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悬浮隧道支撑锚索在管体运动状态下的动频率与湿模态

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振动与冲击 2024年第2期43卷 271-279页

作者：朱灿刘炎易壮鹏长沙理工大学土木工程学院长沙410114

悬浮隧道(submerged floating tunnel,SFT)是一种潜力巨大的水下交通结构,其支撑锚索频率、模态的精确获取对识别结构动力性能至关重要。该研究提出了一种管体运动状态下求解锚索“动频率”和“湿模态”的新颖方法,将锚索等效为梁或弦... 详细信息

悬浮隧道(submerged floating tunnel,SFT)是一种潜力巨大的水下交通结构,其支撑锚索频率、模态的精确获取对识别结构动力性能至关重要。该研究提出了一种管体运动状态下求解锚索“动频率”和“湿模态”的新颖方法,将锚索等效为梁或弦建立了四类考虑锚索抗弯刚度、湿重等因素的力学模型。在对运动悬浮隧道结构进行拟静态处理,及通过静平衡时锚索顶张力与该索支撑范围内净浮力相等的原则确定结构基本参数的前提下,研究了管体竖向周期运动过程中锚索动频率与湿模态的分布规律。获取了锚索动频率带及其上限、下限与管体浮重比、锚索倾角、竖向高度及管体运动幅值之间的对应关系与参数敏感区间,得到了锚索湿模态对湿重展向效应、竖向高度等因素的敏感程度,可为进一步深入研究锚索涡振频率锁定、参数振动提供新的处理思路。

关键词：悬浮隧道(SFT) 支撑锚索管体运动动频率湿模态

基于曲梁理论的覆冰分裂导线舞动非线性动力分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 180-189页

作者：张孜航韩艳盛国刚李凯长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

基于空间曲梁理论的应变-位移关系,建立了具有三个平动自由度和一个转角自由度的覆冰分裂导线舞动分析混合模型.考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,利用虚功原理建立覆冰分裂导线的非线性动力学方程.采用振... 详细信息

基于空间曲梁理论的应变-位移关系,建立了具有三个平动自由度和一个转角自由度的覆冰分裂导线舞动分析混合模型.考虑覆冰导线所受空气动力的非线性和导线大幅运动的几何非线性,利用虚功原理建立覆冰分裂导线的非线性动力学方程.采用振型叠加法将方程变换到振型空间中,并使用时间积分算法求解.然后通过数值计算对单元无关性进行了检验,分析单元数量对覆冰导线前六阶频率的影响;此外研究了模态收敛性,分析模态截断对舞动响应的影响;最后分析了气动力对结构频率的影响.研究结果表明,气动力对分裂导线的扭转频率有较大的影响,这准确地反映了输电线路的动态特性;另外,覆冰分裂导线混合模型用于输电线的舞动分析时具有可靠的精度,说明该混合模型可以预测输电线路的实际舞动响应,便于后续控制设计的实施.

关键词：曲梁分裂导线舞动非线性覆冰

基于应变楔模型的堆载下被动斜桩受力变形分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第5期51卷 46-55页

作者：周德泉朱沁王创业周毅长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

被动斜桩大多应用于开挖基坑的支护工程中,很少应用于填筑体抗滑工程中,且工程性状尚不清楚.为分析侧向堆载作用下被动斜桩受力变形特性,本文基于应变楔模型(SW模型),结合Boussinesq解进行双重积分及坐标变换,建立了侧向堆载作用下被动... 详细信息

被动斜桩大多应用于开挖基坑的支护工程中,很少应用于填筑体抗滑工程中,且工程性状尚不清楚.为分析侧向堆载作用下被动斜桩受力变形特性,本文基于应变楔模型(SW模型),结合Boussinesq解进行双重积分及坐标变换,建立了侧向堆载作用下被动斜桩的挠曲微分方程,推导了其相应桩身内力与侧移的有限差分解,并通过与现场试验和室内模型试验对比验证了本文方法的有效性.结果表明:相同荷载作用下,负斜桩的桩顶侧移与桩身弯矩峰值最小、正斜桩次之、直桩最大;正斜桩和负斜桩的桩顶侧移与桩身弯矩峰值均随其倾斜角的增大而减小.侧向堆载下斜桩桩身变形模式为“平移叠加转动”.桩身常规倾斜角范围内(≤20°),坡脚处将桩设置成向堆载中心倾斜、倾斜角较大的负斜桩,可以取得更好的工程效果.

