武汉I级阶地某地铁深基坑支护优化及实测分析

武汉目前正在长江I级阶地地区大规模进行地铁建设。在地铁车站基坑回筑施工阶段,由于换撑会严重滞缓主体结构施工,许多施工单位尝试将原设计换撑方案修改为不换撑的方案以加快施工进度。以武汉地区某地铁车站基坑工程为背景,通过数值模拟和现场实测,分析地下水位变化及有无换撑条件下地连墙变形和弯矩、地表变形、支撑轴力变化规律。理论及实测分析结果表明： 坑外水位的降低导致作用在地连墙上的水土压力减小; 当坑外水位小于-6.3 m时,地连墙水平位移及墙后地表沉降较原设计换撑方案仅增加10%左右; 地连墙弯矩和支撑轴力均满足原设计要求,优化后的换撑方案是可行的。由于施工中存在较多不确定因素,当采用无换撑方案时需密切关注坑外水位及地连墙变形的变化,以保证工程安全顺利进行。     

大跨径钢筋混凝土拱桥的地震时程响应分析

针对某在建150 m跨径钢筋混凝土箱形拱桥,采用开发的基于ANSYS的大跨桥梁抗震分析计算模块进行地震加速度时程响应分析。选用天津波和EL-Centro波两种加速度时程曲线,采用一致激励和行波激励分别进行地震时程响应分析。结果表明:与一致激励相比,考虑行波效应时,拱脚弯矩、l/4截面轴力和弯矩均有显著增大,拱脚轴力、拱顶轴力和弯矩则有所减小;各部位的顺桥向位移均增加。开发的抗震分析模块应用于实际工程中效果较好。     

枝江尾矿库排水工程圆形顶管工作井后背墙及土体的应力与位移特征分析

为分析Ⅴ级围岩中圆形顶管工作井后背墙及土体的应力、位移空间分布特征,依托枝江尾矿库排水工程,对圆形顶管工作井的稳定性进行监测,并建立三维数值模型,研究井体结构尺寸参数和顶力值对后背墙土体水平位移的影响。实测和模拟结果表明:1)后背墙土体水平位移和应力竖向分布最大值均出现在顶力范围内,距后靠背钢板左右边外侧2.5 m范围内的后背墙处出现拉应力集中区域,且沿井深集中在后靠背钢板高度范围内。2)井壁厚度对限制土体水平位移影响最大,后靠背中部厚度影响次之,底板厚度影响最小;当以优化结构尺寸提高土体稳定性时,应优先考虑增大后靠背中部厚度。3)对于在中风化泥质粉砂岩层中的顶管施工,工作井井壁嵌岩深度的改变对后背墙土体水平位移影响不大,井壁可不进行嵌岩处理。4)后背墙土体水平位移与油缸顶力呈近似线性关系。     

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。     

桩撑支护软土深基坑大变形固结有限元分析

结合广州某桩撑深基坑支护工程,运用ABAQUS有限元软件,对基坑进行考虑渗流作用的大变形固结研究,分析了基坑开挖过程中,支护桩桩身和坑后土体的水平位移、坑底隆起量、周边地表沉降量、支撑轴力及支护桩弯矩等的变化规律.结果表明:大变形固结有限元分析得到的桩身水平位移等变形值与实测结果吻合较好,由于考虑了渗流作用模拟值略大于实测值;大、小变形分析得到的支护桩桩身弯矩结果比较接近,二者相差0.1 %左右;支撑轴力的大变形模拟结果与实测结果相差不大,轴力的变化规律和开挖过程相吻合.大变形固结分析,能很好地模拟基坑开挖过程中土体和支护结构的真实性状.     

