装配式混凝土管型涵洞弯曲刚度有效率研究

由于连接接头的存在,使得装配式混凝土涵洞的结构刚度有了一定程度的削弱,设计计算时须考虑接头对整体结构受力和变形的影响,不能简单地将管片视为均质结构。以浙江省装配式管型涵洞为依托,采用有限元方法建立带接头和不带接头的管型涵洞分析模型,将盾构隧道中修正惯用法理论引入装配式管型通道结构中,分析并提出装配式管型通道的弯曲刚度有效率η和应力计算修正系数ξ的合理取值,用于简化计算。     

基于施工全过程的矩形盾构隧道结构受力分析方法及应用

为探索如何在衬砌结构设计中充分考虑施工过程对结构受力的影响,在现场监测结果的基础上,采用理论分析和数值模拟的方法,建立基于施工全过程的衬砌结构受力分析方法,即考虑衬砌结构在施工过程中各主要受力阶段之间的非线性时变效应,采用增量法进行结构内力和变形的计算,分析结构在施工过程中各受力阶段的荷载模型以及结构刚度随内力变化的折线模型。将该方法应用到实际隧道工程中,并与传统设计方法进行对比分析。实践表明,建立的基于施工全过程的衬砌结构受力分析方法是合理可行的,其可以较全面地反映出衬砌结构在施工阶段的真实受力状态; 脱出盾尾阶段和同步注浆阶段为结构在施工期的不利受力阶段。     

盾构隧道结构计算分析方法研究

为了应对盾构隧道因复杂赋存环境、多元结构形式及使用功能所面临的计算模型精细化、荷载取值合理化、计算模型精准化等高要求,通过调研盾构隧道结构分析方法的发展现状,综述了当前盾构隧道结构计算分析中荷载计算方法,并结合近10年来笔者所开展的相关研究工作对盾构隧道静、动力分析方法与计算模型进行了汇总和梳理。在盾构隧道荷载取值方面,阐述了深层空间水土荷载作用机理、施工阶段流固耦合效应以及岩质地层地震荷载合理取值等方面的问题及进展;在结构分析理论及模型方面,重点论述了盾构隧道整体化分析方法的内涵及思路、盾构隧道复杂接缝面力学行为、基于接头非线性抗弯刚度计算的结构分析方法以及结构整体受力特征及破坏模式的试验与实测手段验证三方面取得的成果;综述了以地层-结构组合体系反应位移法和纵向广义反应位移法为代表的盾构隧道横、纵向抗震分析方面的研究成果,并对盾构隧道结构分析中考虑耐久性因素的研究现状做了介绍。最后,针对大深度、高水压、特殊环境等盾构隧道工程的建设形势,展望了盾构隧道结构分析方法的发展趋势。     

考虑流固耦合效应的基坑开挖施工对地铁隧道结构影响分析

邻近地铁沿线的建设工程施工不可避免地会对已建成的地铁结构设施的安全和运营产生影响,为确保地铁结构设施的稳定和运营安全,需要对建设工程的设计、施工方案进行审查,评估工程施工对地铁结构设施的影响。以某工程为例,运用流固耦合分析方法研究了在地下水作用下,考虑水和岩土体耦合作用的基坑开挖过程对地铁隧道结构的影响,并分析了桩基础施工对地铁隧道结构的作用效应。基坑开挖过程中降水会引起基坑范围内较大幅度的地表沉降,该过程与基坑开挖卸荷效应联合作用,对地铁隧道结构的变形应力产生复杂的影响;另外,邻近地铁隧道结构的桩基施工加载也会引起隧道结构的下沉变形,需要在实际工程中予以重视。     

