波纹钢结构高温压弯性态数值模拟与理论分析

通过建立有限元模型的方法,对波纹钢结构在高温下的压弯性态进行研究,并结合理论设计方法提出了波纹钢结构N-M-T(轴力-弯矩-温度)曲面。研究结果表明:波纹钢结构受力变形与破坏特征与常温时基本一致,但高温下结构的初始刚度和极限荷载均有所降低;温度低于500℃时,温度升高对波纹钢结构力学性能影响并不明显,超过500℃时结构力学性能迅速劣化;根据波纹钢结构截面(N,M,T)坐标点与N-M-T曲面的相对位置关系,可初步判断此时结构的安全性。

波纹钢-混凝土复合结构高温压弯性态研究

波纹钢-混凝土复合结构因其强度较高且施工高效已逐渐应用于隧道支护中,但波纹钢板由于无混凝土的保护,在高温下性能劣化严重。依托云南省普洱市高山寨隧道,利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析,研究波纹钢-混凝土复合结构在不同温度和不同偏心距正负弯矩作用下的多工况高温压弯性态。研究结果表明,随着温度的升高,波纹钢-混凝土复合结构中和轴逐渐上移,初始抗弯刚度和极限荷载逐渐下降;当温度>500℃时,结构性能降低幅度最大,宜将500℃作为结构重点关注温度。

考虑高温的钢材广义Mises屈服准则研究

在钢材等各向同性材料的弹塑性研究中,经典Mises屈服准则因与试验数据吻合度较高而被广泛应用。然而,经典Mises屈服准则是基于某一个固定温度(一般是室温)建立的,并未考虑火灾高温等温度变化带来的影响,相关研究也较为罕见。温度在钢材火灾高温力学性能的研究中是一个重要的参数,该文基于能量理论研究温度对Mises屈服准则的影响,进而推导建立考虑温度影响的广义Mises屈服准则,并基于相关的钢材高温拉伸试验数据对文中所建立的广义Mises屈服准则的合理性进行验证。研究表明:(1)在温度固定不变时,经典Mises屈服准则与文中所建立的广义Mises屈服准则一致,这表明经典Mises屈服准则是该文建立的广义Mises屈服准则的一种特例;(2)该文所建立的广义Mises屈服准则理论计算结果与4种钢材在不同温度下的试验结果吻合较好,验证了所建立的广义屈服准则的合理性。

单侧卸荷诱发深基坑的不对称性变形特性与机制

随着城市更新的推进,越来越多的基坑在既有邻近基坑造成的单侧卸荷条件下施工,表现出与常规基坑不同的变形特性和机制。为此,依托上海某单侧卸荷的深基坑工程(34.3m),统计分析了现场监测数据(地下连续墙侧移、墙后土体侧移、周边地表沉降、支撑轴力和墙后土压力),揭示了软土地区单侧卸荷诱发的深基坑不对称变形特性,并初步探讨了其发生机制。结果表明:单侧卸荷引起了地下连续墙侧移的不对称性,卸荷侧侧移减小76%,非卸荷侧侧移增大72%,进而导致非卸荷侧地表沉降最大值增加1倍以上,这是卸荷侧土压力减小、围护结构整体水平位移和卸荷方向支撑等效刚度变化3种机制综合作用的结果。在类似工程的设计施工中,应充分考虑基坑的不对称变形特性,选取合适的等效支撑刚度进行计算,并针对卸荷/非卸荷侧制定合理的监测预警指标。

连拱隧道设计荷载的确定方法

为了给连拱隧道的设计计算提供理论依据,并为以后扩大修建连拱隧道提供支持,提高中国的连拱隧道设计水平,尽可能地减少连拱隧道中隔墙设计的随意性,基于双塌落拱的假定,即认为隧道松动压力的计算值应在半结构宽度与整个开挖宽度相应的松动压力之间取值,并结合现场监测数据,提出了一种新的连拱隧道的荷载确定方法,建立了深、浅埋连拱隧道荷载模式。最后将该方法应用于云南思小高速公路连拱隧道设计中,取得了良好的经济和社会效益。

龙山浅埋大跨度连拱隧道施工方案优化分析

连拱隧道在线路平面、洞口位置选择上均较分幅修建隧道优越,其所占比例也越来越大。而按照我国公路隧道设计规范设计连拱隧道时,常将围岩和支护结构隔离开来,分析结果不能完全反映施工过程的实际情况,故有必要对连拱隧道施工方案进行优化分析。针对龙山隧道具有浅埋、大跨度、连拱的特点,建立了连拱隧道施工动态有限元分析程序,模拟三导洞法和上下台阶法开挖双连拱隧道的施工过程,并通过对拱顶沉降、地表沉降、中墙应力、围岩稳定性的分析,从施工工序与施工力学角度对2种施工方法的优劣进行比较分析,从而使得实际隧道施工方案得到优化。

