水中悬浮隧道交通荷载模拟方法研究

为研究水中悬浮隧道交通荷载的合理模拟方法以及交通荷载对隧道结构的影响,借鉴铁路、公路交通荷载的模拟方法,综合考虑车辆轮载、路面不平度、行车速度以及外部激励荷载等影响因素的共同作用,提出水中悬浮隧道交通荷载的模拟表达式。通过数值模拟计算,分析悬浮隧道交通荷载的变化特征,并研究不同交通荷载模拟方法对悬浮隧道结构振动位移响应的影响。结果表明:文章提出的交通荷载模拟方法计算结果符合移动振动荷载的波动性和周期性特征。在对结构振动位移响应影响方面,固定均布荷载相当于静载,移动集中荷载和移动振动荷载时的位移变化幅值相对固定均布荷载时的大且影响相似,但移动振动荷载时的振幅稍大,体现了交通荷载中动荷载部分对结构振动位移响应的影响,更适合用来模拟悬浮隧道中的交通荷载。     

水下非接触爆炸冲击作用下悬浮隧道动力响应

为了研究水中悬浮隧道在近场非接触爆炸荷载作用下的运动学及动力学行为规律,通过任意拉格朗日欧拉耦合算法处理流固耦合和强间断流场模拟问题,采用Jones-Wilkins-Lee （JWL）方程和Mie-Gruenisen状态方程分别模拟爆生气体和水的压力,并利用基于势流理论和边界元法的LS-DYNA有限元动力学程序实现上述问题求解计算,分析锚索支撑体系、炸药量和爆心距离对悬浮隧道结构位移、速度、加速度和应力的影响。结果表明：非接触爆炸冲击作用下,3种支撑体系的差异对悬浮隧道管段的位移、速度、加速度和应力影响较小,相同爆炸荷载作用下垂直支撑锚索的轴力远小于其他2种工况（组合支撑和倾斜支撑）,组合支撑体系和倾斜支撑体系比垂直支撑体系锚索轴力最大值要大296%和283%;管体的位移、速度和应力随着炸药量增加近似呈线性增加,加速度近似呈抛物线增加,200,500 kg炸药引起的管段跨中加速度比100 kg炸药引起的加速度大26.2%和223%,炸药量是影响悬浮隧道结构安全性的关键因素;管段位移、速度、加速度和应力随着爆心距增加而近似呈幂函数下降;与2 m爆心距相比,5,10,20 m工况时加速度峰值分别下降了73.2%、94.2%、97.5%;通过回归分析和拟合函数可计算满足结构安全的允许炸药量和安全距离,进而为非接触爆炸荷载作用下悬浮隧道的安全性评价提供依据。     

波浪作用下悬浮隧道结构非线性动力分析

考虑流体一结构耦联效应，利用非线性波浪力计算方法，建立了悬浮隧道结构非线性动力分析模型，并用ANSYS有限元软件实现了求解。通过两种计算模型的悬浮隧道结构动力响应分析对比表明：小位移情况下，两种模型计算得到悬浮隧道结构动力响应值差别较小；大位移情况下应采用非线性模型，采用线性计算模型得到悬浮隧道结构动力响应值出现较大偏差；悬浮隧道单跨长度以小于200m为宜。     

利用冲击试验评估TBM性能

本文讨论了作为一种试验室工具评估天进掘进机和隧道掘进机的贯入速率的冲 试验的发展历史。     

隧道内不同间距双火源火灾试验及模拟研究

为了给隧道双火源事故中的人员疏散和应急救援提供参考,研究隧道内部双火源火灾条件下的燃烧行为和火场环境,搭建1∶10缩尺寸模型隧道,开展不同火源间距下的双火源油池火试验,研究燃烧速率、火焰形态和隧道内纵向温度分布;同时,采用PyroSim数值模拟的方法分析隧道内部双火源之间距底面高度0.1、0.15 m处的温度分布。试验结果表明：对于隧道内双火源火灾,燃烧速率受火源间距影响较大,当间距从2D(D为油盘边长)增加到8D时,燃烧速率从20.43 g·m^-2·s^-1下降至15.61 g·m^-2·s^-1,并逐渐接近单火源燃烧速率;燃烧过程中火焰相互倾斜,倾角会随着间距增加逐渐减小,由18.3°减小至13.7°。由于两火源之间相互限制,火源之间区域内的热量不断积聚,双火源间近顶板温度明显偏高;双火源外侧远端近顶板处纵向温度呈指数衰减规律,与单火源远端顶板温度分布规律保持一致,但温度衰减因子会随着双火源间距的增加逐渐变大。数值模拟结果表明：双火源之间温度分布呈现出凹形分布规律,随着距火源距离的增加,温度迅速下降,后逐渐保持稳定,但稳定区间内的温度仍然较高,会对人员造成伤害。双火源间距对火源之间的温度分布影响较大,随着间距增加,双火源之间的稳定温度逐渐下降,对人员疏散影响逐渐变小。双火源之间温度分布规律研究结果可为火灾初期被困人员的施救提供参考。     

