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当期目录

    2016年, 第50卷, 第04期 刊出日期:2016-04-28 上一期    下一期
    能源与动力工程
    重型燃气轮机天然气供应系统整体性能仿真
    孟成,苏明
    2016,50 (04):  483-489. 
    摘要 ( 666 )  
    摘要: 采用建模仿真的方式对天然气供应系统的整体性能进行研究.首先基于模块化建模的理念设计了系统的各主要部件模型;随后根据燃机电厂的实际运行数据,通过BP神经网络训练得到天然气供应系统中的压力、值班/预混气流量设定规律;最后加入了基于比例积分微分控制原理的压力、温度和流量控制器,在Simulink仿真中完成了整体仿真模型的搭建.对所建模型进行了稳态和动态仿真,仿真结果与电厂实际数据基本一致,表明模型能够较为准确地反映天然气供应系统的整体性能.
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    不同频率高频交流电对球形传播火焰的影响
    崔雨辰1,高忠权1,段浩1,张聪1,吴筱敏1,2
    2016,50 (04):  490-495. 
    摘要 ( 490 )  
    摘要: 为研究不同频率高频交流电场对预混稀燃火焰的影响,对常温、常压下定容燃烧弹中过量空气系数为1.6时的甲烷/空气火焰的传播和燃烧特性进行了研究.结果表明:高频交流电场作用下,火焰均在水平方向被拉伸,当加载交流电压有效值一定时,交流电频率越高,火焰在水平方向的拉伸越剧烈.与未加载电压相比,当交流电压有效值u=5 kV,交流电频率f为5、7.5、10、12.5和15 kHz时,平均火焰传播速度分别提高43.10%、53.45%、63.79%、74.14%和84.48%,相对燃烧压力增大率的最大值分别为0.15、0.21、0.27、0.36和0.50.由此得出,高频交流电场对火焰燃烧有一定的促进作用,且交流电频率越高,促进作用越明显.
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    双螺杆膨胀机泄漏过程的数值模拟与分析
    齐元渠,余岳峰
    2016,50 (04):  496-501. 
    摘要 ( 610 )  
    摘要: 利用PROE软件建立双螺杆膨胀机的三维几何模型并测量计算出基元容积、进气孔口面积、泄漏面积随阳转子转角的变化,进行几何参数分析.然后以几何参数为基础,根据能量和质量守恒定律建立热力学模型,模型综合考虑了进气节流、泄漏和实际气体状态方程.选择不同的运行参数仿真分析基元容积中工质质量,通过各泄漏通道的泄漏质量随转角的变化以及对螺杆膨胀机内效率的影响.研究发现,进气和膨胀初期的泄漏是影响螺杆膨胀机内效率的一大因素,接触线和齿顶与机壳内壁是螺杆膨胀机主要的泄漏通道,进气压力的提高和转速的减小都会增加泄漏质量.
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    玻璃纤维增强塑料低温收缩率的测量
    贾红,张鹏
    2016,50 (04):  502-505. 
    摘要 ( 766 )  
    摘要: 以二级GM制冷机为冷源建立了15~293 K温区的应变测量系统.采用应变片法测量了材料低温收缩率,分析并修正了低温下卡玛箔应变片电阻和灵敏系数变化对测量结果的影响.通过测量304不锈钢收缩率并与标准值比较,验证了系统测量的准确性且得出灵敏系数的修正系数随温度的变化关系.随后测量Al6061T6的收缩率并与标准值对比,两者最大偏差为-4.8%,验证了修正系数的合理性.最后测量了玻璃纤维质量分数为70%的玻璃纤维增强塑料(GFRP)横向和纵向的收缩率.结果表明:同一温度范围内GFRP横向应变值为纵向应变值的1.12倍.
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    直膨式太阳能热泵热水器不同工质的性能分析
    孔祥强,李俊枭,李瑛
    2016,50 (04):  506-513. 
