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在站博士研究课题

  课题一:《空间多线大跨铁路桥-列车耦合系统动力分析及其行车舒适性与安全性的研究》
  目前,越来越多的大跨铁路桥梁采用了多线铁路设计,甚至有些桥梁采用了客货分离的双层多线铁路设计来适应经济的发展需求以及更加有效地利用资源和空间。当列车通过桥梁时,其运动不仅会明显影响桥梁的局部动力性能和疲劳寿命,也会影响其他此时在桥上运行的列车的运行安全性以及车上人员的乘车舒适性,在新颁布的2005版《铁路桥涵设计基本规范》中已明确规定了“特殊结构及代表性桥梁应进行车桥耦合动力响应综合分析”。而且,随着生活质量的提高,人们越来越重视结构的安全和舒适,因此,开展多线铁路大跨桥梁的桥梁-列车动力分析以及行车的舒适性与安全性的研究显得十分重要而又迫切。

  课题拟以目前国内首座六线铁路钢桁梁斜拉桥新白沙沱长江特大桥为研究背景,对其空间车桥耦合进行动力分析,并进一步对其行车安全性、舒适性进行评估。研究内容如下:

  1.建立多线大跨铁路桥梁的空间有限元模型

  2.建立列车的空间弹簧-阻尼-刚体的有限元模型

  3.形成时域内空间多线大跨铁路桥梁-列车的动力耦合模型

  4.研究大跨铁路桥梁的动力特性和多线铁路荷载相互影响的特征

  5.完善列车行车安全性与舒适性评估系统

  课题二:基于光纤微光学编码的路基沉降远程自动监测系统研究

  随着我国高铁建设的大发展,以及对安全运行重视程度的不断提高,急需一种自动、实时、无源、高精度的远程路基沉降监测技术,而光纤传感技术在提高采样率和抗干扰能力、实现监测设备小型化,特别是在地形艰险、地质复杂地区,可利用带状铁路工程的既有光纤通道,开展远程监测方面具有明显的优越性和巨大的发展潜力。本项目致力于研发一种利用光纤微光学编码的方式实现路基沉降的远程自动监测系统。

  主要研究内容如下:
  1.利用微光学对光技术和光纤端面的微处理,采用遗传算法等多目标演化算法进行多目标光纤自动对准与高效耦合。
  2.优化传感光纤制作、胶粘、封装等工艺设计,实现大批量核心对光器件的规模化制造,形成小型化、高稳定性、廉价的传感头设计规范,为组建大型传感网络奠定基础。
  3.利用格雷编码技术,实现路基沉降绝对位置与光学编码的一一对应;利用微机械传动技术,实现路基沉降量位移量的精确传递;采用防水、防尘、抗外力冲击的外壳封装技术实现路基沉降监测的地下传感终端。
  4.研发路基沉降传感器件的安装与施工方法,研究利用地下持力地层作为基准参考点的安装方案,研究不影响路基施工和维护的传感器安装方法和传感网光缆的走线和布设方式。
  5.利用复用技术连接传感点,组建全光纤传感网络;利用道路沿线的光缆总线,实现监测终端的远距离数据采集与监测。
  6.结合在建的成渝铁路,建设路基沉降监测的示范工程。
  

  课题三:铁路隧道结构复合式衬砌结构极限状态设计方法研究

  结构可靠性理论在结构设计规范中逐渐被要求推广应用,由此采用概率极限状态设计法是土木工程结构设计的发展趋势。目前我国铁路隧道设计规范处于破损阶段法、容许应力法与概率极限状态法并存状态,而概率极限状态法只是适用于单线隧道的整体式衬砌及洞门、单线铁路隧道偏压整体式衬砌及洞门、拱形明洞及洞门。随着我国铁路隧道建设及设计理论的快速发展,双线及大跨隧道的数量越来越多,隧道普遍采用复合衬砌及新奥法施工,而且复合衬砌的承载模式与整体式衬砌也不一样,因此现行的铁路隧道设计规范很难满足日益增长的铁路隧道设计的要求。因此,为提高我国铁路隧道设计水平,完善我国《铁路隧道设计规范》概率极限状态设计法,实现与国际工程结构极限状态设计法接轨,针对日前铁路隧道概率极限状态设计法方面的不足,以结构可靠性的基本理论和方法开展铁路隧道复合式衬砌结构可靠度设计方法关键技术研究具有重要的工程实际意义,且十分必要和紧迫的。研究内容如下:

    1.铁路隧道复合式衬砌结构极限状态功能函数建立
    2. 铁路隧道复合式衬砌结构可靠度计算方法研究
    3.铁路隧道复合式衬砌结构可靠度参数敏感性研究
    4. 铁路隧道极限状态可靠指标校准和目标可靠指标确定
    5. 铁路隧道复合式衬砌结构设计表达式及分项系数研究

  

  课题四:板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆充填层耐久性提升综合技术

  我国已经建成世界最大规模的高速铁路网,投入运营高速铁路一万余公里,线路安全与维护已成为极其重要课题。板式无砟轨道为我国主要采用的轨道形式,水泥乳化沥青砂浆(CA 砂浆)是板式无砟轨道普遍采用的充填层材料。到施工调整、缓冲协调、阻断裂纹、提供弹性、提供阻力等功能,其性能对轨道结构的安全性、平顺性和耐久性有着重大影响。根据调研,发现在我国南北方范围内CA充填层均出现积水、翻浆、开裂、粉化与离缝问题。综上,课题拟开展板式无砟轨道CA砂浆充填层耐久性提升综合技术研究。

