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新建公路隧道上跨既有铁路隧道稳定性影响研究

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公路交通科技 2024年第7期41卷 163-171页

作者：王朝红袁金秀运凯安辰亮武薇河北交通职业技术学院河北石家庄050091 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 河北省季冻区公路服役安全与预警技术创新中心河北石家庄050091

为明确新建隧道施工及夹层岩土体厚度、围岩级别等不同因素对既有隧道结构稳定性的影响作用,以新建公路隧道上跨既有铁路隧道工程为依托,采用数值计算的研究方法,探讨了不同夹层岩土体厚度及围岩等级下近接隧道施工对既有隧道结构受力... 详细信息

为明确新建隧道施工及夹层岩土体厚度、围岩级别等不同因素对既有隧道结构稳定性的影响作用,以新建公路隧道上跨既有铁路隧道工程为依托,采用数值计算的研究方法,探讨了不同夹层岩土体厚度及围岩等级下近接隧道施工对既有隧道结构受力和变形的影响规律,并利用现场试验验证了计算模型的准确性,同时通过检算隧道结构各部位的安全系数,对近接隧道施工安全性进行了评价。结果表明:(1)新建公路隧道与既有铁路隧道夹层厚度对既有铁路隧道拱顶和轨道面的受力和变形影响显著。当夹层土厚度在0~16 m时,既有结构的受力和变形受新建隧道施工影响较大,当厚度大于31 m时,基本不受影响。既有结构变形随夹土层厚度增加逐渐减小;(2)既有铁路隧道结构应力随着围岩级别的降低而增大,但非线性关系,Ⅵ级和Ⅴ级围岩条件下较Ⅳ级围岩应力分别增长了12.3%和36.8%;(3)现场监测数据表明既有隧道拱顶和轨面处的竖向位移曲线均呈倒“W”形,变形量实测值与数值计算值偏差在20%以内,验证了计算模型的可靠性;(4)既有隧道结构承载力受新建隧道的影响较小,未出现衬砌结构的拉压破坏,满足相关规范的安全评估要求。

关键词：隧道工程稳定性数值计算近接承载能力

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防风网对大跨度煤棚风荷载特性的影响

振动．测试与诊断 2024年第3期44卷 450-455,615,616页

作者：付赛飞贾娅娅周一航陈娟郑云飞刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁路职业技术学院铁道工程系石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043

为了研究防风网对大跨煤棚风荷载的影响,通过风洞刚性模型测压试验,对3种透孔率的防风网下煤棚表面风荷载进行研究,分析了风向角、有无防风网和防风网透孔率对典型测点和分区的体型系数以及测点的脉动风荷载的功率谱特性的影响。结果表... 详细信息

为了研究防风网对大跨煤棚风荷载的影响,通过风洞刚性模型测压试验,对3种透孔率的防风网下煤棚表面风荷载进行研究,分析了风向角、有无防风网和防风网透孔率对典型测点和分区的体型系数以及测点的脉动风荷载的功率谱特性的影响。结果表明:不同风向角下,结构体型系数极值出现的位置和范围差别较大;防风网对减小煤棚风荷载有较好效果,放置防风网后煤棚表面呈现为绝对值较小的负压;大部分风向角下,20%的透孔率防风网对减小风荷载效果更好;不同位置测点受来流脉动影响情况不同,煤棚迎风侧角部测点脉动风荷载无量纲功率谱数值较大,且功率谱成分复杂,放置防风网后其峰值明显减小。

关键词：煤棚风洞试验防风网分区体型系数功率谱

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桥梁风工程研究中的雷诺数效应研究进展

振动与冲击 2024年第2期43卷 187-200,342页

作者：刘庆宽韩原孙一飞郑云飞石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁路职业技术学院铁道工程系石家庄050043

