考虑地基刚度不均匀影响的沉管隧道接头变形分析北大核心CSCD

沉管隧道接头是整个结构中最薄弱的环节,其刚度及变形特征对结构安全至关重要。当隧道下卧地层刚度不均匀时,接头变形将更加复杂,因此有必要对沉管隧道在不均匀地层条件下的接头特性进行深入分析。文章基于某沉管隧道工程,建立了三维精细化有限元模型,进行沉管隧道接头部件分析计算,对钢剪切键及混凝土剪切键的力学特性进行了深入研究,得到其剪切刚度取值。之后利用上述研究成果,建立三维壳-弹簧沉管管节模型,对隧道整体变形情况进行分析。考虑地基的不均匀性,进行多工况计算,分析沉管隧道接缝变形情况,验证接头结构的可靠性。     

大型沉管隧道管节接头刚度特性研究

沉管隧道管节接头具有调节沉管隧道受力性能以及适应隧道不均匀变形的功能,在隧道运营中起着非常重要的作用。文章以港珠澳沉管隧道管节接头为研究对象,建立了管节接头刚度的三维非线性有限元计算模型,对管节接头的受力变形特征进行了分析,分别得到了管节接头轴向压缩刚度、弯曲刚度与轴向压缩荷载、压缩弯矩之间的变化规律。结果表明:轴向压缩刚度随轴向压缩荷载增大而增大;轴向弯曲刚度随轴向荷载增大而增大,但在相同轴压下,弯曲刚度随弯矩增大而减小。此外,结合管节接头模型试验进一步研究了管节接头轴向压缩刚度和弯曲刚度的变化规律及影响因素,并对比分析了有限元计算结果与模型试验结果,模型试验得出的接头刚度变化规律与有限元模拟结果一致。研究得到的管节刚度对沉管隧道整体计算研究具有重要参考意义。     

基于有限元-无限元的沉管隧道三维动力响应分析

随着沉管隧道修建越来越多及近年来全球地震活动频发,沉管隧道及其接头在地震作用下的抗震性能成为目前研究的一大热点。文章立足于广州洲头咀沉管隧道工程的实际背景,基于ABAQUS软件有限元-无限元相结合的方法建立了沉管隧道-接头-场地土的三维实体模型,并通过在模型基底输入El Centro地震动时程,研究了不同接头连接刚度条件下沉管隧道不同接头处的动力响应特性。计算结果表明:隧道反应基本上呈对称分布,接头连接刚度越大,接头的内力(轴力、弯矩)也越大。在进行沉管隧道设计时,可以通过采用适当的接头刚度来控制接头的内力。     

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。     

沉管隧道暗埋段三维大规模地震响应分析

暗埋段是沉管隧道的重要组成部分之一,但目前对其地震响应研究还未见报道.文章针对某沉管隧道暗埋段,建立三维精细化有限元动力分析模型,其中土体采用等效线性化方法考虑动力非线性特征,模型侧向边界条件采用远置侧移边界来描述地层剪切变形.分别开展了静力和动力两种工况下沉管隧道暗埋段三维大规模响应分析,研究了隧道刚度变化段各关键断...     

静力作用下沉管隧道三维数值模拟

沉管隧道纵断面结构计算常采用弹性地基梁或弹性地基板法,但这些方法较难真实模拟沉管隧道的受力情况,特别是接头的受力情况。文章以三维实体单元出发,引入适当的假设,对沉管隧道静力作用下的受力、位移,特别是接头受力情况进行了详细的模拟分析,对沉管隧道结构纵向计算做了有益的探索,对类似工程有较强的指导意义。     

沉管隧道管节柔性接头模型研究现状及展望

沉管隧道柔性接头柔度较大,能够适应软弱河床引起的不均匀沉降,并满足抗震要求,在实际工程中应用广泛。然而,柔性接头部件繁多,作用复杂,模型建立较为困难,造成沉管隧道静力及动力分析结果不准确。文章介绍了沉管隧道管节接头类型及柔性接头基本构造,从理论计算模型和数值计算模型两方面对国内外研究现状进行了回顾总结,简述了多种柔性接头模型作用机理,分析其合理性及不足之处,并对今后柔性接头模型研究提出了建议,包括:尝试采用接头模型试验研究方法,使结果更为直观;考虑主要接头部件,添加合理初始条件,建议采用数值解对柔性接头刚度进行描述;采用多种研究方法对比分析或多种接头模型对比分析,验证接头模型的可靠性。     

