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能量桩桥面除冰融雪的能源需求与供给能力案例分析

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中国公路学报 2023年第3期36卷 202-210页

作者：陈鑫孔纲强王忠涛刘汉龙杨庆江苏开放大学建筑工程学院江苏南京210036 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024 重庆大学土木工程学院重庆400044

基于能量桩的桥面除冰融雪技术,克服了传统融雪剂对桥面板结构的腐蚀问题,且具有节能环保等技术经济优势。能源需求与能量桩供热能力的计算是能量桩桥面除冰融雪系统设计的关键。为达到除冰融雪目的,桥面板表面温度需维持在0℃以上;基... 详细信息

基于能量桩的桥面除冰融雪技术,克服了传统融雪剂对桥面板结构的腐蚀问题,且具有节能环保等技术经济优势。能源需求与能量桩供热能力的计算是能量桩桥面除冰融雪系统设计的关键。为达到除冰融雪目的,桥面板表面温度需维持在0℃以上;基于桥面板的热响应试验与除冰试验得到桥面板温度与换热效率、流体温度的关系,根据热传导定律,推导出桥面除冰融雪所需的换热效率与流体温度的计算公式;探讨了能量桩热泵系统的供热能力。计算得到换热管埋深和间距分别为14 cm和25 cm的桥面板,在环境温度为-1℃~0℃时,系统的热有效率(有效热流密度与换热效率的比值)约为50%,系统的热有效率随着环境温度的降低而降低。选取3座具有不同板桩比(桥面板面积与能量桩总长比值)的桥梁为案例,进一步分析了环境温度-10℃~0℃,降雪量水当量0.1~1.0 mm·h^(-1)范围内,能量桩的供热比,以及满足融雪需求入口流体温度的计算表达式。结果表明:能量桩的供热比与环境条件和桥梁的板桩比有关,板桩比为0.7 m2·m^(-1)时,环境温度为-5℃,降雪量不大于0.4 mm·h^(-1)(暴雪),能量桩供热可满足融雪需求;板桩比为1.5 m2·m^(-1)条件下,环境温度为-1℃时,降雪量不大于0.3 mm·h^(-1),能量桩供热可满足融雪需求;板桩比为2.0m2·m^(-1)时,环境温度-1℃时,降雪量不大于0.2 mm·h^(-1),能量桩供热可满足融雪需求。

关键词：桥梁工程除冰融雪现场试验能量桩能源需求流体温度

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霍尔锚落锚对水下沉箱位移影响数值分析

海洋工程 2023年

作者：王忠畅李书兆王丽勤王忠涛鲁金全中海油研究总院有限责任公司大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

应用沉箱保护水下生产系统时，海底管线和沉箱间跨接管与沉箱内部的管汇采用的往往是刚性连接，一旦沉箱基础位移超过设计允许值将会使管汇与外部管缆变形不协调，严重时将导致管线断裂发生漏油等重大工程事故。通过耦合的欧拉-拉格朗日... 详细信息

应用沉箱保护水下生产系统时，海底管线和沉箱间跨接管与沉箱内部的管汇采用的往往是刚性连接，一旦沉箱基础位移超过设计允许值将会使管汇与外部管缆变形不协调，严重时将导致管线断裂发生漏油等重大工程事故。通过耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）方法采用ABAQUS有限元软件建立霍尔锚紧急落锚对水下沉箱位移影响的计算模型，在对比模型试验结果并验证数值模型可靠性的基础上，模拟了贯入速度区间为6～22 m/s、落锚间距为1～5倍锚长的102组不同工况下船舶落锚过程对水下沉箱位移的影响。结果表明，水下沉箱位移随锚贯入速度的增大而增大，随落锚距离增大而减小。根据数值计算结果和影响因素分析，提出了水下沉箱位移的预测方法和不同贯入速度下安全落锚距离的计算表达式。

关键词：霍尔锚落锚距离水下生产系统沉箱位移深海油气

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主应力方向对砂土剪胀性的影响分析

岩土力学 2013年第3期34卷 667-673页

作者：刘鹏栾茂田王忠涛大连理工大学土木工程学院岩土工程研究所辽宁大连116024 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

剪胀性是土特有的一种材料属性,而准确地描述砂土的剪胀性则是建立砂土本构模型的重要基础。大量常规三轴试验发现,在以相同加载条件下剪切时密砂和松砂会表现出完全不同的剪胀性和应力-应变关系特性,说明砂土的剪胀性不仅与其所处的应... 详细信息

