武汉大道跨铁路斜拉桥主跨现浇段支架设计

武汉大道跨铁路桥采用独塔双索面预应力混凝土箱梁斜拉桥,跨度布置为138 m+81 m+41 m.该桥主跨MB15～MB21节段桥面宽度由47.680 m渐变至50.499 m,采用支架法现浇施工.现浇支架设计为桩柱式四跨连续梁结构,主要由基础、立柱、柱项横梁、贝雷梁、防护结构等组成,其中立柱顺桥向设5排,横桥向设8排(Z1～Z3)和6排(Z4、Z5).为检验施工阶段现浇支架及中跨合龙时主梁主体结构的安全性,采用MIDAS软件建立主梁MB15～MB21节段与支架的整体模型,计算支架主要结构的受力及变形;建立主梁现浇段悬臂端模型,计算合龙段施工前主梁现浇段悬臂端的主拉应力和位移,计算结果表明施工阶段现浇支架及合龙时主梁的安全性均满足规范要求.     

矩形波纹钢地下综合管廊结构受力特征分析

针对矩形波纹钢地下综合管廊结构,采用大型有限元软件建立三维精细化数值模型,详细地探究了超载、地质条件与埋深三种关键因素对矩形波纹钢地下综合管廊结构受力变形特征的影响规律,系统地揭示了矩形波纹钢地下综合管廊结构最不利受力位置。研究结果表明超载条件下矩形波纹钢地下综合管廊结构应力峰值比无超载条件下应力峰值增加了45.2%,地质条件对结构变形和受力影响较大,结构应力、横向扩张变形和结构沉降量均随埋深的增大而增大。     

大跨度预应力连续刚构桥悬臂现浇段应变监测和分析

通过对大跨度连续刚构悬臂现浇段根部断面应变测试,按叠加法推导出实际应力大小,并将其与理论应力进行比较,表明大部分实测值小于理论计算值。在连续刚构悬臂现浇段,综合考虑混凝土徐变影响来计算混凝土的实际应力,能够有效地判定结构的真实应力状态。     

钱江隧道横通道变形缝力学行为分析

大直径公路隧道横通道设置与否以及如何设置问题一直存在较大争议,而横通道结构的力学行为规律研究对评估和控制其设置风险具有重要意义。为深入探究横通道变形缝在不均匀变形和抗震性能影响下的力学行为规律,确定其最佳设置位置,以钱江隧道工程的设计方案为基础计算模型,基于钱江隧道工程地质环境特点,提出4种相对变形模式,建立钱江场地人工波,分别从不均匀变形和抗震性2个角度,建立有限元分析模型,研究不同变形缝设置工况下主隧道及横通道的力学行为规律,进而寻找变形缝最佳设置位置,并确定其容许差异变形量。通过研究分析得出,综合考虑不均匀变形和抗震性的影响,钱江隧道横通道变形缝的最佳设置位置为距离相邻主隧道边缘1.2 m处,变形缝容许差异变形不宜小于6 cm。     

不同截面形式的波纹钢综合管廊结构受力性能分析

本文依托平遥古城基础设施提升改造项目中综合管廊建设工程,针对波纹钢综合管廊结构,利用有限元软件构建不同截面形式的三维土层-结构数值模型,探究不同截面形式对波纹钢管廊结构受力特点及变形规律的影响。揭示了不同断面形式的波纹钢管廊结构最不利受力位置,最后分析了超载作用对波纹钢管廊结构受力性能的影响。研究结果表明：矩形断面波纹钢综合管廊结构受力性能良好。圆形断面和马鞍形断面结构腰部位置横向变形和内力最大,而矩形断面结构四个角处节点的变形和受力最大。不同断面形式的管廊结构底部均向内收缩变形,且管廊结构竖向变形量比横向变形量大,因此在实际工程中应关注波纹钢管廊结构变形量,尤其是结构竖向变形。     

