埋置式波纹钢-混凝土受力特性及地震动响应研究

埋置式波纹钢-混凝土结构多用于公路明挖隧道和棚洞，但目前对该类结构的研究较少。以某绕城高速公路为例，针对在高填方填土荷载及地震动力荷载作用下，研究明挖隧道中使用波纹钢-混凝土结构作为顶棚的安全性及其地震动力响应规律。研究表明：1)在填土及地震动力荷载作用下，波纹钢-混凝土结构具有良好的整体受力性能，其挠度与应力均满足静力荷载下的安全要求；2)在选用的卧龙波作用下，波纹钢-混凝土结构在左侧拱肩处位移响应最大，在左侧拱肩至拱顶处应力与加速度响应最大；3)结构不同波峰、波谷、波中截面的地震动力响应差异不大。     

洞口仰坡下波纹钢连拱明洞受力特性数值分析

针对波纹钢结构在方向上存在的性能缺陷,基于隧道洞口段仰坡荷载条件复杂工况,探究波纹钢混凝土结构的受力及变形情况。以连拱明洞隧道为例,采用有限元软件建模分析洞口仰坡处波纹钢混凝土结构的力学性能及混凝土、波纹钢拱圈的应力分布特点和位移特点,总结在不同仰坡坡角条件下,代表性拱顶单元轴力、弯矩与位移的变化规律。结果表明:1)洞口仰坡带来的应力与隧道中段应力区别在拱顶附近最大,拱脚处变化不大; 2)随着仰坡坡角的减小,截面弯矩有明显增加,截面轴力有明显减小; 3)随着仰坡坡角的减小,X方向(水平向)位移负向变化,Y方向(竖直向)位移负向变化,Z方向(隧道纵向)位移正向变化。     

波纹钢板在隧道明洞结构中的应用研究

为研究波纹钢拱圈式隧道明洞结构的力学性能,为该类型隧道明洞结构的应用提供理论依据,以某隧道窗孔式明洞为工程背景,采用有限元数值模拟方法进行受力分析。首先,分析明洞结构中基础底座、混凝土拱圈和波纹钢拱圈的应力分布特点;其次,从弯矩、轴力和位移3个方面研究波纹钢板的厚度对该明洞结构受力的影响;最后,从弯矩、轴力和位移3个方面研究钢拱圈不同矢跨比对该明洞结构受力的影响。研究结果表明： 1）基础底座的内外墙根部截面应力较大,为结构受力最不利位置,混凝土拱圈和波纹钢拱圈在拱脚和拱顶附近位置处受力较大; 2）随着波纹钢板厚度的增加,内外墙底部截面的弯矩均有所减小;外墙底部截面的轴力有所减小,而内墙底部截面的轴力有所增加;钢拱圈的横向和竖向位移均有所减小; 3）随着钢拱圈矢跨比的减小,内外墙底部截面的弯矩不断增加,且内墙底部截面弯矩增加更为明显;内外墙底部截面的轴力不断减小; 钢拱圈的横向位移不断减小,竖向位移出现先减小后增加的趋势。     

软弱围岩浅埋连拱隧道力学特征测试与分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道支护体系力学特性,以某连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力、二衬受力及中墙内力等进行系统测试与分析。结果表明,拱部两侧拱腰位置围岩压力较大,呈"猫耳朵"分布。受地质和施工因素等的影响,拱部围岩压力实测值与公路隧道设计细则计算值相差较大。中墙底部及两侧边墙底部基底压力大。正洞锚杆轴力量值很小,建议取消正洞锚杆。侧导洞锚杆作用明显,根据围岩情况可以保留。钢拱架受力最大位置在拱腰处,拱顶处钢拱架承受拉应力,其他部位为压应力,部分拱架受力接近屈服,型钢拱架作用十分明显。中墙顶部钢筋计受拉,其余位置受压,中墙上部受力较下部敏感。左右线先后应力释放对中墙有一定的"纠偏效应",但中墙受力始终处于偏压状态。     

