复杂工程结构非常规环境力学特性与工程应用研究

本书结合三个工程项目：辽宁红沿河核电站一期工程施工建设项目、沈阳市迎“十二运”城市道路系统建设项目、河南禹登高速公路工程建设跨越煤矿采空区项目，通过理论分析和数值仿真及现场观测等手段，对高速公路穿越矿产采空塌陷区、核电站取水构筑物和城市立交桥在地震荷载及相应的运营过程中的各种荷载及环境条件等多种因素分析，揭示了影响土木工程结构稳定与安全的主要因素所在，研究结合工程实际应用，为类似工程的建设提供了借鉴。 本书以实际工程项目为依托，所采取的研究方法和分析手段具有普适性，可作为工程研究和技术人员的工具书和参考书，也可作为土木、交通、水利工程类研究生的教材和参考书。

第1章绪论1

1.1核电站取水构筑物问题研究背景1

1.2构筑物的抗震分析研究现状3

1.3城市立交桥问题研究背景4

1.4桥梁车载作用及抗震研究现状7

1.4.1地震反应分析的方法8

1.4.2结构抗震设防方法9

1.4.3桥梁抗震措施和结构振动控制10

1.5下伏采空区高速公路路基路面问题研究背景10

1.6下伏采空区路基路面研究现状12

1.6.1高速公路下伏采空区路基路面病害研究现状13

1.6.2空间对地观测技术应用现状15

参考文献18

第2章核电站取水构筑物设计和施工22

2.1取水构筑物的概念及分类22

2.1.1取水构筑物的概念22

2.1.2取水构筑物的结构分类22

2.2红沿河核电站工程24

2.2.1工程概况[1]24

2.2.2工程自然地理条件25

2.2.3工程地质条件26

2.2.4气象条件27

2.2.5工程水文地质条件27

2.3核电取水构筑物设计30

2.3.1取水构筑物的设计标准30

2.3.2取水构筑物的结构设计30

2.4取水构筑物施工43

2.4.1连接段采取明洞施工43

2.4.2取水构筑物施工46

参考文献48第3章核电站取水构筑物力学特性仿真分析49

3.1地下结构抗震计算方法49

3.1.1地震对结构的影响49

3.1.2地下结构抗震静力法51

3.1.3取水构筑物结构抗震动力分析法52

3.2取水构筑物动力响应分析理论54

3.2.1动力响应分析基本理论54

3.2.2阻尼的确定55

3.2.3边界条件的确定55

3.2.4土体本构模型56

3.3取水构筑物建模与施工过程仿真分析57

3.3.1构筑物建模57

3.3.2构筑物施工过程仿真58

3.4取水构筑物抗震仿真分析60

3.4.1模型建立60

3.4.2地震波和振型61

3.4.3仿真结果分析62

3.5取水构筑物渗流分析及海浪冲击分析69

3.5.1渗流分析69

3.5.2海浪冲击分析70

参考文献71

第4章取水构筑物流场仿真分析73

4.1流场仿真分析方法73

4.1.1SolidWorks Flow Simulation特性[1]73

4.1.2湍流模型[26]73

4.1.3取水构筑物实际工况74

4.2高、低潮位取水工况下流场仿真分析74

4.2.1有限元模型的建立74

4.2.2计算结果75

4.3维修工况下取水构筑物流场仿真分析77

4.4隧洞内部的沿程损失81

4.5冬季冰凌工况取水构筑物流场仿真分析82

参考文献83

第5章腐蚀对取水构筑物的影响84

5.1海洋腐蚀环境84

5.1.1海水腐蚀环境84

5.1.2海洋大气腐蚀环境84

5.2海水及海洋大气腐蚀的影响因素[1]85

5.2.1盐度85

5.2.2含氧量85

5.2.3CO2、碳酸盐的影响85

5.2.4温度影响85

5.2.5海水流速的影响86

5.2.6海生物的影响86

5.2.7干湿交替的影响86

5.2.8光照条件86

5.3工程腐蚀产生的影响86

5.4我国港工、水工工程腐蚀产生的影响88

5.5提高海工耐久性的技术措施88

参考文献90

第6章城市立交无梁板桥设计及施工91

6.1沈阳市二环路改造工程91

6.1.1改造工程设计依据和设计标准[1]91

6.1.2沈阳市二环路改造工程概况92

6.2新立堡立交工程设计95

6.2.1总体设计95

6.2.2立交桥工程设计95

6.2.3主要材料要求99

6.2.4施工技术要求99

6.3新立堡立交桥施工100

