钢管立柱与贝雷梁组合拱架结构形式比选分析

以钢管立柱与贝雷梁组合拱架结构的某六连拱渡槽施工为工程背景,对于高次超静定组合拱架结构,应用有限元理论计算分析了拱式、简支与连续组合、简支等3种贝雷梁组合拱架结构形式。基于应力、变形、稳定性基本参数的控制,分析贝雷梁组合拱架在3种结构形式中的不同表现,理论上得出钢管立柱上部贝雷梁组合拱架更合理的结构形式。其中,拱式结构在相同工况下比另外两种结构形式最大可以减少约24.7%的最大竖向变形值,对应3种工况,拱结构形式拱架应力相应减小;稳定性增强了约28.6%。     

高地应力状态下软岩公路隧道的大变形机理与规律研究

高地应力区软岩隧道地质条件复杂,使软岩隧道变形控制难度加大。以某一工程实例为对象,运用MIDAS/GTS软件建立了软岩公路隧道模型,分析了不同侧压力系数下对高地应力软岩隧道开挖变形的影响作用。研究结果表明:随着侧压力系数的增大,隧道围岩水平位移由向隧道外挤压变形转化为向隧道内收敛变形,K值在0.5~0.75时,存在一个水平位移零点,最终水平变形量为0;对于隧道竖向位移变形,当侧压力系数小于1时,隧道最大竖向位移出现在拱顶处。当侧压力系数大于1时,上拱变形加强,但整体依然表现沉降变形,隧道最大竖向位移出现由拱腰转移到拱间处。K值在1附近时,隧道水平变形和拱顶变形所形成的最终变形量相等,可根据现场对水平位移和拱顶位移间的位移关系来判定隧道围岩侧压系数的大致取值范围。     

波纹钢拼装式连拱明洞结构受力数值分析

为了验证波纹钢拼装式连拱明洞结构的可行性,以高山寨隧道为工程背景,采用ABAQUS开展了波纹钢-混凝土结构明洞受力的数值分析。结果表明,明洞结构左右洞均是拱顶靠近中墙侧沉降值最大,右洞拱顶偏左处竖向沉降值最大,靠近边坡侧水平位移最大;明洞波纹钢结构在靠近中墙处和两侧拱脚的弯矩值最大,在两侧拱肩处波纹钢应力值最大;混凝土结构在两侧拱腰处应力最大;明洞结构受力状态处于安全范围内。     

复合式组合拱架受力特性研究及应用

以某钢筋砼拱桥的复合式组合拱架为工程背景,采用有限元软件MIDAS/Civil2012建立3种不同受力模式的组合拱架有限元模型,分析了不同受力模式拱架的竖向变形、稳定性等参数的差别。结果表明,在相同受力工况下,复合式组合拱架采用拱式结构的最大竖向变形比梁式结构减小约20%,最大应力减小11.4%~24.7%,弹性稳定性增大约28.6%。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

埋深与围岩变形模量对隧道支护结构承载特性的影响分析

为探讨埋深与围岩变形模量对隧道开挖后支护结构承载变形的影响规律,以龙永(龙山—永顺)高速公路大干溪Ⅰ号隧道为研究对象,采用ANSYS建立三维数值分析模型,对隧道分部开挖支护进行模拟分析。结果表明,在3个不同埋深条件下,当围岩变形模量由4.5GPa减少1/3时,拱顶下沉量与周边收敛量均增加40%左右,初期支护拱顶水平方向应力值增加55%左右,初期支护左侧拱腰竖向应力值增加37%左右;当围岩变形模量由4.5GPa增加1/3时,拱顶下沉量和周边收敛量均减少22%左右,初期支护拱顶水平与竖向应力值和初期支护左侧拱腰竖向应力值均减少21%左右;变形模量减小对支护结构变形与内力的影响比其增大时明显。     

内蒙古地区马兰黄土隧道围岩及支护特性研究

通过对窑沟隧道周边收敛、拱顶下沉、围岩压力、钢拱架内力、喷射混凝土应力和锚杆轴力进行监控量测,了解隧道开挖过程中马兰黄土隧道围岩变形特性及支护结构受力特性。结果表明:施工过程中拱部沉降的量值远大于净空收敛的量值;围岩压力分布不均匀;钢架支护在隧道支护体系中起着非常重大的作用;拱部系统锚杆对结构的稳定性作用不大;水对拱顶沉降的影响非常严重。     

