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[硕士论文] 江神文
土木工程防灾减灾工程防护工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:建筑信息模型(Building Information Modeling,简称BIM)作为建筑工程全生命周期信息的数字化表达,其最大的价值在于信息的集成、共享和应用。大跨度钢管混凝土拱桥施工过程中的复杂性、危险性大,将BIM技术引入到钢管混凝土拱桥施工中,实现主拱施工可视化和信息化,提升大跨度拱桥施工的信息化水平。为此,本文开展以下研究工作:
  1.研究给出大跨度钢管混凝土拱桥施工监控信息模型的定义,分析施工监控信息数据的维度,提出施工监控信息模型的实施技术框架和基于BIM的主拱施工全过程自适应控制体系。
  2.围绕Revit主拱建模工作量大、精度不高的难点,创建基于Revit平台的钢管拱构件族库,开发主拱参数化建模工具,提升建模效率;针对主拱构件型号多、数量大的特点,提出基于二维码追踪技术的主拱构件信息化管理流程,利用数据库交互共享技术,实现对主拱构件全施工过程的跟踪,有效提高构件管理的信息化水平。
  3.针对主拱悬臂拼装施工监控信息模型所需要的信息,开展Autodesk Revit平台下主拱施工信息模型数据成员的定义、数据的储存、数据分析动态展示等研究。以Revit为信息平台,基于Revit二次开发技术定制面向对象的工具集,构建集主拱制造、施工监控于一体的全过程BIM解决方案,开发出钢管拱主拱施工监控信息系统(STACCS),该系统具备参数化建模、主拱构件信息化管理、制造误差信息采集、生成有限元分析文件、数据存储、数据录入、数据分析数据库交互功能。该系统可以动态模拟施工过程,实时监控应力线形、施工阶段安全性分析以信息共享,从而保证施工控制精度、提高施工效率、施工过程信息透明,最终使得主拱合龙拱轴线形和受力状态满足设计要求。将该系统应用在大小井特大桥主拱悬臂拼装施工中,效果良好。
[硕士论文] 宋浩
土木工程防灾减灾工程防护工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:主缆架设与主梁吊装是悬索桥施工中的关键工序,主缆架设后的空缆线形决定成桥线形是否与设计吻合,桥面系钢桁梁吊装过程的控制,尤其是采用跨缆吊机带梁行走新型施工工艺,影响到梁段成桥时的初始状态。因此对山区悬索桥主缆线形分析与主梁吊装关键工序的研究具有深刻意义。
  论文首先介绍悬索桥的分析理论。对挠度理论、弹性理论以有限位移理论的假设推理进行简单的介绍。用解析法中的抛物线法、悬链线法以数值有限元法对主缆成桥线形计算进行推倒分析。空缆线形计算采用悬链线法和有限元法分析。通过对正装分析法、倒拆分析法和修正的倒拆分析法的介绍来阐述主梁吊装施工理论。
  其次,依托实际项目工程,用MIDAS/Civil和解析法计算分析了温度、跨度无应力索长对中跨跨中标高韵影响,两种方法计算结果相互验证,结果准确。基于实测主索鞍偏量与实测主缆线形两种方法分别求出实际空缆线形主索鞍平衡点位置,通过修正空缆线形的主索鞍平衡点偏差和空缆线形影响性偏差并进行线形叠加,得到基准状态下空缆线形,与理论空缆线形比较特征点的高程差,并分析偏差原因,得到后续索夹安装、吊杆下料长度、主梁吊装施工所需的基准线形。
  通过分析悬索桥常见几种吊梁技术与跨缆吊机带梁行走新型施工技术优缺点可知此新技术可以较好的解决清江大桥面临的地理环境问题与工程经济问题。通过研究吊机吊梁行走施工技术的工作原理、吊机使用性能和吊机安保措施来论证分析此施工技术的可行性,并用有限元软件计算分析了吊机桁架结构的力学特性
  在桥面系钢桁梁吊装施工过程中,梁段之间采用上弦杆铰接、下弦杆自由的连接方式。本文通过考虑跨缆吊机荷载影响用有限元软件模拟梁段吊装施工过程求出最大临时铰接力为现场临时连接的处理方式提供理论的设计依据,并对计算结果进行研究分析,也为考虑跨缆吊机带梁行走施工工艺的施工过程计算分析提供了借鉴意义。钢桁梁顺利合拢后,对跨缆吊机带梁行走技术在施工过程中功效问题与主缆损伤问题产生的原因进行分析并给出相应的建议。
