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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] 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] 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] 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] 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] 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] 叶佳
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近几十年来我国经济实力快速提升,桥梁建设事业飞速发展,大跨径桥梁的建设数量越来越多。连续刚构桥具有伸缩缝少,整体性能好,结构刚度大,抗震性能优等优点,因而被广泛采用。对于连续刚构桥,墩、梁内力分配由墩梁刚度比决定;墩身刚度过小,墩顶主梁分配的弯矩较小,这会加剧主梁的下挠,增大主梁开裂的风险;墩身刚度过大,桥墩不能适应由温度变化、混凝土收缩徐变等因素引起的主梁纵向变形,会引起较大的结构次内力。桥墩刚度主要受墩型、墩高、截面尺寸及墩身混凝土弹性模量的影响,分析各因素对桥墩刚度的影响可为连续刚构桥在设计中进行桥墩刚度调整提供参考,对优化墩梁内力分配,控制主梁跨中下挠具有重要意义。本文以在建绒坝大桥为工程背景,针对桥墩刚度做了以下方面的研究工作:
  1、总结分析了连续刚构桥的特点及发展历程,对桥墩刚度合理性问题的研究现状进行了详细的阐述,并介绍了连续刚构桥常用的桥墩形式及其特点,对桥墩的刚度理论和公式进行了论述和推导。
  2、采用有限元软件Midas/civil进行分析,针对不同墩型,分析桥墩几何参数(墩高、截面面积)变化对连续刚构桥主要力学指标的影响。分析结果表明:桥墩刚度变化对主梁内力及变形影响较小,对墩身内力和变形影响显著;当桥墩高度小于60m时采用单肢实心墩较为合适,当桥墩高度介于60m至100m时最适合采用双肢实心墩,而对于100m以上高墩宜采用抗推刚度较大的单肢箱型墩。
  3、通过研究混凝土强度等级、桥墩配筋率对墩身混凝土弹性模量的影响,得出了不同混凝土强度等级和不同桥墩配筋率下墩身混凝土弹性模量对结构受力的影响规律。分析结果表明:通过增大混凝土强度等级的方法来提高桥墩刚度不经济,桥墩混凝土强度等级在C35~C55范围内选取较为合理;桥墩配筋率对墩身弹模影响较大,当桥墩配筋率大于2.5%后,应考虑钢筋作用对桥墩弹性模量的影响。
  4、利用正交分析法研究桥墩设计参数(墩高、纵向宽度、双肢间距)对不同跨径下的双肢实心墩力学行为的影响。由单因素敏感性分析得出:墩高对墩底应力的影响最为显著,主跨径对墩顶水平位移的影响最显著,截面面积对最大悬臂状态稳定安全系数影响最显著。
  5、以灰色关联分析法为优化评定方法,选取桥墩墩底应力、墩顶水平位移、稳定安全系数及混凝土用量4个指标进行基于指标可靠度的多指标综合评价,得到了适用于各个指标的最优桥墩参数组合,当主跨径在120m左右时墩高合理取值在65m~75m,桥墩纵向宽度和双肢间距取值在3m~4m较为合适。