深埋穿越破碎带隧道衬砌变形规律研究

为解决隧道穿越破碎带、断层等不良地质体时导致的隧道结构变形过大，甚至引起垮塌等事故的难题，通过对西南某深埋穿越破碎带隧道衬砌现场监测数据的分析，结合数值模拟试验，研究了该隧道衬砌拱顶下沉、周边收敛变形规律，并对二者进行了对比。结果表明： 该隧道工程Ⅳ级至Ⅴ级围岩过渡区发生不均匀沉降，Ⅴ级围岩相对Ⅳ级围岩沉降值大15 mm左右；隧道拱顶沉降量是周边收敛位移的1.25~1.75倍，即拱顶对不均匀沉降的敏感度大于周边，属于隧道结构薄弱部位。基于自主研发的双向滑移式物理模型箱，研究了不均匀沉降条件下衬砌结构变形特征，衬砌轴向变形过程大致可分为5个阶段： 弹性应变、土体压密—姿态调整、塑性应变、土体再压密—姿态再调整、断裂破坏，且拱顶轴向变形为拱腰轴向变形的1.75~2.45倍，说明拱顶沉降对围岩完整性的敏感度大于周边收敛，应重点做好拱顶的监测与防护。     

大跨度双联连续钢管混凝土拱桥结构体系设计研究

为研究大跨度双联连续钢管混凝土拱桥的合理结构体系及中央拱座合理刚度,以主跨2×405 m渝湘复线双堡特大桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析考虑自重、汽车荷载和基础沉降作用下,拱桥刚接、铰接、半刚性连接约束体系和不同中央拱座刚度对桥梁力学性能的影响。结果表明：自重、汽车荷载和基础沉降作用下各结构体系力学性能均满足规范要求。双刚接方案拱肋变形对称,结构受力良好,且构造简单、施工方便。中央拱座刚度从0.8EI(EI为原设计方案中央拱座截面刚度)增加至2.0EI,自重产生的最大变形基本不变,最大拉应力减小了0.33%,最大压应力减小了0.47%,结构力学性能改善效果不明显。双堡特大桥结构体系推荐采用双刚性连接,中央拱座合理刚度取值为0.8EI,全桥有限元计算结果表明,该结构体系的强度、刚度、稳定性均满足规范要求。     

浅埋软弱围岩隧道微桩锁脚施工技术研究

针对浅埋软弱围岩隧道开挖施工的沉降变形问题，以翁多隧道为依托，结合现场监测数据研究了“三台阶+微桩锁脚”施工技术下隧道初期支护结构的受力及变形特征。结果表明：两种支护结构下随着施工开挖的不断推进，围岩和钢拱架应力变化规律相近，先急剧增加并达到峰值，然后呈缓慢下降趋势，并逐步趋于平缓；累计沉降量则呈缓慢增大趋势。隧道拱顶位置处应力最大，风险最高，常规锁脚锚杆支护拱顶处围岩压力、钢拱架应力分别为0.55、74.10 MPa，累计沉降量最大值为6.70 cm，微锁桩支护时围岩、钢拱架峰值应力分别增加0.55、23.50 MPa，累计沉降量减小了3.96 cm。可见，微型桩技术方案可有效改良浅埋软弱围岩隧道结构的变形与沉降值，控制隧道变形，避免隧道因大变形导致侵限换拱，降低了施工安全风险，具有一定的应用前景。     

浅埋隧道下穿施工对上部楼房沉降的影响研究

福平铁路岱岭段斜下穿一栋6层宿舍楼,楼房基础形式为桩径0.8m的人工挖孔灌注桩和柱下独立基础,桩长4~6m,隧道拱顶距最近桩基底端约12m,为保障楼房安全,针对掘进导致的桩基沉降变形开展模拟研究。结果表明,随开挖距离的逼近,隧道拱顶位移与桩基沉降量逐渐增大,开挖断面处于建筑最下方时增长速率最快,桩基产生不均匀沉降,其中最大沉降值为11.6mm。通过验算确定该沉降不致造成楼房结构性损伤。     

