大跨径钢管混凝土拱桥结构稳定与动力性能研究

为研究大跨径钢管混凝土拱桥结构稳定与动力性能,以某竖直双吊杆简支拱为工程背景,从拱桥吊杆设计形式和不同动力模型角度出发,研究系杆拱桥影响线特征以及不同列车激励下对桥跨结构的冲击系数。利用有限元软件ANSYS与UM(Universal Mechanism)动力学分析软件联合建模,进行仿真分析。结果表明：斜吊杆拱、网状吊杆拱刚度大、挠曲性能较好;3种吊杆设计中网状吊杆拱的稳定系数相对较大;车辆运行速度越快,对桥跨结构冲击系数越大;单节机车造成的冲击系数大于编组动车组,冲击系数随车质量的增大而减小。研究结果可为设计阶段桥型选择工作提供参考。     

行车荷载下钢管混凝土系杆拱桥冲击系数的数值模拟

相比梁桥,对行车荷载下钢管混凝土系杆拱桥振动响应研究较少,且已有研究多取跨中作为观察点来评估桥梁的振动效应。为评估钢管混凝土系杆拱桥的车致振动特性,在有限元软件ABAQUS中建立了全桥有限元动力分析模型,采用板单元模拟桥面板,梁杆单元模拟系梁、横梁、拱肋、风撑和吊杆,并模拟施加移动车辆,获得了不同桥跨位置处的动挠度响应,并与现场动挠度实测结果进行对比,表明了分析模型的正确性。继而,研究了不同车速、轴重及行进路线工况下1/4、1/2和3/4桥跨位置处的动挠度响应,获得了不同桥跨位置的冲击系数。结果表明,系杆拱桥冲击系数随车辆轴重增加而减小,随车速增加先增大后减小,且车辆行进路线距桥面中线越远则冲击系数越小。将上述不同荷载工况的冲击系数与规范和已有经验模型进行对比,发现系杆拱桥最不利冲击位置并不位于桥梁跨中位置。研究结果可为类似系杆拱桥冲击振动安全工程提供参考。     

煤体电荷感应信号评价冲击危险性试验研究

为完善冲击地压矿井的冲击危险性评价方法,提高冲击危险性预测的准确率,应用自主研制的煤岩电荷监测系统,选择典型冲击地压矿井的煤样,开展了煤体单轴压缩冲击危险性测试与电荷感应监测试验研究。基于冲击地压扰动响应失稳理论,将应变软化阶段产生的电荷信号变化作为预测冲击地压发生的前兆信息,得到了煤体冲击危险性指标的临界软化系数Kρ、临界应力系数Kp及其冲击危险的等级分类标准,分析了煤体电荷感应信号的电荷事件数CSJ和电荷事件的平均幅值CFZ参量与冲击危险性指标Kρ和Kp之间的量化关系。结果表明:煤样破裂应力峰后,冲击倾向性K与电荷事件数CSJ呈指数递减关系,与CFZ呈指数递增关系;随着Kρ或Kp的增大,煤样应力峰后CSJ呈幂函数关系递增,应力峰后电荷平均幅值CFZ呈一次函数关系递减,以此可预测煤体的冲击危险程度,最后得到了河南某矿煤层冲击危险性的应力峰后冲击危险等级的CSJ和CFZ判据与划分标准。煤体冲击危险性电荷感应信号评价方法为冲击地压矿井冲击危险性评价提供了一种新的方向,对现场煤层冲击危险性评价具有指导作用,但也还需要开展大量现场试验对其进行不断修正和完善。     

预应力混凝土连续小箱梁桥荷载试验研究

为评估鄂钢东西区连接公路桥在正常运营状态下的承载能力和安全性,选取该桥第一、三联的预应力混凝土连续小箱梁进行静、动荷载试验。在静荷载下测试最不利断面的应力和挠度,通过动荷载试验来测试该桥的自振频率、振幅和冲击系数,并与理论值进行对比。结果表明：主梁测试桥面的挠度校验系数和断面的应力校验系数的理论值大于实测值,其最大相对残余变形和残余应变率均不超过20%;第一、三联一阶竖向振动频率实测值分别为3.20、3.55 Hz,实测值均大于计算值,结构整体刚度满足要求;第一、三联实测桥梁冲击系数分别在0.12～0.16和0.15～0.18,桥梁在冲击荷载作用下能正常运营。在正常运营状态下,桥梁结构的整体刚度满足设计要求,且处于弹性工作状况,该桥的自振频率和冲击系数均在合理范围内,表明鄂钢东西区连接公路桥整体承载能力满足公路I级荷载要求。     