洋流作用下悬浮隧道动力学行为试验研究

为测试悬浮隧道在洋流作用下的动力学行为,根据流场相似准则和弹性相似准则以及试验条件恰当地进行模型试验设计.考虑到实际流场洋流方向的不确定性,以圆形截面悬浮隧道进行试验,通过测试洋流作用下悬浮隧道管段的应变情况获得悬浮隧道的力学行为.试验模拟测试了在各种不同流速条件下,单节悬浮隧道管段在分别布置2组锚索支撑和布置3组锚索支撑时,悬浮隧道管体结构环向应变和轴向应变及张力腿锚索的轴力.试验表明:(1)管段外侧环向应变较内侧大,内外侧轴向应变相差不大;迎流面环向应变较背流面大,迎流面轴向应变较背流面小;外侧顶面环向应变与底面环向应变相差不大,外侧顶面轴向应变与底面轴向应变也相差不大;(2)增加支撑锚索数量能减小管段结构和锚索的受力;随着流速增加,管段上相同测点的轴向应变、环向应变都随流速的增大呈线性关系变化;(3)管段相同侧锚索轴力随时间的变化趋势基本一致,但受力变化并不均匀,迎流面侧锚索所受拉力随流速增大而线性增大,背流面位置处锚索所受拉力随流速增大呈线性减小后变为压力.     

水中悬浮隧道研究进展

介绍了各国关于水中悬浮隧道的研究进展,主要包括:波浪和水流作用下水中悬浮隧道与流体相互作用的理论分析模型,波浪环境下水中悬浮隧道的锚固系统的涡激振动数值分析,地震激励下水中悬浮隧道的动力响应分析,水中悬浮隧道的结构问题,针对实际工程背景的波浪环境载荷下的模型试验及水流环境中水中悬浮隧道阻力系数、惯性力系数的试验研究。最后讨论了水中悬浮隧道尚需要进一步研究的问题:荷载的确定,结构分析和设计方法,针对性的模型试验,安全性研究等。     

旋转气流的数值模拟及试验验证

用稳流气道试验台对切向引入式的标准旋流筒进行了稳流试验,并用CFD软件对旋流筒内的三维流场进行数值模拟。提出数值模拟与稳流试验对比的方法,验证了模拟的正确性。     

软弱夹层条件下隧道爆破过程数值模拟

为研究岩体中软弱夹层对炸药爆炸能量传递过程的影响,运用ANSYS／LS—DYNA对含有不同厚度的软弱夹层岩体在爆破过程中应力波的传播及衰减规律进行数值模拟研究,分析比较了软弱夹层的存在与否以及夹层的不同厚度对确定位置的应力波的影响;并结合现场对含有软弱夹层岩体在爆破过程中出现的超欠挖现象进行了分析,指出隧道周边炮孔布置必须充分考虑软弱夹层的影响,为爆破参数的选取提供了理论依据。     

茶林顶公路隧道区洞口滑坡数值模拟

隧道洞口附近覆盖较厚松散土层,进口处的隧道开挖会引起围岩应力状态变化,产生较大位移,且有可能导致其上部覆盖土层塑性区增大,出现明显的滑动面,进而产生洞口滑坡。通过对茶林预隧道进口处的隧道开挖采用三维有限元数值模拟,分析洞口滑坡的机理,并对洞口是否滑坡进行预测,为茶林顶进洞口处的安全施工提供参考。     

水中悬浮隧道锚索的非线性涡激振动研究

建立了水中悬浮隧道锚索在波流场中涡激振动的非线性数学模型,考虑了锚索的几何非线性对其涡激振动的影响,并应用有限差分法求解了锚索的运动控制方程。计算结果表明:锚索在顺流向和横向2个方向运动的耦合作用特别是几何非线性作用的引入,抑制了部分高阶模态的激发,使锚索横向涡激振动的振幅减小,顺流向振动的振幅增大;在悬浮隧道的振动引起的强迫激励和参数激励作用下,锚索顺流向涡激振动振幅显著增大,横向涡激振动出现"拍"的现象。     