    摘要 ( 625 )  
    摘要: 为了研究直膨式太阳能热泵热水器,分别采用R22、R410A和R290作为工质的性能,建立了太阳能集热/蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动模型、压缩机和膨胀阀的集中参数模型以及系统工质充注量模型,编制了直膨式太阳能热泵热水器系统性能模拟程序.比较发现,理论模型计算值与文献实验结果吻合较好.在不同环境参数和运行参数的工况下,对采用3种热泵工质的系统性能系数、集热器的集热效率和系统制热功率进行对比分析.结果表明:R290系统的性能系数明显高于R22和R410A系统,R410A系统的集热效率和制热功率略高于R22和R290系统;环境参数对R290系统的影响程度大于R22和R410A系统;压缩机转速的变化对R410A系统影响显著,而水箱水温的变化对R290系统影响较明显;R290和R410A系统的最佳工质充注量分别约为R22系统的46%和95%.
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    原子能技术
    核电蒸汽发生器690合金管在高温高压水中的腐蚀电化学行为
    汪家梅1,段振刚1,张乐福1,孟凡江2,石秀强2
    2016,50 (04):  514-520. 
    摘要 ( 550 )  
    摘要: 通过模拟压水堆一回路水环境,研究了溶液温度(25~285 °C)和溶解氧(DO) (20 μg/L,2.1 mg/L,8.4 mg/L)对690合金电化学腐蚀行为的影响,及690合金在一回路水环境中的均匀腐蚀行为.极化曲线和光电子能谱的结果分析表明:随着溶液温度的升高,690合金的自腐蚀电位下降,自腐蚀电流密度增大,钝化区缩小;随着DO的升高,690合金的自腐蚀电位升高,自腐蚀电流密度降低,钝化区缩小;690合金在一回路水环境中的均匀腐蚀速率为0.244 mg/(dm2·h1/2),形成了外层富Fe、Cr和Ni的氢氧化物和内层富Fe、Cr和Ni的金属氧化物的氧化膜.
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    能源与动力工程
    模块化螺杆膨胀发电机组转速控制模型
    鲍文龙,余岳峰
    2016,50 (04):  521-527. 
    摘要 ( 570 )  
    摘要: 为研究基于有机朗肯循环的模块化螺杆膨胀发电机组的动力机转速控制,建立了螺杆膨胀机转子的动态响应模型.对满液式蒸发器建立一种固定边界分段模型,并采用一阶惯性环节对模型进行补偿.针对模块化螺杆膨胀机组无调节阀直接控制进入螺杆机工质流量的特点,提出通过控制热源流体侧调节阀来间接控制螺杆机转速的方法.针对热源流量变化对工质蒸气流量及焓值都会产生影响的情况,分别建立系统的流量通道及焓通道模型.在Matlab中分别建立对应的系统动力机转速控制模型并仿真.仿真结果表明:通过控制热源流体流量来控制动力机转速的控制策略可行;相对于工质焓值,工质蒸气流量在转速调节中起主要作用.通过对转速、热源流量以及比例积分微分控制器参数等扰动信号的仿真分析可知,该控制系统具有较强的稳定性.
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    原子能技术
    超临界水中310-ODS钢表面氧化膜形成机制和性能
    陆辉,沈朝,张乐福
    2016,50 (04):  528-533. 
    摘要 ( 544 )  
    摘要: 采用腐蚀增重方法研究310ODS钢在600℃低溶氧的超临界水中的全面腐蚀敏感性,取样周期分别为100、300、600、1 000、1 500 h,对试样表面氧化膜进行扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析.结果表明:310ODS钢在浸泡早期(300 h)已经在表面形成较为致密的氧化膜,腐蚀速率快速降低;氧化膜为双层结构,内层致密富Cr,外层多孔富Fe,随着浸泡时间的增加,内层变得均匀,外层变化不大.310-ODS钢在600℃超临界水中的氧化过程满足固态生长机制,晶界处的Y2O3改善了材料的耐腐蚀性能.
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    能源与动力工程
    基于Sigma点卡尔曼滤波的燃气轮机气路故障诊断
    黄宜坤,陈梅珊,张会生,翁史烈
    2016,50 (04):  534-539. 
