为探求钢管混凝土拱桥施工过程中需要重点关注的关键环节和部位,分析扣索索力对累计变形的影响,以及钢管和混凝土两种材料各自承担的应力比例和应力变化幅度.以一座中承式钢管混凝土系杆拱桥为例,针对各个施工阶段,采用有限元软件MIDAS/Civil进行结构变形、应力计算及稳定性分析.结果表明:该桥应力及稳定性满足JTG/T D65-06-2015《公路钢管混凝土拱桥设计规范》要求;钢管拱肋的吊装阶段和核心混凝土的灌注阶段,受力复杂,须要严格监测和控制;在拱肋吊装阶段,拱肋的竖向位移随施工推进而逐渐增大,施工过程中应实时监测拱肋线形并适时调整扣索索力,避免累计变形过大(可达到L/800以上,L为跨度);在施工过程中,拱脚截面为较薄弱截面,往往出现最大内力和压应力;钢管应力约为混凝土应力的6倍,且钢管应力变化幅度大于混凝土;各工况下稳定系数均大于规范值4.0,拱肋上弦管混凝土灌注(联合前)阶段更易发生失稳,其一阶模态稳定系数为29.33.
现有的轨道检测系统对曲线相关参数检测准确性不高,尤其是5 000 m以上大半径曲线,导致曲线数据报表利用率较低.针对这一问题,提出在使用经典DP(Douglas-Peucker)算法提取粗略曲线线型变化特征点的基础上,在该特征点周围窗口内使用角度阈值法提取角点,将角点连线成走向段,通过顺次寻找极值走向段的方法,确定曲线线型变化的直缓点、缓圆点、圆缓点、缓直点四大特征点,从而准确计算曲线平均半径、长度等参数,提高系统曲线检测准确性.将本文算法应用到车载轨道检测系统曲线参数检测中,并与现有算法及只采用DP算法提取的特征点进行对比.结果表明,使用本文算法对大半径和小半径曲线参数检测准确率均能达到95%以上,本文算法具有良好的适应性.
岩溶地区桥梁大直径桩基础受桩底岩溶威胁大,桩基施工过程中,在桩底狭小空间、泥浆沉渣富集等环境下,难以实现桩底三维精细探测.基于此,根据桩底探测环境和岩溶发育特点,提出了基于电磁波的桩底瞬变电磁方法和基于弹性波的桩底超声成像方法.通过建立足尺桩基岩溶模型,与现有地质雷达法和桩底声呐法对比,分别试验了所提方法对溶腔模型的探测效果,并总结出不同探测方法适用的桩基类型与异常解释原则.从适应环境、操作难度、探测深度、盲区、分辨率、解译、三维成像等方面比较不同桩底岩溶探测方法,综合来看,桩底超声成像方法有明显的优势,为大直径桩底岩溶探测提供了简单、有效的探测手段.
为研究不同憎水剂对隧道溶腔填充泡沫混凝土防水性能的影响,通过单掺甲基硅酸钠、纤维素、硬脂酸钙、硅氧烷、渗透结晶型活性硅五种憎水剂,对泡沫混凝土的流动度、吸水率和力学性能展开试验,并采用CT(Computed Tomography)测试技术及图像分析软件Avizo分析单掺不同憎水剂对泡沫混凝土孔隙结构的影响.研究结果表明:除甲基硅酸钠外,其他四种憎水剂与泡沫的兼容性较好,流动度均满足技术规程要求;单掺纤维素、硬脂酸钙、硅氧烷和渗透结晶型活性硅均可提高泡沫混凝土的干密度与抗压强度,泡沫混凝土的防水性能、孔隙结构和连通性能也得到改善,其中单掺硅氧烷防水效果最好.
为研究乌龙江大桥的全桥受力性能,在ABAQUS中建立了一种适用于连续梁拱组合体系的全桥杆系模型.对MIDAS/Civil模型与ABAQUS杆系模型进行线弹性分析,以验证ABAQUS有限元模型的准确性.计入全桥结构非线性以及几何非线性,揭示连续梁拱组合体系的受力性能.结果表明:在线性阶段,两种模型在各施工阶段的截面内力较为吻合,应力分布基本一致;考虑非线性后荷载比例系数最大降幅为16.7%,说明结构非线性对受力性能影响显著;不断提高破坏区域截面抗弯刚度,全桥杆系模型由中跨支点处首先破坏逐渐变为次中跨支点处首先破坏,随后逐步降低主梁截面整体刚度,拱肋由于连续梁抗弯刚度大幅降低而承担更多的压应力,当主梁刚度降低至初始刚度的68.5%时,拱肋先于主梁发生破坏.
