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[硕士论文] 李坤坤
建筑与土木工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:我国“十三五”规划中交通基础建设正处于稳步发展的阶段,铁路建设当然是重要的组成部分,沪昆高速铁路就是其中之一。铁路隧道底部变形是一个比较常见的灾害,其对列车运营造成较大的影响。对于这类问题需要进行深入的研究才能找出根本原因并加以解决。
  隧道底部结构隆起变形的机理分析需要考虑的因素比较多也非常复杂,膨胀性岩层就属于原因之一,当今对于这种问题的解决方法仍缺乏合理的力学分析基础,因此,对高速铁路隧道底部结构隆起变形的研究及相应的解决方法具有重要意义。
  本文首先对国内外因底部隆起而变形的铁路隧道案例进行调查分析,然后以沪昆高铁岗乌隧道为背景,通过试验及数值模拟的方法对膨胀性岩石进行分析,并与实际调查监测进行对比,进而得出相应的结论:
  (1)通过收集资料和论文查找,梳理了有关膨胀性岩石试验等发展历程并列举有关案例对遂道底部隆起的主要原因进行分析,主要有围岩性质、仰拱特征及其他外部因素。
  (2)收集有关沪昆高速铁路岗乌隧道的地质、水文资料,根据中铁二院有关岗乌隧道勘察报告初步得出病害的相关原因,通过钻孔取样整理出岗乌隧道底部岩层岩性及深度情况。
  (3)对取出岩样进行重塑样室内试验,包括自由膨胀率试验、有侧限无荷膨胀率试验、膨胀力试验及崩解试验,得出最大自由膨胀率为44.7%;有侧限的无荷膨胀率随试样含水率的增大逐渐减小,随着试样密度的增大逐渐增大;在两组含水率分别为5.31%、8.99%的试样试验中,膨胀力随试样密度的增大而增大,最大膨胀力为119.24kPa,而且试样含水率越大对应的膨胀力越小;在所做11个试样发生崩解的有5个且蒙脱石含量均超过9%,可见蒙脱石含量越大对岩石崩解的发生影响越大;对加工12个试样分别进行单轴压缩试验及劈裂试验,获取试样弹性模量、泊松比等力学参数。最后初步判断部分岩样具有弱膨胀性。
  (4)在室内试验数据的基础上,根据试验所得参数利用有限元软件ANSYS进行数值模拟,得出隧道底部竖向位移随着膨胀岩层厚度的增加而增大,随着膨胀岩层的埋置深度的增大而减小,随着仰拱益率半径的增大而增大,随着仰拱厚度的增大而减小。
[硕士论文] 汤喻杰
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,船撞事故发生得越来越多,已引起国内外专家学者的重视。防撞浮箱能够有效地减小船撞力从而保护桥墩安全。浮箱的形式多种多样,从原来弹模较大的钢式浮箱,到现在新崛起的小弹模柔性浮箱,可以说材料的发展与浮箱的防撞性能密切相关。FRP材料是柔性浮箱常用的一种材料,其轻质高强,弹模低的特点完全适用于防船撞浮箱材料。目前越来越多的国内外学者开始了浮箱防撞材料的深入研究。本文依托某桥FRP蜂窝防撞浮箱工程,通过有限元数值模拟碰撞过程,对比分析不同材料对蜂窝防船撞浮箱防撞性能的影响。
  本文主要完成内容如下:
  (1)完成了FRP蜂窝防撞浮箱材料基本力学试验(弯曲、拉伸、压缩、剪切),得到其弹性模量、强度等力学参数,为后面的计算提供数据参考。
  (2)采用MIDAS/Civil对桥墩进行抗力验算,通过试算得到临界抗力值。运用LS-DYNA软件建立精细化的防船撞模型,进行有限元仿真分析。依托工程FRP蜂窝防撞浮箱,分别对裸墩以及GFRP、CFRP、钢浮箱三种材料工况进行防船撞动力计算,对比得到GFRP材料浮箱防撞性能更好,对桥墩的保护作用更好,对船的损坏更小。
  (3)进一步分析单一材料参数如弹模、密度及塑性区对浮箱防撞性能的影响。得到该工程应用的蜂窝防撞浮箱,在弹性模量E=5GPa时防撞性能最佳。弹性模量越高,浮箱刚度增加,船舶减速效果越好,但对船的损害增大,耗能减少,传力效果明显,船撞力增大。弹性模量越低,减速缓冲效果越差,浮箱耗能减少,船撞力增大。所以选用合适的弹性模量才能使浮箱防撞性能最好。改变密度没有改变材料弹性模量对防撞浮箱的影响大,改变密度对浮箱防撞性能影响很小。塑性模量Ep越小,浮箱耗能越多,船撞力越小,船舶基本不变形,所以在理想弹塑性材料的条件下,浮箱防撞性能最好。而且要好于弹性状态下的浮箱。塑性模量越高,浮箱刚度增加,船舶减速效果越好,对船的损害增大,耗能减少,传力效果明显,船撞力增大。
  (4)分析破坏强度对浮箱防撞性能的影响。浮箱整体破坏强度无论越高还是越低,其船撞力都会增大,合适的材料破坏强度才能满足船撞力尽可能小的要求。在相同弹性模量的条件下,改变箱壳构件破坏强度对浮箱的影响幅度比改变柱壳构件的破坏强度要大,且箱壳构件抗压强度对浮箱防撞性能的影响程度大于抗拉强度的影响。
[硕士论文] 尹广
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着时代的发展,市场需求越来越多样化,传统的生产模式已经满足不了追求个性化的消费者们。面对日益激烈的市场竞争,全球各大汽车企业纷纷开发新的技术。目前,世界一流企业将目光聚焦在平台化、模块化、智能化、电动化等新兴技术领域,企业之间的差距进一步拉大。在如此复杂多变的市场环境中,国内企业必须也集中精力研发相关技术。
