地基爆破对下伏隧道影响的数值模拟分析

以福州某隧道工程为背景，运用Midas有限元软件模拟地基爆破对下伏既有隧道的影响，从二衬爆破振动速度、内力、最大主应力等角度分析其影响，并对其安全性进行了验算。研究结果表明:地基爆破引起下伏隧道振动速度最大值位于拱顶处，有向四周逐渐减小的趋势；隧道二衬截面混凝土最大主应力和安全系数最小值均位于车行横洞与右洞相交界处。     

拱北隧道曲线钢顶管接头橡胶圈结构数值模拟研究

曲线钢顶管技术是给水工程和隧道支护工程中新的非开挖施工技术,其管节结构与传统混凝土顶管管节结构差别较大,但目前设计和施工缺乏理论依据和参考规范。为优化拱北隧道曲线钢顶管施工中采用的接头橡胶圈结构,采用ABAQUS有限元软件,建立接头安装模型,研究优化前后橡胶圈应力、接触压力和接头安装力的变化规律。结果表明： 优化后的橡胶圈应力和接头安装力明显减小,且接触压力大于0.3 MPa,满足现场施工密封的要求,证明优化后的接头更加合理可靠。     

北京地铁新宫站复合支护结构参数优化分析

以北京地铁19号线新宫站基坑工程复合支护结构为例，运用MIDAS/GTS软件实现对基坑施工过程的模拟，分析支护参数对支护结构受力和变形的影响。结果表明:①随桩径增大，桩体水平位移逐渐减小，各层锚索轴力最大值逐渐减小。②随桩间距增大，桩体水平位移逐渐增大，各层锚索轴力最大值逐渐增大。③随锚索倾角增大，桩体水平位移逐渐增大，各层锚索轴力变化呈现出先增大后减小趋势；在倾角为15°时，锚索受力最大。④锚索锚固段长度越大，桩体水平位移越小，各层锚索轴力最大值均增大。     

让压锚杆让压管长度的解析设计方法

为确保让压锚杆在高地应力软岩大变形隧道中起到良好的让压性能，保证围岩释放变形能的同时能有效保持围岩的稳定性，基于锚杆中性点理论，在分析围岩与锚杆的相互作用时考虑让压管的让压效应，假定由让压变形量引起的相对拉伸变形量沿隧道半径符合双曲线的变化规律， 通过建立锚杆中性点两侧轴向拉力的平衡方程，推导全长锚固让压锚杆的内力计算公式。结合昆宜高速万溪冲隧道工程，得到让压锚杆的轴力分布情况及其随让压管长度的变化规律： 锚杆最大轴力随让压管长度的增加而减小，而轴力的分布形式变化不大。在此基础上得出让压管合理长度范围的设计准则： 由锚杆抗拉极限轴力确定让压管长度的下限值，以保证让压锚杆不因拉断而破坏； 根据隧道洞壁处锚杆受到的黏结摩阻力确定让压管长度的上限值，以确保锚杆中性点理论假设始终成立。     

内衬混凝土对波形钢腹板组合梁桥力学性能的影响

为了解设置内衬混凝土波形钢腹板组合梁桥的剪切性能、轴向性能、弯曲性能和稳定性能及内衬混凝土参数对其力学性能的影响,以某三跨波形钢腹板组合连续箱梁桥为背景,采用ANSYS软件建立空间有限元模型,分析设置内衬混凝土后波形钢腹板组合梁桥的结构挠度、轴向应力、剪切应力、弯曲性能和稳定性,研究内衬混凝土的长度、厚度变化对结构稳定性、轴向性能及弯曲性能的影响,并给出内衬混凝土的合理长度与厚度建议。结果表明:内衬混凝土能显著降低支点区域波形钢腹板的剪应力和预应力施加效率,提高结构稳定性能;混凝土桥面板压应力随着内衬混凝土长度和厚度的增加而减小;实桥设计时,建议内衬混凝土长度不小于中支点梁高,厚度最大不小于0.07倍中支点梁高,最小满足混凝土浇筑及构造要求。     

