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分级动荷载下土石混合体滞回曲线形态特征试验研究

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岩土力学 2024年第3期45卷 674-684页

作者：黄锋米吉龙杨永浩董广法张班刘星辰重庆交通大学省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

城市回填区地层多以松散土石混合体形式存在,自身结构孔隙率大、强度低、工程性能较差,对隧道施工扰动和地铁列车运行等动载作用十分敏感。滞回曲线可反映土体在动荷载作用下的变形、刚度及能量耗散等特征,研究土石混合体滞回曲线对回... 详细信息

城市回填区地层多以松散土石混合体形式存在,自身结构孔隙率大、强度低、工程性能较差,对隧道施工扰动和地铁列车运行等动载作用十分敏感。滞回曲线可反映土体在动荷载作用下的变形、刚度及能量耗散等特征,研究土石混合体滞回曲线对回填区地铁的施工和运营安全具有重要意义。利用KTLDYN伺服电机控制式动三轴试验系统,采用分级加载的方式对回填区土石混合体试样进行了循环荷载试验,研究了含石量P、含水率ω、固结应力比k_(c)和加载频率f对滞回曲线的形态特征(包括中心间距d、长轴斜率k、滞回曲线包围面积S和不闭合程度ε_(p))和骨干曲线的影响。研究结果表明:土石混合体的典型滞回曲线整体呈长梭形,两端呈尖叶状。d、S、ε_(p)随着振级的增加呈非线性增大,k随着振级的增加呈对数关系衰减。同一振级下,d和ε_(p)随着P、k_(c)和f的增大而减小,随着ω的增大先减小后增大;k随着P、k_(c)和f的增大而增大,随着ω的增大先增大后减小;S与P呈正相关,随着ω的增大先增大后减小,随着k_(c)和f的增大而减小。当动应变相同时,动应力和骨干曲线斜率均随P、k_(c)和f的增大而不断增大;随ω的增大先增大后减小。

关键词：土石混合体动三轴试验滞回曲线骨干曲线动力特性

地震作用下拱肋-一字撑损伤模式与抗震性能评价

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铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 215-227页

作者：徐粒寒徐略勤邓海容江林松重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆交通大学省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074

横撑是肋拱桥在地震作用下最易发生损伤的部位之一。为了研究地震作用下拱肋与横撑之间的相互作用及其对两者损伤模式的影响规律,首先基于某原型肋拱桥构建拱肋−一字撑简化分析模型,研究横撑刚度、布设位置和数量对结构动力特性和弹性... 详细信息

横撑是肋拱桥在地震作用下最易发生损伤的部位之一。为了研究地震作用下拱肋与横撑之间的相互作用及其对两者损伤模式的影响规律,首先基于某原型肋拱桥构建拱肋−一字撑简化分析模型,研究横撑刚度、布设位置和数量对结构动力特性和弹性稳定性的影响,设置总计20组对比分析工况;然后基于静力弹塑性分析,根据塑性铰形成路径和分布特点,识别5类典型的拱−撑损伤模式;最后采用非线性时程分析法,通过定义协同耗能指标ϕ、综合评价指标ξ等,对比分析各类损伤模式的动力响应特征和抗震性能。研究结果表明:静力弹塑性分析和非线性时程分析可以得到相互验证的5类拱−撑损伤模式;当拱−撑结构发生横撑→拱肋→拱脚(BRS)损伤模式时,结构的地震响应规律、抗震性能均明显优于其余4类损伤模式,且横撑、拱肋和拱脚的应变曲线峰值非常接近,三者可协同参与结构整体塑性耗能;所提ϕ和ξ可准确表征各类拱−撑损伤模式的抗震性能,当ϕ的绝对值越接近0或ξ越小时,拱−撑结构的协同耗能机制越好,整体抗震性能更优;当一字撑设计使拱−撑系统满足BRS损伤模式时,结构具有最优的抗震性能。所提出的损伤模式识别方法和量化评价指标可为今后同类拱桥一字型横撑的设计和结构抗震性能评价提供参考。

关键词：肋拱桥一字撑损伤模式抗震性能静力弹塑性时程分析

四分点集中阻尼弦系统阻尼特性的可叠加性问题

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力学学报 2024年第7期 2127-2136页

作者：张永顺郑罡张晓东曾广榕杨钰峰王保權重庆交通大学山区桥梁及隧道工程国家重点实验室

带有集中阻尼的张紧弦系统在力学模型上属于混杂动力学系统,为了解系统的阻尼特性以满足工程应用需求,通常采用近似方法求解其本征问题.为更深入的理解系统的动力特性,文章以含有三项集中黏性阻尼的张紧弦系统作为研究对象,从解析角度... 详细信息

