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山区铁路工程节能设计关键要素识别研究

铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 363-374页

作者：闫林君杨继兴鲍学英王起才郭海东兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为从设计源头减少山区铁路工程能源消耗总量、优化能源消费结构,充分发挥铁路绿色发展优势,开展山区铁路工程节能研究,识别山区铁路工程节能设计关键要素非常重要。首先,分析山区铁路工程能源消耗,梳理山区铁路线路、桥梁、隧道等重点... 详细信息

为从设计源头减少山区铁路工程能源消耗总量、优化能源消费结构,充分发挥铁路绿色发展优势,开展山区铁路工程节能研究,识别山区铁路工程节能设计关键要素非常重要。首先,分析山区铁路工程能源消耗,梳理山区铁路线路、桥梁、隧道等重点工程的节能要点。在此基础上,提取山区铁路工程节能设计要素和能源消耗要素,并根据各要素属性特点,明确其量化指标,建立山区铁路工程−能源消耗要素及指标体系。其次,结合CRITIC-熵权法与C-OWA算子法构建“山区铁路工程−能源消耗”双层复杂网络模型,依次确定各要素节点重要度、节点间影响强度和节点综合重要度,用以识别山区铁路工程节能设计关键要素。最后,以某山区重大铁路工程某标段为例,验证方法模型并识别出该标段影响施工阶段的节能设计关键要素为:隧道作业设备选型、隧道出渣控制、隧道通风方式选择;影响运营阶段的节能设计关键要素为:曲线半径设置、线路纵坡设置、线路坡度设置、节能坡设置、客站供热设计、客站体形设计。经验证,构建的山区铁路工程−能源消耗要素及指标体系符合山区铁路工程特点,“山区铁路工程−能源消耗”复杂网络模型具有良好的适用性,识别出的节能设计关键要素及其优化建议可为山区铁路工程节能设计提供参考。

关键词：山区铁路工程节能设计复杂网络 C-OWA算子铁路能源消耗

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深覆土梯型拱明洞静力特性及卸荷效果研究

工程科学与技术 2024年

作者：马莉禄云华王起才马晓波李盛张克勋中铁第一勘察设计院兰州分院兰州交通大学土木工程学院

为研究深覆土条件下，梯型拱结构-填土相互作用对周围土压力的影响机制和卸荷机理，并明确梯型拱明洞相较于传统矩型明洞的优势，本文采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法，对深覆土梯型拱明洞静力特性及卸荷效果进行了分析。结果... 详细信息

为研究深覆土条件下，梯型拱结构-填土相互作用对周围土压力的影响机制和卸荷机理，并明确梯型拱明洞相较于传统矩型明洞的优势，本文采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法，对深覆土梯型拱明洞静力特性及卸荷效果进行了分析。结果表明：无减载时，梯型拱明洞两侧回填土沉降大于上方回填土沉降，两侧回填土土压力向明洞上方转移，土压力随着填土高度的增大而增大，基本呈现线性变化趋势；减载时，明洞上方回填土沉降大于两侧回填土沉降，回填土内部产生土拱效应，明洞上方回填土土压力向两侧转移；铺设减载层不会改变深覆土明洞结构受力分布，但是会极大地减小其内力及变形，并提高结构安全系数，减载后，梯型拱明洞的最大轴力、最大正弯矩、最大负弯矩分别减少17.5%、34.1%、29.9%，最大变形减小32.9%；两种截面型式下明洞的最大轴力均出现在中隔墙底部，最大正弯矩、最小安全系数和最大变形均出现在顶板中央位置，铺设减载层后矩型和梯型拱明洞最小安全系数分别增大42.6%和100%，梯形拱明洞安全系数提高的比例更大，效果更显著。该研究可为该类结构的设计、施工提供理论指导和技术支持。

关键词：深覆土梯型拱明洞静力特性卸荷效果模型试验

凤凰山特大断面黄土隧道五步单侧壁导坑法研究

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隧道建设（中英文） 2024年第5期44卷 1096-1105页

