大坝模型试验的光纤传感变形监测

考虑到大坝模型试验中内部变形难以监测的现状,研制了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)技术的光纤传感器.这种传感器为圆棒式结构,其表面沿轴向安装了准分布式的光纤布拉格光栅.对于大坝物理模型,该传感器可预埋入坝体和坝基的内部.当大坝受到油压千斤顶荷载产生变形时,该传感器类似于一根一端固定并同时受轴向拉、压和横向弯曲的弹性梁.根据弯梁原理,由光纤布拉格光栅测得的应变结果可反算出大坝沿水平向和竖向的位移分布.室内标定试验结果表明,该传感器测得的变形量与其他常规传感器的读数一致.在一个二维混凝土重力坝物理模型的超载破坏试验中,采用预埋于坝体、坝基内部的光纤传感器以及表面安装式位移计、电阻应变花对该模型进行实时的变形监测.试验结果验证了该光纤传感器在大坝模型内部变形监测中的有效性,同时也揭示了大坝在超载作用下的变形机制和破坏形态.     

有砟轨道路基翻浆冒泥模型试验系统的研发与应用

为研究既有线有砟轨道路基的翻浆冒泥机理，自主研发了一套能够模拟循环荷载–湿化耦合作用的模型试验系统。模型试样直径500 mm，由厚度分别为350 mm的路基土和200 mm的道砟组成，整个试样在高强度透明有机玻璃模型筒中制备完成。模型试验系统配备有监测荷载、位移、体积含水率和孔隙水压力的4种传感器，并通过高清相机对颗粒迁移过程进行图像捕捉。基于所研发的试验系统，针对辛泰铁路典型翻浆冒泥病害路段土样，开展翻浆冒泥模型试验。试验结果表明：动孔隙水压力是导致翻浆冒泥病害产生的关键因素。随着体积含水率的增加，动孔隙水压力引起的颗粒迁移量逐渐增加；在饱和状态下，会引起大量颗粒迁移，翻浆冒泥现象显著。试验结束时，道砟污染指数达到25%，在实际工程中已严重影响铁路的正常运营，有必要对污染道砟进行换填。     

折叠网架结构变形-荷载随机过程概率预测模型北大核心CSCD

节点位移的控制是折叠网架结构正常使用的关键。根据概率理论和数理统计原理建立二维连续型随机变量位移和荷载的概率预测模型,基于有限的试验数据,进行不同雪荷载工况下节点位移的预测。计算结果表明:100,120,140mm厚雪荷载作用时,节点竖向位移和水平位移预测值与试验测试值吻合较好,所有节点平均预测精度大于或等于97.0%;分析了边跨节点和120mm厚雪荷载作用下的节点位移预测值与实测值偏差较大的原因;120mm厚雪荷载作用时的节点位移应格外关注;相邻两级荷载的比值大于0.8是模型适用的条件。     

折叠网架结构变形-荷载随机过程概率预测模型

节点位移的控制是折叠网架结构正常使用的关键。根据概率理论和数理统计原理建立二维连续型随机变量位移和荷载的概率预测模型,基于有限的试验数据,进行不同雪荷载工况下节点位移的预测。计算结果表明:100,120,140mm厚雪荷载作用时,节点竖向位移和水平位移预测值与试验测试值吻合较好,所有节点平均预测精度大于或等于97.0%;分析了边跨节点和120mm厚雪荷载作用下的节点位移预测值与实测值偏差较大的原因;120mm厚雪荷载作用时的节点位移应格外关注;相邻两级荷载的比值大于0.8是模型适用的条件。     

桩网结构路基应力传递特性及累积沉降规律

桩网结构路基由于诸多优点而成为高速公路、高速铁路广泛采用的一种路基形式。通过足尺物理模型试验研究了动、静荷载作用下的应力传递特性以及长期列车荷载作用下的路基累积沉降规律。试验表明,路堤内部的静应力先随路堤深度衰减,到达土拱区域后,桩顶上方土体的应力并没有衰减,反而随路堤深度递增,即产生明显的土拱效应。列车动荷载作用下,土拱效应仍可以发挥作用,动应力沿深度的分布模式与静载作用下类似。该种形式的桩网结构路基在40k Pa静载作用下,变形小于1mm,荷载20k Pa时,路基弹性变形小于0.4mm。该种路基在列车循环荷载作用下的累积沉降在毫米级别,并在列车运营的1~2年内完成。     