6.3.1工程总体施工方案100

6.3.2工程重难点100

6.3.3钢结构梁桥的架设101

参考文献103

第7章地震及车载动力对桥梁影响数值分析104

7.1数值仿真模型建立104

7.1.1数值分析模型104

7.1.2模型约束条件106

7.1.3数值分析参数设置106

7.2立交桥仿真分析107

7.2.1模态分析107

7.2.2位移结果分析108

7.2.3应力分析111

7.3车载振动的响应分析112

7.3.1模型建立112

7.3.2工况分析113

7.4仿真结果分析114

7.5无梁板桥结构设计、施工及调整117

7.5.1板桥上部结构形式117

7.5.2板桥上部结构配筋设计118

7.5.3桥墩配筋124

7.5.4无梁板桥预应力钢筋的施工124

7.5.5无梁板桥施工过程中的变更与加固处理127

参考文献129

第8章高速公路安全性评价标准与方法131

8.1高速公路安全性评价的必要性131

8.1.1高速公路安全问题131

8.1.2高速公路道路工程安全性系统、规范评价的必要性131

8.1.3建立高速公路道路工程安全性评价标准与方法的迫切性131

8.2路基工程安全性评价132

8.2.1路基变形失稳影响因素与模式132

8.2.2路基工程安全性评价标准与方法133

8.2.3路基边坡工程安全性评价标准与方法136

8.3路面工程安全性评价141

8.3.1路面常见病害类型与影响因素141

8.3.2沥青路面行驶安全性的评价142

8.4隧道工程安全性评价146

8.4.1隧道工程安全性影响因素及其破坏形式146

8.4.2隧道工程稳定性判据与安全性评价148

8.5桥梁工程安全性评价152

8.5.1桥梁工程安全性影响因素152

8.5.2桥梁工程的安全性评价标准与方法153

参考文献156

第9章采空区地基承载力理论与方法158

9.1增量加载有限元法158

9.1.1增量加载158

9.1.2屈服准则的选用158

9.2塑性势面、屈服面与破坏面160

9.3非关联法则下平面应变问题的速度滑移线场161

9.4计算实例164

9.5有限元强度折减法求解地基稳定安全系数167

9.5.1计算原理168

9.5.2屈服准则的转换168

9.5.3计算步骤169

9.5.4与Prandtl理论解的比较169

9.5.5安全系数的比较170

参考文献171

第10章采空区路基路面变形研究172

10.1采空区煤层预留保安矿柱对路基的影响172

10.1.1煤层采空区预留保安矿柱对路堤的影响172

10.1.2煤层采空区预留保安矿柱对路堑的影响173

10.1.3煤层采空区预留保安矿柱对停车区路堤的影响174

10.2煤层采空区保安矿柱按不同回采率开采对路基的影响175

10.3倾斜煤层按不同开采顺序开采对路基的影响178

10.3.1倾斜煤层上部开采对路基的影响178

10.3.2倾斜煤层下部开采对路基的影响179

10.3.3倾斜煤层上下部同时开采对路基的影响179

10.4在复杂地质情况下开采对覆岩的影响180

10.4.1断层上盘开采对覆岩的影响180

10.4.2断层上下盘同时开采对覆岩的影响181

10.5井露采动、井工联采对路基影响分析184

10.6采空区路基路面设计方法185

10.6.1选线原则及勘察要点185

10.6.2采空区路基路面一般设计方法186

10.7采空区路基路面变形协调设计192

10.7.1变形协调设计方法193

10.7.2采空区高填路基设计198

10.7.3采空区连续配筋混凝土路面设计方法198

10.7.4采空区停车服务场地路面设计方法200

10.7.5采动区路基路面设计202

10.7.6采空区浸水路基路面设计202

参考文献203

第11章跨越采空区路基、桥梁工程方案比选及工后监测205

11.1寺沟工程概况205

11.1.1寺沟地形路堤特征与工程概况205

11.1.2跨越采空区高填路基、桥梁工程及各方案物理力学参数205

11.2跨越采空区地基梁式桥数值模拟分析206

11.2.1模型建立207

11.2.2数值模拟分析207

11.3跨越采空区地基刚构桥数值模拟分析210

