波纹钢腹板组合箱梁桥内衬混凝土布设参数研究

以一座跨度为(60+2×100+60) m的组合连续刚构桥为工程背景,通过理论计算和有限元分析研究了箱型截面波形钢腹板组合梁桥内衬混凝土布设形式对结构受力性能的影响。结果表明,组合腹板内的两种材料共同承担剪力;对内衬混凝土的设置厚度取30～70cm最为合理;通过讨论"内衬混凝土设置区间相同,内衬厚度的布置方式不同"与"内衬厚度的布置方式相同,内衬混凝土的设置区间不同"两个问题,在多模型的对比计算中归纳出内衬厚度线性变化的布置方式较内衬厚度保持不变的布置方式更优以及内衬设置区间为覆盖负弯矩区范围的一半时最佳。     

寒冷地区隧道防冻隔温层厚度计算方法

为确定寒冷地区隧道防冻隔温层的最佳设防厚度,利用等效厚度换算法、气象解析法和有限元模拟计算法,分别对其设防厚度进行计算。由前两种方法计算结果可看出,防冻隔温层设置在初期支护与二次衬砌之间时厚度小于1 cm,设置于衬砌表面时所需厚度小于2 cm,与实际情况比较吻合;由有限元模拟计算法计算的相应结果分别为3.2 cm和4.4 cm,比实际情况偏大;有限元模拟计算法计算结果偏保守,气象解析法计算过程复杂,等效厚度换算法计算过程简单;在工程实际中,防冻隔温层厚度计算可采用等效厚度换算法,为了经济,防冻隔温层适合设置在衬砌中间。     

爆炸作用下超挖回填层对隧道衬砌动力响应分析

破碎岩体中隧道的超挖回填层,对隧道衬砌结构的受力将产生较大影响。基于LS-DYNA动力有限元数值分析软件,建立了爆炸荷载下隧道衬砌结构动力响应的计算模型。通过改变回填层介质弹性模量,得到了隧道衬砌结构竖向位移、竖向加速度和有效应力的变化规律,探讨了对隧道衬砌动力响应的影响。同样通过改变回填层厚度,探讨了回填层厚度对其的影响。结果表明,回填层弹性模量为围岩弹性模量的1/60、厚度为20cm时爆炸防护效果最好。研究成果为相关工程设计和施工提供了理论依据。     

寒区隧道衬砌刚度分布对冻胀压力的影响

为保证衬砌结构具有合理的安全度,考虑冻胀水体、衬砌和围岩之间的共同作用特征,提出了约束冻胀模型和冻胀压力的理论计算式,并采用考虑围岩抗力的荷载-结构模型求解衬砌刚度分布.在此基础上,以结构安全度为度量指标,探讨了冻胀压力与衬砌刚度之间的关系.结果表明:等厚衬砌断面结构刚度在拱顶及仰拱中部较小,边墙部位较大;增大衬砌厚度使衬砌刚度增大,导致冻胀压力增大,同时也提高了衬砌承载能力;增大衬砌厚度导致的冻胀压力增大不如衬砌承载能力的提高显著,因此,增大衬砌厚度是提高衬砌抗冻能力的有效措施.     

冻胀力作用下土质隧道衬砌内力影响因素敏感度分析

运用有限元数值模拟,计算分析了隧道衬砌内力(弯矩、轴力、最大拉应力)对土体冻胀率、冻结圈厚度、衬砌厚度、围岩弹模的敏感度。研究表明:隧道衬砌弯矩、轴力及拉应力对围岩自由冻胀率均敏感;隧道衬砌轴力、拉应力对围岩弹模敏感,而隧道衬砌弯矩对围岩弹模的敏感度较小;隧道衬砌内力受冻结圈深度影响较为明显,而衬砌厚度对衬砌内力影响相对最弱。建议对于季节性冻土区隧道设置保温隔热层及在衬砌背后一定范围内的注浆。     

公路隧道衬砌厚度不足对衬砌安全性影响

针对Ⅲ级和Ⅳ级围岩两种不同的支护形式,建立衬砌厚度不足计算模型.在有无病害条件下,比较隧道衬砌各位置的内力和安全系数,并根据衬砌厚度不足病害程度和宽度,采用数值计算的方法,分析公路隧道衬砌厚度不足对衬砌安全性的影响.分析结果表明:隧道衬砌边墙、拱腰和拱顶的弯矩、剪力和轴力都比较大,属于病害发生的敏感部位;隧道衬砌出现厚度不足病害时,安全系数显著减小;衬砌安全系数随着病害程度的加剧,左边墙呈线性减小,而拱腰和拱顶呈曲线形减小;衬砌安全系数随着病害宽度的增加,先是显著减小,最后又有小幅增长,但整体呈减小趋势;随着病害区域从边墙向拱顶转移,衬砌受影响的范围逐渐增大.     