关键词：路基工程堆载被动斜桩应变楔模型

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基于超声尾波法的钢筋混凝土腐蚀监测研究

振动与冲击 2024年第2期43卷 264-270页

作者：吕铎徐嘉豪胡宏伟易善昌王磊长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 长沙理工大学土木工程学院长沙410114

针对现有超声无损检测方法在钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)腐蚀损伤评价方面存在的传播速度偏差问题,提出一种利用尾波干涉(coda wave interference,CWI)表征RC腐蚀情况的监测方法。在混凝土超声传播多重散射基础上,建立CWI腐蚀... 详细信息

针对现有超声无损检测方法在钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)腐蚀损伤评价方面存在的传播速度偏差问题,提出一种利用尾波干涉(coda wave interference,CWI)表征RC腐蚀情况的监测方法。在混凝土超声传播多重散射基础上,建立CWI腐蚀损伤评价指标。搭建快速电化学试验监测了RC在0,1%,2%腐蚀率下的腐蚀过程,通过逐步CWI分析了相对速度变化Δv/v及去相关系数K_(d)的变化规律,探究了换能器布置方式对尾波腐蚀监测敏感性的影响。研究结果表明:Δv/v随着腐蚀时间而逐渐减小,K_(d)随着腐蚀时间而逐渐增大;CWI方法能够有效地监测RC结构腐蚀裂纹的扩展过程,并且具有较好的敏感性;换能器采用垂直、对侧和同侧三种不同布置方式均能检测出RC结构腐蚀开裂,垂直布置方式对RC腐蚀检测的敏感程度更高。

关键词：超声检测尾波干涉(CWI) 钢筋混凝土(RC) 腐蚀多重散射

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不同厚宽比矩形截面柱体涡激振动的数值研究

振动与冲击 2024年第10期43卷 73-81页

作者：祝瑜哲陈伏彬长沙理工大学土木工程学院长沙410114

厚宽比的变化将导致矩形截面柱体周边流场的变化,进而影响结构气动性能及其涡激振动响应。基于Fluent软件平台,以雷诺数22 000的二维矩形截面柱体为对象,结合重叠网格技术与四阶龙格-库塔法,研究了厚宽比对其涡激振动的影响,从流场角度... 详细信息

厚宽比的变化将导致矩形截面柱体周边流场的变化,进而影响结构气动性能及其涡激振动响应。基于Fluent软件平台,以雷诺数22 000的二维矩形截面柱体为对象,结合重叠网格技术与四阶龙格-库塔法,研究了厚宽比对其涡激振动的影响,从流场角度进行了影响机理分析。首先,选择厚宽比D/B=0.25的矩形截面,将计算结果与相关文献试验与模拟对比,验证了模拟方法及参数设置的有效性;然后,从气动力系数统计值及自谱、流向与横风向振幅变化以及相位转变等角度,对比分析了厚宽比对结构涡激振动响应的影响;最后,从瞬态流场的角度,分析了不同折减风速对柱体尾涡脱落的影响。结果表明,在柱体截面面积不变时,较小厚宽比柱体的涡振响应极为微弱,气动性能也明显低于大厚宽比柱体,大厚宽比柱体的气动性能及涡振响应高于标准方柱,振幅也会在较低折减风速下发生突变,但会在较高折减风速下达到振幅峰值。比起圆柱等结构,分离角固定的矩形柱体的尾涡脱落模式对折减风速的变化并不敏感,这一特征在大厚宽比方柱上表现更为明显。

关键词：数值模拟厚宽比涡激振动折减风速振幅比瞬态流场

铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料性能与机理分析

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 1107-1119页

作者：付宏渊姚杰邱祥长沙理工大学交通运输工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为促进岩土工程绿色发展,提高尾矿资源化利用效率,选取铜尾矿制备铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料,研究水固比、铜尾矿掺量、碱激发剂用量及碱激发剂模数对改性浆液各性能指标的影响规律及微观机理。研究结果表明:掺入尾矿有利于改善... 详细信息

为促进岩土工程绿色发展,提高尾矿资源化利用效率,选取铜尾矿制备铜尾矿改性水泥基地聚合物注浆材料,研究水固比、铜尾矿掺量、碱激发剂用量及碱激发剂模数对改性浆液各性能指标的影响规律及微观机理。研究结果表明:掺入尾矿有利于改善改性浆液力学性能,掺入碱激发剂能提高改性浆液整体的反应程度,减小改性浆液析水率;综合考虑各项性能指标,选取改性浆液最佳配比,即水固比为1.0,铜尾矿掺量为30%(质量分数,下同),碱激发剂用量为4%,碱激发剂模数为1.6;相较于纯水泥浆液,改性浆液最佳配比黏度减小11.1%,流动度增大22.3%,析水率减小29.7%,28 d结石体抗压强度仅减小9.5%,耐久性能良好;改性浆液发生地聚合物反应形成了具有三维空间网状结构的C-A-S-H凝胶和N-A-S-H凝胶等胶凝物质。本研究成果可为岩土工程提供高性能低成本的注浆材料,同时还将为尾矿等固废材料资源化利用提供参考。

