弹性力学求解体系的研究与进展 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

本文介绍弹性力学对偶求解体系的近期研究和进展:(1)提出一种新的正交关系。不用辛几何的概念,直接导出对偶微分方程组;(2)基于新正交关系,建立二维弹性力学特征函数展开直接解法,求得含可对角化边界条件下的显式封闭解:(3)将对偶求解体系推广到多坐标方向,建立多坐标方向的对偶微分方程和求解体系。(4)采用偏微分方程的算子解法,建立了板状弹性体的弯曲理论,把它的解分解为弯曲齐次解、特解、和衰减解:(5)将对偶求解体系推广应用于厚板和薄板问题,建立了有关的对偶微分方程,正交关系和变分原理。     

应变电测与传感器技术的发展及其在工程结构中的应用 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

本文综述应变电测与传感器技术的近期发展,并介绍在航空航天、桥梁、铁路、建筑、机械、冶金、 化工各种工程结构和医学、体育、计量、商业等各个领域中的许多应用实例。     

南水北调工程重大意义及技术关键 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

南水北调通过东、中、西三条调水线路,将长江、淮河、黄河及海河有机联系起来,形成中国水资源南北调配、东西互济的格局。通过南水北调.南方水资源对北方的可持续供给,并可经黄河调配,将在较大程度上突破制约我国北方国土资源利用、经济社会发展及生态环境保护的瓶颈,整体提升我国北方水土资源承载能力,对支撑我国经济社会经济可持续发展具有基础意义。     

青藏铁路的重要意义、技术难点及力学问题 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

通过国内外冻土研究现状及青藏铁路修建几十年的历史回顾,结合青藏高原海拔最高、自然环境恶劣、地质条件复杂的特点,阐述了青藏铁路的特殊性、复杂性以及修建的可行性和在西部大开发中的重要意义。通过对路基工程、桥涵工程以及隧道工程等关键技术问题的讨论,使我们对于各种试验研究的目的及针对性有了更清晰的认识,为各种技术或工程措施的应用提供了依据和前提。结合兰州交通大学参与主持的青藏课题,对于部分结构形式在多年冻土条件下的力学特性和机理进行了简述,表明了其力学问题的差异性和特殊性,为进一步深化认识和分析提供了参考。总之,通过青藏公路几十年的运营和近3年青藏铁路的修建,多年冻土地区的三大难点已突出表现和集中在冻土方面。我们对多年冻土的认识和深化也将是一个艰巨的、长期的探索研究过程。     

性能化钢结构抗火设计 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

本文论述了火灾对钢结构的危害和钢结构抗火设计的目标与意义。介绍了传统的钢结构抗火设计方法及其存在的问题,指出性能化方法是今后钢结构抗火设计方法的发展趋势。     

井冈山市新城区规划与建设中的若干问题 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

井冈山作为中国第一个农村革命根据地,现在已成为全国重点风景名胜区之一。为了保护和开发建设好这一风景名胜区,井冈山市中心城区将从现在的茨坪搬迁至山下的长义岭地区(位于厦坪镇与拿山之间)。本文基于井冈山市的历史背景、自然条件以及区位条件,介绍了井冈山市新城区城市总体规划设计的指导思想和目标,进而从城市规模、城市生态、城市布局和城市风貌等方面分析和论证了新城区规划中存在的一些主要问题。此外,还对井冈山市新城区建设中的主要问题简要地分析了其原因,并明确提出了相应的措施和建议。     

城市桥梁抗震设计规范中若干问题：第九届全国结构工程学术会议特邀报告

近年来，中国的桥梁建设突飞猛进，城市中大跨桥梁、立交工程和复杂高架桥梁雨后春笋地涌现。现有的公路工程或铁路工程抗震设计规范只透用于主跨１５０ｍ以下的梁桥或拱桥。同济大学土木工程防灾国家重点实验室从８０年代开始，对不同体系的桥梁抗震设计进行了系列的研究，承担了３０余座大桥、城市咦通和立交工程的研究项目，取得了大量的成果与经验。作者者负责编写我国首部的“城市桥梁抗震设计规范”，对其中的若干进展作简要的     

有限元的几个问题和进展—第十届全国结构工程学术会议特邀报告

对有限元的进一步发展加以评述。提到7个方面的问题和进展,按照新原理、新方法和新对策的顺序加以介绍,分别指出有关的关键问题、创新点、理论意义、应用价值和主要参考文献。     

