郑州地铁盾构隧道管片衬砌不同计算模型比较

针对郑州地铁某盾构区间隧道,在隧道覆土厚度、地层、地下水位和其他条件相同情况下,采用均质圆环法和梁-弹簧模型两种方法对管片衬砌的内力和变形进行了计算比较。均质圆环法弯矩较大,相应变形和轴力较小。均质圆环法与圆环刚度有效系数相关,有效系数越大,弯矩越大,变形和内力越小。梁-弹簧模型不仅考虑环向接头刚度还考虑了纵向接头刚度(径向和切向),与实际情况较为接近。     

超大直径盾构出井吊装对工作井影响研究

以济南黄河隧道南岸接收工作井盾构机出井吊装为工程背景,借助有限元分析软件,重点分析东线隧道贯通及吊装施工对黄河隧道南岸工作井的变形及受力影响。结果表明:(1)东线隧道贯通时,地连墙最大水平位移为-1.13 mm,主体结构最大水平位移为-0.92 mm;吊装施工时,地连墙最大水平位移为-1.06 mm,主体结构最大水平位移为-0.86 mm,受吊装荷载的影响,地连墙顶部出现向坑外的位移。(2)东线隧道贯通、吊装施工时环框梁的最大弯矩值为16325 kN·m,出现在第二道环框梁中部位置;受履带吊吊装施工超载影响,主体结构最大弯矩值为3915 kN·m,出现在东墙(竖向)支座处。(3)受隧道开洞及施工超载影响,主体结构最大弯矩值为2837 kN·m,出现在北墙支座处;受结构埋深影响,环框梁最大弯矩值为9634 kN·m,出现在第三道环框梁端部位置。盾构出井吊装方案可行,施工过程对工作井影响较小,能保证工作井安全;此外,在满足吊装要求的同时,履带吊应尽量远离接收井,以减小对主体结构的影响。     

大断面水下盾构隧道管片接头抗弯刚度及其对管片内力影响研究

以大断面水下铁路盾构隧道-狮子洋隧道工程为研究对象,运用有限元数值分析方法,并结合管片接头原型抗弯试验,研究环向管片接头抗弯刚度,并运用梁-弹簧模型进行接头抗弯刚度对整环管片结构内力影响的研究.结果表明:该隧道管片接头抗弯刚度的取值范围为50～700MN·m·rad-1,在相同轴力条件下,接头抗弯刚度会随接头弯矩的增加降低1个数量级左右;在相同接头弯矩条件下,接头抗弯刚度随轴力的增加而增大;接头抗弯刚度对管片轴力分布的影响微弱,对管片弯矩的影响显著;随接头抗弯刚度的增大,整环管片的弯矩分布趋于均匀;在抗弯刚度取值范围内,极值弯矩相差最大达80％左右,极值轴力最大减小5％左右,变形最大减小20％左右;基于接头抗弯刚度-弯矩-轴力的非线性关系改进的梁-弹簧模型,更能体现接头对整环管片受力的影响,也更适用于大断面盾构隧道管片内力的计算.     

盾构隧道管片结构设计几个问题的探讨

由于国内盾构隧道结构现有计算方法考虑因素不全面、部分计算方法不合理,造成盾构管片配筋量偏大,对管片预制及工程造价都带来很大影响。为提高现有盾构隧道结构设计方法的准确性和可靠性以及优化管片配筋,通过大量的盾构隧道结构计算和工程经验,对多个设计问题进行分析,结果表明:深埋等复杂地质条件下长大盾构隧道结构计算需要考虑管片的环、纵向接头作用;极限状态法没有区分施工和运营工况受力特点等。通过研究提出以下解决方案:(1)采用改进管片接头单元的梁-弹簧模型,结合接头试验对抗弯刚度等取值进行优化;(2)考虑盾构隧道施工阶段为短暂设计工况,运营阶段为持久设计工况进行安全校核;(3)提出纤维梁单元模型,对管片配筋进行校核;(4)提出多种管片配筋优化设计方法,减少钢筋用量。     

