软硬不均地层盾构隧道荷载模式研究

系统考虑隧道埋深、滑移面形式、侧压力系数与地层的关联,提出一种适用于软硬不均地层的盾构隧道荷载模式。对于浅埋隧道,基于椭球体理论推导极限状态下滑移面为椭圆的侧压力系数及竖向松动土压力表达式,并构建力学平衡方程推导侧压力计算式;对于深埋隧道,考虑软硬不均地层突变性并对太沙基理论滑移面宽度进行合理修正,推导对应的围岩压力计算式;再结合软硬不均地层分界线位于隧道水平中线上方、下方2类典型工况,推导出隧底反力表达式;最后结合工程实例对所提荷载模式进行验证。结果表明:与修正惯用法荷载体系相比,所提方法得到的软土-硬土隧道顶部、下半拱竖向土压力与实测值的误差分别缩小74%和172%;相较于软土-硬土隧道,该方法应用于土层-岩层隧道时,计算得到的下半拱竖向土压力、隧底侧向土压力与实测值的误差更小,即所提荷载计算模式更符合隧道实际受荷状态,且当隧道埋深与开挖直径之比较大以及下部地层越坚硬时,其适用性越强。

关于矩形明(棚)洞土压力荷载模式的探讨

由于现有规范中明(棚)洞荷载不能完全体现回填土石与结构的相互作用,为确保结构设计安全,从现有规范中荷载规定出发,采用力学分析和理论推导,分析回填土石明(棚)洞结构的荷载模式,推导荷载计算公式,并采用数值分析和工程案例进行验证。研究表明:目前规范中棚洞荷载均忽略了结构侧上方回填土体对结构顶板产生的荷载作用,该部分土体作用以附加水平力和附加竖向力的形式传递至结构顶板,呈三角形分布形式,可通过库仑土压力理论的演化公式进行计算。附加荷载对结构产生不利影响,随着回填坡度的增加,对结构的影响越明显,尤其是对外侧墙的剪力影响尤为突出。工程案例对比研究表明,考虑附加荷载时理论计算可反映出外侧墙发生剪切破坏,与现场实际破坏模式相同,表明考虑附加荷载的荷载模式与工程实际相符。在明(棚)洞结构设计中,需考虑附加荷载作用的影响,否则可能导致结构处于不利状态。

不同荷载模式作用下饱水沥青路面结构动力响应对比分析

目的探讨不同荷载模式下饱水沥青路面结构的水损害机理,改进和完善沥青路面防排水设计方法.方法基于沥青混合料的渗透试验和多孔介质流固耦合理论,采用非线性有限元方法,对比分析了碗形分布荷载和均布荷载作用下饱水沥青路面结构各力学场量的变化并进行数值模拟分析.结果在均布荷载和碗型荷载两载模式下,饱水沥青路面结构内部各力学场量的时程变化特性相类似,均随着车轮动荷载的作用过程表现出波动性和滞后性,孔隙水压力对体积应力和应变影响较大.与均布荷载下计算结果相比,碗形分布荷载作用时上面层内最大正孔隙水压力高0.18倍,下面层底部最大水平拉应力和最大水平拉应变分别高0.14倍和0.15倍,中面层底部最大竖向压应力和基层底部最大竖向拉应力分别高0.23倍和0.03倍,路表最大竖向位移高0.07倍,面层内最大剪应力高0.05倍.结论在碗形分布荷载作用下,饱水沥青路面更容易产生水损害.采用接近于实际车轮荷载的碗形分布荷载模式来开展饱水沥青路面动力响应分析更为合理.

深埋双圆盾构隧道衬砌荷载模式及其接头效应分析

双圆盾构隧道在我国的应用才刚刚起步,其力学特性尚未完全认识和把握。为进一步揭示双圆盾构隧道的力学特性,在分析盾构施工特点和双圆盾构隧道结构形式的基础上,提出基于Terzaghi公式的深埋双圆盾构隧道地层荷载模式,并采用梁-弹簧模型对双圆盾构隧道进行了接头不同转动刚度的接头效应分析,对比了梁-弹簧模型和匀质圆环模型的分析结果。分析表明:纯粹按照匀质圆环模型进行双圆盾构隧道结构设计将难以保证其安全,建议在采用匀质圆环模型进行双圆盾构隧道设计时,同时采用梁-弹簧模型进行校核。

高地温隧道荷载模式及二次衬砌安全特性研究

为解决高地温隧道衬砌结构受力特性不明晰问题,以川藏线桑珠岭超高地温隧道为工程依托,采用现场试验和热-力耦合数值计算手段,研究二次衬砌在高地温环境下的力学特性和安全特性,提出高地温隧道荷载设计方法。结果表明:高地温隧道二次衬砌施作后10 d内应力变化较大,20 d后趋于稳定;最大拉应力位于拱顶处,最大压应力出现在边墙处;高地温隧道荷载修正系数可表示为围岩初始温度的多项式关系;衬砌内外侧压应力均随围岩温度升高呈现出增大趋势,但各点增大速率存在一定的差异,拉应力值随温度呈波动增长;最小安全系数出现在拱顶,随围岩温度的升高而降低,当温度高于60℃时,存在被破坏的可能性;二次衬砌最大裂缝宽度位于拱顶处,随着温度升高,裂缝宽度增大。

