泸定大渡河特大桥隧道锚模型变形试验研究

研究目的:以雅康高速公路泸定大渡河特大桥隧道锚碇为研究对象,为获取大桥隧道锚实桥锚的设计参数及判断成桥后锚塞体的变形情况,在实桥锚附近开展1∶10比例尺模型锚碇变形试验研究,包括监测表面变形、深部变形、锚碇与围岩接触面的位错变形、锚体应变等,分析隧道锚在1P、3.5P、7P荷载作用下的变形特性。研究结论:(1)在1P、3.5P、7P荷载下,锚碇体平均变形分别为0.40 mm、2.19 mm、5.81 mm;(2)围岩变形(拉力方向和铅直方向)分别为小于0.25 mm、0.21~1.86 mm、-0.42~6.59 mm;(3)锚体与围岩之间错动最大值分别为0.12 mm、0.32 mm、0.77 mm;(4)锚体及围岩的受荷瞬时变形较明显,设计中应充分考虑隧道锚与围岩的错动变形和围岩的变形稳定性问题;(5)该项成果可为桥梁设计提供必要的技术参数与支撑,同时也可为同类工程提供技术参考。     

软岩地区悬索桥隧道锚设计研究

研究目的:重庆几江长江大桥采用地锚式悬索桥,北岸隧道式锚碇位于软岩地区,在软岩地区建造隧道锚可供参考的资料和研究成果较少。本文通过对该隧道锚进行数值分析、现场缩尺模型试验、稳定性加强措施等一系列研究,掌握软岩地区隧道锚与围岩系统的破坏模式和变形机制,以期为软岩地区隧道锚的设计提供技术支持。研究结论:(1)数值分析表明,7倍设计荷载是锚体位移的一个突变点,即隧道锚稳定安全系数不小于7;(2)通过1∶10现场缩尺试验,8倍设计荷载为锚体的屈服荷载,试验成果与数值分析结果基本一致;(3)通过设置剪力块、加劲工字钢架等措施,隧道锚的整体抗剪强度由7.0提高到9.0;(4)本研究成果可为软岩地区悬索桥隧道锚设计提供参考和借鉴。     

悬索桥隧道锚与下方公路隧道相互作用分析

隧道锚、公路隧道叠置使锚址区受力十分复杂,研究锚、隧的相互作用十分必要足尺模型试验难以实现,而数值分析是一条有效途径以我国首座大跨径悬索桥隧道锚为研究对象,基于实测综合确定的岩体参数,用三维弹塑性有限元法对包括下部公路隧道施工、隧道锚开挖、浇注、预应力施加、挂缆等全部工序进行了模拟,该围岩和锚体混凝土离散为8节点三维实体单元,隧道和锚碇的喷射混凝土及二次衬砌离散为4节点三维壳单元用读入应力法建立复杂构形的初始应力场。结果表明：在锚、隧间距合适时,施工期间两者的相互作用不突出;隧道施作时锚体区竖向位移与设计缆力作用的位移值对比表明,先施工公路隧道后施工隧道锚的工序是合理的;隧道锚的施作对隧道围岩位移影响微弱为大桥和隧道的设计与建造提供了可靠依据。     

大跨悬索桥隧道锚设计及试验研究

研究目的:本文以油溪长江大桥主跨760 m悬索桥的隧道锚为例，分别采用理论计算、数值模拟及原位试验，对隧道锚的受力机理、破坏形态进行研究，并介绍试验方法及流程，详细分析试验结果，以期为设计优化提供依据。研究结论:(1)理论公式计算的隧道锚安全系数偏保守，主要原因是公式忽略了围岩和锚塞体相互作用的有利因素，且一般地勘报告提供的岩土参数也偏保守，与原位岩土试验参数有一定差距；(2)数值模拟也受围岩参数取值影响较大，与试验结果误差较大，但可作为前期设计参考；(3)根据缩尺模型试验，油溪长江大桥原设计40 m长锚塞体，峰值强度为18P,屈服强度为11P,比例极限强度为4P,富余较大，可适当缩减尺寸进行优化；(4)本研究成果可为大跨悬索桥隧道锚设计及试验提供借鉴和参考。     

超大跨度公铁悬索桥结构体系参数分析

研究目的:公铁合建悬索桥是大跨度海湾桥梁的优先选择,是经济与社会发展的需要。然而,超大跨度公铁悬索桥超出了目前的设计规范,并且还没有主跨超过2 000 m的悬索桥实例,一些关键技术有待研究。本文以某海湾双塔三跨悬索桥的可行性研究为背景,分析了主要设计参数对结构体系的影响规律,为今后的理论研究和工程设计提供参考。研究结论:(1)合理的主缆边中跨比为0.22~0.33,合理的加劲梁边中跨比为0.05~0.10;(2)加大加劲梁恒载对结构体系的竖向和横向刚度均有较大的改善,但是以增加主缆量为代价;(3)增加列车长度,有利于使主缆受力均匀,不至于加劲梁局部变形过大;(4)减小主缆矢跨比,有利于提高结构的刚度,但主缆轴力与锚碇规模相应增大,需综合考虑;(5)本文分析归纳的一般性规律,对类似超大跨度桥梁具有参考价值。     

