钢筋混凝土裂缝反算配筋计算方法及工程应用

《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）中钢筋混凝土偏心受压、轴心受拉及偏心受拉构件的配筋计算公式较为繁琐,迭代计算步骤较多,在进行铁路隧道衬砌混凝土结构配筋计算时,工作量大且容易出现错误。在构件裂缝宽度计算公式基础上,综合考虑多种因素影响,根据规范要求的裂缝宽度限值,分别逆向推导出钢筋混凝土偏心受压、轴心受拉及偏心受拉构件的配筋计算公式,简化了配筋的计算过程。以偏心受压构件为例,将采用裂缝反算配筋计算方法得到的计算结果与现有规范配筋计算方法得到的计算结果相比较,基本吻合。钢筋混凝土裂缝反算配筋计算方法简单实用,目前已成功应用于隧道专业安全系数法向极限状态法转轨工作中,为钢筋混凝土结构的配筋计算提供参考和借鉴。     

穿越破碎带隧道掌子面力学模型及最小安全厚度研究

隧道穿越断层破碎带的稳定性及安全防护问题是目前隧道建设的难点。针对隧道掌子面前方存在破碎带松散岩土体的典型工况,基于隧道围岩以及掌子面的力学特性,采用理论计算、数值模拟、工程实践相结合的手段,提出了掌子面稳定岩体的最小安全厚度计算方法,并对隧道掌子面前方破碎带的预加固及处治方案进行了探讨。首先,建立了破碎带-岩板力学模型,将掌子面的岩体等效为受荷载作用的岩板,对受破碎带压力的岩板最小安全厚度展开计算分析,得到了岩板厚度与岩层倾角、破碎带有效高度的关系表达式,并对帷幕注浆处理参数进行了优化;随后基于理论计算结果,与某隧道穿越破碎带施工中因未控制掌子面岩体厚度而导致隧道失稳的典型案例展开对比分析;最后结合Comsol Multiphysics软件开展数值仿真模拟,分析了不同岩层倾角、隧道埋深、注浆预处理参数等因素对掌子面岩板最小安全厚度的影响。结果表明：理论计算、工程实际与数值模拟结果具有较好的一致性;正常施工时掌子面最小安全岩板厚度随破碎带有效高度的增大而增大,随岩层倾角增大而减小,故应在达到安全厚度之前对破碎带进行预支护;在选用帷幕注浆方法对破碎带进行预处理时,最小安全岩板厚度随着岩层倾角的增大而减小,此时在注浆过程中需要保留较大的安全厚度,同时控制注浆压力。     

基于机器学习的粗粒土振动压实频率预测研究

为确定路基填料压实的最优振动频率,实现对其智能预测的目的。采用振动压实试验和锤击模态法确定不同压实度填料的固有频率,基于填料最大干密度、动刚度揭示了固有频率与最优振动频率的相关性;建立了填料特征与最优振动频率之间的关系,提出了最优振动频率的主控特征参数;构建了以主控特征参数为基础的机器学习预测模型,并采用双层次评价方法优化了预测模型。研究结果表明：振动频率为固有频率时,最大干密度最大、动刚度呈现最佳状态;影响最优振动频率的主控特征为填料最大粒径、级配参数、粗骨料的针片状颗粒含量以及洛杉矶磨耗;在预测模型对比分析中认为神经网络模型ANN的拟合优度最优,可将其作为最优振动频率预测的核心模型。研究成果可为确定路基填料压实的最优振动频率提供新方法,并对路基智能化施工提供理论指导与支撑。     

设计时速 160 km 以下铁路隧道（普货、有砟轨道）内轮廓标准研究

当前运营的时速160 km以下有砟轨道（普货）隧道内轮廓尽寸难以满足大型养护机械（特别是大型清筛机）作业空间需求,通过对新建时速160 km以下电气化铁路、单双线隧道内轮廓主要影响因素（建筑限界、接触网悬挂方式及布置、大型养护机械空间需求、轨道结构型式、侧沟及电缆槽设置等）进行综合分析,确定单双线有砟轨道隧道内轮廓控制性尺寸,并初步拟定满足大型养护机械作业要求的内轮廓方案,在此基础上通过对内轮廓方案的结构安全性、经济性及施工便利性进行综合比较,确定推荐方案,该成果对铁路行业隧道通用图编制有一定的参考价值。     

