公路滚石荷载下不同结构类型棚洞的抗冲击性能分析

随着棚洞应用数量的不断增加,其安全性和稳定性越发值得重视,然而在实际工程应用中棚洞被砸坏的案例仍是屡见不鲜。借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立不同类型棚洞的有限元模型,并对滚石冲击下的不同结构类型棚洞的响应进行了数值仿真。研究表明:(1)滚石冲击荷载会使棚洞结构中产生冲击波,冲击波的传播会引起结构应力和变形震荡,门式棚洞比半拱式棚洞的震荡反应明显;(2)抗冲击性能方面,斜柱式棚洞比直柱式棚洞更优越,半拱式棚洞比门式棚洞有优势;(3)门式棚洞和半拱式棚洞在冲击作用下的结构最危险处都位于立柱顶部内侧。首次从结构角度出发研究棚洞的抗冲击性能,其成果完善了棚洞既有理论,并为今后棚洞的合理设计和施工具有重要的指导意义。     

大跨半拱斜柱式棚洞设计探讨

以目前国内规模最大的某4车道大跨半拱斜柱式棚洞为背景,从棚洞结构断面及尺寸拟定、构造措施、结构分析计算、边坡防护等方面进行阐述,对大跨半拱斜柱式棚洞结构受力特点、墙柱配筋形式、地层条件的适应性、构造措施的依据等进行分析。结果表明,按受力位置考虑,结构应设计为"强柱薄墙"形式,基础与结构的抗弯刚度比应大于10∶1,结构可不考虑边坡残余荷载,棚洞基础需锚固及横向连接。     

组合式消能棚洞结构受荷性能研究

落石棚洞是公路交通中常见的危岩地质灾害防治结构，可分为靠垫层来吸收落石冲击能量的传统落石棚洞和靠弹簧耗能减震来吸收冲击能量的新型落石棚洞两类。运用薄板理论、结构力学以及变形协调理论对组合式消能棚洞结构受荷性能进行了研究，得到了顶板在落石冲击力作用下内力解析解以及棚洞横梁、纵梁的内力计算表达式。以国道G319武隆境内的某棚洞为例，对消能棚洞的内力进行了分析，采用消能棚洞结构形式后，横梁最大弯矩以及纵梁上下侧最大弯矩分别降低了15.0%，17.3%和6.9%，说明消能棚洞结构内力消减效果明显，较大地提高了其承载能力。     

V形冲沟高填路堤支挡结构物形式研究

目前,国内外对于V形冲沟高填路堤支挡结构形式的研究较少。运用数值计算方法,系统分析采用一种填料的路堤,其不同的半径和墙顶宽度对重力式拱墙变形与应力的影响。计算结果表明,随着重力式拱墙的半径减小,拱墙的拱度越明显,变形和应力也随之减少;当墙顶宽度取1～2.4 m时,重力式拱墙可通过增加墙体重量来减小自身结构的变形与内力,以此提高其自身的安全性;而此时,最大拉应力产生在重力式拱墙的沟心处。     

波纹钢拼装式连拱明洞结构受力数值分析

为了验证波纹钢拼装式连拱明洞结构的可行性,以高山寨隧道为工程背景,采用ABAQUS开展了波纹钢-混凝土结构明洞受力的数值分析。结果表明,明洞结构左右洞均是拱顶靠近中墙侧沉降值最大,右洞拱顶偏左处竖向沉降值最大,靠近边坡侧水平位移最大;明洞波纹钢结构在靠近中墙处和两侧拱脚的弯矩值最大,在两侧拱肩处波纹钢应力值最大;混凝土结构在两侧拱腰处应力最大;明洞结构受力状态处于安全范围内。     

软弱围岩双跨连拱隧道施工工艺

通过元江2号软弱围岩双跨连拱隧道的施工,阐述应用三导坑的方法,开挖掘进连拱隧道中隔墙、边 墙,半断面开挖正洞,先墙后拱二次衬砌,进、出口采用外径为108mm的注浆钢管与钢格栅拱架组成大管棚超前支 护的施工工艺及体会。     

基于地层结构法的傍山路段棚洞结构设计

受线形、地形地貌等因素的影响,山区公路的傍山路段不可避免地要形成高边坡或偏压隧道,为减小地质灾害,最大限度地保护自然生态环境,棚洞结构是一个很好的选择。与普通明洞结构不同,棚洞结构受力比较复杂,不仅承受回填偏压荷载,还要不同程度地受人工边坡的影响。为深入研究边坡对棚洞结构的影响,提出了采用基于地层结构法的傍山路段棚洞结构设计,应用有限元软件动态模拟了棚洞施工的全过程,重点分析了不同应力释放率（0～50%）的荷载作用于棚洞时的结构内力及变形特征。     

