復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)非常規(guī)環(huán)境力學(xué)特性與工程應(yīng)用研究

本書結(jié)合三個工程項目：遼寧紅沿河核電站一期工程施工建設(shè)項目、沈陽市迎“十二運”城市道路系統(tǒng)建設(shè)項目、河南禹登高速公路工程建設(shè)跨越煤礦采空區(qū)項目，通過理論分析和數(shù)值仿真及現(xiàn)場觀測等手段，對高速公路穿越礦產(chǎn)采空塌陷區(qū)、核電站取水構(gòu)筑物和城市立交橋在地震荷載及相應(yīng)的運營過程中的各種荷載及環(huán)境條件等多種因素分析，揭示了影響土木工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全的主要因素所在，研究結(jié)合工程實際應(yīng)用，為類似工程的建設(shè)提供了借鑒。 本書以實際工程項目為依托，所采取的研究方法和分析手段具有普適性，可作為工程研究和技術(shù)人員的工具書和參考書，也可作為土木、交通、水利工程類研究生的教材和參考書。

第1章緒論1

1.1核電站取水構(gòu)筑物問題研究背景1

1.2構(gòu)筑物的抗震分析研究現(xiàn)狀3

1.3城市立交橋問題研究背景4

1.4橋梁車載作用及抗震研究現(xiàn)狀7

1.4.1地震反應(yīng)分析的方法8

1.4.2結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防方法9

1.4.3橋梁抗震措施和結(jié)構(gòu)振動控制10

1.5下伏采空區(qū)高速公路路基路面問題研究背景10

1.6下伏采空區(qū)路基路面研究現(xiàn)狀12

1.6.1高速公路下伏采空區(qū)路基路面病害研究現(xiàn)狀13

1.6.2空間對地觀測技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀15

參考文獻18

第2章核電站取水構(gòu)筑物設(shè)計和施工22

2.1取水構(gòu)筑物的概念及分類22

2.1.1取水構(gòu)筑物的概念22

2.1.2取水構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)分類22

2.2紅沿河核電站工程24

2.2.1工程概況[1]24

2.2.2工程自然地理條件25

2.2.3工程地質(zhì)條件26

2.2.4氣象條件27

2.2.5工程水文地質(zhì)條件27

2.3核電取水構(gòu)筑物設(shè)計30

2.3.1取水構(gòu)筑物的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)30

2.3.2取水構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計30

2.4取水構(gòu)筑物施工43

2.4.1連接段采取明洞施工43

2.4.2取水構(gòu)筑物施工46

參考文獻48第3章核電站取水構(gòu)筑物力學(xué)特性仿真分析49

3.1地下結(jié)構(gòu)抗震計算方法49

3.1.1地震對結(jié)構(gòu)的影響49

3.1.2地下結(jié)構(gòu)抗震靜力法51

3.1.3取水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)抗震動力分析法52

3.2取水構(gòu)筑物動力響應(yīng)分析理論54

3.2.1動力響應(yīng)分析基本理論54

3.2.2阻尼的確定55

3.2.3邊界條件的確定55

3.2.4土體本構(gòu)模型56

3.3取水構(gòu)筑物建模與施工過程仿真分析57

3.3.1構(gòu)筑物建模57

3.3.2構(gòu)筑物施工過程仿真58

3.4取水構(gòu)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仿真結(jié)果分析62

3.5取水構(gòu)筑物滲流分析及海浪沖擊分析69

3.5.1滲流分析69

3.5.2海浪沖擊分析70

參考文獻71

第4章取水構(gòu)筑物流場仿真分析73

4.1流場仿真分析方法73

4.1.1SolidWorks Flow Simulation特性[1]73

4.1.2湍流模型[26]73

4.1.3取水構(gòu)筑物實際工況74

4.2高、低潮位取水工況下流場仿真分析74

4.2.1有限元模型的建立74

4.2.2計算結(jié)果75

4.3維修工況下取水構(gòu)筑物流場仿真分析77

4.4隧洞內(nèi)部的沿程損失81

4.5冬季冰凌工況取水構(gòu)筑物流場仿真分析82

參考文獻83

第5章腐蝕對取水構(gòu)筑物的影響84

