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关键词： 竖井   可控型热压通风   设计方法   气候适应性   动态协同调节  

摘要： 建筑竖井热压通风是一种历史悠久的被动式建筑节能技术,该技术可作为大型公共建筑实现低能耗和低碳,甚至零能耗和零碳运行的重要手段,深度契合“双碳”战略。常见的竖井热压通风系统在通风路径上一般不设置调节机构,因为普遍认为室内热压驱动能力较弱,应尽量减小系统流通阻力。但是,这样同时导致其自然通风量不可控。现代大型公共建筑内热大、高度高,热压驱动能力大大加强,采用风量不可控型系统存在不能按需调节通风量和冬季供热热量浪费等问题。本文研究的建筑竖井可控型热压通风系统,即风量可控型系统,在竖井进风入口设置可调节百叶,可以满足更多楼层的自然通风需求,发挥自然通风的最大节能潜力,冬季也可以完全关闭避免能量浪费。本文通过理论分析、现场实测、CFD数值模拟和Dest软件能耗模拟的方法,建立了建筑竖井可控型热压通风系统的数学模型,提出了该系统的工程设计方法,分析了系统在不同气候区应用的适应性,同时提出一种动态协同调节竖井热压通风系统,为建筑竖井可控型热压通风技术在不同气候区大型公共建筑的设计与应用提供了理论依据与基础数据。本文主要研究内容如下: (1)在对热压驱动力和空气流通路径阻力分析的基础上,进行了建筑竖井可控型热压通风理论分析,建立了基于简化物理模型的系统数学模型,得到了包括竖井进风量、竖井总排风量和竖井热压中和面高度的解析式。其中,在管道T型合流三通局部阻力损失表达式的基础上,提出相似因子C0来表示竖井合流的局部阻力。 (2)基于实际项目,在秋季和冬季分别进行建筑竖井可控型热压通风系统现场测试,将测试结果作为边界条件进行了竖井内空气流动CFD数值模拟。基于秋季工况的测试和模拟的结果,计算得到竖井相似因子。进一步拟合出相似因子C0与流量比(mi/mi,a)的关系式,进风百叶开启角度为 90°时C0=-2.03+44.45(mi/mi,a)2.68,角度为 45°时C0=-3.94+185.90(mi/mi,a)2.26,完善了建筑竖井可控型热压通风系统的数学理论模型。此外,通过对冬季工况的测试和模拟结果与数学模型计算得出的理论值分析比较其偏差,均小于10%,从而验证了该理论模型的准确性。 (3)提出了适宜采用竖井可控型热压通风技术的建筑功能及其平面布局原则。针对3类典型功能的不同进深平面共9个平面模型,分别分析了在72个工况下其平面温度分布均匀性和空气流动阻力。同时,提出了竖井热压系统的工程设计方法和设计计算流程,基于北京地区的上述9个模型平面,构建了共81种不同高度的模型建筑,并进行了竖井系统设计参数计算。最后,通过对比拉萨和北京地区典型高度建筑竖井热压系统的设计参数,分析了室外大气压力对竖井设计参数的影响。 (4)基于竖井系统动力性能的限制,对竖井可控型热压通风技术在不同气候区典型功能建筑的应用提出了适应性分析方法和分析流程。其中,分析指标为自然通风应用潜力和节能潜力。在我国不同建筑气候区的9个典型城市的气候条件下,对前文建立的9个平面模型进行了竖井可控型热压通风技术的气候适应性分析。 (5)提出动态协同调节竖井热压通风系统。针对实际运行时室内负荷动态变化的特点,提出动态协同调节竖井热压通风系统及配套的自动化进风百叶装置,制定了该系统自动控制流程。考虑部分负荷时竖井内中和面位置的变化,对设置该系统的9个典型功能模型建筑进行了设计日节能性分析。

关键词： Bending tests  

摘要： The purpose of these studies, including this paper, is to propose the shear design method for the panel-zone at the beam-to-column connections of timber frame. In this paper, experiments were conducted on beam-to-column connections with lag-screw bolts to determine the validity of the theory proposed in the Part 1 and the actual shear strength of the panel-zone. The results showed that the shear strength was 3.0~4.5N/mm2. The same results are obtained in the antisymmetric four-point-bending type shear tests. Based on the previous results, a wire frame model was proposed for use in design. This model agrees well with experimental results. © 2024 Architectural Institute of Japan. All rights reserved.