大挑臂下承式连续梁拱组合桥拱梁节点受力研究

大挑臂下承式连续梁拱组合体桥是一种极具特色的桥梁结构形式,通过梁和拱合理巧妙的组合,充分发挥组合体系其优势,从而整体结构受力更加合理。拱梁节点是连续梁拱组合桥的设计关键,整个区域拱肋与主梁交汇,拱梁结合部是拱的推力、梁的内力和支承反力汇交之处,拱梁节点局部应力分布复杂,是拱桥结构受力关键部位,为研究拱梁节点应力分布,防止应力集中,改善拱脚受力,通过数值仿真对拱梁节点进行受力研究。     

软弱围岩隧道管棚水平旋喷组合预加固变形规律

为研究软弱围岩地层管棚水平旋喷桩组合结构的预加固效果,采用三维弹塑性有限元方法对比分析了单独使用管棚、单独使用旋喷桩、管棚与旋喷桩组合预加固及无加固4种工况下隧道结构体系的位移变化规律。结果表明:1)水平旋喷桩和管棚2种工法中,水平旋喷桩预加固工法控制拱顶下沉、拱脚收敛值和掌子面稳定性能力显著;2)管棚预加固工法控制地表沉降的能力较强;3)管棚和旋喷桩组合结构控制拱顶沉降和拱脚收敛,掌子面水平位移性能突出,管棚水平旋喷桩组合结构使地表沉降减小91.3%,拱顶沉降减小76.2%,拱脚收敛减小76.3%,其地表最大沉降值为2.7 mm,拱顶最大沉降值为25 mm,拱脚最大收敛值为4mm,最小收敛值为-9.4 mm,加固效果明显。     

泥岩隧道变形监控量测分析

泥岩隧道因开挖卸荷作用引起围岩较大变形,对施工质量控制和安全生产带来严重威胁。为探究泥岩隧道开挖卸荷后的变形特性规律,通过开展施工现场监测试验,获取隧道拱顶、拱肩和拱腰监控变形值,研究分析围岩随时间的变形效应。结果表明:泥岩隧道沉降值和水平收敛值分别随着监测时间的变化呈现出三阶段变化趋势,具体表现为快速增长阶段、缓慢增长阶段和趋于稳定阶段;隧道拱顶沉降值较拱肩和拱腰沉降值大,沉降值随着拱顶、拱肩和拱腰沉降速率的稳定而最终趋向于定值;隧道拱肩水平收敛值较拱腰水平收敛值大,隧道的水平收敛速率值最终趋于定值;隧道沉降和水平收敛的比值变化范围较小,两者具有较好的相关性。受偏压作用是引起泥岩隧道围岩左右侧的不均匀沉降的根本原因,隧道结构设计、选型及支护施作中应引起重视。研究结果可为类似泥岩隧道的修建与变形监测提供一定的参考依据。     

黄土塬区浅埋大断面隧道施工变形分析与控制技术

针对黄土塬区浅埋大断面隧道开挖过程中，地表水沿着裂隙、黄土节理下渗导致地表沉陷、纵横向地表裂缝及初期支护结构破坏等问题，基于三维地质仿真模型方法，进行初期支护受力特征和变形规律分析，并模拟分析地层改良效果。结果表明： 1）隧道拱部为支护结构受力最薄弱区，表现为拱顶衬砌下表面拉应力和剪应力值大，当埋深为10～15 m时下台阶至仰拱开挖阶段随含水率增加拱顶沉降变形量剧增，且累计沉降量＞250 mm时隧道结构最不安全，易产生环向张拉裂缝； 2）地表注浆能有效改善黄土的结构性能，有效控制地表沉降和围岩变形。     

上承式预应力混凝土刚性梁柔性拱桥静力分析

上承式刚性梁柔性拱桥通透性好、刚度大。为了明确其受力特性,以某大桥初步设计方案为例,采用有限元法分析比较其在活载作用下结构内力随梁、拱的刚度以及矢跨比等结构参数变化的趋势。结果表明:矢跨比对结构内力影响较大;梁、拱在跨中形成整体断面,刚性梁可平衡拱的推力,同时由于拱的推力部分传递到刚性梁内,可减少纵向预应力筋的用量;与同跨径的连续刚构桥相比,活载挠度小,具有较大的竖向刚度。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架拱桥设计