  本文借助于实际工程,对主缆线形敏感性分析与空缆线形分析总结了一些经验,对国际领先技术跨缆吊机带梁行走施工技术进行研究与分析,可对其它类似项目施工提供参考。
[硕士论文] 李著
防灾减灾工程防护工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:过往大量桥梁震害的统计分析表明,桥墩损伤是桥梁震害的显著特点之一,分析桥墩震害原因,研究桥墩的地震响应对桥梁的抗震设计有重要启示作用。花瓶式双柱钢管混凝土桥墩是一种新型的结构形式,目前对此类结构的动力响应特性研究较少。为研究花瓶式双柱钢管混凝土桥墩的地震动力响应,探究影响其抗震性能的相关因素,本文以某城市高架桥为工程背景,精确建立了桥墩有限元分析模型,运用ANSYS软件进行数值模拟分析。本文的主要研究内容如下:
  (1)为精确分析花瓶式双柱钢管混凝土桥墩在地震作用下的动力响应,本文基于多尺度的方法,对桥墩进行了多尺度建模。采用通用有限元软件ANSYS实现了精细单元与粗糙单元之间的界面耦合变形协调,并通过算例验证了多尺度有限元方法的有效性和精确性。
  (2)为探究影响花瓶式双柱钢管混凝土桥墩抗震性能的相关因素,本文基于反应谱法探讨了桥墩的高度、钢管壁厚度、桥墩的外倾角横系梁设置数量等因素对桥墩地震响应的影响,为桥墩的抗震设计提供参考。
  (3)为对比分析不同地震响应分析方法计算结果的差异,本文选取三种不同倾角的桥墩模型进行了时程分析,得到的结论与反应谱分析结论一致。其中在纵向地震作用下,反应谱法计算的结果偏大;在横向地震作用下,桥墩的倾角对二者的相对大小有影响。
[硕士论文] 张猛
防灾减灾工程防护工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:中空夹层钢管混凝土是一种新型钢-混凝土组合构件,包括两根同心钢管和钢管之间的夹芯混凝土。相比与传统的钢管混凝土,中空夹层钢管混凝土具有重量更轻、抗弯刚度更大、抗震性能和耐火性能更好等优点。目前,国内外对中空夹层钢管混凝土构件研究较多,但对由其组成的节点和框架的研究较少。一个重要原因是双层钢管作为闭合截面,采用常规构造与钢梁连接较为困难,同时现有刚性连接方式不能保证梁端荷载有效地向柱传递。高强单边螺栓是一种可以单向拧紧的紧固件,使用高强单边螺栓连接有望解决此问题。同时,高强单边螺栓可以极大的节约安装成本减少安装时间,适应建筑装配式发展需求。因而,本文提出了使用高强单边螺栓和端板连接的中空夹层钢管混凝土柱组合节点。通过试验和有限元模拟分析,研究了该类节点在循环荷载作用下的力学性能和破坏机理,主要研究工作如下:
  (1)开展了4组中空夹层方钢管混凝土柱组合节点的拟静力试验。以柱截面空心率和端板形式为主要参数,采取柱端加载的模式,探究了此类节点的破坏模式和抗震性能。结果表明:研究节点具备较高的承载力和初始刚度,延性和耗能能力良好,且根据欧洲规范EC3和EC4该节点表现出半刚性特征。
  (2)以试验为原型,使用有限元软件ABAQUS创建了中空夹层方钢管混凝土柱组合节点在循环荷载作用下的有限元分析模型。通过与试验结果的对比,验证了有限元分析计算模型可靠性和精度。在此基础上选取典型试件进行了非线性全过程分析,研究了在荷载(P)-位移(△)关系骨架曲线各特征点处节点组件的应力分布和破坏模式,揭示了此类节点在低周反复荷载作用下的受力机理。
  (3)建立了中空夹层方钢管混凝土柱组合节点的参数分析模型,深入探究了柱截面空心率、螺栓直径和楼板配筋率等16个参数对方中空夹层钢管混凝土柱组合此类节点受力性能的影响。
  (4)在试验研究和有限元分析的基础上,结合目前端板连接矩形钢管混凝土组合节点的相关研究成果,提出了中空夹层方钢管混凝土柱组合节点的承载力公式。通过有限元模拟,探讨了改善节点受力性能的构造措施。
  研究成果表明:本文提出的高强单边螺栓和端板连接的中空夹层方钢管混凝土柱组合节点具备良好的抗震性能。本文的研究成果可为中空夹层方钢管混凝土柱半刚性组合节点的设计和应用提供参考依据。
