静力荷载作用下微观负泊松比锚杆的本构模型

微观负泊松比(NPR)锚杆具有高应力和高均匀延伸的力学特性,但其本构模型的研究还不够深入。故对此开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的拉伸试验,研究了静力拉伸过程中微观NPR锚杆的应变场演化规律,得到了静力荷载作用下微观NPR锚杆的应力-应变关系曲线。基于试验结果,建立了微观NPR锚杆的本构模型,并将该本构模型嵌入到ABAQUS有限元软件中,开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的数值分析。对比试验结果和数值分析的结果可以看出,两者具有较好的一致性,表明所建立的本构模型能够较好地表现微观NPR锚杆的力学特性。

UHPC-NC接头管廊工作井抗剪性能影响参数分析

为解决混凝土预制管廊工作井接头(NC接头)在大荷载作用下易发生剪切破坏的问题,提出了一种UHPC-NC接头形式,即把超高性能混凝土(UHPC)材料局部应用于管廊工作井接头部位。采用ABAQUS有限元软件建立三种UHPC-NC接头管廊工作井模型,系统分析了接头高度、螺栓预紧力和UHPC强度等参数对UHPC-NC接头抗剪性能的影响。结果表明,接头高度、螺栓预紧力、UHPC强度和螺栓数量的增大增多均会提升三种UHPC-NC接头管廊工作井抗剪承载力和刚度,而接头长度增加会降低这三种UHPC-NC接头管廊工作井的刚度。

LRS FRP加固既有人防剪力墙的抗冲击试验研究

大应变FRP(large rupture strain FRP)材料较传统FRP具有更大的断裂应变,为探究大应变FRP加固既有人防工程剪力墙的抗冲击性能,分别采用聚对苯二甲酸乙二醇酯FRP(polyethylene terephthalate FRP,PET FRP)和聚萘二甲酸乙二醇酯FRP(polyethylene naphthalene FRP,PEN FRP)加固人防工程剪力墙并开展冲击试验,与未加固的人防工程剪力墙试验与数值结果进行对比分析。结果表明:基于数值模拟所得到的破坏形态与试验现象吻合良好,均为典型的受弯破坏;相较于未加固墙,FRP能大幅提升人防工程剪力墙的极限承载力和抗弯刚度,显著降低跨中挠度;PEN FRP加固较PET FRP加固能提供更好的抗变形能力,进而减轻墙体冲击损伤,但PET FRP较PEN FRP应变范围更广,可提供更好的延性;此外,FRP加固均能显著提升剪力墙的耗能能力,其中PET FRP加固墙的耗能能力要优于PEN FRP加固墙。

低裙摩擦型吸力式基础及其可贯性对比试验

为进一步优化吸力式基础结构,减小“土塞”效应,提高吸力式基础的可贯性与承载力,文中提出了低裙摩擦型吸力式基础模型。通过室内模型试验对比研究了不同吸力式基础模型的负压(P)-沉贯量(y)曲线。给出沉贯力、沉贯阻力与沉贯量之间的关系,结合试验数据分析了不同桩型之间的差异,对比得出各类桩型的可贯性及沉贯量。结果表明,低裙摩擦型吸力式基础可贯性良好,能有效减小“土塞”效应,提高桩体承载力。

城市地下结构抗震研究进展

城市地下结构,尤其是隧道、地铁、地下车站、地下管线系统,是现代社会公共基础设施的重要组成部分。考虑到城市地下结构对生命和经济的重要性,对城市地下结构进行适当的抗震设计是非常必要的。通常认为地下结构的抗震性能优于地面结构,然而在近年的大地震中,已有城市地下结构严重破坏甚至完全坍塌的多个案列报道。报道介绍了工程师在地下结构地震效应设计中所采用的定量方法,而这些新近的震害现象也揭示了现行抗震设计方法的一些重要缺陷。讨论和强调了改进地下结构地震性能和设计的最主要需求。认识到地下结构受到强地震引起的地基变形和扭曲而非惯性力作用,以及地下结构特殊的几何构型和概念特征使得其地震行为和性能与地面结构存在很大差异,是非常重要的。从简单的解析弹性方法到复杂且物理意义更精确的整体动力数值方法,目前有多种有效的地下结构抗震分析方法。对地下结构震害、动力离心机和振动台模型试验,以及工程师在地下结构抗震分析中可能遇到的有效设计与分析方法等方面涉及的重要问题进行了简要和全面的回顾。

