节段预制装配式综合管廊抗震性能研究

文章以某采用节段预制装配式施工的地下综合管廊项目为背景,对预制管廊节段之间接头连接、结构-土体相互作用及预制和现浇结合处边界条件问题进行简化,根据推导的接头刚度计算公式和规范中建议采用的等待土弹簧计算公式,得到SAP2000有限元模型中的分析参数,并采用弹性设计反应谱方法和非线性时程分析方法对节段预制管廊结构进行抗震性能分析,主要得到以下结论:自重作用下,跨中区域处管廊顶板部分出现受拉现象,顶板弹性橡胶垫可能出现弹性压缩减弱,在1/7跨径和6/7跨径位置,底板弹性橡胶垫出现弹性压缩减弱;横向地震作用下,跨中位置附近的接头和节段均为抗震薄弱环节,侧墙更容易出现橡胶垫张开甚至漏水问题,预制与现浇结合位置最容易发生剪切破坏,因此在跨中位置和预制拼装与现浇结合位置对土体采取相应加固处理措施显得很有必要。     

预制预应力管廊接头抗弯力学研究

接头抗弯刚度是预制预应力综合管廊结构设计的重要参数,目前尚无现成的试验数据或公式.文章根据管廊接头结构特点提出力学假设,将接头截面假定为不产生挠曲变形的刚性板,弹性衬垫和预应力筋则抽象成弹簧,在此基础上建立力学模型.根据变形协调和受力平衡方程,推导出接头抗弯刚度的非线性方程式.通过与接头受力试验结果的对比,验证了接头力...     

盾构隧道地震响应及减震措施研究

文章提出了一种能够有效模拟盾构隧道衬砌管片动力行为的有限元计算模型,即用旋转弹簧模拟管片横向接头,而将多个管片环对应的剖面用剪切弹簧单元连接,从而模拟环间接头的多层平面应变分析模型。同时以显式形式将多次透射边界条件引入动力分析控制方程,以模拟无限域的影响。随后利用该方法对武汉长江隧道工程盾构段典型横断面进行了隧道地震响应分析,研究了不同的结构及接头参数对结构受力与变形的影响规律以及地基加固的减振效果。分析还表明,对盾构隧道周围的土体采取适当方法进行地基加固处理,能有效降低结构的内力和变形,减振效果显著。     

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。     

考虑地基刚度不均匀影响的沉管隧道接头变形分析

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。     

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。     

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。     

桩-土效应对连续梁桥地震响应的影响研究

为了研究桩-土效应对桥梁地震响应的影响,以某典型高速公路连续梁桥为工程背景,根据Winkler地基梁模型模拟桩-土效应,采用非线性时程分析方法对比研究了桩-土效应的影响。分析结果显示:考虑桩-土效应和桩基材料非线性以后,桥梁结构的自振周期将大幅增大,增幅达82%;由于桥梁结构刚度的下降,基阶周期的增大,使得各墩墩底截面的内力响应出现较明显的下降。研究结果表明,在桥梁的抗震分析中,若不考虑桩-土效应和桩基非线性,将导致桥梁结构动力特性分析以及墩柱地震内力响应的计算出现不可接受的误差。     

桩土效应对桩柱式桥墩地震响应的影响分析

文章以桩柱式桥墩为研究对象,建立桥墩有限元动力分析模型,采用反应谱法计算分析考虑桩土效应和不考虑桩土效应时桥墩地震响应的差异,并以土体性质和桩长为参数,分析土弹簧刚度及桩长的变化对地震响应的影响。研究结果表明:桩土效应对桥墩地震响应的影响不可忽略,不考虑桩土效应时,墩底的内力偏安全,墩顶位移偏危险;随着桩长的增加,墩底横向剪力和弯矩减小,变化幅度随土体比例系数m值及墩高的增大而减小。     

