大断面公路隧道二次衬砌受力特性模型试验

为研究大断面公路隧道运营期二次衬砌受力特征,开展室内相似模型试验,采用主动加载方式模拟隧道在运营过程中承受的围岩压力,对3车道和加宽带2种断面二次衬砌受力、变形及破坏规律进行研究。试验结果表明： 1）按规范设计的大断面隧道衬砌结构在设计荷载作用下内力和变形均较小,结构具有较高的安全储备; 2）衬砌各截面内力（弯矩、轴力）随围岩压力的增加呈现先慢后快的增加趋势,偏心距则呈现逐渐减小的变化趋势; 3）开挖断面越大,内力控制截面越多; 4）开挖断面大小对衬砌变形及破坏形态也有一定影响,断面越大,拱顶、边墙变形越大,衬砌各部位开裂荷载差异越明显,且衬砌开裂过程持续时间越长。     

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。     

隧道钢管钢架与传统格栅钢架受力特性对比试验研究

针对传统格栅钢架和自主设计的4肢钢管钢架支护结构,利用Abaqus通用有限元软件,综合考虑钢管厚度、构件质量、材料成本等因素,系统开展2种隧道支护结构在单独受荷和共同受荷条件下的极限承载力、抗弯刚度、弯曲挠度、破坏形态等力学特性及演化规律的对比试验研究。研究结果表明： 1)钢管钢架和格栅钢架在刚度、承载力、变形破坏形态等方面存在一定差异,在用钢量相同的情况下,钢管钢架具有更高的强度和抗弯刚度,结构变形和受力亦更加合理; 2)钢管钢架自身承载力受钢管壁厚参数影响较为显著,壁厚取值过小会明显降低其承载力,但当壁厚达到一定数值时,继续增加壁厚对提高构件整体强度和抗弯刚度有限,同时会相应增加构件质量和材料成本; 3)在单独受荷条件下,格栅钢架的承载力为445 kN·m,较钢管钢架构件PG-2低393%,此时钢管钢架质量较格栅钢架略低,但每延米单价要高; 4)格栅钢架混凝土构件的极限荷载为174.6 kN·m,较钢管钢架混凝土构件C+PG-2、C+PG-6的极限荷载分别低2.7 %、30.6%; 5)钢管钢架对于早期变形速度较大的围岩具有较好的适用性。     

波纹钢管涵洞的应用及受力性能分析

国内外在各类工程中的使用情况证实,波纹钢管涵洞具有良好的使用性能,使用寿命长于结构物的设计寿命。结合内蒙古某公路改建工程,对波纹钢管涵的应用进行了探讨。文中假定波纹管和土体无滑移,首先采用大型通用有限元软件ANSYS在土压力和车辆荷载的共同作用下,对波纹钢管涵的受力情况进行了详细分析。分析结果表明,管涵的轴向应力远小于竖向及水平向应力,且总的应力满足规范要求。接着分析了土的弹性模量对管涵受力情况的影响。结果表明,土的弹性模量对管涵受力影响较大。最后结合实际工程,对工程中需要注意的几个问题进行了详细阐述。     

地表水平及倾斜下隧道变形受力特性对比分析

地表倾斜是傍山隧道经常遇到的情况,给施工带来极大的困难。因此,基于有限元原理建立了地表水平和地表倾斜的两种模型,通过对比分析地表水平和地表倾斜情况下的围岩变形受力、围岩塑性区分布、支护结构受力情况,研究地表倾斜下隧道的变形受力特性。结果表明：地表倾斜下的围岩和支护结构受力均不关于隧道中心线对称,且围岩水平位移表现为顺坡方向,围岩应力在深埋侧左墙脚和浅埋侧右拱腰部位产生应力集中,深埋侧左墙脚和浅埋侧右拱腰弯矩增大明显,塑性区分布呈“不对称蝴蝶”形分布。     

大直径波纹钢管涵与普通钢管涵力学性能对比研究

为揭示大直径金属波纹管涵与普通钢管涵受力性能的差异性,定量分析其力学性能,采用FLAC3D软件对跨径10.0m的两种管涵进行数值模拟,分别计算其在不同的填土高度下的力学参数并绘制关系曲线.研究发现:(1)对比土柱法和加拿大CHBDC中土压力计算方法可知,填土较低时(≤1.5m)土柱法较为适用,随着填土高度增加(...     