三元乙丙橡胶密封垫长期防水性能预测研究

为对盾构隧道密封垫长期防水性能进行预测,通过总结以往的密封垫性能预测方法与老化试验方法及成果,参考以往研究将老化试验温度控制在90℃以内、老化时长控制在168 h以内,开展哑铃Ⅰ型三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)热氧老化试验,分析EPDM试件拉断伸长率、拉伸强度和拉断永久变形率的变化规律,给出化学层面的解析,并与以往EPDM密封垫老化试验结果进行对比。根据试验结果认为:EPDM拉断伸长率和拉断永久变形率的衰减是EPDM密封垫防水能力下降的原因之一,EPDM拉伸强度对EPDM密封垫防水能力影响较小,采用EPDM单个拉伸性能指标老化规律预测密封垫长期防水能力不可靠。最后,基于阿伦尼乌斯方程的动力学曲线直化法,预测EPDM拉断伸长率100年后的老化系数约为37%。

基于地层–结构法的沉管隧道三维数值分析

为分析沉管隧道的整体沉降以及接头张开、剪切变形等工程关注问题,重点研究了基于地层-结构法的沉管隧道建模方法,探讨了隧道初始地应力平衡、施工顺序的模拟、材料的本构模型以及接触关系的模拟等主要问题;通过建立港珠澳沉管隧道模型验证上述方法的可行性,并分析了初始地应力平衡的效果、隧道沉降变形以及接头相对变形,得到如下结论:①进行地应力平衡后的土体应力场与土层埋深近似成正比,位移场基本为0;②20 m回淤土荷载引起港珠澳沉管隧道最大沉降增量约为9.6 cm,航道处清淤会产生明显的回弹变形,对沉降变形的影响范围约超出清淤范围一个管节左右。

电力隧道超大直径顶管施工扰动特性研究

由于顶管工程在经济方面的优势以及控制周围环境水平的提升,而得到广泛应用,但目前顶管扰动特性方面的研究多数限于中小顶管,未考虑超大直径顶管的特殊性。对上海世博电力电缆隧道顶管施工进行了现场监测,并主要分析了水-土压力变化曲线,测试结果反映了超大直径顶管顶进5阶段的扰动特性。工程经验表明,超大直径长距离顶进成功的主要作用因素有3个:泥浆套作用、开挖面控制和姿态动态调整。最后对泥浆套在顶管中的形成过程以及扰动作用机制进行了研究,泥浆套在注入、泥膜形成以及整体发挥作用的过程中具备填充、支承、隔阻、润滑等作用。

盾构隧道施工中材料性态的模拟

针对盾构隧道施工中注浆材料、衬砌管片接头等的特性分别提出模拟方法，然后将建立的盾构隧道施工模拟的有限元程序应用于日本大皈地铁7号线盾构隧道施工的力学分析中，并将计算结果与现场量测值进行了比较分析．

类矩形盾构同步注浆压力分布与影响试验分析

类矩形盾构法隧道施工中,同步注浆的压力分布是控制隧道周边地层稳定及地表沉降的关键。类矩形盾构隧道由于其几何形状具有特殊性,会导致浆液产生一定淤积,影响浆液的流动和充填,可能出现浆液充填不均匀的现象。文章通过采用宁波轨交3号线类矩形盾构隧道缩尺模型进行的同步注浆模拟试验,借助于注浆压力、地表位移、分层沉降及测斜数据,分析了类矩形盾构隧道同步注浆模拟试验过程中注浆压力的变化及空间分布规律,并对周围土体的稳定性进行了测试和研究。

基于暗挖法的浅埋洞室支护新方式及其工程应用

为满足浅埋大跨度地下洞室内壁保持原貌、避免大开挖以保护地表环境以及降低支护造价等要求,提出一种基于暗挖法的浅埋洞室支护新方式。这是一种内嵌支护方式,即在覆盖层中植入纵横向小隧道棚支护结构,形成围岩与支护结构共同作用的支护体系。该支护方式可在浅埋洞室工程中有效地控制围岩发挥其部分自承载能力。将该支护方式应用于某旅游景点的大跨度浅埋地下洞室中,监测数据表明该支护方式可行,围岩的自承载比例达47%。

动态监测及其在四车道公路隧道施工中的应用

目前四车道公路隧道的设计和施工经验相对不足,因而监控量测工作显得尤为重要。动态监测作为一个重要概念在文中得到阐述,认为监测工作是一个循环过程,需要在实践中不断修正;给出了完善的动态监测工作流程图,为工程类比和分析提供依据。同三、京珠国道主干线绕广州公路东环段龙头山隧道属单洞四车道特大断面公路隧道,进出口Ⅱ类围岩段地质条件恶劣,采用双侧壁导坑法施工。结合该工程,比较分析了设计的监测方案和结合工程实际所采取的监测方案,将动态监测应用于实践,论述了贯彻动态监测的重要意义。