劲性复合桩在软土地基中的应用分析

为治理漳州沿海大通道漳浦段第LJ-11标段工程局部存在的软土层,通过静载试验对预应力混凝土预制管桩、水泥土钻孔灌注桩及竖向劲性复合桩这3种软土地基处理方案的受力性能进行分析比较,并综合考虑经济性、施工质量等因素后,推荐最经济、最适宜的竖向劲性复合桩用于地基软土层的加固。     

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。     

带接头盒矩形盾构接头正向抗弯三维有限元分析

大弯矩小轴力的内力工况对大断面矩形盾构管片接头的构造设计提出了挑战。接头盒作为一种接头预埋件,其合理设计以及与混凝土共同受力机理值得研究。在梁-弹簧模型中接头抗弯转动弹簧刚度值具有明显的非线性,目前主要依靠足尺管片接头力学试验获取。鉴于数值模拟容易开展,同时基于某大断面盾构管片接头足尺抗弯力学试验数据,文章采用ABAQUS大型有限元软件建立了带有接头盒矩形盾构管片纵缝接头的三维精细化计算模型。针对这类带有接头盒的大断面盾构管片接头,重点考查在正弯矩工况下接头构造设计的合理性,研究轴力对接头正向抗弯性能的影响,分析接头的破坏形态。结果表明,正弯矩工况下接头的弯矩-转角全过程曲线可以简化为三折线模型;在一定范围内,轴力的施加可有效推迟管片接头进入塑性以及破坏阶段,而对各阶段抗弯刚度的数值影响并不明显。     

粘土地层大断面异形盾构隧道结构力学特征数值试验研究

文章基于修正惯用法和壳-弹簧模型两种计算方法,研究了原型试验条件下错缝拼装的异形盾构管片随覆土厚度增加的力学行为特征。研究结果表明,异形管片结构整体变形呈"横鸭蛋"形;环向接头存在使结构内力呈非对称分布,纵向接头的剪切作用和幅宽边缘对其加强作用使幅宽边缘内力普遍大于幅宽中央;基于平面应变状态的修正惯用法夸大了错缝拼装对管片纵向的加强作用,计算结果要大于考虑三维空间问题的壳-弹簧模型,说明修正惯用法作为异形管片的设计方法是偏于安全的;建议异形盾构管片横向刚度有效率范围为0.72~0.87,正弯矩区弯矩传递系数范围为0.245~0.256,负弯矩区弯矩传递系数范围为0.166~0.197。     

基于ABAQUS的预制装配式地铁车站结构拼装成环后力学行为研究

预制装配式地铁车站结构精准拼接是保证结构稳定性和防水性的关键性问题。由于结构自重较大,在拼装成环后,当结构拱脚无支撑时会产生较大的位移,影响拼装的质量。文章以长春地铁2号线袁家店预制装配式车站为工程背景,考虑预制构件之间的接触关系,建立"地层-实体-接触"计算模型,研究不同支撑方式对于结构内力、应力及变形的影响。计算结果表明:拱脚采用钢支撑能够有效降低结构拱顶和拱脚不利位置处的弯矩和剪力,轴力略微增大;在有支撑条件下结构整体的应力值下降,接头接触应力下降,张开量减小;拱顶的竖向位移和拱脚的侧向位移减小,有效地降低了拼装误差,提高了整体的拼装精度。     

大跨径连续梁桥桩土模型对比分析

文章针对大跨径连续梁桥,建立空间动力分析有限元模型,采用非线性时程波分析方法,对比桩土相互作用不同模拟方式(群桩六弹簧法、群桩效应的单桩六弹簧法、无群桩效应的单桩六弹簧法、m法)对结构响应的影响规律。结果表明:群桩六弹簧法和群桩效应的单桩六弹簧法几乎等效;无群桩效应的单桩六弹簧法较群桩效应的单桩六弹簧法桩基础刚度较大;四种桩土模拟方式对于工程项目的计算结果均可信。     

