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新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡降温效果及力学机理研究

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土木工程学报 2024年第7期57卷 90-105页

作者：董建华师利君吴晓磊兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀... 详细信息

本文提出了一种具有通风降温、支挡锚固和减胀减震功能的新型框架通风锚杆冻土边坡支护结构,并阐述其工作机理。基于传热学和自然对流理论,建立新型框架通风锚杆与土体换热的计算模型,对其降温效果进行了分析;基于Winkler理论,建立冻胀和融沉阶段新型框架通风锚杆与土体相互作用的力学简化计算模型,分析冻胀和融化阶段新型框架通风锚杆受力性能。结合算例,采用提出的简化计算方法分析了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的热学和力学效应,并通过模型试验与理论计算对比,对所提出理论计算方法的合理性进行验证。结果表明:①新型框架通风锚杆能够充分发挥冷季吸收冷量冻结土体、暖季屏蔽热量保护冻土的作用,并逐年抬升冻融交界面;②新型框架通风锚杆支护结构支护效果良好,能够减弱土体冻胀作用,提高多年冻土边坡的稳定性;③所提出简化计算方法以期为新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡提供理论依据。

关键词：多年冻土边坡新型框架通风锚杆自然对流协同工作融沉固结

基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

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岩土力学 2024年第5期45卷 1457-1471页

作者：叶帅华辛亮亮兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,... 详细信息

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明:使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算模型,不仅可以考虑桩-土界面的相对滑移,还可以计算桩-土界面外土体剪切带的剪切变形,使得桩顶总沉降计算更加精确,可为类似场地中单桩沉降的分析与控制提供一定的参考。

关键词：荷载传递法剪切位移法桩-土界面桩-土剪切带桩顶沉降承载特性分析

高地应力软岩隧道分级让压支护结构的力学特性分析

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中国公路学报 2024年第3期37卷 342-355页

作者：董建华徐斌吴晓磊兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压... 详细信息

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压结构变形与围岩压力间的相互关系。此外,通过收敛约束法建立数值分析模型,对比强支护和让压支护时的围岩变形特点,揭示了让压支护结构应力分布规律。结果表明:让压点决定了结构进入让压阶段的时机,让压点过小将导致结构急速失稳,不满足围岩的早期变形控制要求,让压点过高则不利于结构让压变形的完全释放,延缓结构稳定时间,影响围岩稳定;增大让压量可显著释放围岩应力,降低结构受力,保障支护结构的稳定性。合理调控两阶段的让压量分担,可提高内拱架的稳定性,减小内拱架的应力集中,提高结构承载能力。所提出的分级让压支护结构通过两阶段让压达到提高让压量、释放围岩应力、减小结构受力的目的,保障了隧道围岩稳定,可为高地应力软岩环境下的支护措施提供借鉴。

关键词：隧道工程高地应力软岩让压支护力学分析应力释放

带环形弹簧的自复位摩擦阻尼器滞回性能理论及有限元分析

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工程力学 2024年

作者：王建军韩建平许继祥兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室兰州理工大学土木工程学院

提出了一种带环形弹簧的自复位摩擦阻尼器（RS-SCFD），介绍了其基本构造及工作原理，对RS-SCFD的受力性能进行了理论分析，通过与有限元计算结果的对比证明了理论公式的适用性和准确性，以环簧-螺栓组件中的螺栓预紧力、核心板和盖板... 详细信息

提出了一种带环形弹簧的自复位摩擦阻尼器（RS-SCFD），介绍了其基本构造及工作原理，对RS-SCFD的受力性能进行了理论分析，通过与有限元计算结果的对比证明了理论公式的适用性和准确性，以环簧-螺栓组件中的螺栓预紧力、核心板和盖板间的摩擦系数、开槽板斜面倾角等为变量进行了参数分析。研究表明，随着预紧力增大，RS-SCFD的临界荷载和耗能能力略有增加，但其刚度和自复位能力基本保持不变。摩擦系数的增加同样提升了RS-SCFD的临界荷载和耗能能力，但摩擦系数越大，RS-SCFD的加载刚度越大，卸载刚度越小，自复位能力越弱。此外，核心板和盖板上的斜面倾角越大，RS-SCFD的刚度、临界荷载以及耗能和自复位能力均随之增大。