盾构隧道管片结构设计中几个问题的探讨

由于国内盾构隧道结构现有计算方法考虑因素不全面、部分计算方法不合理,造成盾构管片配筋量偏大,对管片预制及工程造价都带来了很大影响。为提高现有盾构隧道结构设计方法的准确性和可靠性以及优化管片配筋,通过大量的盾构隧道结构计算和工程经验,对多个设计问题进行了分析,结果表明深埋等复杂地质条件下长大盾构隧道结构计算需要考虑管片的环、纵向接头作用;极限状态法没有区分施工和运营工况受力特点等。通过研究提出了以下解决方案:1)采用改进管片接头单元的梁-弹簧模型,结合接头试验对抗弯刚度等取值进行优化;2)考虑盾构隧道施工阶段为短暂设计工况,运营阶段为持久设计工况进行安全校核;3)提出纤维梁单元模型,对管片配筋进行校核;4)提出多种管片配筋优化设计方法,减少钢筋用量。     

考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能研究

盾构隧道朝着超大断面发展,其内部结构形式愈加复杂多样化,内部结构对盾构隧道纵向力学性能的影响值得探讨。为研究考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能,以济南黄河隧道为工程背景,建立31环考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道三维有限元实体模型,以集中力的形式作用在第16环管片环进行加载。结果表明:盾构隧道考虑内部结构后,通缝拼装隧道和错缝拼装隧道纵向刚度有效率分别提高21.4%~61.9%和14.3%~35.3%,说明内部结构能够有效提高盾构隧道的纵向刚度;通缝拼装隧道和错缝拼装隧道加载环最大Mises应力分别减小61.3%和69.2%,说明内部结构能够起到承载作用;隧道管片与内部结构会发生应力集中现象;错缝拼装形式有利于减小内部结构在纵向上的位移变形,同时内部结构的侧墙在施工时应尽可能保证混凝土的密实。     

基于ANSYS的桥式盾构受力及变形特征研究

为了得到桥式盾构变形受力规律,结合桥式盾构法施工实际工程,利用ANSYS有限元软件建立考虑盾构实际尺寸的三维框架精细化模型模拟盾构施工过程中变形受力变化规律,将计算结果与现场监测结果对比验证计算模型的合理性。研究结果表明:盾构纵向核心土高度对盾构受力变形影响较大,沿着盾构纵向随着核心土高度的减小,中柱和横梁变形很小,边柱变形较大,依次凸显出弹性地基梁、简支梁及悬臂梁的3种变形特点,其中悬臂情况对盾构受力最不利;盾构尾部边柱承受弯矩比盾构前部边柱要大很多,边柱内侧弯矩明显比外侧弯矩大,实际设计时应根据边柱内侧受力情况确定设计参数。     

地铁车站端头盾构井的空间分析

地铁地下车站端头盾构井是整个车站结构受力最复杂的地方,为确保其施工阶段和使用阶段的安全,必须对盾构井结构进行准确分析。以深圳地铁2号线东延线工程岗厦北站东端盾构吊出井为例,利用ANSYS 13.0建立盾构井结构的空间计算模型,研究端头盾构井主体结构各主要构件的受力特性。结果表明：端头盾构井空间效应显著;通过建立空间计算模型可避免平面简化模型对墙体转角处边界约束条件和板侧向刚度的不合理假定。     

盾构隧道管片的内力计算和参数影响分析

国内目前尚无统一的盾构隧道设计规范,管片计算模型的选择和参数的取值仍存在一定的随意性.结合西安市快速轨道交通2号线的管片设计,对不同方法的计算结果进行了比较,并分析两种方法中关键参数的取值对计算结果的影响.结果表明,修正惯用法的计算弯矩大于梁-弹簧模型的弯矩,但后者与最大弯矩相对应的轴力较小.弯曲刚度折减系数η越大,计算弯矩越小,影响范围在10%左右.接头转动刚度Kθ的取值对弯矩的影响很大,螺栓刚度的取值以不使轴力产生过大的跳跃为宜.     