高地应力条件下地下厂房开挖动态卸荷引起的变形突变机制研究

分析了高地应力条件下地下厂房高边墙变形突变的形成机制,认为地应力动态卸荷引发的围岩松动是导致地下厂房高边墙变形突变的重要原因之一。基于瀑布沟地下厂房高边墙变形突变的实测资料,利用理论分析和数值模拟,计算了高地应力准静态和动态条件下地下厂房开挖卸荷引起的厂房高边墙的水平向位移。与实测资料对比表明,在动态卸荷过程中,结构面的张开和滑移是引起地下厂房围岩变形突变的主要原因,而在准静态卸载条件下,这种结构面张开变形却并不明显。在实际工程中应考虑开挖引起的地应力动态卸荷效应,尽量减小每次开挖对围岩扰动,谨防引起变形突变甚至失稳破坏。

装配式地铁车站拆撑工况下围护结构内力及变形分析

以青岛市某装配式地铁车站为例,基于审查角度采用数值模拟方法研究设计方案在装配环拼装过程中因“换撑拆撑”工况引起的围护墙变形及内力变化趋势,得出以下结论:①拆撑工况下按平面验算钢支撑受力较笼统且不安全,设计时应考虑施工步序的空间影响范围;②采用支撑加密方案可降低钢支撑内力及围护墙变形,但加密3跨与加密1跨对结构变形和内力影响基本相同,对于地质条件好的地段可酌情采取不加密方案,提高施工效率;③装配环回筑过程中加强监测频率,尤其是拆撑后及时监测,监测点宜按第1道混凝土支撑位置及间距布设;④围护结构和主体结构间的肥槽宜按第1道混凝土支撑间距及时回填,可有效限制围护墙侧向位移发展。相关研究可为其他采用内支撑围护体系的装配式地铁车站设计审查提供参考和借鉴。

大直径盾构施工近距离斜交下穿既有车站影响分析

以高增隧道下穿3/9号线高增站为背景,基于Midas GTS NX软件建立三维仿真模型,对大直径盾构近距离斜交下穿既有车站问题进行研究。研究表明,盾构穿越过程中既有车站结构变形以沉降为主,沉降量最大的位置为车站底板;盾构穿越过程中,施工作用对既有车站的影响为前半段大于后半段,车站中部受影响的程度较高,施工中应对车站中部底板加强监测与保护。

岩质隧洞围岩稳定性分析与强度参数的探讨

长期以来,地下洞室围岩的稳定性一直是大家关心的问题。现阶段,研究者多采用有限元法计算的应力、位移和塑性区大小来判断围岩的稳定性。事实上,以这样的方法来判断围岩的稳定性有很大的随意性,因为位移、塑性区大小与围岩稳定性没有严格的定量关系,而且随诸多因素改变。笔者尝试将极限分析法应用到岩质隧洞围岩稳定性分析中并提出计算隧洞剪切与拉裂安全系数的方法,由此求得潜在破裂面和安全系数,评价岩质隧洞稳定性和设计合理性。另外,笔者提出了各类隧洞岩体的稳定性标志并且依据安全系数来反推岩体的强度参数,从而使各类围岩强度参数值更接近实际。

可液化场地上三拱立柱式地铁地下车站结构地震反应特性振动台试验研究

开展了近、远场地震动作用下可液化场地上三拱立柱式地铁地下车站结构大型振动台模型试验。分析了模型地基的加速度、孔压、地表震陷及模型结构的加速度、应变。结果表明：模型地基的孔压累积经历了缓发展、急增长两个阶段;模型地基的加速度Arias强度释放时刻与孔压急增长阶段的起点时刻相对应,加速度Arias强度峰值较大的工况,模型地基孔压比峰值也较大;模型地基孔压场分布呈现出小震时模型结构底部液化程度较低、大震时场地底部液化程度较低的现象。强地震动作用下,模型结构发生了显著的上浮;模型地基、模型结构均表现出对低频相对发育的地震动反应更为强烈的现象。强震作用下,浅层可液化土在循环流动过程中发生了由于剪切刚度瞬态突增而导致峰值加速度瞬时急增的现象。模型结构中柱为此类型车站的最不利构件,附拱在与竖向成±（30°-60°）区域内应变反应较大,中庭上拱在45°位置处应变反应较大;随着模型结构拉应变幅值的增加,模型结构自振频率不断衰减。主观测面测点和次观测面测点的拉应变幅值均存在不同程度的差异,模型结构的应变反应存在空间效应。