  6、以型钢—混凝土桥墩为例,分析普通混凝土桥墩配置型钢后对墩项水平位移的控制效果,结果表明:当配钢率为4.5%时,墩顶水平位移会减小50.7%。因此,通过在普通混凝土桥墩中配置型钢作为控制连续刚构桥墩顶位移过大的措施是可行的。
[硕士论文] 张凯祥
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着习近平总书记“一带一路”重大战略思想的提出,内陆地区西北省份(宁夏、青海、甘肃陕西)、西部省份(重庆、四川、云南)等一线中西部省份必将成为连接亚欧各国和国内内陆城市的交通枢纽,承担起更大的交通互联的责任。然而西部山区交通建设面临各种各样复杂的环境约束,如在高水压条件下修建以及运营深埋公路隧道就面临很大的挑战。在这类富水岩溶隧道修建过程中,经常会遇到岩溶暗河、突水突泥等重大施工地质灾害,其中突水突泥因为其突然性,致使工程施工人员往往来不及采取有效的应对措施。而隧道二衬长期处于高水头水压力下很容易会发生渗漏水,对隧道的正常运营也带来了威胁。
  本文在结合依托工程项目建设实践的基础上,采用现场实际调查和室内综合分析的方法来开展相关研究工作,取得的主要成果如下:
  (1)通过对工程所在地的地质条件、水文及岩溶段特点的分析。利用四种类比方法对项目突涌水量进行预测。然后结合项目采取的“以堵为主、限量排放”的特点,使用合适的外水压折减系数对衬砌外水压进行初步估算。
  (2)通过轴对称假设探究地下水渗流基本理论,证明了等效连续介质理论同样适用于块状裂隙岩体渗流问题。用解析解的方式,将计算模型退化为轴对称问题同时利用保角变化原理对高水压条件下深埋岩溶隧道进行解析研究。得出对于复合式衬砌而言,可以把渗流力对衬砌的作用简化成量值为孔隙水压力p的径向表面力对衬砌的作用,用简单的“荷载一结构物”模型代替复杂的“连续体计算模型”进而对衬砌结构进行有限元计算。
  (3)采用Ansys有限元软件,首先对春天门隧道所采用的SK3型抗水压衬砌在五种不同局部承受水压工况下结构受力情况进行数值模拟,通过分析其在不同工况下衬砌轴力和弯矩情况,得出其相应工况下二衬的薄弱环节。
  (4)针对春天门隧道二衬所采用的三种不同厚度的抗水压衬砌,使用Ansys有限元软件分别模拟其在五种不同承压方式中的受力情况,并剖析三种抗水压衬砌在不同承压工况下的安全系数。
  (5)阐述了隧道衬砌长期监测预警系统的功能和组成,针对具体工程的水压力监测数据,使用有限元软件模拟的结果对其进行分析预警。最后对衬砌外水压自动卸压系统的卸压值进行优化。
[硕士论文] 彭涛
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文以重庆火风山2号线隧道为背景,利用ANSYS软件进行合理假设建立数值模型。研究了不同地层倾角α1(i=1~5且α1=0°,α2=10°,α3=20°,α4=30°,α5=40°)下,深、浅埋隧道施工对上部建筑桩基位移变形及内力变化规律,通过拟合数据得到了不同埋深下的地层倾角极值;其次,在下穿小净距三车道隧道采用CRD工法的情况下,考虑围岩级别、承台荷载、桩长及桩径等四种影响因素,通过建立四因素三水平正交试验,根据极值R得到了四种因素对桩基影响大小排序;然后,结合实际工程建立相应有限元模型,分析了隧道开前、后各桩基及上部结构位移变形和内力变化规律;最后,介绍了隧道施工对桩基稳定性影响的主要控制措施,并证实了对桩周土体加固能较好地增大桩抵抗变形的能力。得出主要结论如下:
  (1)在Ⅳ级围岩中,深埋小净距三车道隧道埋深为32.1m时,当地层倾角α=0°时,地表水平变形规律近似呈反对称分布;随着地层倾角不断增大,各桩基近似发生均匀沉降,最大沉降差均未超过2mm。拟合出桩Z3和Z4桩项水平及沉降位移与地层倾角α呈一阶指数关系,并结合规范得到地层倾角最大容许值约为55度。
  (2)在Ⅳ级围岩中,浅埋小净距三车道隧道埋深为185m时,当地层倾角α=0°时,地表沉降变形近似呈“W”型,沉降槽宽度为2×25m,与Peck公式计算结果相近,地表水平变形规律同样呈反对称分布。随着α不断增大,土体向左移动的范围逐渐增大,中夹岩轴线左侧地表最大沉降值皆位于左隧道1B(B为隧道跨度)范围内,各桩沉降均匀且沉降量有增大趋势,差异沉降均未超过5mm;最后拟合出桩Z2和Z3桩端水平及沉降位移与地层倾角α呈一阶指数关系,结合规范得到地层倾角最大容许值约为43度。
  (3)通过极差值R得到四种因素对桩基水平位移影响顺序为:围岩级别>桩径>桩长>承台荷载;对桩竖直位移影响顺序为:围岩级别>承台荷载>桩径>桩长;对桩轴力影响顺序为:围岩级别>桩径>承台荷载>桩长;各影响因素对桩身最大弯矩呈二次抛物关系,围岩级别与桩身最大剪力呈线性关系。
  (4)结合实际工程,建立数值计算模型,得到小净距隧道采用CRD法施工对上部建筑桩基产生水平及竖直位移均较小;上部结构水平位移沿建筑高度方向逐渐增大,类似于物理上的“鞭梢效应”现象。隧道开挖后,近隧道侧桩基水平位移向左,远隧道侧桩基水平位移向右,最大位移值均位于桩身中下侧。现场实测数据与数值模拟结果变化规律大致相同,也证实了数值模拟的可行性和监测必要性。
[硕士论文] 唐旖旎
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文依托导师主持的交通运输部建设科技项目“特大跨钢桁-砼组合连续刚构桥建设基础理论研究”(2013319814040),课题组后续研究针对多跨装配式钢-砼组合梁桥提出“装配式钢板桥面连续构造”的构想,对其构造原理、力学性能及设计方法开展了深入研究,主要研究工作如下:
  1)在查阅大量文献的基础上,总结了多跨简支梁桥现有桥面连续构造的三种结构形式,分析了导致桥面连续构造发生破坏的主要原因和破坏形式,归纳了在车辆活载、温度效应以及主梁挠曲作用下桥面连续构造的受力特点及计算方法。
  2)针对多跨钢—混凝土组合梁桥的简支体系、结构连续以及桥面连续三种结构体系,探讨了多跨钢—混组合梁桥受力合理、构造简单、施工方便、性能可靠的跨间连接构造方式。
  3)研究了装配式钢板桥面连续构造的构造特点及受力特性,推导了在温度梯度、整体温度变化以及车辆荷载作用下钢板桥面连续构造的变形和应力计算公式,研究了连接钢板与混凝土桥面板的联结构造和计算方法。
  4)应用ABAQUS有限元软件建立了两跨装配式钢—混凝土组合梁桥采用钢板桥面连续构造的有限元分析模型,研究了钢板桥面连续构造在不同荷载工况下的受力和变形特性;分析比较了改变桥面连续钢板的长度和厚度,以及带肋钢板与平直板钢板两种构造类型对桥面连续构造受力性能的影响,提出了有益建议。
[硕士论文] 巫军振
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:城市轨道交通发展迅速,城市公轨两用钢桥结构疲劳问题也随着这种新型桥梁数量增加而增多。鉴于城市轨道交通车辆荷载的特征,规范中关于公轨两用钢桥梁疲劳分析时轨道车辆对桥梁产生的疲劳荷载次数还缺少明确说明。本文基于嘉陵江千厮门大桥进行应力监测试验,采用理论分析与实桥应力监测分析相结合的方式对千厮门大桥展开应力研究并对其进行疲劳损伤分析。