基于增量动力分析法的公路隧道地震易损性分析

为合理评估隧道结构在地震作用下的抗震性能，首先阐述了隧道结构地震易损性基本理论和增量动力分析法的计算方法，运用有限元软件建立了某公路隧道的数值计算模型，采用损伤指数确定了隧道结构的损伤指标，通过输入相应地震波，并利用增量动力分析法对隧道结构进行了动力时程分析，以此得到了隧道结构在不同衬砌厚度下的地震易损性曲线。研究结果表明：当衬砌厚度一定时，随着地面峰值加速度PGA的增加，隧道结构的失效概率不断增加，整体呈现先快后缓的增加趋势；在衬砌厚度与PGA相同的情况下，隧道结构的失效概率随损伤程度的减小而增大；在相同损伤状态下，衬砌厚度越大，隧道结构的失效概率越小；利用增量动力分析法得到隧道结构的地震易损性曲线，可以充分考虑地震作用的随机性和不确定性，并能全面反映隧道结构在不同损伤状态下的损伤概率，是一种十分有效的评估隧道抗震性能的方法。     

内衬混凝土对波纹钢腹板连续刚构桥动力特性的影响

以日本本古桥为背景,采用有限元分析软件Midas/Civil建立波纹钢腹板连续刚构桥实体单元模型,研究内衬混凝土设置对波纹钢腹板连续刚构桥动力特性的影响。研究结果表明:内衬混凝土的设置,使得波纹钢腹板连续刚构桥的扭转刚度降低,扭转频率减小;内衬混凝土厚度增加,扭转刚度降低;内衬混凝土纵桥向长度增加,扭转刚度呈现先降低后升高的趋势。在波纹钢腹板刚构桥设计时,不仅仅要考虑内衬混凝土对墩上块应力传递的改善,而且应考虑内衬混凝土的设置对其动力特性的影响。     

铺装层对装配式空心板桥结构横向受力的影响

以20 m跨桥实桥试验测试结果修正有限元模型,得出符合实际工程的Abaqus有限元计算模型,对修正后的有限元模型进行弹性计算,探讨了桥面铺装厚度对装配式空心板桥整体性能的影响,得出了该桥经济合理的铺装层厚度取值。     

SV波入射下衬砌尺寸对引水隧道动力响应的影响

采用波函数的Fourier-Bessel级数展开方法,得到了SV波入射时,大型引水隧道平面地震响应的解析解,并对建立的场地模型进行数值计算.计算结果表明：SV波入射时,引水隧道衬砌的径向动应力随隧道内径的增大而增大,径向动应力的最大值与隧道内径呈线性关系,SV波入射引起的引水隧道衬砌的切向动应力随隧道内径的增大而增大.当入射角小于临界角时,切向动应力受隧道内径变化的影响很大.此外,引水隧道衬砌的径向动应力随衬砌厚度的增大而增大,切向动应力则随衬砌厚度的增大而减小.     

地震作用下隧道的衬砌厚度研究

在城市飞速发展的同时,交通拥堵日益成为制约其发展的一大障碍,为此地铁以其快速畅通的优势在不少城市中兴建起来。结合昆明地铁实际工程,通过有限元软件MidasGTS对地铁区间隧道进行地震响应分析,研究其衬砌厚度对于地震响应的影响,对实际工程提供参考。     

山岭隧道洞口段衬砌刚度对其抗震性能的影响

利用ABAQUS有限元模拟软件建立V级围岩条件下山岭隧道洞口段的地震响应数值模拟三维模型,对比研究其在不同衬砌刚度时的抗震响应情况,从而得到衬砌刚度对其抗震性能影响的规律.衬砌刚度取用20 GPa、30 GPa、40 GPa、50 GPa四种不同工况,在模型底部施加水平方向的地震荷载.通过研究发现：当衬砌刚度为30 GPa时能起到较好的抗震效果,且结构强度有较大富余量;刚度为20 GPa时结构偏“柔”致使位移量过大,不利于结构的抗震;当刚度为40 GPa甚至更大时,结构的受力和地震过程中的峰值加速度明显增大,且位移量减小不明显,对提高抗震性能作用不大.     

