土中自由场应力与结构表面压力测量的差异

在土木工程试验测量中,往往把土中自由场应力传感器与结构表面压力传感器不加区分,互相代用。本文给出了这两类情况下传感器匹配误差的定量计算公式,详细阐明了两类传感器在设计原则、测量误差计算方法、误差范围、应力场分布状态和扰动范围等方面的差异,以期克服土中应力和压力测量的盲目性。     

采用压力传感器同时测量动态压力与温度

当在特殊测量情况如涉及压力与环境温度的准确测量时,需要面向动态压力和温度两方面采用压力传感器同时进行测量,这对动态压力传感器提出了更高更全面的要求,目前单晶硅动态压力传感器在芯片设计、封装结构等方面性能较好,本文通过采用压力传感器同时测量动态压力和温度的步骤及操作研究,深入掌握其传感规律,完善测量系统,进行动态范围内的扩展。     

水泥砂浆体中三向压力传感器的测量特性

 确定三向压力传感器实测应力与其周围待测介质初始应力的关系是实现其应力测量的必要条件。为了解三向压力传感器在实际应用中的测量特性,利用RMT岩石力学试验系统对自行研发的三向压力传感器进行标定,研究各个传感面的重复性和线性度,得到各个传感面的标定系数。以水泥砂浆为材料,浇筑制成嵌入三向压力传感器的立方体试样(边长：600 mm),并利用自行研制的真三轴试验加载装置,研究重复荷载作用下水泥砂浆体中三向压力传感器实测应力随外部加载应力状态的变化规律。水泥砂浆体的孔隙结构使得三向压力传感器的实测应力存在滞后现象,但在重复荷载作用下,水泥砂浆体中的孔隙结构逐渐被压密,三向压力传感器的实测应力曲线逐渐趋于稳定。静水应力状态加载条件下,三向压力传感器的实测应力与其对应方向的加载应力呈线性相关关系;非静水应力条件下,三向压力传感器的实测应力不仅与其对应方向的加载应力呈线性相关关系,而且与其对应方向的加载应力与其它两个方向的加载应力之差,也成线性相关关系。在此基础之上,提出了用于描述介质初始应力状态对三向压力传感器实测应力影响规律的数学关系。     

大跨度悬挑曲面屋盖结构风洞试验研究

大跨度悬挑曲面屋盖结构属于风荷载敏感结构,又因其造型独特,风荷载特性复杂,故其抗风设计尤为重要。通过对青岛西站铁路站房进行1/200缩尺比的同步多点刚性模型测压风洞试验,系统分析了大跨度悬挑曲面屋盖在不同风向角下的平均压力系数分布规律及50年重现期极值压力统计值分布规律,并基于此数据分析屋盖体型变化对风压分布的影响。结果表明:屋盖整体呈现负压力;屋盖风压分布受风向角、屋盖体型的影响明显,在不同风向角下,屋盖体型对风压分布的影响程度不同;屋盖的挑檐、边角及屋脊处的平均压力系数绝对值要比其他区域大;站房表面极值压力绝对值最大值达4.4kN/m²,主要分布于站房的挑檐部分,因此在设计时需着重考虑挑檐的抗风设计。     

砂土介质中薄膜压力传感器的标定试验研究

土压力的精确测量在岩土工程领域有重要作用。传统土压力盒体积大,对土体完整影响较大,薄膜压力传感器是一种新型测量土压力的仪器,厚度薄、灵敏度高。薄膜压力传感器应用过程中需要根据实际使用情况进行标定。本文通过自主研制的标定筒研究薄膜压力传感器在砂土介质中的标定效果,并将砂标结果与厂标结果进行对比。采用同一薄膜压力传感器对不同相对密度的砂土进行了标定,结果表明,砂标结果值大于厂标结果值,砂土的相对密度越大,标定系数越小。     

水岩分算隧道衬砌外水压力折减系数取值方法

针对如何确定水岩分算时隧道衬砌外水压力折减系数问题,结合已有隧道规范中地下水处理的规定及外水压力折减系数经验取值方法,从地下水渗流作用出发,基于地下水水力理论,推导了地下隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力折减系数理论求解公式,揭示了灌浆圈、初期支护、二次衬砌渗透系数及灌浆圈厚度等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力折减系数的影响规律。在此基础上提出了不同衬砌类型外水压力折减系数取值所应注意的问题及相应的取值方法。研究结果可为隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。     