根据移动加载车轨道刚度检测方法和检测数据特点,提出了轨道刚度检测数据快速处理方法.采用小波-有序中值滤波方法将信号分解成含冲击噪声的高频部分和正常的低频部分,用相邻数据的有序中值替换冲击噪声;采用绝对里程修正方法,根据曲线信息提取各段曲线,通过相关性分析对曲线段进行里程粗调修正,再通过插值法进行里程精调;对检测数据滤波、里程校正处理以及对轻载和重载数据进行相关性分析后,得到荷载作用下的轨道变形,计算得到轨道刚度.依据数据处理方法,采用VS2019编程工具,开发了轨道刚度检测数据快速处理软件,软件运行良好.
基于Boussinesq理论研究了钉型搅拌桩在软土地区对地基沉降的控制效果,应用ABAQUS有限元软件对地基位移进行了数值计算,同时在某工程试验段进行现场测试试验.为比较钉型搅拌桩与其他桩型加固效果的优劣,同等条件下增加了水泥搅拌桩、双向水泥搅拌桩和水泥砂浆桩的横向对比.结果表明:钉型搅拌桩相对于其他桩型可以有效控制工后沉降,单桩承载力高,加固效果好,适合在软土地区使用.
针对无砟轨道路基翻浆整治问题,考虑水混合、水浸泡和高低温循环作用三种工况,对聚氨酯固结体表观性能和力学性能进行了试验研究.结果表明:水与聚氨酯浆体直接混合时,聚氨酯固结体的体积膨胀率随掺水率增加而逐渐增大,但掺水率不大于0.3%时体积膨胀率变化幅度较小;聚氨酯固结体的力学性能指标随掺水率增加而逐渐减小,但掺水率控制在0.1%以内时力学性能指标受影响较小.水浸泡基本不会影响聚氨酯固结体的表观性能和力学性能.随高低温循环次数增加,聚氨酯固结体的抗压强度和抗拉强度逐渐减小,但减幅很小,环境温度在-30～50℃波动时聚氨酯固结体仍可以保持良好的力学性能.因此,在无砟轨道基床注浆整治过程中,为降低水对聚氨酯固结体力学性能的影响,建议采取措施将层间含水率控制在0.1%以内.
依托西安地铁2号线正阳大道—北客站区间小半径曲线段盾构隧道工程,通过现场监测和数值模拟,分析了考虑千斤顶不对称推力和曲线内侧土体超挖情况下,小半径曲线段盾构隧道掘进过程中地表变形规律及曲线半径对地表竖向位移的影响.研究结果表明:在盾构掘进过程中开挖面前方22.1 m附近地表轻微隆起;隧道纵向地表沉降最大值出现在开挖面后方12 m处;隧道横向地表沉降槽呈非对称分布,曲线内侧地表沉降大于曲线外侧,沉降槽中心线向曲线内侧偏离隧道轴线,偏移距离为5.5 m;曲线半径主要影响开挖面后方地表沉降,隧道纵向、横向地表沉降最大值均随曲线半径减小而增大,曲线半径超过350 m后,半径变化对开挖面后方地表沉降影响较小.
为了快速精准检测无砟轨道伤损,基于无砟轨道表观伤损相机激光一体化成像检测技术、多相机自适应控制和多图像自动拼接技术,研发了无砟轨道表观伤损检测装置,实现了无砟轨道轨道板及层间离缝全断面高清图像的快速采集;提出了多模协同表观图像伤损混合缺陷智能识别技术,在编码-解码语义分割核心结构下引入Transformer模块,并采用TensorRT模型轻量化部署技术实现GPU加速推理,降低计算复杂度,提升并行能力.样本库测试结果表明,本文算法对5 000个测试集样本的识别准确率为95.84%.现场试验结果表明,该装置对无砟轨道表观伤损的检出率为96.4%.无砟轨道表观伤损智能检测装置能够进行无砟轨道表观伤损的高效准确检测,检测方法稳定性、泛化性好.