不同截面选型对波纹钢箱涵受力性能影响分析

波纹钢箱形结构相较于圆形、拱形和管拱形波纹钢结构截面利用率更高,更适用于路基高度受限的情况。目前对波纹钢箱涵加强措施的研究较多,但缺乏对波纹钢截面形式选择的研究。该文使用有限元分析软件Abaqus对波纹钢箱涵侧墙倾斜角度分别为0°、5°、10°、15°和20°共5种工况建立有限元模型,对结构应力和变形结果进行分析。结果表明：增大波纹钢箱涵侧墙的倾斜角度可以有效减小结构的竖向变形和结构的最大应力;但为充分发挥波纹钢箱涵截面利用率高的优势,推荐选用倾斜角度5°～10°的波纹钢箱涵形式。     

大跨度双联连续钢管混凝土拱桥结构体系设计研究

为研究大跨度双联连续钢管混凝土拱桥的合理结构体系及中央拱座合理刚度,以主跨2×405 m渝湘复线双堡特大桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,分析考虑自重、汽车荷载和基础沉降作用下,拱桥刚接、铰接、半刚性连接约束体系和不同中央拱座刚度对桥梁力学性能的影响。结果表明：自重、汽车荷载和基础沉降作用下各结构体系力学性能均满足规范要求。双刚接方案拱肋变形对称,结构受力良好,且构造简单、施工方便。中央拱座刚度从0.8EI(EI为原设计方案中央拱座截面刚度)增加至2.0EI,自重产生的最大变形基本不变,最大拉应力减小了0.33%,最大压应力减小了0.47%,结构力学性能改善效果不明显。双堡特大桥结构体系推荐采用双刚性连接,中央拱座合理刚度取值为0.8EI,全桥有限元计算结果表明,该结构体系的强度、刚度、稳定性均满足规范要求。     

隐式中墙连拱隧道工法探讨

为了选择合理的施工方案,针对隐式中墙复合式连拱隧道,对多种施工方案进行了数值模拟。分析结果表明:在多种施工方案条件下,隐式中墙复合式连拱隧道结构均能保证施工安全;对称中隔壁法和平行中隔壁法在结构安全和变形控制上较为有利。平行中隔壁法中的主辅洞间隔、同步并行施工方案是最经济、最快捷、最环保的方案,其综合进度指标比普通中导洞法提高107%,比三导洞法提高79%,可大幅提高连拱隧道的施工效率。上台阶开挖和拆撑为控制变形的关键工序,辅洞拱部与中墙搭接处、辅洞仰拱与中墙搭接处为结构安全控制部位。     

扩建连拱隧道初期支护及中墙受力研究

为验算扩建连拱隧道初期支护和中墙参数的合理性,采用荷载-结构法对初期支护内力、新中墙应力、基底应力等进行受力分析,计算结果表明:1)左、右洞均扩建完成后,除左右洞拱脚、初支与中墙连接处由于应力集中安全系数大于1小于1.53,其他危险截面的安全系数均大于1.53,满足规范要求;2)仅左洞扩建完成时将形成偏压非对称连拱隧道,除中墙底外,左洞初支其他危险截面的安全系数均大于最终状态的安全系数;3)中墙角隅处最大压应力和拉应力分别为8.17 MPa和0.61 MPa,不满足强度安全系数要求,应加强配筋和构造设计;4)中墙最薄截面处最大压应力和拉应力分别为3 MPa和0.5 MPa,满足强度安全系数要求;5)中墙底部和仰拱拱脚侧基底应力较大,应对其进一步注浆加固,使其满足地基承载力要求。     

双线铁路隧道穿越不良地质段施工处理技术

以西南岩溶地区某双线铁路隧道出口平导和正洞穿越富水深厚块石土地层为研究对象,采用设置迂回导坑、集水廊道、正洞局部超前预注浆加固、拱部大管棚、隧底袖阀管注浆、拱墙径向注浆等方法,成功通过了该不良地质体,隧道变形沉降得到了有效控制,保证了隧道施工工期和结构安全。     

推力梁对波纹钢通道小桥力学性能影响分析

该文针对两种形式的推力梁,计算了埋置式波纹钢通道桥在土压力作用下,拱顶竖向变形及最大Von Mises应力情况,以及半圆弧两侧基础不均匀沉降工况下结构的最大Von Mises应力。分析发现:推力梁的设置可减小结构的拱顶竖向变形,同时可提高薄弱弧段的承载力。对于半圆弧拱,推力梁T1形式效果明显而且相较于推力梁T2更经济;对于多圆弧拱,推力梁T2效果优于T1。推力梁的施加会削弱结构基础抵抗不均匀沉降的能力。     

明挖超大跨度叠层隧道结构受力分析及断面优化设计

为探索明挖超大跨度叠层隧道合理断面形式及优化思路，依托望海路快速化改造工程，借助数值模拟手段，分析超大跨度叠层隧道结构受力特点，并对超大跨度叠层隧道断面形式选择、跨度优化及覆土影响进行了研究。结果表明：超大跨度叠层隧道存在顶底板弯矩过大、中板承受拉应力的问题，中板处于偏心受拉的原因为跨度过大及侧向土体对结构约束不足；大跨度明挖隧道微拱形断面受力性能最优，直墙平顶断面劣于直墙折板断面，综合考虑结构受力性能、断面利用率、经济性，对于明挖大跨度叠层隧道推荐采用直墙折板断面；对超大跨度叠层隧道结构而言，跨度的大小贡献了结构内力较大的比重，减小结构跨度对结构受力改善明显，尤其可大幅减轻中板轴力和弯矩，断面一在受力性能及工程用量方面综合优势最大；浅埋条件下，推荐顶板上覆土采用换填泡沫混凝土的方式减少上覆土容重，从而降低隧道结构顶板截面内力，改善顶板受力条件。     