大断面上新统红色泥岩（NCr2）隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征,以银西高铁庆阳隧道为研究对象,通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5~10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性,对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析,并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律,得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明： 1）围岩各项指标属于极硬土-极软岩临界范畴。2）该地层衬砌结构围岩质量较好,水平地应力为垂直地应力的2倍,可优化为Ⅲ-Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3）未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形,可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态;数值模拟结果与现场实测规律相符。4）该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围,变形区域主要集中在拱顶;延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

邻近地下车站浅埋大跨隧道下穿建筑物受力特性分析

以重庆快速路三纵线红石路隧道与轨道五号线地下车站平行布置,下穿地表既有建筑物为工程背景,采用有限元软件模拟分析隧道施工过程周边围岩及邻近结构的位移、应力等特性,研究表明隧道受上部建筑附加荷载的影响,拱顶围岩应力应变改变较大,应加强初期支护控制围岩变形;浅埋大跨隧道下穿既有构筑物应相对于既有建筑物对称布置,隧道左右洞交错...     

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。     

不同主梁断面形状的大跨度桥梁颤振机理研究

基于线性颤振分析理论，考虑结构的动力特性和作用在结构上的气动力随风速以及结构变形的非线性变化因素，提出了大跨度桥梁的三维非线性颤振分析方法。运用该方法对具有流线型和钝体主梁断面的大跨度桥梁进行了各项非线性颤振分析，揭示了不同主梁断面形状大跨度桥梁颤振形态的内在本质和区别以及颤振发生的机理。     

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。     

高填方波纹钢涵洞受力特性及地震动力响应研究

为研究高填方波纹钢涵洞在静力条件下的受力性能及其地震动力响应规律,以保泸高速公路芒宽连接线高填方大跨波纹钢涵洞工程为依托,开展了数值模拟计算。研究了不同填方高度下波纹钢涵洞的受力情况及地震作用下波纹钢涵洞不同部位的动力响应。结果表明:①波纹钢涵洞管顶及管底的竖向位移最大,左、右管侧横向位移最大。②波纹钢涵洞最大主应力主要出现在波纹钢波峰位置。最小主应力则主要集中出现在波纹钢波谷位置。③在地震作用下,波纹钢涵波峰断面Mises应力值远大于波谷断面,左右管腰附近破坏风险最大,波谷断面管顶处加速度有明显放大。     

深埋大断面黄土隧道初期支护受力特征分析

为避免初期支护局部破坏对深埋黄土隧道安全产生危害,依托甘肃省境内早胜3号隧道施工开展深埋大断面黄土隧道初期支护受力规律的现场试验研究。通过埋设振弦式传感器对围岩与初期支护接触压力、喷射混凝土应变、钢拱架应变、相邻钢拱架间作用力进行监测,同时建立模拟隧道施工的有限元计算模型,分析得到初期支护内力分布特点。结果表明： 1) 初期支护受力随时间表现出迅速增长—缓慢增长—逐渐稳定的特点,曲线在二次衬砌闭合12 d后基本稳定; 2)应力空间分布上部大下部小,偏压特性明显,荷载理论计算值偏小; 3) 拱顶及边墙区域为初期支护薄弱部位,需采取措施并加强监控量测; 4)数值计算表明锚杆末端轴力较小,设计中可考虑适当缩短锚杆长度。     

不同截面形状隧道格栅拱架竖向承载能力对比

为解决不同截面形式的格栅拱架构件竖向承载能力不明确的问题,对4 种不同类型的隧道格栅拱架模型进行设计、加工、加载、分析,同时利用ANSYS 有限元软件对模型的变形能力以及截面边长、厚度的改变对拱架稳定性的影响进行分析。研究结果表明: 1)拱架采用双拱形式比单拱形式更具有良好的力学性能,外立柱比内立柱多分担50%的荷载; 2)选择截面边长尺寸为18 mm、厚4 mm 的模型,能使材料性能得到充分的利用,进而降低工程造价; 3)拱架的变弯点处易发生应力集中,使得喷射混凝土结构更易损坏,必要时应加强监控,并应尽可能地使拱架圆顺、减少连接节点,以减少应力集中。     