不同截面形式的波纹钢综合管廊结构受力性能分析

本文依托平遥古城基础设施提升改造项目中综合管廊建设工程,针对波纹钢综合管廊结构,利用有限元软件构建不同截面形式的三维土层-结构数值模型,探究不同截面形式对波纹钢管廊结构受力特点及变形规律的影响。揭示了不同断面形式的波纹钢管廊结构最不利受力位置,最后分析了超载作用对波纹钢管廊结构受力性能的影响。研究结果表明：矩形断面波纹钢综合管廊结构受力性能良好。圆形断面和马鞍形断面结构腰部位置横向变形和内力最大,而矩形断面结构四个角处节点的变形和受力最大。不同断面形式的管廊结构底部均向内收缩变形,且管廊结构竖向变形量比横向变形量大,因此在实际工程中应关注波纹钢管廊结构变形量,尤其是结构竖向变形。     

简支梁桥桥面连续结构力学特性理论分析

针对简支梁桥桥面连续结构易出现开裂、漏水和啃边等常见的病害问题,基于线弹性理论,采用结构力学方法推导了在汽车活载与温度效应联合作用下桥面连续结构的应力求解公式,并以某工程实例为算例,利用ABAQUS有限元软件对所推导的应力公式进行了验证。通过对桥面连续结构受力性能的综合分析,得出其主要影响因素有桥面连续结构的厚度、无黏结段长度和所用材料种类。最后,对这些影响参数进一步分析,得出了上述各参数对连续桥面结构受力和跨中挠度的影响程度以及影响桥面连续结构受力的最显著参数。结果表明:推导得到的桥面连续结构简化计算公式能够较精确地计算结构在汽车活载、温度效应等作用下的受力特征;随着铺装层厚度的增大,桥面连续段混凝土铺装层上、下表面的受力均有较大幅度的减小,上表面最大受力与厚度大致呈线性关系;当采用沥青混凝土与不采用沥青混凝土的桥面铺装层构造时,两者上表面最大主拉应力基本相同,但后者的下表面最大拉应力远大于前者;铺装层选择沥青混凝土面层与混凝土现浇层的组合设计较为合理;增加混凝土铺装层厚度和设置无黏结段是较为有效的改进方案,其中以设置无黏结段效果最好;每跨的无黏结段长度设为跨长的5%左右能够显著减小桥面连续结构的最大拉应力;研究结果可为简支桥梁桥面连续结构的受力计算及较为精确的设计方法提供理论指导。     

西安地区不同线型预制式管廊地震稳定性数值分析

为研究因工程场地高程差造成的折线型预制式管廊的地震稳定性问题,以西安纬一路段预制式地下管廊工程为例,使用ABAQUS软件对直线型和折线型管廊进行三维有限元动力计算,对比分析不同线型管廊在地震荷载作用下管廊结构的变形和加速度、拼接缝的变形、锚栓结构的受力及损伤特性的响应规律。研究发现:1)折线管廊在x轴(横向)、z轴(纵向)的最大水平位移分别在管廊埋深变化段靠近浅埋处和管廊埋深变化段靠近深埋处管廊底板附近,表明了管廊结构高程变化点为变形敏感点;2)折线管廊拼接缝在地震中和地震后的张拉变形很小,而横向和竖向滑移变形较大,其中横向水平滑移变形最大;3)折线段管廊的损伤值比直线段管廊混凝土管节的损伤值更大,且折线管廊损伤主要发生在倾斜段的管节,其中多以拉伸损伤为主。在实际设计工作中,应提高折线管廊区域的管廊强度。     

三塔四跨悬索桥支撑体系方案比选北大核心

温州瓯江北口大桥主桥初步设计为(230+2×800+358)m三塔四跨悬索桥,中塔采用混凝土A形塔。为得到三塔四跨悬索桥合理的支撑体系方案,优化结构性能并降低设计难度,以该桥单层分离式钢箱梁方案为背景,提出5种中塔支撑体系方案、4种边塔支撑体系方案,采用BNLAS软件建立主桥空间有限元计算模型,分析主缆抗滑安全系数、支座反力、塔侧吊索内力、主梁应力、桥塔应力。结果表明:中塔、分离式钢箱梁采用四跨连续体系,在中塔横梁上纵向设置1排支座、横向间距40.5m设置2个支座,在边塔横梁上纵向设置1排支座、横向间距30.9m设置3个支座时的结构受力性能最优。     

