一种考虑接头半刚性的带式浮桥计算模型

基于带式浮桥接头的半刚性,提出了反映接头传递弯矩的抗弯弹簧铰模型,建立了带式浮桥静力计算的弹性基础上抗弯弹簧铰梁模型。引入传递矩阵法,给出了弹性基础上抗弯弹簧铰梁的场传递矩阵和点矩阵,通过算例验证了计算模型的合理性。分析表明,带式浮桥需考虑接头的半刚性,当抗弯弹簧铰刚度大于5．0×10^8N·m／rad时,可按刚接计算;当抗弯弹簧铰刚度小于5．0×10^4N·m／rad时,可按铰接计算。     

盾构隧道接缝对结构内力的影响研究

盾构隧道结构内力分析常采用修正惯用计算法和梁-弹簧模型,但在没有进行接缝刚度原型试验的情况下,两种方法均无法考虑接缝构造对结构内力的影响。同时又由于原型试验只针对工程实际的接缝构造,因此目前很少探究不同的接缝构造对刚度的影响。针对盾构隧道常用的两种接缝构造,根据接缝处混凝土接触面形心与管片厚度中心线的相对偏离关系,采用调整计算轴线的方法,可以较好地模拟接缝构造对结构内力的影响。同时利用接缝构造对结构内力的影响规律,提出了通过调整接缝构造来优化结构内力的方法。     

采用纵向等效连续化模型的盾构隧道纵向抗震分析

用与盾构隧道纵向变形性能相似的梁单元来模拟隧道结构的特性,建立盾构隧道纵向等效连续化模型,通过理论解析计算得到盾构隧道的等效拉压刚度和等效弯曲刚度。以软土地层中的盾构隧道为例,考虑地震裂度分别为7度和8度时,正弦位移行波在0°和45°方向上入射,采用反应变位法和动力有限元法,分别得到了隧道纵向上的最大拉、压力和弯矩以及螺栓和管片的受力、变形和接头螺栓的最大张开量。     

地铁盾构结构设计方法探讨

介绍了管片结构内力的理论,并采用相关有限元软件,通过北京某地铁盾构隧道的工程实例计算,给出了相应的轴力图和弯矩图,以此比较修正惯用法和梁-弹簧法在管片结构设计时的区别.而且,根据管片内力,分析两种最不利组合,验证了梁-弹簧法的合理性,指出梁-弹簧法更加适合于地铁盾构设计.最后,提出了地铁盾构隧道的设计建议以及管片裂缝控...     

荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型

为探讨盾构隧道管片结构的空间力学行为，采用厚壳、弹簧、空间实体和接触单元分析盾构隧道管片衬砌的内力状态，提出了荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型．该模型考虑了管片间接缝处的挤压作用、管片与螺栓接头之间的咬合作用、地层对管片的径向与切向抗力作用、环向接头的正负抗弯刚度差异以及封顶块的插入角等因素．算例表明，壳-弹簧-接触模型与梁-弹簧模型的计算结果相差较小；轴力和剪力在壳体上的分布具有明显的空间性．     

盾构上跨复合岩土层既有隧道管片力学分析

目前,地铁隧道采用盾构法施工趋于常态化,但传统荷载体系在复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力计算中还存在一定局限性。为解决该问题,本研究通过修正惯用法与梁-弹簧模型的优缺点,提出了关于盾构上跨复合岩土层既有隧道管片的荷载体系与计算方法,并依托长沙地铁4号线圭塘站区间隧道工程,采用有限元模型对比分析了梁-弹簧模型与本方法结果。研究结果表明:穿越盾构后,既有隧道竖向位移趋势明显,盾构隧道管片位移引起拱顶与拱底的地层被动抗力不可忽略。梁-弹簧模型夸大了盾构隧道拱底处的主动土压力,未考虑到下部岩层对盾构隧道管片切向变形抑制较弱,且其对切向弹簧的设置不合理。本方法更符合复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力情况,该结论可为类似工程提供参考。     

地铁盾构隧道抗弯刚度有效率的模型试验研究

盾构管片拼装过程需要设置环向与纵向螺栓,螺栓接头会对管片整体刚度产生影响。以城市地铁单线单洞盾构隧道为研究对象,采用室内相似模型试验,开展2环管片横向、21环管片纵向加载试验,通过对比分析均质管片与错缝拼装管片,得到了盾构隧道横向和纵向刚度有效率。试验结果表明:隧道各位置的变形与荷载基本呈线性变化;横向抗弯刚度有效率为0.76,纵向抗弯刚度有效率为0.20～0.35。     