推力梁对波纹钢通道小桥力学性能影响分析

该文针对两种形式的推力梁,计算了埋置式波纹钢通道桥在土压力作用下,拱顶竖向变形及最大Von Mises应力情况,以及半圆弧两侧基础不均匀沉降工况下结构的最大Von Mises应力。分析发现:推力梁的设置可减小结构的拱顶竖向变形,同时可提高薄弱弧段的承载力。对于半圆弧拱,推力梁T1形式效果明显而且相较于推力梁T2更经济;对于多圆弧拱,推力梁T2效果优于T1。推力梁的施加会削弱结构基础抵抗不均匀沉降的能力。     

坍塌堆积围岩小净距隧道数值模拟研究

雷公浦小净距隧道的出口段堆积有较厚的坍塌堆积围岩,结合该隧道的工程实际情况,选取K70+520断面采用Plaxis软件进行数值模拟研究。数值模拟结果表明:在坍塌堆积围岩条件下采用3台阶法进洞存在稳定性问题;两侧拱脚塑性点分布较多,土体容易出现破坏;最大位移出现在后行左洞顶部,而最大受力部位出现在先行右洞左拱腰处。对比分析后行左洞的应力及变形得,后行左洞拱顶的压力模拟值与实测值较为接近,但是拱顶沉降的模拟值却比实测值大出许多,主要是由开挖未能及时布点造成,类似工程应及时的布置测点进行监控。     

大跨度偏压连拱隧道洞口段施工力学性能研究

以江西安源隧道(双向六车道连拱式隧道)为研究背景,采用管棚注浆的预支护手段,通过现场监测和数值模拟软件研究连拱隧道在施工过程中围岩位移、应力和管棚支护的动态变化规律,并结合拱顶沉降、地表沉降以及周边收敛的现场监测数据进行数值模拟验证。研究表明：连拱隧道左侧主洞施工对围岩的扰动范围主要在左侧,对右侧主洞影响较小;左右主洞与中隔墙拱脚处存在拉应力集中,施工时需要注意拱脚位置的施工质量;由于隧道存在偏压效应,隧道浅埋侧管棚弯矩最大值大于深埋侧;靠近洞口处的管棚始终承受较大弯矩,施工时,要控制洞口处的管棚施工质量。     

极软岩隧道横洞开挖空间力学效应研究

为研究极软岩隧道车行横洞交叉段施工力学特性,以大梁山特长公路隧道V级极软围岩段为依托,采用现场试验结合数值模拟试验分析其空间效应。研究断面现场监测结果表明:6个断面在深度为1 m、2m和3 m处内部围岩位移受横洞开挖影响较小,可忽略不计。拱腰和拱脚处钢支撑内力在横洞开挖后小幅增大,影响区集中于拱腰及以下部位,对拱顶部位影响较小。远离横洞侧拱脚、拱腰及拱顶处围岩压力与层间压力所受开挖影响很小,而近横洞侧拱腰处影响相对较大,在施工中应值得注意。数值试验结果表明,混凝土应力受横洞开挖影响主要表现为压应力增大,产生压应力增大区;围岩塑性区在开挖前有一定程度增大和区域改变,锚杆轴应力施工前后变化不大。     

公路钢波纹板拱桥受力特征分析

依托试验工程,对不同跨径钢波纹板拱桥进行荷载测试,得出不同工况下钢波纹板拱桥不同角度(位置)的应力变化规律,通过研究得到以下结论:荷载作用下不同跨径钢波纹板拱桥应力以拱顶(90°)为中心对称分布;钢波纹板拱桥与周围土体共同受力,由于纵向和轴向波纹的存在,使得力沿着板壁向下传递,致使拱脚位置(0°和180°)受力最大,但最大应力值小于钢波纹板材料的最大允许应力值,结构安全稳定;不同跨径钢波纹板拱桥在相同荷载作用下,随着钢波纹板拱桥跨径的增大(6 m→8 m→10 m),拱脚(0°和180°)的应力逐渐增大,拱顶附近(90°)的应力由相对稳定到波动变化,且跨径越大波动幅度越大。     