暗挖海底隧道地震动水压力响应分析

考虑黏弹性人工边界与流固耦合作用,建立了衬砌结构一土一海水相互作用的力学模型,基于Newmark算法,利用ANSYS有限元软件分析了在不同地震激励和埋深条件下动水压力的影响机理与隧道衬砌的振动响应规律．计算结果表明：在含有竖向分量的地震激励下,动水压力对浅埋海底隧道的内力影响较大,分析时不容忽视;当隧道埋深超过一定值后,结构地震反应变化微小可忽略．同时,针对圆形海底隧道进行的有限元计算结果可为海底隧道的工程抗震设计提供参考．     

武汉过江隧道地震响应因素影响分析

运用ANSYS软件,以武汉过江隧道衬砌结构典型地质剖面为例,研究地基土压缩模量、衬砌模量、外径、顶板土层厚度及水深等因素对地震响应的影响,相关参数均来自工程实际,地震荷载考虑EI-centro双向地震作用,得出如下结论：（1）随着地基土压缩模量增大,衬砌同一节点竖向位移和应力最大值逐渐减小;在同一时刻,最大节点位移分布在衬砌顶部,最小节点位移分布在衬砌底部;最大节点应力主要分布在衬砌左右侧壁位置,最小节点应力则分布在左上侧壁位置区域。当土压缩模量大于20MPa后,无论是位移还是应力,其变化幅度减小。（2） 衬砌模量越大,其节点位移减小,而节点应力增大;外径越大,其节点位移较小,而节点应力除拱顶、拱底外逐渐增大,拱顶拱底应力先略微减小然后增大。（3）地基土厚度越大,其节点位移逐渐减小;节点应力则逐渐增大。（4）衬砌上部水深越大,无论是节点位移还是应力均逐渐增大。当水深在10m内时,变化幅度较小;超过10m后,变化幅度增长较快。     

钢衬里壁板预拉伸成形装备设计及分析

钢采用顶升模架对钢衬里预拉伸,顶升拉力使壁板的拉伸应力接近其屈服强度,同时对壁板外侧实施周向和轴向加劲角钢焊接,保持壁板的曲率半径不变.为确保成形质量,对预拉伸成形装备进行参数化建模,并利用Ansys有限元软件对顶升模架进行静力学分析.结果表明,预拉伸成形装备结构模型及其参数设置合理,为优化设计和钢衬里壁板的建造质量提供了数据保证.钢衬里预拉伸成形理念的提出和实施,打破了传统的制造工艺,为核岛钢衬里建造工艺的新突破.     

某城市老旧隧道衬砌结构安全性评估

综合分析重庆市朝天门隧道施工竣工图、检测结果,结合实地考察,对该隧道进行安全性评级。采用有限元软件ANSYS建立合理的计算模型,分析衬砌结构目前的受力状况,验算隧道衬砌强度。由此,得出该隧道目前的承载能力状况,为后续加固整治提供理论依据。同时亦可为其他城市老旧隧道的检测维修提供参考。     

大跨度傍山棚洞衬砌结构安全性分析

运用荷载结构法,计算棚洞三维衬砌结构各单元的内力值,并根据其衬砌结构的配筋情况进行安全性计算。数值模拟表明:棚洞衬砌结构的最大轴力出现在靠山侧边墙墙脚位置,最大负弯矩出现在曲墙中央区域,最大正弯矩出现在左顶板中央区域;跨中处断面衬砌结构的安全系数较柱顶支座处断面衬砌结构的安全系数略高,整个衬砌结构的安全系数满足相关JTGD70—2004《公路隧道设计规范》要求。     

隧道抗震仰拱形式优化分析

借助大型有限元软件ANSYS对隧道的地震反应进行数值模拟研究,确定计算模型并选取适当的材料参数,利用EL.Centro地震波研究处于特定条件下仰拱形式不同的隧道,分析隧道衬砌的位移、应力变化情况,确定不同围岩条件下适宜的隧道仰拱曲率半径,优化隧道仰拱形式。     

动水压力对连续刚构桥梁地震响应的影响

为了研究地震作用下深水薄壁空心桥墩内外域水体动水压力对连续刚构桥梁动力响应的影响,应用流固耦合有限元理论,考虑重力、纵向预应力和动水压力,建立了庙子坪岷江大桥连续刚构桥梁的计算模型,并采用实测的地震波进行计算.结果表明:动水压力对连续刚构桥梁自振频率和振型的影响不大,前30阶频率降低率最大值约为8％,箱梁各部分横向位移峰值增量在10％～20％之间,主墩内力峰值增量最大值约170％,箱梁内力峰值增量最大值约75％;地震加速度、桥墩入水深度是影响动水压力的重要因素.