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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] 任善权
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着高铁事业飞速发展,西部山区铁路桥也在加快建设中。高墩连续刚构桥受到广泛应用,为了适应山区特殊地形,桥墩高度和主跨跨度在不断加大,分析结构的静力特性和动力特性很有必有。为了满足高铁列车行车要求,铁路桥对运营阶段的安全性和耐久性要求更高,因此对桥梁进行施工监控很重要,以确保桥梁的施工质量,满足设计要求。本文以在建的铁路连续刚构桥(黔江河特大桥)为工程背景,对该桥进行施工监控。为了研究该桥性能,以主跨跨径相同的公路连续刚构桥(沙坪坝水库特大桥)作为参照,对比结构在静力特性和动力特性上的差异。主要完成以下工作:
  (1)对铁路桥进行施工控制分析,比较关键控制指标的理论值和实测值的差异;
  (2)对比铁路桥与公路桥基本设计参数差异,主要包括结构尺寸,材料用量;
  (3)对比铁路桥与公路桥主梁在施工阶段和成桥阶段的受力及变形特点;
  (4)对比顶推力、整体温度变化和混凝土收缩徐变作用对铁路桥和公路桥桥墩受力及变形的影响程度;
  (5)对比铁路桥与公路桥的动力特性。
[硕士论文] 郑锋
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:山区隧道受到地下采空、沉陷、岩溶侵蚀等地质灾害的影响,经常产生渗水,路面、路基处出现裂缝,地表拱起等病害;挤压区域隧道会出现变形缝挤死造成混凝土脱落掉皮;拉伸区域出现衬砌裂缝等病害,为高速通行的车辆带来较大的安全隐患。本文结合巴岳山隧道地下煤层采空区地质情况和开采特点,通过分析和研究巴岳山隧道病害特点及病害形成原因,建立地表沉陷预测模型,并对开采隧道的影响进行分阶段计算,深入分析了煤矿开采对巴岳山隧道的影响。进一步结合巴岳山隧道主要病害及产生原因,提出了煤矿设置保护煤柱、隧道围岩及基底注浆加固、衬砌加固等病害处治技术。本文主要研究工作与结论如下:
  (1)研究了煤矿采空导致巴岳山隧道产生的病害类型。结合巴岳山隧道工程区域水文地质情况和隧道附近煤矿开采情况,研究和分析了巴岳山隧道主要病害及其形成原因。煤矿采空作用下巴山岳隧道主要病害有隧道衬砌变形和开裂、路基变形与开裂。
  (2)分析了煤矿开采对巴岳山隧道结构受力与变形的影响。结合煤矿采空区工程地质条件,煤矿开采对地表沉陷的影响因素及煤矿采空区地表变形范围计算进行了深入研究,并建立了地表沉陷预测模型,选取地表沉陷预测参数对开采隧道影响进行分阶段计算,深入研究采空区变化对隧道的影响。计算表明,隧道在煤层采空区表现为拉伸变形,并逐年增大,是造成洞口路基出现贯穿路面的裂缝的主要原因;在隧道左线、右线出口处均为压缩变形,这与隧道左右线出口与隧道交接处路基出现地表鼓起,最大处超过15cm,洞口跳车现象吻合。
  (3)提出了巴岳山隧道煤矿采空病害处治成套技术。对煤矿保护煤柱设置、隧道围岩注浆加固及衬砌加固对巴岳山隧道病害的处治效果进行对比分析,并对注浆加固隧道稳定原理、注浆影响因素、隧道围岩加固注浆深度范围及隧道围岩加固注浆范围进行分析,提出了巴岳山隧道煤矿采空区基底注浆与围岩加固相结合的病害处治成套技术,工程应用实践表明该技术是合理、有效的。
[硕士论文] 郑永
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随机分散的短切柔性纤维对混凝土具有阻裂作用,可以改善其力学性能与破坏特征。关于柔性纤维对混凝土各项力学性能的影响已有许多研究,并取得重要成果[1-4]。但目前柔性纤维在铁路混凝土箱梁桥上的应用研究尚少见。因此,有必要研究掺加柔性纤维的混凝土箱梁力学性能与破坏特征。