关键词：环形弹簧自复位摩擦阻尼器滞回性能理论分析有限元分析

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基于微分法的大跨度桥梁三维颤振敏感性分析

振动与冲击 2024年第7期43卷 205-213页

作者：翁祥颖董锐葛耀君福建理工大学福建省土木工程新技术与信息化重点实验室福州350118 福州大学土木工程学院福州350118 同济大学土木工程防灾减灾国家重点实验室上海200092

桥梁颤振敏感性表征设计参数对颤振临界风速的影响,是探究桥梁颤振机理与提升颤振性能的重要工具。为帮助设计人员在设计阶段高效精准地获取结构动力特性及颤振导数对大跨度桥梁颤振性能的影响规律,提出一种基于直接微分法的桥梁三维颤... 详细信息

桥梁颤振敏感性表征设计参数对颤振临界风速的影响,是探究桥梁颤振机理与提升颤振性能的重要工具。为帮助设计人员在设计阶段高效精准地获取结构动力特性及颤振导数对大跨度桥梁颤振性能的影响规律,提出一种基于直接微分法的桥梁三维颤振敏感性分析方法。该方法基于系统矩阵的左右特征向量正交特性,构建在设计参数小幅摄动时桥梁多模态耦合颤振规格化条件,结合颤振临界条件得到系统特征值及颤振临界风速对设计参数的敏感性。为检验该方法,以理想薄平板断面简支梁桥为算例,与有限差分方法进行比较,表明该方法具有较高的精度和计算效率。将该方法用于一座大跨度悬索桥的颤振敏感性分析,结果表明:对于采用闭口流线型主梁断面的大跨度桥梁,一阶对称竖弯和一阶对称扭转模态对桥梁颤振影响最大;增大桥梁结构的阻尼比、模态质量及基础扭弯频率比,均会提升桥梁颤振临界风速;颤振导数中,A_(2)^(*)影响最显著,A_(3)^(*)、A_(1)^(*)和H_(3)^(*)的影响次之,其它颤振导数的影响则基本可以忽略。

关键词：敏感性桥梁颤振微分法动力特性颤振导数

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不同建筑环境下平均风速剖面的数值模拟

同济大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 551-556页

作者：全涌曾一凡全茜同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室上海200092 上海理工大学基础学院上海200093

基于计算流体力学(CFD)方法对具有不同建筑环境参数的城市上空的风场进行系统性的数值模拟,并对平均风速剖面指数的变化规律进行讨论。研究结果表明,建筑平均高度对平均风速剖面指数的影响较大,建筑密度对平均风速剖面指数的影响较小。... 详细信息

基于计算流体力学(CFD)方法对具有不同建筑环境参数的城市上空的风场进行系统性的数值模拟,并对平均风速剖面指数的变化规律进行讨论。研究结果表明,建筑平均高度对平均风速剖面指数的影响较大,建筑密度对平均风速剖面指数的影响较小。文中还给出了以建筑平均高度和建筑密度为自变量的平均风速剖面指数经验公式。

关键词：平均风速剖面指数建筑环境参数城市风场数值模拟

基于PSO‑BPNN模型的氯氧镁水泥混凝土耐水性预测

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建筑材料学报 2024年第3期27卷 189-196页

作者：王鹏辉乔宏霞冯琼薛翠真张云升深圳大学广东省滨海土木工程耐久性重点实验室广东深圳518060 兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 东南大学材料科学与工程学院江苏南京211189

为快速准确地获得具有优异耐水性氯氧镁水泥混凝土(MOCC)的配合比,设计了拓扑结构为4‑10‑2的粒子群优化(PSO)算法-反向传播(BP)神经网络(PSO‑BPNN)模型.该模型的输入层参数为n(MgO)/n(MgCl_(2))、粉煤灰掺量、磷酸掺量和磷肥掺量,输出... 详细信息