5.1海洋腐蝕環(huán)境84

5.1.1海水腐蝕環(huán)境84

5.1.2海洋大氣腐蝕環(huán)境84

5.2海水及海洋大氣腐蝕的影響因素[1]85

5.2.1鹽度85

5.2.2含氧量85

5.2.3CO2、碳酸鹽的影響85

5.2.4溫度影響85

5.2.5海水流速的影響86

5.2.6海生物的影響86

5.2.7干濕交替的影響86

5.2.8光照條件86

5.3工程腐蝕產(chǎn)生的影響86

5.4我國港工、水工工程腐蝕產(chǎn)生的影響88

5.5提高海工耐久性的技術(shù)措施88

參考文獻90

第6章城市立交無梁板橋設(shè)計及施工91

6.1沈陽市二環(huán)路改造工程91

6.1.1改造工程設(shè)計依據(jù)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[1]91

6.1.2沈陽市二環(huán)路改造工程概況92

6.2新立堡立交工程設(shè)計95

6.2.1總體設(shè)計95

6.2.2立交橋工程設(shè)計95

6.2.3主要材料要求99

6.2.4施工技術(shù)要求99

6.3新立堡立交橋施工100

6.3.1工程總體施工方案100

6.3.2工程重難點100

6.3.3鋼結(jié)構(gòu)梁橋的架設(shè)101

參考文獻103

第7章地震及車載動力對橋梁影響數(shù)值分析104

7.1數(shù)值仿真模型建立104

7.1.1數(shù)值分析模型104

7.1.2模型約束條件106

7.1.3數(shù)值分析參數(shù)設(shè)置106

7.2立交橋仿真分析107

7.2.1模態(tài)分析107

7.2.2位移結(jié)果分析108

7.2.3應(yīng)力分析111

7.3車載振動的響應(yīng)分析112

7.3.1模型建立112

7.3.2工況分析113

7.4仿真結(jié)果分析114

7.5無梁板橋結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工及調(diào)整117

7.5.1板橋上部結(jié)構(gòu)形式117

7.5.2板橋上部結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計118

7.5.3橋墩配筋124

7.5.4無梁板橋預(yù)應(yīng)力鋼筋的施工124

7.5.5無梁板橋施工過程中的變更與加固處理127

參考文獻129

第8章高速公路安全性評價標(biāo)準(zhǔn)與方法131

8.1高速公路安全性評價的必要性131

8.1.1高速公路安全問題131

8.1.2高速公路道路工程安全性系統(tǒng)、規(guī)范評價的必要性131

8.1.3建立高速公路道路工程安全性評價標(biāo)準(zhǔn)與方法的迫切性131

8.2路基工程安全性評價132

8.2.1路基變形失穩(wěn)影響因素與模式132

8.2.2路基工程安全性評價標(biāo)準(zhǔn)與方法133

8.2.3路基邊坡工程安全性評價標(biāo)準(zhǔn)與方法136

8.3路面工程安全性評價141

8.3.1路面常見病害類型與影響因素141

8.3.2瀝青路面行駛安全性的評價142

8.4隧道工程安全性評價146

8.4.1隧道工程安全性影響因素及其破壞形式146

8.4.2隧道工程穩(wěn)定性判據(jù)與安全性評價148

8.5橋梁工程安全性評價152

8.5.1橋梁工程安全性影響因素152

8.5.2橋梁工程的安全性評價標(biāo)準(zhǔn)與方法153

參考文獻156

第9章采空區(qū)地基承載力理論與方法158

9.1增量加載有限元法158

9.1.1增量加載158

9.1.2屈服準(zhǔn)則的選用158

9.2塑性勢面、屈服面與破壞面160

9.3非關(guān)聯(lián)法則下平面應(yīng)變問題的速度滑移線場161

9.4計算實例164

9.5有限元強度折減法求解地基穩(wěn)定安全系數(shù)167

9.5.1計算原理168

9.5.2屈服準(zhǔn)則的轉(zhuǎn)換168

9.5.3計算步驟169

9.5.4與Prandtl理論解的比較169

9.5.5安全系數(shù)的比較170

參考文獻171

第10章采空區(qū)路基路面變形研究172

10.1采空區(qū)煤層預(yù)留保安礦柱對路基的影響172

10.1.1煤層采空區(qū)預(yù)留保安礦柱對路堤的影響172

10.1.2煤層采空區(qū)預(yù)留保安礦柱對路塹的影響173

10.1.3煤層采空區(qū)預(yù)留保安礦柱對停車區(qū)路堤的影響174

10.2煤層采空區(qū)保安礦柱按不同回采率開采對路基的影響175

10.3傾斜煤層按不同開采順序開采對路基的影響178

