红谷沉管隧道GINA止水带数值模拟分析

沉管隧道接头结构复杂,相对于预制管段,管段接头是沉管隧道的薄弱环节。管段的不均匀沉降会导致接头处的张开与错动,引起GINA止水带的变形,造成接头防水能力的降低甚至丧失,从而对隧道的安全运营造成极大的危害。采用有限单元法针对沉管接头GINA止水带进行建模,对多工况下GINA止水带的受力变形机制进行系统化研究,以期对沉管隧道接头的防水设计和施工提供参考。主要结论如下： 1）运营工况下,GINA的压缩量不宜小于90 mm,接头张开量不宜大于35 mm; 2）设计条件下管节相对水平错动20 mm,相对竖向错动35 mm时,不会影响GINA止水带功能; 3）运营工况下,GINA止水带两肩部的差异变形对其止水功能影响较小。     

外海埋置式全预制桥梁墩台安装止水关键技术

受复杂海洋环境因素影响,跨海长线桥梁建设面临诸多难题,承台墩身全预制的装配化施工技术更具挑战。采用钢套箱方案,配以分离式托盘柔性止水技术,实现预制承台与桩基的水下连接是一种全新工艺。研究表明,双峰GINA止水带压缩可实现钢套箱与预制承台间止水。托盘在顶升压缩GINA止水带后可实现托盘与预制墩台底面间水平止水;试验证明,0.4 MPa的胶囊压力可实现20m水深以内托盘与桩基护筒间竖向止水;两者共同间接实现预留孔与钢护筒间止水。多重止摆措施与监测技术可确保预留孔混凝土浇筑质量。     

外环沉管隧道管段结构监测

通过阐述沉管隧道特有的监测实践经验，以及沉管结构变动对隧道管段连接的影响，综合分析隧道结构监测的必要性。论述了沉管隧道的变动特点，根据隧道变动特点，测量了两管段接头问的距离变化量Q，Ω止水带与GINA橡胶止水带之间空腔的压力变化。计算得到GINA橡胶止水带压缩量和GINA橡胶止水带密封状况。经过两年多测量及对数据的跟踪与分析，较完整地掌握了沉管隧道管段变动的规律。两年内两次测出管段之间的GINA橡胶止水带有压缩量超过极限的数椐，为防止GINA橡胶止水带进一步压缩受损起到了指导性作用。     

沉管隧道纵向静力计算问题探讨

为进一步综合分析长距离沉管隧道纵向内力和变形,保障其接头水密性,讨论了沉管隧道结构纵向静力分析计算模型和应考虑的一些问题,包括接头受力机制、GINA止水带选型和水密性检算,以及纵向沉降差与纵向弯矩和剪力的关系等。总结了简单而高效的弹性地基梁纵向计算模型及其接头模拟方法;提出使用地层-结构模式和强制位移法的三维壳体模型作进一步的补充细化分析;指出隧道纵向沉降曲线的曲率及曲率变化率分别影响着结构的纵向弯矩和剪力;给出接头的止水带选型及水密性验算工作如何与隧道结构纵向计算相互结合。     

预制综合管廊橡胶密封垫受压性能研究及断面设计

为解决预制综合管廊橡胶密封垫断面形式对橡胶密封垫压缩性能的影响问题,基于橡胶密封垫压缩试验,结合通用有限元数值模拟软件MSC.Marc,将试验结果与数值模拟结果进行对比,证明采用有限元方法模拟橡胶压缩过程以及分析橡胶密封垫受压性能的可靠性。然后,利用有限元软件MSC.Marc探讨不同开槽和开孔形式对橡胶密封垫受压性能的影响。结果表明： 1）当橡胶密封垫的压缩度为50%时,随着开槽面积和开孔面积的增大,接触应力以及装配力减小; 2）当开槽面积相同时,接触应力和装配力受开槽数量的影响较小,受开槽形状的影响较大; 3）当开孔面积相同时,开孔数量以及排列方式对接触应力和装配力有一定的影响。     

沉管隧道管节接头数值模拟方法

通过对沉管接头构件包括GINA止水带、钢剪切键、混凝土剪切键建立精细化模型进行多工况数值模拟,得到相应构件的应力和变形结果,给出对应的管节接头构件刚度参数,为复杂三维模型中的沉管隧道管节接头简化模拟提供依据。根据构件精细化数值分析的结果,得到管节接头变形控制指标。在三维地层结构模型中,采用实体单元模拟土体,壳单元模拟管节,采用精细化构件模型得到的刚度作为壳铰接单元的参数模拟管节接头,所提出的模拟方法可为类似工程的设计施工提供参考。     