    摘要 ( 790 )  
    摘要: 针对燃气机复杂的机械和电子控制系统易发生故障的问题,利用Sigma点卡尔曼滤波进行了燃气轮机的在线非线性故障诊断.首先改进了燃气轮机滤波用离散非线性模型,提高了模型精度.采用单形采样构建Sigma点卡尔曼滤波器,降低了计算量.在Simulink 平台实现了气路故障诊断系统,并进行了单故障、复合故障、渐变故障、突变故障的测试验证.结果表明:设计的诊断系统具有较高的检测、跟踪精度和故障模式、燃气轮机工况适应性.
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    考虑环境温度和功率的燃气轮机进口可转导叶控制策略优化
    陈金伟,陈梅珊,梅姣姣,张会生
    2016,50 (04):  540-544. 
    摘要 ( 883 )  
    摘要: 针对联合循环中燃气轮机变工况运行时排气温度控制这一重要环节,以某型联合循环燃气轮机为研究对象,介绍了燃气轮机进口可转导叶(IGV)温度控制的作用和原理.在变负荷和环境温度扰动2种变工况的情况下,对比分析了纯反馈、单前馈反馈和双前馈反馈3种不同IGV温度控制策略的燃气轮机性能参数动态响应过程.结果表明:相比于其他控制策略,采用负荷和环境温度的双变量前馈反馈控制策略在变负荷和环境温度扰动时具有更好的控制效果.
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    低旋流多喷嘴燃烧器性能实验
    柳伟杰,葛冰,江之鉴,臧述升,翁史烈
    2016,50 (04):  545-550. 
    摘要 ( 584 )  
    摘要: 对燃气轮机低旋流多喷嘴燃烧器的性能进行了实验,分析了当量比和喷嘴出口气流速度对燃烧室压力脉动、排温和排放的影响.结果表明,低旋流多喷嘴燃烧器运行时存在稳定燃烧区、不稳定燃烧区和回火区.随着当量比的减小多喷嘴燃烧趋于不稳定,压力脉动幅值增加,主频降低.随着喷嘴出口气流速度的增加,燃烧趋于稳定,压力脉动幅值减小,主频增加.喷嘴出口气流速度大于12 m/s时,多喷嘴燃烧器不存在不稳定燃烧工况.低旋流多喷嘴燃烧器NOx排放与绝热火焰温度呈对数线性相关,且NOx排放随火焰温度的变化比单喷嘴小.
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    超细颗粒物超声波团聚的影响因素
    康豫博,朱益佳,蔺锋,张武高
    2016,50 (04):  551-556. 
    摘要 ( 862 )  
    摘要: 搭建了声波团聚模拟试验台架,选取中高声强的超声波作为声源,以燃烧产生的气溶胶模拟发动机的排气颗粒,利用扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪测量了初始颗粒物参数以及团聚时间对声波团聚效率的影响.结果表明:该试验条件下,频率20 kHz的声波对粒径10~487 nm的颗粒具有团聚作用;声波作用时间延长,颗粒团聚效率提高,18 s是该研究条件下比较理想的团聚时间;初始颗粒物浓度峰值对应的粒径越大,声波团聚效率越高,最高团聚效率能达到82.4%;初始颗粒数浓度越高,声波团聚效率越高,最高团聚效率在初始颗粒物峰值浓度粒径附近取得.
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    扇形内翅片石墨管层流强化传热性能
    李鹏程a,孙志坚a,汤舟a,俞自涛a,b,胡亚才a
    2016,50 (04):  557-562. 
    摘要 ( 684 )  
    摘要: 利用数值模拟方法对一种高黏度的油类介质在6种不同布置交错角度(0°,30°, 45°,60°,75°,90°)的扇形内翅片石墨换热管中层流的强化传热和流动规律进行了研究.结果表明,扇形内翅片的强化换热效果明显.与无翅片的石墨换热管相比,6种布置角度的扇形内翅片对流换热系数分别增大22.69%,42.49%,62.28%,63.44%,65.47%,66.47%.就流动性能而言,扇形内翅片的石墨管6种布置角度下的阻力分别增大了191.88%,252.01%,333.10%,364.33%,385.51%,400.43%.为了明确石墨管内添加扇形内翅片后的强化传热效应,采用了换热性能评价指标(PEC)对6种布置角度进行了评价研究,结果显示45°布置角度时PEC评价准则数的平均值达到最大,为1.265,说明布置角度为45°时强化换热效果最理想.
