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设置纳米流体阻尼器的沉管隧道管节接头耗能特性数值模拟研究

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隧道建设(中英文) 2025年第1期45卷 151-158页

作者：孟庆旭苏雷黄俊超郑烨炜陈炜昀凌贤长青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 中山大学土木工程学院广东珠海519082 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

沉管隧道接头刚度相对较小,在地震作用下极易产生大变形,对沉管隧道的安全造成威胁。过去研究表明:在管节接头布置减震耗能装置可以降低隧道接头的动力响应,减轻隧道震害。鉴于此,为探索设置纳米流体阻尼器的沉管隧道管节接头的耗能特性... 详细信息

沉管隧道接头刚度相对较小,在地震作用下极易产生大变形,对沉管隧道的安全造成威胁。过去研究表明:在管节接头布置减震耗能装置可以降低隧道接头的动力响应,减轻隧道震害。鉴于此,为探索设置纳米流体阻尼器的沉管隧道管节接头的耗能特性,首先,采用一种基于纳米流体材料的新型阻尼器,将其设置在沉管隧道管节接头处;然后,基于开源有限元数值计算平台Open Sees,通过定义节点代表管节接头两端的刚端头,通过定义连接两侧节点的非线性弹簧模拟GINA止水带和剪力键,从而建立管节接头三维简化力学模型,表明该接头模型可以较好地反映管节接头的受力特点;最后,针对设置与不设置纳米流体阻尼器2种工况对比管节接头耗能特性的影响。结果表明:1)采用等效弹簧模型可以有效地模拟沉管隧道管节接头各部分的非线性特性;2)与不设置阻尼器相比,设置纳米流体阻尼器后,沉管隧道管节接头耗能明显增大,垂直/水平剪力键承载力显著提高,轴向刚度明显增加。

关键词：沉管隧道管节接头纳米流体阻尼器耗能特性

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刚性墙面双面加筋土挡墙动力响应振动台模型试验研究

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岩土力学 2024年第7期45卷 1957-1966页

作者：李福秀郭文灏郑烨炜武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

设计并完成了1:4的刚性墙面双面加筋土挡墙振动台试验,在满足相似关系的前提下,通过输入不同幅值的水平向正弦波,分析刚性墙面双面加筋土挡墙的动力响应特性。研究结果表明:两侧加筋区和中部非加筋区的加速度沿着高度方向均呈现出明显... 详细信息

设计并完成了1:4的刚性墙面双面加筋土挡墙振动台试验,在满足相似关系的前提下,通过输入不同幅值的水平向正弦波,分析刚性墙面双面加筋土挡墙的动力响应特性。研究结果表明:两侧加筋区和中部非加筋区的加速度沿着高度方向均呈现出明显的放大效应,并在挡墙顶部达到最大值。随着加载幅值的增加,双面加筋土挡墙顶部的最大放大系数主要分为3个阶段,分别是平稳段、上升段与衰减段。最大墙面位移和残余位移沿着高度方向呈线性增大。当加载幅值未超过临界加速度时,位移量较小;而加载幅值超过临界加速度时,位移会迅速增大。同时,临界加速度对双面加筋土挡墙的变形模式有着决定性作用。刚性墙面双面加筋土挡墙的筋材动应变增量随着加载幅值持续施加而不断增大。底层的最大筋材应变增量出现在连接处,且沿着高度方向,最大筋材应变增量的位置不断向内部移动。

关键词：土工合成材料加筋土挡墙刚性墙面振动台试验动力响应

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拉压力传感器的标定方法研究

拉压力传感器的标定方法研究

作者：郑烨炜吉林大学

学位级别：硕士

随着高新技术的发展及数以亿计的负荷传感器的产量，使得传统力标准机在性能上已经远远不能适应新的需求。杠杆式力标准机因结构简单、操作方便、力值精度高、成本低等优点，受到广大力传感器生产厂家及军事企业的青睐。在当今科技飞... 详细信息

