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张靖皋长江大桥日照作用下组合结构桥塔温度效应研究

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中国公路学报 2024年第7期37卷 125-136页

作者：刘宇飞张寒硕王仁贵魏乐永聂鑫樊健生清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 中交公路规划设计院有限公司北京100088

温度效应对于桥梁结构安全使用具有重要影响,也经常成为组合结构桥梁设计中的控制因素。为探究桥塔在服役阶段受到的日照温度效应影响,推动组合结构桥梁设计方法进步,以张靖皋长江大桥钢箱-钢管约束混凝土桥塔为例,对其开展试验与模拟... 详细信息

温度效应对于桥梁结构安全使用具有重要影响,也经常成为组合结构桥梁设计中的控制因素。为探究桥塔在服役阶段受到的日照温度效应影响,推动组合结构桥梁设计方法进步,以张靖皋长江大桥钢箱-钢管约束混凝土桥塔为例,对其开展试验与模拟研究。首先,开展桥塔结构缩尺模型暴晒试验,测量晴朗天气下的结构关键位置温度与脱空结果,得到该结构在日照辐射作用下的温度场基本分布与变化规律,并通过有限元温度场计算方法模拟再现了暴晒试验中的温度结果。试验结果表明:外部钢箱对内部的受力结构起到了温度保护效应,避免了日照导致的钢管混凝土界面脱空,有限元计算结果与试验数据基本吻合,从而验证了有限元分析方法的有效性。其次,建立实际索塔结构的整体模型,分析并提取了实际结构在夏至日和冬至日的日照轨迹、温度时程与温度分布结果,并对截面两侧的温度差值进行了双因素的综合敏感性分析。结果表明:在一天中随着日照方向的不断变化,桥塔不同方向的钢箱壁板会轮流升温,内部的钢管混凝土结构温度主要与环境温度相关。再次,总结出了钢箱-钢管约束混凝土组合桥塔的温度梯度模式,采用多段折线的方式进行简化分析。最后,基于以上日照温度效应的分析,给出了面向组合结构桥梁设计阶段的几点建议。

关键词：桥梁工程钢-混凝土组合桥塔数值模拟温度效应日照辐射温度梯度

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真空预压淤堵区渗透系数的计算方法

岩土力学 2024年第7期45卷 2085-2093页

作者：崔允亮潘方然高楥园金子原浙大城市学院土木工程系浙江杭州310015 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

在废弃泥浆的真空预压过程中,预制竖向排水板周围经常会形成淤堵区域。准确测量和计算淤堵区泥浆的渗透系数对于预测废弃泥浆固结的情况至关重要。由于淤堵区泥浆渗透系数难以直接测量,且缺乏理论推导方法,因此提出了淤堵区渗透系数与... 详细信息

在废弃泥浆的真空预压过程中,预制竖向排水板周围经常会形成淤堵区域。准确测量和计算淤堵区泥浆的渗透系数对于预测废弃泥浆固结的情况至关重要。由于淤堵区泥浆渗透系数难以直接测量,且缺乏理论推导方法,因此提出了淤堵区渗透系数与淤堵区厚度的计算方法。为研究淤堵区的形成和验证计算方法,设计了一套试验装置进行验证,证明了该计算方法的实用性和可行性。同时,研究得出在工程现场对废弃泥浆进行真空预压时,应将真空度控制在90 kPa以下,并且在60~80 kPa之间,真空度越低,淤堵区的形成越慢。提出了淤堵区渗透系数计算方法,可用于预测真空预压过程中淤泥的固结程度。

关键词：废弃泥浆真空预压淤堵区渗透系数计算方法

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一维有限元的EEP单元及其自适应分析

应用数学和力学 2024年

作者：杨帅袁驷清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室

对m（>1）次单元,基于单元能量投影（Element Energy Projection,简称EEP）法提出的简约格式位移解u*具有比常规有限元解uh至少高一阶的精度,据此提出了EEP单元概念,并给出以EEP单元作为最终解的自适应有限元求解策略。通过编制相应的... 详细信息