对钢纤维掺量分别为2%和3%的超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)进行了自由收缩测试,并对两种UHPC材料配筋和未配筋的哑铃形试件进行了轴拉试验,分析钢筋约束引起的UHPC收缩应力.同时,基于剪切滞后理论建立了考虑钢筋黏结滑移影响的UHPC自约束收缩应力计算模型.研究结果表明:增加钢纤维掺量对UHPC自由收缩有小幅度的抑制作用;由于自约束收缩应力的影响,配筋UHPC试件开裂早于未配筋试件;UHPC抗拉强度随钢纤维掺量增大而提高,应变硬化特征更加明显,钢纤维掺量高的配筋UHPC试件抗拉承载能力得到了更有效的保障;在高配筋率(6.8%)下,钢纤维掺量为2%和3%的UHPC试件的开裂风险指标分别为45%和43%,对抗裂要求高的情况建议合理设置配筋率并控制UHPC收缩;修正后的计算模型能够较为准确地预测UHPC试件自约束收缩应力.
以既有线铁路桥梁为研究对象,基于车-桥耦合振动理论,建立可以考虑线路偏心作用影响的车-桥耦合分析模型,研究线路偏心作用对脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、桥梁振动响应等指标的影响,以及各指标随行车速度的变化规律.研究结果表明:线路偏心作用对车辆系统的轮轨横向力影响最大,轮重减载率次之,且对机车的影响大于客车影响;线路偏心作用对桥梁系统的横向位移、墩顶横向位移比其他指标大.当车辆以不同速度通过偏心曲线桥梁时,轮重减载率、脱轨系数、轮轨横向力均随速度的增大而增大,且轮轨横向力增长率最大,轮重减载率次之,而桥梁跨中横向位移、墩顶横向位移均随速度先减小后增大.T梁内侧梁竖向位移随速度增大而减小,外侧梁竖向位移随速度增大而增大.偏心线路应以轮轨横向力作为衡量指标,防止轮轨横向力过大导致扣件破坏、轨排横移.
以DZⅢ型扣件系统两种不同类型的弹性垫板为研究对象,通过分析两种弹性垫板在运营状态下引起的实测钢轨空间动力响应特征的不同,研究现有弹性垫板动力学设计参数对钢轨运动的影响.结果表明:现有弹性垫板垂向动刚度仅能用于指导钢轨的垂向动位移设计,采用相同动刚度设计指标的两种弹性垫板实测钢轨垂向位移差别仅0.08 mm,但二者振动加速度的频谱差异较大;横向上,两种垫板实测钢轨扭转位移、振动加速度分别相差58.90%、59.93%,钢轨横向位移在一个转向架通过钢轨测点时的位移变化规律分别为先大后小和先小后大,呈现出明显差别,而现有规范中并无相关指标来进行针对性设计.
为了明确U77MnCrH钢轨材料的耐磨损性能及磨损特征,通过摩擦磨损试验,以U75VH钢轨材料为对比对象,测试其磨损质量与磨损率,并分析转数、材料、润滑条件对磨损程度的影响.结果表明:干态下U77MnCrH的耐磨性能较U75VH提升约29%,油脂润滑剂和固态润滑剂的减磨率分别为71%和55%,油脂润滑剂的减磨效果更优;相比U75VH,U77MnCrH抗塑性变形能力更强,塑性变形层更薄且片层间的流变取向与表面的夹角更小,疲劳裂纹的出现时间更晚,裂纹扩展深度约为U75VH的20%;U77MnCrH抗加工硬化能力更强,试样表面硬度与浅表层硬度均高于U75VH;润滑条件下U77MnCrH试样加工硬化层厚度为150～200 μm,小于干态条件下的250 μm,润滑剂可有效缓解材料表层加工硬化程度.
为解决路基不均匀沉降引起的桥头跳车及发泡水泥用于桥背回填时造价过高等问题,将赤泥掺入泡沫轻质土中制备新型绿色赤泥基路基材料,基于强度需求与经济效益设计了多组配合比,通过室内试验对赤泥基泡沫轻质土(Red Mud-based Foam Lightweight Soil,RM-FLS)的配合比进行优选.结果表明:赤泥掺量40%、赤泥∶熟石灰为3∶1时力学性能最佳,抗压强度可达1.13 MPa,弹性模量可达15.08 MPa.以实际工程为依托,建立路基填筑三维数值模型,分析同等条件下不同工况的位移与应力变化情况,RM-FLS填筑路基的整体性较好,均布荷载下的位移量小于填土路基,应力分布均匀.研究结果可为RM-FLS在道路路基工程中的应用提供理论依据.
