注浆式榫槽接头关键构造参数影响研究

装配式地铁车站结构注浆式榫槽接头的不同几何构造影响接头的力学性能,进而制约整个结构的力学行为。针对注浆式榫槽接头关键构造参数——榫长、榫宽、接头高度、接头宽度、槽顶壁宽、槽底壁宽、榫头内缩长度,基于榫头占比率、槽壁榫宽比、榫头倾角、榫长榫宽比和内缩率5个指标进行接头构造设计要求研究。结合各个指标对接头承载性能、制作和施工便捷性的影响,提出一套接头构造设计步骤及要求,明确关键几何构造参数具体取值范围：榫宽w与截面高度H的比值宜大于0.28,各榫头之间的净距宜为0.5～1.5倍单个榫宽w,槽壁厚度t与榫宽w比值不宜小于0.4,榫头倾角α宜为75°～85°,长接头和短接头榫长l与榫宽w的比值宜分别为0.5～0.8和0.2～0.5,内缩率宜为20%～50%;研究成果可为同类装配式结构构件连接设计提供参考。     

荷载变化条件下不同深度榫槽对隧道结构承载性能的影响

为了研究盾构隧道接头部位的榫槽深度对盾构隧道承载性能的影响规律,考虑纵缝榫槽等结构的细部构造,建立三维精细化盾构隧道数值模型进行计算分析,并与足尺试验进行对比验证。结果表明试验及数值的数据基本吻合,采用该模型计算是合理可行的。研究结论:(1)正常承载及超载情况下截面弯矩和轴力对纵缝榫槽深度改变不敏感,当隧道结构遭遇极为严重的卸载情况时,截面弯矩和轴力才表现出随纵缝榫槽深度增加而增大;(2)卸载情况下不同纵缝榫槽深度对应的隧道结构横向、竖向收敛变形均显著大于超载情况;(3)增加纵缝榫槽深度可在一定程度上提高隧道结构抗变形能力,但当榫槽深度超过20 mm后,再增加榫槽深度对提高隧道结构承载力无明显效果。     

基于现场监测的注浆式单榫接头性能分析

基于国内在长春地铁2号线预制装配式地铁车站结构的现场施工和运营全过程监测数据,对位于拱脚的注浆式单榫接头进行内力和变形分析,研究注浆式单榫接头在不同阶段的性能,并与数值计算值进行对比分析。结果表明：拼装成环之后,接头的凹凸榫彼此咬合,榫头表现出弯曲作用;覆土回填之后,接头以抵抗矩作用为主;覆土回填以及水位恢复对接头变形和受力起到正向作用;施工扰动结束直至通车运营之后,测试结果较为稳定,注浆式单榫接头整体内力和变形较小,安全余量较大。     

预制装配式地铁车站单榫槽式接头抗弯刚度影响因素分析

预制装配式地铁车站接头是预制装配式地铁车站结构薄弱部位,以长春地铁2号线袁家店预制装配式车站为工程背景,采用数值模拟方法研究预制装配式地铁车站单榫槽式接头抗弯刚度的影响因素。计算结果表明:接头承受弯矩作用是导致接头抗弯刚度减小的最主要因素;增大轴力以及对接头部位注浆对提高接头抗弯刚度具有显著作用;接头部位尺寸参数的改变对接头抗弯刚度的影响程度与接头部位承受的轴力有关。     

预制装配式地铁车站结构榫槽式接头力学性能研究

以明挖地铁车站预制装配结构的榫槽式接头为研究对象,通过有限元数值模拟方法研究接头构件的应力演变规律及其接缝变形和接缝张开角与加载弯矩的关系,并与接头构件的足尺加载试验结果进行对比分析。数值计算和加载试验的结果均表明:在设计最不利轴力为1 600kN的工况下,随着加载弯矩的增大,榫槽接缝部位的应力变化明显,而榫头端部的应力基本保持稳定,因此预制装配地铁车站结构采用榫槽式接头能够有效提高接头抵抗弯矩的能力;当加载弯矩小于300kN·m时,榫槽接缝部位的变形量很小,而当加载弯矩超过400kN·m以后,榫槽接缝部位的变形量发生突变,因此从结构的抗裂要求和榫槽式接头的整体力学性能考虑,维持榫槽式接头正常工作状态的弯矩值大约在350kN·m左右。     