初次支护结构对围岩塑性区和位移的影响研究

为了探索初期支护对隧道围岩稳定性的影响,采用岩土工程三维有限元分析软件Z_Soil3D对隧道施工中锚杆和钢架的作用进行了模拟分析。计算结果表明:增加锚杆长度或钢架惯性矩,围岩塑性区厚度和围岩位移都减小,锚杆长度及钢架惯性矩存在优化值,当锚杆长度或惯性矩超过优化值后对进一步改善围岩稳定性的作用不明显;永久钢架主要起拱的作用,其内力以轴向压力为主,在节点处存在局部弯矩,永久钢架构件内力与施工顺序相关,最早施加的构件轴力是后施加的数倍;临时钢架为压弯构件,存在较大轴力和弯矩,水平和竖向临时钢架的弯矩相差不大,2层水平钢架构件的轴力相差较大,竖向构件的轴力与上层水平构件的轴力相当,但明显大于下层水平构件的轴力。     

软土地区公路隧道盾构始发段深基坑监测分析

对某公路隧道盾构始发段深基坑施工期监测进行了介绍,重点分析了围护墙(桩)顶水平位移及沉降、围护桩深层水平位移(测斜)、围护墙(桩)内力、混凝土支撑轴力、地表沉降、基坑外水位等监测成果。监测成果表明,施工监测基本反映了基坑在施工过程中围护结构与周边环境的受力和变形情况,对施工进行了较好的指导,保证了施工安全;混凝土支撑轴力受温度、混凝土徐变及龄期的影响,使得实际监测值可能大于报警值,应对报警值进行准确合理的设定;各监测指标受施工工序、降雨、外部荷载等因素影响;地下连续墙支护效果优于其他围护方式;对各项监测数据要结合专业知识、现场情况和工程经验等进行综合评判后再决定是否报警,为基坑安全施工提供数据保障。     

盾构井环框梁等效侧向刚度计算及对基坑的影响分析

为研究在地铁明挖基坑计算中由于忽略盾构井开孔导致的结构侧向刚度削弱问题对基坑受力和变形的影响，以武汉地铁11号线未来三路站标准2层盾构井基坑为例，建立荷载-结构模型，根据k=F/l计算盾构井环框梁结构等效侧向刚度，并将其作为基坑逆工况换撑刚度； 利用Plaxis有限元软件，建立土层-结构模型，对在基坑逆工况回筑过程中采用环框梁等效侧向刚度和整板刚度2种不同换撑的刚度进行对比分析，结果显示： 2种换撑刚度造成围护结构最大位移相差4.8%，最大弯矩相差2.7%，最大剪力相差1.3%，总体差别不大。     

双孔平行地铁顺穿桥梁对桥梁桩基础影响研究

利用有限元分析软件建立桥梁基础及双孔地铁的模型,模拟地铁盾构的施工工况。研究盾构施工前后地铁隧道、周边土体变形趋势及其对地铁顺穿桥梁的桩基础轴力、弯矩、水平变形及沉降的影响。分析结果表明:隧道施工造成隧道上部土体沉降,下部土体隆起,隧道呈现椭圆形;其顺穿桥梁桩基轴力、弯矩增加幅度较大,桩基在地铁隧道深度以上竖向沉降,在隧道深度下局部桩体隆起,桩身位移呈现“3”字形,最大位移位于隧道中心标高与隧道底标高之间。     

紧邻桥台开口型基坑设计方案对比分析

以福州地铁1号线洗马桥改造工程为背景,采用三维数值模拟方法,研究了紧邻桥台开口型基坑支护设计中的水平支撑设置问题。重点分析了水平支撑与桥台相连或不相连的两种方案下,围护结构的水平位移、围护结构的弯矩、水平支撑的轴力以及桥台的水平位移。通过对比,认为穿越桥台对撑方案比桥台直接支撑方案要更为合理,并以此作为实际设计施工方案。工程监测数据所反映的规律与数值模拟结果基本一致,这也佐证了穿越桥台对撑方案的合理性。研究结果可为类似的开口型基坑设计提供参考。     

地铁车站基坑盾构井部分围护结构变形的模拟分析

针对地铁车站盾构井处的尺寸变化,以实际工程为依托,采用MIDAS/GTS有限元分析软件建立计算模型,将计算出的墙体位移及支撑轴力数据与现场观测的结果进行对比,分析了盾构井处在不同工况下墙体位移与支撑轴力的变化规律.结果显示:长边方向的连续墙体变形在尺寸扩大处的变形纵向分布较均匀,且其上部变形比同一水平高度的连续墙变形大；在短边方向连续墙体变形则随开挖深度的增加最大位移值位置竖直向下移动,而在某一工况下呈现出以最大位移处为中心,向短边墙体平面四周环向分层扩展的Y轴向漏斗状分布.     