不同洪水冲击角度下卧式储罐失效问题研究

为预防洪水灾害作用下化工园区卧式储罐失效事故,通过理论推导和实证分析,研究不同洪水冲击角度下卧式储罐的失效问题。首先,建立洪水侧向冲击角度下卧式储罐的受力模型;然后,定义洪水侧向冲击角度下卧式储罐易损系数和受冲击的衰减系数;最后,基于受力模型和衰减系数,分析不同洪水冲击角度下储罐型号、装量水平对卧式储罐失效的影响。结果表明:当洪水冲击角度θ从0变到π时,储罐受洪水冲击作用力的衰减系数先增后减,当θ=π/2时为最大;卧式储罐尺寸越大,螺栓受到的冲击作用力越大,储罐越容易失效;卧式储罐装量水平越高,螺栓受到的冲击作用力越小,储罐越安全。     

基于AHP-TOPSIS的冲击型煤与瓦斯突出倾向性预测

为了更加合理地评价冲击型煤与瓦斯突出,采用指标临界值及分级数方式,从地应力、煤层瓦斯、煤岩物理力学性能3方面,研究冲击型煤与瓦斯突出指标等级判据;建立基于层次分析法(AHP)和逼近理想解排序法(TOPSIS)冲击型煤与瓦斯突出倾向性等级评判模型,并用实际工程案例验证模型的合理性。研究表明:基于AHP-TOPSIS的冲击型煤与瓦斯突出预测结果为中等危险性,与实际案例评价相符;地应力条件为冲击型突出发生的主要原因,瓦斯因素次之,煤岩物理力学性能影响最小;煤岩结构、瓦斯压力、瓦斯动力现象、煤岩破坏类型及煤体坚固性系数对冲击型煤与瓦斯突出影响较大。     

基于“AHP+熵权法”的CW-TOPSIS冲击地压评判模型

针对冲击地压灾害评价系统模型中指标权重难以确定的问题,提出一种"AHP+熵权法"组合赋权方法。通过引入拉格朗日函数,建立优化决策模型,确保主客观权重和偏好系数间的一致性,进而获得各指标的组合权重(CW),并评价冲击地压预判影响因素的主次关系。基于逼近理想解排序法(TOPSIS)的基本理论,建立CW-TOPSIS冲击地压综合评判模型,分析贴近度,最终预测冲击地压等级。将此模型应用于老虎台矿83003工作面,得出该工作面有中等冲击危险,构造应力为诱发冲击的主导因素;基于"AHP+熵权法"的CW-TOPSIS冲击地压评判模型的预测结果与实际结果相吻合。     

防弹装甲中新型抗凹陷材料的研究

本论文为减小背衬胶泥的凹陷深度,减轻子弹冲击对人体造成的非贯穿性损伤,设计一种两侧均附有面密度为150 g/m~2的超高分子量聚乙烯纤维增强树脂基复合材料的EVA泡沫作为新型抗凹陷结构材料层。采用弹道测试系统进行打靶测试,研究新型抗凹陷结构材料层对防护性能的影响,并计算出靶片影响系数Φ。结果表明添加新型抗凹陷结构材料的靶片防护性能较好,新型抗凹陷结构材料的使用既能够防止子弹冲击时造成的吸波层的损坏,明显降低防弹材料受到子弹冲击后的凹陷深度,减小非贯穿性损伤,又能够进一步提高防弹材料的防弹能力。     

液压立柱内外翻转式吸能防冲构件特性数值分析

为增强液压立柱防冲性能,有效防治煤矿冲击地压,或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失,提出并设计了一种与液压立柱结合使用的内外翻转式吸能构件。采用数值分析对构件吸能防冲特性进行研究,结果表明:轴向压缩下内外翻转式吸能构件具有非常好的稳定变形破坏模式,且构件变形后不向四周膨胀。内外翻转式吸能构件压缩过程中具有恒定的反作用力、较高的冲程效率和有较小的载荷波动系数。内外翻转式吸能防冲构件是一种较为理想的吸能防冲构件,其与现有常规立柱结合使用,可改善立柱受冲击载荷时的受力情况,增强立柱防冲性能。     