室内试验公路交通荷载参数的确定

如何确定公路交通荷载是探究路基土体动力特性首先必须要解决的问题。本文对各类公路荷载的确定方法进行了比较分析,重点总结分析了静荷载模型、移动荷载模型(移动点荷载、移动线荷载及移动简谐荷载)、冲击荷载模型、随机振动荷载模型及耦合振动模型。在此基础上,对研究公路荷载作用下路基材料动力特性的试验过程中的主要荷载参数取值给出了大概的范围:荷载频率f=1.0Hz,静载基值p0=20k N,动载pd=20~30k N。     

季节性冻土区铁路路基动力响应模拟

为了研究列车荷载作用下季节冻土区铁路路基的动力响应规律,采用ABAQUS有限元软件建立京哈铁路路基模型,平衡初始地应力,并以此为基础,对单次列车荷载以及长期列车作用下的高铁路基进行动力响应数值模拟分析。结果表明,在单次列车、列车长期荷载作用下,对比不同时期路基的位移场、应力场变化情况,得出季节性冻土区夏季温度较高时,单次列车荷载下路基表面竖向位移、速度、加速度、应力值均大于冬季,在相同深度处各值的衰减程度也大于冬季;同一时期单次列车荷载与列车长期荷载分别作用下,单次列车荷载作用下的路基竖向位移与应力等值大于列车长期荷载作用下的结果。     

基于传感技术的土体位移监测系统

基坑建设中土体位移的监测十分关键.基于Flex弯曲传感技术和无线蓝牙技术设计并制作了1种土体位移传感器,利用Flex传感器的角度测量原理,利用标定试验获取传感器弯曲角度与信号变化之间的线性关系,结果表明:该传感器测量的最大量程为60o,灵敏度介于0.5o～0.7o之间.基于室内模型加载试验进行传感器性能验证,结合标定试验的位移结果,与传统位移计的结果对比验证,发现两者位移高度一致.该Flex位移传感器可对基坑工程的位移、沉降等参数进行实时无线监测,为岩土监测提供了1种新方法.     

循环荷载与钢筋锈蚀作用下桩基础承载能力劣化规律探讨

为了探究钢筋混凝土桩基础在循环荷载作用下的承载能力劣化规律,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对钢筋混凝土桩基在不同循环荷载次数下的位移-荷载、相对滑移量以及承载力等方面进行了分析。分析结果表明:黏结力强度系数η随钢筋锈蚀率的增加呈先增大后减小特征,最大值位于锈蚀率为1.1%处;由荷载引起的黏结力强度弱化系数γ随循环荷载次数的增大呈线性减小;相同荷载下,桩顶位移量随着循环荷载次数的增加而增大,当位移量小于15 mm时,荷载位移呈线性关系,当大于15 mm后,呈近似平行于x轴变化;极限荷载下,桩基础的相对位移量变化较为复杂,呈波动变化状态,钢筋锈蚀率越大.桩基的相对滑移量越大;承载力降低(弱化)系数随循环荷载次数的增加呈逐渐降低趋势,锈蚀率越大,承载能力越低;循环荷载作用对桩基础承载力的影响程度远大于钢筋锈蚀对桩基础承载力的劣化作用。     

新型大跨度索结构避难帐篷现场试验与数值模拟

基于现场试验,对实测风荷载作用下索结构避难帐篷的顶点位移进行了数据测量.通过试验结果分析了风速对顶点位移的影响,得出了实测风荷载与结构顶点位移之间的变化关系.并采用ABAQUS有限元软件对大跨度索结构避难帐篷进行了有限元模拟,证明了有限元结果与试验结果有较好的一致性.在此模型基础上通过降低脚手架材料的刚度,模拟不同刚度条件下结构的风载-位移响应,同时模拟了雪荷载作用下的受力性能.研究结果表明:大跨度索结构避难帐篷的抗风以及抗雪荷载性能均达到设计使用要求.     