滚动试验台预紧力设置探讨

针对某机车滚动试验台的牵引定位装置的预紧力设置问题,通过理论分析和现场试验得出滚动台两端拉压力传感器示数变化与机车轮周牵引力之间的关系,从而总结出试验前所需的预紧力与机车轮周牵引力之间的关系。     

75kg/m钢轨接头预留轨缝与接头热应力场分析

近期某干线铁路区间钢轨接头联结零件出现大量损坏的情况,为进一步探究故障原因,以线路普通接头为研究对象,以十余年轨温数据为基础,计算铺轨作业时预留轨缝、钢轨伸缩量,并且分析其在日常环境下的温度场分布及温度效应。依据轨道真实结构建立75 kg/m钢轨接头联结零件有限元温度场模型,分析不同工况下温度云图,并总结其分布规律。研究发现:该地区15 a内,各月预留轨缝平均值相差不大;对于普通钢轨接头,在螺栓中部、钢轨扣压部分、鱼尾板螺栓孔位置产生应力集中;受螺栓预紧力影响,钢轨接头应力集中点最大点在螺栓中部,且受预紧力影响较大;接头联结螺栓预紧力对钢轨温度应力影响比扣件更为明显;这些研究成果为今后养护维修工作提供理论支持。     

城市铁路明挖隧道装配式衬砌接头性能研究

城市铁路明挖隧道装配式衬砌纵向接头是隧道结构的薄弱部位。采用数值模拟方法研究在弯矩和轴力作用下新型明挖隧道装配式衬砌纵向接头的受力变形规律。结果表明:在轴力和弯矩共同作用下纵向接头受拉侧张开,其破坏以螺栓屈服断裂或受压侧混凝土剥落为标志;随着纵向接头所受轴力的增加,纵向接头能够承受的弯矩逐渐增大;轴力相同纵向接头破坏时所承受的负弯矩比正弯矩大。     

盾构隧道管片环向接头刚度的解析分析法

基于盾构隧道管片接头的细部构造,分析在正、负弯矩作用下接头分离前后接头的不同力学机理。通过建立接头力学平衡关系,给出在正、负弯矩作用下接头分离前后接头的抗拉刚度和抗弯刚度的非线性解析公式,以及接头的抗压刚度和抗剪刚度的线性解析公式。利用给出的解析公式获得接头的力学参数,通过建立匀质圆环模型、线性接头模型和非线性接头模型3种有限元模型,对比3种模型的内力和变形特征。结果表明:接头抗弯刚度会在接头分离时出现突变,此后接头抗弯刚度较分离前会表现出一定程度的减弱;螺栓预紧力是影响接头分离时螺栓拉力的主要因素,决定接头分离时的分离转角;考虑接头效应,衬砌的弯矩和剪力都会出现明显的减小,衬砌变形会出现较大程度的增加,但对轴力影响较小;管片环向接头分离后,接头抗弯刚度减弱,管片环弯矩尚有进一步减小,变形尚有进一步扩大的趋势。     

预切槽法开挖黄土隧道的切槽方式研究

结合目前研制的中心轴式预切槽机械开展现场试验的需要,数值模拟研究顺序3段、5段、7段和跳跃7段切槽方式对于地层沉降、预筑拱变形及受力的影响,并在宝兰客专洪亮营黄土隧道现场进行了1环切槽及灌注混凝土试验,以测试预切槽机械的性能。结果表明:随着切槽分段数目的增加,地层沉降和预筑拱的收敛变形均逐渐减小,顺序7段切槽方式在控制地层和结构变形方面最为有利;预筑拱拱脚在4种切槽方式下均会承受较大拉应力,且超过了混凝土抗拉极限强度,其他部位拉应力均在安全范围内,因此应在拱脚处增加锁脚,并及时对预筑拱进行加固,以提高预筑拱的抗拉能力,防止其结构发生破坏;分段切槽灌注模式在黏质黄土中成槽的稳定性较好,而在砂质黄土中成槽的质量和灌注成型的预筑拱质量较差。     