带有集中阻尼的张紧弦系统在力学模型上属于混杂动力学系统,为了解系统的阻尼特性以满足工程应用需求,通常采用近似方法求解其本征问题.为更深入的理解系统的动力特性,文章以含有三项集中黏性阻尼的张紧弦系统作为研究对象,从解析角度分析了系统的阻尼特性变化规律,并重点探讨了阻尼特性的可叠加性问题.推导阻尼布置于四等分点时系统超越函数形式的复频率方程,给出该方程经换元后的通用代数形式.在此基础上,将代数形式的复频率方程依次简化为3类退化系统的特定方程,即单阻尼系统序列、双阻尼系统序列和三阻尼系统,在代数层面解析求解3类系统的复本征值,将其表达为以阻尼系数为参数的显式解析式.分析阻尼系数对各型系统衰减特性的影响,利用对称多项式讨论各型系统衰减特性的可叠加性问题,导出考虑有限阶振动时各型系统间阻尼特性的比例关系.结果表明,相同集中阻尼个数的各系统之间复本征值实部之和相等,且不随集中阻尼的位置坐标而改变;不同集中阻尼个数的各系统之间复本征值实部之和存在比例关系,且不随阻尼系数而改变.最后,以20分点阻尼弦系统为例,说明可叠加性为系统本身的固有特性,并不依赖于复本征值的求解方法.

关键词：张紧弦集中黏性阻尼本征值叠加性衰减因子

基于向量残差SVD的混凝土超声测试温度效应研究

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重庆大学学报 2024年第6期47卷 15-23页

作者：郑罡陈鹏彭宇于吉港陈伟基重庆交通大学土木工程学院重庆400074 省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074

为研究温度对混凝土超声测试尾波信号的影响规律;将信号向量间的归一化夹角作为波动指标,反映温度效应引起的信号变化;通过向量残差矩阵SVD获得表征温度效应大小的特征向量,建立向量空间映射和温度差的数学关系。在实验室采集混凝土梁... 详细信息

为研究温度对混凝土超声测试尾波信号的影响规律;将信号向量间的归一化夹角作为波动指标,反映温度效应引起的信号变化;通过向量残差矩阵SVD获得表征温度效应大小的特征向量,建立向量空间映射和温度差的数学关系。在实验室采集混凝土梁尾波信号进行验证,结果表明,随温度升高尾波信号的波形发生后移,文中方法可分段线性量化温度效应;基于量化结果,得到常温下超声尾波信号最敏感的温度区间;任意4.5℃范围内,可去除74%~90%的温度效应。

关键词：向量残差 SVD 温度效应混凝土超声波

模拟酸雨侵蚀环境下悬臂抗滑桩耐久性极限寿命预测

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材料导报 2024年第5期38卷 191-198页

作者：靳红华任青阳肖宋强任小坤重庆交通大学山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

为构建长期荷载及酸雨侵蚀耦合作用下悬臂抗滑桩耐久性极限寿命准则及服役寿命预测模型,通过开展酸雨单独侵蚀、弯拉荷载及酸雨耦合侵蚀作用下的混凝土中性化试验,构建了混凝土中性化深度多因素时程演化模型;其次通过修正混凝土中性化... 详细信息

为构建长期荷载及酸雨侵蚀耦合作用下悬臂抗滑桩耐久性极限寿命准则及服役寿命预测模型,通过开展酸雨单独侵蚀、弯拉荷载及酸雨耦合侵蚀作用下的混凝土中性化试验,构建了混凝土中性化深度多因素时程演化模型;其次通过修正混凝土中性化残量计算模型建立了抗滑桩桩身钢筋初锈时间模型;进一步结合现有钢筋锈蚀速率模型提出了抗滑桩耐久性极限寿命准则及服役寿命预测模型;最后基于控制变量法对桩体材料、桩体施工、外部环境及外部荷载等因素进行了参数研究。结果表明:弯拉荷载及酸雨侵蚀耦合作用下混凝土中性化深度与侵蚀时间、应力水平、模拟酸液酸度均呈正相关,混凝土中性化深度时变演化过程符合三阶段模式;利用所建悬臂抗滑桩耐久性极限寿命预测模型获得的预测值比易丽云建立的模型及黄新朋建立的模型预测值分别长17.52 a及12.47 a,所建模型具有较好的适用性,预测结果更为经济合理且符合工程实际;悬臂抗滑桩服役寿命与桩身混凝土保护层厚度、桩身混凝土强度、施工质量及外部侵蚀溶液pH值成正比,与桩身混凝土水灰比、桩身滑面处应力水平成反比。该研究结果对酸雨侵蚀作用下悬臂抗滑桩服役寿命评估具有重要的科学指导意义及实用价值。

