地铁盾构隧道管片接头刚度影响因素研究

在对我国地铁单线区间盾构隧道衬砌结构及内力统计分析的基础上,引入面-面接触单元和衬垫单元,采用三维有限元手段对盾构隧道管片纵向接头在不同轴力、弯矩、偏心矩、螺栓预紧力、管片尺寸、衬垫厚度和螺栓位置下的接缝端面转角和接头抗弯刚度进行了深入研究,通过-θM关系曲线和三维图形曲线分别揭示和探讨了不同影响因素单独和共同作用下的接缝转角和接头抗弯刚度变化规律。     

大断面水下盾构隧道管片接头抗弯刚度及其对管片内力影响研究

以大断面水下铁路盾构隧道-狮子洋隧道工程为研究对象,运用有限元数值分析方法,并结合管片接头原型抗弯试验,研究环向管片接头抗弯刚度,并运用梁-弹簧模型进行接头抗弯刚度对整环管片结构内力影响的研究.结果表明:该隧道管片接头抗弯刚度的取值范围为50～700MN·m·rad-1,在相同轴力条件下,接头抗弯刚度会随接头弯矩的增加降低1个数量级左右;在相同接头弯矩条件下,接头抗弯刚度随轴力的增加而增大;接头抗弯刚度对管片轴力分布的影响微弱,对管片弯矩的影响显著;随接头抗弯刚度的增大,整环管片的弯矩分布趋于均匀;在抗弯刚度取值范围内,极值弯矩相差最大达80％左右,极值轴力最大减小5％左右,变形最大减小20％左右;基于接头抗弯刚度-弯矩-轴力的非线性关系改进的梁-弹簧模型,更能体现接头对整环管片受力的影响,也更适用于大断面盾构隧道管片内力的计算.     

基于梁-复合弹簧模型的装配式车站地震反应研究

基于装配式车站结构现有研究成果,建立适用于装配式地铁车站结构的梁-复合弹簧简化动力分析模型,通过与三维实体模型分析结果对比,验证该模型的有效性,并应用该模型开展装配式地铁车站结构与同型现浇结构的横向地震反应对比分析。结果表明：水平地震作用下,装配式车站结构和同型现浇结构的变形差异不大;其截面内力波动趋势与现浇结构一致,且均在同一时刻达到峰值;其典型截面的弯矩及弯矩波动幅度均小于现浇结构,其注浆式榫槽接头减小了结构截面弯矩及弯矩波动的幅度,减弱了结构在地震作用下的弯矩响应。该研究可为预制装配式地铁车站结构抗震计算提供技术支持,为预制装配技术应用于地下结构建设提供参考。     

装配式地铁车站结构双榫槽式接头应力演变规律试验研究

以装配式地铁车站结构双榫槽式接头为研究对象,采用足尺加载试验的方法,研究轴力和弯矩组合工况下接头部位混凝土及钢筋的应力演变规律。结果表明:加载过程中,接头部位混凝土及钢筋应力发展大致可分为3个阶段:线性阶段、非线性阶段、失效阶段;在加载初期,随着弯矩的增大,接头部位混凝土及钢筋的应力呈线性增加;当弯矩超过一定数值后,接头部位的混凝土及钢筋会发生频繁的应力调整,其过程一直持续至试件出现贯通接头部位的裂缝,从而导致构件失效;当构件达到失效状态时,500kN轴力工况下接头试件能承受的最大弯矩为420kN·m,1 000kN轴力工况下接头试件所能承受的最大弯矩为578kN·m。     

城市铁路明挖隧道装配式衬砌接头性能研究

城市铁路明挖隧道装配式衬砌纵向接头是隧道结构的薄弱部位。采用数值模拟方法研究在弯矩和轴力作用下新型明挖隧道装配式衬砌纵向接头的受力变形规律。结果表明:在轴力和弯矩共同作用下纵向接头受拉侧张开,其破坏以螺栓屈服断裂或受压侧混凝土剥落为标志;随着纵向接头所受轴力的增加,纵向接头能够承受的弯矩逐渐增大;轴力相同纵向接头破坏时所承受的负弯矩比正弯矩大。     

盾构隧道管片接头抗弯刚度的三维数值计算

管片接头是装配式盾构隧道的关键部分,其抗弯刚度对管片环的内力及整体性能均有重要的影响,使得接头抗弯刚度的取值显得尤为重要.本文以广州地铁盾构隧道使用的管片为研究对象,采用三维有限元法,利用通用有限元软件ADINA,在建立精细有限元模型的基础上,计算得到正负两方向及不同偏心距荷载下接头变形的特点和接头的抗弯刚度.从而可知,正弯曲刚度具有一定的非线性性质,线性回归得到的刚度量值为1 236.7kN·m/rad;负弯曲刚度曲线为线性,线性回归得到的刚度量值为2 295.1 kN·m/rad.接头刚度受接头内力组合的偏心距影响,偏心距越大,接头刚度越大.在接头的模拟计算中,有必要建立和实际相同的数值模型,从而避免各种误差.     