  论文通过对国内某汽车企业平台化进程的研究,并从车架平台化入手,分析企业的平台化定义和产品规划。同时在考虑设计任务书及底盘总布置后,确定车架基本结构和基本参数(轴距、前悬、后悬及前后纵梁开档、纵梁截面)。并且由动力总成中发动机布置、冷却系总成布置、进气系总成布置等分总成的布置出发确定零部件的位置,从而进行底盘的模块化布置。在初步确定安装在车架上的各个分总成以及零部件位置后,进行结构的标准化设计。通过纵梁设计方案、横梁的布置方案、纵横梁固定方式、横梁设计方案、材料的统一,从而实现结构的标准化。在车架平台初步设计完成之后,对借由此平台设计的车架进行初步的理论计算,验证设计的可行性。
  论文借助仿真分析法,从不同工况下的车架的强度、刚度、安装点的动刚度、模态四个方面进行探讨,并和性能优越的标杆车的车架进行比较,发现左纵梁后内板、备胎安装横梁加强板、驾驶室第四悬置支架等零部件不满足要求。对存在问题的零部件进行优化并重新仿真计算,直到最后完成车架平台的设计。
[硕士论文] 傅帮成
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:车辆悬架系统在车辆的稳定性、舒适性和安全性方面起着至关重要的作用,悬架系统中的减振器是核心部件之一,它可以快速衰减由不平整的路面对车身造成的振动,提高汽车乘坐舒适性和操纵稳定性以及安全性。
  之前都是通过试验来检验减振器参数的设计是否满足要求,而现在主要是通过仿真软件对减振器特性进行仿真分析,通过仿真图可以及时发现设计中存在的问题并加以修正,这样不仅减少产品试验次数而且还降低了费用以及加快减振器设计和开发。但目前国内外大部分公司都是利用现成的仿真软件对减振器特性进行仿真分析,不仅参数众多而且参数大都需要通过试验获得,所获得的减振器特性仿真数据还不够准确。
  本文分析了减振器节流阻尼力形成的原因以及其阻尼特性。由于减振器节流阀片的厚度和其在油液作用力下的变形量将直接影响阻尼特性,因此对节流阀片的解析计算极其重要,本文主要是在均布油液压强下通过建立阀片弯曲变形微分方程,来分析其应力和变形,得出计算方法,并利用MATLAB软件得出应力、应变随阀片半径r变化的曲线图,最后利用ANSYS有限元分析软件进行仿真,验证计算方法的合理性,为节流阀片的优化设计奠定了重要的理论基础。依据流经节流阀的流量与节流压力之间的转换关系,建立了减振器复原行程、压缩行程中两次节流阀开阀速度点。在此基础上,再根据复原行程和压缩行程不同状态下的减振器内油液流程模型以及流体力学原理,更加深入的对减振器特性进行了研究分析,建立分段数学模型。根据减振器各项参数利用MATLAB软件,对减振器运动特性和内、外特性进行综合仿真研究分析,获得了解减振器特性的变化规律,为减振器的开发设计提供了理论根据。
[硕士论文] 程煜
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:汽车上的电子稳定控制系统(ESP)可以防止汽车在低附着路面行驶或在行驶过程中突然受到侧向力干扰时出现失稳的现象,保证汽车行驶的安全性。
  ESP系统对车轮独立的制动控制建立在对汽车状态的准确判断上,但现有的车载传感器因为技术或成本原因无法获得如纵向车速、侧向车速、质心侧偏角等关键参数,给汽车状态判断带来了困难。如何准确获取汽车行驶过程中的状态参数,再对汽车行驶状态进行正确判断是开发ESP系统的难点。
  本文针对ESP系统运行过程中需要的汽车纵向车速与侧向车速进行了估计,设计了相关的ESP控制算法,并进行了仿真验证。基于经典卡尔曼滤波算法建立了线性的汽车运动学模型,估算了汽车在多种制动工况下的纵向车速并与CarSim输出的实际纵向车速对比。基于无迹卡尔曼滤波,设计了不完全依赖于汽车动力学模型和轮胎模型的汽车纵向车速与侧向车速的估计算法,并估计了不同附着系数的双移线工况下的纵向车速与侧向车速。通过对CarSim软件输出的可测汽车行驶参数的分析,设计了针对ESP系统的不依赖于传统二自由度汽车模型的模糊控制器,对车轮的制动压力进行控制,并使用CarSim联合Matlab/Simulink进行了低附着系数路面车道保持性能的联合仿真。搭建了基于LabVIEW的汽车制动硬件在环仿真试验台,针对液压控制单元设计了硬件驱动电路,并对其进行了测试。
[硕士论文] 王建南
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:由于近年来环境污染和能源短缺的加剧,使得无污染和耗能少的电动汽车得到快速发展。电动汽车发展的关键在于电池及电池管理系统(Battery Management Systems,BMS),电池管理技术的成熟直接关系着电池安全合理的使用以及电动汽车性能的优劣。
  本文设计了电动汽车电池管理系统,采用一块主控板加多块单元板的分布式结构,并对主控板和单元板进行了硬件和软件设计。主控板负责管理电池组的整体工作,包括总电压和电流的采集、充放电控制、温度控制以及与电动汽车其它系统的信息交互。单元板负责管理每一节电池,包括采集单体电池的电压、电池箱温度以及电量均衡的实现。
  本文重点研究了电池组的荷电状态(SOC)和充电均衡策略,在前人已有成果的基础上提出一些改进措施。电池SOC是电动汽车的重要参数,为了能更加准确的估算电池SOC,采用二阶RC等效电路作为电池模型,反映电池内部工作状态,采用递推最小二乘法在线辨识模型参数。在此基础上,采用改进的扩展卡尔曼滤波算法进行电池SOC的估算,该算法以安时积分法为基础建立SOC的状态方程,以电动势法计算SOC的初值,采用扩展卡尔曼滤波算法进行递推计算,得到电池的荷电量,并通过MATLAB仿真验证算法的准确性。充电均衡管理能够有效控制电池充电过程中的不一致性,减小不一致性带来的危害。为了能够更加准确快速地完成均衡,提出了一种基于DC-DC电源的充电均衡策略,通过将电池组的电量转移到电压最低的电池来实现电量的均衡。
