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    在站博士研究課題

      課題一:《空間多線大跨鐵路橋-列車耦合系統動力分析及其行車舒適性與安全性的研究》
      目前,越來越多的大跨鐵路橋梁采用了多線鐵路設計,甚至有些橋梁采用了客貨分離的雙層多線鐵路設計來適應經濟的發展需求以及更加有效地利用資源和空間。當列車通過橋梁時,其運動不僅會明顯影響橋梁的局部動力性能和疲勞壽命,也會影響其他此時在橋上運行的列車的運行安全性以及車上人員的乘車舒適性,在新頒布的2005版《鐵路橋涵設計基本規范》中已明確規定了“特殊結構及代表性橋梁應進行車橋耦合動力響應綜合分析”。而且,隨著生活質量的提高,人們越來越重視結構的安全和舒適,因此,開展多線鐵路大跨橋梁的橋梁-列車動力分析以及行車的舒適性與安全性的研究顯得十分重要而又迫切。

      課題擬以目前國內首座六線鐵路鋼桁梁斜拉橋新白沙沱長江特大橋為研究背景,對其空間車橋耦合進行動力分析,并進一步對其行車安全性、舒適性進行評估。研究內容如下:

      1.建立多線大跨鐵路橋梁的空間有限元模型

      2.建立列車的空間彈簧-阻尼-剛體的有限元模型

      3.形成時域內空間多線大跨鐵路橋梁-列車的動力耦合模型

      4.研究大跨鐵路橋梁的動力特性和多線鐵路荷載相互影響的特征

      5.完善列車行車安全性與舒適性評估系統

      課題二:基于光纖微光學編碼的路基沉降遠程自動監測系統研究

      隨著我國高鐵建設的大發展,以及對安全運行重視程度的不斷提高,急需一種自動、實時、無源、高精度的遠程路基沉降監測技術,而光纖傳感技術在提高采樣率和抗干擾能力、實現監測設備小型化,特別是在地形艱險、地質復雜地區,可利用帶狀鐵路工程的既有光纖通道,開展遠程監測方面具有明顯的優越性和巨大的發展潛力。本項目致力于研發一種利用光纖微光學編碼的方式實現路基沉降的遠程自動監測系統。

      主要研究內容如下:
      1.利用微光學對光技術和光纖端面的微處理,采用遺傳算法等多目標演化算法進行多目標光纖自動對準與高效耦合。
      2.優化傳感光纖制作、膠粘、封裝等工藝設計,實現大批量核心對光器件的規?;圃?,形成小型化、高穩定性、廉價的傳感頭設計規范,為組建大型傳感網絡奠定基礎。
      3.利用格雷編碼技術,實現路基沉降絕對位置與光學編碼的一一對應;利用微機械傳動技術,實現路基沉降量位移量的精確傳遞;采用防水、防塵、抗外力沖擊的外殼封裝技術實現路基沉降監測的地下傳感終端。
      4.研發路基沉降傳感器件的安裝與施工方法,研究利用地下持力地層作為基準參考點的安裝方案,研究不影響路基施工和維護的傳感器安裝方法和傳感網光纜的走線和布設方式。
      5.利用復用技術連接傳感點,組建全光纖傳感網絡;利用道路沿線的光纜總線,實現監測終端的遠距離數據采集與監測。
      6.結合在建的成渝鐵路,建設路基沉降監測的示范工程。
      

      課題三:鐵路隧道結構復合式襯砌結構極限狀態設計方法研究

      結構可靠性理論在結構設計規范中逐漸被要求推廣應用,由此采用概率極限狀態設計法是土木工程結構設計的發展趨勢。目前我國鐵路隧道設計規范處于破損階段法、容許應力法與概率極限狀態法并存狀態,而概率極限狀態法只是適用于單線隧道的整體式襯砌及洞門、單線鐵路隧道偏壓整體式襯砌及洞門、拱形明洞及洞門。隨著我國鐵路隧道建設及設計理論的快速發展,雙線及大跨隧道的數量越來越多,隧道普遍采用復合襯砌及新奧法施工,而且復合襯砌的承載模式與整體式襯砌也不一樣,因此現行的鐵路隧道設計規范很難滿足日益增長的鐵路隧道設計的要求。因此,為提高我國鐵路隧道設計水平,完善我國《鐵路隧道設計規范》概率極限狀態設計法,實現與國際工程結構極限狀態設計法接軌,針對日前鐵路隧道概率極限狀態設計法方面的不足,以結構可靠性的基本理論和方法開展鐵路隧道復合式襯砌結構可靠度設計方法關鍵技術研究具有重要的工程實際意義,且十分必要和緊迫的。研究內容如下:

        1.鐵路隧道復合式襯砌結構極限狀態功能函數建立
        2. 鐵路隧道復合式襯砌結構可靠度計算方法研究
        3.鐵路隧道復合式襯砌結構可靠度參數敏感性研究
        4. 鐵路隧道極限狀態可靠指標校準和目標可靠指標確定
        5. 鐵路隧道復合式襯砌結構設計表達式及分項系數研究

      

      課題四:板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿充填層耐久性提升綜合技術

      我國已經建成世界最大規模的高速鐵路網,投入運營高速鐵路一萬余公里,線路安全與維護已成為極其重要課題。板式無砟軌道為我國主要采用的軌道形式,水泥乳化瀝青砂漿(CA 砂漿)是板式無砟軌道普遍采用的充填層材料。到施工調整、緩沖協調、阻斷裂紋、提供彈性、提供阻力等功能,其性能對軌道結構的安全性、平順性和耐久性有著重大影響。根據調研,發現在我國南北方范圍內CA充填層均出現積水、翻漿、開裂、粉化與離縫問題。綜上,課題擬開展板式無砟軌道CA砂漿充填層耐久性提升綜合技術研究。