地铁盾构隧道管片接头抗弯刚度的数值计算

采用三维有限元法对南京地铁区间盾构隧道管片接头的受力情况进行了数值模拟计算，研究了不同荷载作用下管片接头的变形、转角和抗弯刚度，探讨了接头转角和抗弯刚度的变化规律；通过转角、弯矩和轴力关系的拟合为接头抗弯刚度的确定提供了新的途径．数值计算结果表明，管片接头抗弯刚度随轴力增大而增大，随弯矩增大迅速减小并逐渐趋于稳定；轴力对抗弯刚度的影响随弯矩的增大而减小。     

考虑流固耦合效应的水下盾构隧道受力特性

为探讨水下盾构隧道施工期流固耦合效应对管片衬砌结构受力的影响,以广-深-港(广州-深圳-香港)铁路客运专线狮子洋越江盾构隧道为依托,建立了该盾构隧道数值分析模型,计算作用在管片结构上的水压,并对隧道施工和运营期间管片结构所受外荷载、内力进行了原位测试;将计算水压力施加到梁-弹簧模型上,得到考虑施工期流固耦合效应的盾构隧道结构受力.研究结果表明:受注浆压力影响,目标环管片刚脱环3~5环时,所受水压力波动较大;脱环10环后,随注浆压力的逐渐消散和流固耦合效应的消失,管片所受水压力接近于该处的静水压力.      

装配式公路钢桥竖向自由振动分析

引入抗弯弹簧铰模拟结构接头传递弹性弯矩的特性,建立了用于装配式公路钢桥竖向自由振动分析的带抗弯弹簧铰梁模型;利用有限元程序ANSYS对接头进行数值仿真,得到了抗弯弹簧铰刚度。算例表明,抗弯弹簧铰可反映拼装式结构接头传递弹性弯矩的特性,装配式公路钢桥自振频率理论解与试验吻合很好。     

考虑轴力和剪切效应的盾构隧道纵向变形分析

采用傅立叶级数法研究了不同荷载作用下轴力和剪切效应对盾构隧道变形的影响.?计及剪切变形所产生的地基反力,建立了弯曲变形的控制微分方程,推导了剪切变形的计算公式;采用与既有理论解对比的方法,验证了级数解的正确性;通过对比计算,分析了截面形式、端承条件、荷载形式、长高比以及有无弹性地基对盾构隧道剪切变形的影响,剪切刚度对弯...     

Prototype Loading Tests on Full-Ring Segmental Lining of Rectangular Shield Tunnel

A series of full-scale loading tests are performed for a prospective subway tunnel with a rectangular shape including two reliability tests: one stagger-jointed three-ring reliability test, and one ultimate failure test on a single ring. Comprehensive measuring programs are designed to record the deformation of both lining structure and joints and the stresses of concrete, bolts and reinforcements. Experimental results show that in both the single-ring and three-ring loading cases, the long sides of tunnel cross section bend inwards while the short sides of tunnel cross section bend outwards. The inner part of joints opens while the outer part of joints closes at places experiencing positive moment and vice versa. Joint’s rotational stiffness varies at different locations. Concrete cracking and crushing are the chief damage modes, and they are closely related to the distribution of bending moment. Stagger-jointed fabrication significantly increases the overall rigidity of lining system, which thereby greatly reduces the deformation of both concrete lining and joints in comparison with the single-ring case. It is shown that the routinely-used uniform rigidity model is conservative and the preliminary design can be optimized by applying an effective rigidity ratio (ERR) of 0.5.     

地震作用下盾构隧道纵向接头的受力特征

实际工程中,盾构隧道纵向接头是结构受力和变形的薄弱部位,针对盾构隧道纵向接头细部构造在地震作用下的受力特征,提出了一套由整体到局部的数值分析流程.首先建立基于纵向等效刚度梁的三维地层-结构时程分析模型,然后以该模型计算得到的纵向内力极值作为盾构隧道整环三维分析模型的外荷载,获取隧道最不利区域边界力,最后将边界力施加在盾构隧道纵向接头局部精细化分析模型之上,分析纵向接头细部构造受力特征;并以某综合管廊工程为背景对该方法进行具体阐述和讨论. 研究结果表明:地震波横向激励时,盾构隧道纵向以往复的水平弯曲为主,而纵向激励时,则以往复的竖向弯曲和纵向拉压为主;在纵向张开量最大的局部区域,不论是轴向拉力工况还是纵向水平弯矩工况,该局部区域都处于受拉状态,两种工况对该局部区域受力模式不产生本质影响;当盾构隧道纵向最大张开量的局部区域受拉时,最大拉应力区均位于管片内侧手孔部位,最大压应力区则围绕螺栓孔成环形分布.      

