混凝土箱梁水化热温度损伤安全评价模型研究

目前混凝土箱梁0#块在施工过程中出现水化热温度冲击和裂缝现象,严重影响混凝土箱梁结构早期强度的形成以及结构的安全性能.综合考虑混凝土水化热温度荷载和弹模的时变效应,给出时域损伤函数;根据变权分析原理,确定敏感损伤和累积损伤,建立混凝土水化热温度损伤安全评价模型;对混凝土箱梁0#块水化热温度损伤进行三维数值仿真,总结水化热温度损伤时变效应规律,对早期含水化热温度损伤参数的混凝土箱梁结构安全性能进行分析评价.结果表明:混凝土水化热反应速率、水化热温差峰值与损伤速率敏感度、累积损伤敏感度同步.温差峰值过大、水化热反应速率过快,敏感损伤度和累积损伤度增大,安全指标降低,易形成温冲,产生裂缝,导致整体破坏.通过时域损伤函数和安全评价模型可及时分析计算混凝土箱梁0#块的安全指标,指导混凝土箱梁0#块安全施工.     

双循环管冷大体积混凝土水化热分析

为有效减少大体积混凝土因水化热过大而产生的裂缝,在进行混凝土水化热分析时,从双循环管冷的角度,以东河大桥承台为例建立有限元模型。建立了矩形布置和蛇形布置2种不同形状的双循环管冷布置,并与2种不同铅直距离进行组合,得到4种布置方案进行水化热分析。通过对比不同布置方案的混凝土产生的温度场与应力场,以此获得最佳的布置方案。研究结果表明:蛇形管冷布置优于矩形管冷布置,铅直距离2 m为最佳布置位置。     

喷浆支护掘进工作面通风热环境数值模拟

为准确分析矿山掘进工作面喷浆支护后的热环境,采用工程实测和数值模拟的方法对喷浆支护掘进工作面热环境进行研究.在分析混凝土水化放热原理、喷浆支护掘进工作面热交换原理和标准κ ε湍流模型的基础上,结合矿山工程实例,利用ICEM CFD和Fluent软件建立喷浆支护掘进工作面模型,模型中通过对支护体设置热源形式实现混凝土水化放热的模拟.制定方案进行掘进工作面温度实测和数值模拟,通过实测数据验证了数值模拟的准确性.分析数值模拟喷浆支护掘进工作面温度场和速度场的分布规律,得出断面温度随混凝土龄期呈多项式函数规律变化,可为矿山掘进工作面热害控制提供参考.     

惰化降温耦合作用下的采空区低温CO2注入流量与温度研究

为了更好地使用LCO_2预防采空区煤自燃安全事故,结合宣东二号煤矿Ⅲ3煤层209工作面的实际条件,利用FLUENT数值模拟的方法,分别研究了低温CO_2的不同注入流量与温度对采空区氧化带内最高点温度、氧化带宽度和最大高温区域温度的影响。发现随着注入流量的增大,氧化带宽度与温度先逐渐下降后趋于平缓,注入温度的下降对回风侧高温点影响不大,而能将入风侧采空区最大高温区域温度降低。研究表明,注入流量增大到一定程度后对缩小采空区氧化带宽度的作用变小,而注入温度的下降对回风侧存在高温发火危险的采空区降温效果不佳。     

软弱破碎岩体中爆破震动测试方法研究与应用

为准确拾取软弱破碎岩体中的爆破震动数据,在边坡平盘上钻凿直径为176 mm的深孔并用素混凝土浇筑,出露地表制作40 cm×40 cm混凝土承台作为传感器安装平台,同时在承台旁边软岩上设置对比测点,进行露天深孔台阶爆破震动监测,基于HHT法对同一位置的混凝土承台处和软弱破碎岩体处震动信号进行对比分析。结果表明,软弱破碎岩体处的质点峰值振速比混凝土承台处的质点峰值振速低11.53%~16.53%,对爆破震动信号进行瞬时能量分析和三维能量谱分析,能量的衰减基本与质点峰值振速的衰减保持一致,表明制作监测平台在软弱破碎岩体中进行爆破震动监测是精确捕捉震动数据的有效方法。通过对比试验可以看出,在软岩上做混凝土承台所得到的效果明显比不做任何处理效果要好。     

飞机地面积/除冰环境模拟与试验研究

飞机地面积冰是飞机进入冬季安全飞行的重要隐患,很多飞行事故都是因为没有清除飞机表面的积冰而造成的。基于对飞机地面积/除冰的真实环境的分析,在低温湿热试验箱中模拟积/除冰时的大气条件,对机翼积/除冰进行试验研究。通过改变环境温度、除冰液温度、流量、浓度等影响因素,利用光纤式结冰传感器得到不同环境条件下,除冰液参数对除冰过程的影响数据,并对这些数据进行了分析。试验结果表明该装置能有效地模拟飞机地面积/除冰过程,数据分析显示飞机地面结冰过程主要受外界环境温度,湿度(空气的水含量)的影响;对飞机地面除冰来说,除冰液温度参数是除冰效果达到最佳的关键因素。     