  本文首先介绍了钢结构桥梁疲劳分析的一些基本概念,疲劳设计分析及验算的方法,以及阐述了疲劳损伤累积理论的使用。
  其次,依据重庆轨道交通集团提供的客流量数据为依托,针对嘉陵江千厮门大桥的轻轨轨道交通量进行分析,制定出千厮门大桥轻轨疲劳荷载谱以及六号线轻轨全线疲劳荷载谱,依据疲劳荷载谱换算得相应的等效疲劳标准轴重,其中重庆轻轨六号线车辆作用千厮门大桥的等效标准疲劳轴重为94.33kN,全线轨道交通六号线的等效疲劳轴载为92.29kN。
  再次,为了确认单次轻轨六号线列车行驶产生的多次加载作用对桥梁结构的关心位置产生的有效疲劳荷载作用次数,而对千厮门大桥设计实桥运营阶段应力监测试验。采用Midas Civil有限元分析软件建立整桥模型,施加等效标准疲劳轴重进行静力分析,确定千厮门大桥的疲劳截面薄弱位置。通过整体模型的不同工况加载情况判断出上层车辆荷载对下层结构疲劳问题影响较小,两者对下层结构产生的应力幅作用相对差近90%。采用ANSYS有限元软件对千厮门大桥确定的疲劳薄弱截面位置处利用标准截面进行局部建模分析,模拟轻轨六号线车辆行驶经过时薄弱位置处各个关心位置的应力历程,与实桥应力监测数据做对比及参考。
  最后通过实测及理论数据的分析,得出下层结构关心位置处的横梁受到轻轨列车车厢的每次轴载作用影响较大,其单个轴载产生的应力幅值,接近整体轻轨列车产生的应力幅值一半,故在分析横梁的疲劳问题时要考虑轻轨车辆的多次轴重加载作用,而下层小纵梁当单次列车行驶加载后只需考虑一次整体荷载影响。
  将通过客流量分析得到的疲劳荷载谱,加载至整体有限元模型上计算得到相应的疲劳应力谱。修正疲劳应力谱,根据千厮门大桥的实际结构的疲劳细节,选取对应的S-N曲线,对相应的桥梁结构疲劳薄弱位置进行损伤度及剩余疲劳寿命的计算。最后得出千厮门大桥结构满足规范设计要求不存在疲劳问题。
[硕士论文] 李学文
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:薄壁钢箱形梁截面因其具有良好的稳定性、较大的抗扭刚度和抗弯惯性矩等特性而成为目前大跨径钢结构桥梁最常用的截面形式。但组成薄壁钢箱梁的板件都很薄,在桥梁施工过程中很容易使钢箱梁承受不均匀荷载而发生局部失稳现象。因此,深入研究大跨度薄壁钢箱梁在施工过程中承受不均匀外荷载作用下的力学性能具有较高的实用价值。本文以某大桥一段钢箱梁在施工存放期间发生局部变形破坏为工程背景,从钢箱梁板件的稳定性、变形特征、变形后的修复以及对修复结果的验证等方面对支点处钢箱梁局部受力性能进行研究。主要的工作和结论如下:
  ①本文首先介绍了薄壁钢箱梁的发展历史以及在桥梁工程中的应用现状,通过分析其在施工过程中可能存在的一些问题,确立该课题的主要研究目的、意义和内容。另外基于小位移理论、薄板弹性翘曲稳定理论和大位移非线性理论,分析了薄壁钢箱梁结构的稳定性问题。
  ②基于薄板稳定性分析理论和计算机有限元分析理论,结合工程实例中钢箱梁的现场变形情况,合理选取支点处各板件中变形较大部位进行变形测量和探伤检测。利用ansys软件建立钢箱梁局部有限元模型,模拟支点处钢箱梁的受力性能,并提取钢箱梁各板件的Von mises应力和变形值。另外利用静力平衡法计算横隔板的弹塑性临界应力,并将有限元计算分析的变形值与实测变形值进行对比。
