软土地区盾构隧道弯曲刚度有效率取值研究

修正惯用法以其概念明确、理论成熟和计算便捷的特点在盾构隧道设计中被广泛应用。弯曲刚度有效率η是修正惯用法中的重要参数,其取值对于隧道结构的计算结果具有至关重要的影响。研究基于荷载结构法,利用有限元计算软件ABAQUS建立了匀质圆环模型和梁-弹簧模型,研究了盾构隧道在软土地区通错缝拼装、基床系数和接头相对刚度对弯曲刚度有效率η的影响。通过对数值模拟计算结果进行整理,得到了弯曲刚度有效率η的拟合公式和通错缝拼装弯曲刚度有效率η的转化公式,为确定修正惯用法中的弯曲刚度有效率η提供了计算方法和参考依据。     

滨海软土地层浅埋超大直径盾构隧道开挖面破坏机理及加固范围研究

为了确定软土地层中隧道加固的合理范围,保证盾构隧道在软土地层施工的安全性,以珠海横琴杧洲隧道工程为背景,开展了软土地层浅埋超大直径盾构隧道开挖面破坏机理及合理加固范围的研究。基于三维有限元分析,研究了加固范围对开挖面主、被动破坏形式及地表变形的影响。结果表明:随着加固土层厚度t的增加,地层受开挖扰动的区域逐渐缩小,地层显著位移区域由地表收缩至开挖面前方土体,破坏形式由整体破坏转为局部破坏,t=0.20D(D为隧道直径)相比t=0时地表沉降(隆起量)减少70%～80%,地表最大变形点沿纵向的位置基本一致,均在开挖面前方约0.5D处; 随着t的增加,开挖面支护压力可调节范围增加,t=0.20D时相比t=0时可调节范围增加了32.5%,这使得实际施工过程更有利于维持开挖面的稳定性; 结合经济及加固效果两方面考虑,实际工程进行地层加固时取加固土层厚度t=0.20D为较合理的方案。     

基于应变模态参数的木梁损伤识别研究

为研究基于应变模态参数识别木梁损伤的方法,文中通过有限元软件ABAQUS建立不同损伤工况下的木梁模型进行模态分析,处理分析得到位移模态、应变模态及应变模态差曲线,以曲线的突变进行损伤定位识别。结果表明应变模态和应变模态差可识别出简支木梁的损伤,且识别精度高,与通过固有频率变化和位移模态的损伤识别相比,基于应变模态参数的损伤指标在梁损伤位置识别具有明显优势。     

基于模态应变能的结构损伤识别研究

文中应用有限元分析软件ANSYS10.0建立一个平面刚架结构模型。通过有限元模态分析获得未损伤结构与损伤结构的固有频率和振型。应用单元模态应变能法对模型进行损伤定位。结果证明这种方法对于平面刚架的损伤识别是有效的。     

西安富水砂层盾构施工Peck沉降预测公式改进

隧道开挖引起的地表沉降预测主要有公式法、数值法、解析法等,由于Peck公式法的合理、简便,被广泛应用于隧道开挖引起的地表沉降预测中。但由于Peck公式的局限性,在不同地层中预测隧道开挖引起的地表沉降时需要对其进行修正。本文以西安地铁某区间盾构穿越富水砂层为背景,通过现场实测数据、线性回归方法并引入地表最大沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β两个参数对原始Peck公式进行修正,得出α的取值范围为0.106 7~0.354 4、β的取值范围为0.539 0~0.681 9,将修正后的公式和现场数据对比发现拟合效果较好,参数取值合理。相关结论可供盾构在富水砂层中施工作为参考。     

模态应变能法结构损伤检测研究

结合摄动理论，通过分析结构参数修改量高阶项的影响，推导了基于单元模态应变能的结构损伤评估方法；经数值仿真结果表明，其损伤定位准确、程度评估可靠，具有实际应用价值。     

高地应力隧道岩爆破坏特征物理模型试验研究

采用岩爆相似材料制作大尺寸物理模型,自主研制隧道开挖装置,进行二维应力隧道岩爆物理模型试验,研究高地应力条件下(侧压力系数λ=2)隧道围岩岩爆等脆性破坏特征。试验结果表明:隧道开挖后,围岩有较明显的压应变波动和突变现象,拱墙处局部出现拉应变;同时,声发射能量表现出剧烈增大现象,在应变、声发射特征这两方面均表现出高应力区隧道岩爆的征兆。高地应力条件下(侧压力系数λ=2),隧道拱顶和拱底压应力集中明显而最早发生破坏,拱墙出现拉应力作用,产生张拉裂缝。围岩脆性破坏从颗粒弹射开始,随后变为碎块剥落和裂缝扩展,其变形破坏特征表现出一定的岩爆特性。     