作者：乔明磊李盛张建功王起才薛彦瑾陈智刚兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 中国十七冶集团有限公司安徽马鞍山243000 兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室甘肃兰州730070

为解决特大断面黄土隧道采用双侧壁导坑法施工进度慢、成本高的问题,以G30连霍高速公路清水驿至忠和段扩容改造工程凤凰山隧道为背景,提出五步单侧壁导坑法。通过数值模拟对比分析双侧壁导坑法、五步单侧壁导坑法、传统单侧壁导坑法和... 详细信息

为解决特大断面黄土隧道采用双侧壁导坑法施工进度慢、成本高的问题,以G30连霍高速公路清水驿至忠和段扩容改造工程凤凰山隧道为背景,提出五步单侧壁导坑法。通过数值模拟对比分析双侧壁导坑法、五步单侧壁导坑法、传统单侧壁导坑法和台阶法在施工过程中的围岩变形及钢拱架应力,并结合现场试验段监测数据验证特大断面凤凰山隧道采用五步单侧壁导坑法施工的可行性。结果表明:1)五步单侧壁导坑法拱顶沉降和水平收敛比传统单侧壁导坑法分别减小3.59 cm和1.31 cm,比双侧壁导坑法分别增大1.4 cm和0.59 cm;钢拱架应力除拱肩外均小于双侧壁导坑法,最大处减少了70 MPa,钢拱架应力最大值与钢材屈服强度的比值比双侧壁导坑法增大0.04,比单侧壁导坑法减小0.08。2)传统单侧壁导坑法的安全性小于五步单侧壁导坑法,改进后的五步单侧壁导坑法相比双侧壁导坑法能在控制围岩变形的同时加快施工进度,降低施工成本。3)五步单侧壁导坑法中隔壁的最优位置应结合具体工程情况进行单独优化计算,针对本工程而言,其最优位置为45%洞宽。

关键词：特大断面黄土隧道五步单侧壁导坑法数值模拟现场试验

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深覆土梯形拱明洞静力特性及卸荷效果

工程科学与技术 2024年第4期56卷 120-129页

作者：马莉禄云华王起才马晓波李盛张克勋兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

为研究深覆土条件下梯形拱结构–填土相互作用对周围土压力的影响机制和卸荷机理,明确梯形拱明洞相较于传统矩形明洞的优势,采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法,对深覆土梯形拱明洞静力特性及卸荷效果进行分析。结果表明:无减载时... 详细信息

为研究深覆土条件下梯形拱结构–填土相互作用对周围土压力的影响机制和卸荷机理,明确梯形拱明洞相较于传统矩形明洞的优势,采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法,对深覆土梯形拱明洞静力特性及卸荷效果进行分析。结果表明:无减载时,梯形拱明洞两侧回填土沉降大于上方回填土沉降,两侧回填土土压力向明洞上方转移,土压力随着填土高度的增大而增大,基本呈线性变化趋势;减载时,明洞上方回填土沉降大于两侧回填土沉降,回填土内部产生土拱效应,明洞上方回填土土压力向两侧转移,铺设减载层不会改变深覆土明洞结构受力分布,但会极大地减小其内力及变形,并提高结构安全系数;减载后,梯形拱明洞的最大轴力、最大正弯矩和最大负弯矩分别减少17.5%、34.1%、29.9%,最大变形减小32.9%。矩形和梯形两种截面形式下明洞的最大轴力均出现在中隔墙底部,最大正弯矩、最小安全系数和最大变形均出现在顶板中央位置;铺设减载层后两种截面形式拱明洞最小安全系数分别增大42.6%和100.0%,梯形拱明洞安全系数提高的比例更大,效果更显著。该研究可为深覆土梯形拱明洞结构的设计和施工提供理论指导和技术支持。

关键词：深覆土梯形拱明洞静力特性卸荷效果

不同养护温度下早龄期混凝土导热系数试验研究

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混凝土 2024年第3期 53-56页

作者：韩卓伟王起才代金鹏武学龙楚昊兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室甘肃兰州730070 兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室甘肃兰州730070 酒钢(宏达)建材有限责任公司甘肃嘉峪关735199