  本文最后对电池管理系统的部分功能进行实验验证,采用一块电池管理系统单元板和4节18650的磷酸铁锂电池进行单体电池电压采集精度、电池组总电压采集精度、温度采集精度以及电池组充电均衡的模拟实验。实验结果表明,采集电路和充电均衡策略都是可行的。
[硕士论文] 王小睿
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:纯电动乘用车作为新能源汽车的一种,针对于它的开发研究是近些年来汽车行业的热门项目,并取得了国家政策的支持。目前,纯电动乘用车的缺点主要表现为其续驶里程很难满足用户的需要,造成这一现象的原因是现有的电池技术很难生产出能量密度大且成本合理的蓄电池。如何提高纯电动乘用车续驶里程的方法,除了改进现有的电池技术外,还可以通过降低白车身重量的方法来达到。论文的工作内容是对某款纯电动乘用车白车身进行轻量化研究,其研究过程及结果如下:
  1.通过CATIA软件完成白车身三维模型的简化工作,后运用Hyperworks进行有限元模型的建立并进行白车身刚度、模态、强度的有限元分析。刚度分析结果表明,白车身弯曲、扭转刚度满足设计要求;模态分析结果表明,白车身结构的一阶振型频率不会因外界激振而引发共振;强度分析结果表明,白车身框架的整体强度满足设计要求。
  2.通过结构优化设计白车身的轻量化方案,减少了部分零件的料厚,优化部分零件的形状、尺寸,并再次进行有限元分析。结果表明,白车身轻量化方案的刚度、模态分析均满足设计要求,在强度分析结论中,白车身后地板及充电机支架两处结构的强度不满足标准。
  3.对于不满足强度要求的部位进行优化改进,再次进行强度分析。结果表明,改进后的白车身强度满足设计要求,减重方案可行。
  论文通过有限元分析的方法对某款纯电动乘用车的白车身进行了轻量化研究,使白车身质量由133kg降低至121kg,减少了12kg,对白车身轻量化的课题研究有一定的工程实用价值。
[硕士论文] 刘扬
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国北斗卫星导航系统(BDS)在亚太地区的覆盖和第三代BDS的快速发展,BDS在全球定位系统中的影响越来越大,在我国民用行业的推广已经成熟。目前,卫星导航定位已进入多频多系统融合的时代,多系统定位有利于增加可观测卫星个数、提高定位精度,并且能更好的应对复杂环境,而如何对不同系统之间进行时空统一是融合的关键之一。智能交通系统(ITS)是当前解决交通拥堵、交通事故、环境污染、能源消耗等问题的有效方案之一,其中车载导航系统是ITS的重要组成部分,为ITS提供精确的位置和速度等信息。因此用BDS为车载导航系统定位、定速,将有利于BDS在交通领域的市场推广。针对上述问题,本文的主要研究内容和成果如下:
  1.阐述了BDS/GPS双系统融合定位基本理论。从时间系统和坐标系统两方面进行了对比,并对两者进行了时空统一;对其融合的基本非差观测模型、单差观测模型和双差观测模型进行公式推导,分析了在卫星定位过程中主要的误差来源和具体解决方法。
  2.实时动态定位关键技术研究。根据嵌入式实时操作系统的特点,选择μC/OS-Ⅱ作为开发板的操作系统,研究了该系统在实际中的应用方式,并对数据的传输进行分析,设计了数据传输方式。对于定位算法,本文提出了最小二乘法和卡尔曼滤波法,主要分析其原理,并对公式进行推导,通过实测数据验证了算法的可靠性。
  3.车载导航系统中硬件部分研究。对GNSS模块和GPRS模块的结构、功能及特点进行研究,设计了符合车载导航定位硬件配置。针对实时传入数据的结构特点和协议,分别设计了解码流程,最后以BDS观测值为例进行解码。
  4.BDS/GPS伪距差分软件(RTD)研发和开发板平台测试。在充分理解和掌握软、硬件设计的需求和目的后,开发了一套集实时接收卫星数据、解码、定位和存储的软件,并通过车载实验进行数据采集。根据实验结果得出,静态实验的水平方向中误差为0.80m,动态水平方向中误差为0.93m,证明该开发板基本满足车载导航系统的定位要求。
[硕士论文] 邓昭聪
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:由于大跨度预应力混凝土连续刚构桥具有较好的经济性和适应性,在上世纪70年代国内便大量开始建设工作。但是当时建设时桥梁结构设计理论和材料属性研究相对不够完善,施工质量监控又不够严谨,随着社会的发展进步,交通量日渐增多、养护管理也无法保障到位等客观原因,其中部分桥已经出现了结构性病害。主要表现为跨中下挠和主梁开裂,轻则影响美观和结构耐久性,重则就会导致结构丧失承载能力,从而影响桥梁的安全使用。
  本文针对中交集团项目“大跨混凝土箱梁桥改变结构体系加固及整跨拆除技术研究与应用”研究需要,在预应力混凝土连续刚构桥已知病害成因和已有加固方法基础上,提出主梁中跨跨中混凝土节段置换为钢梁加固法,简而言之就是降低主梁结构自重从而减轻跨中下挠,并相对改善桥梁承载能力。本文主要研究工作:
  ①归纳总结已建成预应力混凝土连续刚构桥的主要病害及其成因,现有维修加固方法及其优劣势,并针对项目组提出的新型加固方式:即采用钢结构置换既有混凝土梁段加固法,在已修建的预应力混凝土连续刚构桥模型上进行置换模拟计算分析,为后面的模型试验提供可行性分析。
  ②结合工程实建桥梁进行节段置换加固研究设计,制订了钢混接头与钢梁段的结构结构组织形式,完善了主梁节段拆除、钢混接头吊装、混凝土浇筑、预应力张拉等试验施工技术。针对试验模型设计两种不同的钢混接头模型,在特定荷载组合作用下,计算分析钢混结合段的各关键位置的力学行为。
  ③建立置换加固前后的试验模型桥有限元实体模型,并设置各加载等级的试验荷载,计算置换前模型的主梁开裂控制荷载,对比分析置换前后在各加载等级下置换前后关键截面处的应力变形情况,从而在理论上验证节段置换加固方法对于解决中跨下挠问题的可行性。
  ④进行钢结构置换中跨节段混凝土梁段加固模型试验,归纳计算各加载工况下的实测数据,进行置换加固前后的比较分析,结合仿真模型计算数据,再次评价分析钢结构置换既有混凝土梁段加固法的结构效果。
[硕士论文] 胡晓莉
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文以研究大跨度环形钢箱梁人行桥的力学行为为对象,在总结环形钢箱梁桥的力学特性及计算理论的基础上,使用Midas Fea有限元程序,利用板单元来精准模拟钢箱结构的每一个细节构造,从一大跨径环形人行天桥工程实例的计算分析入手,深入探讨和分析了影响环形人行天桥力学特性的相关因素,包括不同跨径布置方式、环形连续非闭合结构变为环形连续闭合结构(即有无伸缩缝)、箱梁截面高度、腹板厚度、加劲肋设置、整体温度变化、曲率变化等,得到环形钢箱梁人行桥原桥跨径具有一定的优化空间,且应尽量按照连续梁跨径布置原则进行布置;环形钢箱梁人行桥非闭合结构改为闭合结构后可提高结构自振频率,可有效改变结构力学状态,使结构受力更合理;箱梁截面高度在1.2m~2.2m范围内变化时,截面高度的增加使环形钢箱梁桥结构强度与刚度均增加,结构自身应力与位移大幅减小;腹板厚度在14mm~22mm范围内变化时,对环形钢箱梁桥的力学特性影响较小,且发现腹板厚度并不是越厚越好;对原桥分析时,发现在某些局部位置(支座附近)的横隔板、纵向肋板的等效应力值最大达到170.27MPa,这是以往文献未见的结果,而在以往类似结构的验算中都忽略了对横隔板、加劲肋的强度验算,同时通过进一步分析发现:加劲肋高度在50mm~140mm范围内的变化时,环形钢箱梁人行桥的力学状态无明显变化,且加劲肋高度的增加会使结构自身应力增加;加劲肋间距在200mm~800mm范围内变化时,加劲肋间距的增加或减少都有可能使结构自身应力增大;温度变化对环形钢箱梁桥非闭合结构与闭合结构的力学特性影响均较显著,温度的增加,使结构自身应力和结构轴向位移也大幅度增加,但对结构各跨挠度基本无影响;曲率半径在33.759m~58.759m范围内变化时,曲率半径的增加,使结构自身应力与位移大幅增加。另外,本文还研究了横隔板与加劲肋对环形钢箱梁桥结构自振频率的影响,得到横隔板与加劲肋的设置有利于提高环形钢箱梁人行桥的自振频率,可有效控制环形钢箱梁人行桥在自振下的位移等结论。
  根据以上结论,提出了大跨度环形钢箱梁人行桥合理的跨径设置方式以及合理的构造设计和设计理念:伸缩缝对该类环形钢箱梁桥的结构力学状态影响显著,在类似边跨跨径较大的环形人行桥中可以不设置伸缩缝,宜设置为环形闭合结构;钢箱梁腹板厚度并非越大越好,腹板的厚度宜控制在14mm~18mm内的设计理念;钢箱梁结构设计时应校核横隔板及加劲肋的强度,特别是支座处的横隔板和加劲肋的强度。针对本文中工程实例优化了在满足现场实际位置的情况下钢箱梁桥跨径布置方式,使得桥梁具有更好的力学性能。所有这些大跨度环形钢箱梁人行桥的设计思想,对类似结构的设计具有重要的指导意义。
[硕士论文] 周宪滔
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:外包加固法因其施工工艺简单、加固效果明显、适用范围广等优点被较多的应用于混凝土拱圈的加固中。外包法加固混凝土拱圈时涉及到不同龄期材料共同作用、拱圈二次受力等问题,其受力分析较为复杂,因此找到合理准确的方式来模拟拱圈的外包加固,对于拱圈加固的设计和施工有很大的实际意义。本文以采用外包法加固拱圈的某渡水桥为依托,建立了外包法加固拱圈的实体单元模型和梁单元模型以及全桥的精细化实体单元模型,对外包加固的受力性能进行了分析,主要工作如下:
  (1)对不同工况下外包法加固拱圈的精细化实体单元模型以及梁单元简化模型的计算结果进行了对比分析。通过对差异原因的分析得出梁单元简化计算方法的适用性以及局限性,从而对工程中外包加固法加固拱圈的简化计算方法提供借鉴。其中在不考虑加固施工过程时,两种建模方式的计算结果除拱脚处差值较大外,其他位置差值均不太大。导致拱脚处计算结果差值较大的主要原因是拱脚位置的应力集中效应。当考虑加固施工过程时,两种建模方式的计算结果差值较大,其中采用梁单元简化模型并不能准确计算加固施工过程中拱圈的受力情况。
  (2)依托全桥的精细化实体单元模型,对外包加固施工过程中、加固完成后的拱圈受力性能进行了详细分析。对现浇混凝土外包加固层时,不同加固顺序下拱圈的受力性能进行了评价,选取更加安全合理的施工方式,为加固施工提供指导;通过对考虑混凝土收缩徐变时,加固前后不同阶段拱圈受力情况的分析,对外包层新浇筑混凝土收缩徐变对老拱圈具体的影响进行了研究。