T形开孔肋连接件的极限承载力计算及影响因素分析

为了得到T形开孔肋连接件的极限承载力及其影响因素,设计、制作了15组不同的T形开孔肋连接件试件共计45个,进行了极限承载力和破坏形式测试试验,分析了不同因素对T形开孔肋连接件承载力和破坏形式的影响;并根据试验结果建立了可以用于T形开孔肋极限承载力的计算公式.研究结果表明:T形开孔肋连接件抗剪承载力大、延性好;T形开孔肋的厚度、开孔大小和混凝土的强度对T形开孔肋连接件承载力影响较为显著;T形开孔肋的腹板高度、翼缘的数量、贯穿钢筋的直径和T形开孔肋的翼缘长度对其承载力有一定的影响;研究结果可为T形开孔肋的设计和应用提供依据.     

预应力混凝土箱梁桥施工过程中底板崩裂破坏机理分析

针对悬臂施工预应力混凝土箱梁合龙过程中底板崩裂问题,对其破坏机理和防治措施进行了研究。以某预应力混凝土连续箱梁桥为例,对其施工过程进行模拟,通过考虑材料非线性对底板开裂的过程进行仿真分析,并对底板崩裂的机理进行分析,在此基础上根据规范提出防治措施供设计应用。结果表明:由于合龙束孔道的影响,孔肋为受力最不利区域,在径向力作用下,孔肋的斜裂缝和撕裂裂缝是导致箱梁破坏的主要原因;在今后箱梁设计中,底板横向除应满足抗剪承载力外,孔肋尚需满足最小孔道间距的要求。     

不同土质围岩条件下隧底围岩脱空规律与结构受力特征研究

针对铁路隧道隧底围岩脱空病害问题,采用室内试验与数值模拟方法,探明不同土质围岩类型、隧底结构形式条件下隧底围 岩脱空演变规律,给出不同土质围岩类型条件下隧底围岩脱空类型;进而,明确不同脱空类型条件下隧底结构受力特征。研究结果 表明: 1)在相同隧底围岩类型条件下,底板结构形式比仰拱结构形式更易发生围岩脱空现象;相同隧底结构条件下,黏性土、卵石 土、砂质土3 种隧底围岩的脱空程度依次降低。2)隧底围岩脱空类型主要与围岩类型有关;卵石土、黏性土和砂质土围岩最终脱空 类型依次为多处小范围局部脱空、整体性脱空、隧底中心区域大范围脱空。3)在相同围岩脱空类型条件下,底板结构受力特征变化 比仰拱结构更为剧烈,应力集中现象更为明显,更易引发隧底结构损坏。4)随着脱空范围增大,隧底结构弯矩变化量、轴力减小量 均呈增大趋势,轴力分布逐渐呈“中间大,两端小”的不均匀分布形态。     

港珠澳大桥海中桥梁工程埋置式承台施工方案

港珠澳大桥海中非通航孔桥承台为埋置式(最大外形尺寸16m×12m),采用预制安装工艺,通过后浇混凝土与桩基连接。为克服桥址复杂的地质情况及自然条件,承台采用3种施工方案施工(大圆筒干法安装、分离式胶囊柔性止水、无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰),分别利用大圆筒、钢围堰和分离式胶囊止水结构(安装在承台和钢管桩结合处)、钢套箱围堰和封底混凝土创造干施工环境,进行墩台整体安装和后浇混凝土施工。大圆筒利用大型浮吊和八锤同步液压振动锤组进行海上打拔;分离式胶囊止水结构主要由环形托盘、内侧止水胶囊、顶面GINA止水带以及张拉收紧装置组成;双壁锁口钢套箱围堰采用分块拼装,整体下沉、整体拆除的工艺。从适用性、施工效果、便捷性及经济性等方面对比分析3种施工方案。实践表明,3种施工方案均能较好地克服恶劣海况的影响,有较好的适应性和施工效益,能在预定时间内完成承台施工。     