超长GIL综合管廊SF_6气体泄露模拟研究

GIL导线中充满SF_6气体,由于制造、运输、安装与老化等原因,综合管廊GIL舱存在SF_6气体事故泄露的可能性,故应设置专门的监测控制系统与排风系统。文章以武汉谭鑫培路地下综合管廊6.3 km超长GIL舱为案例,结合GIL舱排热通风数据与SF_6气体扩散特性,确定管廊发生气体泄漏后最不利的泄露位置与工况。通过开源计算流体动力学软件OpenFOAM,建立了SF_6气体扩散的三维长节段模型与详细短节段模型,并且给出了数值分析流程。在SF_6气体典型事故工况中,以排热通风分析的数据作为边界条件进行了分析,从而得到在既有排热通风系统下GIL舱内SF_6气体浓度场的变化趋势。分析结果表明,SF_6气体主要由常规排热通风系统排出,但是辅助系统能够很大程度上节省排风时间,相关数据可为通风系统与监测系统的优化设计提供建议。数值模拟方法可为其它类型重气在管廊内泄露扩散模拟提供参考。     

基于不同固结度下地铁运营引起的地基土动力响应分析

地铁运营时,地基土会在列车荷载-轨道系统相互作用下产生扰动。基于此,文章建立了列车荷载竖向振动模型,计算得到了地铁隧道仰拱处的荷载随时间的变化规律;并采用三维有限元法分析了受施工影响下杭州地铁1号线某区间列车运行引起的地基土振动响应。结果表明:随着地表土体与隧道中心线距离增大,地表振动出现滞后性,且强度逐渐减弱;隧道纵轴线上,位于隧道上、下方不同深度处地基土的振动规律具有一定的差异;初始固结度越小,地表的振动响应越大,而隧道下方的土体受施工扰动的影响则较小。考虑地铁施工的扰动影响对合理分析地铁运营期间的环境振动具有重要意义。     

考虑桩-土界面力学特性的桩体内力变形规律研究

文章以北京地铁10号线巴沟车站深基坑工程为依托,建立考虑桩-土接触界面力学特性的数值计算模型,分析桩体受力变形规律,并与实测数据进行对比,进而分析土体内摩擦角、界面法向耦合弹簧摩擦系数、界面切向耦合弹簧摩擦系数3个因素对桩体内力及变形的影响。研究结果表明:随着土的内摩擦角的增大,桩的弯矩减小,桩的水平位移减小,且影响程度逐渐减弱;随着法向耦合弹簧摩擦系数的增大,桩的最大弯矩和最大水平位移均先增大,后保持不变;切向耦合弹簧摩擦系数对桩的弯矩和水平位移的影响不大。研究结果对深基坑支护结构的设计计算具有重要的指导意义。     

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。     

高填黄土矩形、拱形明洞减载结构土压力差异性规律研究

高填明洞会使结构受力增加,影响结构安全。文章通过模型试验、数值模拟手段,考虑EPS减载、结构截面形式及其基础刚度,研究了明洞洞顶土压力、土体位移随填土高度的变化规律。结果表明,高填明洞减载结构洞顶土压力随填土高度的变化呈非线性变化,拱形截面减载效果优于矩形截面,柔性基础明洞减载效果优于刚性基础;矩形截面从洞顶中心点到两侧的土压力呈现先增大后减小、最后趋于稳定的趋势,在明洞两侧边界处出现最大值,EPS减载和柔性基础会使最大峰值与洞顶中心点数值的差距减小;拱形截面明洞洞顶同一平面竖向土压力呈现先减小、最后趋于稳定的趋势,最大值出现在明洞洞顶中心点。矩形截面明洞洞顶同一平面土体沉降曲线由减载前的"双V"型变化为减载后的"U"型。随后,对试验过程进行数值模拟分析,两者计算结果平均误差为11.0%,验证了试验数据的正确性及计算参数的合理性。最后,从填土横向应力上探讨了不同截面、基础刚度的明洞减载结构土拱效应的差异。