为快速准确地获得具有优异耐水性氯氧镁水泥混凝土(MOCC)的配合比,设计了拓扑结构为4‑10‑2的粒子群优化(PSO)算法-反向传播(BP)神经网络(PSO‑BPNN)模型.该模型的输入层参数为n(MgO)/n(MgCl_(2))、粉煤灰掺量、磷酸掺量和磷肥掺量,输出层参数为MOCC的抗压强度和软化系数;模型数据集为144组,其中训练集数据为100组,验证集数据为22组,测试集数据为22组.结果表明:PSO‑BPNN模型在MOCC抗压强度预测中的评价参数——决定系数R^(2)=0.99、平均绝对误差S_(MAE)=0.52、平均绝对误差百分比S_(MAPE)=1.11、均方根误差S_(RMSE)=0.73;其在软化系数预测中的评价参数——R^(2)=0.99、S_(MAE)=0.44、S_(MAPE)=1.29、S_(RMSE)=0.62;与BP神经网络(BPNN)模型相比,PSO‑BPNN模型具有更强的双参数预测能力,可用于MOCC配合比的正向设计和反向指导.

关键词：氯氧镁水泥混凝土耐水性抗压强度软化系数 PSO‑BPNN

带可替换剪切耗能梁段的防屈曲偏心支撑钢框架动力试验研究

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建筑钢结构进展 2024年

作者：殷占忠李星兰州理工大学土木工程学院兰州理工大学甘肃土木工程防灾减灾重点实验室西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心

作为与偏心支撑钢框架分离设计的独立耗能部件，可替换剪切耗能梁段不仅在大震时将结构的塑性变形局限在耗能梁段区域内，更重要的是可以方便震后结构的修复。制作了该钢框架结构的3榀缩尺模型，并进行了单向振动台试验，得到了结构的... 详细信息

作为与偏心支撑钢框架分离设计的独立耗能部件，可替换剪切耗能梁段不仅在大震时将结构的塑性变形局限在耗能梁段区域内，更重要的是可以方便震后结构的修复。制作了该钢框架结构的3榀缩尺模型，并进行了单向振动台试验，得到了结构的动力特性、塑性发展及破坏机理，并对模型的应力分布、位移响应、加速度响应等分析研究。结构表明：该试件具备良好的耗能性能，剪切耗能梁段与防屈曲支撑构件分批耗能使得结构在地震作用下有较好的抗震性；带有可替换剪切耗能梁段的防屈曲偏心支撑钢框架试件的最大层间位移角符合规范要求，拥有良好的安全以及强度储备；结构以剪切变形为主，各层剪力增幅相对均衡，其具有优良的抗震性能，大震下可降低多层结构的加速度放大系数，有效减小结构的动力响应。

关键词：可替换剪切耗能梁段振动台试验位移响应应力分布加速度放大系数

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浸水状态下黄土地区长短桩基础承载特性试验

吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：马天忠杨嘉俊王正振陈璋佳郭保文兰州理工大学土木工程学院兰州理工大学甘肃省土木工程防震减灾重点实验室兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心

为深化地基与浸水作用机制的研究，本文通过模型试验，探讨浸水对黄土地区长短桩基础承载特性的影响。试验使用16根组合桩（8长8短），在竖向荷载与浸水条件下，全面分析湿陷变形、桩身承载力和变形特性。结果表明：长短桩基础在竖向荷... 详细信息

为深化地基与浸水作用机制的研究，本文通过模型试验，探讨浸水对黄土地区长短桩基础承载特性的影响。试验使用16根组合桩（8长8短），在竖向荷载与浸水条件下，全面分析湿陷变形、桩身承载力和变形特性。结果表明：长短桩基础在竖向荷载与浸水作用下的Q-s曲线呈典型的缓变型曲线，随浸水和荷载的增加，桩端沉降逐渐增大。水浸入使桩周湿陷土层变形加剧，湿陷变形先缓后急再减缓，湿陷深度增大导致桩侧摩阻力发展，中性点下移。浸水10天后，长桩负摩阻力最大值为61.27kPa，短桩为53.85kPa。浸水时，从负摩阻力减小速度与中性点深度变化范围来看，都是边桩最显著，中心桩和角桩接近；最大负摩阻力出现在角桩，中心桩次之、边桩最后。土体全部饱和后，长桩（边桩）中性点深度比为0.55，角桩、中心桩中性点深度比为0.64，短桩在0.62～0.64之间，试验结果与桩基规范推荐值较为接近。有限元模拟通过水力等效原理模拟浸水试验，结果与室内试验一致，表明试验可靠。

关键词：土木工程长短组合桩桩侧摩阻力中性点有限元模拟