明挖超大跨度叠层隧道结构受力分析及断面优化设计

为探索明挖超大跨度叠层隧道合理断面形式及优化思路,依托望海路快速化改造工程,借助数值模拟手段,分析超大跨度叠层隧道结构受力特点,并对超大跨度叠层隧道断面形式选择、跨度优化及覆土影响进行了研究。结果表明：超大跨度叠层隧道存在顶底板弯矩过大、中板承受拉应力的问题,中板处于偏心受拉的原因为跨度过大及侧向土体对结构约束不足;大跨度明挖隧道微拱形断面受力性能最优,直墙平顶断面劣于直墙折板断面,综合考虑结构受力性能、断面利用率、经济性,对于明挖大跨度叠层隧道推荐采用直墙折板断面;对超大跨度叠层隧道结构而言,跨度的大小贡献了结构内力较大的比重,减小结构跨度对结构受力改善明显,尤其可大幅减轻中板轴力和弯矩,断面一在受力性能及工程用量方面综合优势最大;浅埋条件下,推荐顶板上覆土采用换填泡沫混凝土的方式减少上覆土容重,从而降低隧道结构顶板截面内力,改善顶板受力条件。     

软弱围岩隧道机械化全断面爆破开挖初期支护受力特性研究

软弱围岩隧道开挖后自稳能力差,易发生大的变形、钢架扭曲等现象。为降低安全风险,依托郑万高铁高家坪隧道进口机械化全断面爆破施工,对支护体系下的围岩压力、钢架应力、初喷混凝土应力、锚杆轴力、围岩内部位移、掌子面挤出变形等进行系统试验研究。试验结果表明： 围岩压力、钢架应力、初喷混凝土应力受岩性条件、施工扰动等因素影响显著,随时间推移均呈现“急剧增大、缓慢增大、波动变化、稳定收敛”的变化规律; 通过锚杆轴力峰值位置可以初步判定围岩塑性区范围约为距洞壁3.0 m。基于现场试验监测,通过数值模拟分析了初期支护结构压应力、轴力和弯矩的分布情况,与现场量测数据相符,较好地反映了初期支护受力特征。本次试验的相关方法、手段和结论对隧道机械化大断面施工软弱围岩变形与支护体系受力研究具有借鉴作用,同时也为建立科学合理的支护结构体系提供了参考。     

大断面公路隧道断面形状数值分析与研究

在岩石力学基本原理和新奥法基本思想的指导下,利用有限元分析软件对不同扁平率下的坦三心圆形洞室进行了有限元数值模拟分析,得出大断面隧道的扁平率控制范围,为今后大断面隧道设计、施工方法的优选提供参考。     

隧道波纹钢板套衬接头抗弯性能有限元分析

为进一步探讨隧道波纹钢套衬结构纵向连接接头的安全性和适用性问题,对不同型号拼装式波纹钢板纵向接头抗弯力学性能进行研究,选取200 mm×55 mm、300 mm×110 mm和400 mm×150 mm3种型号波纹钢板试件进行接头抗弯数值模拟。共设计12种工况,对比不同规格螺栓的应力分布规律、变形破坏形式及不同螺栓预紧力条件下的法兰板极限承载力及变形破坏特征,就螺栓应力、跨中挠度、极限承载力、法兰板接缝张开量及塑性破坏等方面进行深入分析。研究结果表明： 1）螺栓主要受拉弯变形,内侧螺栓较外侧螺栓受力更大,率先达到屈服状态; 2）接头薄弱点主要在于法兰板,其更容易发生变形破坏; 3）螺栓预紧力对波纹钢板的极限承载力、跨中挠度及接缝张开量均有一定的影响; 4）大波形波纹钢板极限抗弯承载能力约为深波形和中波形的1.36倍和1.67倍。     

装配式空心钢管混凝土拱桥可行性研究

为减小大跨度钢管混凝土拱桥自重,提高大跨度钢管混凝土拱桥的施工便利性,提出使用预制空心钢管混凝土构件代替实心钢管混凝土构件作为大跨度钢管混凝土拱桥拱肋的新思想.该文采用有限元分析方法对某特大桥进行了试设计研究,建立空心钢管混凝土拱桥模型和实心钢管混凝土拱桥模型,在不同工况组合条件下,对两者拱肋内力、挠度进行了分析比较,...