随着高新技术的发展及数以亿计的负荷传感器的产量，使得传统力标准机在性能上已经远远不能适应新的需求。杠杆式力标准机因结构简单、操作方便、力值精度高、成本低等优点，受到广大力传感器生产厂家及军事企业的青睐。在当今科技飞速发展的时代背景下，汽车的安全性、操控性及排放是人们主要关注的话题，力传感器的精度直接影响着汽车动力系统和安全系统的控制，但由于现在的杠杆式力标准机效率比较低、成本相对较高、结构复杂，所以研究高精度、成本低、结构优化、高效率的杠杆式力标准机是必要的。传统杠杆式力标准机均为单杠杆式结构，原理是支点位于杠杆中间，砝码和作用力点各固定在杠杆一端不动，即系统的杠杆比恒定，通过改变砝码系统的质量来改变作用力点的作用力大小。本文基于杠杆原理和变臂比杠杆式力标准机的基础上，设计一款以双杠杆为基础结构的力标准机，原理是砝码质量固定不变，通过改变砝码在杠杆上的位置来改变杠杆比,从而改变作用力大小，设备系统确定唯一零点，与放置在工作台上的传感器重量无关;该力标准机在与传动的标准机相比，简化了结构、提高了试验效率、降低了劳动强度和原材料成本。在双杠杆式结构的基础上，讨论了提高力标准机的精度措施，并建立了力标准机的动力学模型：标码加载的动力学模型和动横梁平衡主杠杆模型;实现了力标准机的结构。根据双杠杆式结构介绍了力标准机的力值加载原理，利用标码在主杠杆的位置对传感器施加不同的力值，通过动横梁的移动平衡主杠杆，实现力值的加载。根据力标准机的加载原理设计了电控系统，力标准机中标码的位置精确控制和动横梁的速度控制均采用全数字伺服控制系统，系统的核心为6050智能电机控制卡;利用编码器实时反馈标码的位置;LVDT差动变压器实时监测主杠杆的平衡状态，利用数据采集表ADAM-4017将LVDT差动变压器的电压信号实时转换为数字信号，将数字信号和脉冲反馈给计算机，经过算法处理，实现位置精确控制和恢复主杠杆的平衡;件平台设计了力标准机的控制软件，用户可根据软件界面上的提示自行输入和操作，而且可以根据反馈信息判断力标准机的工作状态及出现的故障，软件对采集的数据进行复杂的处理，并调用Microsoft Excel打印试验报表。在上述工作完成的基础上，对不同规格的压力传感器进行试验标定，根据实验结果判断力标准机的性能指标;安装阻尼减振装置，对力标准机做无阻尼和有阻尼减振装置试验，采集试验数据，分析阻尼减振装置对试验结果的影响;利用铜柱的塑性变形，对铜柱进行施压试验，检定力标准机的重复性。

关键词：力传感器标准力源自动控制监控技术人机界面

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地基土类型对加筋土桥台承载性能的影响研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第7期51卷 1-6页

作者：郑俊杰邓嘉隆漆子文郑烨炜华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

为研究地基土类型对土工合成材料加筋土(GRS)桥台承载性能的影响,设计并完成了砂土地基和软土地基上的GRS桥台两组室内模型载荷试验.以石英砂和高岭土模拟两种不同类型的地基土,通过对模型分级加载研究加筋土桥台在两种地基上的承载性能... 详细信息

为研究地基土类型对土工合成材料加筋土(GRS)桥台承载性能的影响,设计并完成了砂土地基和软土地基上的GRS桥台两组室内模型载荷试验.以石英砂和高岭土模拟两种不同类型的地基土,通过对模型分级加载研究加筋土桥台在两种地基上的承载性能,对比分析GRS桥台在两种地基上的变形受力特征及破坏规律.试验结果表明:砂土地基组GRS桥台在上部荷载作用下变形较小,墙面位移随着荷载的增大呈鼓肚状,软土地基组桥台受到较小荷载时达到破坏,桥台加筋区整体下陷,墙面位移随高度的降低逐渐增大,桥台破坏形式为整体失稳破坏;地基土类型对竖向土压力增量的影响较小,试验测得的竖向土压力增量结果与美国联邦公路局的计算方法比较符合;软土地基在竖向荷载作用下发生较大变形,同一高度处筋材在软土地基中应变值更大.