隧道初期支护型钢格栅节点受力性能影响研究

初支二衬连拱隧道新型支护体系支护结构中钢架连接节点处为钢架的受力薄弱点,在隧道施工中应加强关注,但是,目前节点连接对于隧道初期支护钢架整体受力性能的影响仍不清楚,需要通过试验进行研究。基于此问题,按照初支二衬连拱隧道初期支护形式设置型钢、格栅分节及不分节四类构件,进行室内加载试验,研究设置节点对初期支护结构的力学性能影响,得到如下结论:设置节点会导致减小结构极限承载力,降低结构的强度、刚度,构件整体性下降;削弱型钢、格栅自身性能,降低型钢、格栅与混凝土间的协同作用,混凝土提前脱离工作;开裂提前,裂缝开裂、构件变形程度加重,构件出现斜拉破坏;对型钢混凝土类初期支护构件的影响要更显著,从结构内部来看,该影响体现在对钢架的影响。     

主筋锈蚀对钢筋混凝土梁承载特性的影响

基于适当的钢筋、混凝土本构关系以及锈蚀钢筋和混凝土的黏结滑移模型,建立有限元模型,对5根不同主筋锈蚀率的钢筋混凝土梁进行承载特性分析。获得了梁中点处的荷载-挠度关系,受力筋的应变分布以及钢筋与混凝土之间的滑移分布。研究结果表明：随着受力筋锈蚀率的增大,钢筋混凝土梁的极限承载力降低,延性下降,受力筋的最大拉应变和伸长量逐渐增加,钢筋和混凝土之间的滑移量也大幅增加。     

新型隧道结构纵向连接筋对支护性能影响研究

隧道工程中,纵向连接筋多为焊接或者插入式连接,但纵向连接筋对隧道支护性能影响尚不明确,没有相关试验分析。基于此问题,按照初支二衬联拱隧道新型支护体系,设计采用不同纵向连接筋形式初期支护构件,采用MTS大型拟动力加载系统进行室内加载试验,对采用纵向连接筋构件的力学特性进行研究,得到如下结论:(1)纵向连接筋在初期支护中稳定型钢、参与结构受力,加强隧道支护承载能力及抗变形能力,提升隧道整体性、稳定性;(2)纵向连接筋插入式连接在提升构件承载力及抗变形能力要优于焊接连接,该影响主要体现在加载后期;(3)该试验对比了几种不同纵向连接筋构件受力及变形情况,根据试验结果可确定纵向连接筋最优设置形式,为实际工程提供参考。     

软弱围岩浅埋隧道全长黏结砂浆与水泥基药卷锚杆的锚固效果对比研究

铁路隧道锚杆主要有2种锚固方式:全长黏结砂浆和水泥基药卷,前者施工质量较好,可加固杆体周围岩体,后者施工简便,能快速发挥作用,在现有施工工艺的前提下,为了比较全长砂浆与水泥基药卷这2种锚固剂在浅埋软弱破碎围岩中的锚固效果,以郑万高铁许良隧道为依托工程,采用现场试验的方法对全长砂浆锚杆与水泥基药卷锚杆的锚固效果问题进行研究,选取Ⅴ级围岩段分别设置全长砂浆锚杆段50m与水泥基药卷锚杆段50m进行对比试验,且改善了全长砂浆锚杆注浆工艺,使其注浆密实度达到90%。对比试验的项目有:锚杆轴力、初支钢架应力、喷混凝土应力、水平收敛和拱顶沉降。现场实测结果表明:全长砂浆段的拱顶沉降和净空收敛在边墙锚杆施做后得到了更好的控制,得益于注浆工艺的先进性及后期强度的迅速提高,全长砂浆锚杆受力较大,且使喷射混凝土和钢架受力较均匀。相比之下,水泥基药卷段的围岩变形持续发展,受限于锚固质量及后期强度的不足,水泥基药卷锚杆受力较小,导致喷射混凝土和钢架承担较大部分的围岩压力,且不均匀。结论:在当前施工工艺和地质条件下全长黏结砂浆锚杆锚固效果较好。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱节点变参数受力分析

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱的可靠性是保证框架结构安全的关键。以呼和浩特东站站房为例,采用ADINA有限元软件建立了节点有限元模型,通过变参数分析,研究了节点区加强环板设置方式、厚度及预应力筋截断位置对节点受力性能的影响。结果表明:同时设置内外加强环板并进行圆弧过渡可有效降低环板的应力集中;预应力筋在2. 5倍型钢梁高以外截断时,预应力筋的截断位置对节点的受力影响不大;在设计荷载作用下节点呈非线性弹性变化,具有很好的承载力和刚度,且梁内箍筋最大应力值出现在梁端加强区以外。     