高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构安全性分析

为研究高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构的安全性,依托木寨岭隧道衬砌裂损段,通过现场监测和数值模拟的方法,分析高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构变形受力特征,进而分析结构的安全性。现场监测结果表明： 衬砌裂损重新施作后,前3层支护几乎承担了所有的围岩压力和变形,通过层层支护、分层抵抗的方法来逐渐降低衬砌受力,保证衬砌结构的安全。通过数值计算对比分析衬砌重新施作前后的隧道受力变形状态,其中重新施作后衬砌各位置混凝土应力和钢筋应力增长趋势均不明显,计算得到衬砌裂损重新施作段结构安全系数均处于3.3~8.1,各位置安全系数均大于规范中的要求值,说明结构处于安全状态。     

襄阳东西轴线项目沉管预制局部块体试验研究

襄阳市东西轴线项目沉管预制采用节段整体式全断面顺浇法，具有高强度、大断面、大体积的特点，管节控裂难度较大。为验证混凝土配合比、施工工艺以及裂缝控制措施的可行性及可靠性，采用Midas FEA软件，进行沉管管节在设计工况下的水化热温度应力数值仿真模拟计算，分析管节浇筑过程中混凝土内部温度及应力变化情况。数值仿真结果表明，管节连接处抗裂安全系数较低。进而选取理论开裂风险最高的边墙倒角位置和施工难度最高的中隔墙倒角位置进行模型试验，实际模拟钢筋及预埋件施工工序，全面检验原材料、配合比和混凝土施工性能的可靠性，并布设智能温度监测系统。通过局部块体试验，合理优化钢筋及预埋件的结构形式和安装工序，验证混凝土性能并优选施工配合比；同时，通过提出的原材料温控标准对模型试验进行温度智能监测数据分析。     

节理岩体中纵向间距对连拱隧道稳定性的影响

为了研究双连拱隧道左右幅开挖对临洞的影响,以云南省晋红高速公路蔡官营隧道为研究对象,采用块体离散元软件3DEC中的黏结块体模型建立数值模型,模拟分析双连拱隧道一侧开挖对临洞拱顶沉降和围岩节理破坏范围的影响。研究结果表明：该模型能够合理地表征蔡官营隧道纵向间距过大或过小时现场出现的异常变形及结构破坏等现象;开挖过程中,无论是先行洞或后行洞开挖都会造成临洞拱顶沉降值增大及围岩中张拉、剪切破坏节理数量的增加,且破坏的节理主要以剪切滑动破坏为主,说明除了位移、应力外,节理破坏数量的变化也可作为围岩所受扰动大小的判断依据。然后以多个指标为判断依据,研究该隧道左右幅掌子面不同纵向间距对隧道围岩及支护结构的影响,进而确定合理的纵向间距;根据先行洞掌子面附近拱顶沉降值变化得出合理间距不小于30 m,根据张拉失稳节理面的数量得出合理间距为20~40 m,根据处于滑动状态的节理数量得出合理间距为30~40 m,根据发生滑动节理数总和得出合理间距为20~40 m,根据中隔墙的水平位移得出合理间距为20~40 m,根据二衬弯矩值得出合理间距不大于40 m,综合所有判断依据,得出隧道左右幅掌子面纵向间距应介于30~40 m（隧道净空的2~2.5倍）之间。在后续施工过程中,将左右幅掌子面纵向间距严格控制在该范围内,最终隧道顺利实现了贯通。     