11.3.1模型建立211

11.3.2数值模拟分析212

11.4跨越采空区方案比选214

11.4.1模型建立桥梁方案比选标准[37]214

11.4.2跨越寺沟采空区高填路基、桥梁工程方案比选215

11.5InSAR空间对地监测技术、监测方法与数据的处理215

11.5.1InSAR技术[813]216

11.5.2InSAR监测方法217

11.5.3InSAR监测数据的处理220

11.6InSAR监测技术在高速公路路基路面变形监测中的应用222

11.6.1工程概况223

11.6.2空间监测225

11.6.3InSAR技术在公路工程防灾中的应用展望230

参考文献233

第12章研究小结234

12.1核电站取水构筑物研究结论234

12.2城市立交无梁板桥研究结论235

12.3高速公路路基路面下伏采空区研究结论2362100433B

复杂工程结构非常规环境力学特性与工程应用研究

作者：金生吉、孔位学、孙一民

定价：68元

印次：1-1

ISBN：9787302384663

出版日期：2014.12.01

印刷日期：2015.01.06

出版社：清华大学出版社

• 开 本：16开

• 纸 张：胶版纸

目前，在我国土木、交通、水利等领域，为了快速发展与大规模建设，有效“树立绿色、低碳发展理念，建设美丽中国，实现中华民族持续发展”，需要大力进行能源结构调整和节能减排。为此，国家构建理想的现代能源产业体系，在安全前提下建设高效核电；实现高速交通和城镇化发展目标，大力开展城际间交通和城市立体交通路网建设，节省通行时间，减少交通中平面交叉通行时间，节约通行成本和能源消耗。本书针对当前发展核电、城市立体交通和高速交通安全工程建设中涉及的一些关键性热点问题，结合当前土木水利工程结构力学特性研究现状，对穿越矿产采空塌陷区的高速公路、核电站取水构筑物、无梁板立交桥在地震荷载下及运营过程中复杂环境条件下力学特性与工程应用进行系统的研究。

本书结合建设中已经开始运营的辽宁红沿河核电站取水构筑物工程建设的复杂环境问题，通过理论分析和数值仿真及现场观测等手段，对取水构筑物开展结构形式分类、设计方法、施工方案及影响分析，研究取水构筑物结构在海浪冲击、渗流影响和地震波作用下产生的应力、应变和位移等力学特性，开展海水结冰期和非结冰期不同海水压力下构筑物内部水流冲击和渗流作用影响的研究。确定了核电站取水构筑物在施工及运营过程中的不安全因素，揭示了地震荷载、海冰冲击、海浪拍打、渗流影响和环境腐蚀等因素对构筑物产生的影响。通过对比设计安全标准，验证了构筑物在各种荷载作用下是安全的，并且在最高、最低潮位下运营时均可以满足泵站入口处流量50m3/s的供水要求。

本书结合“沈阳市迎‘十二运’城市道路系统建设项目”工程建设，对沈阳市新立堡路段城市立交无梁板桥动力特性与工程应用进行了系统的研究。针对地震荷载对立交桥的破坏状况，开展了立交无梁板桥结构设计、施工方法和措施的研究，通过理论分析和数值仿真及现场观测等手段，研究在地震荷载作用下和不同路况车载行驶条件下梁桥结构产生的力学特性，揭示了六车道无梁板立交桥在复杂受力条件下产生的应力、形变和位移变化规律。并结合新立堡立交桥工程实际，针对工程施工中出现的问题，提出了设计变更和调整。

本书针对我国高速公路发展迅猛、高速公路已经或者将要穿越矿产采空塌陷区的情况，从路基、路面、桥梁及隧道工程角度出发，建立了科学合理的高速公路安全性评价标准和方法体系，对采空区地基承载力理论与方法进行探讨，提出采空区路基路面一般处治方法，并建立相应的协调设计。针对河南禹登高速公路工程建设跨越煤矿采空区这一难题，对跨越寺沟采空区的多种方案进行系统的对比分析，提出采用高填路堤方案，并在该方案的基础上通过模型试验、数值模拟以及现场监测、检测等手段，深入研究寺沟采空区高填路堤稳定性。探索性地将先进的空间对地InSAR、GPS观测技术应用于高速公路路基路面变形监测与预警中，很好地跟踪了采动区、采空区的变化规律及对高速公路路基路面的影响，保证了高速公路的安全营运。

本书通过对高速公路穿越矿产采空塌陷区、核电站取水构筑物和城市立交桥在地震荷载及相应的运营过程中的各种荷载及环境条件等多种因素分析，揭示了影响土木工程结构稳定与安全的主要因素所在，并结合工程实际应用，提出了必要的措施，为类似工程的建设提供了借鉴。