掘进巷道风流温度分布规律的数值模拟

根据紊流状态下的守恒原理 ,导出了描述掘进巷道风流紊流流动和温度分布的微分方程。通过对矿内风流流动及热力过程的理论分析及现场实测 ,系统地开展矿内风流流场和风流温度场的分布规律及其耦合作用机理的理论分析与研究 ,并利用PHOENICS程序进行数值模拟 ,初步得出了矿井掘进巷道风流温度与各种参数的变化规律。掘进巷道风流温度随风速提高呈负幂函数规律降低 ,随入风流温度升高而线性升高。     

基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响，在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上，提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法，以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失，并引入混凝土临界剥落温度的概念，得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟，并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因；可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析；模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合，验证了其可行性；混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响，在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。     

基于实测数据的南京地铁换乘楼梯流量系统动力学分析

在实测数据的基础上,经过数据处理和分析,获得了地铁高峰运行期间换乘乘客在通道和楼梯口的速度-时间、密度-时间、流量-时间曲线。在所得统计曲线的基础上,根据系统动力学理论和方法,结合紧急疏散模型,用Vensim仿真软件建立了基于实测数据的地铁换乘系统动力学模型,并对仿真模拟后的数据进行分析,发现换乘楼梯流量随楼梯长度增加逐渐减小,并最终趋近2.5人/s;随楼梯宽度增加逐渐增大,并最终趋近5.1人/s。通过Origin软件拟合出两条曲线,并得出了流量与长度、宽度的定量关系。     

厚黏土层冻结法施工的煤矿井筒安全监测分析

为及时掌握冻结法施工过程中煤矿井筒穿过厚黏土层时外壁受力及温度分布情况,采用信息化监测技术长期监测某矿井筒外壁的安全状况。研究2个监测水平冻结压力、混凝土应变、钢筋应力以及外壁温度随施工进度的变化关系。结果表明:冻结压力、混凝土环向应变、钢筋应力三者的实测最大值均小于设计值;混凝土竖向应变实测最大值虽大于设计值,但由于混凝土与钢筋共同受力作用,对井壁整体承载力影响不大,井筒仍处于安全状态。若外壁降温梯度大,则井壁混凝土极易产生裂纹,不利于后期防治水工作。     

油池火作用下钢管混凝土柱温度分布研究

在开敞空间条件下利用油池火模拟不同的火灾场景,对火源燃烧阶段和燃烧结束后钢管混凝土柱的温度变化进行研究。测量了燃料质量变化和钢管混凝土柱的温度分布等参数,分析不同火灾场景下钢管混凝土柱轴向、横截面的温度变化,并以实验工况HS3为例进行深入分析,同时分析了火源的燃烧时间、热释放速率对钢管混凝土柱温度场分布的影响。研究结果表明,钢管混凝土柱纵向温度分布与横向温度分布一样都存在明显的温度梯度,其表面钢管温度变化受火场热释放速率影响较大,而内部混凝土的温度变化则主要受火场持续时间的影响。     

松散煤体导热系数的温度及粒度效应

松散煤体导热系数受诸多因素影响,但对于同一煤体,其导热系数主要与温度、粒度有关。通过建立松散煤体的热传导模型,对导热系数采用二分法逐步逼近,数值模拟不同环境温度、不同粒度煤体传热过程的温度变化规律,并与实测结果对比分析,进而确定与实测规律吻合最好时的煤的导热系数。研究结果表明:采用二分法逐步逼近取得煤样导热系数的模拟结果可无限接近实测结果,进而确定煤的导热系数是切实可行的。在不同的环境温度下,煤的传热过程温度变化规律差异较大,同一粒度煤样,其导热系数值随环境温度升高而线性增大。同一环境温度下,粒度较小时对导热系数影响较大,而粒度较大时对导热系数影响较小。该方法也可用于其它同类型材料的导热系数测定,具有一定的实用价值。     

基于AMESim的水压单体液压支柱建模与仿真

为研究水压单体液压支柱在负载作用下的特性,建立了单体支柱的物理模型和元件级仿真键合模型,通过模拟支柱工作过程分析了不同参数对支柱升降特性及水压三用阀的压力流量特性的影响。分析结果表明:增大进液口与排液孔直径、减小阀口重叠量与等效阻尼可提高系统响应速度、增大溢流流量和支柱回缩量,但过大进液口直径会影响阀口的关闭性能,同时减小等效阻尼会使安全阀阀芯的稳定性降低。     

苯硝化工艺HAZOP分析的定量化研究

为提高危险化工工艺过程风险评估的准确性,通过工艺仿真模拟,研究工艺参数波动对生产装置安全性能的影响。以苯硝化工艺为例,采用危险与可操作性分析对该过程进行定性的风险评估;同时利用Aspen Plus建立苯硝化装置的模拟流程。结合HAZOP分析中偏差与模拟中硝化釜的流程变量之间的联系,以进料混酸的流量和1号硝化釜热负荷及出口温度为量化指标,观察混酸流量在正常操作点17.6 m3/h的±100%范围波动下1号硝化釜热负荷及出口温度的变化。研究结果表明,保持1号硝化釜温度为正常值,随着混酸流量的增大,硝化釜热负荷先增大后减小;保持硝化釜热负荷不变,随着混酸流量的增大,硝化釜温度先增大后减小。其中混酸流量值超过22.95 m3/h时,温度超过报警阈值60℃。     