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    艏摇对立轴潮流能水轮机的水动力性能影响
    王凯,孙科,张亮,盛其虎,张学伟
    2016,50 (04):  563-568. 
    摘要 ( 869 )  
    摘要: 为研究艏摇对立轴水轮机的水动力性能影响,采用ANSYSCFX软件对2叶片立轴水轮机艏摇运行进行模拟分析.同时还对不同频率、不同速比下的推力系数和侧向力系数时历曲线进行分析,并采用最小二乘法拟合分析水轮机的载荷影响,结果表明:与在均匀流中仅做旋转运动的水轮机相比,艏摇运动不会影响水轮机的能量利用率,但是对推力和侧向力的瞬时波动幅值影响较大,速比和艏摇频率越大,瞬时值波动幅度越大;推力和侧向力的阻尼系数与艏摇频率无关,与速比有关,速比越大,阻尼系数越大.
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    纯电动汽车双热源热泵系统性能分析
    钱程a,谷波a,田镇a,马磊a,杨林b
    2016,50 (04):  569-574. 
    摘要 ( 659 )  
    摘要: 针对纯电动汽车双热源热泵系统,采用单一空气源热泵模式和双热源热泵模式进行系统实验,得到系统的性能参数,推得各部件损失占比等.结果表明:吸取1 kW废热后,制热量和能效比最大,分别提高了46.58%和 28.07%;部件相对损失占比最大的为压缩机46.64%~50.07%,其次是冷凝器30.09%~33.40%.
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    机械仪表工程
    离心泵作透平倾斜叶片主动降噪
    代翠a,董亮b,孔繁余b,柏宇星b,夏斌b
    2016,50 (04):  575-582. 
    摘要 ( 584 )  
    摘要: 为降低离心泵作透平流体诱发的内外场噪声,从同相位脉动水动力作用面积与辐射噪声的关系出发,建立了叶片倾斜角度关系式,提出了在保证性能前提下倾斜叶片的主动控制降噪方法.利用透平实验平台,对2组不同倾斜角度的透平进行了水力性能、内场噪声实验;在验证壳体有限元模型的基础上,基于有限元/自动匹配层进行了外场噪声数值研究.结果表明:倾斜叶片可以保持离心泵作透平的原有水力性能,大流量工况效率最高增加1.09个百分点;同时能够降低整体频段的总声能,内场总声压级降低0.07%~3.02%,外场总声功率级大流量工况降幅最大,降低约11.97%;内外场主要频率处的声压级也得到了不同程度的降低.
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    一般工业技术
    非平衡条件下氯化锰-氨的吸附/解吸特性分析
    周志松,江龙,王丽伟,王如竹,高鹏
    2016,50 (04):  583-587. 
    摘要 ( 626 )  
    摘要: 研究了非平衡条件下氯化锰复合吸附剂吸附氨的压力/温度曲线,并与Claperon反应平衡曲线进行了对比.结果发现,在相同的冷凝/蒸发条件下,氯化锰吸附(解吸)氨的量随着温度的变化而变化,说明非平衡吸附/解吸过程为双变量控制,而不是单变量控制.这一研究结果与理论上的Claperon曲线有较大的差别.为了验证研究结果,对吸附剂的等压吸附过程进行了测试.结果表明:吸附过程与平衡压力/温度曲线相符合;解吸过程则存在着严重的滞后现象,并且该现象主要在解吸4 mol氨之后出现.考虑解吸滞后条件,计算了单级吸附制冷系统的制冷系数(COP)和单位质量吸附剂的制冷功率(SCP),结果显示,按照传统理论所得到的COP和SCP与实际测试结果的误差分别达到25%与40%,说明对于化学吸附制冷过程的理论计算需要以非平衡吸附性能测试作为基础.