  (3)通过对加固前后拱圈极限荷载的求解,从极限承载力、裂缝发展、极限状态下拱圈的内力以及挠度等几个方面,对外包加固法的加固效果进行了定性分析,为外包法加固拱圈的设计提供参考。
[硕士论文] 张浩
交通运输工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国基础建设的不断发展,桥梁建设也在快速的发展。改革开放以来,斜拉桥以其优美的造型、合理的结构形式被广泛应用到各类道路工程中。独塔不对称斜拉桥以其受力复杂、施工控制难度大的特点,更是国内外学者研究的主要桥型。本人在工作期间跟随导师参与了武陟至云台山高速跨南水北调特大斜拉桥的施工控制的全过程,根据计算分析结果,为施工单位提出了独塔不对称斜拉桥施工控制方法、施工控制要求及预警值,针对本桥采用的前支点挂篮施工方案,对斜拉索张拉索力和合拢方案进行了优化,确保施工安全又能缩短工期。综合应用理论知识和方法解决了生产实际问题,总结本论文的主要研究内容如下:
  1、简单介绍斜拉桥发展状况,斜拉桥施工的控制现状,斜拉桥施工控制方法,结合该项目工程背景,重点介绍了独塔不对称斜拉桥的设计与施工特点,分析了施工控制的必要性,阐述了施工控制的目的及目标,分析了影响施工控制精度的主要因素,建立了针对本项目的斜拉桥施工控制分析与预警系统。
  2、针对本项目建立有限元分析模型,划分主要施工阶段并分析计算主要施工阶段主梁变形、内力、塔柱偏位及斜拉索索力等;在仿真分析中,重点阐述了施工过程中张拉索力确定、塔柱的预偏量及张拉过程中主梁抬升量的大小,给出主梁预拱度、塔柱预偏量及斜拉索初始张拉力。本桥采用的目前国内跨度最大的前支点挂篮,对前支点斜拉索张拉的次数进行计算,对张拉索力进行优化,提出采用更加有利于施工并缩短工期的“三次张拉法”的建议。
  3、介绍了斜拉桥的主梁线形控制、桥塔偏位控制、桥梁应力监测、桥梁斜拉索索力控制及桥梁温度控制等在施工过程中的具体实施;针对应力测量误差进行分析研究,对影响测试结果因素的分离、剔除与修正,得到结构弹性应变,并给出简易计算公式。分析各个控制要素的注意事项及监测结果,对施工单位的合拢方案进行优化,并根据测试结果选择了合理的合龙时机。给出了最终成桥状态下的全桥线形、应力、索力及桥塔偏位的测量结果。
  4、结果表明,武陟至云台山高速公路南水北调特大桥的施工监测和控制达到了预期效果。施工中监测的成桥状态索力、桥面标高等数据,为今后营运管理提供了重要资料,同时过程中的控制措施方法也为同类型其他斜拉桥积累了丰富的斜拉桥施工控制经验。
[硕士论文] 刘磊
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:缓冲体式防撞装置主要通过延缓碰撞、拨转船头、吸收能量三大途径保护桥梁免受船舶撞击的破坏,应用于桥墩结构对减轻桥梁船撞事故的危害有非常现实的工程意义,但目前针对内河驳船撞击的防撞装置研究和应用较少。
  本文以防撞装置在驳船碰撞下的耗能机理为研究目标,通过建立防撞装置的弹簧-阻尼简化模型探究相关参数变化对防护性能的影响,并通过各角度的驳船撞击有限元模拟分析对其防撞耗能效果进行了验证,以及通过改变防撞装置的接触外形特征进一步全面分析其耗能机理。本文主要研究内容及成果如下:
  (1)防撞装置弹簧-阻尼模型关键参数分析。建立500DWT内河驳船精细化有限元模型撞击刚性桥墩;同时提出并建立防撞装置的弹簧-阻尼简化模型,开展驳船与不同弹塑性刚度参数防撞装置的碰撞动力有限元分析,对撞击力、撞深及能量关系曲线进行对比分析。结果表明,弹簧刚度和最大容许变形等参数对防撞装置的防护性能有深远的影响,并初步提出防撞装置相关参数的建议取值。
  (2)弹塑性钢阻尼器在防撞装置中的耗能机理分析。建立弹塑性钢阻尼器的力学计算模型和有限元分析实体模型,计算其耗能钢构件的本构关系,并建立基于弹塑性钢阻尼器本构参数的防撞装置弹簧-阻尼模型,分析其在驳船撞击下的动力响应。结果表明,合理布置的弹塑性钢阻尼器能够在防撞装置中有效发挥变形耗能作用。
  (3)防撞装置对不同角度驳船撞击的防护机理研究。开展500DWT驳船以不同角度撞击桥墩及防撞装置的动力有限元分析,对撞击力、驳船运动过程和能量转化形式进行对比。结果表明,防撞装置对各角度的驳船碰撞均有防护效果。斜撞工况中,接触面间的摩擦成为关键要素,防撞装置能够减小驳船船艏与桥墩间的摩擦,改变驳船运动方向,促使其尽快脱离桥墩,带走部分碰撞动能,降低桥梁结构的损伤风险。
  (4)防撞装置接触面外形对耗能机理的影响分析。以500DWT驳船撞击两种接触面外形的刚性桥墩和防撞装置模型,分析其碰撞过程和动力响应情况。结果表明,撞击力与船艏-桥墩间的接触面形状相关;通过将防撞装置的接触面外形改变为弧面形,能够延缓驳船的碰撞过程以进一步降低撞击力,并能使防撞装置与船艏协同消耗碰撞能量,达到“三不坏”的防撞目标。
[硕士论文] 向立辉
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:针对富水区隧道排水管堵塞问题,依托成渝高速中梁山隧道工程,基于流固耦合基本理论,分别采用两种不同的排水管堵塞模拟方法对中梁山隧道工程进行数值建模,开展考虑隧道排水管堵塞的隧道渗流场和应力场耦合分析,主要研究隧道排水管不同堵塞工况下隧址区围岩内部渗流场的空间演化规律以及隧道围岩和支护结构的力学响应,通过对排水管堵塞过程中围岩内部地下水位、孔隙水压力、衬砌水压、衬砌应力和变形等各个指标变化进行定量评价,并对实际情况做了合理假设,在不同水位条件下对隧道排水管堵塞效应进行了研究。最后,从多种角度引入了一系列排水管堵塞的防治措施。主要研究成果如下:
  (1)对各种材料的本构模型和参数进行了合理比选,概化了数值模型,开展隧道排水盲管堵塞效应研究,并分析了几种不同水位下的结果,得出如下结论:
  ①排水管堵塞工况或初始地下水位工况不同时,隧址区地下水位分布形态各异,排水管堵塞程度较小时,随初始地下水位上升隧道结构附近有明显的水力坡降,最大水位降落达33m,其中隧道结构附近水位变化不明显;排水管堵塞程度较大时,随初始地下水位上升,隧址区各处水位均变化明显。
  ②排水管正常排水时,随地下水位上升隧址区同一水平面上岩体孔隙水压力差异最大为360kPa,反之,排水管堵塞程度较大时,同一水平面上孔隙水压力差异较小;正常排水工况下,作用在隧道衬砌上的水压荷载在纵向排水管附近出现“脉冲”式减小,随排水管堵塞程度增大,排水管附近水压变化幅度减小。
  ③初始地下水位上升或排水管堵塞增大,均导致隧道结构上浮,并伴随水平移动和转动。不同的是,相同初始地下水位下,随排水管堵塞程度增大,隧道结构向远离相邻隧道方向移动;相同堵塞程度下,随地下水位上升,隧道结构向靠近相邻隧道方向移动。
  ④随排水管堵塞程度增大,或者初始地下水位上升,隧道衬砌主应力增大,其中最大主应力最大增长量为0.4MPa,最小主应力最大增长量为2.6MPa,增长最大的位置在拱脚附近。排水孔堵塞程度较小时,锚杆轴力随初始地下水位上升而增大,局部区域锚杆轴力变化略有差异;排水管堵塞发展到一定程度后,锚杆轴力随初始地下水位上升而减小。
  (2)分别采用排水管模拟的渗透系数折减法和“以板代孔”法,对中梁山隧道工程进行分析,评价了两种方法的适用条件:渗透系数折减法能够直观反映排水管局部渗流场空间分布规律,但不能精确模拟排水管堵塞程度;“以板代孔”法则与之相反。
  (3)分别从物理、化学、生物的角度引入了一系列排水管堵塞的防治措施,针对不同的工程,应做到因地制宜,从多角度开展隧道排水管堵塞的防治措施。
[硕士论文] 张闯
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国铁路和公路专线建设不断扩大,在一些新建或改建铁路、公路工程中,为了减小土地占用和对既有交通的相互影响,满足线路、坡度等要求,同时为了减少对周围环境的影响,采用隧道下穿方式跨越既有路线或建筑物(构)的工程也越来越多,而在此类工程中如果采用和选择的施工技术手段不合理,将会严重影响既有建筑物(构)使用安全,造成不必要损失。基于此本文以雪山梁隧道出口段下穿既有公路为工程背景,结合理论分析、现场监控量测数据与数值模拟对浅埋偏压隧道进洞下穿施工关键技术进行探讨优化。研究主要内容与成果如下:
  (1)结合现场施工情况、监控量测数据、数值模拟与理论分析等,雪山梁隧道下穿川黄公路所采用的施工技术是合理可行的。
  (2)通过数值模拟分析,对浅埋偏压隧道下穿既有公路施工的隧道结构受力与公路沉降规律进行研究,得出采用预留核心土法分部施做衬砌结构时,应力最大区域位于靠近下台阶左右两侧开挖面拱肩与岩体支撑处;浅埋偏压隧道开挖对地表造成影响较大的范围为隧道拱顶正上方约2.5~3.0倍洞径之间。
  (3)在微型组合钢管桩加固技术优化研究分析表明单排桩间距1m、2m与双排交错布置桩间距2m三种工况对比情况下,得出在单排桩间距1m时对路面与边坡加固区域内位移沉降值控制的最小,双排交错布置桩间距2m对边坡支护范围加固支护范围最大。双排桩布置时,第一排桩的弯矩远大于第二排桩,弯矩最大值分布在桩端部位。
  (4)通过爆破参数设计与计算可得,当上行公路结构质点振速控制在1.5cm/s时,爆破参数设计的单段最大起爆炸药量为2.43kg,小于计算所得的安全允许最大起爆炸药量5.52kg,雪山梁隧道进洞下穿公路段主洞理论上可以采用控制爆破开挖方式。
  (5)根据数值模拟雪山梁隧道主洞爆破振动对既有川黄公路与平导隧道影响分析可得,雪山梁隧道在公路段前后5米处应以机械开挖为主,应严格控制爆破施工,而对平导隧道影响满足设计控制值要求。微差爆破随着相邻段起爆间隔时间越大,两段起爆相互影响越小,当间隔时间为50~75ms时,对后起爆段对后起爆段峰值振速仅增加9%~15%。因此选择微差爆破间隔时间为50~75ms时以上时可有效降低两相邻段爆破振动效应的相互影响。
[硕士论文] 莫飞
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:拱桥是一种具有优久历史和曲线美的桥梁,传统拱桥为有推力结构,跨径越大推力也就越大,对于存在局部软弱地基土层的景区或工业园区内的小跨径桥梁,由于拱脚处推力的存在,一定限度地限制或减小了拱桥的竞争优势,展示不了拱桥的曲线美,若是需要选用拱桥作为结构跨越形式,而又要尽量减小拱脚处的水平推力,降低上部结构对基础变形的要求。文章利用有限元分析软件,通过对拱轴线的优化,将三心圆拱轴线桥作为小跨径拱桥方案并整体考虑桩与拱上结构共同作用来实施,对于小跨径拱桥在局部特殊地基条件下的应用有很大的必要性和可行性以及重要意义。本文主要内容包括:
  1.提出了三心圆弧拱轴线方程,并且对中拱圆心角、矢跨比以及中拱半径进行参数化分析,对比了不同设计参数下结构的静力特性,得到了不同矢跨比下中拱圆心角的合理取值范围,通过对比结构的稳定系数得出了合理的矢跨比设计值。
  2.分析了考虑桩土共同作用和不考虑桩土共同作用两种建模方法对结构计算结构的影响,为该类似桥梁的有限元分析提供了建模建议。
  3.应用有限元通用软件ANSYS对三心圆弧拱进行设计参数优化分析,以矢高和中拱圆心角为设计变量,采用三种不同优化目标函数进行优化分析并对比其结果,得出了不同优化目的对应的优化解,为三心圆弧拱的设计提供理论指导。
  4.经过成桥后对桥梁的检测,明确桥梁实际工作状况,通过检测,测定桥梁实际效应与设计结论的吻合程度,为桥梁后期运营养护提供相应的技术依据。
[硕士论文] 刘仕茂
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:建筑信息模型(BIM)是信息化技术在建筑业的直接应用,它具有共享的API数据接口、高度数据集成性、数据一致性、数据关联性和施工演示功能等诸多优势,在建筑领域已取得广泛应用,并获得显著成效。但是,BIM技术在桥梁工程中的应用还存在很多技术上的不足,体现为:(1)在利用BIM的API数据接口进行软件二次开发时,没有一种简易规范的数据存储格式可供设计人员操作,桥梁设计基本数据存储方式不统一;(2)进行BIM二次开发时,没有一个完整的程序可供桥梁设计全过程使用,各构件需调用不同的插件才能完成整座桥梁的建模工作;(3)BIM技术与复杂非线性有限元分析软件之间的相应接口还未成功搭建,BIM桥梁结构分析模型与有限元分析模型还未实现无缝转换。
  本文以主跨90+170+90米的预应力混凝土连续刚构梁桥为工程实例,基于Microsoft Visual Studio2017开发平台,以Visual C#编程语言为基础,利用Revit2018软件提供的API数据接口,开展了如下工作:
  (1)创建桥梁模型数据的JSON数据存储格式,实现桥梁基本数据的规范存储;
  (2)基于AutoCAD二次开发技术编写钢束助手程序,为钢束的Revit模型建立提供自动读取AutoCAD图纸中钢束信息数据的功能;
  (3)建立的BIM软件Revit的全自动建模程序,实现批量化建族操作与桥梁各构件一键创建模型的快捷应用,最终生成三维可视化BIM模型,并进行施工过程模拟;
  (4)搭建Revit与ANSYS间的数据转换程序,实现BIM软件与有限元结构分析软件间的数据信息链接,基于已建的BIM三维可视化模型,调用数据转换程序提取分析模型与截面形式,直接转化成ANSYS的APDL命令流,在ANSYS软件中生成有限元分析模型、执行静力和模态分析,并展示分析结果,有效解决BIM模型导入有限元分析软件中生成结构分析模型并进行结构静力和模态计算与分析等问题;
  (5)基于已建的BIM模型,进行工程量统计、碰撞检查、图纸输出、协同工作和施工模型等操作,展示BIM技术在桥梁结构设计中的应用情况。
[硕士论文] 马庆涛
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:石膏岩体是一种对水敏感性强的岩体,会与水发生反应产生膨胀作用,进而影响二衬结构的受力与变形,危害隧道的建设与运营。基于此,本文依托礼让隧道工程,分析了石膏岩体的内部膨胀机理作用,模拟研究了石膏地层的膨胀作用对隧道二衬结构的影响,得到了一些结论,旨在对类似的施工设计提出建议,指导施工。
  本文以礼让隧道为工程背景,介绍了石膏岩层的具体施工修建工程技术应用,确定了膨胀围岩的分级,指明了在关键部位下发生病害的处理措施。并且从石膏的内部提出了石膏膨胀作用机制,从源头上提出了石膏岩的膨胀原因与影响膨胀作用的因素。接着,本文建立了平面弹塑性模型,在基于假定的基础上,提出了一些结论,如下:
  (1)膨胀作用对二衬的拱顶与拱底都会产生影响,增加拱顶的下沉值与拱底的隆起值,但是在隧道底部设置仰拱,会减少底鼓位移值的大小,因而在膨胀岩中修建隧道,设置仰拱会改善底鼓现象。
  (2)设计断面的拱脚处有等效应力最大值且分布有等效应力最大值区,说明了石膏膨胀性岩层的危险区域在两侧拱脚处。因此断面的设计应保证拱脚处的链接平顺,且对拱脚要进行二次衬砌的加强设计,确保拱脚处的安全。
  (3)对于隧道建筑限界基本相同的深仰拱断面与一般仰拱隧道设计断面来说,在石膏的膨胀作用前后,深仰拱断面在二衬受力(包括主应力、轴力、弯矩)、仰拱隆起值、拱顶沉降值、围岩等效应力、塑性区等方面表现较好。且在石膏膨胀作用后,深仰拱断面的位移增加值较小,受力分布均匀,使二衬与周边围岩的受力更加合理。但是其开挖量较大,因此结合实际石膏岩工程应用,提出了既能保证工程安全又能节约成本的合适隧道断面。
  (4)在膨胀作用一定的情况下,锚杆支护的长度越长,二衬与周围围岩的共同变形所产生的位移值、应变值越小。但并不是说越长越好,锚杆太长除造成材料与经济浪费外,所起到的效果并不大。因此,应确定合理的锚杆长度。
[硕士论文] 项楚渝
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:结构健康监测是土木工程领域一项新兴的桥梁管养技术以及目前比较重要的研究方向,但规范化仍有所不足;传统的桥梁检测在目前的桥梁管养中的地位至关重要,其在行业内已形成一套规范化的流程与标准,而桥梁检测虽已完善并规范化但是其中仍有点些许不足之处。论文针对桥梁健康监测、养护定检与荷载试验对桥梁安全保障方面缺乏互补、协同的问题,利用健康监测系统的实时性、整体性,结合桥梁检测技术的成熟以及规范化的优点,以梁式桥为研究对象,研究了融合实时监测与养护检测的在役桥梁状态评定方法。主要研究内容包括:
  (1)在对比分析《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/TJ21-01-2015)和《公路桥梁结构安全监测系统技术规程》(JT/T1037-2016)的基础上,提出了利用监测系统进行荷载试验及承载力评定的方法,并利用荷载试验的方式对桥梁的日常状况进行校验系数的评价提供一种可行性的参考。
  (2)提出了基于人工检测的桥梁有限元模型修正。主要通过参数型修正方法进行修正。利用结构获得激励的响应信息确定所修正的模型的目标函数,通过对各个响应信息进行层次分析其所在目标函数中的权重,来确立完整的目标函数,再划分所要修正的参数区间,将其代入模型中进行迭代,使得目标函数达到最小值的参数便为修正后的参数。从而使模型更加接近真实状况。通过荷载试验所获取的桥梁动静响应信息,利用人工检测发现桥梁的材料参数以及几何参数和边界条件的变化。在修正后的有限元模型基础上,基于《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2001)对结构进行重分析,从而判断桥梁的整体状况。
  (3)提出了融合运营期桥梁健康监测与养护检测的结构状态整体评价技术。利用健康监测数据以及养护检测所获取信息利用评估手段对桥梁进行一个整体的评价。该评价方法包括了:结合桥梁设计规范和《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/TH21-2011)中直接评为第五类桥梁的预警值设定;在地震、船撞等其他极端情况下的桥梁实时信息分析的专项评估;利用运营荷载校验系数以及桥梁整体内力状态和结构动力特性三个指标进行的安全一级评估以及基于数据分析、安全一级评估和专项检查结果进行结构损伤识别和模型修正,然后基于修正有限元模型进行结构重分析和极限承载力分析,并确定结构安全状态等级结合静动力响应信息的结构有限元模型修正和重分析的二级评估。
  (4)以宁夏吴忠黄河大桥为例,对该桥的养护检测信息以及健康监测系统信息进行收集,包括人工定检信息、桥梁承载能力评定信息以及荷载试验信息和桥梁实时监测的信息利用构建出的桥梁运营期的评估系统对该桥梁进行整体性的评价。
[硕士论文] 熊峻
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:空腹连续刚构桥是一种极具竞争力的新桥型,不仅解决了早期连续刚构桥的开裂、下挠问题,而且上部结构自重更轻,主梁段受墩身的影响也更小,所以在跨越能力上也比普通连续刚构桥更加突出。其空腹三角区的形成方式一直以来都是空腹连续刚构桥的施工重点与难点,对于施工过程中结构的受力有较大的影响。本文以主跨为245m的礼嘉嘉陵江大桥为工程背景,通过对比分析双扣索施工、扣索支架联合施工以及上、下弦梁临时腹杆悬浇施工这三种三角区形成方式对结构参数的影响效果,提出了三种形成方式的适用条件,同时,模拟了三种空腹三角区形成方式,并对结构受力进行分析研究。
  ①三种空腹三角区形成方式及其力学性能分析研究。在施工阶段,三种空腹三角区形成方式下主梁的轴力相差不大,而双扣索施工时0#块的最大剪力值和正弯矩值都比另两种施工小,并且施工过程中下弦梁的剪力值和剪力变化幅度也是最小的。至于施工过程中的主梁挠度,在双扣索施工下0#块的竖向位移最小。无论是上、下弦梁结合处还是下弦墩梁结合处,下弦梁在施工阶段的竖向位移都是上、下弦梁临时腹杆悬浇施工最大。对于上、下弦梁临时腹杆悬浇施工,临时腹杆在架设过程中,下弦梁由于无临时拉索而存在较大拉应力。采用上、下弦梁临时腹杆悬浇施工三角区,在拆除施工临时辅助构件阶段的主梁压应力增大,另两种施工下的主梁压应力都减小。无论是扣索支架联合施工还是上、下弦临时腹杆悬浇施工,部分支架和临时腹杆会出现应力集中,这对于施工不利,双扣索施工则不会出现这种情况。故对于礼嘉嘉陵江大桥,采用双扣索施工空腹三角区对于主梁结构在施工过程中的受力更有利,更适合作为推荐方案。不过三种空腹三角区形成方式各有优势,适用条件也有所不同。
  ②双扣索施工形成三角区的施工过程分析。对双扣索施工的三项参数如上弦扣索素数、辅助塔高度以及下弦扣索拆除工序进行参数优化分析。在三角区形成过程中,上弦扣索索数的增加会导致上弦梁底板压应力与顶板拉应力都减小,故上弦扣索不宜过多。辅助塔越高,施工过程中上弦梁压应力也越大,而下弦梁则不受影响,并且应力变化最大的还是0#块。在本文列举的三种下弦扣索拆除工序中,上下拆除下弦扣索过程中0#块顶板与上弦梁底板的压应力峰值以及变化幅度都是最小的。在拆除临时辅助构件阶段,统一拆除临时扣索的方案0#块正弯矩峰值和三角区上弦梁的负弯矩变化幅度最大,并且实腹段施工过程中下弦墩梁结合处正弯矩以及下弦梁负弯矩峰值都是最大的。无论采用上下拆除下弦扣索方案还是从下至上拆除扣索方案,下弦梁的应力分布都更加均匀。最后总结出当上弦扣索为4对、辅助塔高20m以及采用上下拆除下弦扣索时这三项参数达到最优,更适合运用于双扣索施工中的结论。
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