  本文研究目的是:掌握柔性纤维混凝土的力学性能;通过高速摄像观测试验,阐明纤维混凝土的破坏特征;开展缩尺箱梁模型试验,揭示柔性纤维混凝土箱梁力学性能,量化纤维对混凝土箱梁的增强效果。
  本文以典型铁路简支箱梁为原型开展研究,主要研究内容及成果分别为:
  (1)分析了经典纤维混凝土增强理论,并用ABAQUS模拟一个400mm×200mm×1mm的有限宽板Ⅰ型裂纹有限元模型,在相同受力情况下分析其在有纤维和无纤维时的应力强度因子和应变能释放率,验证其与理论值是否吻合。主要结论:裂纹在穿过柔性纤维时,柔性纤维能有效减小裂纹前端总应力强度因子,从而抑制裂纹继续扩展;数值结果表明有纤维时的应变能释放率仅为无纤维时的79%,说明纤维可以有效减小用于产生新裂纹面增量的能量,从而有效提高混凝土抗拉强度等力学性能。
  (2)研究C55混凝土在按同一掺量掺入不同种类柔性纤维、以及按同一纤维的不同掺量掺入时的力学性能改变情况,并用高速摄像机记录其破坏过程。主要结论:柔性纤维对混凝土抗压强度提高虽有限,但使混凝土受压破坏时基本保持原形状而非完全碎裂散开;柔性纤维可有效提高混凝土的抗折、轴心抗拉和抗劈裂抗拉强度,其中聚丙烯纤维较聚乙烯醇和玄武岩纤维更有利于混凝土抗折强度的提高。
  (3)基于相似原理,制作4片C55聚丙烯纤维钢筋混凝土箱梁缩尺模型,其中一片箱梁为对比用的素混凝土,另外三片箱梁分别按其所占混凝土体积的0.1%、0.2%、0.3%掺入聚丙烯纤维,养护一个月后对箱梁进行力加载,采集箱梁跨中应变、挠度等数据。主要结论:掺入聚丙烯纤维可以提高钢筋混凝土箱梁的整体刚度,特别是在较高的荷载状态下,可以大幅提高箱梁抵抗挠度的能力;在相同受荷下,跨中底板的横向应变值随着纤维掺量增加而增大,且在弹塑性阶段特别是接近破坏时表现尤为明显,说明柔性纤维能有效提高混凝土箱梁的塑性变形能力。
  (4)基于缩尺模型箱梁试验,利用Midas/FEA建立钢筋混凝土缩尺箱梁有限元模型,按总应变原理进行非线性分析。主要结论:①相同加荷条件下,掺入柔性纤维后跨中挠度变小;②掺入柔性纤维能有效提高钢筋混凝土箱梁的承载能力;③纤维的掺入可增加箱梁的纵向刚度和横向刚度;④掺入纤维,可以减少钢筋混凝土箱梁的挠度变形。
  本文研究成果对于开展高性能材料提高混凝土桥梁耐久性机理研究具有理论意义;有利于将柔性纤维科学的应用于混凝土箱梁,具有应用价值。
[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] 张科
土木工程;桥梁与隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:火灾高温荷载作用下,混凝土梁结构内部将产生不均匀的温度场及热蒸汽,以此形成较大的温度应力和蒸汽压力,进而导致裂缝出现,对桥梁造成的损伤不可轻视。关于高温下混凝土的爆裂、剥落,迄今尚未达成公认的研究理论,原因在于影响高温下混凝土爆裂的因素十分复杂,其中涉及到多个物理场之间的耦合、材料高温下的化学热分解、水分运输、蒸汽压力及混凝土高温损伤本构等诸多因素;关于桥梁承载能力的评定方法,国内应用较为广泛的是基于《公路桥梁承载能力检测评定规程》的检算方法,由于其评定快捷、精度适中、费用低等优点,故在国内有良好的应用前景。本文主要研究内容如下:
  1、查阅相关资料文献,通过对比分析,确定出适用于本文火灾结构场、温度场分析的材料热力学性能参数数值;针对爆裂剥落复杂的数学模型和影响因素,对此进行合理范围内的简化处理。
  2、运用AUTOCAD-VBA二次开发功能建立几何模型,采用ADINA建立有限元模型,以ISO-834国际标准升温曲线为火灾模式,对混凝土结构高温下的温度、应力、应变、裂缝等关键性物理指标进行热力耦合分析。
  3、再次运用ADINA进行高温爆裂剥落热力耦合的时程分析,得出不同时刻下对应不同火荷载的温度、应力、应变、裂缝等情况;研究了高温爆裂剥落的影响因素,主要包括受火边界数量、火灾升温模式、孔隙水等效热膨胀系数(孔隙水压力)、混凝土强度等级、结构场外力荷载、骨料热膨胀系数。