关键词：土工合成材料加筋土桥台软土地基模型试验承载性能

循环荷载下筋材对桩承式低路堤荷载传递机制的影响试验

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中国公路学报 2024年第6期37卷 66-75页

作者：徐传堡贾亚飞郑俊杰郑烨炜武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

软土地区路基在长期交通荷载作用下,容易出现路面开裂、不均匀沉降等问题。桩承式路堤是软土地区最常用的路基加固方法之一,研究其在循环荷载下的动力特性,对于指导交通荷载下路堤的长期沉降控制具有重要意义。然而,现有的研究主要集中... 详细信息

软土地区路基在长期交通荷载作用下,容易出现路面开裂、不均匀沉降等问题。桩承式路堤是软土地区最常用的路基加固方法之一,研究其在循环荷载下的动力特性,对于指导交通荷载下路堤的长期沉降控制具有重要意义。然而,现有的研究主要集中于静载下的高路堤,对循环荷载下低路堤工作性能的研究较少。为此,开展了2组模型试验探究循环荷载下筋材对桩承式低路堤荷载传递机制的影响,分析了路堤沉降、荷载传递效率、应力应变分布等的变化特征。研究结果表明:桩承式低路堤在动载作用下产生较大的累积变形,筋材的加入有利于减小累积变形的发展。在所提试验条件下,加筋低路堤的累积变形减小了24.5%;在动载作用下,桩承式低路堤荷载传递效率随着循环次数的增加而逐渐降低,随后保持稳定;加筋增大了荷载传递效率,减小了荷载传递效率的降低幅度。在较大的循环次数和动载幅值下,未加筋低路堤的荷载传递效率持续下降,而加筋路堤缓慢增大;未加筋低路堤在静载作用下较早地形成部分土拱,随着动载的施加,土拱逐渐弱化;加筋低路堤的应力重分布现象有所改善。基于试验结果,提出了动载作用下桩承式低路堤的界定方法,并基于荷载传递效率降低系数,对模型试验中低路堤的工作性能进行了评价。

关键词：路基工程土拱演化荷载传递机制桩承式路堤循环荷载土工合成材料

考虑非饱和土水-力耦合特性的加筋路堤湿化变形数值模拟研究

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土木与环境工程学报(中英文) 2024年

作者：吴昊栾晓寒曾长贤郑俊杰郑烨炜武汉大学土木建筑工程学院中铁第四勘察设计研究院有限公司

路堤填土通常处于非饱和状态，降雨引起的雨水入渗会导致非饱和填土发生润湿而发生变形，从而导致路堤边坡发生变形。土工合成材料具有较高的抗拉强度，能减小路堤变形，并提高其稳定性。提出一个考虑非饱和土水-力耦合行为的本构模型... 详细信息

路堤填土通常处于非饱和状态，降雨引起的雨水入渗会导致非饱和填土发生润湿而发生变形，从而导致路堤边坡发生变形。土工合成材料具有较高的抗拉强度，能减小路堤变形，并提高其稳定性。提出一个考虑非饱和土水-力耦合行为的本构模型，通过二次开发嵌入有限差分程序FLAC，根据加载和湿化路径的三轴试验数据对本构模型进行验证。利用验证的非饱和土本构模型模拟路堤填料，研究非饱和土加筋路堤在降雨条件下的湿化变形行为，并对比研究筋材对路堤湿化变形的影响。结果表明：筋材在未加筋区几乎不产生影响，但筋材能有效减小加筋区土体单元的体积应变和剪应变。筋材对路堤中线附近未加筋区的顶面沉降几乎不产生影响，但能有效减小路肩处的顶面沉降和路堤边坡的侧向位移。筋材长度越长，其对减小路堤的顶面沉降和路堤边坡的侧向位移效果越好，路堤内部的潜在破坏面距坡面越远。

关键词：非饱和土水-力耦合本构模型湿化变形降雨入渗加筋路堤

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三维土工网边坡防护水土保持能力研究

铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 149-157页

作者：李时亮曾长贤王亚飞李立吴昊郑烨炜中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

路基边坡防护工程可减轻降雨对坡面土体的侵蚀作用,为深入研究坡面防护材料水土保持能力的定量表征方法,通过室内人工降雨边坡侵蚀模型试验,分析不同降雨强度和不同三维土工网防护下路基边坡的降雨侵蚀规律,提出三维土工网水土保持能力... 详细信息