加筋土挡墙土压力及土压力系数分布规律研究

通过对加筋土挡墙大型模型试验土压力测试分析,提出加筋土挡墙的土压力系数应区分为填土自重土压力系数和超载土压力系数。自重土压力系数在墙顶为主动土压力系数,至墙底为静止土压力系数,其间按直线规律变化;超载土压力系数随超载的大小而变化,按从小到大的顺序分别取值Ka,2Ka,2.5Ka和3Ka,它们沿墙高均近似取为常数。土压力系数与土压力数值大小的变化规律相一致。     

基于现场实测数据统计的隧道围岩压力分布规律研究

 围岩压力作用模式和时空演化规律是隧道支护结构设计的核心内容,一直是地下工程界研究的热点问题之一。在总结隧道围岩压力类型和主要影响因素的基础上,通过对44座隧道91个监测断面围岩压力的统计分析,研究隧道围岩压力的总体分布特征及其与围岩级别、隧道埋深的关系,讨论竖向、侧向围岩压力及侧压力系数随隧道埋深增大的变化规律。基于现场监测数据的统计分析,研究隧道围岩压力时程变化的基本规律,将隧道围岩压力随时间变化划分为快速增长–缓慢增长–趋于稳定的3个阶段,其中快速增长阶段多集中在隧道开挖后无支护或支护结构尚未完全发挥作用的一段时间;讨论隧道围岩压力沿洞周的分布规律和不均匀系数的分布特征。研究结论为分析隧道围岩压力作用机制和完善支护结构设计方法具有一定的参考价值。     

广州西塔幕墙风压试验研究

针对广州西塔项目进行了同步压力测试试验,研究和分析了广州西塔的平均风压和极值风压分布规律。利用气象资料对幕墙风压进行修正,明显降低了西塔结构中上部的风压值,提供了更为科学合理的结构风荷载数据,同时也保证结构设计的安全性和经济性。通过截面体型系数的比较,可以看到西塔截面的体型系数和圆截面的体型系数具有一定的相似性。相关的研究结果可供结构工程师参考。     

大跨度曲面木屋盖风荷载特性的风洞试验研究

大跨度曲面屋盖风荷载特性复杂,大规模木屋盖工程在实际工程应用中相对少见。通过对海口市民游客中心这个大跨度曲面木屋盖工程的风洞试验研究,系统地分析了在不同风向角下曲面木屋盖风荷载的平均压力系数分布规律、等效静风荷载分布规律和整体风荷载效应的分布规律。试验研究结果表明:屋面整体风荷载效应主要表现为上吸作用;屋盖内外表面的平均风压系数主要受风向角和测点位置的影响,表现出复杂的波动性规律,部分重要测点处存在多个平均风压系数极值和主风向角工况。在整体设计计算过程中,除了需要考虑最大上吸工况外,也要考虑下压风工况的不利作用;在局部设计计算中,应重点考虑出现极值的重点区域和特异点。     

土压力传感器动力匹配问题初探

本文利用土-结构动力相互作用的一维波理论,在对实际存在的二维效应作了近似修正后,讨论了土压力传感器测试土中动应力时的动力匹配问题的力学机理,并对动力匹配误差作出了定量估计。同时,用动力有限元分析作了对比。最后用实验数据作了验证。本文对合理的动土压力传感器的型式及波形判读提出了一些参考意见。     

大比例TTU模型表面风压分布试验研究

采用1∶3大比例模型,通过风洞试验研究了美国德州理工大学（Texas Tech University, TTU）建筑模型表面平均、脉动、峰值风压系数的分布规律,并与实测数据和小比例模型试验数据进行了对比,分析了影响试验结果的部分因素。结果表明：TTU建筑模型典型位置的风压系数试验数据与实测值在整体规律性变化上一致,但试验低估了屋檐、屋角在风向角165°~240°范围内的脉动、峰值风压系数;越靠近屋角流动分离区域测点的风压系数绝对值也越大,最靠近建筑屋面角点的测点峰值风压系数达-16.7;大比例模型屋角、屋檐等区域试验结果更接近于实测值,排除了测点测压管直径不匹配的影响后,考虑到试验中湍流度模拟与实际的差异,大比例模型模拟效果更优;试验样本长度影响峰值风压系数的计算,在屋角区域,长样本峰值风压系数值均相对较大;而离屋角较远时,长样本的峰值风压系数则可能相对较小。     