对m（>1）次单元,基于单元能量投影（Element Energy Projection,简称EEP）法提出的简约格式位移解u*具有比常规有限元解uh至少高一阶的精度,据此提出了EEP单元概念,并给出以EEP单元作为最终解的自适应有限元求解策略。通过编制相应的计算程序分析了一维非自伴随问题,计算结果与理论预期吻合较好,验证了自适应求解策略的有效性和可靠性。研究结果表明:该法可以给出按最大模度量、逐点满足误差限的解答,相较于常规单元,最终的求解单元数更少。

关键词：一维有限元单元能量投影(EEP) EEP单元自适应有限元法

碱-热条件下膨润土缓冲材料导热系数演化及微观特征

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岩土工程学报 2024年第7期46卷 1408-1417页

作者：曾召田林铭宇孙德安曹珊珊车东泽梁珍桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室广西桂林541004 上海大学土木工程系上海200444

碱-热条件下膨润土缓冲层材料的导热性能是核废物深地质处置库设计的一个关键因素。对MX80膨润土粉末进行不同碱-热工况预处理,采用热针法探讨碱-热条件下膨润土缓冲材料导热系数的演化规律;选取代表试样分别进行X射线衍射(XRD)、扫描电... 详细信息

碱-热条件下膨润土缓冲层材料的导热性能是核废物深地质处置库设计的一个关键因素。对MX80膨润土粉末进行不同碱-热工况预处理,采用热针法探讨碱-热条件下膨润土缓冲材料导热系数的演化规律;选取代表试样分别进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、压汞(MIP)和热重分析(TGA)等试验,揭示出碱-热作用对膨润土试样矿物成分、微观形貌、孔隙结构和结合水形态等演化特征的影响机制,阐释碱-热条件下膨润土缓冲材料导热系数演化的微观机理。试验结果表明:碱-热条件下,膨润土试样的导热系数λ随碱液p H值的递增而减小,随环境温度T的升高而增大,在高碱性溶液(pH=13.0~14.0)和高温环境(T=60℃~90℃)中这一特性表现得尤为显著;根本原因在于试样中原有矿物成分在碱液作用下发生不同程度的溶蚀现象,表现为蒙脱石和石英含量的减少、方沸石含量的增加,导致试样中固体成分减少、孔隙率增加、表观干密度减小、吸水性能变弱,而环境温度在该过程中起到良好的促进作用。

关键词：膨润土缓冲材料导热系数碱-热条件演化特征微观机制

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基于人工智能算法的氯盐侵蚀混凝土预测模型

硅酸盐通报 2024年第2期43卷 439-447页

作者：崔纪飞柏林饶平平康陈俊杰张锟上海理工大学土木工程系上海200093

本文基于机器学习算法建立了输电塔桩基混凝土氯离子浓度预测模型,通过相关系数、均方根误差、绝对平均误差和方差比对模型进行检验,并根据蒙特卡洛模拟对模型的稳健性进行分析,同时基于海马优化器对模型进行优化。结果表明,支持向量机(... 详细信息

本文基于机器学习算法建立了输电塔桩基混凝土氯离子浓度预测模型,通过相关系数、均方根误差、绝对平均误差和方差比对模型进行检验,并根据蒙特卡洛模拟对模型的稳健性进行分析,同时基于海马优化器对模型进行优化。结果表明,支持向量机(SVM)模型、随机森林(RF)模型和梯度提升树(GBDT)模型都可以准确预测输电塔桩基混凝土中氯离子浓度,相关系数R^(2)均大于0.880,均方根误差小于0.009,绝对平均误差小于0.006,方差比大于0.890。根据误差和稳健性分析结果,建议混凝土中氯离子浓度的预测计算优先使用GBDT模型和SVM模型。根据优化结果,海马优化器能显著提升模型的性能。

关键词：机器学习算法氯离子浓度预测模型稳健性海马优化器

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双线铁路隧道复合式衬砌优化研究

地下空间与工程学报 2024年第1期20卷 201-209页

作者：李亚冉刘轶长治职业技术学院土木工程系山西长治046000 贵州大学土木工程学院贵阳550025

研究复合式衬砌的受力情况是复合式衬砌设计的基础,在实际工程中,复合式衬砌的设计方案通常以经验为主导,为了提出效益更佳的铁路双线隧道复合式衬砌设计方案,基于现场监测和数值模拟,改变喷混层厚度、格栅钢架型号和二衬厚度开展衬砌... 详细信息