为避免或缓解拱肋钢管与混凝土界面的脱粘或脱空,对钢管混凝土拱桥中的拱肋和节点受力性能的不利影响,提出在钢管混凝土拱肋中设置PBL纵肋,形成一种新型的PBL加劲型钢管混凝土拱桥形式。结合青海省西宁市采用"PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架拱桥"结构形式的某在建桥梁,首先从下层拱肋、桁架-拱组合体系两个层面对该桥进行受力分析;根据主桥结构的受力特点,采用有限元数值模拟方法,分别建立腹杆受力较大的节点的局部精细化有限元模型、典型拱肋节段模型,研究节点的局部受力情况、太阳辐射下拱肋钢管与混凝土的界面受力性能。研究表明:梁肋在靠近拱顶附近时的轴向压力最大,此后其轴力迅速变小;拱顶处的拱肋轴向压力最小,此后迅速增大,并在拱脚处达到最大;腹杆作为梁肋与拱肋之间的传力构件,将整个结构连接成整体,使整个桁架结构共同受力;靠近拱顶、且腹杆受力较大的节点受力较为复杂。设置PBL纵肋能明显减小节点的传力长度、缓解节点的应力集中和变形程度,从而改善节点的受力性能;能明显缓解太阳辐射作用下钢管与混凝土的脱粘和脱空,从而保证拱肋的运营安全;该桥不仅满足使用功能的要求,与环境协调、造型美观,且受力较为合理,整体应力水平不高,满足安全的要求。     

超梁沟公路隧道开挖支护过程数值分析研究

应用有限元分析软件MIDAS/GTS,采用地层结构法分析了超梁沟公路隧道开挖支护过程中的稳定性问题。分析结果表明:开挖不同断面过程中,围岩内最大主应力集中在钢架脚部,钢架架设时应及时施工锁脚锚杆,必要时可采用小导管注浆等方法对拱架脚部围岩进行加固;从衬砌变形角度分析,变形量最大处为拱顶下沉及底脚位置,施工中应注意对拱顶沉降的监测,逐步开挖核心土,保证施工及结构安全,同时应及时施作基础工程,以控制洞室变形;围岩最不利位置出现在拱顶及仰拱两侧,应是重点加强部位。     

不同群桩设计参数下桩基荷载的简化分析

通过对隧道群桩-衬砌支护联合承载体系和无地基改良下关键部位的受力及变形进行对比,经分析后提出隧底群桩荷载简化模型。研究结果表明:群桩-衬砌支护联合承载体系下结构竖向位移明显减小,其中拱顶和仰拱的竖向位移得到明显控制,且在隧道纵向中部位置的竖向应力有明显减小,整体受力更趋于均匀。所以,群桩-衬砌支护联合承载体系对改善隧道基底深厚软弱地层下的沉降和洞室关键部位应力有显著作用,同时,给出不同关键设计参数(桩长、桩径、桩间距)下隧底群桩荷载简化模型分布函数,可利用该分布函数进行桩顶荷载估算。     

钢箱梁桥面吊装设计与有限元分析

杭州市富阳区北支江大桥主桥桥型采用35 m+95 m+95 m+35 m四跨下承式钢拱梁组合桥,引桥为连续钢箱梁桥,桥跨全长407.6m.为对桥面吊装施工的安全性进行验算,首先采用Midas建立全桥梁单元模型,施加移动荷载判断最不利位置节段,然后利用ABAQUS软件建立此最不利位置节段的钢箱梁有限元模型.施工阶段荷载考虑了结构自重、履带吊车单边开行压力(带载+空载)以及平板车单边开行压力(带载+空载),针对履带吊开行的两种工况进行了验算,得到了不同工况下桥梁结构所产生的应力和变形响应.结果 表明,模型最大应力值均小于钢材的屈服强度,Mises应力最大位置均随着吊车荷载的移动而出现在不同的临时支撑点位置;桥梁结构产生的最大竖向变形较小,最大值为11.61 mm.从应力和变形结果来看,北支江大桥履带吊车上桥面是安全可靠的.