基于现场监测的注浆式单榫接头性能分析

基于国内在长春地铁2号线预制装配式地铁车站结构的现场施工和运营全过程监测数据,对位于拱脚的注浆式单榫接头进行内力和变形分析,研究注浆式单榫接头在不同阶段的性能,并与数值计算值进行对比分析。结果表明：拼装成环之后,接头的凹凸榫彼此咬合,榫头表现出弯曲作用;覆土回填之后,接头以抵抗矩作用为主;覆土回填以及水位恢复对接头变形和受力起到正向作用;施工扰动结束直至通车运营之后,测试结果较为稳定,注浆式单榫接头整体内力和变形较小,安全余量较大。     

盾构管片接头抗弯刚度影响因素研究

研究目的:推导盾构隧道管片接头抗弯刚度计算公式,研究不同影响因素作用下接头抗弯刚度的变化规律.研究结论:管片接头的接触面有效高度和接触面偏心距对管片接头抗弯刚度的影响显著,因此管片结构设计中,通过改变管片接头构造尺寸来调整管片接头刚度是一种有效的手段.     

附加张力装置对注浆式榫槽接头力学性能的影响研究

为研究注浆式榫槽接头附加张力装置的作用特性,在论述接头附加张力装置构造的基础上,基于接头试验结果分析加力棒位于不同受力性质区域的特性,明确附加张力装置的作用是延缓破坏和增加接头延性;然后,以长春装配式地铁车站结构为例,对其所采用的各种类型接头的附加张力装置进行实际作用分析;最后,基于注浆式榫槽接头算法针对不同附加张力装置的设置从预紧力大小和加力棒位置两方面对接头承载性能影响进行研究。结果表明：对于设置附加张力装置的接头,建议将加力棒设置在受拉侧,轴力较小时,适当增大加力棒预紧力值可以提高接头后期承载能力;较大预紧力值对接头承载非线性段起到明显作用,但对线性段影响甚微。对于附加张力装置在受拉侧接头,当预紧力足够大时,接头构造允许范围内将加力棒设置在距中心轴一定距离处能够发挥加力棒对接头后期承载的提升作用;对于附加张力装置在受压侧接头,应避免较大加力棒预紧力并尽量设置在距离中心轴较近位置。     

大断面越江电力管廊隧道管片接头力学行为研究

为了探究盾构隧道管片接头力学性能,基于苏通GIL综合管廊隧道工程,采用有限元软件ANSYS建立用三维精细化数值模型对其接头力学参数和破坏过程进行计算和分析,并采用试验方法对接头力学行为进行分析,将试验结果与数值计算结果进行对比分析。结果表明:接头竖向位移、接头转角和接头抗弯刚度与接头内力关系曲线具有明显的分段线性或非线性特征,其中接头竖向位移和接头抗弯刚度与弯矩的关系曲线可以分为两段,接头转角与弯矩的关系曲线可以分为3段;轴力对管片接头的各项力学参数均有不同程度的影响;正弯矩接头的破坏始于外弧面混凝土压溃;试验得到的接头力学参数和数值计算结果均呈现出相同的变化规律,验证了数值计算的可信度。     

螺栓对高轴压盾构管片接头抗弯性能影响研究

在大埋深、高水压等特殊条件下进行盾构隧道管片结构设计时,具有复杂接缝面的管片接头形式得到广泛运用,为具体探究其抗弯性能以及螺栓的作用,采用有限元软件Abaqus,结合具体工程实例,建立大直径盾构隧道管片接头三维非连续接触模型,针对高轴压作用下管片接头的变形特征、抗弯性能和承载能力进行对比分析。计算结果表明:(1)对于大直径盾构隧道管片接头结构,有无螺栓工况之间极限承载弯矩的差值随着轴力的增大而逐渐减小。结构体系失稳前同一弯矩下有无螺栓工况之间的张开量差值随着轴压的减小而逐渐增大;(2)高轴压作用下管片接头接缝面混凝土压溃破坏时螺栓尚未进入屈服阶段,且随着轴力的增加,有无螺栓工况下接头抗弯刚度的相对数值差异显著减小;(3)较之有无螺栓工况,对于高轴压盾构管片接头变形特征和抗弯刚度的影响而言,两种不同等级螺栓的区别不大。总体来说,随着轴压的增加,螺栓对于管片接头的变形控制和抗弯性能提升的贡献逐渐减小。     