为了研究低温环境下的混凝土早龄期的导热系数,采用热流计法导热仪对混凝土试件进行了导热系数测试,考察了-5℃、5℃和20℃养护环境下的早龄期混凝土导热系数,同时测定了各龄期混凝土的抗压强度。采用低场核磁共振技术,研究了不同养护... 详细信息

为了研究低温环境下的混凝土早龄期的导热系数,采用热流计法导热仪对混凝土试件进行了导热系数测试,考察了-5℃、5℃和20℃养护环境下的早龄期混凝土导热系数,同时测定了各龄期混凝土的抗压强度。采用低场核磁共振技术,研究了不同养护温度下混凝土各龄期的含水率与孔隙率。结果表明:混凝土的含水率与孔隙率随龄期增大逐渐减小,抗压强度随龄期增大逐渐增大,导热系数与龄期和养护温度呈现负相关。

关键词：早龄期导热系数抗压强度低场核磁共振

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波形腹板工字钢焊接变形与残余应力分布研究

工业建筑 2024年

作者：闫林君李林龙关义朋王起才兰州交通大学土木工程学院

为探究波形腹板工字钢焊接变形与残余应力的分布规律，通过电阻应变计法进行波形腹板工字钢焊接残余应力试验，并建立其热弹塑性三维有限元模型，将二者结果进行对比验证了所建立模型的正确性。采用同种方法建立等尺寸平腹板工字钢有限... 详细信息

为探究波形腹板工字钢焊接变形与残余应力的分布规律，通过电阻应变计法进行波形腹板工字钢焊接残余应力试验，并建立其热弹塑性三维有限元模型，将二者结果进行对比验证了所建立模型的正确性。采用同种方法建立等尺寸平腹板工字钢有限元模型。采用提取应力云图与在模型中设置多条路径的方式对2种不同类型腹板工字钢的焊接应力进行对比分析，并对平行于焊缝路径合位移的分布情况进行研究。研究结果表明：波形腹板与平腹板工字钢纵向残余应力峰值分别为410 MPa与451 MPa，在整个结构中前者因焊接所产生的残余应力小于后者，前者在其波峰前方的底板处具有较大的残余应力分布，而后者残余应力在腹板两侧对称分布；波形腹板工字钢最大合位移在焊缝右侧底板y+5.3mm处取得为1.32 mm，平腹板工字钢最大合位移在腹板表面z+5.3 mm处取得为0.96 mm，两者在腹板与底板熔合位置位移均小于焊缝处，前者测点位移曲线呈波浪形状，而后者较为平缓且各路径间层次分明。

关键词：波形钢腹板焊接试验数值模拟残余变形残余应力

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高速铁路无砟轨道地基微膨胀泥岩膨胀性评价

铁道学报 2022年第1期44卷 105-110页

作者：薛彦瑾王起才马丽娜段运丁小刚兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室甘肃兰州730070 兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

为了对高速铁路无砟轨道地基微膨胀泥岩膨胀性进行评价,选取等效蒙脱石含量、阳离子交换量、自由膨胀率和液限为泥岩膨胀性判别指标,根据大量现场钻孔实测资料,在TB 10621—2014《铁路工程特殊岩土勘察规程》基础上对泥岩膨胀等级进行优... 详细信息

为了对高速铁路无砟轨道地基微膨胀泥岩膨胀性进行评价,选取等效蒙脱石含量、阳离子交换量、自由膨胀率和液限为泥岩膨胀性判别指标,根据大量现场钻孔实测资料,在TB 10621—2014《铁路工程特殊岩土勘察规程》基础上对泥岩膨胀等级进行优化,采用改进层次分析法、基尼系数法和相对熵确定了判别指标组合权重,并基于改进灰关联分析法建立了泥岩膨胀等级。研究结果表明:将改进灰关联分析法和相对熵组合赋权法相结合应用于无砟轨道地基泥岩膨胀性评价,充分考虑了泥岩膨胀等级评价标准区间,克服了已有综合评价方法中对判别指标权重考虑的不足,当泥岩膨胀等级在Ⅲ级以上时,会引起高速铁路无砟轨道路基上拱,应采取相应工程措施,该研究成果对地基泥岩高速铁路路基长期持续上拱变形的工程控制措施提供理论依据。