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    航空、航天
    表面能对过冷水中冰生长的影响
    王静,孔维梁,王福新,刘洪
    2016,50 (04):  588-584. 
    摘要 ( 591 )  
    摘要: 通过实验观察了过冷水在壁面上的结冰过程,采用高速相机分别记录水平和竖直2个方向的冰生长过程.分别研究了接触角和导热率2个壁面材料参数对冰生长的影响,并且针对接触角影响结冰的机制进行了探讨.结果显示:壁面导热率可明显改变壁面上冰的速度和形态;接触角对结冰速度改变较少,但在导热率低时影响大.
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    铝锂合金薄板自动钻铆残余应力特性
    郑斌1,余海东1,林忠钦1,邹成2
    2016,50 (04):  595-600. 
    摘要 ( 602 )  
    摘要: 利用主应力法推导了铆接壁板所受压力的力学公式,将壁板等效为厚壁圆筒,根据空间轴对称问题求解方法,得出铆接孔孔壁处径向和周向残余应力的表达式,理论分析结果可以合理解释镦头高度和钉孔直径对孔壁处残余应力的影响规律:随着镦头高度和钉孔直径的变化,孔壁各处径向残余应力的变化并不明显,而周向残余应力的变化十分显著;镦头高度和孔径尺寸的增加使周向残余压应力的绝对值下降,甚至出现残余压应力转变为残余拉应力的情况.对于孔壁处残余应力沿板厚方向的分布,采用有限元方法进行分析.结果表明,上、下壁板间应力存在突变,下壁板孔壁处残余应力呈“C”型分布.得出铝锂合金材料在自动钻铆过程中相关工艺参数的合理取值.
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    透镜式薄壁管状空间伸展臂压扁拉扁数值模拟与试验
    蔡祈耀1,陈务军1,张大旭1,彭福军2,房光强2
    2016,50 (04):  601-607. 
    摘要 ( 606 )  
    摘要: 薄壁管状空间伸展臂是一类基本空间展开折叠结构,具有广泛的应用和研究价值.首先分析了透镜型薄壁管压扁和拉扁机理,给出压扁、拉扁过程数值分析方法,分析了拉扁和压扁过程应力、应变和载荷位移变化规律,进行了薄壁管拉扁和压扁过程试验,对比分析试验测试结果与计算分析结果,验证模拟分析方法,证明拉扁和压扁为大位移小应变过程.同时,拉扁和压扁过程中薄壁管段应力、应变及载荷位移都有相似变化规律,反映了薄壁管段的相似特性.
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    高空科学气球下降过程航迹与热性能耦合分析
    杨希祥
    2016,50 (04):  608-612. 
    摘要 ( 643 )  
    摘要: 考虑高空科学气球动力学与热力学耦合关系,研究分析下降过程飞行航迹与内部氦气热性能.建立高空科学气球热模型和下降过程动力学模型,包括太阳辐射模型、红外辐射模型、对流换热模型等,仿真得到了某高空气球下降过程高度、速度等飞行航迹参数和氦气体积、温度等热性能参数,分析了参数变化规律与变化原因.研究结果表明,高空气球下降过程存在严重超热现象,超热状态变化导致下降速度变化,下降速度变化又导致超热状态改变;下降初始阶段氦气排放质量对下降速度、下降时间和超热状态均存在重要影响.
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    固定翼飞机动力学模型的子空间辨识方法
    齐晓慧1,王俭臣2
    2016,50 (04):  613-618. 
    摘要 ( 712 )  
    摘要: 针对子空间模型辨识(SMI)方法这类线性模型辨识技术存在的建模误差,提出一种两阶段固定翼飞机飞行动力学模型辨识方法.首先采用基于辅助变量的闭环SMI方法辨识飞机的近似线性模型;然后,利用该模型构建扩张状态观测器,从而估计出系统中的非线性动态数据;在此基础上,进一步采用神经网络建立系统非线性动态的分散式模型.最后,利用B747飞机6自由度非线性模型进行系统辨识实验,所得结果验证了该方法的有效性.