暗挖地铁车站大跨度拱形中板的设计研究

为实现地铁车站站台层大跨度无柱功能,以青岛地铁1号线薛家岛站拱形中板的设计为背景,运用有限元方法分析研究不同形式中板在静力及地震作用下的结构受力特性。分析结果表明:(1)静力分析中,拱形中板较其他形式中板而言,仅轴力值较大,其余内力及变形值均相对较小;跨中弯矩在外侧水土压力作用下为负弯矩,并呈正比例变化;受空间作用影响,洞口梁及节点处应力集中明显,梁扭转效应明显。(2)抗震分析中,E2、E3作用下得出中板时程位移曲线,最大层间位移角均满足规范限值要求; E2作用下,拱形中板构件内力较非地震工况增幅约25%。     

黏土中圆形低真空隧道管片结构内力分布及其影响因素

针对盾构隧道管片结构在不同环境下的受力性能,建立基于修正惯用法的力学模型,推导出圆形低真空隧道管片结构内力的解析解;以武汉黏土作为模拟地层,分别采用修正剑桥模型和弹簧模型,模拟分析圆形低真空隧道结构的内力分布;在获得解析解和2种数值解的基础上,对比分析特定工况下3种方法得到的隧道管片结构内力分布,探讨真空力、弯曲刚度有...     

地铁出入口大跨度接口梁数值分析

建立空间计算模型对地铁出入口大跨度接口梁的内力等进行数值分析,提出接口梁空间计算模型及其内力计算结果,对比传统平面简化计算模型的内力结果,得知空间计算模型结果更接近接口梁的真实受力状态,接口梁的扭矩不是受力的控制性因素,而接口梁的弯矩接近弹性支座梁的弯矩。     

基于结构受力模式主动调整的高速铁路单线隧道预制拼装衬砌设计选型研究

基于荷载-结构模型分析了不同等级围岩条件下350 km/h单线隧道断面整体衬砌内力特征.在此基础上,通过主动调整结构受力,在整体衬砌对应的弯矩极大值处将衬砌结构分为7部分进行预制,分析了不同围岩等级下接头刚度对预制装配式衬砌受力与变形的影响.结果表明:相对于整体衬砌,Ⅲ,Ⅳ,V级围岩条件下预制装配式衬砌最大轴力分别增加5.6%,6.5%,7.3%,最大弯矩分别减少39.9%,43.0%,54.6%,最大横向位移分别增加22.4%,36.4%,64.7%,最大竖向位移分别增加41.8%,44.6%,52.5%;边墙、拱脚和仰拱安全系数略有下降,拱顶和拱肩安全系数大幅增加,接头刚度不宜大于45 MN·m/rad.     

铁路大跨度连续梁拱组合桥结构参数研究

为了解结构设计参数对铁路大跨度连续梁-拱组合桥受力特性的影响,进而对今后同类桥梁设计提供引导作用,以兰渝线广元嘉陵江特大桥为工程背景,研究矢跨比、拱轴线形状、拱梁刚度比这3个设计参数对桥梁结构力学特性的影响。分析结果表明:矢跨比对拱肋轴力和拱脚、主梁中跨弯矩影响显著,取值在1/4~1/5时较为合理;1.6次抛物线、2.4次抛物线及圆弧线作为拱轴线时,拱脚截面弯矩过大,2次抛物线或悬链线作为此类桥型的拱轴线较为合理;拱梁刚度比对结构轴力影响较小,对拱肋弯矩影响较大,随拱梁刚度比的增大,拱肋分担的弯矩显著提高。     

盾构法隧道纵向地震响应特性

采用土—结相互作用的动力有限元法,引入无长度的3自由度弹簧单元模拟纵向螺栓接头,分析行波波长、地基刚度与阻尼对盾构法隧道纵向地震响应的影响。分析结果表明:行波从水平方向输入时有突变弯矩产生,突变弯矩随波长和阻尼的增大而减小,而地基刚度系数对突变弯矩的影响相对较小;行波作用下,产生的接头最大轴力及最大弯矩值均随波长的增大而减小,而地基刚度系数及阻尼系数取值对最大弯矩值的影响较小。因此,建议在实际工程设计计算中要重视输入地震动参数的选择,且取较小的阻尼系数。