内衬高密度聚乙烯钢筋混凝土管的应用研究

高密度聚乙烯（以下简称HDPE）内衬通过锚固键机械式嵌入钢筋混凝管内壁,以达到增强钢筋混凝土防腐蚀性能的目的。为了验证内衬HDPE钢筋混凝土管在实际工程中应用性能,开展了相关试验及应用分析。通过对HDPE内衬材料化学性能及物理性能的检测并结合相关标准,提出HDPE材料的指标要求;通过内衬HDPE抗拔试验研究锚固键锚固性能;通过抗外水压试验研究外水压对HDPE内衬的影响;通过三点支承法外压荷载试验研究HDPE内衬对混凝土管的外荷载性能影响;试验结果表明,HDPE内衬具有与混凝土很好的锚固性能和泄水性能,可以满足排水管道工程应用需求。     

大跨PC连续刚构桥正截面最小压应力储备值研究

为改善大跨PC连续刚构桥因设计阶段应力储备不足引起后期运营阶段桥梁开裂和下挠问题,通过分析大跨PC连续刚构桥结构应力状态和混凝土强度理论,提出桥梁设计阶段正截面最小压应力储备值概念,推导出桥梁在设计阶段跨中梁段应预留的正截面最小压应力储备值计算式。以3座大跨PC连续刚构桥为例,对储备值计算式的可行性进行算例验证,结果表明:正截面最小压应力储备值计算公式解与实桥有限元解的误差最大值为4.5%,满足设计要求;正截面最小压应力储备值与桥梁跨径有关,桥梁跨径越大正截面最小压应力储备值越大,跨径越小正截面最小压应力储备值越小;该计算式适用于大跨PC连续刚构桥,对其它结构体系桥梁正应力储备值应另行研究。     

高填方段大孔径波纹管涵结构受力性能试验研究

基于原位观测试验,通过对不同填土高度的管涵荷载及变形、管涵及涵周土体应力分布的全程量测,对不同填土高度下大孔径波纹管涵的力学性能进行了深入分析。结果表明,管顶始终处于压应力状态,从管顶向下至90度范围截面承载逐渐转为拉应力,而从90度截面至管底,波谷截面主要承受拉力,并至管底达到最大值,而波峰截面则由拉应力向压应力转变,至管底为压应力状态。波纹管涵应力及变形均随着填土高度逐渐增长,但其增速逐渐变缓,并最终趋于稳定,其大小均满足波纹管涵的使用要求。而涵顶与涵底土压力测试数据表明,波纹管涵土压力值与规范方法计算值存在较大差异,且差异随填土高度的增加进一步加大,表明高填方段的管涵土压力计算应进行适当折减。     

矩形顶管隧道接头橡胶圈防水安全限值研究

为研究矩形顶管隧道接头橡胶圈的受力特性和密封性，利用接头细部尺寸关系表达式，计算接头在发生防水失效时的临界状态值，通过有限元软件建立接头安装模型，定量改变接头安装间隙和管节偏转角，将模拟结果与理论计算结果进行对比验证。结果表明： 1）橡胶圈安装力随安装距离的增加表现为先增大到峰值，后减小到定值，且安装间隙的大小对安装力影响显著； 2）橡胶圈压缩高度在8~14 mm时接头防水效果良好，当橡胶圈压缩高度小于8 mm或大于14 mm时，橡胶圈分别因接触压力不足0.3 MPa或过度压缩而不满足规范要求； 3）管节发生偏转时，最大允许的偏转角为0.02 rad，当偏转角进一步增大，依次发生因接触压力不足引起的渗漏水破坏、钢套环与插口管节接触破坏、钢套环与橡胶圈的脱离破坏以及橡胶圈过度压缩导致的破坏。     

基于安全性的路桥过渡段差异沉降控制标准

为研究路桥过渡段差异沉降量化指标,对设搭板和不设搭板2种情况下的路桥过渡段差异沉降建立计算模型.引入动荷载系数作为行车安全性评价指标,将车辆系统简化为5自由度半车模型进行垂直振动的力学模拟,求解分析了车辆通过不同台阶高度(不设搭板情况)和不同搭板长度(设搭板情况)的路桥过渡段动荷载和动载系数的变化规律.结果表明:随着台阶高度增加,前后轮受力最大值逐渐增大,受力最小值逐渐减小;当台阶高度为5 cm时,前后轮受力的最小值已逐渐接近于0,当台阶高度为7 cm时,前后轮受力已出现负值;设置搭板后整车动荷载系数有明显减小,且随着搭板长度增加,整车动荷载系数减小.在此基础上,提出了基于安全性的路桥过渡段差异沉降控制标准.     