关键词：岩土工程注浆材料铜尾矿地聚合物碱激发微观机理

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薄膜/衬底系统中随机缺陷的敏感性研究

固体力学学报 2024年第05期 652-664页

作者：赖安迪廖军欧迪付果长沙理工大学土木工程学院力学系

由于原材料的差异和制造工艺的复杂性，工程结构中难以避免地存在随机缺陷。考虑到薄膜/衬底系统对缺陷的敏感性，本文采用Monte-Carlo法对随机缺陷结构的稳定性进行统计分析，并结合数值模拟探讨含随机缺陷的薄膜/衬底系统在失稳下的... 详细信息

由于原材料的差异和制造工艺的复杂性，工程结构中难以避免地存在随机缺陷。考虑到薄膜/衬底系统对缺陷的敏感性，本文采用Monte-Carlo法对随机缺陷结构的稳定性进行统计分析，并结合数值模拟探讨含随机缺陷的薄膜/衬底系统在失稳下的形貌演化和后屈曲平衡路径。数值结果表明，随机缺陷结构的临界载荷呈现不稳定性，其中缺陷显著降低了结构的临界载荷，随机缺陷破坏了结构的对称性，使有序的棋盘状图案转化成无序的褶皱核图案并影响了后续的形貌走势。该研究评估了薄膜结构中随机缺陷的潜在风险和影响，旨在提高薄膜器件、涂层和表面处理的可靠性和性能，同时缩小稳定性理论研究成果与实际设计应用之间的差距。

关键词：随机缺陷缺陷敏感性形貌演化后屈曲稳定性

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钢桥面板焊缝多疲劳裂纹耦合扩展试验

中国公路学报 2024年第5期37卷 267-277页

作者：鲁乃唯戴歆文王鸿浩罗媛长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 湖南工业大学土木工程学院湖南株洲412000

随着在役钢桥面板老龄化进程,顶板焊缝处疲劳裂纹大量萌生并持续扩展,诱发多裂纹间的耦合扩展与融合现象,形成的长裂纹是在役桥梁的重大安全隐患。为研究钢桥面板焊缝处近源多裂纹耦合扩展特性,制作了含初始缺陷的钢桥面板足尺模型,开... 详细信息

随着在役钢桥面板老龄化进程,顶板焊缝处疲劳裂纹大量萌生并持续扩展,诱发多裂纹间的耦合扩展与融合现象,形成的长裂纹是在役桥梁的重大安全隐患。为研究钢桥面板焊缝处近源多裂纹耦合扩展特性,制作了含初始缺陷的钢桥面板足尺模型,开展了多裂纹耦合扩展试验研究,监测了裂尖的静态与动态热点应力,对比了裂纹近端点与远端点的扩展速率,捕捉了多裂纹间的耦合扩展行为。采用FRANC3D-ABAQUS交互技术模拟分析了多裂纹间的应力强度因子放大效应,对比分析了裂纹尺寸与深度对多裂纹耦合扩展速率的影响规律。试验与数值分析结果表明:多裂纹耦合效应主要作用于相邻裂纹尖端区域,耦合效应随着裂尖间距的缩小而持续增加;试验模型裂纹萌生初期的测点应力幅下降约15%,裂纹耦合阶段的近端点与远端点应力幅降幅分别为68.4%和21.6%,焊缝应力幅的衰减与裂纹扩展速率呈正相关,当裂纹贯穿顶板时焊趾处应力幅趋近于零;多裂纹之间的耦合效应随着裂纹深度的增加而趋于明显,形态比为a/c=1.5的裂纹耦合效应最明显,其交互因子达到1.169。

关键词：桥梁工程正交异性钢桥面板模型试验多裂纹耦合扩展热点应力

基于滑移面夹角线性变化的盾构隧道松动土压力计算方法研究

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现代隧道技术 2024年第3期61卷 8-17页

作者：黄戡吴奇江邓喜李徽长沙理工大学土木工程学院长沙410114

基于滑移面形态随相对位移的变化而变化,并考虑盾构隧道不同地层损失下土拱演化过程,提出滑移面夹角线性变化计算方法。分析极限平衡状态下受力微分方程以求解松动土压力表达式,并考虑滑移面高度随相对位移的变化以分析地层拱对边界条... 详细信息

基于滑移面形态随相对位移的变化而变化,并考虑盾构隧道不同地层损失下土拱演化过程,提出滑移面夹角线性变化计算方法。分析极限平衡状态下受力微分方程以求解松动土压力表达式,并考虑滑移面高度随相对位移的变化以分析地层拱对边界条件的影响。通过颗粒流数值分析模拟,研究不同工况下土拱比的变化规律以验证理论计算模型的合理性。结果表明:平均竖向应力随深度的增加而增大,但增长率逐渐变小;土拱演化过程以应力恢复为主,土拱比从0.326缓慢增大至0.495;埋深比和内摩擦角越大,土拱比越小。

关键词：盾构隧道土拱效应滑移面倾角松动土压力