剪胀性是土特有的一种材料属性,而准确地描述砂土的剪胀性则是建立砂土本构模型的重要基础。大量常规三轴试验发现,在以相同加载条件下剪切时密砂和松砂会表现出完全不同的剪胀性和应力-应变关系特性,说明砂土的剪胀性不仅与其所处的应力状态有关,也与其物理状态相关。状态参量理论很好地解释了砂土所处应力状态和物理状态对剪胀性的共同作用。空心扭剪三轴试验仪可以实现不同主应力方向的单调剪切试验。试验结果表明,当砂土以不同主应力方向单调剪切时,即使处于相同初始应力条件和物理状态,砂土也会表现出不同的剪胀性,说明了主应力方向也是决定砂土剪胀性的重要条件。本文通过分析试验中主应力方向对砂土剪胀性的影响,提出了一个含有主应力方向的状态参量,并建立了相应的剪胀方程。通过与试验数据的对比,验证了该方法的正确性和准确性。

关键词：主应力方向剪胀性状态参量

考虑能源地下车站负荷特征的地埋管换热量计算

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太阳能学报 2023年第9期44卷 510-517页

作者：胡帅军孔纲强钟国王忠涛戴国豪杨庆河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 大连地铁集团有限公司大连116021 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

为提高地下地铁车站的负荷计算精度,解决能源地下车站的地埋管换热量设计问题,以大连地铁4号线地下地铁车站为研究对象,采用3种负荷计算(DeST模拟、规范算法、逐时算法)方法计算地下车站全年负荷,并分析讨论地下车站设备管理用房区的全... 详细信息

为提高地下地铁车站的负荷计算精度,解决能源地下车站的地埋管换热量设计问题,以大连地铁4号线地下地铁车站为研究对象,采用3种负荷计算(DeST模拟、规范算法、逐时算法)方法计算地下车站全年负荷,并分析讨论地下车站设备管理用房区的全年负荷特征,进一步确定能源地下车站地埋管换热量。结果表明:地铁车站能源需求具有明显的逐时波动性和环境参数相关性,通过逐时负荷计算方法获得的全年总负荷较规范算法和DeST模拟结果的精确度可提高约1倍;不同功能用房负荷差异较大,办公用房的供热需求大于制冷需求,设备用房和变电所用房全年无需供热,且变电所用房的冷负荷远大于设备用房;逐时算法得到的换热量可准确反映全年换热需求,其地埋管换热量的不均衡率高达7.14。

关键词：地铁车站地下传热地源热泵地埋管换热量设备管理用房

倾斜拉拔荷载下锚桩承载性能及桩周位移场可视化离心模型试验

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岩土工程学报 2023年第1期45卷 189-195页

作者：王忠涛罗光宇孔纲强张宇范致贤杨庆大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210029 大连交通大学土木工程学院辽宁大连116028

单点系泊系统作为一种新型锚固系统获得越来越多的应用,然而倾斜拉拔荷载下单点系泊锚桩的承载性能及桩周土体变形机理尚不明确。基于人工合成透明土材料搭建了可视化离心模型试验系统,对倾斜拉拔荷载下锚桩的力学响应展开离心模型试验... 详细信息

单点系泊系统作为一种新型锚固系统获得越来越多的应用,然而倾斜拉拔荷载下单点系泊锚桩的承载性能及桩周土体变形机理尚不明确。基于人工合成透明土材料搭建了可视化离心模型试验系统,对倾斜拉拔荷载下锚桩的力学响应展开离心模型试验,探讨加载角度对锚桩承载力、失效模式和桩周土位移场的影响规律,并与1g条件下透明土模型试验结果进行定性的对比分析。研究结果表明,开展的基于透明砂土的离心模型试验,可以用于评估现场应力状态下锚桩的承载特性与失效机理、土体内部位移场;桩周土体的位移量沿深度方向差别相对较为明显,锚眼附近的土体位移相对较大;1g条件下土体位移场无法合理反映位移沿桩身方向的变化规律,极限荷载下桩侧土体的变形量小于离心模型试验中的土体变形量。

关键词：锚桩透明土倾斜拉拔荷载土体位移场离心模型试验

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考虑剪切中主应力方向的砂土本构模型

水利学报 2013年第4期44卷 470-477页

作者：栾茂田刘鹏王忠涛大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

考虑状态依赖性的弹塑性本构模型是当前现代砂土本构理论发展的一个主流方向,目前所引用的状态参量虽能够反映孔隙比与平均有效应力的联合效应,但尚不能反映剪切过程中的主应力方向对砂土应力-应变关系的影响。大量复杂应力条件下的空... 详细信息