大直径盾构隧道斜螺栓环缝抗剪特性研究

以大直径盾构隧道施工过程中管片上浮错台问题为背景,研究大直径盾构隧道环缝结构的抗剪特性,从结构承载力角度提出有效且可控的抗浮措施,并深入探究环间错台对隧道结构的影响,以确定大直径盾构隧道环间变形控制标准,减小隧道环间错台引起的管片损伤。以深圳妈湾跨海通道为依托,基于材料塑性损伤本构,考虑管片接缝细部构造,根据相关管片环缝剪切原型试验对接缝抗剪数值模拟方法的有效性进行验证。随后,利用数值模拟研究了环向接缝顺剪、逆剪和切向剪切时的错台现象和破坏特征,分析了斜螺栓、凹凸榫对环缝抗剪特性的影响,为大直径盾构隧道环缝结构的抗浮设计和安全评价提供依据。研究表明:环缝剪切错台数值计算结果与试验结果吻合良好,能够有效揭示接缝剪切过程中结构的变形特点和损伤特性;环缝接缝的剪切错台过程较为复杂,呈阶段性特征,螺栓和凹凸榫的受力状态是决定接缝抗剪特性的关键因素;凹凸榫能显著提高接缝抗剪刚度和承载力,但也带来接缝应力集中和张开过大等问题,设计和施工过程中需充分考虑接缝刚度和变形的适应性;基于环缝错台损伤分析,提出了环缝变形的三级安全评价指标,大直径盾构隧道接缝变形必须控制在Ⅱ级以内,以保证隧道的结构安全和正常使用性能。     

襄阳汉江沉管隧道新型装配式钢端封门研究及应用

在安装与拆除传统现浇混凝土结构端封门与焊接式钢端封门时，作业效率低下，且会产生废气。为解决该问题，基于襄阳汉江沉管隧道项目，研发新型装配式钢端封门，以实现沉管隧道端封门的循环利用。在所研发的新型装配式钢端封门接缝内安装三元乙丙橡胶条，通过柔性橡胶条的受压变形，实现接缝的止水功能，并通过室内试验对止水橡胶条的水密性及压缩变形特性开展研究；然后，进行新型装配式钢端封门的构造与安拆工艺设计，并对其受力与变形特性开展数值仿真与现场监测。研究结果表明： 1）拼装错位量及接缝宽度为关键指标，当端封门子块与沉管结构间的接缝宽度小于15 mm时，可保证40 m水深下接缝不漏水；当相邻端封门子块间的接缝水平错位量小于40 mm及接缝宽度小于15 mm时，可保证30 m水深下接缝不漏水。2）研发的具有横移行走、纠偏、升降、仰角调节等功能的安装台车，可快速精准地实现端封门子块的空间姿态调整。3)随着沉管单元下沉深度增加，端封门H型钢部件的弯曲应力与弯曲变形呈线性增大趋势，但均未超过设计值。     

盾构隧道管片接头三维精细化数值模拟研究

针对现有盾构隧道管片接头构造数值模拟难以准确反映接头实际受力和变形过程的问题,以苏通GIL工程管片接头为研究对象,建立三维精细化接头数值模型,模型采用实体单元模拟接头混凝土、螺栓、套筒、垫片等构造并在螺栓上施加预紧力,采用梁单元模拟钢筋。通过接头抗弯足尺试验验证数值模型计算结果的准确性,进而分析螺栓连接状态对于接头抗弯性能的影响。结果表明： 1）所建立的接头三维精细化模型能较好地反映接头在压弯荷载作用下的变形规律,与接头抗弯足尺试验结果的对比表明其具有较好的计算准确度; 2）正负弯矩作用下,无螺栓时接头总体上更易发生张开和竖向变形,正弯矩下有无螺栓对于接头张开、竖向变形的影响较大且与轴力和弯矩有关,负弯矩下两者之间的差距较小且基本不变; 3）接头采用斜螺栓连接时,正弯矩下有无螺栓对于接头抗弯刚度的影响较负弯矩下更大。     