地面出入式盾构引起地下管线附加荷载研究

考虑盾构仰俯角β(即隧道埋深变化)以及地下管线自身宽度,基于Mindlin解和统一土体移动模型三维解,推导出地面出入式盾构隧道掘进中正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆压力和土体损失引起的土体附加应力计算公式,进而得到邻近地下管线附加荷载计算方法。算例分析结果表明:盾构上仰时,随着β增大,管线承受的总附加荷载最大值变小;随着管线埋深变大,隧道轴线两侧各0.5h范围内,y向附加荷载分布曲线呈上移趋势;隧道轴线两侧各0.5h范围外,y向附加荷载分布曲线呈下移趋势;隧道轴线两侧0.5h左右处,为管线附加荷载分布曲线的交点。     

基于模态应变能和小波分析方法的网壳结构损伤识别研究

工程结构损伤的识别与定位研究以往主要针对梁、框架等结构形式.损伤表现为信号局部特征的改变,而小波分析在时域和频域上都具有表征信号局部特征的能力.为提高结构损伤识别方法的准确性和适用性,将小波分析引入到网壳结构损伤识别中.根据小波奇异性检测理论,提出将模态应变能和小波变换相结合的方法对网壳结构进行定位,即以结构损伤前后单元模态应变能差作为结构损伤指标,对其分别进行bior6.8连续和离散小波变换,利用小波系数极大值点判断网壳结构有无损伤和损伤位置.以跨度40m的Kiewitt网壳结构为例进行数值模拟,结果表明:基于模态应变能和小波变换相结合的方法,在测得一阶模态下,不但对单一损伤而且对多损伤均能有效地识别出结构的损伤位置,证明该方法对此类结构损伤定位具有有效性和实用性.     

基于单元应变模态差的网架结构损伤诊断研究

对具有一定程度损伤的网架结构来说,常规的结构有限元分析或实验模态分析得到的位移模态和频率难以有效地反映结构的损伤状况。为了提高诊断效率与诊断结果的可靠性,根据空间杆系结构的受力特点,利用两节点空间铰接杆单元有限元法,由节点位移模态推导出单元应变模态,提出采用结构损伤前后的单元应变模态差作为网架结构损伤定位的识别指标,并以损伤单元应变模态的差值大小确定损伤程度。通过对一个典型网架结构的数值模拟研究表明:该方法能够在低阶模态条件下,有效识别网架结构不同位置和程度的局部损伤;且在一定噪声水平下具有较强的鲁棒性,适用于实际观测条件下的网架结构损伤定位。     

单元模态应变能变化率对框架结构的损伤诊断

对具有一定程度损伤的框架结构来说,模态位移动力检测指标难以有效地反映结构的损伤状况。为了提高诊断效率和诊断结果的可靠性,采用结构损伤的单元模态应变能变化率方法构造框架结构损伤定位的识别指标。通过对一个典型框架结构的数值模拟研究表明:该方法仅需低阶模态参数,无论是单一位置损伤、对称部位损伤、轻微损伤,还是多种损伤共存,均具有损伤定位的能力;且在一定噪声水平下具有较强的抗噪能力。给出根据损伤单元模态应变能变化率值的大小,确定损伤程度的实用方法。     

基于模态应变能变化率的L形管道损伤识别

为识别L形管道的局部损伤,根据局部结构的振型、刚度矩阵和固有频率,得到管道局部的模态应变能变化率指标,并利用有限元软件ABAQUS模拟不同参数模型,得到低阶模态数据以及管道各单元的模态应变能变化率。模拟结果表明：采用该损伤指标,能够较好地确定L形管道的损伤位置,并且直管单元比弯曲单元对该指标更敏感;对同一单元不同损伤程度的对比,可以反映其损伤程度的大小;对L形管道不同弯曲角度进行模拟,该指标对不同弯曲角度L形管道的损伤识别具有普遍性;对L形管道不同缺陷长度进行模拟,模态应变能变化率指标在缺陷取周向长度的1/32时达到极限。     