[硕士论文] 王凯
防灾减灾工程防护工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:高层建筑中存在有许多竖向通道,由于烟囱效应的影响,一旦发生火灾,这些竖向通道会加速火灾的蔓延,很大程度上加大了火灾扑救难度。本文中对竖向通道内部的火羽流特征进行了研究,研究了在改变火源位置以下部开口面积大小的情况下火羽流特征的变化。另外由于火灾发生时,室内温度分布受火源位置影响较大。本文应用FDS软件得到了不同火源位置条件下钢框架周围各点处的温度时间曲线,并在此基础上运用ABAQUS软件对钢框架进行了火灾响应分析。
  本文主要工作如下:
  (1)研究了在竖向通道内火羽流的温度分布规律以空气卷吸规律。发现了在竖向通道内,火羽流的温度分布符合经典的三段模型。且在连续火焰区,火焰温度比在开放空间条件下低。另外在竖向通道内,卷吸系数随着下部开口面积的增大而逐渐上升,并且建立了卷吸系数比值与下部开口面积,火源与背板之间距离的耦合关系。
  (2)研究了竖向通道内火焰长度的变化规律,发现了火焰长度随着火源与背墙之间的距离和下部开口面积的增大而逐渐减小。并得到了贴壁火的火焰长度正比于火源的热释放速率的2/3次方。此外发现了火焰长度比值随着热释放速率的增大变化不大。最终建立火焰长度比值和火源与背墙之间的距离、下部开口面积以火源的热释放速率的耦合关系。
  (3)运用FDS建立了单室火灾的模型,得到了钢框架周围各个位置处的空气温升曲线,并以此温升曲线为基础,运用ABAQUS对钢框架结构进行瞬态热分析,然后采用热-结构的耦合的方法,得到了在不均匀温度场作用下钢框架的受力和变形。
[硕士论文] 石高扬
防灾减灾工程防护工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:岩石是内部存在大量微裂纹、微孔洞等微观特征结构的非均质材料,因其抗拉强度远小于抗压强度,在受载荷时经常会发生拉伸破坏。此外,在地热资源开发、高放射性核废料地下存储与隧道火灾后重建等工程中,岩石都受到温度和荷载的共同作用。为了研究经热处理的中细粒花岗岩动态拉伸力学特性、动态劈裂破坏模式、能量耗散特征以温度和加载率对花岗岩能耗规律的影响,本文开展的研究工作得出相关结论如下:
  首先,利用φ50mm直锥变截面Hopkinson压杆(SHPB)对经历6个不同温度作用后(即25、100、300、500、700和900℃)的花岗岩试样进行3种加载速率(5.4m/s、7.7m/s和13.7m/s)的动态劈裂试验。力学特性分析结果表明:当温度在500℃以内和较低应变率下,花岗岩动态劈裂试件的破坏形式为沿径向轴对称开裂,随加载率的增加,试样两端出现明显的三角形压碎区域;温度达到500℃以后,试样破坏程度加剧,在高应变率下呈现出粉碎性破坏;随温度的增加,岩样的纵波波速降低,损伤相应增大,而且热损伤演化规律符合logistic曲线模型;在所研究温度范围内,不同加载率下劈裂强度随温度升高逐渐降低,100℃温度后,抗拉强度与损伤变化关系与allometry函数曲线吻合;且每个温度下劈裂强度随应变率的增加均近似呈线性增长。
  其次,基于岩石失稳破裂的能量原理,分析了岩石在破碎过程中的能耗规律,结果表明:花岗岩试样在动态劈裂中的耗散能随热处理温度的上升而减小,但随弹速的增加而提高;岩石试样破碎块度随着平均入射能变化率和温度的升高而越小,而破裂块的数目则呈增多趋势;入射能平均变化率的增加使温度对试样破碎形态的影响作用更加显著;冲击荷载作用下,能量利用率均不超过30%,且表现出与加载率效应相反的特性;花岗岩的动态劈裂强度与透射波的能量近似呈线性增长关系。研究指出从能量耗散的角度能更加清晰和准确地表征岩石抵抗拉伸破坏的能力。
  最后,使用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA和ABAQUS,对花岗岩的动态劈裂破坏过程和端部效应影响进行数值模拟。研究结果表明:试样采用非等分网格划分形式,可以避免杆件与试样接触部位应力过于集中;考虑应变率效应的Cowper-Symonds粘塑性本构能够较好地描述常温下花岗岩的动力学行为。在动态劈裂中,试样端部效应的存在使其抗拉强度比理论值偏大。