深基坑主体结构支架施工技术

广东莞(东莞)—惠(惠州)城际GZH-6标段DK35+428风井(兼盾构吊出井)开挖深度达49.38 m。风井主体结构为区间永久电力井,由于风井兼盾构机接收井,先施工盾构接收井部分,即仅施工基坑四周侧墙、框梁和左右线分隔柱,导致主体结构施工深度达46.1 m,属于较深基坑主体结构支架施工。介绍了深基坑模板,支架体系的支架及设计形式,并对施工阶段模板支护进行验算。最后,介绍了满堂钢管支架配合贝雷梁支架的施工工艺。     

基于结构受力模式主动调整的高速铁路单线隧道预制拼装衬砌设计选型研究

基于荷载-结构模型分析了不同等级围岩条件下350 km/h单线隧道断面整体衬砌内力特征.在此基础上,通过主动调整结构受力,在整体衬砌对应的弯矩极大值处将衬砌结构分为7部分进行预制,分析了不同围岩等级下接头刚度对预制装配式衬砌受力与变形的影响.结果表明:相对于整体衬砌,Ⅲ,Ⅳ,V级围岩条件下预制装配式衬砌最大轴力分别增加5.6%,6.5%,7.3%,最大弯矩分别减少39.9%,43.0%,54.6%,最大横向位移分别增加22.4%,36.4%,64.7%,最大竖向位移分别增加41.8%,44.6%,52.5%;边墙、拱脚和仰拱安全系数略有下降,拱顶和拱肩安全系数大幅增加,接头刚度不宜大于45 MN·m/rad.     

基于混凝土弹塑性损伤本构模型的盾构管片受力分析

在混凝土弹塑性损伤本构模型的基础上,考虑盾构管片拼装块与连接螺栓的非连续性和拼装块之间的接触关系,建立三维非连续接触计算模型。以苏州某地铁盾构隧道工程为例,对盾构管片的受力状况进行模拟计算,并与惯用法模型和修正惯用法模型的计算结果进行对比分析。结果表明:盾构管片内拱顶K拼装块部分区域的损伤因子超过了损伤临界值,这些部位将产生明显可见的裂缝;盾构管片拱顶与拱底内侧的受拉区域均产生了塑性变形,拱顶K拼装块的塑性区深度达到截面宽度的55%;盾构管片最大内力组合在两侧拱腰管片的接头处;三维非连续接触计算模型可以更好地反应管片接头对内力的影响和管片混凝土材料的受力及变形特性;模型中盾构管片接头处接触单元的设置消除了其他模型中接头刚度差异对计算结果的影响,对盾构管片抗压刚度及抗弯刚度均会产生影响。     

地下通道大跨度接口梁受力分析

地下通道接口梁在跨度很大时,处于弯、剪、扭复合受力状态。接口梁的跨度大,且荷载大,板墙的厚度也相应较大,其实际受力情况复杂。建立了更接近真实受力状态的三维模型来计算接口梁的弯矩、剪力及扭矩。由该模型计算所得的弯、剪、扭分布规律,与采用常规简化计算得到的值差异较大,计算截面位置的内力值同样大幅小于常规简化计算的内力值。     

货车常接触弹性旁承分析研究

结合工程实际问题,在分析国内外旁承的结构和作用的基础上,通过研究旁承回转阻力矩对车辆动力学性能的影响,提出了旁承标称压力这一关键因素的最佳值,并针对既有系列平车确定了要求的标称压力。基于平车自重较轻、侧滚转动惯量偏小、扭转刚度偏低,车辆运行中相对其他车辆易发生大的侧滚变形,致使提供旁承回转阻力矩的标称压力对侧滚运动较敏感,为了降低旁承的敏感性,结合NX70A车辆,进行了采用长行程低刚度旁承的研究,通过研究得出结论,低刚度旁承可有效降低旁承对动力学性能影响的敏感性。     

黄土地区地铁车站换乘改造施工力学行为研究

以西安地铁5号线新建南稍门站对既有地铁车站换乘改造工程为背景,运用有限元方法分析研究既有地铁车站换乘改造的空间施工力学行为,重点论证既有地铁车站侧墙开洞工法的合理性。研究结果表明:(1)新建换乘厅基坑开挖卸荷是引起邻近雨污水管及既有地铁车站上抬变形的主因,而侧墙开洞后板墙支承约束减弱是导致孔洞顶部发生下沉变形的关键工序;(2)侧墙开洞后洞顶由受压区转变为受拉区,且洞口周边竖向压力突增,而侧墙弯矩变化幅度较小,故侧墙开洞应遵循"化整为零,随挖随支"的原则,即加强圈梁应尽快封闭成环,以抵抗由于侧墙开洞所引发的周边结构复杂的内力形式;(3)随着侧墙开洞跨度的增加,既有线车站的变形和内力均显著增大,而横通道水平净距对既有线车站的变形和内力影响较小,因此破除既有线侧墙方案建议选取7.5 m净跨、0.5D水平净距的施工方案,可确保既有线的运营及施工安全。     