刚性支承潜浮隧道

在宽深的水域建造永久性跨海通道,始终是世界各国桥隧建设中的一大难题。刚性支承潜浮隧道方案为解决这一难题提供了一个值得关注的结构模式。刚性支承潜浮隧道采用双向受力、组合式结构的设计理念,用横向顶出式抗拔钢桩做隧道管的固定支承件,使单车道工程造价降低到不及桥梁和普通隧道的一半;而且,没有土方量,没有污染,使工程变得简单易行。以琼州海峡为例,介绍刚性支承潜浮隧道的基本结构、受力原理、施工方法、安全措施和一些关键难题的解决方法。为建造永久性跨海通道提供借鉴和参考。     

节段拼装桥墩撞击试验研究与数值分析

为研究采用节段拼装桥墩与整体现浇桥墩在抗撞击性能方面的差异,探究撞击作用下节段拼装桥墩的撞击响应和破坏模式.采用缩比模型,通过水平撞击试验获得节段拼装桥墩和整体现浇桥墩的动力时程响应曲线,观测不同构造形式桥墩在不同撞击速度下的破坏模式,并对比分析桥墩在撞击荷载作用下的撞击力、位移等动力时程响应;采用非线性有限元模型,对...     

在动载作用下山岭隧道锚杆的动态响应分析

基于现场监测数据,采用数值分析方法研究了拱桥铺山岭隧道在底部动载作用下隧道锚杆的轴力和锚固水泥浆应力的动态响应规律。随着爆炸应力波传播,无衬砌影响的锚杆轴向拉应力在极短的时间里增加至峰值,最后趋于稳定,有衬砌锚杆轴力一开始都是向受压方向达到峰值,然后逐渐向反方向振动。每根锚杆从锚头到锚尾锚杆单元轴力都是先增加后减小,中间锚杆单元受拉较大。随着动载作用时间推移,无衬砌影响锚杆在动载作用下,锚杆锚固水泥浆应力逐渐上升到峰值并逐渐趋于稳定,每根锚杆的锚固水泥浆应力从锚头至锚尾由负向正方向转变,正负方向水泥浆应力峰值都是由中间向两端逐渐增大。受衬砌影响锚杆锚固水泥浆应力在动载作用后,锚杆锚固水泥浆应力发生多次振动,除了拱腰附近锚杆受到锚固水泥浆应力较小外,其他锚杆的锚固水泥浆应力从锚头至锚尾由正向负转变,峰值大小是先减小再增加。     

隧道交通噪声数值模拟及调查研究

隧道交通噪声主要来源于轮胎与路面接触噪声,建立隧道内交通噪声数值模拟模型,通过有限元计算,分析了隧道不同位置交通噪声的变化规律.数值模拟结果表明,隧道内不同位置的交通噪声大小差别较大,随着距隧道洞口的距离增大,噪声水平增加,隧道中部比隧道进出口处噪声高约8～10 dB,比隧道外高16～18 dB,隧道洞体对隧道内交通噪声影响较大.通过现场测试隧道交通噪声,结果表明隧道内交通噪声数值模拟结果与实测结果较为吻合,说明所采用的数值模拟模型是可靠的.     

滚石冲击荷载下垫层材料的动力响应研究

棚洞垫层结构能有效地耗散滚石冲击能量,大幅度降低滚石冲击力,是滚石防护棚洞设计的关键参数。本文以Hertz接触理论为基础,考虑棚洞土垫层的弹塑性特性,运用动力有限元数值仿真技术,研究了滚石法向冲击荷载下耗能垫层结构,分析了滚石冲击速度、半径对垫层土体动力响应规律的影响,为棚洞垫层结构优化设计提供理论依据。计算结果表明:按照完全弹性理论计算过高地估计了滚石冲击力;滚石冲击能量主要转化为土垫层的塑性变形;土石垫层结构能有效地吸收滚石冲击能量,大大降低滚石对棚洞结构的冲击力。     

列车振动荷载作用下交叠隧道衬砌结构响应特性分析

以某交叠隧道为背景,通过有限元分析理论与数值计算方法建立三维模型,研究了双向列车通过时其振动对隧道结构的影响。分析表明：拱底中央受列车振动荷载影响最大,结构满足安全性要求;土压静载仍为结构设计的控制因素。