关键词： 煤矿井下   水力压裂   预裂爆破   数值模拟  

摘要： 煤与瓦斯突出事故是煤矿井下最具破坏性的事故灾害之一，寻找并采取有效的预防和控制方法，对于提高煤矿安全生产水平，保障矿工生命财产安全具有重要意义。为了防治煤层突出事故，通常对煤层进行压裂与瓦斯抽采。而现有的水力压裂技术仍存在一些局限。因此，为了更好地提高煤层透气性和煤层瓦斯卸压抽采效果，一种预裂爆破引导水力压裂卸压增透技术被提出。本文针对该技术展开了系统研究，探索了技术实施过程中预裂爆破与水力压裂相关参数的影响规律，解释了其卸压增透作用，验证了该技术的有效性与优越性。　　本文利用理论分析方法对比不同介质预裂爆破效果差异，得到水介质预裂爆破效果优于空气介质的结论。基于煤层水力压裂的破坏准则，计算出单孔水力压裂的理论起裂压力值，与数值模拟得到的模拟值进行对比，误差均小于20%，验证了模拟的可靠性。解释了爆破引导水力压裂卸压增透机制，说明了该技术通过预裂爆破首先在炮孔周围产生预制裂纹，在此裂隙基础上实施水力压裂技术，可以帮助水力压裂克服地应力限制，消除空白带，提高卸压抽采效果。　　分别使用LS-DYNA、RFPA数值模拟软件对技术实施中的各项关键参数进行系统研究，探索其对技术的影响规律。主要结论根据“先爆后压”的技术结构与实施步骤，可分为两个部分：（1）水介质在不耦合系数为1.5时，能够达到最佳的预裂爆破效果;地应力会限制爆破裂纹的拓展，裂纹拓展的方向性将受到最大主应力影响;控制孔布置可以影响爆破应力波传播，对预裂爆破裂纹具有导向作用，距炮孔中心越远的的控制孔，孔周围的裂隙范围越大。（2）爆破预制裂纹与控制孔均能通过制造煤层弱面的方式，对应力进行重新分布，帮助水力压裂裂缝克服应力限制实现多角度扩展，从而实现煤层均匀压裂;爆破预制裂纹能够显著降低起裂压力，其与最大主应力的夹角越大，后续压裂所需起裂压力越大，裂纹偏移的角度也会有所增大;控制孔可以进一步增强对裂纹的引导作用，这种作用随着侧压系数的增大以及爆破预制裂纹与最大主应力夹角α0的减小而减弱。　　最后基于理论与模拟研究结果，于平煤八矿进行现场工程验证。监测得到技术实施后的煤层含水率为原始煤层含水率的3.5倍，为常规水力压裂技术的1.74倍。瓦斯抽采流量与浓度相较于常规水力压裂显著提高。证实了爆破引导水力压裂卸压抽采技术在煤层致裂及瓦斯抽采效果方面的有效性以及优越性。

关键词： 隧道施工   光面爆破   施工技术  

摘要： 光面爆破技术以其卓越的隧道施工性能，在隧道工程中占据一席之地。该技术凭借对爆破参数的精准把控，可实现隧道壁面的光滑处理，有效避免过度挖掘和挖掘不足的问题，能显著提升施工效率和工程质量。文章通过实际施工案例，深入剖析了光面爆破技术在隧道施工中的实际应用，着重分析了其技术特性、施工关键要点以及实践效果，旨在为同类型隧道工程施工提供有价值的参考依据。

关键词： 混凝土防渗墙   多土层土石坝   参数优化   热流固耦合  

摘要： 我国建造土石坝历史悠久且成绩显著,但我国多数土石坝由于受到“三边”、数十年的管理不当等不同程度的影响被判定为病险水库。其主要病害之一是坝体与坝基的渗透变形,而混凝土防渗墙由于其良好的防渗性能、较高的结构强度和相对较低的维护成本,成为了提高土石坝防渗性能和稳定性的重要手段。其中防渗墙的尺寸对坝基渗流量及坝体稳定性具有重要的影响,因此本文以实际工程为研究对象,建立了数学模型,采用有限元法进行数值模拟,先针对不同防渗墙位置及厚度设置对坝基的影响、不同坝基土层的防渗墙合理深度进行研究。对优化参数设置下的土石坝模型进行稳定-非稳定渗流分析和热流固耦合应力稳定分析。本文主要的工作内容和计算成果如下: (1)归纳出三种典型土石坝坝基,研究了土石坝的防渗墙合理优化方案。分析了混凝土防渗墙的位置设置、厚度对土石坝渗流影响,提取最优设置参数,在此基础上对归纳出的三种典型土石坝进行防渗墙合理深度研究。经过渗流计算分析,得出防渗墙设置在坝踵和坝中之间距坝踵1/3距离的位置,防渗墙最佳参数方案为厚度为0.8m,最优深度为防渗墙深入弱透水层2～3m。 (2)针对工程,研究了多土层土石坝在稳定-非稳定状态下渗流变化规律,进行防渗墙参数优化设计。分析结果表明:上游水位越高,渗透作用产生的渗透力和高水压力的影响越大,坝顶孔隙水压力最大负值越小,模型底部孔隙水压力最大正值越大,防渗墙和背水侧坝坡出逸点的渗透坡降越大,防渗墙参数优化成果。 (3)考虑热流固多场耦合作用下,分析了多土层土石坝的应力位移规律。计算结果表明:在同一水位下,大气温度越高,土石坝中渗透速度越大,渗透作用产生的渗透力和高水压力越大,土石坝的竖向沉降和水平位移的最值都会减少。气温变化对坝体内部和防渗墙的应力变化规律基本没有影响,各部位的主应力和向位移的最值较为明显。防渗墙中部存在着应力集中现象;土石坝的下游出逸段附近和防渗墙上部与周围筑坝料连接处是最薄弱部位,在工程中需要对以上部位进行加固处理。