研究复合式衬砌的受力情况是复合式衬砌设计的基础,在实际工程中,复合式衬砌的设计方案通常以经验为主导,为了提出效益更佳的铁路双线隧道复合式衬砌设计方案,基于现场监测和数值模拟,改变喷混层厚度、格栅钢架型号和二衬厚度开展衬砌优化研究,通过分析改变以上设计参数对衬砌内力的影响来确定最优的设计方案。研究表明:(1)喷混层厚25 cm、格栅钢架H180、二衬拱腰和侧墙的厚度分别为40 cm和35 cm为该隧道的最优设计方案;(2)格栅钢架的轴力分布特征为“拱部最大、侧墙次之、仰拱较小”;(3)在改变格栅钢架型号并增加喷混层厚度后,格栅钢架承受的轴力下降了10%;(4)侧压力系数为0.8时,拱顶、拱腰和侧墙的内力分布较均匀,弯矩处于较低的水平;(5)减薄二衬厚度提高了衬砌的抗弯安全系数,验证了减薄层二衬5~15 cm优化方案的可行性。

关键词：抗弯安全系数衬砌结构安全性隧道工程衬砌优化极限承载力

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L型槽不出筋叠合板承载性能足尺试验研究

工程科学与技术 2024年

作者：刘威郭小农文艺王兵周森徐军戴靠山同济大学土木工程学院上海宝冶集团有限公司四川大学土木工程系

针对传统叠合板外伸钢筋严重影响施工质量和效率的问题，提出L型槽不出筋叠合板端部设计新方法，该方法采用预设L型槽孔来放置板边、板间的连接钢筋，避免了板端出筋，具有制作、储运、施工方便等优势，可大幅提高施工效率。为探究该L... 详细信息

针对传统叠合板外伸钢筋严重影响施工质量和效率的问题，提出L型槽不出筋叠合板端部设计新方法，该方法采用预设L型槽孔来放置板边、板间的连接钢筋，避免了板端出筋，具有制作、储运、施工方便等优势，可大幅提高施工效率。为探究该L型槽端部设计方法对板梁连接处的整体性以及对叠合板承载性能的影响，本研究采用堆载的方式对6个带端梁的足尺楼板试件进行了静载试验，包括3个L型槽不出筋叠合板、2个传统叠合板以及1个同尺寸现浇整板。采用应变采集仪、高精度位移计和裂缝观测仪获得了试件关键部位的试验数据，如端部L型钢筋、传统叠合板端部伸出钢筋的应变，叠合板跨中挠度，跨中裂缝宽度、间距等并进行了分析。结果表明：L型槽配合L型筋的结构设计可起到与传统纵向钢筋一致的连接效果，其L型钢筋弯折与L型槽相互作用限制了板端部钢筋的滑移，虽然L型钢筋长度较短，较传统伸出钢筋与后浇混凝土粘结强度也略低，其仍然能有效传递荷载；新型端部构造对板的跨中承载力影响微小，L型槽不出筋叠合板与传统叠合板的力学性能总体相近，满足正常使用极限状态和承载能力极限状态性能要求。通过试验初步验证了新型L型槽不出筋叠合板构造设计的可行性。

关键词：不出筋叠合板足尺试验 L型槽力学性能板梁连接

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深中通道钢壳-混凝土组合沉管浇筑变形研究

工程力学 2024年第5期41卷 167-178页

作者：樊健生魏晓晨宋神友金文良苏宗贤刘宇飞清华大学土木工程系北京100084 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 深中通道管理中心广州510600 保利长大工程有限公司广州510062

深中通道沉管管节采用钢壳-混凝土组合结构形式,通过向空钢壳浇筑混凝土预制而成。为评估沉管管节施工后的整体变形,建立了热-结构顺序耦合的分析框架,基于ANSYS APDL及UFPs二次开发模块,分别建立了考虑水化度、日照辐射、大气温度变化... 详细信息