抗浮作用下大底盘底板后浇带施工影响研究

为研究抗浮水位改变对沉降后浇带施工质量的影响,依托实际工程,利用Midas GTS建立结构施工阶段抗浮水位计算模型,研究不同水位高度对结构的影响情况,提高了地下水的降水限值。后浇带封闭时,利用传感器得到后浇带浇筑后28 d内温度、应变的变化数据,结合理论分析,得到以下结论:提高降水安全高度后,根据规范要求,待沉降后浇带两侧结构沉降稳定后浇筑混凝土,后浇带的浇筑质量可以满足设计要求;此外在施工时应采取加强防水措施,避免钢筋锈蚀。

某大型城市地下空间项目楼板应力分析

大型城市地下空间结构平面尺度大、功能多样,结构楼板在温度作用、楼板开洞等复杂因素的影响下呈现出较为复杂的应力状态。以某大型地下空间项目为例,对地下结构温度荷载取值需要考虑的因素进行了详细的介绍,采用MidasGEN建立了有限元模型,对超长结构在温度荷载作用下的楼板应力进行了分析。同时,针对地下室顶板开设较大的洞口,对土压力作用下洞口周边板带的受力进行了较为深入的研究。结果表明:在温度作用下,结构楼板在较大洞口周边、墙体转角处存在应力集中的现象,在下沉广场处温差较大,楼板应力相对较大,结构设计应进行有针对性的加强。在土压力的作用下,局部板带呈现出平面内受弯的受力特点,应加强楼板的配筋构造,对靠近洞边区域楼板根据计算应力进行配筋设计。有关分析方法和结论可供同类工程项目参考。

盐岩储气库运营期稳定性评价研究

针对国内盐岩矿床的特点,建立了盐岩地下储气库运营期稳定性的多层次、多指标综合评价体系,并定义了盐岩地下储气库运营期稳定性等级标准。根据试验数据和数值模拟结果,构建了各评价指标的评分模型,得出了各评价等级相应评价指标的量值。采用AHP方法分析得到了描述层和指标层参数的权重。分别应用可拓法和模糊综合评价法对西气东输工程金坛储气库西1库进行运营期稳定性评价,两种方法评价结果一致,并与实际情况吻合,表明建立的盐岩地下储气库运营期稳定性的多层次、多指标综合评价体系能客观反应储库的实际稳定情况,具有较高的推广价值。

基于遗传算法的不同地下结构特征板跨最经济配筋研究

文章建立了基于遗传算法的地下结构特征板跨最经济配筋率数学模型,将板最经济配筋率求解问题转化为最优化问题。数学模型考虑了承载能力极限状态和正常使用极限状态,分析了地下结构不同板跨、不同覆土厚度时最经济单位板宽费用、最经济配筋率变化规律,得到了最经济单位板宽费用拟合公式,再进一步研究了最经济板配筋率与钢筋、混凝土综合单价的关系,为地下结构板结构设计优化提供支持。

超长大体积混凝土地下结构温度效应的确定及仿真

为了防止超长钢筋混凝土或者大体积混凝土结构出现温度裂缝而降低结构的耐久性能,需要对结构进行温度场和温度应力分析.基于热传导的基本理论阐述了超长大体积混凝土结构地下室温度场确定的方法,并以某实际超长大体积混凝土结构的地下室为例,确定了其结构内外部温度边界条件的取值,运用有限元软件ANSYS模拟了其运行期升温和降温2种最不利工况下的结构温度场,并对结构进行了温度应力计算分析.结果表明:对于超长结构或者大体积混凝土结构,在构件厚度方向存在温度梯度变化,在构件结点处也存在着分布复杂的温度场;离结构刚度中心越远,温度变形量越大;在墙转角、墙板接触、洞口下方均存在温度应力集中现象,且应力从这些地方向周围逐渐减小.

