沉管隧道节段接头剪力空间分布规律研究

为研究沉管隧道节段接头剪力键剪力沿纵向与横向的空间分布规律,文章以地基差异沉降作为试验控制变量,在沉降试验平台上进行了1∶4.69的大比尺沉管节段接头模型试验。同时,在考虑剪力键橡胶垫双线性材料特性及与沉管节段之间、节段与土体之间接触效应的情况下,开展了沉管隧道节段的足尺三维数值模拟。通过模型试验结果与数值模拟结果的对比分析,表明:节段接头剪力键横向剪力分布存在不均衡性,单纯按剪力键榫与剪力键槽接触面积或平均分配接头剪力的设计方法存在一定缺陷;沉管隧道节段接头剪力沿纵向均呈开口向上的二次曲线左半部分的形态进行传递,但随着差异沉降的增大,剪力的衰减速率也在增大;纵向差异沉降时,节段接头剪力影响范围为3个节段;横向差异沉降时,节段接头剪力影响范围为4个节段。相关研究方法与成果可以为沉管隧道接头研究及剪力键设计提供参考与依据。     

沉管隧道GINA止水带结构形式对比研究

为研究GINA止水带结构形式对其水密性的影响,对目前普遍采用的4类GINA止水带进行轴压与轴、偏压组合状态下的有限元数值模拟。采用超弹单元和接触单元模拟橡胶材料和接触效应,对底板开孔、底板带肋以及本体开孔3种结构变化对GINA止水带受力和止水效果的影响进行分析。研究结果表明:1)GINA止水带底肋与钢板接触位置的接触应力最小,是防水的薄弱环节;2)在底板和本体开孔能够使得GINA止水带底板的接触应力分布更为均匀,但开孔尺寸不宜过大,且应均匀布设;3)底尖肋型GINA止水带的初期止水效果差,当止水带较高时,容易产生倾覆;4)本体孔洞型GINA止水带能够缓解尖肋的应力集中,但由于本体刚度小,承受侧向水压力的能力差。     

超长沉管隧道大型模型试验设计与应用

文章结合港珠澳大桥沉管隧道工程实例,采用局部相似装配式剪力键方案,对超长海底沉管隧道在不均匀沉降及不均匀荷载作用下的节段接头作用机理进行了研究。经材料配比与模型制作,进行了1:4.69的大型沉管节段模型试验;沉降模型试验平台经技术改造,能够满足试验过程中的模型搬运、对接、加载、复位等功能;控制试验平台底部千斤顶的差异沉降,可以模拟沉管节段接头纵向与横向的不均匀变位;采用钢筋计及压力盒对沉管结构钢筋应力、沉管结构与土体的接触压力进行测试,采用电阻应变花和光纤光栅应变花对剪力键表面及内部的应变进行测试。通过对所得试验数据的初步分析,得到了节段接头剪力键剪应力随差异沉降及剪应力沿沉管横截面的分布规律。     

沉管隧道节段接头剪力键受力阶段与沉降控制标准研究

当沉管隧道节段下部的地基由于荷载或地层因素产生差异沉降时,剪力键是抵制节段接头张开与扭转的主要受力构件,也是接头防水的重要结构保证。文章在1∶4.69大比尺模型试验和有限元三维数值模拟中,将差异沉降作为可变荷载,对地基差异沉降下的沉管隧道节段接头剪力键受力规律进行了研究。试验及分析结果表明:在纵向与横向差异沉降下,沉管隧道节段接头剪力键的受力过程可以分为三个阶段。第一阶段为剪力键榫与剪力键槽间的缝隙及橡胶垫初步压缩阶段,应力增长速率较低;第二阶段为剪力键充分受力阶段,应力增长速率较高,当差异沉降达到一定量值后,节段接头会通过局部挤压或摩擦的方式帮助剪力键受力;第三阶段,剪力键进入屈服状态,此时剪力键仍能够继续受力,但已有微裂纹产生。根据剪力键在正常使用极限状态下的剪力值,所确定的沉管隧道节段允许纵向与横向差异沉降值分别为11.5 mm和11.1 mm。建议在沉管隧道沉放完成后,保留部分顶、底板位置的拉索,以提高节段接头剪力键的结构安全。