深中通道沉管管节采用钢壳-混凝土组合结构形式,通过向空钢壳浇筑混凝土预制而成。为评估沉管管节施工后的整体变形,建立了热-结构顺序耦合的分析框架,基于ANSYS APDL及UFPs二次开发模块,分别建立了考虑水化度、日照辐射、大气温度变化的精细温度场模型和考虑混凝土硬化及收缩特性的结构分析模型。通过对足尺管节的温度及应变模拟结果与监测数据的对比,验证了有限元模型的可靠性。在此基础上,分析了日照辐射、大气温度变化等对于管节温度场的影响,同时分析了管节的整体变形模式,以及温度效应、混凝土收缩及自重三种因素对管节整体横向、纵向及竖向变形的影响。结果表明:管节施工过程的温度场表现为时变和空间分布的特征,格仓边部温度受外界气温变化和日照辐射的影响存在周期性波动,而格仓中部温度峰值主要受混凝土自身水化放热特性的控制;管节最终表现为顶板横向及纵向内收,竖向下挠,底板横向及竖向变形不显著;太阳辐射对于结构温度场影响较日气温变化更显著,建议在混凝土温度峰值预测中予以考虑,而日气温变化可采用日平均气温值予以简化;温度效应及材料收缩对管节横向及纵向整体变形影响显著,自重因素导致的变形在横向及纵向的比例为44.3%、11.7%,而在竖向所占比例达92.5%,因而温度效应及材料收缩在管节横向及纵向变形分析中不可忽视;该分析方法可适用于大体积混凝土等结构的温度效应的预测和评估。

关键词：隧道工程温度效应热-结构耦合分析钢壳混凝土组合沉管 ANSYS 温度场模型

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典型单跨低坡度双坡屋面的风致雪堆试验研究

建筑结构学报 2024年第5期45卷 136-144页

作者：刘志祥余志祥何欢陈杨谢东南华大学土木工程学院湖南衡阳421001 西南交通大学土木工程系四川成都610031 西南交通大学四川省风工程重点实验室四川成都610031

为研究低坡度双坡屋面的风致积雪分布特性及雪荷载分布模式,设计研发了一套风吹雪联合试验装置,以高密度的石英砂颗粒模拟雪粒子,分别开展有无降雪条件下6种来流风速(有降雪1.5~2.5 m/s,无降雪4.6~6.1 m/s)、4种屋面坡度(5°、10°、15... 详细信息

为研究低坡度双坡屋面的风致积雪分布特性及雪荷载分布模式,设计研发了一套风吹雪联合试验装置,以高密度的石英砂颗粒模拟雪粒子,分别开展有无降雪条件下6种来流风速(有降雪1.5~2.5 m/s,无降雪4.6~6.1 m/s)、4种屋面坡度(5°、10°、15°、20°)的风吹雪风洞试验,共计24个试验工况,并就屋面中剖面积雪深度系数、积雪深度系数最大值及所在位置、雪荷载不均系数和雪颗粒净捕获系数等展开分析。结果表明:在多数工况下,低坡度双坡屋面积雪分布仍然呈明显的非均匀性,且降雪会显著影响积雪形态。对于迎风屋面,有无降雪条件下积雪深度系数均随来流风速的增大而减小,随坡度的增大而增大;积雪深度系数最大值点位置随风速增大逐渐远离屋檐,随屋面坡度的增大则呈近似线性移近屋檐。对于背风屋面,屋脊遮蔽效应容易导致积雪堆积,且积雪深度系数随风速增大而增大。随着坡度增大,背风屋面的雪颗粒净捕获系数增大,表明迎风屋面被输运的雪颗粒更容易在背风面沉积,从而加重屋面积雪分布的不均匀性。基于分析结果,归纳有无降雪影响下屋面雪荷载的典型不均匀分布模式,可为类似屋盖的抗雪设计提供参考。

关键词：雪荷载双坡屋面风洞试验风致雪飘堆积模式