列车振动荷载下锚索预应力现场监测及数值分析

振动会引起基坑加固系统中锚索预应力的损失,影响基坑稳定性,而有关列车振动荷载对锚索预应力的实际影响还未见报道。因此,分析列车振动对深大基坑围护结构中锚索预应力的影响,具有重大理论意义和实际指导意义。以石家庄六线隧道明挖段紧邻京广铁路深大基坑预应力锚索加固体系为工程背景,采用现场监测的方法,分析实际工程环境下,列车振动荷载引起的锚索预应力损失;采用Flac-3D软件进行数值分析,进一步印证列车振动荷载对锚索预应力的影响。综合考虑既有线路运行性质和基坑使用周期,提出限速（不超过80 km/h为宜）通过明挖基坑区段,尽早施作隧道主体结构,减小基坑暴露时间的合理化建议。以减小锚索预应力损失,提高基坑加固效果,保证基坑安全与稳定。     

时速160km以下双层集装箱运输铁路有砟轨道隧道内轮廓研究

目前运营时速160 km以下（双箱运输）有砟轨道隧道内轮廓难以满足大型养护机械（特别是大型清筛机）作业空间需求,通过对新建时速160 km以下电气化铁路（双箱运输）有砟轨道隧道的建筑限界、接触网悬挂方式及布置、大型养护机械空间需求、轨道结构形式、侧沟及电缆槽设置等内轮廓影响因素进行综合分析,确定单双线铁路有砟轨道隧道内轮廓控制性尺寸、拟定内轮廓方案,通过对各型内轮廓方案的结构安全性、经济性及施工便利性比较,给出推荐方案,为通用图编制和纳入规范奠定基础。     

高速铁路进站节能坡设计方法研究

在线路纵断面的设计中引入节能坡设计理念,对优化线路纵断面设计、降低牵引能耗值和节省运营支出具有重要意义。根据高速铁路的特点,提出高速铁路进站节能坡的设计方法和计算算法,给出计算流程,确定各影响参数的约束条件。开发进站节能坡设计程序模块,实现多参数化的进站节能坡设计。在此基础上,采用计算机仿真分析方法,对车站坡段坡度、车站中心至节能坡变坡点距离、动车组编组质量、进站制动力使用系数、节能坡进入初始速度5个主要影响因素进行计算和仿真分析,确定各因素对进站节能坡的影响程度,为进站节能坡的设计提供参考和依据。     

铁路双线连续钢桁梁桥竖向有载自振频率影响因素分析

研究车辆参数和列车行车速度对车-桥系统竖向有载自振频率的影响情况。采用车-桥系统相互作用的计算模型,分别改变车辆参数和列车行车速度,计算铁路双线连续钢桁梁桥的竖向有载自振频率的变化情况。结果表明:车辆参数对桥梁竖向有载自振频率有一定影响,而桥梁竖向有载自振频率与行车速度无关。     

水泥混凝土路面粉质粘土路基永久变形及其预测

针对水泥混凝土路面与路基土永久变形之间的相互关系,从降低路面病害角度出发,分析水泥混凝土路面对路基性能的要求。并通过室内动三轴试验对水泥路面路基永久变形的形成机理和影响因素进行分析,基于NCHRP-37A模型,建立了相应的预估方法,以确定粉质粘土路基永久变形量。     

基于变形分级的挤压性围岩隧道平行导坑优化设计

基于挤压性围岩隧道变形分级,通过FLAC 3D二次开发,首先进行挤压性围岩条件下施做平行导坑必要性研究,然后分析不同变形等级条件下平行导坑对正洞的影响,在此基础上研究不同平行导坑断面尺寸、超前距离和净距对正洞位移减小和应力释放的影响,提出不同变形等级下平行导坑设计参数建议值,最后以实际工程进行验证。结果表明：施做平行导坑能够显著降低正洞隧道围岩的位移和应力值;变形等级越大,平行导坑对正洞的变形控制效果越好;平行导坑断面面积和超前距离越大,对正洞变形控制越有利,但当平行导坑断面面积S增长至48 m²或超前距离增长至30 m时,对正洞变形控制将不再显著。