超长沉管隧道地震响应快速分析方法研究

在分析一般隧道结构与沉管隧道的不同点及动力响应差异基础上,明确了沉管隧道地震响应能否准确模拟主要取决于管节接头和节段接头的非线性、地基刚度计算及边界条件处理等;在此基础上建立了超长沉管隧道地震响应快速分析方法,关键点包括基于地震水准的地基刚度计算方法、管节接头剪力键及止水带受力及变形特性计算方法、节段接头剪力键及止水带受力及变形特性计算方法、初始水压力及止水带橡胶松弛影响考虑方法等;然后,基于超长沉管隧道地震响应快速分析方法,对港珠澳大桥超长沉管隧道进行了升温及降温工况下沉管隧道地震响应分析,明确了最不利位置为隧道斜坡段,指出了两侧GINA止水带地震变形量和剪力键剪力为抗震薄弱位置,揭示了节段式沉管隧道温度敏感性。课题研究建立的超长沉管隧道地震响应快速分析方法,能够实现沉管隧道设计与计算的互动,便于工程应用。     

斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁结构参数变化对活荷载效应影响分析

基于线性二阶理论和非线性理论对一座多塔斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应进行对比分析,来了解斜拉—自锚式悬索组合体系桥梁受力特征,并确定合理的活载计算分析方法。在活荷载作用下,通过考虑不同的主梁刚度、桥塔刚度及主缆刚度等结构参数,来分析研究结构主要部件的控制截面受力情况。分析结果表明,采用线性二阶和非线性理论,主跨160m的斜拉-自锚式悬索组合体系桥梁的活载效应计算误差在5%以内;主梁抗弯刚度、主缆刚度的变化对结构受力性能影响较大,主梁轴向刚度、副塔轴向刚度及主塔轴向刚度的变化对结构受力性能影响较小。     

软土地基大直径地铁盾构隧道衬砌结构受力特性数值分析研究

为得到能真实反应软土地基大直径盾构隧道结构受力特点又能保证衬砌结构安全的设计模型,结合广州轨道交通4号线南延段大直径地铁盾构隧道结构现场实测结果,采用ANSYS软件研究适用于软土地基大直径盾构隧道衬砌结构设计的计算模型。基于反分析得到的设计模型,对水平侧压力系数、地基弹簧刚度、管片厚度、管片接头位置、管片分块数量等影响大直径盾构隧道衬砌结构受力特性的因素进行敏感性分析。结果表明： 1）采用地基弹簧模拟底部反力并通过调整弹簧的范围可得到既能真实反映衬砌结构受力特性又能保证结构安全性的计算模型; 2）衬砌结构受力对侧压力系数和管片厚度敏感,对地基刚度不敏感; 3）接头位置变化和管片分块数量主要影响布置地基弹簧范围内的管片受力。     

新型装配式衬砌在矿山法施工铁路隧道中的应用研究

为解决矿山法施工铁路隧道二次衬砌拱顶易出现的空洞、厚度不足、裂缝、掉块等病害，以重庆铁路枢纽东环线胡家沟隧道为依托，采用拱部预制衬砌替换现浇衬砌的方法，研究拱部衬砌预制工艺、高精度悬臂侧墙施工工艺、拱部预制衬砌运输及拼装施工工艺和拼装配套设备，并阐述装配式衬砌在施工中需重点解决的技术难题及对策，如采用高精度衬砌模板台车解决接头直线度的问题、采用全环通长定位筋解决悬臂侧墙钢筋骨架稳固的问题等，形成一套完整的新型装配式衬砌拼装技术。经现场应用表明： 1）采用“拱部预制衬砌+侧墙现浇”的装配式衬砌施工技术是可行的，可以有效解决矿山法施工隧道拱部质量缺陷问题，提高拱部衬砌质量； 2）新型装配式衬砌采用“L”型榫接头及大球形接头，大球形接头较“L”型榫接头更易控制施工质量，更易于拼装； 3）通过采用拱部预制衬砌高精度定制钢模、高精度悬臂模板台车、悬臂侧墙在混凝土浇筑过程中进行二次精调等关键技术，保证了接头施工精度，满足了拼装要求； 4）通过分析衬砌结构受力变形监测数据，得出隧道衬砌结构内力的受力变形规律； 5）新型装配式衬砌施工技术机械化程度高，施工过程中结构稳定可靠，安全性较高。     