本书是在著者的博士后论文的基础上形成的，首先要感谢我们的导师芮勇勤教授对著者在博士后研究阶段的学习和研究工作等进行了悉心指导和不倦教诲。

本书著者金生吉（沈阳工业大学）、孔位学（国防科技大学）和孙一民（沈阳工程学院）对沈阳工业大学、国防科技大学、东北大学及沈阳工程学院的各位学者在本书撰写过程中所给予的帮助，在此一并表示感谢！

本书资助项目包括： 辽宁省高等学校杰出青年学者成长计划项目“核电站取水CACBPX结构流固耦合作用及抗震力学特性研究”（No.LJQ2013016）；辽宁省企业博士后基金： 红沿河核电站核电工程取排水系统关键技术研究（辽博拨\[2011\]11）；国家重点工程建设项目：中广核核电公司“辽宁红沿河核电站 1号～4号取水隧洞施工设计”(2011)；国家自然科学基金重点项目： “大型露天煤矿高陡时效边坡稳定性理论研究”（No.51034005 ）；辽宁省博士科研启动基金“高等级公路高填方路基不均匀沉降规律及稳定研究”（No.20101076）。

最后，希望《复杂工程结构非常规环境力学特性与工程应用研究》一书 ，在实际工程中的设计、分析和仿真等方面，能给予广大读者启迪和帮助。

由于著者水平有限，加之时间仓促，书中疏漏和错误之处恳请读者不吝赐教。

著者

2014年8月

内容简介

工程结构力学（Ⅲ），ISBN：9787040115970，作者：黄小清，曾庆敦主编

《船舶与海洋工程结构力学》可作为高等院校船船与海洋工程专业及相关专业的教学用书或参考书，也可供从事船舶设计、制造领域的工程技术人员以及一般工程力学专业的学生参考。

随着海洋开发与海洋空间利用工程的进展，出现了多种形式的海洋结构物。目前，基于海洋工程结构的环境载荷、动力响应特性及动力响应分析方法研究的不断深入，形成了一门崭新的学科——海洋工程结构动力学。该学科为海洋工程结构物的设计开发、建造、安装及运行管理，提供坚实的理论基础与分析方法。

海洋工程结构物的基本用途包括海洋开发和海洋利用。目前，海洋结构物的大部分用于海洋油气的勘探、开发、生产及储运。这些结构物包括固定式平台、移动式钻井平台、海底管道、油气浮式生产系统及近几年发展起来的深海平台等。近几年来，海洋开发和利用工程发展迅猛，新技术和新结构日新月异，其用途、结构形式及工作原理千差万别。本书凝练出海洋工程结构中具有普遍意义的动力学问题，进行深入阐述。

全书共分12章。第1章回顾海洋工程结构的进展并总结海洋结构特征，提出海洋工程所面临的重大理论和技术课题；第2章讨论海洋环境，重点讨论波浪载荷计算方法；第3章结合海洋工程结构，介绍单自由度系统动力学的基本理论与方法；第4章讨论随机振动的基本理论、随机波浪载荷计算、单自由度线性结构随机振动的响应特性等；第5章结合海洋工程中的系泊结构、铰接塔平台、单点系泊系统等，介绍单自由度非线性系统振动分析方法，讨论海洋工程结构的运动突变及异频振动等；第6章结合海洋多点系泊船舶、固定平台及牵索塔平台，讨论多自由度系统的模型建立及动力学理论与方法等；第7章介绍多自由度非线性系统分析方法及动力特性，讨论非线性多自由度系统的内共振、参数激励、组合共振等问题，同时介绍了多自由度系统随机激励振动响应分析方法；第8章介绍动力问题有限单元法以及振动方程求解的若干数值方法等；第9章介绍海流和风致涡激振动的机理、涡激升力及涡激响应分析方法，讨论了非对称截面的超驰振动问题及消除涡激的工程措施；第10章讨论梁式结构和缆索结构建模，固有振动频率及强迫振动响应分析方法，介绍梁的参激动力稳定性及随机波激起的梁式结构振动响应特性等；第11章计算固定平台时域振动及随机振动响应，分析深海平台张力腿波流作用下的非线性参激振动等；第12章介绍浮体在波浪中运动的分析理论，铰接塔平台、单点系泊和锚泊系统的分析方法以及2100433B