大跨度软岩公路隧道仰拱承载性能及安全性研究

以陕西宝汉高速公路连城山隧道(双洞六车道)绿泥石片岩段为例,分析了大跨度软岩公路隧道仰拱病害原因,建立了隧道仰拱的弹性地基曲梁模型,推导了仰拱结构内力、仰拱地基反力等计算公式,分析了原设计仰拱二次衬砌极限承载力和受力规律,评价了原设计仰拱结构安全性;在此基础上,探讨了各仰拱参数对仰拱极限承载力的影响规律及敏感度,计算了参数变更后仰拱二次衬砌的极限承载力,并结合仰拱受力测试,进一步考察了参数变更后仰拱结构安全性。结果表明：隧道墙脚以沉降变形为主,导致仰拱两端承受很大的竖向荷载,而原设计仰拱本身承载力较弱,加上仰拱地基软弱并且受地下水的软化效应和高应力下的蠕变效应影响,是连城山隧道仰拱开裂破坏的主要原因;仰拱最危险截面距离仰拱端部约为半幅仰拱相应圆心角的1/5~1/4处,即位于墙脚附近,与现场观察到的墙脚附近仰拱回填开裂、仰拱与仰拱回填脱离等破坏现象一致;增大仰拱厚度、减小仰拱半径、增大仰拱钢筋直径和减小仰拱钢筋间距均能显著提高仰拱极限承载力,其中减小仰拱钢筋间距的效果相对最为显著;而由于仰拱最危险截面的受压区高度很小,提高混凝土强度等级对于改善仰拱整体安全性并不显著;参数变更后的仰拱二次衬砌采用C35钢筋混凝土,厚度为1 m,半径约为13.4 m,钢筋直径为28 mm,钢筋间距为20 cm,极限承载力可达原设计的3.6倍以上,结构安全性大幅提高;为提高材料利用率,建议仰拱混凝土强度等级采用C30。     

粉土层越江盾构隧道结构受力演化分析和安全评价方法——以苏通GIL综合管廊为例

为了研究粉土层越江盾构隧道结构受力演化过程以及提出对应的隧道结构安全评价方法,依托苏通GIL综合管廊工程,以水陆交界粉土地质区段错缝拼装盾构结构为对象,采用梁单元嵌入方式,建立考虑斜螺栓连接构造的三维仿真计算模型,分析泥砂淤积和淤滩作用下管片结构应力分布与变形裂损发展过程,揭示外力影响下结构力学损伤演化规律;进而结合设计、规范要求及类似工程实例,提炼粉土层隧道结构长期安全变形控制指标,制定基于最不利原则的安全评价分级标准。研究表明： 1）在淤积和淤滩作用下,结构损伤次序均为混凝土达单轴抗压强度、混凝土达三轴抗压强度和钢筋屈服; 2）淤积工况的竖向收敛依次为606、81、1138 mm,淤滩工况的竖向收敛依次为861、1172、1479 mm,淤滩导致的竖向收敛13~15倍于淤积工况收敛,计算数据基本符合工程经验; 3）取便于监测的钢筋应力、螺栓轴力和接缝张开作为长期健康监测变形控制指标,根据结构损伤状态和设计要求,制定4级评价标准。     

高速公路分岔隧道施工过程稳定性分析与监测研究

分岔隧道连拱段至小净距段的过渡处,中墙由钢筋混凝土变为原岩,施工过程十分复杂。采用三维数值方法和施工现场监测相结合的方法研究了分岔隧道施工过程中的稳定性,数值模拟了无支护开挖和施加锚喷、二次衬砌支护后隧道的受力及稳定性。计算结果表明,支护后稳定性显著增强,与现场监测结果对比一致,隧道整体稳定性较好,但是中墙产生较大的应力集中,靠近连拱段的小净距段稳定性较差;锚喷、衬砌支护对于减缓围岩应力集中程度,减少塑性区、降低位移量有明显效果。最后在保证隧道安全的基础上提出了隧道支护的优化措施。     

钢筋混凝土直螺栓管片接头抗弯极限承载力的简化计算模型

为了研究盾构隧道混凝土管片中轴力对接头极限弯矩的影响,将螺栓连接的混凝土管片接头简化成梁模型,建立混凝土管片接头极限承载力的计算模型。基于弯矩作用下管片接头截面平面变形假定,推导管片接头截面力平衡和弯矩平衡表达式,建立受拉区螺栓应力与受压区高度和混凝土极限应变之间的关系。以北京地铁隧道和上海地铁隧道管片为例,分析轴力对混凝土管片接头极限承载力的影响,并研究管片接头的破坏方式。研究表明,地铁隧道管片接头的极限承载力随着轴力的增加而增加,将解析模型计算结果与有限元模型结果进行对比,验证了所提出计算模型的准确性。