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    先进飞行器动导数数值模拟新方法
    米百刚,詹浩
    2016,50 (04):  619-624. 
    摘要 ( 869 )  
    摘要: 结合刚性动网格技术,建立了求解飞行器各个组合及单独分量动导数的数值模拟新方法.以纵向为例,通过以不同角速度定速上仰到相同攻角,将瞬时气动力矩进行相减的方法辨识得到组合动导数;通过以不同的迎角变化率匀加速下沉到相同的附加攻角处,气动力做差辨识得到单独的加速度导数;同时耦合定速上仰以及上浮运动的方法可以直接求取单独的角速度导数.对稳定性与控制研究构型飞翼构型以及带翼导弹Finner进行了纵向动导数的计算验证,各个动导数与试验值吻合较好,且对于不同的构型,分量导数在组合动导数中所占的比例和作用不同.该方法运动形式简单,效率较高,且可以推广到横航向的动导数数值计算中.
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    数理科学和化学
    带有随机输入的椭圆偏微分方程的混合有限元方法
    高蕾a,谢富纪b
    2016,50 (04):  625-630. 
    摘要 ( 491 )  
    摘要: 对具有齐次Dirichlet边界条件的线性随机椭圆型偏微分方程考虑了一类混合有限元方法,以同时高精度逼近未知函数与其扩散通量的统计矩.理论分析表明该方法对真解及其扩散通量的均值具有一阶最优逼近精度,数值实验也验证了理论结果的正确性.
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    一类高阶微分方程亚纯解取小函数的收敛指数
    金瑾1,赵浩岚2
    2016,50 (04):  631-635. 
    摘要 ( 740 )  
    摘要: 研究了亚纯函数系数的高阶线性微分方程亚纯解取小函数的点的收敛指数问题,获得了线性微分方程亚纯解取小函数的点的收敛指数的精确估计.
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    基于贝叶斯概率统计的发光二极管瞬态热阻分析
    陈伟a,b,阙秀福a,冯伟a,b,张建华a,杨连乔a
    2016,50 (04):  636-640. 
    摘要 ( 810 )  
    摘要: 应用贝叶斯概率统计的方法来反卷积进行网络识别,分析发光二极管(LED)封装器件的瞬态热阻,有效避免了计算机中频域法解卷积出现的病态问题以及贝叶斯迭代法中迭代次数选择的问题.讨论了该方法中优化参数与时间常数谱的半波宽以及纹波的关系,选择适当的优化参数进行反卷积,再由Foster网络模型转换到Cauer网络模型,获得LED器件的瞬态热阻.同时,讨论了该方法对含噪信号的反卷积的可靠性,并分析了采用此种反卷积方法得到的LED封装器件的热阻的正确性.
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    建筑科学
    考虑基坑开挖空间效应的邻近建筑物沉降预测方法
    章红兵,范凡,胡昊
    2016,50 (04):  641-646. 
    摘要 ( 756 )  
    摘要: 通过工程监测数据统计,分析了基坑开挖引起的墙后土体变形特性,再结合建筑物变形响应研究提出了一种考虑空间效应的紧邻基坑建筑物沉降简化算法.重点研究了土体变形空间分布规律,发现可以采用高斯函数对墙后土体变形空间效应进行定量描述,结果表明,基坑短边处变形空间效应不明显,长边上拐角处变形明显小于中部变形.坑后土体可划分为3个区域,不同区域空间效应分布不同,而且建筑物短边刚度对土体变形空间分布影响不大.建筑物沉降简化算法以监测数据统计规律为基础,结合变形空间分布规律可以预测邻近基坑建筑物沉降,通过经验系数γ可将土层性质、周边施工情况等纳入考量,使建筑物沉降预测更为准确.算例分析表明,本文方法计算值与实测值有较好的一致性,可为预测、分析紧邻基坑施工的建筑物沉降提供参考.
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