  4、在《规程》检算法的基础上,考虑火灾影响因素,针对规程承载能力评定公式的不足作出相应的修正,即通过引入火烧损伤系数K1分别对两种不同极限状态评定公式进行修正,并以混凝土碳化、混凝土剥落损伤、钢筋强度作为其检测指标,根据相应的技术规范及分析方法确定火烧损伤系数的取值。
  5、以某火灾混凝土箱梁桥为工程背景,根据桥梁灾后缺损状况、材质状况、外观状况等检测结果,运用Midas Civil建立受火桥跨的有限元梁格模型并进行RC设计验算,然后针对两种不同的极限状态,分别采用本文修正后及规程现行的评定公式进行灾后箱梁桥的承载能力评定,并对两种评定结果进行对比分析。
[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。
[硕士论文] 熊忠平
建筑与土木 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:在大型钢结构建筑的建设当中,焊接工艺常用于钢材的连接,以制作成稳定可靠的节点。然而,焊接过程常伴随着急剧的温度变化,使得构件内部产生残余应力。这种残余应力会对钢结构构件的力学性能产生一定的影响,严重时能使桥梁出现安全问题。因此,有必要研究焊接残余应力对桥梁钢桁架节点力学性能的影响,以便采取一定的保护措施来减弱或消除这种影响。
  本文首先收集整理了焊接工艺的原理,焊接工艺中常用的热源,以及热量的热传导定律。同时介绍了温度场方程,为焊接过程中温度场与应力应变场耦合作用的有限元模拟提供理论基础。进一步阐述了利用大型通用有限元软件ANSYS对焊接过程进行数值模拟的过程。模拟中采用间接法,即先计算温度场,然后将温度场的结果导入模型中,计算应力应变场。
  本文选取具有代表性的K型钢箱桁架节点深入讨论了温度场的有限元模拟,结合具体的手工焊接工艺参数,采用控制变量法改变材料的物理参数进行研究。在热源选取上,选择和焊接工艺实际情况相类似的高斯分布热流函数,在计算焊接热源位移中,采用有限元APDL编程实现热源位置的移动。通过对焊接温度场分布研究发现,在冷却前期,温度场核心温度下降较快,当核心温度降至200℃左右时,冷却过程趋于稳定,当冷却时间到达3600s后基本接近室温,可以认为此时焊接构件与空气对流系数为零。
  然后本文根据时程温度场结果,分析了焊接缝的冷却期间的应力场变化规律,在冷却过程中,焊缝位置处极值应力呈逐渐增大的趋势,最终在K型节点的锐角处焊缝残余应力达到了223MPa。进一步地,根据K型节点的焊接残余应力分析结果,研究了残余应力对K型节点的极限承载能力的影响,研究结果表明:当以局部应力超过屈服应力为极限承载能力判定界限时,残余应力对焊缝处的极限荷载系数影响较大,最大影响量达到了60%;当以K型节点整体屈服为极限承载能力判定界限时,单条焊缝的残余应力场对整体极限承载能力影响不大。
  同时,为了准确模拟K型节点在实际工程结构中的极限承载能力,本文提出了一种梁单元和三维精细实体单元耦合分析方法,可较为准确的获得K型节点的外荷载水平。
[硕士论文] 赵军
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国交通事业的日益发展庞大,铁路隧道、公路隧道以及城市轨道交通,作为链接交通枢纽的重要一环,由于隧道往往处在地下,或城市,或山区,都或多或少的不可避免的遭受地下水渗流或突涌水的影响。在施工和运营阶段,为了保证施工人员安全、工程质量以及自然生态环境等的可持续发展,研究地下水的渗流规律并加以防治是一个比较重要的课题。本文在归纳和总结国内外前人研究成果的基础上,采用了理论分析、数值模拟以及与工程实际相结合的方式,对节理岩体的水理特性、渗流特性、渗流场与应力场耦合机制、结构面特征等对地下水渗流场的影响、渗流量排放理论等进行了较为深入的研究,主要研究内容如下:
  1、归纳总结了裂隙节理岩体的渗流特性、流固耦合机制、突涌水渗流现象的形成机制以及影响,并提出了在现阶段的问题所在。
  2、系统的归纳总结了裂隙岩体的水理特性,包括裂隙岩体的结构面特征、裂隙岩体的渗流特征以及单裂隙情况下的渗流与应力的耦合理论分析,并就一个案例进行了阐述。
  3、介绍了常用的流固耦合模型,并详细阐明基于离散单元法程序的裂隙岩体的渗流理论基本原理以及计算模式,进一步阐述了渗流场与应力场的耦合机制;借助一个流固耦合的案例分析进行了耦合与非耦合对应力场、位移场、渗流场等的影响;分析了裂隙岩体地下水渗流场在常规节理与随机节理时的差异,在位移、应力、渗流等方面都存在着明显的不同。
  4、通过离散元程序进行了数值模拟分析,分别讨论了节理倾角、节理间距、初始孔隙水压力、节理法向刚度、节理切向刚度以及初始地应力对渗流场的影响,揭示了渗流场对各个因素的敏感度,其中倾角、间距、初始孔隙水压力和初始地应力对节理隧道渗流场影响较大,而法向刚度及切向刚度的影响较小。
  5、首先阐述了隧道工程限量排放的意义,然后引入了地下水渗流排放的理论,然后通过一个工程实例分别进行了理论计算解析解以及数值解,然后对两情况加以对比分析,对于工程实际提出了一定的建议。
[硕士论文] 魏延建
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,国内外地震频繁发生,对桥梁抗震性能进行深入研究就显得尤为重要。处于恶劣环境下的桥梁,其氯离子浓度较高,往往会发生钢筋锈蚀,钢筋锈蚀会导致钢筋截面面积的减小,承载力的降低;所以,钢筋锈蚀会严重影响桥梁耐久性,极大降低桥梁的抗震性能。FRP作为质量轻、强度高的纤维复合材料,经常用以老旧桥梁加固以及维修,取得了较为理想的效果。本文以现浇桥墩和预制拼装桥墩为研究对象,采用实验室通电加速锈蚀的方法获得锈蚀桥墩,并对部分桥墩采用FRP布进行加固,通过拟静力试验,研究锈蚀钢筋混凝土桥墩的抗震性能随着锈蚀量的变化规律,主要包括以下内容:
  (1)通过拟静力试验,研究了锈蚀现浇钢筋混凝土桥墩抗震性能的变化规律。设计了三个试件,一个未锈蚀桥墩和两个锈蚀量为10%的桥墩,并对其中一个锈蚀量10%的桥墩采用FRP进行加固。对三个试件进行拟静力试验,研究试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、残余位移等随着锈蚀量的变化规律,并对其中部分性能参数提出了相应的退化公式。
  (2)进行了锈蚀预制拼装桥墩的低周反复荷载试验,设计了五个预制拼装桥墩,钢筋锈蚀量分别为0%、5%、10%、15%和20%,对其中锈蚀量为15%和20%的试件采用FRP加固,最后进行拟静力试验,并对试验过程进行了详细描述。研究锈蚀预制拼装桥墩的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、残余位移、刚度等随着钢筋锈蚀量的变化规律。
  (3)对比了锈蚀现浇桥墩和预制拼装桥墩的差异性。包括锈蚀区段混凝土表面的裂缝以及钢筋锈蚀的均匀程度,尤其是预制拼装桥墩墩底接缝处,此处接缝的存在导致了锈蚀预制拼装桥墩和现浇桥墩中钢筋锈蚀明显不同,在预制拼装桥墩中,桥墩与承台的接缝处钢筋锈蚀严重,此处钢筋的横截面面积明显减小,严重影响桥墩的整体抗震性能。
  (4)研究了采用FRP布加固后锈蚀桥墩的抗震性能,并与未加固的锈蚀桥墩进行对比,比较了它们在试验过程中的差异性,综合分析采用FRP布加固对锈蚀钢筋混凝土桥墩抗震性能的提升。结果表明:当钢筋锈蚀量不大时,采用FRP加固可以显著提高锈蚀钢筋混凝土桥墩的抗震性能;当钢筋的锈蚀量较大时,尤其是纵筋锈断的情况下,采用FRP布对锈蚀钢筋混凝土桥墩进行加固,其抗震性能增加有限。
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