力学分析对诊治骨骼与脊柱损伤具有重要作用 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

本文旨在阐述力学在骨骼与脊柱损伤的发病机理及治疗方法上所起的作用及其重要性。全文共四部分:第1部分论述骨骼与脊柱的生物力学基础包括骨骼与脊柱的构造和组成、生物力学基础知识、骨及脊柱生物力学参数及其测定、椎间盘韧带等软组织的力学性能、应变速度对骨力学性能的影响;第2部分论述不良力学行为是引发骨骼与脊柱软组织损伤的主要因素.包括人体力学行为的属性及不良力学行为引发脊柱损伤的力学机理及简单分析计算;第3部分论述中医传统推拿按摩治疗的力学机理、优点及其局限性,包括颈椎、腰椎、肩关节等传统正骨推拿手法的力学机理、独到的优点和不可避免的局限性以及必须改进的方向:第4部分是针对一部治疗腰椎病的医疗机械进行的实时量测和评判,指出机械化、自动化、信息化是传统中医无创伤外科的发展方向;最后第5部分是结束语。     

新型节能住宅结构体系的研究与发展—第十届全国结构工程学术会议特邀报告

重要介绍了一种新型节能住宅结构体系－密肋壁板轻框结构的研究与应用，通过试验研究、理论分析及工程示范，展示了该结构体系良好的工作性能及发展前景。     

流变力学理论在铁路轨道结构力学研究中的应用

本文主要针对轨排-道床结构中存在的流变力学现象,应用流变力学的基本理论与研究方法,探讨轨道结构的力学问题。通过实验研究和系统理论分析,揭示轨排-道床结构的弹性、塑性和粘性等流变力学特性,建立了轨排-道床结构本构关系模型。并与原苏联所建立的轨排-道床结构流变模型进行了对比,说明了所建模型的合理性、正确性。通过此项研究,为进一步探讨铁路轨道结构的力学问题、完善高速铁路轨道结构的设计及养护维修工作打下良好的基础。     

高速铁路扣件弹条动力学分析

为了研究扣件弹条在高速列车动荷载作用下的振动特性,以我国高速铁路采用的Vossloh扣件弹条为研究对象,采用ABAQUS有限元软件建立详细的扣件系统有限元模型,基于非线性接触理论与车辆-轨道耦合动力学理论,研究弹条在安装过程中的受力及列车动荷载作用下的振动特性,并与现场实测结果进行了对比验证。结果表明：螺栓预压力施加到33kN时,弹条达到正常安装状态,此时弹条中圈环位移为20.3mm,弹条扣压力为13.8kN;考虑钢轨波磨情况下,弹条加速度和振动位移最大值分别约为3g、0.05mm,计算结果与实测结果在振动形态与幅值上均基本一致,弹条振动加速度与不考虑钢轨波磨下的结果相比约增大10倍,明显加剧了扣件弹条的振动,从而会加速弹条的疲劳损伤。     

轨道刚度对高速轮轨系统振动噪声的影响

高速铁路对环境的噪声污染是一个不可忽视的问题,在已建立的轮轨滚动噪声预测模型的基础上,以板式轨道为对象,研究了在轮轨表面粗糙度(随机短波激扰)的激励下,轨道刚度变化对高速轮轨系统振动及轮轨噪声的影响.结果表明:降低轨道刚度,可以有效降低轮轨系统400Hz以下频率的振动,但对400Hz以上的振动基本无影响,从而,对轮轨噪声也基本无影响.     

车辆蛇形运动状态下重载铁路轮轨系统振动特性

该文针对重载铁路货车车辆,从大系统角度,研究了蛇形失稳时的轮轨动态相互作用特征,仿真计算了当货车车辆以高于其非线性临界速度运行时的轮轨系统振动姿态。理论分析结果表明,轮对蛇形运动时,轮轨接触点在车轮踏面与轮缘根部交替变化,导致轮轴横向力变化非常剧烈,最大值接近正常值的10 倍。在轮轨横向力的作用下,轮对以11.25Hz 频率在轨道中心线左右横向运动,幅度达到了15mm,且摇头角位移较大,轮对蛇形运动波长为3.4m;钢轨横向振动也非常明显,将进一步加剧轮对横向运动。另外,轮轨横向相互作用力及钢轨横向振动位移的主频与轮对蛇形频率一致。     

机车轮缘磨耗对轮轨接触状况的影响

针对机车运行中出现轮缘磨耗严重这一问题, 统计苏家屯机务段电力机车轮对检修记录, 将轮缘磨耗过程可以分为3 个阶段:初期磨耗阶段、磨耗稳定阶段和后期磨耗阶段。建立不同磨耗时期的轮轨弹塑性接触模型, 运用有限元方法进行计算分析。计算结果表明:车轮轮缘厚度从32mm磨耗到27mm这个过程, 轮缘上的接触等效应力相对较小, 轮缘磨耗速度在整个磨耗过程中最低;机车车轮镟修或换轮后在磨耗后线路上运行, 标准车轮与磨耗钢轨的型面匹配状况不佳, 接触等效应力集中在车轮轮缘上, 运行初期轮缘磨耗较快。得出的结论有助于设计出更好的轮轨型面来降低轮缘磨耗。     