枕下支撑刚度对轨枕性能影响分析

城市轨道交通线路通车运营后碎石道床发生不均匀沉降,枕下支撑刚度发生变化,导致轨枕病害的产生,无法有效保持轨道形位和纵横向阻力,需要深入研究轨枕下支撑刚度对其性能的影响,以便更好地治理轨枕病害问题。采用不同枕下支撑刚度对轨枕的支撑作用模拟碎石道床不均匀沉降,建立有限元模型进行受力计算,分析不同支撑刚度对轨枕变形及弯矩等性能的影响。结果表明,轨枕跨中支撑刚度越大,轨枕变形和受力越小,但轨枕跨中弯矩相应增大;轨枕跨中支撑刚度变小时,轨枕变形增加。由此可见,轨枕跨中若出现道砟缺失,引起轨枕空吊,枕下支撑刚度减小,则轨枕处将产生较大变形,相邻的轨枕也将承受较大的荷载,严重时造成轨枕失效。     

移动式架车机结构设计及有限元分析

针对列车车辆检修时架车机同步作业工况,建立架车机托架的力学模型,推导出架车机受力计算公式,获得架车机托架的力学性能与结构系数的关系。根据力学模型并利用有限元仿真分析方法,对架车机的托架和机架结构的强度和刚度进行分析。结果表明:托架应力集中发生在垫块与侧板、托头与侧板接触的位置,机架受到弯矩作用产生的变形随着托架起升逐渐增大。本文提出的方法和获取的计算数据可为架车机结构设计的优化提供理论依据。     

大型沉井基础初沉阶段受力特性及开裂控制

大型沉井基础在初沉阶段因平面面积巨大、高度低、整体刚度小、基底土体不均匀性等而导致受力安全问题十分突出。以长100.7 m、宽72.3 m的五峰山长江大桥北锚碇沉井基础为背景,运用仿真分析和现场试验,进行大型沉井初沉阶段的受力特性及开裂控制研究。结果表明:大型沉井在初沉阶段因面积大、高度低而受弯明显;采用传统大锅底下沉时内隔墙底部混凝土拉应力达到11.4 MPa,远超混凝土开裂限值2.2 MPa,开裂风险明显;采用中、小锅底下沉时,因中部隔墙底部支撑混凝土拉应力降至2.31和1.28 MPa;3种下沉方法下沉井底部的最大变形分别为?20.0,?1.6和?0.25 mm,变形均较小。工程实际采用小锅底下沉时,沉井顶部挠度、底部混凝土实测应力基本在有限元计算控制值的范围内;采用大锅底下沉时,在沉井中部隔墙及井墙底部布置预应力钢束,能有效降低混凝土的拉应力水平并提升沉井结构的抗裂性能。     

高速动车组铝结构侧墙加工工艺研究

高速动车组侧墙部件是高铁铝结构的核心部件之一,由于整车挠度的技术要求,需带预制挠度焊接和加工,开发一套既能准确补偿挠度变化、又能快速有效完成加工过程的侧墙加工工艺是全面提高铝结构大部件加工能力的关键。研究了侧墙加工的工艺开发、夹具设计、刀具选型、工艺流程及数控程序的三维仿真验证。     

钢弹簧浮置板轨道结构静力学分析

建立钢弹簧浮置板轨道结构有限元模型,对其进行静力学分析。首先分析了剪力铰对钢轨和浮置板垂向位移的影响;其次分析了弹簧支座间距对浮置板应力和弯矩分布的影响;最后计算了不同扣件刚度和支座刚度组合时浮置板轨道结构的变形和受力,为今后优化钢弹簧浮置板轨道结构的设计提供了理论依据。