关键词：悬臂抗滑桩弯拉荷载酸雨侵蚀环境中性化深度耐久性极限寿命准则服役寿命预测

大跨上承式拱桥拱上建筑碰撞效应多尺度模拟研究

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自然灾害学报 2024年第2期33卷 175-186页

作者：沈正璇徐略勤史俊徐粒寒重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆交通大学省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074

大跨上承式拱桥的拱上建筑属于高度非规则梁式桥跨结构,在地震作用下的碰撞效应不仅有别于普通规则梁桥,而且还会受到拱圈变形的影响。为了探明大跨上承式拱桥拱上建筑在地震作用下的碰撞效应,基于三维碰撞-摩擦分析方法和材料塑性损伤... 详细信息

大跨上承式拱桥的拱上建筑属于高度非规则梁式桥跨结构,在地震作用下的碰撞效应不仅有别于普通规则梁桥,而且还会受到拱圈变形的影响。为了探明大跨上承式拱桥拱上建筑在地震作用下的碰撞效应,基于三维碰撞-摩擦分析方法和材料塑性损伤本构关系,采用多尺度模拟研究了某大跨拱桥拱上建筑相邻主梁在伸缩缝处以及主梁与限位挡块之间的碰撞行为与局部损伤特征,并进一步探讨了拱上建筑分联方式对碰撞效应和拱上立柱剪力响应的影响规律。研究表明:全简支的拱上建筑易在1/4跨附近的伸缩缝处产生最大碰撞力,而且由于受主拱空间变形的影响,主梁在伸缩缝处易发生局部偏心碰撞,严重损伤集中于外侧小箱梁;无论拱上建筑采用哪种分联方式,主梁与限位挡块之间最强烈的碰撞效应都发生在拱顶附近;分联方式对碰撞效应有重要影响,采用全连续或分联连续的拱上建筑可大幅降低伸缩缝和挡块2个部位的碰撞力,避免1/4跨附近发生最大碰撞效应。因此,拱上建筑的合理布跨和分联是减轻大跨拱桥碰撞效应的有效途径。

关键词：上承式拱桥碰撞效应多尺度模拟拱上建筑地震响应

重庆官栈河大桥主桥主墩基础锁口钢管桩围堰加固

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桥梁建设 2024年第1期54卷 148-154页

作者：钱骥荚瑞馨宋世杰杨纪鹏重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室重庆400074

重庆官栈河大桥主桥为(62+110+62)m三跨连续刚构桥,主墩基础采用锁口钢管桩围堰施工。围堰施工正常水位+325.300 m,施工期控制水位+330.500 m。在该桥主墩围堰完成四周锁口钢管桩插打及前4道内支撑安装后,因极端天气原因,长寿湖水位上涨... 详细信息

重庆官栈河大桥主桥为(62+110+62)m三跨连续刚构桥,主墩基础采用锁口钢管桩围堰施工。围堰施工正常水位+325.300 m,施工期控制水位+330.500 m。在该桥主墩围堰完成四周锁口钢管桩插打及前4道内支撑安装后,因极端天气原因,长寿湖水位上涨到+332.200 m,危及围堰安全。为解决钢管桩围堰的安全问题,提出采用水下施工内支撑的加固方案。待围堰内部水头与外部保持一致后,将已经插打的锁口钢管桩加高至标高+334.000 m,拆除已安装好的4道内支撑,重新安装6道内支撑。采用MIDAS Civil软件分别建立加固前、后钢管桩围堰结构有限元模型,分析钢管桩及内支撑的受力安全与稳定性。结果表明:施工控制水位+330.500 m下,围堰结构最大正应力由加固前的162.6 MPa下降到加固后的82.3 MPa,下降了49.3%;承载水位可从施工控制水位+330.500 m增加到目标控制水位+333.500 m,且强度和刚度等均留有一定储备。水下施工内支撑的加固方案可提升围堰的承载能力。该桥围堰加固后整体受力效果良好,已顺利完成承台浇筑施工。