高密度聚乙烯安全帽

去年 2月,大庆油田在零下 28℃的条件下对高密度聚乙烯安全帽作冲击试验,用3公斤重的钢球从4米高处冲击,安全帽完好无损。两年来许多单位工人由于戴用这种安全帽多次避免了物体打击事故。 这种安全帽是北京市劳动保护科学研究所和烟台塑料二厂共同研制成的。它所采用的材料是高密度聚乙烯,具有较高的耐寒性,还有较高的冲击强度、击穿强度和体积电阻系数,而且断裂伸长率较低。 安全帽分大沿、中沿、小沿三种。下图是小沿型安全帽, 安全帽的结构设计:帽壳顶部成圆弧型,帽沿成倾斜形,利于分散下落物体的冲击力。帽顶中部加一顶筋,在帽顶中部120…     

矿用六边形折痕构件吸能防冲特性数值分析

为有效防治煤矿冲击地压,或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失,提出了一种矿用六边形折痕吸能防冲构件,构件防冲体现在构件被压溃过程中吸收冲击能、压溃空间给煤岩提供了一定的能量释放空间和构件恒力变形阶段为液压阀打开提供了时间.采用ABAQUS有限元软件模拟了不同壁厚、不同凹角宽度、轴向“堆积”不同模块个数的构件的吸能特性,并与常规六边形薄壁进行了对比分析.结果表明,折痕引入能有效降低常规六边形构件的峰值载荷、载荷波动系数,提高能量吸收和增加冲程效率,验证了折痕构件的有效性.六边形折痕构件具有较高的冲程效率,模块凹角宽度及壁厚对冲程效率、吸能评价指标影响较小.载荷波动系数随壁厚增加而降低,构件的峰值载荷、平均压溃载荷及吸收能量随壁厚增加而增加.模块凹角宽度对构件的防冲性能影响较大,应选择合适的模块凹角宽度.随“堆积”模块数增加,峰值载荷降低,反力波动增大.防冲构件与现有液压支柱结合使用能提高支柱的防冲性能.     

煤体冲击破碎试验参数k值的实验研究

为量化k值的范围,确定煤样受冲击后破碎成小粒径需要多少消耗能,本文对5种不同硬度的块煤在不同冲击能量下进行破碎实验,基于新表面说公式A=k(1/d-1/D),探讨k值与坚固性系数值、破碎比功的关系。实验结果表明：坚固性系数为0.36～2.82的煤样的k值范围是174.43～1 547.08 J·mm;k值与坚固性系数值呈良好的线性关系且随着单位质量煤的破碎功成倍增加,k值缓慢增加,取均值后拟合公式为k₁=487.2f+9.221 4(线性拟合度为99.93%)。k值与破碎比功拟合结果说明：k值与破碎比功呈现良好的线性关系(线性拟合度为99.84%),拟合公式为k₂=5.169 5w-27.645。可见k值可以反映煤抵抗外力破碎的难易程度,是煤抵抗外力的重要指标。     

冲击危险巷道锚杆支护防冲原理解析

为揭示锚杆支护对冲击地压的防治原理,基于失稳理论进行锚杆支护巷道冲击地压解析,探究锚杆支护间排距对冲击地压发生的临界阻力区、临界载荷以及冲击释放能量的影响规律。结果表明,对于脆性岩体,锚杆支护间排距对冲击地压影响微弱;对于塑性岩体,随着锚杆支护间排距减小,冲击地压发生的临界阻力区、临界载荷与冲击释放能量逐渐增加,且这种规律随着岩体冲击倾向性降低越发明显。从临界阻力区与临界载荷角度看,降低锚杆支护间排距,能够增加冲击地压发生难度,但锚杆支护间排距降低导致冲击释放弹性能增加,冲击破坏能力提升。因此,应在弹性区与塑性区交界处设置吸能结构吸收多余的弹性能,从而削弱冲击能对锚固岩体的破坏力。     

冲击载荷下各向异性煤体渗透-应力敏感性试验研究*

为揭示冲击煤样渗透率的变化规律,通过立式分离式霍普金森（SHPB）冲击装置对不同层理方向煤样进行动态冲击,进而采用渗透仪对冲击后的煤样进行渗透率测试,分析不同冲击荷载下煤岩的渗透率及应力敏感性。结果表明:冲击煤样的渗透率远大于原煤样品,冲击载荷越大,渗透率越大;在相同的冲击载荷和气体压力下,平行于层理方向的煤样渗透率最大,其次是斜交45°层理方向的煤样渗透率,垂直于层理方向的煤样渗透率最小;渗透率受有效应力影响显著;在冲击荷载的作用下,垂直于层理方向煤样渗透率的变化率对孔隙压力更为敏感。     