  ③基于有效截面分析理论,对钢箱梁稳定承载能力进行计算分析,最终得出使钢箱梁支点处板件发生局部变形破坏的主要原因有:1)钢箱梁在临时存放时支点只支撑到横隔板的对应位置,而未支撑到腹板范围;2)支座位置设置的偏差致使钢箱梁支撑点处横隔板的形心没有通过支座反力的合力作用点;3)在支座处横隔板上没有设置成对的竖向加劲。
  ④基于钢箱梁稳定性计算分析,考虑到钢箱梁支点处各板件发生局部变形破坏对其整体受力性能的影响,提出钢箱梁局部变形修复方案,即割除并更换板件局部变形较大处的截面。最后通过比较钢箱梁底板线形实测值与底板竖曲线理论值以及局部变形修复前后各板件的变形图验证了该方案的可行性。
[硕士论文] 魏晓龙
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近50余年发生的几次大地震使桥梁结构遭到严重破坏,尤其是发生在城市或近郊的大地震,如阪神地震、Loma Prieta地震、汶川地震等。震害调查表明,结构或构件碰撞是造成桥梁严重破坏的主要原因之一,如阪神地震中的阪神高速线高架桥、Loma Prieta地震中的Cypress Street双层高架桥等。作为城市交通中的常见桥型之一,双层高架桥由于质量和刚度分布特殊,梁、墩紧密相邻,地震响应更复杂,其中下层桥面与墩柱和上层桥面与挡块的碰撞尤为严重,特别是下层桥面与墩柱的碰撞将导致下横系梁与墩柱的节点严重破坏,墩柱剪断,上层桥面直接坍塌到下层桥面。本文针对双层高架桥在地震中的碰撞问题开展研究,采用数值模拟和参数敏感性分析手段,全面研究了碰撞刚度、初始间隙、恢复系数、支座摩阻系数等参数对桥梁碰撞效应的影响,开展了上层桥面与挡块、下层桥面与墩柱的双重碰撞效应研究,提出并分析了高阻尼橡胶缓冲垫作为减碰措施的有效性。论文研究表明:
  (1)下层桥面与墩柱间的碰撞力大部分被下横系梁吸收,横系梁再将轴力传递到墩柱,从而导致墩柱在横系梁节点处剪力发生较大突变,对横系梁以及横系梁与墩柱的节点非常不利,这也与以往双层高架桥节点破坏,桥面坍塌的震害完全符合;碰撞对上墩柱的地震剪力和弯矩响应影响较大,但对下墩柱影响较小,究其原因在于碰撞的大部分能量经墩柱从上往下传递时被横系梁所吸收。
  (2)墩柱的剪力响应、弯矩响应、横系梁轴力响应和碰撞力与碰撞刚度成正比关系;改变下层桥面与墩柱间的间隙并不能有效防止二者发生碰撞,因为在地震作用下,支座破坏后主梁依然会发生大位移,只要主梁与墩柱发生碰撞,碰撞效应对墩柱的内力响应的影响都是巨大的;在不同的恢复系数下碰撞效应对墩柱内力响应的影响相差较小,虽然碰撞过程中能量损耗程度不同,但下层主梁与墩柱一旦发生碰撞就会导致墩柱及横系梁内力响应的突增;改变支座摩阻系数时碰撞效应对下墩柱内力响应造成的影响相差较小,对上墩柱相对较大,支座摩阻系数对碰撞力的大小和碰撞次数的影响较小。
  (3)由于下层主梁与墩柱碰撞时二者质量都非常大,碰撞力也较大,而上层主梁与挡块的碰撞,由于挡块的质量较小,并且在弱挡块强度下,挡块直接被撞坏,碰撞力较小,因此下层桥面与墩柱的碰撞效应对墩柱内力响应的影响较大,上层桥面与挡块的碰撞效应对墩柱内力响应的影响相对较小;下层碰撞效应造成了墩柱弯矩的增加,上层碰撞反而减小了墩柱弯矩,上、下层碰撞效应对墩柱的影响呈相反作用;当设置高强度挡块时,虽然能有效控制主梁的横向位移、保护支座并抵消下层碰撞对墩柱的作用力,但是高强度挡块下主梁受到的侧向瞬时冲击力也较大,小箱梁侧板在较大的瞬时压应力下,可能发生梁体开裂破坏。