      項目的主要研究內容有:

      1. 水對CA砂漿耐久性的影響、機理與耐久性提升措施。研究長時間浸泡作用下,CA砂漿力學性能的變化,觀察浸泡作用對CA砂漿微觀結構的影響,分析水對其作用機理;研究干濕循環作用下,CA砂漿砂漿力學性能的變化,并分析其機理;摻入改性劑,以提升CA砂漿抗水損害能力。

      2. 凍融循環對CA砂漿耐久性的影響、機理與耐久性提升措施。研究不同含氣量的情況下,凍融循環作用對CA砂漿力學性能的影響,分析其宏微觀作用機理;研究摻入改性劑后,CA砂漿抗凍改善情況,分析其作用機理。

      3. 溫度循環對CA砂漿耐久性的影響、機理與耐久性提升措施。研究CA砂漿溫度變形特點,重點研究Ⅱ型CA砂漿與混凝土界面抗溫度疲勞能力,測定不同溫度區間界面的疲勞壽命,研究其改進措施及性能評價方法。

      已出站博士后研究課題

      課題一:《大型滑坡多排抗滑樁力學機理研究》

      取得的成果:

      課題針對直線型、折線型及多剪出口型三種典型滑坡,采用數值模擬、離心模型試驗、綜合分析等方法,首次開展了多排樁樁排數目、樁排間距、樁埋入方式及埋入深度對各排樁受力影響的分析的系統研究,得出了三類滑坡各排樁受力規律,并結合實際工程提出了相應的優化設計技術思路。研究成果對大型滑坡的研究及工程設計具有重要指導意義,為相關規范的修改提供了技術支撐,并為后續研究打下了良好的基礎。

      課題二、《鐵路(公路)類土質邊坡穩定性與預加固措施組合形式及設計理論研究》

      取得的成果:

      1.課題采用現場調查測試、模型試驗、數值模擬及理論分析綜合方法,對花崗巖類土質邊坡進行了系統的研究。根據花崗巖類土質邊坡介質及坡體結構特征,將其劃分為四種類型,提出了每種類型邊坡的坡體結構特征、穩定性控制因素。首次提出了邊坡加固工程中預應力錨索受力分配系數的概念和計算方法及錨桿+錨索組合措施加固邊坡的兩階段設計方法。

      2.研制了一種土拱試驗儀,實現了常規物理模型試驗中土拱的直觀再現及應力表征。引入Prandtl-Vesic理論,提出了考慮巖土參數的等腰三角形土拱形狀及拱軸線方程,得出了考慮土拱效應時樁間措施上的土壓力計算方法。土拱試驗儀已獲實用新型專利,其發明專利已被受理。

      課題三:《大跨度鐵路斜拉橋抗風性能試驗研究》

      取得的成果:

      1.通過風洞試驗發現了大跨度鐵路鋼桁梁斜拉橋在低風速下存在渦激振動的問題,首次提出了在鋼桁梁下弦桿底部分段設置傾斜導流板的解決方案,并申請了國家發明和實用新型專利,該研究成果在大跨度鋼桁梁橋抗風研究領域具有創新性。

      2.研制了在下弦桿上固定導流板的卡槽和拉桿結構,并申請了國家發明和實用新型專利,該結構可以調節導流板布置的間距,具有一定的創新性。

      3.基于Visual C++和Visual C#,編制了用于橋梁結構分析的純32位Windows應用軟件RBAS(Railway Bridge Analysis System)。RBAS軟件系統是筆者多年來科研實踐的總結,該系統適用于橋梁結構風致振動分析。RBAS系統支持多文檔編輯,符合Windows程序工業標準,具有良好的人機交互界面,體現了Windows程序可視性、交互性及互動性的特點。

      課題四:《路堤沉降動態控制方法研究》

      取得的成果:

      1.采用理論分析和試驗手段,對路堤沉降動態變化規律進行了研究。

      2.對常用地基沉降計算預測方法的適用性進行了系統的研究,推薦了適用的相關方法。

      3.首次開展了利用載荷試驗p-s曲線預測沉降的研究,提出了修正雙曲線切線模量法和弦線模量法預測沉降的方法。

      4.編制了地基沉降預測的軟件包,包括了M-B聯合法、修正雙曲線切線模量法以及沉降差等方法。

      課題五:《地下工程通風風能主動利用關鍵技術研究》

      取得的成果:

      1.研發了風能風機機械結構型式;

      2.首次提出了垂直軸風力機和軸流通風機特性匹配方法,并對垂直風力機性能參數進行了優化分析;

      3.設計了風能風機模型試驗系統,首次成功地對風能風機進行了模型試驗;

      4.取得了多項專利成果。

      研究結果表明,利用垂直風力機截獲風能,來驅動軸流通風機是可行的,可作為地下工程風能主動利用的關鍵設備。項目研究具有較高的學術和創新價值。

      課題六:《基于“行駛軌跡+行駛速度”協同控制的山區公路路線設計理念與實現技術》

      取得的成果:

      通過對大量既有山區公路汽車運行狀況的調查,采用理論分析和工程應用相結合的方法,取得了如下研究成果:

      1.建立了復雜山區公路的橫向加速度模型;

      2.構建了典型方向控制模式的行駛軌跡決策模型;

      3.研究了“軌跡-速度”之間的耦合機理,建立了復雜山區公路/賽道的行駛速度決策模型,提出了基于“行駛軌跡—行駛速度”協同控制的山區公路平面線形設計新方法;

      4.改進了縱坡路段載重貨車的行駛速度預測模型。

      研究成果已應用于3條山區公路的設計,并取得了良好的效果。

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