巷道冲击地压模拟试验及其过程动态演示

以巷道冲击地压灾害为典型案例,通过对巷道类冲击地压事故机理的分析,设计了一项巷道冲击地压试验装置,通过视频剪辑和动画制作技术,实现了对冲击地压试验的全程记录,并利用分频、字幕说明等形式对冲击地压试验动态过程进行了演示和说明。结果表明,该试验装置结合了巷道冲击地压发生原理,以动画方式演示,具有直观、简洁、易于理解的特点,为揭示冲击地压过程及其发生机制提供了一种新方法。     

深井硬岩矿山岩爆灾害预测研究

岩爆是深井硬岩矿山常见的地质灾害之一.岩爆倾向性指标主要有弹性能量指数、线弹性能、冲击能量指标、脆性系数、Russenses判据等.根据国内外矿山和地下工程岩爆实例的统计分析,Russenses判据是明显有规律性的岩爆倾向性指标.冬瓜山铜矿是典型的深井硬岩矿山,依据其地质特点,采用Russenses判据预测了该矿发生岩爆的可能性.     

冲击地压巷道塑性区本构模型及影响因素研究

为研究冲击地压对深部巷道造成的动力灾害问题,以阜新恒大煤矿为背景,分析冲击地压巷道塑性区本构模型及影响因素。考虑损伤的临界冲击应力和临界冲击半径,基于弹塑性理论建立冲击地压巷道塑性区本构模型,通过三轴试验获取模型参数,结合现场实测数据验证模型,分析弹性模量、峰后降模量、黏聚力、内摩擦角及支护应力等5个因素对临界冲击应力、半径的影响。结果表明:临界冲击应力小于巷道上方岩层自重,易发生冲击地压,与实际情况相吻合;临界冲击应力随黏聚力、内摩擦角的增大均存在极小值点;临界冲击半径随黏聚力的增大逐渐减小、随内摩擦角的增大逐渐增大;黏聚力越大发生冲击地压的概率越大;弹性模量、峰后降模量及支护应力与临界冲击应力、半径均呈单调变化关系。     

落石冲击作用下架设油气管道响应分析

针对影响油气管道安全运营的落石冲击问题,基于弹塑性力学、Cowper-Symonds本构模型和有限元方法,建立了球形落石冲击油气管道的计算模型,对管道动态响应过程进行了数值模拟。对冲击速度、落石半径、管道内压力和落石冲击位置进行了参数敏感性分析,研究了各参数对管道冲击变形的影响规律。结果表明:落石的冲击能量主要用于管道塑性变形;冲击过程中,落石与管道的接触区域由初始的椭圆斑逐渐变成了椭圆环;管道塑性变形随着冲击速度和落石半径的增大而增大,随内压和落石偏移度的增大而减小。该研究工作为油气管道的安全评价及防护工程的设计提供了参考依据,对保障油气安全运输具有重要的工程意义。     

基于颗粒流的溜井冲击破坏规律研究

为了研究溜放矿石在溜井中的运动及冲击规律,以某金属矿山主溜井为研究对象,简化溜放矿石冲击井壁的模型为颗粒流撞击墙的模型,以运动学理论分析结合离散元程序模拟分析了溜放矿石在井筒内的运动规律及对溜井井筒的冲击破坏规律。通过理论计算及数值分析揭示了溜井溜放矿石在井筒中的冲击位置、冲击水平速度、冲击垂直速度、矿石分散程度、冲击动能之间的内在关系。结果表明,对于百米深溜井,溜放矿石一般经过三次冲击后落入井底,三次冲击对井壁的破坏主要以水平冲击造成,其中第二次冲击最为激烈。通过与C-ALS探测的受冲击破坏的井筒三维形态对比分析,验证了分析结果的可靠性。研究结果不仅可为矿山溜井重点部位加固提供理论支持,而且可以大大节约矿山井巷工程的检修工期及维护成本。     

消防头盔对冲击加速度的防护作用

本文通过论述消防头盔对冲击加速度的防护原理、试验方法和试验结果,分析了不同方向冲击时,消防头盔对冲击加速度的防护作用,提出改进消防头盔设计的一些设想。