转向架构架局部结构优化与轻量化研究

降低结构的应力集中效应、改变结构几何形状和减小结构几何尺寸是实现转向架焊接构架轻量化和提高疲劳强度的有效途径。文章以某转向架构架结构为例,基于DVS 1612标准的结构疲劳强度评估方法和规定的焊接接头质量等级,采用对结构高应力集中效应区域进行局部焊接接头优化和局部结构形状优化,将焊接构架抗侧滚扭杆安装座与侧梁下盖板连接焊缝的疲劳强度材料利用度由大于1.773分别降低到0.704和0.871,同时实现了侧梁下盖板、辅助纵梁内外立板板厚的减小以及横梁钢管壁厚的减小,满足疲劳强度的前提下,实现了构架轻量化与局部结构优化的目标。     

附属结构施工对装配式车站结构的影响分析

为确保附属结构施工过程中装配式车站主体的安全与稳定,需要了解附属结构施工过程中装配式车站主体结构的力学规律。以深圳地铁装配式车站13号线市中医院站为工程背景,通过有限元数值计算,对附属结构的施工过程中装配式车站主体的内力和变形进行分析。计算表明：①附属结构基坑开挖导致主体结构整体有向附属开挖一侧变形的趋势,结构内力出现重分布,附属结构施工开挖过程中主体拱顶弯矩最大增幅在开挖1阶段;②在附属结构施工过程中可以采取主体顶板上方设置临时支撑、主体拱顶对拉连接、加强支护刚度等措施对装配式车站主体的内力及变形进行控制,其中主体顶板上方设置临时支撑措施的效果显著。结合设计措施的计算及实施情况对控制措施的设计应用进行研究,为装配式地铁车站的设计提供借鉴。     

肥槽回填对装配式地下车站结构的力学影响

肥槽回填是明挖装配式地下车站的主要施工阶段,对装配式地下结构的内力和变形有重要影响。针对肥槽回填阶段装配式地下车站结构的力学特性,建立增量法结构计算模型,对不同肥槽的回填材料、回填方案以及中板结构施作的先后次序等工况下的装配式地下车站的结构进行分析,研究不同工况对装配式地下车站结构内力和稳定性的影响。研究结果表明：①采用常规土体材料进行肥槽回填,其回填荷载会导致该阶段装配式结构部分的接头内力超过接头承载能力,回填荷载作用下结构有失稳趋势(拱脚支撑受拉);②采用结硬性材料进行肥槽回填,不同分层方式的回填方案对装配式结构的接头内力和稳定性影响差异较大,其中结硬性回填材料一次性回填对结构的影响比常规土体回填更大,分多层回填时能有效降低回填荷载的影响,采用4次分层回填方案,结构受力与变形均有大幅改善,能确保结构稳定性,使接头承载性能满足要求;③在肥槽回填之前施工中板结构,能大幅改善肥槽回填荷载对结构接头承载能力和稳定性的影响,各种回填方案均能满足结构受力和稳定性的要求,因此中板施工前置工况可降低对肥槽回填材料和方案的要求,不排除今后采用较低强度结硬性材料回填的可能性。     

节段预制胶拼构件轴拉强度试验研究

胶接缝抗拉强度是节段预制拼装混凝土梁抗裂性检算的重要依据。为研究节段预制胶拼构件轴拉强度,设计制作了4个预制胶拼单键混凝土轴向拉伸构件,研制了轴向受拉加载装置,进行了胶拼构件轴向拉伸破坏试验。试验结果表明,胶拼构件轴向受拉破坏过程发展较快,具有明显的脆性破坏特征。构件受拉断裂位置为胶接缝附近,胶接缝的破坏属于混凝土内聚破坏。试验构件的接缝抗拉强度为2.94～3.24 MPa,平均值为3.17 MPa,具有一定的抗拉性能。将试验结果与相关规范进行对比,并简要分析轴拉强度影响因素。建议在预制节段胶拼桥梁的抗裂性设计中,可以适当考虑胶接缝的抗拉强度,减少预应力钢筋用量,提高设计经济性。