[博士论文] 王凯
防灾减灾工程防护工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国交通基础建设事业的蓬勃发展,隧道建设过程中的不良地质灾害的控制已成为重要研究课题,特别是随着建设中心向西南部山区的转移,这些地区地处花岗岩强烈风化区,围岩条件差,给隧道的安全施工增加了难度。花岗岩在我国分布广泛,主要集中在云贵高原以东,包括秦岭-大别山在内的东南部广大地区,尤其是在福建、广东、桂东南与湘南、赣南等地区,受气候炎热多雨的影响,这些地区花岗岩呈现“风化作用强烈、含砂量高,胶结性差,遇水极易软化崩解”等鲜明特征,在隧道开挖过程中极易造成突水、突泥等地质灾害。注浆作为控制全风化花岗岩地层突水突泥的有效手段,受被注介质特殊的物理力学特性水理特性的影响,呈现出不同的扩散模式加固机制,目前对其的理论研究远远滞后于工程实践,亟需系统深入的研究。本文针对工程中危险性较高的全风化花岗岩地层,采用室内试验对其物理力学特性水理特性进行了系统研究,重新界定了全风化花岗岩地层的特征属性;探讨了全风化花岗岩地层的浆液扩散加固模式,定量描述了注浆条件(浆液类型、浆液配比、注浆压力)对于注浆效果的影响机制,揭示了全风化花岗岩地层注浆加固机理;基于大型三维注浆模型试验系统,研究了前进式分段注浆不同序次注浆影响下的多物理场演化规律,揭示了浆脉扩展形态、注浆加固效果的空间分布规律;最后形成了针对全风化花岗岩的基于综合地质分析的泄水诱导注浆治理方法,并依托广西均昌隧道突水突泥注浆治理工程开展了大量的现场试验,验证了该方法的实用性和高效性。
  (1)通过分析大量全风化花岗岩地质资料,并基于对全风化花岗岩的物理力学特性水理特性的系统研究,得到广西全风化花岗岩介质的特征属性,并研究了各物理参数对其力学特性水理特性的影响规律。
  (2)全风化花岗岩的黏土矿物含量影响介质的渗透性水稳定性,进而对浆液在其中的扩散加固模式具有直接的影响。随着全风化花岗岩中黏土矿物含量的不断增大,将全风化花岗岩地层注浆扩散加固模式划分为渗透扩散注浆模式、强渗透-低劈裂扩散注浆模式、强劈裂-低渗透扩散注浆模式、劈裂扩散注浆模式。
  (3)基于全风化花岗岩注浆模拟试验,研究不同注浆压力下,单液注浆对被注介质强度特性、抗渗性、水稳定性的加固改善效果。并通过全风化花岗岩单、双液注浆对比试验,研究浆液性质、注浆压力对其扩散模式注浆加固体强度特征的影响机制。
  (4)考虑了浆液压力的空间衰减特性对浆脉空间分布形态的影响,并基于半平面体边界上集中力所引起地层位移的符拉芒解答,建立了浆脉厚度的控制方程,揭示了注浆扩散过程中劈裂通道宽度的时空分布规律。
  (5)探究了全风化花岗岩前进式分段注浆加固机制:开展了大型全风化花岗岩前进式分段注浆模型试验,实时监控不同序次注浆影响下多元物理场演化规律;分析注浆压力与注浆速率、排水量的响应特征;揭示不同序次注浆过程中浆脉厚度变化扩展规律;定量研究了前进式分段注浆加固前后各物理力学参数的加固改善效果。
  (6)全风化花岗岩富水地层地下水径流主通道的发育状态对浆液扩散形态具有重要影响,通过改变注浆模拟试验排水条件,研究浆脉扩展形态特征加固效果,研究发现排水通道的数量位置是影响浆脉扩展的重要因素,不同的浆脉扩展形态对应的注浆加固体表现出不同的注浆加固效果。
  (7)提出了基于综合地质信息分析的泄水诱导注浆技术,针对全风化花岗岩遇水易软化崩解的地质特点,以综合地质探查获取的水文地质信息为先导,以帷幕注浆为主要注浆治理手段,通过泄水孔的泄压、排水,引导浆液的扩散加固,提高浆脉的扩展性分支性,强化围岩的整体加固效果,最终形成了全风化花岗岩地层突水突泥灾害的系统性注浆治理方法,并应用研究成果对广西岑水高速公路均昌隧道突水突泥灾害段进行了注浆治理,实现了隧道安全开挖。
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