路基边坡防护工程可减轻降雨对坡面土体的侵蚀作用,为深入研究坡面防护材料水土保持能力的定量表征方法,通过室内人工降雨边坡侵蚀模型试验,分析不同降雨强度和不同三维土工网防护下路基边坡的降雨侵蚀规律,提出三维土工网水土保持能力的试验测定方法及相关系数计算公式。研究结果表明:三维土工网防护边坡泥沙流失干质量明显小于相同条件下不设防边坡泥沙流失干质量,土工网防护在减少边坡侵蚀量的同时,有利于边坡侵蚀进程的快速稳定,但土工网的水土保持能力随雨强增大急剧下降。泥沙流失速度随着降雨的持续而逐渐减小,后期趋于收敛稳定,侵蚀历程采用指数函数拟合具有较好的相关性。建议设防边坡的试验降雨时间不少于70 min,不设防的边坡试验降雨时间不小于100 min。水土保持能力系数随雨强的增大呈对数函数关系减小,雨强超过100 mm/h时水土保持能力系数实测值与对数函数拟合值差异较大,建议在测定材料水土保持能力系数时雨强取20~100 mm/h,可取50 mm/h作为标准试验雨强。泡面类三维土工网水土保持能力显著优于普通三维土工网,而双泡面的三维土工网优于单泡面三维土工网。试验条件下凹凸泡面三维土工网的水土保持能力系数主要分布在1.71~3.03,建议50 mm/h雨强三维土工网水土保持能力系数不应小于1.5。

关键词：降雨侵蚀边坡防护三维土工网模型试验水土保持能力系数

软土地基中包裹碎石桩地震动力响应数值模拟研究

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土木与环境工程学报（中英文） 2023年第5期45卷 58-65页

作者：王嘉鑫纪明昌郑俊杰郑烨炜武汉大学土木建筑工程学院武汉430072

包裹碎石桩是将碎石桩包裹在土工合成材料中,通过土工合成材料的径向约束作用,减少碎石桩的变形,提高其在软土地基中的稳定性。使用有限差分程序FLAC3D进行模拟,研究地震荷载作用下软土地基中包裹碎石桩的动力响应。数值模型采用考虑滞... 详细信息

包裹碎石桩是将碎石桩包裹在土工合成材料中,通过土工合成材料的径向约束作用,减少碎石桩的变形,提高其在软土地基中的稳定性。使用有限差分程序FLAC3D进行模拟,研究地震荷载作用下软土地基中包裹碎石桩的动力响应。数值模型采用考虑滞回特性的非线性弹塑性模型模拟碎石桩和软土,使用线弹性土工格栅单元模拟土工合成材料。利用振动台试验结果验证三维动力数值模型,然后开展参数分析,研究筋材刚度、软土剪切模量、路堤荷载等参数对软土地基中包裹碎石桩地震动力响应的影响规律。数值模拟结果表明:随着筋材刚度的增加、软土剪切模量的增加、竖向荷载的减小,碎石桩的沉降及筋材应变和土体的剪应变也显著减小,土工合成材料包裹筋材可以有效提高碎石桩的抗震性能。

关键词：土工合成材料碎石桩包裹碎石桩地震动力响应软土地基

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穿越变化地层的沉管隧道接头地震响应的解析解

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岩土力学 2024年第S01期45卷 289-298页

作者：周桓竹刘圣安李斌陈炜昀苏雷郑俊杰郑烨炜武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 中交第一航务工程有限公司天津300461 中山大学土木工程学院广东广州510275 青岛理工大学土木工程学院山东青岛266520

沉管隧道接头是穿越变化地层的沉管隧道抗震设计的关键。介绍了穿越变化地层的沉管隧道接头地震响应的理论分析模型。分析模型包含两个柔性接头和3个管节单元,利用Pasternak双参数地基模型模拟下卧地层,利用Euler-Bernoulli梁模型模拟... 详细信息

沉管隧道接头是穿越变化地层的沉管隧道抗震设计的关键。介绍了穿越变化地层的沉管隧道接头地震响应的理论分析模型。分析模型包含两个柔性接头和3个管节单元,利用Pasternak双参数地基模型模拟下卧地层,利用Euler-Bernoulli梁模型模拟沉管隧道管节,考虑了穿越变化地层的沉管隧道接头的力和变形传递,立足于两端连接人工岛的沉管隧道类型,以自由边界模拟结构两端连接方式。基于矩阵传递原理,建立了考虑行波效应的沉管隧道接头的地震响应解析解。利用有限元模拟结果验证了解析解的可靠性。发现使用柔性接头可以明显减小变化地层界面的剪力和弯矩,自由边界条件下,接头剪切刚度主要影响接头剪力,接头弯曲刚度主要影响接头弯矩。当沉管隧道接头的受力呈现同向最大值时,对应的地震波相位角并不一致。地震波垂直入射时,接头受力最小。

关键词：沉管隧道接头地震响应变化地层行波效应