关键词：高速铁路路基上拱相对熵改进灰关联分析法泥岩膨胀等级评价

地震作用下高填减载明洞土拱形态及衬砌结构动力响应研究

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地震工程与工程振动 2022年第5期42卷 186-195页

作者：尤刚李盛何川马莉王起才贾涛兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 西南交通大学土木工程学院四川成都610031 成昆铁路有限责任公司四川成都610081

土拱作为高填减载明洞中荷载传递的媒介,可以改善结构受力,确保结构安全。然而,西北黄土地区地震活动频繁,建设在该地区的高填减载明洞势必会受到地震荷载的影响,改变静载作用下形成的土拱形态,并引起结构的动力响应。因此,文中采用数... 详细信息

土拱作为高填减载明洞中荷载传递的媒介,可以改善结构受力,确保结构安全。然而,西北黄土地区地震活动频繁,建设在该地区的高填减载明洞势必会受到地震荷载的影响,改变静载作用下形成的土拱形态,并引起结构的动力响应。因此,文中采用数值模拟,确定了回填土中的土拱形态,并对地震作用下的土拱形态演化和衬砌结构动力响应进行研究。研究结果表明:竖向动土压力时程曲线在距明洞中央6 m范围内变化趋势相似,在距明洞中央6~8 m范围内变化趋势相反,明洞左右两侧水平动土压力时程曲线呈“此消彼长”变化;原本对称的土拱向左倾斜,土拱顶部高度降低,而底部高度升高,明洞顶土拱厚度减小了18.36%,左右两侧边坡处土拱厚度H_(3)和H_(4)分别减小了10.56%和11.43%;衬砌结构左右两侧边墙底部弯矩放大系数分别高达15.30和19.55,衬砌结构仰拱左侧位置处轴力放大系数高达22.54,明洞进行抗震设计时,应该对衬砌结构仰拱位置处的抗拉能力和左右两侧边墙底部的抗弯能力给予关注。

关键词：数值模拟高填减载明洞地震作用土拱形态结构内力

基于颗粒流对混凝土尺寸效应下的抗压裂缝分析

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硅酸盐通报 2023年第10期42卷 3554-3561页

作者：李玉成代金鹏王起才兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室兰州730070 兰州交通大学道桥工程灾害防治技术国家地方联合工程实验室兰州730070

基于颗粒流(PFC)的Fish语言编写了二维颗粒流程序,构建了二维混凝土细观模型,采用标定后的PB模型参数,对不同尺寸混凝土的破坏裂纹演化和破坏机理进行分析。模拟结果表明:混凝土单轴抗压破坏是水泥砂浆界面以及骨料与水泥砂浆交界面裂... 详细信息

基于颗粒流(PFC)的Fish语言编写了二维颗粒流程序,构建了二维混凝土细观模型,采用标定后的PB模型参数,对不同尺寸混凝土的破坏裂纹演化和破坏机理进行分析。模拟结果表明:混凝土单轴抗压破坏是水泥砂浆界面以及骨料与水泥砂浆交界面裂纹扩张和演化造成的;不同的尺寸以及随机骨料的分布会对混凝土的峰值应力和破坏模式有一定的影响;单轴抗压试件内的裂纹起始于水泥砂浆界面,随后以骨料与水泥砂浆的交界面为主开始延伸,并随着载荷增加向混凝土内部发展,到90%峰值抗压强度后,裂纹的延伸速度和增加速度进入突增阶段,主裂纹和水泥砂浆界面的次生裂纹相互作用,呈现出贯穿状,使混凝土试件破坏;随混凝土尺寸的增大和骨料数量增加,裂缝数量增加,且随混凝土尺寸的减小,裂纹突增的速度与数量比例更大。

关键词：混凝土颗粒流尺寸效应细观裂纹单轴抗压破坏随机骨料分布