高速公路特大桥预应力连续梁桥悬臂施工控制研究

以某一大跨径预应力连续梁桥为对象,通过MIDAS/Civil建立桥梁悬臂施工阶段以及成桥阶段的结构模型,分析桥梁不同工况和不同施工荷载下的位移云图和应力云图,获得桥梁变形特征和应力特征。研究结果表明:悬臂施工段,悬臂端自重横载作用和张拉预应力作用下产生最大累计位移由悬臂根部逐渐增大;由于最大位移相反,因此预应力累计位移能够较好的抵消恒载位移影响;悬臂阶段,主梁最大应力出现在墩梁固结处,主梁应力由墩体位置向合拢段逐渐减小,在合拢处取得最小值;成桥阶段主梁合拢段产生最大应力,由合拢区向墩梁固结处应力逐渐减小,在墩梁处取得最小应力,位移量由合拢处向左右两侧块逐渐增大;中跨合拢60 d后桥面铺装时,最大位移量出现在中跨合拢段;桥梁投运3 a后主梁整体位移表现出不确定性,各块均表现出不同程度的增大或减小。     

机场复合道面转弯区层间力学行为试验研究

层间破坏是机场复合道面转弯区破坏的主要形式,现有研究及规范仅限于复合道面直线区,缺乏转弯区层间力学行为研究及设计建议,而转弯区由于转弯侧推力作用,往往较直线区先破坏,亟待对其层间力学行为进行研究探讨。基于ABAQUS有限元软件,建立复合道面转弯区层间黏结接触应力分析模型,依据转弯区受力情况设计复合道面压剪试验,获得相关层间黏结接触参数及层间剪切强度。利用复合道面层间接触有限元模型,分析对比复合道面转弯区与直线区层间应力变化情况,探究转弯速度、加铺层厚度对其影响规律,得到如下结论:转弯区层间水平应力呈非对称分布且大于直线区层间水平应力,水平应力最大值相差54%;转弯区层间竖向应力呈对称分布,最大值与直线区相同但位置向右偏移;随转弯速度的增大,层间水平应力最值增大,不对称性增强,转弯速度从5 kN变化到15 kN时,外侧、内侧机轮最大水平应力分别增加38.33%和15.52%,层间竖向应力最大值几乎不受速度影响;加铺层越厚层间水平应力最大值越小,内外侧轮的水平应力最大值差值越小,加铺层厚度从10 cm增加至20 cm时,最大水平应力减少33%;层间水平应力随道面深度增加而衰减,10 cm深度处已经基本稳定,因此建议机场复合道面转弯区加铺层设计厚度应大于10 cm,层间设计容许剪应力取0.94 MPa。     

路基施工对下埋引水隧洞受力特征的影响

以某高速公路路基施工为对象，采用数值方法研究了不同工况下，填方加载、挖方卸载对既有引水隧洞的不利影响，获取了隧洞的力学特征，对比分析了填方加载后隧洞的三种加固方案，即内衬钢板、灌浆固结、灌注桩+系梁。结果表明:内衬钢板方案加固效果好，经济合理灌浆固结对软岩加固效果不佳；灌注桩+系梁框架结构将承担部分上部荷载，加固后隧洞应力值减小约50%。深挖卸载将导致隧洞底板最大拉应力由点至面分布，但应力最大值与开挖前几乎一致。最后，计算了深挖路堑爆破药量及安全距离。     

铺装层厚度对钢-混叠合梁桥温度效应影响方析

以某三跨连续钢-混叠合梁桥为工程背景,应用有限元软件ANSYS计算分析中、美竖向温度规范下铺装层厚度对主体结构温度效应的影响及中国规范中铺装层的受力情况。结果表明,两国规范中正温度梯度下结构的拉应力最大值均出现在工字梁,且在正、负温度梯度转变时拉应力比压应力变化明显;砼桥面板除在美国规范负温度梯度作用下拉应力不超过C50容许强度外,其他均大于自身设计抗拉强度;中国规范下铺装层温度效应产生的拉、压应力最大值均小于其容许强度;结构各部位温度产生的效应差距较大。     