桥梁风工程研究中的雷诺数效应问题是伴随着风洞试验方法产生的一个基础性问题,随着桥梁尺寸的增大其雷诺数也逐渐增大,风洞试验雷诺数和实桥梁雷诺数的差别对试验结果的影响越来越受重视。该研究阐述了雷诺数效应问题的由来,回顾了雷... 详细信息

桥梁风工程研究中的雷诺数效应问题是伴随着风洞试验方法产生的一个基础性问题,随着桥梁尺寸的增大其雷诺数也逐渐增大,风洞试验雷诺数和实桥梁雷诺数的差别对试验结果的影响越来越受重视。该研究阐述了雷诺数效应问题的由来,回顾了雷诺数效应研究的发展历程,总结了针对圆形断面、矩形断面、主梁断面等不同桥梁结构断面雷诺数效应问题的研究进展,包括结构周围流场、气动力、风致振动随雷诺数的变化,指出了桥梁风工程雷诺数效应研究中尚待解决的问题,为今后该领域的研究提供参考和建议。

关键词：桥梁结构风工程雷诺数效应气动力风致振动

不同雷诺数下4∶1圆角矩形柱气动力特性及流场数值模拟研究

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工程力学 2024年第S1期41卷 332-338页

作者：于春放靖洪淼张记涛许浩然乔明哲刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043 石家庄铁路职业技术学院铁道工程系石家庄050061

圆角化处理的矩形柱绕流具有复杂的气动力和流场特性。为深入了解圆角矩形柱的雷诺数(Reynolds number, Re)效应,采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)的大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法,开展了不同Re下... 详细信息

圆角化处理的矩形柱绕流具有复杂的气动力和流场特性。为深入了解圆角矩形柱的雷诺数(Reynolds number, Re)效应,采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)的大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法,开展了不同Re下宽高比4∶1圆角矩形柱绕流数值模拟,研究了不同Re下圆角矩形柱的气动力系数、斯特劳哈尔数(Strouhal number, St)、风压系数和流场等变化规律。结果表明:表面风压和时均流场在Re≤4×10^(3)时,Re效应显著,但当Re>4×10^(3)时,Re效应较弱。当Re≤4×10^(3)时,升力系数均方根和平均阻力系数随着Re先增大后减小,在Re=1×10^(3)时达到最大;而St先增大后减小再增大,分别在Re=2×10^(3)时达到最大,在Re=4×10^(3)时达到最小。回流长度随着Re先减小后增大,尾流旋涡中心逐渐后移。

关键词： 4∶1圆角矩形柱大涡模拟方法雷诺数气动力特性流场

衬砌-围岩时效劣化影响下开裂衬砌服役可靠性分析

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铁道科学与工程学报 2024年第6期21卷 2535-2546页

作者：王大鹏王景春孙丽娟牛星徐强石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学交通运输学院河北石家庄050043 郑州铁路职业技术学院铁道工程学院河南郑州451460

隧道衬砌结构在服役期内多为含裂缝工作,并且在侵蚀环境长期作用下,隧道支护结构和围岩性能指标将发生劣化,将直接导致衬砌结构服役期内的可靠性降低。为研究劣化效应影响下含裂缝衬砌的服役性能,建立考虑围岩及衬砌劣化效应的时效可靠... 详细信息