  (4)针对下层桥面与墩柱的碰撞效应,采用参数分析法研究了高阻尼橡胶垫作为减碰装置的效果,研究发现在下层主梁与墩柱之间设置高阻尼橡胶垫,主梁的瞬时碰撞力作用到橡胶垫上后,橡胶垫将冲击动能的一大部分转化为变形势能,随后再慢慢释放出来,橡胶垫吸能作用可大大降低碰撞效应对墩柱及横系梁地震响应的不利影响;通过对橡胶垫厚度和面积的参数分析发现,橡胶垫面积和厚度越大,减碰效果越好,当橡胶垫面积为0.6m2,橡胶垫厚度为8cm时,已经能达到较好的减碰效果,经济实用性较高。
  (5)下层主梁与墩柱间的碰撞效应会导致墩柱各关键截面的抗弯能力/需求、抗剪能力/需求和横系梁抗拉能力/需求明显降低,而橡胶垫减碰装置能显著提高墩柱和横系梁的抗震性能。
[硕士论文] 陈建宇
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着中国交通事业的飞速发展,不对称多跨刚构-连续组合梁桥因其独特的性能被越来越广泛的运用到桥梁设计与建设中。刚构,连续组合梁桥的施工本身涉及到结构多次体系转换,影响桥梁内力与线形的因素众多,在不对称跨径的布置形式下还可能会出现不平衡的悬臂浇筑施工。对于这些问题的考虑是施工监控分析工作的一个难点。
  论文查阅了大量相关资料,介绍了预应力混凝土刚构-连续组合梁桥的特点,阐述了施工监控的现状与发展趋势;以跨径布置为80m+125m+125m+75m的柳南改扩建工程中的洛维大桥为工程背景,介绍了主梁预拱度的计算方法,分析了混凝土收缩徐变、温度荷载、混凝土参数、预应力损失计算参数等因素对桥梁线形和内力的影响,并对混凝土参数与预应力损失计算参数对桥梁影响的敏感性进行了讨论。得出了这些影响因素对桥梁线形与内力的影响规律。
  针对于洛维大桥的合龙问题,通过分析研究不同合龙顺序与临时固结拆除顺序对桥梁成桥状态的影响,并结合当地地质水文条件、施工工期、施工成本等因素,得出了先合龙中跨再合龙边跨方案与中跨合龙后先拆除临时固结方案的优越性。
  由于洛维大桥跨径布置不对称,在拆除临时固结后存在着不对称悬臂浇筑施工,为了平衡结构在施工过程中的受力,调整桥梁在施工过程中的变形,文章运用结构力学理论推导了在超静定结构桥梁不平衡施工过程中桥梁连续支座处主梁的顺桥向转动角度的平衡公式,提出了转动刚度平衡法,并依托工程实例验证了此方法的优越性,为以后类似桥梁的建设提供了理论依据。
[硕士论文] 陈首超
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:交通基础设施建设由地上向地下的转移,不仅达到了交通的分流,也是未来城市空间扩张的趋势。新疆乌鲁木齐市区内沿着乌鲁木齐河带状地形,广泛的分布着冲积、洪积河床堆积形成的卵石地层。在地下工程开发中,城市地下广布的卵石地层给发展带来诸多技术难题:卵石地层与常规岩土工程性质有本质上的区别,在隧道开挖过程中,由于卵石颗粒分布不均匀、离散性较大,地层容易坍塌,施工难度增大。本文依托乌鲁木齐地铁1号线暗挖工点,并考虑到未来城市轨道交通及市政隧道的建设需求,将结合1号线卵石层城市地铁隧道埋深较浅,开挖跨度较大的特点,对卵石层地层及地表在暗挖法施工下的变形规律进行研究,并提出了相应的地表沉降分级控制指标,具体研究内容如下:
  (1)从卵石层的物理力学特征出发,阐述了采用离散元数值计算方法的原因;然后运用基于离散元原理的PFC颗粒流软件,建立了数值三轴试验模型,通过对细观参数的反复调整,进行了不同颗粒流细观参数下的数值三轴试验;分析了不同类型卵石颗粒细观参数对宏观力学特性的影响规律,并结合实测地层力学特性曲线,标定了针对乌鲁木齐卵石地层的颗粒流细观计算参数。