10.3.1傾斜煤層上部開采對路基的影響178

10.3.2傾斜煤層下部開采對路基的影響179

10.3.3傾斜煤層上下部同時開采對路基的影響179

10.4在復(fù)雜地質(zhì)情況下開采對覆巖的影響180

10.4.1斷層上盤開采對覆巖的影響180

10.4.2斷層上下盤同時開采對覆巖的影響181

10.5井露采動、井工聯(lián)采對路基影響分析184

10.6采空區(qū)路基路面設(shè)計方法185

10.6.1選線原則及勘察要點185

10.6.2采空區(qū)路基路面一般設(shè)計方法186

10.7采空區(qū)路基路面變形協(xié)調(diào)設(shè)計192

10.7.1變形協(xié)調(diào)設(shè)計方法193

10.7.2采空區(qū)高填路基設(shè)計198

10.7.3采空區(qū)連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計方法198

10.7.4采空區(qū)停車服務(wù)場地路面設(shè)計方法200

10.7.5采動區(qū)路基路面設(shè)計202

10.7.6采空區(qū)浸水路基路面設(shè)計202

參考文獻203

第11章跨越采空區(qū)路基、橋梁工程方案比選及工后監(jiān)測205

11.1寺溝工程概況205

11.1.1寺溝地形路堤特征與工程概況205

11.1.2跨越采空區(qū)高填路基、橋梁工程及各方案物理力學(xué)參數(shù)205

11.2跨越采空區(qū)地基梁式橋數(shù)值模擬分析206

11.2.1模型建立207

11.2.2數(shù)值模擬分析207

11.3跨越采空區(qū)地基剛構(gòu)橋數(shù)值模擬分析210

11.3.1模型建立211

11.3.2數(shù)值模擬分析212

11.4跨越采空區(qū)方案比選214

11.4.1模型建立橋梁方案比選標(biāo)準(zhǔn)[37]214

11.4.2跨越寺溝采空區(qū)高填路基、橋梁工程方案比選215

11.5InSAR空間對地監(jiān)測技術(shù)、監(jiān)測方法與數(shù)據(jù)的處理215

11.5.1InSAR技術(shù)[813]216

11.5.2InSAR監(jiān)測方法217

11.5.3InSAR監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理220

11.6InSAR監(jiān)測技術(shù)在高速公路路基路面變形監(jiān)測中的應(yīng)用222

11.6.1工程概況223

11.6.2空間監(jiān)測225

11.6.3InSAR技術(shù)在公路工程防災(zāi)中的應(yīng)用展望230

參考文獻233

第12章研究小結(jié)234

12.1核電站取水構(gòu)筑物研究結(jié)論234

12.2城市立交無梁板橋研究結(jié)論235

12.3高速公路路基路面下伏采空區(qū)研究結(jié)論2362100433B

復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)非常規(guī)環(huán)境力學(xué)特性與工程應(yīng)用研究

作者：金生吉、孔位學(xué)、孫一民

定價：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：清華大學(xué)出版社

• 開 本：16開

• 紙 張：膠版紙

目前，在我國土木、交通、水利等領(lǐng)域，為了快速發(fā)展與大規(guī)模建設(shè)，有效“樹立綠色、低碳發(fā)展理念，建設(shè)美麗中國，實現(xiàn)中華民族持續(xù)發(fā)展”，需要大力進行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排。為此，國家構(gòu)建理想的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系，在安全前提下建設(shè)高效核電；實現(xiàn)高速交通和城鎮(zhèn)化發(fā)展目標(biāo)，大力開展城際間交通和城市立體交通路網(wǎng)建設(shè)，節(jié)省通行時間，減少交通中平面交叉通行時間，節(jié)約通行成本和能源消耗。本書針對當(dāng)前發(fā)展核電、城市立體交通和高速交通安全工程建設(shè)中涉及的一些關(guān)鍵性熱點問題，結(jié)合當(dāng)前土木水利工程結(jié)構(gòu)力學(xué)特性研究現(xiàn)狀，對穿越礦產(chǎn)采空塌陷區(qū)的高速公路、核電站取水構(gòu)筑物、無梁板立交橋在地震荷載下及運營過程中復(fù)雜環(huán)境條件下力學(xué)特性與工程應(yīng)用進行系統(tǒng)的研究。