基于光纤光栅传感技术的桥梁结构应变监测可行性研究

该文阐述了光纤光栅传感技术的基本原理及其优势,介绍了光纤Bragg光栅传感器(FBG)的布设工艺。利用埋入武黄高速公路某大桥内的FBG和电阻应变片实现了该桥梁在荷载试验过程中的应变监测。并通过比较FBG与电阻应变片测得的应变值来验证光纤Bragg光栅(FBG)传感技术用于桥梁应变监测的可行性。     

基于自适应最小二乘法的混凝土楔入劈拉试件最大荷载与裂缝扩展的优化设计

以混凝土楔入劈拉试件为研究对象,运用最小二乘原理,建立了最大荷载与裂缝扩展之间的数学模型,并通过交叉检验方法验证了模型的可靠性。研究结果表明:裂缝扩展长度的变化远比裂缝口张开位移的变化对试件的破坏更敏感,初始裂缝口张开位移的影响可以忽略不计。与断裂试验的实测结果相比较,本模型均方根精度达到93.9%。利用该模型,可以监测构件安全并对最大荷载进行优化设计。     

抗浮锚杆现场拉拔试验及数值模拟研究

对选定的四根抗浮锚杆按照设计承载力进行了现场拉拔试验,并进行了数值模拟,从而得到了锚杆的荷载-位移曲线,分析了锚杆的变形和受力特征。结果表明,所有检测锚杆的抗拔承载力均达到了设计要求。锚杆最大锚头位移和最大锚头位移平均值均较小,分别为12.46 mm和10.12 mm,卸荷后b1锚杆的残余锚头位移最小。不同锚杆之间卸荷后残余锚头位移与最大锚头位移呈非线性增长趋势,并在b2锚杆出现陡增现象。各级荷载作用下,锚杆各位置轴力随锚杆埋深增加均相应减小,锚杆底部轴力接近于零。     

水泥土无侧限抗压强度的数值研究

在室内试验的基础上,针对不同土质的水泥土,建立三维有限元模型,利用数值分析软件,对试样在单轴压缩条件下受力变形特征进行数值模拟。研究表明:不同土质的水泥土模型应力分布具有相同的规律,应力最大处在模型角部,其值分别为:2.917 MPa(SC-model)、2.965 MPa(SSC-model);选取模型中心部位的单元,分析得到模型内部应力最大位置在距加载区21.21 mm处;试样受压变形呈"两头小、中间大"的规律;位移最大位置在加载区,其值分别为:1.685mm(SC-model)、2.481 mm(SSC-model);在支座端位移为0;模型应力、位移值随荷载加大而增大,其中SSC-model对荷载变化更为敏感。研究结果揭示了单轴压缩条件下,试样内部应力位移分布规律,及荷载变化对试样应力、位移的影响。     

高速铁路无砟轨道基础结构垂向位移分布特性分析

建立高速铁路无砟轨道-路基结构动力有限元模型,系统分析高速列车荷载作用下轨道和路基垂向位移在时间和空间上的分布规律,比较轨道不平顺和断面位置对位移分布的影响规律。数值分析结果表明,轨道不平顺和横断面位置对轨道和路基垂向位移分布的影响可以忽略不计;高速列车荷载作用下钢轨和轨道板垂向位移的最大值分别为0.79mm和0.238mm,结果都在京津铁路现场试验实测数据的范围之内;轨道板和底座的垂向位移沿横向衰减非常缓慢,仅分别降低了3.6%和6.5%,沿深度基本没有变化;路基各层面垂向位移在轨道宽度范围内沿横向仅衰减10%左右,轨道宽度范围外位移按指数函数快速衰减,在距离线路中心线3m和4m附近,基床表层和基床底层的垂向位移已衰减一半以上,路基位移沿深度线性衰减,在距钢轨底面4m附近,垂向位移衰减50%左右,到基床底面处位移衰减70%以上。     

软土地基上箱筒型基础防波堤静力离心模型试验研究

利用离心模型试验研究新型箱筒型基础防波堤在水平静荷载作用下的工作性状和稳定性.通过在箱筒型基础防波堤上的波浪荷载合力作用点处施加水平静荷载直至达到极限状态,得到水平静荷载作用下防波堤的位移和地基土体中超静孔压响应.试验结果表明:设计荷载作用下防波堤结构的位移较小,荷载达到约2.2倍设计值时,荷载-位移曲线出现拐点,当荷载达到约3倍设计值时达到极限状态,防波堤发生向港侧的水平位移、港侧基础筒下沉、海侧基础筒上升以及向港侧的倾斜;荷载作用下港侧基础筒周围土体中的孔压增大,海侧基础筒周围土体中的孔压降低,港侧基础筒内的超静孔压始终大于筒外的超静孔压,荷载较小时海侧基础筒内的负超静孔压大于筒外的负超静孔压,而荷载较大时筒内的负超静孔压略小于筒外的负超静孔压.     