灌注式半柔性道面材料抗冲击性能试验研究

在大量试验的基础上,重点研究了灌注式半柔性道面材料的抗冲击性能。运用SHPB试验装置,对空隙率为20%、23%、25%、27%和30%的半柔性道面材料分别进行了0.25、0.30、0.35和0.4 MPa共4种气压的冲击试验,分析数据发现较低气压冲击作用下(0.25,0.3 MPa),空隙率为25%的半柔性道面材料峰值应力最大;在较高气压冲击作用下(0.35,0.4 MPa),空隙率为27%的半柔性道面材料峰值应力最大。综合材料在冲击作用下峰值应力和破坏形态等因素,空隙率为27%的半柔性道面材料抗冲击性能优于其余4个空隙率的材料。     

复合式组合拱架受力特性研究及应用

以某钢筋砼拱桥的复合式组合拱架为工程背景,采用有限元软件MIDAS/Civil2012建立3种不同受力模式的组合拱架有限元模型,分析了不同受力模式拱架的竖向变形、稳定性等参数的差别。结果表明,在相同受力工况下,复合式组合拱架采用拱式结构的最大竖向变形比梁式结构减小约20%,最大应力减小11.4%~24.7%,弹性稳定性增大约28.6%。     

软弱围岩浅埋连拱隧道力学特征测试与分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道支护体系力学特性,以某连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力、二衬受力及中墙内力等进行系统测试与分析。结果表明,拱部两侧拱腰位置围岩压力较大,呈"猫耳朵"分布。受地质和施工因素等的影响,拱部围岩压力实测值与公路隧道设计细则计算值相差较大。中墙底部及两侧边墙底部基底压力大。正洞锚杆轴力量值很小,建议取消正洞锚杆。侧导洞锚杆作用明显,根据围岩情况可以保留。钢拱架受力最大位置在拱腰处,拱顶处钢拱架承受拉应力,其他部位为压应力,部分拱架受力接近屈服,型钢拱架作用十分明显。中墙顶部钢筋计受拉,其余位置受压,中墙上部受力较下部敏感。左右线先后应力释放对中墙有一定的"纠偏效应",但中墙受力始终处于偏压状态。     

偏压浅埋连拱隧道施工过程的三维数值模拟

针对一座浅埋偏压条件下的双连拱隧道,分别按三导洞先墙后拱法和中导洞法对其施工过程进行了三维弹塑性有限元模拟分析.计算结果揭示了该条件下双连拱隧道衬砌结构的受力和变形以及围岩的塑性区分布都具有明显的非对称特性,衬砌内侧的拱部和内外侧仰拱承受了较大的拉应力而成为结构的薄弱环节,中隔墙因在不对称水平推力作用下发生偏转成为影响衬砌结构稳定的关键因素,并在此基础上对提高结构的稳定性提出了建议.     

落石作用于钢筋混凝土棚洞的冲击力研究

为解决钢筋混凝土棚洞设计中的关键问题之一,即如何计算落石作用于钢筋混凝土棚洞的最大冲击力问题,以冲量定理为基础,推导出了落石最大冲击力的近似计算方法;以实际棚洞结构为原型,利用有限元方法确定近似计算方法中参数的取值,得到了落石作用于钢筋混凝土棚洞的冲击力公式。该公式考虑了落石形状、质量、冲击速度、垫层材料、垫层厚度以及棚洞跨度等主要影响因素,并与试验数据作对比验证了该公式的合理性。研究结果表明:落石形状、质量、冲击速度、垫层材料、垫层厚度对冲击力影响较大,而棚洞跨度对冲击力影响较小;落石形状、质量、垫层材料、垫层厚度对冲击时间影响较大,冲击速度、棚洞跨度对冲击时间影响较小。该结论可为今后钢筋混凝土棚洞在落石冲击作用下的设计提供理论依据。     

偏压浅埋连拱隧道施工过程的三维数值模拟

针对一座浅埋偏压条件下的双连拱隧道，分别按三导洞先墙后拱法和中导洞法对其施工过程进行了三维弹塑性有限元模拟分析。计算结果揭示了该条件下双连拱隧道衬砌结构的受力和变形以及围岩的塑性区分布都具有明显的非对称特性，衬砌内侧的拱部和内外侧仰拱承受了较大的拉应力而成为结构的薄弱环节，中隔墙因在不对称水平推力作用下发生偏转成为影响衬砌结构稳定的关键因素，并在此基础上对提高结构的稳定性提出了建议。