低矮小开口剪力墙自由振动问题的半解析解

针对低矮小开口剪切型剪力墙,研究基于直接模态摄动法原理的结构动力特性的半解析分析方法。首先把低矮小开口剪力墙视为变截面的剪切型悬臂结构,依据连续系统动力分析原理建立剪切型剪力墙自由振动分析的变系数微分方程;然后利用等截面剪切型悬臂结构模态函数的解析解和直接模态摄动法原理,考虑剪力墙中小开口对系统特征值和主模态所带来的影响,并进行修正;最后应用Ritz变换,将低矮小开口剪力墙的自振特性分析问题转化为一组非线性代数方程的求解问题,进而求得该类剪力墙自振特性的近似半解析解。算例结果表明,该方法对以剪切变形影响为主的低矮小开口剪力墙动力分析简便有效。     

基于模态柔度改变率对系杆拱桥的损伤识别

研究了适用于系杆拱桥拱肋结构的损伤识别方法,由于模态柔度对结构损伤的高灵敏性,采用模态柔度改变率作为指标,考虑各种损伤情况,运用该指标进行仿真分析,通过计算的数值表明,模态柔度改变率法可以准确有效地判断损伤位置,定性地判断同一位置处的损伤程度.     

隧道爆破振动下既有建筑结构动力响应及#br# 损伤研究综述

针对隧道爆破振动引起建筑结构的损伤问题,首先阐述隧道爆破振动峰值振速和频率的衰减规律;然后总结隧道爆破下采用反应谱法、时程分析法、损伤指数量化法和现场试验测试法得出的结构振动反应特征,阐述隧道爆破下建筑结构的损伤机理和易损构件,并探究了基于高阶局部模态的爆破振动下结构振动的损伤机理;阐述振动安全标准及改进方法;最后指出今后的研究重点：①建立同时考虑结构承重构件和非承重构件的三维全结构模型,探究爆破振动下非承重构件的振动反应及损伤情况;②基于结构动力学和高阶模态理论,通过分析爆破振动主频与结构高阶模态频率之间的关系,探索建筑结构在隧道爆破下的高阶模态振动效应及损伤特征;③需要综合考虑结构峰值振速—峰值应力的耦合响应特征来探究建筑结构在隧道爆破振动下的损伤机理,辨识易损构件,改进和完善爆破振动安全标准;④结合大数据、信息化和结构健康监测技术,实现动态化、定量化和精细化评价爆破振动下建筑物安全和结构损伤。     

Multi-scale damage analysis for a steel box girder of a long-span cable-stayed bridge

Accurate evaluation of the effect of possible damage in critical components on the dynamic characteristics of a structure is of critical importance in developing a robust structural damage identification scheme for a long-span cable-stayed bridge. The strategies of finite element (FE) modelling of a long-span cable-stayed bridge for multi-scale numerical analysis are first investigated. A multi-scale model of the Runyang cable-stayed bridge is then developed, which is essentially a multi-scale combination of a FE model for modal analysis of the entire bridge structure and FE sub-models for local stress analysis of the selected locations with respect to the substructuring method. The developed three-dimensional global-scale and local-scale FE models of Runyang cable-stayed bridge achieve a good correlation with the measured dynamic properties identified from field ambient vibration tests and stress distributions of a steel box girder measured from vehicle loading tests, on the basis of which the effectiveness of some damage location identification methods, including a modal curvature index, a modal strain energy index and a modal flexibility index, are evaluated. The analysis results show that the effect of the simulated damage in various components of the steel box girder on the dynamic characteristics of a long-span cable-stayed bridge should be properly considered in structural damage analyses using multi-scale numerical computation.     

基于应变模态的结构损伤识别与定位研究

探讨了用应变模态对结构损伤进行分析的原理及损伤识别与定位的方法。以悬臂结构为研究对象,分析比较了因结构损伤引起的自振频率、位移模态和应变模态的变化。结果表明,应变模态对结构局部损伤的反应敏感,是对结构进行损伤诊断的较理想的损伤识别指标。     

模态分析的损伤诊断在桅杆结构中的应用

研究了桅杆结构的破坏原因和破坏机理,针对桅杆结构本身的结构动力特性和损伤后的动力特性改变,对应用模态分析方法在桅杆结构的损伤诊断的应用问题进行了分析,指出了模态分析的损伤诊断方法在桅杆结构中的应用方向。