地下水浮力对地下建筑结构安全的影响

为研究地下水浮力对地下建筑结构产生的损伤特征和机理,通过一典型工程实例的结构变形和裂缝原因分析,并结合有限元程序对结构变形和变形后刚度变化的模拟计算,对地下水浮力作用下造成的结构变形机理,混凝土梁、柱、墙裂缝特征,以及对结构安全的影响进行研究。研究结果表明:当地下水浮力超出地下建筑自身重量,地下建筑在浮力作用下产生隆起变形和整体上移的趋势,而在周边挡墙处该上移趋势受土体约束,致使各柱、墙竖向变形不一致,导致结构构件开裂甚至局部破坏。损伤后的结构刚度大大降低。结构的总体损伤程度与平面尺寸相关,并受平面短边尺寸的控制,且结构构件损伤呈现周边大于中部的特征。

沉管隧道接头地震动力响应分析

以港珠澳桥隧工程中的沉管隧道为工程实例,建立沉管隧道部分管段的三维有限元模型,并采用ABAQUS有限元软件对其进行动力计算。计算中考虑了地基土层的初始应力平衡和地基无限域的辐射阻尼效应影响,地震作用通过基岩运动以惯性力方式施加,分析了隧道管段及沉管接头部位的应力和位移。在水平向和竖直向地震共同作用下,管节的竖向相对位移要比水平向大很多;沉管接头附近的管节单元具有较大的应力,主要是由于接头材料发生变化,容易发生应力集中现象。计算结果可供沉管隧道设计参考。

与地裂缝正交马蹄形地铁隧道动力响应模拟分析

在地铁隧道—地裂缝动力相互作用模型试验中,拟采用点荷载的加载方式。为了合理制定模型试验加载方案,建立了点荷载和移动荷载2种加载方式下,与地裂缝正交的马蹄形隧道—地裂缝—地层动力相互作用的数值模型。通过对2种加载方式下的拱底土层竖向最大位移、土层最大加速度分布、土层加速度时程以及衬砌加速度时程进行对比分析,可以得出在2种加载方式下,拱底竖向最大位移、土层加速度分布、土层加速度时程以及衬砌加速度时程在分布上有相近的规律,从而说明了在模型试验中,可以用点荷载加载方式来代替移动荷载,为模型试验提供了依据。

兰州地铁下穿黄河砂卵石地层中盾构刀具破岩的数值计算

针对兰州地铁首次盾构下穿黄河砂卵石地层,选用线弹性模型和扩展的线性Drucker-Prager塑性模型模拟卵石材料的本构关系,建立盾构刀具在砂卵石地层的破岩的数值计算模型,分析了刮刀切削速度为0.6 m/s、0.8 m/s、1.0 m/s、1.2 m/s;切削深度为6 mm、9 mm、12 mm、15 mm、18 mm;切刀间距为12 cm、16 cm、20 cm、24 cm;刀具前角为10°、15°、20°、25°的几种不同情况下对黄河砂卵石地层的破岩效果。根据计算结果得到刮刀前角为20°时卵石的等效应力发生突增提供破岩应力,破岩效果最好;另外还分析了滚刀间距分别为8 cm、12 cm、16 cm、20 cm、25 cm、30 cm、36 cm时的破岩效果,在滚刀间距取12～16 cm之间时破岩效果最佳。

深埋长大隧道交叉段衬砌裂缝成因分析与处治

通过对某高速公路深埋隧道主、横洞交叉段开洞侧主洞衬砌裂缝的现场检测及性状分析,研究对比了可能引起衬砌开裂的各种因素,得出了开裂的主要原因,认为隧道交叉段地层工程地质情况复杂,构造应力在应力场构成中占有很大比例,水平应力要比竖向应力大,且在横洞开挖后,主洞开洞侧截面承载能力一定程度上有所削弱,衬砌受力不均匀,出现应力集中现象,从而导致混凝土开裂;基于现场地质参数及裂缝成因初步分析,利用有限元分析软件对衬砌开裂段的应力场及位移场进行了模拟,模拟结果验证了现场成因分析所得结论的正确性;基于现场裂缝实际情况,提出了详细的裂缝处治措施,可为今后解决类似隧道衬砌开裂问题提供参考。