锚索锚固段剪应力分布模式探讨

基于对锚杆拉拔试验结果的实例分析,讨论了锚索锚固段剪应力沿长度的分布模式,得到了锚固段剪应力沿长度分布为在靠近锚固段顶端有最大值而其两侧逐渐减小的单峰曲线模式。     

锚杆竖向抗拔数值模拟分析

运用FLAC3D对竖向锚杆在不同上拔力作用下锚杆不同位置的轴力、位移以及锚固体系各个界面上的剪应力及其分布规律进行了系统的数值模拟研究。计算结果表明:当上拔力较小时,锚杆端头的轴力最大,向锚杆里端轴力呈减小趋势。锚杆-砂浆界面和砂浆-岩土体界面的剪应力在端部最大,且向里端呈减小趋势。随着上拔力的增大,锚杆轴力也随之增大,但最大值仍然出现在端部,且接近最大值的锚杆轴力区间沿着锚杆向里拓展。锚杆端部界面的剪应力减小,最大值向里端转移,呈中间大、两端小的分布状态;随着上拔力的增大,砂浆周围土体所受剪应力逐渐增大,且剪应力作用范围也逐渐扩大至远离砂浆的区域。     

南部非洲几何设计规范平面线形设计综述

为了加强与国外标准对接,该文系统梳理了南部非洲几何设计规范的直线、圆曲线、超高和圆曲线加宽的设计条件及要求。相对于中国公路路线设计方法,南部非洲几何设计强调在公路项目设计中评估直线线形的走向,减小眩目现象对驾驶者的影响;圆曲线最大长度的极限值不应大于1 000 m;当圆曲线超高小于等于最大超高值的60%时,宜设置缓和曲线;当设置缓和曲线时,超高曲线过渡段与缓和曲线重合,超高直线过渡段设置在直线上;当不设置缓和曲线时,习惯做法是将2/3的超高曲线过渡段设置在直线上,将1/3的超高曲线过渡段设置在圆曲线上。     

不同结构形式下公路隧道的稳定性数值分析

主要对平底隧道和仰拱隧道二者的围岩受力和隧道周围位移进行对比分析,得到以下结论:开挖过程中两种隧道模型最大压应力值存在差别,且上台阶开挖要比下台阶开挖时最大压应力值要大;开挖过程中仰拱隧道的最大拉应力一直略小于平底隧道,说明施加仰拱对围岩整体受力较好;随着隧道开挖步的进行,两种隧道模型均呈现出拱顶沉降和拱底隆起位移增长的趋势,且仰拱隧道拱顶沉降值一直略大于平底隧道,而仰拱隧道拱底隆起值一直略小于平底隧道;两种隧道模型上拱墙竖向沉降基本一致,而仰拱隧道底部隆起位移均小于平底隧道,且仰拱隧道隆起位移最大值要比平底隧道小6. 78%,这与仰拱隧道底部围岩和衬砌的"拱作用"有关。实际工程中应综合考虑各方面进行方案选取。     

随机荷载作用下沥青路面应力应变分析

应用有限元软件ABAQUS建立轮胎/路面结构模型,研究轮胎与路面的接触印迹及随机荷载下沥青路面三维结构应力、应变变化特征。结果表明:沥青路面竖向、横向、纵向应力应变随荷载的非线性增加而非线性增加,随路面深度增加应力应变逐渐减小,在沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中现象。在荷载作用分析点,竖向、横向及纵向应力最大应力值出现在上面层,竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向和横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,纵向方向反复的拉压变形,可能是导致路面轮迹带材料产生疲劳损坏的原因。沥青路面结构应力应变受温度变化、荷载等多种因素影响,残余应变恢复时间延迟体现沥青材料的黏弹性特征。     

高速公路直线段最大长度合理取值研究

从车辆运行状态的角度出发,将直线段上车辆的运行分为加速行驶、匀速行驶和减速行驶3个过程,分析了车辆在不同行驶过程中的行驶时间与行驶距离,以直线段上最长行驶时间70 s作为最大直线段长度的控制条件,推导了基于运行车速的高速公路直线段最大长度计算模型。模型表明设计速度为120 km/h的高速公路直线段最大长度要比20倍设计速度小,而其他设计速度的高速公路则要视直线段相邻曲线起终点的运行车速而定。以现场实测数据为依据,建立了高速公路平曲线起终点小型车运行车速与平曲线半径的回归模型,并给出了计算实例。基于运行车速确定高速公路直线段最大长度能够较好地满足驾驶员的实际需求,提出的计算模型可为高速公路设计及安全审计提供依据。