针对基础病害导致无砟轨道几何形位偏差远超过当前扣件调整能力的问题,对客货共线线路60 kg/m钢轨用弹条Ⅶ型扣件提出了增加钢轨高低位置、左右位置调整量的技术措施.在既有弹条Ⅶ型扣件基础上,通过增设铁挡肩、增设缓冲垫板、重新设计轨距挡板、重新设计轨距挡板下调高垫板、增加T形螺栓规格,可实现钢轨调高量0～+81 mm;通过增加绝缘轨距块规格、重新设计轨距挡板、更换弹条Ⅸ型扣件的W8型弹条,可实现单股钢轨左右位置调整量±10 mm.对扣件的组装静刚度、组装扣压力、钢轨纵向阻力、组装疲劳性能进行了测试试验,结果表明,各项性能均满足技术及线路运营要求.
基坑地下连续墙与回填材料构成一道隔振屏障.本文通过建立车辆-轨道-隧道-大地-建筑系统动力学模型,研究有无基坑支护屏障和采用不同回填材料时隔振屏障对地铁列车引起的建筑振动的隔离效果.结果表明:基坑支护屏障对不同楼层、不同频段振动的隔离效果不同,对地下楼层隔振效果较好,而对地上楼层隔振效果较差;回填材料类型会影响楼板振动主频和分频振级,进而影响对不同楼层的隔振效果.工程建设中应针对建筑结构和场地特征选取适宜的回填材料.
依托西安地铁15号线府君庙村站—祝村站区间盾构隧道穿越地裂缝带工程,分析了"先盾后扩"法施工管片拼装方式及工程影响.基于理论分析推导了土层参数、断面椭圆度和地表最大沉降的关系式.结果表明:考虑设防段扩挖施工便利性和正常段结构受力稳定性,设防段管片宜采用通缝拼装并将封顶块置于拱顶正中央,正常段管片采用错缝拼装;横向刚度有效率在错缝拼装时取值范围为0.27～0.88,在通缝拼装时取值范围为0.23～0.75,且随着断面椭圆度增大而减小;通缝拼装引起的地层损失率和地表最大沉降比错缝拼装大;管片拼装过程引起的地层沉降会累积在"先盾后扩"施工总沉降中,因此应确保拼装质量,建议参照规范将通缝拼装时断面椭圆度控制在5‰以内.
为了研究箱式路基端承式复合地基的动静态与抗变形性能,设计了箱式路基结构及下部端承复合地基相似试验模型,进行了静力分级加载与低周频循环加载试验,分析了复合地基在分级静力和长期疲劳加载过程中的变形演化趋势及地基压力分布.结果表明:在铁路静载下,箱式路基及下部结构处于弹性工作范围,并通过分析地基的桩土压力规律,复合地基内桩土传力机制正常.在铁路疲劳加载下,箱式路基复合路基累积沉降差异较小,没有出现明显不均匀沉降,且传力路径稳定,整体性良好.
以长沙地铁1号线北延线上跨铁路框架桥和芙蓉北路空心板桥桥台为工程背景,构建桩基邻近既有构筑物施工三维有限元模型,分析三种钻孔顺序、地层未加固和加固情况下,桩基施工对地层、既有框架桥和桥台的受力及变形的影响.结果表明:地层沉降大致呈U形分布,沉降大小与距桩基距离成反比;排式钻孔、连续钻孔、跳桩钻孔对土体的扰动依次减弱;框架桥破坏受拉应力控制,最大拉应力出现在框架桥顶面;在采取跳桩钻孔和袖阀管地面注浆、桩基反循环钻机成孔和实时监测三种变形控制措施后,框架桥和桥台的最大沉降与未采取控制措施时相比分别减少46.7%和48.5%,其中部和两端的差异沉降分别减少31.9%和44.4%,拉应力减少64.4%.这些措施显著提高了框架桥和桥台的安全性,可保证既有线正常运营.