本書結(jié)合建設(shè)中已經(jīng)開始運營的遼寧紅沿河核電站取水構(gòu)筑物工程建設(shè)的復(fù)雜環(huán)境問題，通過理論分析和數(shù)值仿真及現(xiàn)場觀測等手段，對取水構(gòu)筑物開展結(jié)構(gòu)形式分類、設(shè)計方法、施工方案及影響分析，研究取水構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)在海浪沖擊、滲流影響和地震波作用下產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等力學(xué)特性，開展海水結(jié)冰期和非結(jié)冰期不同海水壓力下構(gòu)筑物內(nèi)部水流沖擊和滲流作用影響的研究。確定了核電站取水構(gòu)筑物在施工及運營過程中的不安全因素，揭示了地震荷載、海冰沖擊、海浪拍打、滲流影響和環(huán)境腐蝕等因素對構(gòu)筑物產(chǎn)生的影響。通過對比設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)，驗證了構(gòu)筑物在各種荷載作用下是安全的，并且在最高、最低潮位下運營時均可以滿足泵站入口處流量50m3/s的供水要求。

本書結(jié)合“沈陽市迎‘十二運’城市道路系統(tǒng)建設(shè)項目”工程建設(shè)，對沈陽市新立堡路段城市立交無梁板橋動力特性與工程應(yīng)用進行了系統(tǒng)的研究。針對地震荷載對立交橋的破壞狀況，開展了立交無梁板橋結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工方法和措施的研究，通過理論分析和數(shù)值仿真及現(xiàn)場觀測等手段，研究在地震荷載作用下和不同路況車載行駛條件下梁橋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的力學(xué)特性，揭示了六車道無梁板立交橋在復(fù)雜受力條件下產(chǎn)生的應(yīng)力、形變和位移變化規(guī)律。并結(jié)合新立堡立交橋工程實際，針對工程施工中出現(xiàn)的問題，提出了設(shè)計變更和調(diào)整。

本書針對我國高速公路發(fā)展迅猛、高速公路已經(jīng)或者將要穿越礦產(chǎn)采空塌陷區(qū)的情況，從路基、路面、橋梁及隧道工程角度出發(fā)，建立了科學(xué)合理的高速公路安全性評價標(biāo)準(zhǔn)和方法體系，對采空區(qū)地基承載力理論與方法進行探討，提出采空區(qū)路基路面一般處治方法，并建立相應(yīng)的協(xié)調(diào)設(shè)計。針對河南禹登高速公路工程建設(shè)跨越煤礦采空區(qū)這一難題，對跨越寺溝采空區(qū)的多種方案進行系統(tǒng)的對比分析，提出采用高填路堤方案，并在該方案的基礎(chǔ)上通過模型試驗、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場監(jiān)測、檢測等手段，深入研究寺溝采空區(qū)高填路堤穩(wěn)定性。探索性地將先進的空間對地InSAR、GPS觀測技術(shù)應(yīng)用于高速公路路基路面變形監(jiān)測與預(yù)警中，很好地跟蹤了采動區(qū)、采空區(qū)的變化規(guī)律及對高速公路路基路面的影響，保證了高速公路的安全營運。

本書通過對高速公路穿越礦產(chǎn)采空塌陷區(qū)、核電站取水構(gòu)筑物和城市立交橋在地震荷載及相應(yīng)的運營過程中的各種荷載及環(huán)境條件等多種因素分析，揭示了影響土木工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全的主要因素所在，并結(jié)合工程實際應(yīng)用，提出了必要的措施，為類似工程的建設(shè)提供了借鑒。

本書是在著者的博士后論文的基礎(chǔ)上形成的，首先要感謝我們的導(dǎo)師芮勇勤教授對著者在博士后研究階段的學(xué)習(xí)和研究工作等進行了悉心指導(dǎo)和不倦教誨。

本書著者金生吉（沈陽工業(yè)大學(xué)）、孔位學(xué)（國防科技大學(xué)）和孫一民（沈陽工程學(xué)院）對沈陽工業(yè)大學(xué)、國防科技大學(xué)、東北大學(xué)及沈陽工程學(xué)院的各位學(xué)者在本書撰寫過程中所給予的幫助，在此一并表示感謝！

本書資助項目包括： 遼寧省高等學(xué)校杰出青年學(xué)者成長計劃項目“核電站取水CACBPX結(jié)構(gòu)流固耦合作用及抗震力學(xué)特性研究”（No.LJQ2013016）；遼寧省企業(yè)博士后基金： 紅沿河核電站核電工程取排水系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究（遼博撥\[2011\]11）；國家重點工程建設(shè)項目：中廣核核電公司“遼寧紅沿河核電站 1號～4號取水隧洞施工設(shè)計”(2011)；國家自然科學(xué)基金重點項目： “大型露天煤礦高陡時效邊坡穩(wěn)定性理論研究”（No.51034005 ）；遼寧省博士科研啟動基金“高等級公路高填方路基不均勻沉降規(guī)律及穩(wěn)定研究”（No.20101076）。