软岩隧道横洞施工对主洞衬砌结构影响分析

针对隧道中先浇筑主洞衬砌结构后进行横洞开挖的施工工序中横洞施工对主洞衬砌结构形变破坏的影响,以某软岩隧道为工程依托,通过隧道衬砌应力监测、初支结构形变监测以及横洞施工时主洞衬砌结构形变破坏的监测,对深埋软岩隧道横洞施工对主洞衬砌结构形变破坏影响进行了研究与分析。研究表明,隧道交叉段围岩形变量较大,围岩形变速率较大,最大水平收敛位移达到537mm。最大拱顶下沉值达到346.1mm,围岩形变速率平均值达到9.93mm/d;依托工程隧道衬砌为主要受力结构,受力随着时间呈逐渐增大趋势。局部位置处形成应力集中区,应力值达到1.13 MPa和1.03 MPa。衬砌混凝土在左拱脚与右拱腰位置处呈现受压状态,最大压应力值为0.889 MPa。拱顶呈受拉状态,最大拉应力值为6.45 MPa。深埋软岩隧道中的横洞施工对主洞衬砌结构的形变破损有着较为严重的影响,影响范围达到140m。在此软岩隧道中不宜采用先浇筑主洞衬砌结构后对横洞进行爆破开挖的施工工法。     

覆土波纹钢板拱桥施工过程的受力分析

基于一座实际的覆土波纹钢板拱桥,利用有限元方法建立了三维空间受力分析模型,采用现行公路规范的方法计算了不同覆土施工阶段的土压力荷载,对该桥覆土的施工过程进行了模拟,计算分析了覆土回填过程中关键截面变形和内力的变化规律。计算和分析结果表明,波纹钢板拱桥的各关键截面变形和内力随覆土回填过程发生较大变化,覆土初期拱两侧受到填土压力的挤压而下挠,同时拱顶处出现了反拱现象,且随覆土高度的增加拱顶处反拱逐渐增大,各截面的应力也均逐渐增大;覆土回填至拱顶之后,随覆土高度的增加拱顶处的反拱逐渐减小,同时拱顶拉应力也明显减小,整个拱圈趋于受压状态。因此,施工中应严格分层对称回填、压实,并应特别注意覆土回填至拱顶附近时结构的位移和应力变化。     

横撑施工程序对劲性骨架钢筋混凝土拱桥结构行为的影响分析

根据广安官盛渠江大桥横撑外包混凝土浇筑过程分析,结果表明按照原浇筑方案会造成拱肋外包混凝土出现过大拉应力,σt=3.0 MPaftk′=2.65 MPa不满足规范要求。该文研究以控制拱肋外包混凝土最大拉应力为目标,对横撑浇筑方案进行优化并得到满足规范要求的浇筑方案。通过对比分析各浇筑方案可知:浇筑靠近拱脚的横撑时,会增大拱脚附近截面的拉应力;浇筑靠近拱顶处的横撑时,会减小拱脚附近截面的拉应力而增大2L/5至3L/5段截面的拉应力。横撑的浇筑顺序只在横撑浇筑过程中影响拱肋拉应力,当所有横撑浇筑完成后拱肋最大拉应力会趋近于某一定值,从而提出了判断准则:若所有横撑外包混凝土浇筑完成后拱肋最大拉应力σtftk′(ftk′为施工阶段混凝土轴心抗拉强度标准值),则可以通过优化横撑浇筑顺序使拱肋拉应力满足规范限值;反之则不能。最后分析了不同位置横撑刚度的变化对结构稳定性的影响。     