盾构隧道管片接缝密封垫区域平衡优化方法

当前中国盾构隧道接缝密封垫设计多采用工程经验及类比方法，常需借助防水试验及大量的数值仿真进行优化设计，缺乏理论支撑。为提高密封垫的防水性能，同时降低密封垫的压缩反力以提高盾构隧道的拼装效率，提出了基于功能区划的盾构隧道管片接缝弹性密封垫设计方法，该方法通过力学分析，将单个密封垫横断面划分为3个功能区块，对其进行数学离散，并在几何边界条件的规定下，建立了单个密封垫力学平衡模型及考虑正常压缩与错位压缩情况下的密封垫简化力学模型。依据模型对密封垫进行优化设计，针对2种密封垫采用有限元方法进行数值分析，通过对压缩反力曲线、接触面应力等对比，分析2种形式密封垫的差异，并结合在最不利工况下进行的试验，通过对比两者的防水水压，验证设计方法的可行性。结果表明：通过调整接缝密封垫孔型能达到在不影响接触应力的条件下改变密封垫闭合压力的目的，开孔率及材料硬度对接缝密封垫受力影响较为一致；该设计法理论能够实现较好的优化效果，优化后的密封垫能够平衡各渗水路径的接触面应力及在不影响密封垫防水能力的前提下降低密封垫压缩反力。所提出的方法通过了数值分析及试验验证，可用于密封垫的初步选型与分析。     

考虑密封垫表面工作状态的盾构隧道接缝防水能力数值模拟研究

针对目前施工中盾构隧道防水密封垫经常出现粘贴不牢、沾水、不涂抹润滑剂等情况，构建了密封垫防水能力数值计算模型，将数值方法计算结果与常规计算结果进行对比，并对密封垫在底部与管片槽口粘贴、密封垫顶部涂抹润滑剂及沾水等多种工作状态下的防水能力进行研究。结果表明： 1）计算时是否考虑密封垫表面工作状态导致的闭合压缩力、平均接触应力结果差异分别为3.3%、23.9%，因此考虑表面工作状态的密封垫防水能力评估较为合理； 2）由于粘贴效应约束了密封垫底部的横向变形，其因此闭合压缩力及平均接触应力均大于不考虑底部粘贴效应的计算结果，影响值范围分别为31%~199%、0~245%； 3）密封垫顶部涂抹润滑剂能够减小闭合压缩力、增加接触面平均接触应力，影响值范围分别为4.7%~19.9%、6.5%~111%； 4）密封垫沾水时，闭合压缩力降低29.1%, 接触面平均接触应力降低8.7%； 5）在长期工作情况下，由于密封垫表面接触状态的变化，其平均接触应力整体呈下降趋势，最终下降约23.9%。     

盾构隧道橡胶密封垫力学性能试验及数值分析

为解决盾构隧道橡胶止水密封垫的数值分析难点,突破以工程类比法及经验法为主的密封垫防水性能设计的局限性,采用显式有限元分析方法对密封垫的压缩过程进行三维模拟,并将分析结果与力学试验对比,同时对影响橡胶密封垫力学性能的多种因素进行分析。主要得出以下结论： 1）有限元模拟结果与试验结果具有一致性,验证了本文方法的有效性; 2）对橡胶硬度和密封垫开孔率等因素进行分析,橡胶硬度越大,开孔率越低,则橡胶密封垫越硬,越难压缩。     

沉管隧道短管节拉合试验

广州生物岛-大学城沉管隧道拉合试验包含短管节拉移、GINA止水带压缩及短管节顶推3个阶段,通过拉合试验测试出短管节底部摩擦力的大小及GINA止水带实际压缩情况,为拉合施工提供详实的参考数据。试验结果表明：短管节移动过程中的实际摩擦力远大于按常规摩擦系数计算出的摩擦力,短管节底部摩擦力的存在会造成GINA止水带实际压缩量不均匀。     

考虑击穿水压的双道密封垫防水机制研究

为研究盾构隧道双道密封垫在防水性能提升上的效果，首先定性分析双道密封垫的防水机制，给出击穿水压概念以及基于弹性力学的密封垫击穿水压数值估算公式； 然后开展双道密封垫试验，对击穿水压数值进行验证，得出影响双道密封垫防水性能的一些因素。研究结果表明： 1）当外界水压大于外道密封垫初始防水能力的1.36倍时，密封垫被完全击穿，丧失残余防水能力； 2）不同的密封垫布置方式会影响双道密封垫的防水能力，在双道密封垫的实际应用中，需要将防水能力更强的密封垫布置在外侧，且双道密封垫的防水能力差距不宜过大； 3）沟槽的结构和尺寸会影响密封垫的防水能力； 4）无论是单道密封垫，还是双道密封垫，无错位量密封垫的防水压力远大于有错位量密封垫的防水压力，因此施工中应采取措施尽量减少错位量。     

