材料模型进行动力累积损伤试验;试验过程中同步测试隧道衬砌结构各特征点动应变、超声波速度以及隧道底部围岩接触应力的时程响应数据,分析隧道衬砌结构动力响应特征与累积损伤规律。得出了在设计使用寿命期内,高速列车振动荷载长期作用下,隧道衬砌结构动力累积损伤效应不明显,而隧道底部围岩累积损伤破坏则应引起足够重视等研究结论。     

隧道二维衬砌结构受力特征的数值模拟分析

隧道开挖过程中,衬砌的设置对保证隧道的稳定性有至关重要的作用。在新奥法(NATM)隧道施工中,常将锚杆和喷射混凝土作为主要的支护手段,对隧道围岩进行支护,以便控制围岩的变形和松弛。因此,隧道衬砌的力学特性对隧道结构设计非常重要。在探讨围岩、衬砌共同作用的基础上,运用Midas-GTS建立了二维隧道衬砌模型,分析了其受力特性,对隧道结构设计具有一定的参考意义。     

板岩隧道顺层塌方分析及预防失稳措施研究

为避免板岩隧道围岩楔形体掉块和顺层塌方的发生,针对板岩的力学性质和变形特性,从隧道施工方面对板岩隧道围岩的工程特性和易形成塌方的地质构造类型进行总结,并以半山隧道初期支护长段落顺层塌方为例进行深入的分析和研究。结果认为:当顺层构造岩层和节理产状与隧道走向夹角较小、多组节理相互切割与岩层面形成不利结构面组合长段落斜穿隧道时,受施工开挖爆破震动、地下水浸润、重力作用以及大断面开挖形成临空面的影响,围岩及支护结构局部薄弱处出现失稳破坏,由于牵引作用不断扩大并持续发展造成较长段落的坍塌。最后,提出了顺层构造、节理密集带和隧道开挖后不利结构面组合对围岩稳定性的影响分析方法,针对板岩地质隧道施工提出了预防围岩失稳的措施和支护结构的优化措施。     

强降雨作用下岩溶区公路隧道衬砌破损机制分析

为揭示岩溶条件下公路隧道雨后结构病害演化过程,依托京港澳高速大宝山隧道水害案例,通过地质勘察、地表调查与雨后水连通试验,探明水害段地质信息与水力连通特性;基于“无人机航飞+三维地质建模”联合技术,构建考虑地形地貌、隧道结构与地质信息的精细化三维仿真模型,探究强降雨后地层水位骤升时结构受力与变形响应规律。研究结果表明： 1）地层岩溶发育为雨水向下径流提供了良好的水力通道,由此引发的强降雨后地层水位抬升与结构水压骤增是导致结构压溃的直接原因; 2）地形影响下左右线隧道初始应力状态已具有差异性,随着地下水位抬升,结构外水压与内力的不对称式增长使得隧道应力差异性愈发明显; 3）至水位上升60 m时,压应力超限、安全系数过低的结构风险出现于左线高山侧边墙、拱脚处,且与现场病害特征、病害位置吻合良好,验证了模拟方法的可行性与有效性。     

在役隧道环境侵蚀下管片承载能力概率劣化模型

在役盾构隧道管片衬砌的承载能力劣化模型是隧道结构耐久性评价及科学养护的基础.以建立能考虑工程不确定性的钢筋混凝土管片概率承载能力劣化模型为目标,考虑隧道运营环境的主要侵蚀因子及管片衬砌的压弯受力特性,建立碳化侵蚀与氯离子侵蚀下管片主筋的锈蚀模型;考虑锈蚀管片中钢筋的截面面积损失以及钢筋[混凝土黏结滑移,以钢筋锈蚀率为媒...     

超深埋长隧道地应力场综合反分析方法与应用

在分析超深埋长隧道工程沿线地应力场时,大埋深、长洞线、复杂地质条件等因素增加了工程区地应力场的复杂性和认知难度,影响了地应力判断结果的准确性。锦屏山超深埋特长交通洞为中国埋深最大的交通隧道,最大埋深达到2 375 m、长度达到17.5 km,水压致裂法、应力解除法等常规的直接地应力测试方法仅适用于洞口等浅埋位置,难以直接测得深部的地应力数值,进而影响对整个区域地应力场的判断,客观信息的缺乏决定了要从其他多个角度去评估地应力场状态。首先借助峰值强度和残余强度应力包络线,揭示了隧道周边不同位置处围岩开挖响应所对应的应力状态,提出了超深埋长线形隧道工程地应力场分析工作流程。在锦屏山交通洞工程实践过程中,综合采用宏观地质判断、现场破坏现象分析、测试成果指示、应力集中区推断等方法,对地应力场分布特征进行了评估和解译。另外,由于岩组、褶皱、构造、地形等条件导致局部地应力异常,采用非连续数值分析方法分析了结构面、褶皱2种代表性因素对局部地应力场的影响。最后,基于上述研究成果,建立考虑了地形、褶皱和主要断层的整体高精度三维模型,利用褶皱构造和断裂构造在现今构造挤压作用下的响应方式揭示了沿线地应力存在的分区现象,为超深埋长线形隧道工程的地应力场判断提供了更加准确便利的方法。     

小相岭隧道围岩力学状态测试及大变形成因分析

为解决小相岭隧道平导和正洞的围岩大变形问题，采用现场试验的方法对围岩力学状态进行测试，基于实测数据对隧道大变形成因进行分析并提出针对性控制治理对策。结果表明： 1）隧道围岩强度偏低且存在明显的各向异性，初始地应力以水平应力为主，属极高地应力；现场实测结果显示底板处围岩损伤范围明显大于边墙处，推断隧道大变形为底隆变形，这与现场结构变形特征相符。2）隧道大变形的主要原因是下伏缓倾层状软弱岩层、高水平地应力、支护结构不对称等因素，尤其是平导底板的不对称结构对抵抗底隆变形能力较弱。3）在采取平导设置仰拱、正洞打设长锚杆、增大预留变形量、提升结构的刚度及强度等措施后，隧道变形得到了有效控制。