某铁路明洞拱部裂缝成因分析

某双线铁路明洞结构拱部产生纵向裂缝,为分析该明洞拱部裂缝产生的原因,对裂缝分布情况及裂缝形态进行分析,拱部裂缝宽度与回填土石厚度存在正相关性,裂缝宽度随回填土石厚度增加而增大;当回填土石厚度为15 m时,裂缝宽度为0.55~1.00 mm。通过对明洞施工数值计算分析认为： 当回填土石厚度小于5 m时,随着拱顶回填土石厚度的减小,拱顶拉应力增大,此时施工动载对明洞结构受力影响较大;边墙回填密实度对拱顶拉应力影响显著,密实度为60%时,拱顶拉应力值为完全密实时的1.44倍,且已超出结构极限强度。综合分析认为,回填土石施工时机不当及边墙回填不密实是导致该明洞拱部产生裂缝的主因; 提出明洞结构设计计算应纳入施工动载,施工应严格掌控回填土石施作的时机,同时应加强建设管理等。     

波纹钢板拱桥应用与设计施工技术研究

通过刚度等效的原则将波纹钢板简化为平钢板,利用大型通用有限元程序ANSYS对波纹钢管拱桥在其两侧及顶部土体回填的各个阶段进行了计算和分析。研究结果表明,波纹钢管拱桥在施工过程中,两侧交错回填土体高差不宜过大,应尽量对称回填、尽早压实,以避免拱体发生不均匀挤压现象;拱顶位移和应力的最大值发生在土体回填即将覆盖拱顶的施工阶段,因此,施工过程中应密切关注和监测覆土即将盖过拱顶时结构的位移和应力。     

扩建连拱隧道初期支护及中墙受力研究

为验算扩建连拱隧道初期支护和中墙参数的合理性,采用荷载-结构法对初期支护内力、新中墙应力、基底应力等进行受力分析,计算结果表明:1)左、右洞均扩建完成后,除左右洞拱脚、初支与中墙连接处由于应力集中安全系数大于1小于1.53,其他危险截面的安全系数均大于1.53,满足规范要求;2)仅左洞扩建完成时将形成偏压非对称连拱隧道,除中墙底外,左洞初支其他危险截面的安全系数均大于最终状态的安全系数;3)中墙角隅处最大压应力和拉应力分别为8.17 MPa和0.61 MPa,不满足强度安全系数要求,应加强配筋和构造设计;4)中墙最薄截面处最大压应力和拉应力分别为3 MPa和0.5 MPa,满足强度安全系数要求;5)中墙底部和仰拱拱脚侧基底应力较大,应对其进一步注浆加固,使其满足地基承载力要求。     

不同截面选型对波纹钢箱涵受力性能影响分析

波纹钢箱形结构相较于圆形、拱形和管拱形波纹钢结构截面利用率更高,更适用于路基高度受限的情况。目前对波纹钢箱涵加强措施的研究较多,但缺乏对波纹钢截面形式选择的研究。该文使用有限元分析软件Abaqus对波纹钢箱涵侧墙倾斜角度分别为0°、5°、10°、15°和20°共5种工况建立有限元模型,对结构应力和变形结果进行分析。结果表明：增大波纹钢箱涵侧墙的倾斜角度可以有效减小结构的竖向变形和结构的最大应力;但为充分发挥波纹钢箱涵截面利用率高的优势,推荐选用倾斜角度5°～10°的波纹钢箱涵形式。     

长春地铁解放大路站基于三维数值模拟的地铁车站施工工法优化分析

为了对地铁车站施工工法进行优化分析,依托长春地铁解放大路站工程,采用数值模拟方法建立数值模型,从中轴线上方地表沉降、拱顶沉降和拱顶应力3方面对6导洞PBA工法、8导洞PBA工法以及一次扣拱暗挖逆作法进行了对比分析,得到： 1）在施工过程中,3种工法的中轴线上方地表沉降、拱顶沉降和拱顶应力变化规律存在明显差异; 2）通过综合对比分析,一次扣拱暗挖逆作法最优,6导洞PBA工法最差。得到的对比分析结果对现场施工具有指导意义。     