上海市高水压深层排水盾构隧道管片接缝密封垫形式试验研究

为使接缝处弹性密封垫在张开8 mm、错位10 mm的情况下仍能满足1.2 MPa高水压长期防水性能设计要求以及保证盾构拼装能力,对采用双道耐高水压密封垫的上海市深层排水盾构隧道工程接缝防水密封垫断面形式进行设计。对不同断面密封垫进行防水性能以及闭合压缩力数值模拟,通过对比分析、不断优化,得到防水和力学性能较优的密封垫断面形式,并进行管片接缝防水性能试验和闭合压缩力试验。试验结果表明:采用推荐断面形式的密封垫在邵尔A硬度为67度时,在精确装配下和接缝张开8mm、错位10 mm的情况下均满足1.2 MPa的长期防水能力要求,且适应盾构的拼装能力。     

Gasket life criteria at low temperatures adopting proportional compensation for loss of flexibility and conformability

In the automobile industry, the service life of gaskets is defined as the time until which a released gasket recovers 60 % of the original compression. It was observed that the recovery curves of gaskets were highly nonlinear at high temperatures, and relatively nonlinear at temperatures above the room temperature. However, it was also noted that the recovery curves of the gaskets at temperatures below room temperature exhibited linearity with respect to the ln(time). Automotive manufacturers demand gasket life criteria that exceed a specific time or the entire life of a car. In the case of gaskets used at lower temperatures, since materials encounter losses in its flexibility and conformability, the definition of service life specifying a 60 % recovery may not be sufficiently safe to eliminate possible leakages. In this study, new gasket life criteria that could be used at low temperatures were proposed. The new criteria were proposed based on the change in Young’s modulus of the gasket material in order to conserve the sealing capability.     

盾构隧道管片接缝复合型密封垫选型设计研究

为研究盾构隧道管片接缝复合型密封垫中遇水膨胀橡胶块对其防水性能的影响,从复合型密封垫遇水膨胀橡胶块二次防水效应出发,提出基于遇水膨胀橡胶块几何尺寸及截面形式的复合型密封垫选型设计方法。利用该选型方法对中孔通用型复合密封垫进行数值选型分析,采用ABAQUS网格间求解变换技术,研究不同遇水膨胀橡胶块截面类型和尺寸对复合型密封垫防水性能的影响,得到复合型密封垫防水性能和压缩性能的变化特征,确定原复合型密封垫的最优化选型结果。结果表明： 1）考虑遇水膨胀橡胶的防水性能后,复合型密封垫的二次防水性能有所提高; 2）与六边形截面形式的遇水膨胀橡胶块相比,梯形截面形式的遇水膨胀橡胶块能够大幅提升中孔复合型密封垫的防水性能; 3）复合型密封垫的压缩量与压缩力的关系呈现出阶段性变化特征,变形较小时表现为线性关系,随着变形逐步增大逐渐过渡为非线性关系。     

盾构隧道管片接缝密封垫防水技术的现状与今后的课题

在追溯盾构隧道接缝防水密封垫的技术发展历程的基础上,通过对防水密封垫材质选用与加工方式,弹性橡胶、遇水膨胀橡胶及复合橡胶密封垫各自的功效及其在不同隧道类别、不同使用条件下的应用,单道密封垫与双道密封垫设置的评价等反映密封垫防水技术的现状,进而提出劣质密封垫或受损密封垫取代、管片接缝密封垫的设计与应用等研究课题。     

考虑水压作用过程的盾构隧道接缝防水机制研究

为研究盾构隧道管片接缝处弹性密封垫在水压作用下的防水机制，在对管片拼装至隧道发生渗漏期间水压作用过程进行分析的基础上，采用有限元分析软件建立流固耦合计算模型，对水体渗入接缝弹性密封垫的过程进行动态化模拟，结合密封垫防水性能试验，揭示密封垫防水能力的发挥过程及产生机制，并对双道弹性密封垫防水可靠性增加的原因进行探讨。结果表明： 1）流固耦合模型能够较为直观、精细地模拟水体突破弹性密封垫的过程。2）从管片拼装到隧道渗漏的过程中，弹性密封垫经历了管片挤压—外水推挤—水体楔入—水体突破4个阶段。3）当水压pw＜p=α(p0+p1)时，水体作用于密封垫迎水面外侧，这时密封垫的防水能力仍然具有较大的冗余； 当水压α(p0+p1)＜pw＜α(p0+p1+p2)时，水体虽然发生楔入，但不能完全突破密封垫，仍然存在一定的防水能力； 当水压pw＞α(p0+p1+p2max)时，水体突破密封垫，发生渗漏。4）由于双道弹性密封垫之间存在储水空腔，空腔中的水压作用于第1道弹性密封垫的背水侧，产生的接触应力增量可引起第1道弹性密封垫的“自愈”，因而能够在一定程度上增加防水的可靠性。