管节-接头的弹性地基梁法及顶管施工模拟分析

针对曲线顶管工程的特点 ,通过建立管节 -接头力学模型及弹性地基梁法 ,对顶管施工的顶力、管接头张开量、管段内力、土体抗力及土体的稳定性等进行了计算与分析 ,研究成果在大口径小半径曲线顶管施工实践中的成功应用 。

类矩形盾构同步注浆可视化试验技术与分析

随着城市建设的发展,地下空间资源也日益紧缺,传统圆形盾构隧道断面利用率低的缺点也凸显出来。因此断面利用率较高的异形断面盾构隧道不断出现,其中类矩形盾构隧道是近年来较为热门的研究方向。在盾构隧道施工中,同步注浆是控制地面沉降及上浮、保障施工顺利进行的重要环节,而目前对传统的同步注浆工艺研究主要局限于注浆效果的研究,而对浆液本身流动及填充机理研究涉及很少。与圆形盾构相比,类矩形盾构隧道由于其扁平度较高,会导致浆液产生淤积,不利于缝隙的填充,容易产生浆液充填不均匀等现象,因此更加需要对浆液在盾尾间隙中的流动过程进行深入研究。文章通过利用有机玻璃类矩形盾构隧道模型进行同步注浆过程的模拟试验,对浆液在缝隙中的充填过程和试验过程的可视化进行了分析;通过得到的数据与照片等,结合相关分析软件,深入地探究了类矩形盾构隧道注浆压力的分布形式以及浆液的流动充填机理。

考虑脆性围岩张拉破坏的终南山超大直径深竖井稳定性分析

脆性围岩中常常发生张拉破坏,有必要对检验脆性围岩的抗张拉承载能力的判据进行研究。在此基础上对张拉破坏判据如何在工程应用进行了研究。采用数值分析对比分析了常见断面形式的较大张应变区域,为断面的合理选型提供了参考。提出了基于张应变破坏区的锚杆设计方法,认为锚杆的设计长度应略长于最终的张应变破坏区的厚度。最后将张拉破坏判据应用于终南山2号超大直径深竖井工程稳定性分析中。通过三维有限元模拟分析表明:按照张拉破坏判据,秦岭终南山2号竖井I级围岩在开挖后,仅进行喷射混凝土支护,便可保持稳定;Ⅲ级围岩在施加按张应变破坏区设计的锚杆后,围岩也可以保持稳定。

杭州运河广场超大深基坑围护设计

浙江拱宸桥运河广场、运河博物馆及地下商城基坑，总面积超过了20000m^2，最大开挖深度10．6m，基坑四周有拱墅区人民政府、地下管线、道路、老拱宸桥及其它建筑物需加以保护，且地基土层条件复杂，设计难度较大。经多方案比较，最终确定采用土钉与支撑桩墙复合围护结构型式。复合土钉支护稳定浅层土体，而对下部土体的支挡，则采用钻孔灌注桩加一道环形钢筋砼支撑的形式。

大口径急曲线钢筋混凝土顶管施工技术

通过理论与实践的紧密结合,给出了可供大口径急曲线顶管设计与施工所采用的参数、工艺方法和设备等,具有很大的可操作性。

管棚-箱涵工法中管棚作用分析与设计方法研究

随着城市交通系统的快速发展,开发地下空间成了必经之路,下穿越技术的应用也越来越多。针对下穿越技术最大的难点之一,即如何控制穿越施工对上覆土体的扰动影响,对管棚支护技术的设计应用作了研究。在长大管棚的支护作用下,可以有效防止对周围土体的扰动影响,快速、安全地完成箱涵顶进施工。文中对管棚中钢管间距进行多角度的分析研究,并对管棚承载、卸载作用进行归纳分析,提出了相应的设计方法。

连拱隧道设计荷载及其计算模式研究

连拱隧道在线路平面、洞口位置选择等均较分幅修建隧道优越。在西部地区,特别是云南地区由于受地形条件的限制,连拱隧道成为中短高速公路隧道的主体。本文基于双塌落拱的假定,即认为隧道松动压力的计算值应在半结构宽度与整个开挖宽度相应的松动压力之间取值,提出了一种新的连拱隧道荷载确定方法。其中墙顶部荷载较拱顶荷载大,这与接触压力实测值是一致的。另外,在目前连拱隧道的设计计算中,一般把中墙与二衬当作梁杆单元来考虑,不能很好地模拟连拱隧道这种特殊结构,给计算带来较大误差。本文针对目前普遍采用的三层中墙连拱隧道,将广义结点有限元应用于连拱隧道设计计算中,建立广义梁单元计算方法。该方法能考虑结构的实际厚度和几何尺寸,又能给出工程所需的轴力、弯矩和剪力等结构内力,从而可以很好地模拟结构的实际受力情况。本文同时考虑了三层中墙连拱隧道二衬与中墙的相互作用问题,以期对连拱隧道的设计计算有指导作用。