燃油流量对防火试验火焰特征的影响

为了研究燃油流量对防火试验火焰特征的影响,为防火试验方案的设计提供参考和指导,采用Ansys Fluent软件对NexGen燃烧器进行三维定常数值模拟,分析了不同燃油流量条件下的火焰特征。结果表明:燃油流量对火焰最高温度和火焰形状几乎没有影响,但对火焰长度、监测面上温度分布、7个测量点的平均温度和热流密度有很大影响,通过分析各燃油流量条件下的火焰特征,发现当空气流量为35.8 g/s时,燃油流量在2.0~2.11 g/s——即余气系数为1.15~1.22时,能够用于防火试验。     

基于热湿交换理论的巷道风流温、湿度影响因素研究

为了研究巷道风流参数的影响因素、预测风流温湿度的变化规律,结合热湿交换理论,建立了风流与围岩壁面之间热湿交换的数学模型,以及贴体坐标系下围岩内部温度场的导热微分方程;利用数值方法,将围岩内部的导热问题与影响风流参数变化的热湿交换问题耦合起来,并以大柳塔煤矿52505综采工作面为例进行计算,得到了与实测参数较为一致的模拟结果,验证了该数值方法的有效性。研究结果表明:风流温度受原始岩温、入风流温度、局部热源强度等因素的影响,风流相对湿度与入风流温、湿度以及井下湿源的数量和强度有关;巷道壁温作为将围岩温度场与风流参数之间关联起来的主要因素,对模拟结果影响较大,其数值取决于壁面与风流之间热湿交换以及围岩原始岩温。     

多场耦合作用下瓦斯与煤自燃协同预防数值模拟

为解决某综放面采用顶板巷与上隅角联合抽采方式可能引起的煤自燃及瓦斯爆炸等重大安全隐患问题,采用数值模拟从瓦斯、氧气体积分数分布特点和温度场角度综合分析合理顶板巷位置与抽采流量,为协同预防瓦斯和煤自燃复合灾害提供指导。结果表明:抽采口、上隅角瓦斯体积分数随抽采流量增加而降低;抽采流量100m3/min是影响氧化带宽度变化幅度的拐点;抽采流量对采空区最高温度的影响较大,对高温范围宽度影响较小;综合确定合理顶板巷位置为内错回风巷15 m,合理抽采流量为100~150 m~3/min;现场应用表明该方案既能解决瓦斯超限问题,又能有效控制煤自燃威胁,表明数值模拟具有较好的可靠性。     

喷水冷却对混凝土受热痕迹显微结构的影响

模拟火灾现场喷水灭火的情况条件，将高温下的混凝土喷水冷却，用扫描电子显微镜（SEM）分析混凝土的显微结构。研究发现，当受热温度低于300℃时，喷水冷却混凝土的显微结构与空气中自然冷却试样没有明显的差别。当受热温度达到300℃以后，冷却过程中的水会在混凝土中产生新的水化物，显微结构中发现有新的晶体。受热温度越高，新的水化物晶体就越多，同时混凝土的显微结构破坏越严重。这些特征可以用来鉴定火场中遏水冷却混凝土的受热温度。     

青藏铁路冻土区混凝土灌注桩施工对基础承载安全性影响研究

青藏铁路冻土区的桥梁桩基施工大量采用了钻孔灌注桩,在暖季黄金施工季节中,地基土的回冻时间就不能按照规范来确定。如果不能准确分析回冻时间,在后期架梁等施工操作中很可能会因桩基失效而发生重大安全生产事故,给青藏铁路建设带来严重影响。因此,需根据现场的施工条件确定地基土回冻时间,保证施工安全和高效。为此,笔者对混凝土不同入模温度条件下钻孔灌注桩回冻过程进行了深入研究,从理论和实际上确定桩基周围冻土形成承载力的过程和规律,对今后桩基承载的各个阶段的安全性和可靠度在理论和实践中找到科学的结论。研究中应用青藏高原的各种观测数据、施工数据,根据工程传热学理论加以分析,采用ANSYS工程分析软件进行模拟,得出了较为精确的结果,研究的结论为青藏铁路施工修改施工规范、保障施工安全提供了理论上的依据。     

装置应急响应保护层效果量化研究

利用FDS数值模拟软件,模拟了装置应急响应保护层中设置水喷淋装置对原油储罐火灾事故后果严重度的影响。研究结果表明,水喷淋对原油储罐火灾热流量和温度的降低率达到30%左右,结合实例发现,水喷淋对火灾热量辐射范围的抑制和减小具有明显效果。该模拟弥补了传统装置应急响应保护层分析在事故后果严重度量化方面的不足,为油罐火灾事故防治及装置应急响应保护层制定提供参考依据。