冲击碾压荷载下砂土位移特征试验研究

冲击碾压技术是一种高效、经济的新型动态压实技术,已广泛应用于公路、机场等工程的路基压实、软基处理等领域。采用自行研制的冲击碾压模拟设备进行了模拟试验,主要研究了冲击碾压荷载下砂土位移分布总体特征以及冲击区域中心两侧砂土位移分布特征与冲击区域砂土位移随冲击作用时间的变化特征。结果表明:(1)冲击区域内砂土位移分布呈近似半椭圆形,其砂土位移沿深度方向的分布范围是碾压区域砂土位移分布范围的2.5倍左右;(2)冲击轮滚动冲击作用产生的砂土位移沿冲击作用中心两侧非对称分布;(3)随着冲击作用时间增加,砂土竖向位移明显增大,并在冲击区域左侧砂土浅部出现最大位移。     

基于FBG传感器的桥梁结构应变监测

文章通过在桥梁模型中埋入光纤布拉格光栅传感器,验证FBG传感器可应用于桥梁结构的应变监测。首先介绍了光纤传感技术、国内外的发展现状及应用,比较了目前较为常用的两种光纤传感器:光纤光栅传感器、光纤法珀传感器。接着着重介绍了本次试验所用的FBG传感器,然后通过对桥梁模型的结构分析确定监测内容,并进行应力分布研究,在此基础上完成对FBG传感器的优化布设。最后,通过对数据的采集和评估验证监测系统可行性。应用结果表明,FBG传感器系统可以很好地反映桥梁结构应力变化,能够实现对桥梁结构健康监测。     

单调及重复荷载作用下栓钉连接件抗拔性能试验研究

为了研究栓钉在单调及重复荷载作用下的抗拔性能,以及重复荷载作用下试件的损伤累积,以栓钉直径及埋深为参数设计了8个试件,并进行拔出试验,分析试件的荷载-位移曲线、残余位移、抗拔承载力、初始刚度以及栓钉、混凝土在重复荷载作用下的损伤累积情况。研究结果表明:针对本次试验参数,单调荷载作用下,栓钉直径由19 mm增加至22 mm,承载力增幅6.5%～29.8%,栓钉埋深由120 mm增加至170 mm,初始刚度提升40.6%～65.3%,试件极限位移随栓钉深径比的增加而增大。重复荷载作用下,各试件荷载-位移曲线均有"先密集后稀疏"现象,荷载级别大于等于8时各试件开始产生明显的变形累积,位移增幅明显,试件残余位移在中后期呈指数增长;栓钉埋深120 mm时,栓钉在60 kN左右就已产生明显的损伤累积,埋深170 mm时,荷载在120 kN左右栓钉开始出现损伤累积。     

考虑变形滞后效应的高液限土路基模量反算方法

为了提高便携式落锤弯沉仪(PFWD)测定高液限土路基回弹模量的精度,考虑变形滞后效应对反算结果的影响,提出了一种基于Kelvin粘弹性模型和准静态动力分析反算模量的方法。通过现场试验,验证了新方法的有效性。研究结果表明:利用高液限土填筑的下路堤模量较低,在PFWD冲击荷载作用下,其顶面竖向位移峰值明显滞后于荷载峰值,且荷载位移曲线非线性显著;基于线弹性模型的常规反算方法使得反算模量远大于实测模量,平均相对误差为52.5%;新方法能较好地反映冲击荷载作用下变形滞后特征,反算相对误差仅为9.2%。随着路基模量增大,路基变形滞后效应不显著,常规方法和新方法反算结果相近,但新方法反算结果的精度更高。