隧道衬砌结构在服役期内多为含裂缝工作,并且在侵蚀环境长期作用下,隧道支护结构和围岩性能指标将发生劣化,将直接导致衬砌结构服役期内的可靠性降低。为研究劣化效应影响下含裂缝衬砌的服役性能,建立考虑围岩及衬砌劣化效应的时效可靠性分析模型。通过分析衬砌混凝土强度、弹性模量和围岩弹性模量的经时劣化规律,确定影响结构性能劣化参数的统计特征,建立基于线弹性断裂力学的裂缝尖端应力强度因子时变模型和衬砌时变可靠性分析框架。以某山岭病害铁路隧道为例,利用随机有限元法获取不同裂缝深度、裂缝位置情况下应力强度因子典型服役时间点的统计特征,采用蒙特卡洛法计算开裂衬砌典型服役时间点的可靠度指标。结合2个工程失效案例验证模型的有效性。研究结果表明:劣化效应对含裂缝衬砌服役性能影响显著,衬砌可靠度指标随服役时间增加而降低,在评价分析既有隧道服役性能时,需要考虑长期劣化效应的影响;裂缝应力强度因子与裂缝开裂深度成正相关,开裂深度越大,结构可靠度指标越低;不同位置裂缝因受力不同强度因子存在较大差异,拱肩处结构可靠性能衰减同拱顶处相似。边墙处由于受力较小,服役期内可靠度指标满足要求。模型可以较为准确地模拟和预测隧道开裂失效的情况,研究结果为准确评估开裂衬砌的服役性能提供了依据,为运营期隧道维修养护提供了参考。

关键词：隧道工程性能劣化时变可靠度应力强度因子蒙特卡洛法

基于转鼓转速传感的中低速新能源汽车联合制动系统控制方法

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传感技术学报 2024年第7期37卷 1244-1249页

作者：宗明建马文胜袁望方童晓帆河北交通职业技术学院汽车工程系河北石家庄050035 长安大学汽车学院陕西西安710064

中低速新能源汽车是常见的交通工具,但是其制动控制存在响应时间长、控制效果差的问题,设计一种基于转鼓转速传感的中低速新能源汽车联合制动系统控制方法。首先,构建基于转鼓转速传感的中低速新能源汽车动力学方程,采集传感信息,然后,... 详细信息

中低速新能源汽车是常见的交通工具,但是其制动控制存在响应时间长、控制效果差的问题,设计一种基于转鼓转速传感的中低速新能源汽车联合制动系统控制方法。首先,构建基于转鼓转速传感的中低速新能源汽车动力学方程,采集传感信息,然后,考虑开环控制容易导致控制系统的稳定性和鲁棒性差的问题,基于转鼓转速传感的联合制动系统传递函数推导出开环、闭环双传递函数,最后,根据系统传递函数,设计PID控制器的参数,通过PID控制器输出电-液联合制动控制信号,实现汽车联合制动系统控制。实验结果表明:所提方法的速度-位移曲线与现实速度-位移曲线基本一致,加速误差在-0.5 m/s2~0.5 m/s2范围内,平均制动控制响应时间为0.075 s,具有良好的制动控制能力。

关键词：转鼓转速传感联合制动控制 PID控制器中低速新能源汽车传递函数电制动力液压制动力

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防雪栅对铁路路堑风致雪堆积防治效果研究

铁道学报 2024年第4期46卷 148-155页

作者：马文勇李赛魏腾博李江龙孙元春李飞强石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁路职业技术学院河北石家庄050061

针对铁路路堑易发生严重积雪灾害的问题,采用风洞试验方法,研究了防雪栅在减轻风致积雪灾害方面效果,为铁路线路防灾工程设计提供参考。在风洞中,首先分别试验了在6.5、7.5、8.5 m/s风速下边坡比为1∶4和1∶1.5的路堑内雪粒堆积演化过程... 详细信息

针对铁路路堑易发生严重积雪灾害的问题,采用风洞试验方法,研究了防雪栅在减轻风致积雪灾害方面效果,为铁路线路防灾工程设计提供参考。在风洞中,首先分别试验了在6.5、7.5、8.5 m/s风速下边坡比为1∶4和1∶1.5的路堑内雪粒堆积演化过程;然后布置防雪栅,在相同试验条件下观测其在减轻路堑积雪灾害方面的效果;最后根据测量数据计算对比有无防雪栅时路堑路面积雪量差异,定量评估防雪栅防治效果。此外,采用数值模拟手段分析防雪栅、路堑周围流场变化情况,进一步解释防雪栅的防雪机理。结果表明:上风侧坡度较缓的半开敞式路堑积雪严重;防雪栅能有效减轻路堑积雪灾害;漂移雪粒首先在背风侧距离防雪栅较远处沉积,随吹风持续积雪范围向两端延伸;防雪栅使来流风速在其背风侧急剧减弱致使漂移雪粒发生沉积,雪粒输运强度减小,从而实现挡雪减灾目的。