水平荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

为研究水平受荷斜桩的承载变形性状,采用有限元软件模拟了斜桩在水平荷载作用下的性状并与直桩进行了比较,分析了桩身倾角、桩顶竖向荷载对斜桩桩身水平位移、桩身弯矩及剪力的影响,研究了斜桩与桩侧土之间的挤压、剪切相互作用,对水平受荷斜桩有效桩长的影响因素进行了探讨。结果表明:正斜桩的水平承载力比直桩大,负斜桩的水平承载力比直桩小;桩身倾角对斜桩水平位移、桩身弯矩及剪力有较大的影响;正斜桩桩顶水平位移小于直桩,负斜桩桩顶水平位移大于直桩,桩身倾角越大,斜桩与直桩桩顶水平位移差异越大;正斜桩、负斜桩的桩身弯矩均小于直桩,桩身倾角越大,正斜桩桩身弯矩越小,负斜桩桩身弯矩越大;正斜桩及负斜桩桩身剪力均小于直桩,正斜桩桩身剪力小于负斜桩桩身剪力;桩顶竖向荷载对正斜桩、负斜桩水平承载力的影响不同,竖向荷载提高了负斜桩的水平承载力,削弱了正斜桩的水平承载力;水平受荷斜桩与桩侧土之间的相互作用以挤压为主,剪切作用较弱;水平受荷斜桩存在一个有效桩长,对于相同的土层,无论是正斜桩、负斜桩,其有效桩长基本相同;桩侧上部土体剪切模量增大对减小有效桩长有显著的影响,下部土体剪切模量变化对有效桩长影响不大。     

营口辽河公路大桥抗震性能研究

以营口辽河公路大桥为背景,对斜拉桥的抗震性能进行研究.从斜拉桥的抗震分析方法和动力分析模型入手,研究斜拉桥的结构动力特性,用斜拉桥地震响应的反应谱法和时程积分法分析计算.动力特性分析结果表明初始索力和重力对结构的动力特性的计算结果影响很小.对于大跨度斜拉桥至少取前30个振型进行反应谱分析才合理.在3个方向的地震作用下,采用反应谱法计算,斜拉索的地震力较小,静内力加动内力均小于索的设计值,索始终保持弹性工作,且无松弛现象.以全飘体系顺桥向+竖向输入地震波进行时程分析,计算出塔根部支座反力、辅助墩及边墩支座反力、节点位移最值、拉索单元轴力最大值,并绘出顺桥向和竖向EL-centro地震波时间历程曲线图.     

波形钢腹板连续刚构桥的地震响应分析

为研究波形钢腹板连续刚构桥地震响应特性,分别对主跨160 m的PC及波形钢腹板连续刚构桥进行时程响应分析。采用MIDAS建立2种连续刚构桥模型,分析模型基本动力特性和在3种地震波作用下的地震响应。分析结果表明:波形钢腹板连续刚构桥振型贡献率无明显集中现象;地震波作用下,桥墩及主梁产生的轴力和绕横桥向弯矩较PC连续刚构桥大,绕顺桥向弯矩较PC连续刚构桥小;主梁跨中节点位移顺、横桥向均较PC连续刚构桥大;加速度衰减速度,顺桥向较PC连续刚构桥小,横桥向较PC连续刚构桥大;在主梁截面设计中,仍以静力计算结果控制。     

钢管混凝土斜靠式拱桥静力特性分析

以某斜靠式拱桥为工程背景,用Ansys建立了该桥的空间有限元模型,分析了斜靠式拱桥主要的结构设计参数.研究了在不同矢跨比、不同主梁与主拱刚度、不同斜拱与主拱刚度下各截面轴力和弯矩的变化情况;探讨了斜拱倾角和横撑刚度对结构稳定系数的影响,以及横撑位置对提高稳定性的贡献.     