  (2)在进行离散元数值模拟的基础上,统计了地表在不同跨径和埋深下的变形量,总结出相应的地表沉降量回归公式,对比分析了地表和拱顶变形数据,获得了两者之间关于埋深的变化规律,利用最佳平方逼近的原理,建立了Peck公式参数的求解函数,得出了相应的地层损失率Vl和卵石地质条件影响系数n取值区间,得出了可供该地区相应地层内工程可参考的地层沉降预测方式。
  (3)在相似比为1∶20条件下,推导出相似模型的物理参数与原型之间的关系,确定了相似模型的物理力学参数,对于待选用的相似材料,采用了正交试验的方法,研究了各个因素对其力学性质的影响,确定了卵石地层的相似材料配合比。
  (4)建立了卵石地层模型试验箱,开展了不同跨径和埋深工况下的开挖模型试验,采用土压力盒测量围岩内部压力,采用非接触式视频量测系统采集土体变形数据,通过试验直观反映卵石地层开挖后的变形及卸载情况,与前述离散元模拟计算结果对比分析,进一步印证卵石地层随着开挖过程的变形特性与规律。
  (5)在不同外界因素影响下选取了合理地层沉降控制值,通过统计分析数值模拟和模型试验的计算结果,给出了相应的卵石地层地质条件影响系数n,确定了地表沉降允许值[S],并基于开挖过程地层变形规律的研究,对相应的地表沉降控制指标进行了分阶段控制。
[硕士论文] 郑晓翔
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:自锚式悬索桥相较于地锚式悬索桥,省去了庞大的锚碇,将主缆直接锚固在加劲梁上,结构造型优美,桥跨布置多样,在城市桥梁竞争中占有巨大优势。但由于其先梁后缆的施工顺序以及非线性的施工过程,结构体系转换成了该类型桥梁设计与施工的难点。本文结合某独塔非对称自锚式悬索桥,首先优化了全桥成桥吊索索力,然后研究了温度对空缆线形的影响以及空缆状态下索股架设精度的控制,接着分析了施工误差对索夹定位与吊索无应力长度的影响,最后对该桥吊索张拉方案进行了设计与优化,具体研究内容分为以下几个方面:
  (1)本文对自锚式悬索桥成桥吊索力进行分步优化确定,首先使用最小弯曲能量法和均布质量法初步确定恒载吊索力,然后对部分不合理的吊索力进行调匀;接着通过有限元软件建立全桥有限元模型,计算分析成桥各构件受力状态,再利用线性化有限位移法计算加劲梁恒活载弯矩包络图;最后,根据内力平衡法绘制弯矩可行域,并利用其对成桥状态进行检验并调整,直至求得满足要求的成桥状态。
  (2)利用合理的成桥有限元模型倒拆出空缆线形,然后在此基础上,利用抛物线解析法计算出了空缆线形下温度与垂度的关系,与有限元计算结果进行了比较,确定抛物线法计算结果具有足够精度,可将其结果用于现场空缆架设;最后对基准索股架设进行施工控制研究,为准确确定桥梁环境温度和索股温度,制定了相关的温度测量方案,然后根据实测温度,对基准索股进行架设调整,使架设精度满足要求。
  (3)由于实测空缆线形与理论空缆线形不会完全一致,两者会存在一定的误差。首先分析确定了误差来源,然后分析了误差对成桥线形的影响,根据主索鞍偏移量误差等计算出成桥时主缆跨中标高误差。为保证加劲梁线形与设计线形相接近,在主缆线形发生变化的情况下,重新计算索夹位置,调整吊索无应力长度,使成桥后吊索保持竖直状态,加劲梁线形满足设计要求。
  (4)首先根据各构件参数,确定张拉控制原则,然后拟定4个张拉方案,其中方案一为全桥吊索一次性张拉,其他方案在此基础上进行相关优化。通过对各方案进行施工阶段模拟分析,比较各方案安全性、施工工期及经济性,最后确定最优的吊索张拉方案。