基于谱分解法的自锚式悬索桥桥梁风致抖振计算分析

自锚式悬索桥是一种大跨度柔性结构体系,该桥型经受脉动风作用时容易发生较大的抖振响应,对于该种桥型进行风致抖振的研究探讨具有较强的实际意义。以自锚式悬索桥武汉汉江六桥为工程实例,进行风致抖振分析。具体分析流程为:通过计算流体力学软件对桥梁进行气动分析,得到桥梁抗风分析方程中的重要参数静力三分力系数。通过对桥址处风场资料的分析,采用规范规定的风谱密度函数,利用谱分解法将脉动风谱转换成脉动风时程,同时结合准定常气动理论将风时程转换成风力时程实现气动力的时域化。利用有限元软件建立桥梁的空间模型并分析自锚式悬索桥动力特性。通过自编数值程序和有限软件的结合将风力时程加载在桥梁模型上,实现桥梁在时程风力作用下抖振响应的数值模拟。其计算结果表明:该桥在风致抖振作用下性能良好,结构具有良好的气动性。结合计算流体力学软件、数值分析软件、有限元软件的桥梁抗风计算方法和模式,可以在其他自锚式悬索桥风致抖振计算中参考使用。     

铁路双线隧道Ⅲ级围岩段全断面(含仰拱)开挖法应用研究

怀化—邵阳—衡阳铁路黄岩隧道采用机械化配套设备施工,在Ⅲ级围岩段落采用全断面(含仰拱)开挖法。本文对全断面(含仰拱)开挖法的技术特点进行了总结。基于ANSYS优化反分析,考虑空间效应修正实测数据,对黄岩隧道砂质板岩的蠕变参数进行反演分析,得到时变本构方程。采用有限元软件ABAQUS建立二维数值计算模型,对采用全断面(含仰拱)开挖法施工的Ⅲ级围岩段的位移和应力进行计算分析。结果表明,采用全断面(含仰拱)开挖法能够保证Ⅲ级围岩段的稳定。     

考虑空间效应的岩堆体隧道管棚力学模型研究

针对现有管棚弹性地基梁模型中基床系数确定方法的不足,研究不同弹性模量、泊松比以及围岩应力释放率下岩堆体隧道洞口段掌子面附近围岩基床系数的分布规律,建立考虑空间效应的岩堆体隧道管棚弹性地基梁模型,进一步结合某岩堆体隧道工程实践,分析了管棚挠度分布的影响因素。结果表明:考虑隧道开挖空间效应的管棚弹性地基梁模型与实测更接近,可以更真实地反映管棚的受力变形行为。管棚变形行为与围岩弹性模量、泊松比等力学参数,开挖进尺、开挖高度、管棚钢管刚度等施工参数,以及应力释放率、隧道埋深等因素密切相关,影响因素多,力学机制较为复杂。对于岩堆体隧道浅埋段,开挖进尺宜取1m左右,开挖高度取3~6m间较合适,宜采用108mm及以上大直径管棚,并采取预加固措施。结论可为岩堆体隧道洞口浅埋段施工参数的合理选择提供理论依据。     

三线合一、三塔悬索桥两设计方案静风稳定性对比研究

以某公铁两用三线合一、三塔悬索桥为研究对象,运用ANSYS软件分别建立该公铁两用桥的2个设计方案(钢箱桁和钢桁)的全桥有限元模型和等效单梁有限元模型,通过节段模型风洞试验得到这2个设计方案的静力三分力系数曲线;在同时考虑风荷载非线性和结构几何非线性影响的情况下,采用风速增量与内外双重迭代结合的方法,进行该桥2个设计方案的静风稳定非线性全过程对比分析,研究其静风稳定性能。结果表明:建立的三线合一、三塔悬索桥等效单梁有限元模型是可行的;该桥2个设计方案的自振频率均较低,易发生振动,其静风失稳形态为横向、竖向和扭转的空间变形失稳;钢箱桁方案的静风失稳临界风速较钢桁方案的大,而同一风速下钢箱桁方案的桥梁变形比钢桁方案小;不同初始攻角条件下,桥梁静风失稳形态除可能是侧向对称失稳外,还可能是双跨反对称竖向失稳,这与升力系数、升力矩系数密切相关。