外圆内椭管片结构内力计算模型

为了使地铁隧道适应地层荷载的不均匀性,参考异形管片结构形式,同时兼顾制作与施工等因素,提出外圆内椭管片结构,以保证管片结构最不利位置的刚度满足安全要求,并适当降低管片其他位置的刚度,充分利用材料特性;采用刚度阶梯折算法求解外圆内椭管片的柔度系数与自由项,建立外圆内椭管片的计算模型;参照实际工程地质条件,研究外圆内椭管片的内力分布特点;利用《铁路隧道设计规范》(TB 1003—2016)对外圆内椭管片的安全性进行评价。计算结果表明:相比于等刚度管片,在相同的荷载条件下,外圆内椭管片减小了管片结构拱顶与拱底的弯矩,将最大弯矩与最大轴力转移至拱腰,在验算时重点分析管片结构拱腰处的内力能否满足安全条件即可,简化了安全验算内容;在稳定性方面,等刚度管片在拱顶、拱肩与拱腰处的安全系数分别为3.07、18.05和2.45,外圆内椭管片在拱顶、拱肩与拱腰处的安全系数分别为2.79、14.86和2.21,虽然较之等刚度管片略有降低,但仍然大于安全验算要求规定的最小值2.0,可充分发挥混凝土的材料特性;在内部空间方面,外圆内椭管片在外径与等刚度管片一致的情况下,等刚度管片的内部空间面积为22.9m2,而外圆内椭管片的内部空间面积为23.76 m2,明显大于等刚度管片面积,因此,可在不扩大外径的条件下,增加了内部空间面积,提高了内部空间利用率。      

地震剪切荷载下盾构隧道衬砌的等效刚度系数

等效刚度系数是盾构隧道衬砌设计中极其重要的参数,将地震剪切荷载考虑进去,用结构力学方法求解了衬砌的等效刚度系数,并通过算例求解了衬砌的等效刚度系数。     

基于三维非连续几何模型的盾构施工模拟

以苏州地铁一号线工程为研究背景,建立考虑管片分块、连接螺栓及施工过程各因素的三维非连续几何模型,对盾构法施工过程进行仿真模拟.论述了盾构开挖系统模型的几何非线性方程组的推导过程,盾构顶进推力及注浆材料性质的计算方法.模拟计算结果显示：盾构管片内外侧表面大部分区域处于受压状态,拱顶与拱底部位及靠近连接螺栓的部分区域处于受拉状态;受盾构顶推力作用,盾构开挖面前方土体有一个典型的隆起区域,地表最大隆起值为2.5 mm,出现在盾构开挖面前方8.5 m处;盾构开挖面后方土体沿隧道纵向的沉降受注浆材料影响随时间变化,并逐渐趋于稳定;在盾构法施工中,各管片连接处的土体受施工影响明显,土体塑性区范围较大.     

封顶块位置对高水压通缝拼装管片结构的影响

为了探明封顶块位置对盾构隧道管片结构力学行为的影响,基于苏通GIL （gas-insulated transmission）综合管廊隧道工程,选取封顶块在拱顶和拱腰两种代表性工况,开展了高水压条件下的通缝拼装管片结构原型试验,从管片结构的变形、受力、裂纹开展情况和最终破坏状态等方面对两种工况的试验结果进行分析. 研究结果表明:不同封顶块位置对管片结构的影响总体表现为对结构整体刚度的削弱不同,其形成的刚度削弱区域抵抗指向洞外变形的能力要强于指向洞内变形的能力;封顶块位于拱腰时结构整体刚度更大,管片结构椭圆度和单点最大位移均分别减小了39.8%和38.2%;封顶块位于拱顶时结构抗弯刚度削弱明显,易出现较大的纵缝张开,而封顶块位于拱腰时管片最大纵缝张开量明显减小,仅为前者的53.3%,且连接螺栓受力减小了54.4%;封顶块位于拱腰时,管片环拱底内弧面更容易产生裂纹、开裂荷载相对更小,管片内部主筋更早进入受拉状态;封顶块位于拱顶时管片结构由于纵缝张开量较大,在较高水压的情况下破坏始于纵缝处混凝土的压剪破坏进而导致的结构失稳.      

穿越活动断层区隧道的抗断设计对策

针对穿越活动断层区隧道的结构设计,提出活动断层区隧道结构的抗断设计对策;对"超挖设计"和"铰接设计"两种抗断设计方法进行了讨论;提出了"铰接设计"中隧道节段长度及节段间连接抗剪刚度的计算方法,并分析了连接剪切失效后隧道节段的运动特征。