[硕士论文] 孙炯
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:桥墩作为桥梁重要的组成部分,它的受力性能直接影响着桥梁的整体性能。因此,通过加固来提高桥墩承载力性能就显得尤为重要。预应力钢绞线在梁抗弯、板抗剪加固中已获得广泛应用,但这种加固方式在偏心受压柱加固中研究甚少。本文提出利用纵向预应力钢绞线网与聚合物砂浆相结合的加固方法,即纵向预应力钢绞线网—聚合物砂浆加固法(简称LPSP加固法),通过数值模拟与构件试验研究相结合的方法对其进行加固效果研究。主要研究内容如下:
  (1)为了研究这种加固方法的效果及影响因素,开展了一系列钢筋混凝土偏心受压柱试件加固试验。通过12组偏心受压柱构件加载试验对单侧施加预应力钢绞线加固进行深入的研究和验证,通过钢筋应变、混凝土应变、钢绞线总张拉力、极限荷载以及变形等参数分析LPSP加固对偏心受压柱极限承载力、变形刚度、裂缝发展以及破坏形态因素的影响。
  (2)利用ANSYS有限元计算软件,数值模拟了不同偏心距和加固方式下偏心受压柱构件加载破坏全过程,探讨了纵向预应力钢绞线加固方式、外荷载偏心距以及钢绞线总张拉力值等因素对偏心受压柱承载能力、刚度和破坏时塑性性能的影响。
  研究表明:LPSP加固法有效提高偏心受压柱的极限承载力,并且随着偏心程度以及钢绞线总张拉力的不断提高加固效果愈佳;偏心受压柱在加固后,变形刚度得到较大程度提升,有效提高结构抵抗变形的能力;偏心受压柱加固后,结构开裂荷载得到显著提升,有效抑制受拉裂缝的产生与发展,可以大大提高结构耐久性;LPSP加固可有效改变偏心受压柱的破坏形态;LPSP加固法能有效提高偏心受压柱的极限承载能力和抗弯刚度,构件截面内塑性发展更加充分,延性破坏的变形特征更加明显;而且,当偏心距较大时,单侧预应力张拉的加固效果更加显著。
[硕士论文] 刘浪
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文采用Midas GTS/NX软件共建立58个三维有限元模型研究爆破荷载作用下不同位置、不同高跨比椭圆形溶洞对隧道安全性影响规律,并以渝怀铁路新桐子岭隧道工程为背景,建立岩溶区爆破荷载下围岩动力响应数值模型,通过理论计算结合现场实测数据回归分析结果探讨了该隧道岩溶区爆破安全振速控制标准。本文主要研究内容如下:
  1、研究了爆破荷载作用时,侧方溶洞的存在对隧道及溶洞围岩位移场、速度场、应力场的影响因子关系,对比了Ⅲ、Ⅳ级围岩下溶洞存在时较原岩状态下围岩位移、振速及最大主拉应力的变化量,初步得出爆破荷载作用下椭圆形溶洞对隧道安全性影响的主要因素。
  2、分别研究了爆破荷载作用下隧道侧上方、正下方、正上方溶洞高跨比在0.1~3.0之间时溶洞围岩最大振速及最大主拉应力变化规律,得出不同高跨比下各位置溶洞对隧道安全性影响程度。
  3、采用速度及拉应力控制标准计算出30种工况下溶洞与隧道间安全系数,研究了隧道开挖进尺分别为1m、2m、3m下溶洞围岩最大速度及最大主拉应力的变化规律。
  4、通过对现场超前地质预报成果的解译,以及新桐子岭隧道岩溶区爆破监测数据,得出新桐子岭隧道岩溶区萨道夫斯基回归公式,验证数值模拟的可靠性,并将理论计算与回归分析结果整理分析后提出新桐子岭隧道岩溶区爆破安全振速控制标准。
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