考虑基础结构损伤的无砟轨道-车辆耦合动力模型及其求解

为了探究无砟轨道结构损伤与车轨动态相互作用的相互影响机制,基于经典的车辆-轨道耦合动力学理论,利用混凝土弹性损伤本构考虑无砟轨道结构的损伤效应,将车辆简化为多刚体系统,并假定随机性的轨面不平顺以单节车长为周期重现,利用Hertz非线性接触实现车辆系统与含损伤无砟轨道系统的垂向传力耦合,从而建立考虑轨道结构损伤效应的无砟...     

考虑轨道弹性时机车轮对的纵向振动研究

在电机轴悬式机车-轨道垂向耦合动力学模型的基础上,考虑了机车的纵向运动自由度,通过对比牵引工况下考虑和不考虑轨道弹性时的轮轨作用力及轮对振动加速度,得到了轨道弹性变形对轮对轮轨切向力及其纵向振动的影响规律。研究结果表明,当轮轨界面无不平顺激扰时,考虑或忽略轨道结构的弹性对轮对牵引力的发挥及纵向振动影响不大;在不平顺激扰下,轨道结构参与轮轨间的耦合振动,由于轨道垂向的弹性及阻尼作用,轮轨垂向力特别是高频力得到缓冲及衰减,致使50Hz以上高频段的轮轨切向力及轮对纵向振动变的缓和,利于轮周牵引力的稳定发挥。总体上,分析模型中若不考虑轨道弹性会造成预测的轮轨切向力及轮对振动加速度偏大。     

地铁车轮磨耗测试及数值仿真

对某地铁线路的车轮磨耗进行了跟踪测试,掌握了该线路车轮磨耗特征;从轮轨关系研究的角度,分析了轮缘异常磨耗的原因;建立了地铁车辆动力学仿真模型,结合基于磨耗功的车轮磨耗评价方法,提出了车轮磨耗减缓措施。车轮磨耗测试结果表明,该线路地铁车轮以轮缘磨耗为主,且存在轮缘偏磨现象;轮缘缺乏润滑和线路小半径曲线分布不对称是造成轮缘磨耗过大和轮缘偏磨的主要原因。仿真结果表明,适当降低一系纵向刚度有利于减缓车轮磨耗;采用轮缘润滑或小半径曲线外轨轨侧涂油等方式降低摩擦系数,能显著降低轮缘和轨侧磨耗,摩擦系数每减小0.05,轮轨磨耗将降低约16.1%;载客量的大小对轮轨磨耗具有一定的影响,轴重每增加1 t,轮轨磨耗将增大约4.8%。针对所调查的地铁线路实际情况,建议对小半径曲线外轨采取涂油措施,以减小轮缘和轨侧磨耗;此外,定期对车辆进行掉头运行,以减缓轮缘偏磨现象。     

道岔区轮轨接触几何关系研究

该文以12号可动心轨式单开高速道岔为例,在对道岔区相关走行轨线轨顶外形离散基础上,依据其空间布置关系,详细研究了道岔区轮轨接触特点,给出了轮/岔两点接触判定和计算方法,确定了道岔尖轨区和心轨区在现有空间结构下发生多点接触位置,给出了轮轨力在相关轨线上的转移与分配特性,分析了道岔区轮轨接触点在走行轨线上的不连续性和跳跃性,揭示了轮/岔间产生横向和垂向冲击振动机理,这为进一步优化高速道岔各股轨线空间结构奠定了基础。该文的研究结果是目前轮/岔接触几何关系研究方面的重要突破。     

轨道结构建模精细化程度对高速铁路连续梁桥地震易损性的影响

为探究CRTS Ⅱ板式无砟轨道结构建模精细化程度对高速铁路连续梁桥地震易损性曲线的影响,以一座48 m+80 m+48 m高速铁路预应力混凝土连续梁桥为例,采用有限元分析软件OpenSEES分别建立四个轨道结构建模精细化程度不同的线桥一体化模型,进行了非线性时程分析和易损性分析,构造了桥梁各关键构件和轨道结构各部件的易损性曲线。计算结果表明,在建立轨道-桥梁一体化模型研究高铁连续梁桥抗震性能时,轨道结构建模精细化程度对滑动层的地震易损性曲线影响很大。随着轨道结构建模的精细化程度降低,滑动层发生地震破坏的概率变大。同时,轨道结构建模越简单,滑动支座发生破坏的概率略微增加,桥墩发生破坏的概率略微减小。此外,轨道结构建模的精细化程度对CA层、扣件、桩基等构件的地震易损性曲线基本上没有影响。