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。     

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。     

沉管隧道管段接头防水研究--数值模拟分析

从沉管隧道施工的特点可知,管段与管段之间的接头防水十分重要,若接头之间水密性不能得到保证,会危害整条隧道的安全使用.文章通过沉管隧道管段接头首道防线,也是最重要防线的GINA止水带的数值模拟研究,对GINA止水带不同压缩量下的防水能力、压缩剪切情况下的防水能力及耐久性等情况进行了模拟、计算、分析.望对今后类似的大型沉管隧道管段接头的设计、施工有所帮助.     

盾构隧道结构健康评价的变形指标研究

选取隧道横向收敛变形和纵向不均匀沉降作为隧道结构健康评价的单项评价指标,提出了采用梁-弹簧模型计算管片纵缝接头处的内力,在此基础上采用精细化解析模型进一步分析纵缝接头力学特性,以纵缝接头张开量、螺栓屈服和管片裂缝值为控制依据,计算得到横向收敛指标;采用三维壳-弹簧模型,以环缝最大张开量为控制依据,计算得到不均匀沉降的曲率控制指标。将该研究应用于南京轨交10号线越江隧道工程,得到该隧道结构健康评价的变形控制指标。     

卸载工况下盾构隧道结构承载性能数值模拟分析

周边卸载导致的隧道横向大变形对地铁的正常运营与安全使用产生严重影响,对于隧道结构从周边卸载开始直至破坏的全过程,需要发展一种高效并能保证精度的数值模拟方法。文章首先进行不同接头刚度下衬砌环的内力及变形数值分析,表明管片接头刚度值对衬砌环轴力分布及大小影响很小,可以先使用相对简单的等刚度圆环法计算得到管片接缝处的轴力值,再将此预分析轴力值作为确定接头抗弯弹簧弯曲刚度曲线的轴力值,用三维直梁实体单元进行精细分析得到不同轴力下的管片接头抗弯刚度模型。最后将接头抗弯刚度模型参数赋给二维梁-弹簧模型中的弹簧参数,运用二维梁-弹簧法计算得到衬砌结构各级荷载下的内力和变形。该方法得到的数值模拟结果与试验结果一致,全过程数值分析表明:在侧向压力卸载过程中,接头截面处弯矩不断增大、轴力不断减小,各接头处抗弯刚度快速下降,最终结构达到破坏状态。     

盾构隧道纵向等效弯曲刚度的分析方法研究

随着国内外盾构隧道的大量建设和使用,隧道的过量沉降,特别是纵向不均匀沉降引起的问题越来越突出。目前国内外盾构隧道纵向结构性能研究和计算模型理论还不完善,隧道的纵向刚度的确定是其中的重点与难点问题之一。文章通过采用下穿既有隧道的结构变形监测数据反分析隧道纵向弯曲刚度,规避了目前计算分析中难以综合考虑盾构隧道拼装方式、横向刚度、螺栓作用等诸多因素的问题,为盾构隧道纵向弯曲刚度的确定提供了一种新方法。研究发现,盾构隧道在变形过程中纵向刚度并不是不变的,而是会随着隧道的变形而发生变化,呈现非线性特征,并建立了隧道结构纵向刚度有效率与隧道结构最大纵向变形之间的拟合关系。     