  项目的主要研究内容有:

  1. 水对CA砂浆耐久性的影响、机理与耐久性提升措施。研究长时间浸泡作用下,CA砂浆力学性能的变化,观察浸泡作用对CA砂浆微观结构的影响,分析水对其作用机理;研究干湿循环作用下,CA砂浆砂浆力学性能的变化,并分析其机理;掺入改性剂,以提升CA砂浆抗水损害能力。

  2. 冻融循环对CA砂浆耐久性的影响、机理与耐久性提升措施。研究不同含气量的情况下,冻融循环作用对CA砂浆力学性能的影响,分析其宏微观作用机理;研究掺入改性剂后,CA砂浆抗冻改善情况,分析其作用机理。

  3. 温度循环对CA砂浆耐久性的影响、机理与耐久性提升措施。研究CA砂浆温度变形特点,重点研究Ⅱ型CA砂浆与混凝土界面抗温度疲劳能力,测定不同温度区间界面的疲劳寿命,研究其改进措施及性能评价方法。

  已出站博士后研究课题

  课题一:《大型滑坡多排抗滑桩力学机理研究》

  取得的成果:

  课题针对直线型、折线型及多剪出口型三种典型滑坡,采用数值模拟、离心模型试验、综合分析等方法,首次开展了多排桩桩排数目、桩排间距、桩埋入方式及埋入深度对各排桩受力影响的分析的系统研究,得出了三类滑坡各排桩受力规律,并结合实际工程提出了相应的优化设计技术思路。研究成果对大型滑坡的研究及工程设计具有重要指导意义,为相关规范的修改提供了技术支撑,并为后续研究打下了良好的基础。

  课题二、《铁路(公路)类土质边坡稳定性与预加固措施组合形式及设计理论研究》

  取得的成果:

  1.课题采用现场调查测试、模型试验、数值模拟及理论分析综合方法,对花岗岩类土质边坡进行了系统的研究。根据花岗岩类土质边坡介质及坡体结构特征,将其划分为四种类型,提出了每种类型边坡的坡体结构特征、稳定性控制因素。首次提出了边坡加固工程中预应力锚索受力分配系数的概念和计算方法及锚杆+锚索组合措施加固边坡的两阶段设计方法。

  2.研制了一种土拱试验仪,实现了常规物理模型试验中土拱的直观再现及应力表征。引入Prandtl-Vesic理论,提出了考虑岩土参数的等腰三角形土拱形状及拱轴线方程,得出了考虑土拱效应时桩间措施上的土压力计算方法。土拱试验仪已获实用新型专利,其发明专利已被受理。

  课题三:《大跨度铁路斜拉桥抗风性能试验研究》

  取得的成果:

  1.通过风洞试验发现了大跨度铁路钢桁梁斜拉桥在低风速下存在涡激振动的问题,首次提出了在钢桁梁下弦杆底部分段设置倾斜导流板的解决方案,并申请了国家发明和实用新型专利,该研究成果在大跨度钢桁梁桥抗风研究领域具有创新性。

  2.研制了在下弦杆上固定导流板的卡槽和拉杆结构,并申请了国家发明和实用新型专利,该结构可以调节导流板布置的间距,具有一定的创新性。

  3.基于Visual C++和Visual C#,编制了用于桥梁结构分析的纯32位Windows应用软件RBAS(Railway Bridge Analysis System)。RBAS软件系统是笔者多年来科研实践的总结,该系统适用于桥梁结构风致振动分析。RBAS系统支持多文档编辑,符合Windows程序工业标准,具有良好的人机交互界面,体现了Windows程序可视性、交互性及互动性的特点。

  课题四:《路堤沉降动态控制方法研究》

  取得的成果:

  1.采用理论分析和试验手段,对路堤沉降动态变化规律进行了研究。

  2.对常用地基沉降计算预测方法的适用性进行了系统的研究,推荐了适用的相关方法。

  3.首次开展了利用载荷试验p-s曲线预测沉降的研究,提出了修正双曲线切线模量法和弦线模量法预测沉降的方法。

  4.编制了地基沉降预测的软件包,包括了M-B联合法、修正双曲线切线模量法以及沉降差等方法。

  课题五:《地下工程通风风能主动利用关键技术研究》

  取得的成果:

  1.研发了风能风机机械结构型式;

  2.首次提出了垂直轴风力机和轴流通风机特性匹配方法,并对垂直风力机性能参数进行了优化分析;

  3.设计了风能风机模型试验系统,首次成功地对风能风机进行了模型试验;

  4.取得了多项专利成果。

  研究结果表明,利用垂直风力机截获风能,来驱动轴流通风机是可行的,可作为地下工程风能主动利用的关键设备。项目研究具有较高的学术和创新价值。

  课题六:《基于“行驶轨迹+行驶速度”协同控制的山区公路路线设计理念与实现技术》

  取得的成果:

  通过对大量既有山区公路汽车运行状况的调查,采用理论分析和工程应用相结合的方法,取得了如下研究成果:

  1.建立了复杂山区公路的横向加速度模型;

  2.构建了典型方向控制模式的行驶轨迹决策模型;

  3.研究了“轨迹-速度”之间的耦合机理,建立了复杂山区公路/赛道的行驶速度决策模型,提出了基于“行驶轨迹—行驶速度”协同控制的山区公路平面线形设计新方法;

  4.改进了纵坡路段载重货车的行驶速度预测模型。

  研究成果已应用于3条山区公路的设计,并取得了良好的效果。

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