钢桥面系统各项参数敏感性分析

大跨径钢桥桥面系统一般由钢箱梁盖板、纵向加劲肋，横隔板以及沥青铺装层组成，在车辆荷载作用下，铺装层的受力状态相当复杂。作为沥青铺装层的支承体系，钢桥面板体系的结构特性与结构刚度是影响铺装层受力的主要因素，因此就可以通过改变桥各项参数来分析桥面系统刚度的改变对铺装层受力的影响程度。本文利用有限各分析方法，对影响桥面系刚度的各项参数进行分析，揭示了钢桥面沥青铺装层受力大小与桥面系统各项参数的内在联系。     

复合地层条件下水下盾构隧道衬砌结构受力特征研究

针对工程中常用的无衬垫接头抗弯刚度非线性的特点,采用描述接头轴力、弯矩及转角关系的解析公式,提出盾构隧道衬砌结构受力计算的迭代计算方法。基于南京市纬三路过江通道的工程背景,分析了接头抗弯刚度的取值对盾构隧道衬砌结构受力及变形的影响,对工程中遇到的典型土岩复合地层中衬砌结构的受力进行了计算。计算表明,所提出的迭代计算方法简便易行,收敛较快,复合地层中衬砌结构的受力分布与均一地层中相差较大。复合地层的作用使得衬砌结构内力分布更不均匀,可能使得某一部分管片内力显著增大,设计时需要针对实际地层分布形式进行计算。     

城市轨道交通明挖装配式地下结构设计技术及方法

通过多年装配式地下结构建造技术的理论和试验研究，结合实际工程应用，对明挖条件下的城市轨道交通等市政工程预制装配式地下结构的设计技术和方法进行系统性总结。1）从全方位体现装配式技术的工业化建造理念的角度，提出装配式地下结构的设计基本原则和基本规定，并结合明挖装配式结构的特点提出主要设计内容； 2）针对装配式结构设计的重要环节，包括结构体系的确定、基坑工程和结构防水等方面进行论述，提出接头选型、结构拆分及内部结构的设计方法，以及基于装配式结构的基坑工程设计技术要求和设计方法，涵盖支护选型、基坑宽度的确定、桩墙+内支撑体系技术设计要点、基坑回填技术设计要点等，并总结装配式地下结构的防水关键技术。     

软土基坑开挖对邻近既有隧道影响研究及展望

随着城市地铁建设的飞速发展,邻近已运营地铁线路的基坑工程大量涌现.基坑开挖必然会改变土体的原始应力场和位移场,继而引起邻近既有地铁隧道附加变形和内力.为了全面了解软土基坑开挖对既有隧道影响的研究进展,从理论研究、模型试验、数值模拟和实测分析4个方面分别阐述了软土基坑邻近施工问题的研究现状.结果 表明:现阶段的理论研究主...     

长江漫滩地区深基坑施工对盾构隧道影响及应急保护研究

为研究长江漫滩地区深基坑工程对邻近盾构隧道的影响因素,验证在该特殊土层实施针对性综合保护应急措施的可行性,以长江漫滩地区深基坑工程盾构隧道应急保护实际案例为背景,依据前期施工阶段监测资料,分析出该地质条件下深基坑施工对周边盾构隧道结构变形的主要影响因素为降水、侧向卸载及附加荷载。采用修正惯用法对各影响因素进行定量分析,针对后续施工叠加影响采取相应施工控制及隧道加固等综合保护应急措施。实施处置措施前后监测数据对比及反分析得出,长江漫滩地区邻近盾构隧道深基坑在设计、施工期间应着重对基坑降水、卸载及附加荷载进行控制,当盾构隧道出现结构安全问题时,采用综合保护应急措施可取得显著治理效果。     

基坑真实土压力的影响因素分析

土压力的准确分析是确保基坑安全稳定的关键。结合基坑工程的最新研究进展,对真实土压力的诸多影响因素进行了分析和论述,并简要归纳了目前设计施工中对这些影响因素的认识现状。在此基础上,提出了把握真实土压力的一些建议:准确掌握环境岩土信息;加强计算方法、时空耦合效应等理论的研究;建立区域岩土信息管理系统;采用以反分析为基础的动态设计;使用与监测信息密切结合的动态支护技术等。     