考虑状态依赖性的弹塑性本构模型是当前现代砂土本构理论发展的一个主流方向,目前所引用的状态参量虽能够反映孔隙比与平均有效应力的联合效应,但尚不能反映剪切过程中的主应力方向对砂土应力-应变关系的影响。大量复杂应力条件下的空心扭剪试验证明,剪切中的主应力方向对砂土的变形和强度特性具有重要的影响。本文基于考虑砂土状态依赖性的本构理论,提出了一个含有主应力方向的砂土状态参量,并将其同时引入剪胀方程和塑性模量,以此为基础建立了一个能够反映剪切中主应力方向的砂土弹塑性本构模型。通过同相关试验数据的对比和分析,验证了该模型可以较好地模拟砂土在不同主应力方向下的应力-应变关系。

关键词：主应力方向状态参量剪胀性

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多孔介质海床对波浪传播影响理论分析

大连理工大学学报 2009年第6期49卷 891-896页

作者：王忠涛栾茂田郑东生大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学土木水利学院岩土工程研究所辽宁大连116024 邓迪大学土木工程学院

假定海床为刚性、不透水边界的传统波浪理论难以模拟多孔介质海床对波浪传播的消能影响.基于完全动力响应模式,建立了能够考虑波浪-海床相互作用的波散方程,通过变动海床厚度、海洋土渗透系数和饱和度及波浪角频率,采用复波数解析方法,... 详细信息

假定海床为刚性、不透水边界的传统波浪理论难以模拟多孔介质海床对波浪传播的消能影响.基于完全动力响应模式,建立了能够考虑波浪-海床相互作用的波散方程,通过变动海床厚度、海洋土渗透系数和饱和度及波浪角频率,采用复波数解析方法,围绕量纲一参量波长比和能量衰减因子进行数值计算和参量分析,结果表明波浪在传播过程中会受到海床不同程度的消能作用,表现为波幅衰减及对应的波长变化.

关键词：波散方程海床相互作用动力分析

非共轴本构模型在吸力式桶形基础承载力数值计算中应用

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大连理工大学学报 2012年第4期52卷 553-558页

作者：罗强栾茂田杨蕴明王忠涛大连理工大学土木工程学院岩土工程研究所辽宁大连116024 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

当吸力式桶形基础承受竖向荷载作用时,其周围地基容易发生整体剪切破坏,由主应力旋转引起的非共轴现象不容忽视.基于有限元软件ABAQUS二次开发端口UMAT,将非共轴本构模型应用到桶形基础的竖向地基承载力问题的有限元计算中.结果表明,非... 详细信息

当吸力式桶形基础承受竖向荷载作用时,其周围地基容易发生整体剪切破坏,由主应力旋转引起的非共轴现象不容忽视.基于有限元软件ABAQUS二次开发端口UMAT,将非共轴本构模型应用到桶形基础的竖向地基承载力问题的有限元计算中.结果表明,非共轴模型对地基的整体剪切破坏模式没有影响,但是对地基竖向承载力-位移曲线具有显著的软化作用,同时,对地基的竖向极限承载力具有降低作用.如果通过竖向位移来确定地基容许承载力,则非共轴模型得到的计算结果是比较安全的.

关键词：非共轴数值积分地基承载力吸力式桶形基础

随机波浪作用下海床动力响应及液化的理论分析

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岩土力学 2008年第8期29卷 2051-2056,2076页

作者：王忠涛栾茂田 Jeng Dong-Sheng 刘占阁大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室/土木水利学院岩土工程研究所大连116024 School of Civil Engineering The University of Sydney Sydney NSW 2006 Australia

运用随机波浪理论,基于广义Biot动力固结理论,建立了能够考虑波浪荷载随机特性影响的计算海床动力响应及液化深度的解析数值模型,并从时域上进行求解分析。通过与传统线性规则波浪荷载作用下海床动力响应及液化深度的数值结果的对比分析... 详细信息

运用随机波浪理论,基于广义Biot动力固结理论,建立了能够考虑波浪荷载随机特性影响的计算海床动力响应及液化深度的解析数值模型,并从时域上进行求解分析。通过与传统线性规则波浪荷载作用下海床动力响应及液化深度的数值结果的对比分析,详细讨论了考虑波浪荷载的随机特性对于求解海床动力响应及液化深度的影响程度。结果表明,根据随机波浪理论计算得到的海床中的超孔隙水压力、水平有效应力、竖向有效应力、剪应力表现出较强的不规则性,其幅值沿着海床深度方向的变化趋势与根据线性规则波浪理论计算得到结果的变化趋势基本相同,但在同数量级上更大,同时计算得到的海床最大液化深度明显大于根据线性规则波浪理论计算得到的结果。因此,在海洋地基设计和自由场地安全评估时应该合理地考虑波浪荷载的随机特性。

关键词：海床动力响应随机波浪 Biot动力固结理论