土体应力状态下主动土压力分布研究

土压力问题一直是支挡结构设计的重要依据之一,经典土压力理论的假设条件会对实际工程的设计造成误差。在经典理论的基础上,分析了墙后土体的应力状态,推导了考虑墙背摩擦情况的侧土压力系数和土压力应力分布计算表达式,通过与Tsagareli砂性土模型试验实测土压力分布对比,说明了本文方法的合理性,并结合算例分别计算了平面破裂面假定和圆弧破裂面假定情况下土压力及其分布。计算结果表明,取库伦搜索真实破裂面的平面假定时,侧土压力系数为常数,土压力与库伦理论结果一致,为线性分布。取最危险圆弧滑动面的曲面假定时,侧土压力系数呈先增大后减小的变化特点,土压力为非线性分布。     

台风 “鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑风压特性的风洞试验与现场实测对比研究

为研究超高层建筑表面的风压特性,基于对厦门沿海某超高层建筑表面风压开展的现场实测和风洞模型试验,探讨了台风“鲇鱼”作用下超高层建筑表面的风压特性及其分布规律。研究结果表明：通过风洞试验和现场实测所揭示出的超高层建筑表面风压特性（平均风压系数、峰值风压系数）及其随风向角的变化规律基本一致;平均风压系数的现场实测与风洞试验结果在迎风面吻合较好,而背风面现场实测值明显较风洞试验结果小;峰值风压系数的现场实测与风洞试验结果除个别测点外相差较大。     

基于表面风压分析的分离式双箱梁流场特性研究

为研究分离式双箱梁流场特性,以某分离式双箱梁断面斜拉桥为研究对象,采用节段模型测振与测压试验的方法得到分离式双箱梁不同状态下的表面风压,通过对风压进行分析处理得到不同状态下风压脉动主频分布及平均风压系数分布.在振动状态下,对扭转涡振锁定区间内及超出扭转涡振锁定区间后分离式双箱梁模型表面风的压力脉动主频分布区域的变化进行...     

密实砂土及硬黏土中圆形隧道的竖向支护压力

 在Terzaghi理论假定的基础上,考虑圆形隧道侧压力系数及洞身范围斜向滑裂面作用,根据极限平衡法建立圆形隧道竖向支护压力的一般表达式,适用于密实砂土及硬黏土地层。该式表明圆形隧道的竖向支护压力随侧压力或侧压力系数 的增大而减小,当 时可得最小支护压力。为求解竖向支护压力,提出圆形隧道侧压力系数 的计算方法,建立支护压力与衬砌刚度、地层刚度等因素的定量关系,表明随衬砌厚度的减小或地层弹性抗力系数的增大,侧压力系数增大,而竖向支护压力减小。通过对比表明,本文方法计算值与极限分析上限法、既有试验结果较接近且偏于安全,不仅适用于浅埋隧道,也适用于深埋隧道,且本文方法比极限分析上限法显著简化。     

无锡蠡湖科技大厦表面风荷载研究

无锡蠡湖科技大厦刚性模型的风洞试验测量了模型表面的平均和脉动风压,给出了不同风向角下各测点的平均风压系数和体型系数。讨论了风场和风向角对平均风压系数和体型系数的影响,以及两个正方形截面塔楼的相互气动干扰影响特点,得到双塔高层建筑中各单塔楼的总体体型系数大于单体建筑的结论。     

上海世博会西班牙馆表面风压的数值模拟

采用数值模拟方法对处于设计方案阶段的上海世博会西班牙馆的表面风压及其周围风流场进行了计算分析,获得了该复杂体型建筑与典型规则钝体建筑所不同的风压、风荷载体型系数分布特性及周围风流场分布特点。在对不同风向角下的风压、风荷载体型系数分布规律的分析基础上,给出了建筑物在最不利风向角下的最不利区域的风压系数和风荷载体型系数分布曲线,为结构抗风设计参数的确定提出合理建议和依据。     

风致内外压下圆弧形落地大跨屋盖结构风荷载特性

对某墙面开洞的圆弧形落地大跨钢屋盖机场航站楼风荷载特性进行了风洞试验研究;基于计算流体力学软件FIUENT 6.3,采用RNG ?κ-ε?湍流模型对墙面开洞屋盖结构的内外表面平均风压系数分布、分区净体型系数、风速矢量以及风场流迹线等风荷载特性进行了系统研究,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行比较分析。结果表明:数值模拟的净体型系数和平均风压系数分布规律与试验结果吻合良好;墙面洞口全开的情况下,由于迎风洞口与背风洞口处压力差的作用,屋盖内表面风压均表现为风吸力,风压分布亦受到洞口的影响;墙面洞口对屋盖上表面平均风压系数分布影响较小;屋盖迎风挑檐区域受到风荷载下顶上吸的叠加作用,最大净体型系数达-2.83。