沉管隧道管节接头剪切破坏试验

为了研究沉管隧道最薄弱的环节-接头的受力特点和破坏机制,根据实际沉管隧道接头形式开展了1：4大比例尺的沉管隧道接头低周往复加载拟静力试验。试验模型由2节钢筋混凝土管节组成,接头主要由钢筋混凝土剪力键和橡胶填塞垫构成,为贴近实际工程结构反应,试验模型采用与实际工程相同强度的钢筋和商品混凝土。利用顶杆位移计和拉线位移计等传感器得到了试验模型在循环剪切荷载作用下的接头破坏机理,并分别从沉管隧道试验模型的荷载-位移滞回曲线、接头抗剪承载力、接头与管段刚度比3个方面对试验结构进行了分析。试验结果表明：橡胶填充垫对沉管隧道接头具有缓冲保护作用;低周往复荷载下沉管隧道接头主要经历橡胶垫弹性变形、橡胶垫与剪力键协同作用及剪力键塑性变形3个阶段;接头总抗剪承载力为674 kN（3个单键的抗剪承载力分别为417,320,417 kN）,接头抗剪能力并不是单个剪力键承载力的线性叠加,需考虑剪力键之间的协同作用;接头与管节的剪切刚度有效比为1/960~1/672,接头是抗震的薄弱环节,在受到地震荷载时,变形主要集中在接头部位,并主要由接头处剪力键承担;接头的破坏模式主要体现在剪力键凸榫的端部剪裂及其失效后接头的不可恢复性变形。     

深厚软土区基坑施工对临近地铁隧道影响分析

针对深厚淤泥质软土地区、高承压水等不利条件下的基坑开挖对临近运营地铁隧道结构影响问题，以临近武汉地铁2号线某综合管廊基坑施工为背景，构建了三维数值分析模型，系统分析了基坑施工对自身围护结构变形、地铁隧道结构位移及受力的影响。研究结果表明：基坑开挖引起的围护结构水平向、竖向最大位移值分别为11.5 mm、1.44 mm，地铁隧道结构最大水平向、竖向位移分别为0.42 mm、0.21 mm，盾构管片最大轴力、剪力及弯矩分别为1 479.65 k N/m、48.38 k N/m、109.77 k N·m/m，数值分析结果均在规范限值以内。研究成果可为类似基坑施工对临近建构筑物安全风险评估提供借鉴。     

明挖隧道深基坑施工对近邻高速公路桥梁桩基的影响研究

以明挖隧道深基坑施工与近邻高速公路桥梁桩基的深（圳）中（山）通道工程为研究对象,采用有限元方法建立三维有限元模型,分析隧道基坑施工对近邻桥梁桩基的影响。结果表明:现有基坑围护结构设计方案和施工工况,其筑岛施工和暗埋段施工过程对既有沿江高速桥梁桩基的影响较小;水平附加位移（朝基坑侧位移）和竖向附加位移（沉降）均在规范允许范围内;主线隧道基坑开挖施工将在既有桥梁桩基中产生附加内力,应提前对既有桥梁采取保护措施。     

沉管隧道干坞基坑格形连续墙支护方案评价及其影响因素

为明确沉管隧道干坞深大基坑开挖格形连续墙的力学响应特征,以典型工程实例为依托,借助有限元软件建立基坑开挖支护的三维计算模型,揭示格形连续墙的力学特性,开展方案评价及优化,探索格形连续墙变形对不同影响因素的敏感性。研究结果表明： 1）实例基坑2种支护形式衔接处位移存在明显的突变,有必要对原有支护方案衔接位置局部加强; 2）格形连续墙阳角两侧均向坑内移动,导致盖板阳角处出现了明显应力集中,诱发结构局部开裂且发展,存在渐进破坏的趋势; 3）对应力集中的局部区域,增加预埋受拉钢筋,以抑制裂缝的形成与扩展; 4）格形连续墙变形受盖板厚度的影响较为明显,但受墙内搅拌桩加固范围的影响很细微; 5）随墙间连接接头刚度的折减,格形连续墙围护结构整体空间刚度减小,位移逐渐增大,当刚度减小到一定程度时趋于稳定。     

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。