关键词：刚构桥锁口钢管桩围堰加固有限元法桥梁施工

穿越煤系地层隧道预留岩墙破坏力学行为与安全厚度研究

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隧道建设（中英文） 2024年第1期44卷 126-138页

作者：许煜林邸小勇巩雯林志李哲宇杨红运重庆交通大学山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 重庆高速工程顾问有限公司重庆404100

为研究穿越煤系地层隧道在瓦斯压力和地应力作用下的力学行为变化,以贵州的天成坝隧道的瓦斯煤系地层为工程案例,通过相似模型试验搭建三维试验物理模型,分别研究预留岩墙在2种不同隧道跨度下的力学行为变化,并与数值模拟相结合研究不... 详细信息

为研究穿越煤系地层隧道在瓦斯压力和地应力作用下的力学行为变化,以贵州的天成坝隧道的瓦斯煤系地层为工程案例,通过相似模型试验搭建三维试验物理模型,分别研究预留岩墙在2种不同隧道跨度下的力学行为变化,并与数值模拟相结合研究不同因素下隧道开挖岩墙厚度变化规律。结果表明:1)隧道开挖改变了围岩的原始应力状态,在隧道掌子面前方的岩墙出现应力集中,且隧道在开挖后掌子面一侧的应力卸载使竖向应力和水平应力差值最大。2)隧道所在的地质环境相同时,预留岩墙上部垂直地应力越大,隧道的开挖跨度越大,预留岩墙的厚度越小,预留岩墙发生破坏失稳的可能性越大。3)隧道开挖过程中,预留岩墙垂直应力与位移监测点竖向位移同步变化;垂直应力达到峰值时,竖向位移变形最大;随后垂直应力减小,竖向位移变形趋于稳定;垂直应力突变导致预留岩墙破坏,位移量急剧增大。4)建立不同瓦斯压力、不同围岩等级、不同隧道跨度情况下的数值计算模型,通过正交试验法,设计8种不同工况,得到不同因素组合下预留岩墙厚度的变化规律;最后通过多因素回归分析法,拟合得到最小预留岩墙厚度的计算经验公式。

关键词：公路穿煤隧道岩墙稳定性模型试验数值模拟

复杂海况下跨海桥梁钢沉井基础下放过程及影响优化

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西南交通大学学报 2024年

作者：陈明林黄博薛泽辰周建庭重庆交通大学土木工程学院山区桥梁及隧道工程国家重点实验室

跨海桥梁大型预制钢沉井的定位下放施工面临着海洋复杂环境中极端波浪和水流的巨大威胁，深入研究波流作用下钢沉井定位下放过程中的动力特性对钢沉井的定位准确性、下放稳定性及施工安全性具有重要意义。本文基于LS-DYNA有限元程序构... 详细信息

跨海桥梁大型预制钢沉井的定位下放施工面临着海洋复杂环境中极端波浪和水流的巨大威胁，深入研究波流作用下钢沉井定位下放过程中的动力特性对钢沉井的定位准确性、下放稳定性及施工安全性具有重要意义。本文基于LS-DYNA有限元程序构建了波流作用下三维全尺寸钢沉井流固耦合模型，通过与Stokes二阶波浪解析解和已有水槽耦合实验结果进行对比，验证了该三维流固耦合模型的准确性，随后使用已验证模型探究了波浪参数、水流参数、锚缆布置形式以及结构下放位置等参数对钢沉井定位下放过程中所受的波流荷载和动力特性的影响规律。研究结果表明：本研究所提出的锚缆布置形式3可以有效降低钢沉井结构在不同波流作用下的位移和倾角，其最大倾角不超过2°；相较于水流单独作用，波流共同作用对钢沉井造成的最大水平力、水平位移和倾角至少分别增加了约86.34%、25.15%和112.96%；随着钢沉井淹没深度的增加，钢沉井所受最大水平力和水平位移分别增大了约41.90%和50.62%，钢沉井的最大倾角却减小了约31.06%；在钢沉井定位下放的研究中，应充分考虑结构在不同下放深度时所受的波流荷载和位移等的影响，为分析钢沉井下放过程中的稳定性提供可靠的理论基础。

关键词：跨海桥梁流固耦合钢沉井沉井下放动力特性数值模拟