斜抛撑与水平撑在深基坑支护中控制变形的对比分析

在目前的实际工程应用中,深大基坑的开挖支护内支撑体系主要有水平撑和斜抛撑两种形式。为此,对支撑桩加承台的斜抛撑形式通过大型通用有限元软件ABAQUS对其在深大基坑中的应用进行模拟,并与水平撑在深大基坑中的数值模拟结果进行对比分析。通过比较两种不同的内支撑体系对开挖深大基坑的基坑外地表面土体沉降、基坑底部土体隆起及围护桩的水平位移不同变化情况,得出支撑桩加承台的斜抛撑支护体系在控制围护桩水平位移和基坑外地表面土体沉降的优点及控制效果。     

深厚软土地区相邻深浅基坑开挖技术研究

依托深圳妈湾跨海通道工程相邻深浅基坑群，提出同时开挖、先深后浅、先浅后深三种开挖方法；采用数值模拟对比，研究三种开挖方法对基坑围护结构变形、基底隆起和内撑轴力的影响。结果表明：先浅后深开挖法在控制围护结构水平位移方面更有优势，但基底隆起和内撑轴力最大，不利于基坑稳定；同时开挖法内撑轴力最小，且围护结构的水平位移和基底隆起与其他两种开挖方法接近。同时开挖方法深浅基坑相互干扰影响次数最少，内支撑施工更易协调，结合本文分析，推荐采用同时开挖法开挖此类相邻深浅基坑群。     

基于虚拟激励法的大跨径斜拉桥随机地震效应主塔力学响应特征

为探究斜拉桥主塔在随机地震下的空间效应力学行为,以某大跨径斜拉桥为研究对象,基于虚拟激励法,分别对行波效应、相干效应及局部场地效应下主塔受力规律进行对比分析.研究表明:行波效应下主塔根部弯矩有一定程度降低,但控制截面剪力和轴力有所增大,且行波效应受视波速影响明显;基于Q WW相干模型时,主塔根部弯矩、剪力及顺桥向位移均...     

计入水平力剪切变形和轴力影响的柱单元及其在支座基桩共同作用分析中的应用

基于王用中、Wilson E.L.和赵明华等分别提出的柱单元弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵,推导了3种同时计入水平力剪切变形和轴力P-Δ效应的柱单元刚度矩阵方程,可模拟框架柱、剪力墙等小剪切变形轴力构件和支座等大剪切变形轴力构件的动静力工作,为计入剪切变形和轴力P-Δ效应的压弯剪构件静动力有限元分析提供了理论支撑。推导了另外两种形式的仅考虑轴力P-Δ效应的柱单元刚度矩阵方程。通过退化分析验证了本文理论推导正确。最后应用计入水平力剪切变形和轴力P-Δ效应的柱单元模拟支座偏心工作,并建立了支座基桩有限元模型,应用自编的Matlab有限元分析程序进行了案例分析。结果表明,计入水平力剪切变形和轴力效应的柱单元可较好地实时模拟支座大剪切变形下的偏心工作特性,竖向力因支座大水平剪切位移产生的偏心弯矩极为显著,对基桩受力特性影响较大,将进一步扩大轴力P-Δ效应,进而削弱基桩和支座的整体的水平刚度,有效增大了基桩内力和其等效计算长度,减小了支座基桩的整体水平抗推刚度,不容忽略;建议进行基桩设计计算以及水平力在墩台间分配计算时采用支座基桩共同作用有限元模型。     

基于计重收费数据的大跨径桥梁荷载效应评估

为提高大跨径桥梁车辆荷载效应的评估精度,建立融合计重收费数据和微观交通模拟技术的桥梁荷载效应评估方法。该方法根据计重收费数据建立车型、车重、轴重和轴距的数学模型,模拟产生静态随机车队;将多轴单元胞自动机模型作用于静态车队,形成动态荷载流,加载于桥梁影响线,获得荷载效应时程;采用极值外推法估计长回归周期下的荷载效应特征值,以此评估桥梁的荷载效应水平。采用该方法对润扬长江大桥开展自由和拥堵交通下的荷载效应分析,结果表明:该桥在自由交通下主梁的竖向位移预测极值与规范计算值的比值最大为0.58,行车平稳性好;拥堵交通下主梁弯矩、桥塔弯矩和主缆缆力的预测极值均低于规范值,但吊杆轴力预测极值与规范计算值的比值达1.07,增加了失效风险,运营中需控制该状况的上桥车辆数并及时疏散交通拥堵,以提高桥梁安全性。