浅埋偏压小净距三洞并行隧道合理开挖顺序、工法与明洞施工研究

为研究浅埋偏压小净距三洞并行隧道的合理开挖顺序、施工工法及明洞施工影响，基于甬舟公铁路中公路涨茨隧道与铁路洋山隧道并行段，建立三维偏压山体与三洞并行模型，对不同开挖顺序与工法下围岩、支护结构受力变形展开比选研究，并对明洞施工的作用效果及合适施作时机展开研究。(1)铁路隧道与公路左线拱底隆起区、与公路右线拱顶沉降区产生贯通，且公路隧道塑性区集中于近铁路隧道中下侧；隧道开挖导致自身洞周变形加速，相邻隧道拱顶、地表隆起，近侧拱腰扩张、对侧拱腰收敛。(2)公路左线拱顶、地表在相邻隧道施工时会出现隆起，且先开挖左线隆起时间最短，先开挖左线的工法中顺序3(公路左线-公路右线-铁路隧道)在围岩支护体系受力变形最优。(3)考虑施工速度及减小偏压隧道工法导致围岩扰动，提出三洞采用CD-二台阶-反向CD的新工法。该工法能进一步减小结构受力变形，并对铁路隧道拱腰收敛改善效果显著。(4)左线明洞施工回填土处未发生塑性破坏，且可以改善支护结构受力数值及不均匀(初支在左拱腰、二衬在右拱脚受力较大)的情况；左线明洞-左线暗洞-右线为最佳明洞施作时机，减小了支护体系的受力变形以及铁路隧道与右线的拱底隆起，并对右线左拱...     

不同应力场软弱围岩公路隧道结构安全性数值分析

针对目前隧道衬砌结构在运营中出现较多病害的现状,运用数值计算手段,建立三维有限元数值模型,对不同应力场软弱围岩公路隧道结构安全性进行了评价,详细研究了衬砌结构在不同应力场作用下出现裂缝时的应力和变形,研究结果表明:不同应力场,隧道衬砌结构均先在拱脚处出现裂缝;随着侧压力系数的增大,衬砌结构承载减小;拱脚处应作为隧道结构长期安全性应力监控的重点;另外,在λ为0.5、1.0的应力场中,边墙处压应力值也较大,而在λ为1.5的应力场中,拱顶处的压应力值较大;隧道结构在长期安全性变形的监控中,在λ为0.5的应力场中,边墙、拱顶处应重点监控;在λ为1.0的应力场中,拱肩、拱顶处应重点监控;在λ为1.5的应力场中,拱腰、拱顶处应重点监控.     

PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架拱桥设计

为避免或缓解拱肋钢管与混凝土界面的脱粘或脱空,对钢管混凝土拱桥中的拱肋和节点受力性能的不利影响,提出在钢管混凝土拱肋中设置PBL纵肋,形成一种新型的PBL加劲型钢管混凝土拱桥形式。结合青海省西宁市采用"PBL加劲型矩形钢管混凝土桁架拱桥"结构形式的某在建桥梁,首先从下层拱肋、桁架-拱组合体系两个层面对该桥进行受力分析;根据主桥结构的受力特点,采用有限元数值模拟方法,分别建立腹杆受力较大的节点的局部精细化有限元模型、典型拱肋节段模型,研究节点的局部受力情况、太阳辐射下拱肋钢管与混凝土的界面受力性能。研究表明:梁肋在靠近拱顶附近时的轴向压力最大,此后其轴力迅速变小;拱顶处的拱肋轴向压力最小,此后迅速增大,并在拱脚处达到最大;腹杆作为梁肋与拱肋之间的传力构件,将整个结构连接成整体,使整个桁架结构共同受力;靠近拱顶、且腹杆受力较大的节点受力较为复杂。设置PBL纵肋能明显减小节点的传力长度、缓解节点的应力集中和变形程度,从而改善节点的受力性能;能明显缓解太阳辐射作用下钢管与混凝土的脱粘和脱空,从而保证拱肋的运营安全;该桥不仅满足使用功能的要求,与环境协调、造型美观,且受力较为合理,整体应力水平不高,满足安全的要求。