襄阳汉江沉管隧道设计关键技术北大核心CSCD

基于襄阳汉江沉管隧道的工程设计实践,针对该隧道强冲刷、强透水地层深厚、防洪要求高等特点,对隧道平纵布置、管节及接头止水结构、干坞选型及结构、沉管基础及回填、沉管最终接头及对接端止水结构等进行了研究。结果表明:(1)内河沉管隧道采用长距离双轴线干坞布置方式,通过格形地下连续墙、超深落底式帷幕、地下连续墙预应力锚索垂直支护和混凝土封底组合技术解决了强透水地层深基坑支护及隔水难题;(2)采用全断面顺浇技术进行整体式管节预制,实现了管节接头止水设施的全国产化;(3)在内河沉管隧道采用高精度浮式整平先铺卵石基础,并提出了强冲刷区管顶防冲保护解决方案;(4)采用了不设独立止推构造的陆域最终接头,并针对工程需求设置了大直径锁口钢管桩配合外侧止水墙的对接端支护结构及分片整体吊装双壁钢围堰二次止水结构。     

襄阳汉江沉管隧道设计关键技术

基于襄阳汉江沉管隧道的工程设计实践,针对该隧道强冲刷、强透水地层深厚、防洪要求高等特点,对隧道平纵布置、管节及接头止水结构、干坞选型及结构、沉管基础及回填、沉管最终接头及对接端止水结构等进行了研究.结果表明:(1)内河沉管隧道采用长距离双轴线干坞布置方式,通过格形地下连续墙、超深落底式帷幕、地下连续墙预应力锚索垂直支护...     

沉管隧道结构耐火保护技术数值模拟研究

沉管隧道由于其结构特殊性,空间密闭,存在管节及节段接头,一旦发生火灾,给人员安全带来威胁的同时也会对隧道结构造成严重破坏。本文从数值模拟方面,分别针对沉管隧道局部1:1结构、管节接头,在RABT升温曲线下,不同厚度防火板保护下模拟受火2h,进行了模拟计算,并对计算结果分析,通过分析可为以后相关科研及实际应用提供参考。     

沉管隧道结构耐火保护技术数值模拟研究

沉管隧道由于其结构特殊性,空间密闭,存在管节及节段接头,一旦发生火灾,给人员安全带来威胁的同时也会对隧道结构造成严重破坏。本文从数值模拟方面,分别针对沉管隧道局部1∶1结构、管节接头,在RABT升温曲线下,不同厚度防火板保护下模拟受火2h,进行了模拟计算,并对计算结果分析,通过分析可为以后相关科研及实际应用提供参考。     

砂土地层深基坑开挖引起下卧隧道变形机理研究

深基坑开挖引起的应力释放将不可避免地引起邻近隧道的附加应力和变形.通过开展三维有限元数值分析,研究了深基坑开挖尺寸和管片接头刚度对下卧隧道三维变形的影响.利用土工离心模型试验验证了有限元计算模型和结果的合理性.在基坑中心线下,隧道隆起和横向弯曲应变随基坑开挖长度的增大而增大.当基坑开挖长度为基坑开挖深度的9倍时,隧道隆...     

武汉地铁越江盾构隧道纵向不均匀变形及力学特性研究

地铁盾构隧道,尤其是大型跨江海的水下地铁盾构隧道,局部埋深通常要大于普通地铁盾构隧道,而且要承受较高的水压力作用;盾构隧道作为特长线性结构,其纵向刚度较小,对于外部荷载的变化较为敏感,由此产生的不均匀变形是隧道工程中不可忽视的问题。文章针对武汉地铁越长江盾构隧道工程,通过三维数值计算探讨了埋深变化、水压变化、地层变化及穿越刚性结构物等因素对越江盾构隧道纵向不均匀变形及受力状态的影响。     

大直径盾构隧道管片接头抗弯性能研究

基于我国沿海地区大直径盾构隧道的结构形式,根据接头实际受力特点,运用理论分析方法提出了大直径盾构隧道接头的抗弯刚度计算公式,并将其计算结果与上海盾构隧道接头抗弯试验结果进行了分析对比,结果表明本计算结果与试验值具有良好的吻合性.通过对目前几种常用管片、接头受力分析模型进行的比较也显示,此抗弯刚度计算方法运用到梁-弹簧模型中能够较好地预测与评价我国沿海地区大直径盾构隧道管片、接头的受力特点,对管片、接头结构设计有一定的参考价值.