关键词： 直斜组合高压旋喷桩   抗拔荷载   极限承载力   模型试验   桩基础  

摘要： 随着经济的快速发展,电力的供应与分配问题日益成为全球关注的焦点,同时也是推动可持续发展战略实施的关键因素之一,保证电力供应对于维护民生正常运转至关重要。传统的塔基设计与当前国家提出的“碳达峰、碳中和”共同建立节约型社会的新发展理念相违背。在此背景下,本文提出一种新的直斜组合高压旋喷桩基础,其在使用过程中可与近年来国家大力提倡发展的装配式结构及机械化施工技术有机结合,促进输电线路标准化建设,提升工程建设能力,具有良好的经济和社会效益,具有一定的科学研究价值,能为工程实践提供参考。 本文通过室内模型试验和数值模拟对直斜组合高压旋喷桩基础进行研究,探讨了竖向抗拔荷载作用下不同倾角直斜组合高压旋喷桩的内力、变形、桩侧摩阻力及极限承载力演化特征,分析直斜组合高压旋喷桩的抗拔承载机理及破坏模式,将抗拔承载力试验结果与理论计算数值验证分析,结论如下。 (1)相同试验条件下,直斜组合桩顶位移与桩身倾角呈反比关系,20°群桩的位移小于10°群桩,10°群桩小于直桩群桩;不同角度下的荷载位移曲线相似,均为陡变型;相同荷载作用下,桩顶位移变化速率随倾角的增大而变缓。随着斜桩倾斜角度的增大,直斜组合高压旋喷桩基础能承受更大的荷载。 (2)随着桩体埋深的增加,桩身轴力的衰减速度随着桩顶竖向上拔荷载的增大而增大,荷载的增加对桩底轴力的变化率影响较小。直斜组合桩基础中,随着斜桩倾斜角度的增加,直桩与斜桩的最大轴力也随之增加。相同试验条件下,斜桩的轴力略大于中心直桩。 (3)直斜组合桩基础中,直桩与斜桩的侧摩阻力变化规律具有良好的相似性,均随着桩体入土深度的增加而增加,在靠近桩底时取得最大值;斜桩与直桩的侧摩阻力值均随着荷载的增加而增大,不同倾角下,中心桩侧摩阻力相差不大,20°斜桩的侧摩阻力最大值大于10°斜桩,10°斜桩群桩大于直桩群桩,同一试验条件下,斜桩的侧摩阻力大于中心直桩。 (4)不同角度下斜桩的弯矩变化趋势具有良好的一致性,均随着桩体入土深度的增加,呈现“S”型变化,在靠近桩中部存在反弯现象,斜桩的最大弯矩值均在靠近桩顶处取得,对于同一角度,弯矩最大值均随着上拔荷载的增大而增大。20°斜桩的弯矩最大值和反弯矩最大值均大于10°斜桩。 (5)当达到极限荷载时,直斜组合桩基础呈现出整体上拔破坏的破坏模式,各桩的桩身完整性较好,且随着倾斜角度(0°、10°、20°)的增加,土体向上隆起的范围变大。

关键词： 桥梁工程   大体积混凝土   数值模拟   温度  

摘要： 为研究大体积混凝土水化热及温度应力场特性，本文以云贵地区某桥梁工程为依托，采用ANSYS平台构建墩承台模型，基于配合比优化与气候参数对绝热温升进行预测，合理设计循环冷却管，实现温控指标全面达标。研究结果得知，数值模拟显示混凝土理论峰值温度62.36℃（温升34.6℃）、结构表里温差极值18.94℃，较《大体积混凝土施工标准》限值分别降低12%、14%。工程实测拌合物出机温度均值21.7℃，入模温度波动区间23.6～24.9℃，施工全过程芯部-表面温差最大值23.6℃，与侧面最大温差为24.5℃，日均降温速率控制在0.8～1.9℃区间。混凝土循环冷却水降温阶段，冷却水管的进出口水温差达到最大值9.2℃，水温与混凝土芯部的温差也达到显著的最大值18.6℃。通过控制冷却水温度和流速，成功保持理想的降温速率，保障了混凝土的结构完整性和耐久性。