关键词：风吹雪风洞试验防雪栅路堑积雪分布

可“临-永”转换抢修钢墩设计及应急使用稳定性

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铁道学报 2024年第8期46卷 152-160页

作者：刘子玉陈士通支墨墨张红涛张凯石家庄铁道大学大型基础设施性能与安全省部共建协同创新中心河北石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通应急保障工程技术创新中心河北石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁路职业技术学院铁道工程系河北石家庄050041

为解决既有桥墩抢修器材仅适用于临时抢修、不能与永久恢复有效结合的问题,提出一种可“临-永”转换抢修钢墩,并介绍其结构组成和结构特点。针对应急使用阶段,基于Abaqus建立空间模型开展结构稳定分析,考虑列车活载、横向风载、制动力... 详细信息

为解决既有桥墩抢修器材仅适用于临时抢修、不能与永久恢复有效结合的问题,提出一种可“临-永”转换抢修钢墩,并介绍其结构组成和结构特点。针对应急使用阶段,基于Abaqus建立空间模型开展结构稳定分析,考虑列车活载、横向风载、制动力、平面扭转、初始缺陷等影响因素,分别从线弹性和非线性两个层面系统研究应急使用状态结构稳定性能。研究表明:线弹性分析时,随着横向风压增大,钢墩临界荷载呈减小趋势,下降速率与列车荷载强度及活载加载图式相关;钢墩临界荷载随着平面扭角增大呈减小趋势,具体使用时宜将扭转角度控制在0.5°以内,此外,平面扭转发生位置越低,对结构稳定影响越明显;钢墩临界荷载随几何初始缺陷增大呈下降趋势,不同类型缺陷对钢墩稳定的影响程度由大到小为双向缺陷、横向缺陷、纵向缺陷;考虑非线性影响时,双重非线性影响最大,材料非线性次之,几何非线性最小。

关键词：桥梁工程抢修钢墩稳定性 “临-永”转换应急使用线弹性非线性

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ECC全包裹普通混凝土复合试件的力学性能

材料导报 2024年第3期38卷 108-113页

作者：康迎杰郭自利叶斌斌潘鹏石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄铁道大学土木工程学院清华大学土木工程系清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室

为综合利用工程用水泥基复合材料(ECC)在力学性能上和普通混凝土在成本上的优势，本工作提出了一种制备ECC全包裹普通混凝土复合试件的方法，通过进行抗压、抗拉及抗弯等试验系统研究了其基本力学性能，并采用数值分析方法对配筋复合梁... 详细信息

为综合利用工程用水泥基复合材料(ECC)在力学性能上和普通混凝土在成本上的优势，本工作提出了一种制备ECC全包裹普通混凝土复合试件的方法，通过进行抗压、抗拉及抗弯等试验系统研究了其基本力学性能，并采用数值分析方法对配筋复合梁进行了正截面受弯性能研究。结果表明：在复合试件受力破坏时，ECC和混凝土界面未出现滑移，两种材料黏结可靠实现了协同受力；相对普通混凝土试件而言，复合试件的抗压强度、抗拉强度及抗弯强度均有所提升，尤其是抗弯强度的提升最为显著，对于截面尺寸为100 mm×100 mm的梁，当ECC厚度分别为10 mm和15 mm时，抗弯强度可提高27.4%和57.1%;复合试件具有良好的延性变形能力，破坏后可保持一定的完整性，整体具备高韧性特征；与普通钢筋混凝土梁相比，配筋复合梁有效利用了ECC材料的性能优势，显著提升了配筋梁的承载和变形能力。

关键词：工程用水泥基复合材料复合试件力学性能延性破坏高韧性