最后，希望《復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)非常規(guī)環(huán)境力學(xué)特性與工程應(yīng)用研究》一書 ，在實際工程中的設(shè)計、分析和仿真等方面，能給予廣大讀者啟迪和幫助。

由于著者水平有限，加之時間倉促，書中疏漏和錯誤之處懇請讀者不吝賜教。

著者

2014年8月

內(nèi)容簡介

工程結(jié)構(gòu)力學(xué)（Ⅲ），ISBN：9787040115970，作者：黃小清，曾慶敦主編

《船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)力學(xué)》可作為高等院校船船與海洋工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的教學(xué)用書或參考書，也可供從事船舶設(shè)計、制造領(lǐng)域的工程技術(shù)人員以及一般工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生參考。

隨著海洋開發(fā)與海洋空間利用工程的進展，出現(xiàn)了多種形式的海洋結(jié)構(gòu)物。目前，基于海洋工程結(jié)構(gòu)的環(huán)境載荷、動力響應(yīng)特性及動力響應(yīng)分析方法研究的不斷深入，形成了一門嶄新的學(xué)科——海洋工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)。該學(xué)科為海洋工程結(jié)構(gòu)物的設(shè)計開發(fā)、建造、安裝及運行管理，提供堅實的理論基礎(chǔ)與分析方法。

海洋工程結(jié)構(gòu)物的基本用途包括海洋開發(fā)和海洋利用。目前，海洋結(jié)構(gòu)物的大部分用于海洋油氣的勘探、開發(fā)、生產(chǎn)及儲運。這些結(jié)構(gòu)物包括固定式平臺、移動式鉆井平臺、海底管道、油氣浮式生產(chǎn)系統(tǒng)及近幾年發(fā)展起來的深海平臺等。近幾年來，海洋開發(fā)和利用工程發(fā)展迅猛，新技術(shù)和新結(jié)構(gòu)日新月異，其用途、結(jié)構(gòu)形式及工作原理千差萬別。本書凝練出海洋工程結(jié)構(gòu)中具有普遍意義的動力學(xué)問題，進行深入闡述。

全書共分12章。第1章回顧海洋工程結(jié)構(gòu)的進展并總結(jié)海洋結(jié)構(gòu)特征，提出海洋工程所面臨的重大理論和技術(shù)課題；第2章討論海洋環(huán)境，重點討論波浪載荷計算方法；第3章結(jié)合海洋工程結(jié)構(gòu)，介紹單自由度系統(tǒng)動力學(xué)的基本理論與方法；第4章討論隨機振動的基本理論、隨機波浪載荷計算、單自由度線性結(jié)構(gòu)隨機振動的響應(yīng)特性等；第5章結(jié)合海洋工程中的系泊結(jié)構(gòu)、鉸接塔平臺、單點系泊系統(tǒng)等，介紹單自由度非線性系統(tǒng)振動分析方法，討論海洋工程結(jié)構(gòu)的運動突變及異頻振動等；第6章結(jié)合海洋多點系泊船舶、固定平臺及牽索塔平臺，討論多自由度系統(tǒng)的模型建立及動力學(xué)理論與方法等；第7章介紹多自由度非線性系統(tǒng)分析方法及動力特性，討論非線性多自由度系統(tǒng)的內(nèi)共振、參數(shù)激勵、組合共振等問題，同時介紹了多自由度系統(tǒng)隨機激勵振動響應(yīng)分析方法；第8章介紹動力問題有限單元法以及振動方程求解的若干數(shù)值方法等；第9章介紹海流和風(fēng)致渦激振動的機理、渦激升力及渦激響應(yīng)分析方法，討論了非對稱截面的超馳振動問題及消除渦激的工程措施；第10章討論梁式結(jié)構(gòu)和纜索結(jié)構(gòu)建模，固有振動頻率及強迫振動響應(yīng)分析方法，介紹梁的參激動力穩(wěn)定性及隨機波激起的梁式結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性等；第11章計算固定平臺時域振動及隨機振動響應(yīng)，分析深海平臺張力腿波流作用下的非線性參激振動等；第12章介紹浮體在波浪中運動的分析理論，鉸接塔平臺、單點系泊和錨泊系統(tǒng)的分析方法以及2100433B