盾构隧道管片衬砌荷载模式比较分析

地下结构的荷载分布计算是非常复杂的 ,针对上海某越江盾构隧道 ,采用梁—弹性铰—地基系统计算模型 ,就水土压力合算与分算、侧向土压力和水压力的分布形式等设计了几种荷载模式 ,并分别计算分析比较了管片衬砌结构在这些荷载模式作用下的内力分布和变形特性 ,并从中得出了一些有价值的结论。

高层结构塑性铰分布在不同荷载模式下的求解

目前,关于pushover水平荷载模式的研究成果已经有了很多。然而,已有的研究存在如下几个局限性:1.仅选取结构能力曲线和目标位移(顶端、层间)作为结构的性态指标;2.选取的结构模型多为中低层结构。为了考察pushover方法在高层结构的应用,选取了2个高层钢筋混凝土框架剪力墙结构,以结构的塑性铰分布为性态指标,分别进行不同荷载模式下pushover分析计算,给出了各荷载模式的优劣顺序。

沥青超重车道路不同荷载模式及其影响分析

以一沥青超重车道路路面结构和德国140t升降框架车为例,对比分析5种超重车荷载作用模式及其对同一路面结构弯沉和应力的影响;也分四种不同路面结构,用同一荷载作用模式,对比分析了不同路面结构和材料参数对弯沉的影响。结果表明,超重车不同荷载作用模式对同一沥青路面结构的弯沉和应力影响较大;在修正K模式超重车荷载作用下,路面分层与材料特性对弯沉及其随深度变化有较大影响;按JTJ014—97《公路沥青路面设计规范》给出的荷载计算的道路弯沉明显小于其他4种荷载模式的计算结果,而应力计算结果没有明显差异这一分析结果可供沥青超重车道路路面结构设计与评估时参考。

高墩连续刚构墩身温度荷载模式研究

连续刚构是一种超静定的结构体系,受外界环境尤其是太阳辐射引起的局部温差效应通常难以准确计算。该文依据某工程实际和气象资料,利用有限元软件Ansys中的热分析功能计算出桥墩在一天内的温度分布情况。在此基础上综合了现行相关规范与经验公式的优点,拟合并简化了适合桥墩的温度荷载模式。

不同荷载模式作用下双层软黏土地基压缩特性研究

天津滨海吹填场区典型的"上软下硬"的双层软黏土地基具有复杂的物理性质和工程特性,其在不同荷载作用模式下的变形特性有所不同,在工程实践中往往会产生较大的工后沉降和不均匀沉降,从而导致修建于其上的建筑物出现诸多工程问题。现阶段对于不同荷载作用下吹填场区形成的"上软下硬"双层软黏土地基的变形特性及机理研究甚少,导致理论研究远远落后于工程实践,制约了吹填场区经济建设的快速发展,因此对此类地基的变形特性展开研究显得尤为重要。基于此,本文针对吹填场区"上软下硬"的双层软黏土地基,开展了反复荷载和恒定荷载作用下的一维固结试验和扫描电镜试验(SEM),得到了不同荷载模式作用下的压缩特性及其微观机理,为吹填场区双层软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明:双层软黏土地基的压缩系数和固结系数在反复荷载作用初期明显减小,而后缓慢减小直至趋于稳定;与反复荷载相比,恒定荷载作用下试样的压缩系数初期值增加,固结系数初期值减小,其变化量均在40%~50%的范围内;当荷载等级一定时,反复荷载作用引起双层软黏土地基产生的沉降量相比于恒定荷载作用多30%~45%;随着荷载等级的增加,土样内部大孔隙受到挤压而减少,孔隙的圆度和定向性加强,土体结构更密实,均一化程度提高;相比于恒定荷载模式,反复荷载作用下土样内部孔隙形状更接近于圆形,孔隙定向性更好,土体内部结构强化程度大,但有序性相对较差。

超重车道路不同荷载模式影响的分析研究

介绍几类超重车荷载的作用模式及其参数 ,结合德国 14 0t升降框架车 ,提出了经过修正的超重车荷载作用模式。以某一沥青超重车道路为例 ,分析超重车不同荷载作用方式对路层结构弯沉和应力的影响。计算结果表明 ,超重车不同荷载作用模式对沥青路面结构所产生的弯沉和应力影响规律有很大的不同 ,这一结论可供超重车设计和沥青超重车道路路层结构评估时参考。

ISO荷载模式下绍兴路跨线人行桥动力响应分析及舒适性评估

该文以绍兴路跨线人行桥为工程案例,以ISO荷载模式进行了动力相应分析,并将结果应用于跨线人行桥。

双箱单室钢箱梁摊铺沥青混凝土时的温度荷载模式

城市中小跨径钢桥逐渐采用沥青混凝土摊铺,沥青混凝土高温摊铺会对桥梁结构产生影响,需建立沥青混凝土高温摊铺时的温度荷载计算公式对不同类型桥梁进行分析。采用ANSYS建立钢箱梁节段瞬态热传导模型,分析浇筑式沥青混凝土摊铺过程中双箱单室钢箱梁温度场的分布特征。根据仿真结果建立了温度荷载计算公式,并利用热-结构耦合分析模型与梁单元模型讨论温度荷载公式在梁单元模型中的适用性。研究结果表明:采用温度荷载计算公式计算支座纵向位移时误差较小,计算支座竖弯转角时误差较大,计算支座竖向反力及梁体竖向位移时误差在10%以内。

人行桥行人荷载模式综述

综述了各国学者在大量实验基础上提出的行人荷载规律性,进而得出描述行人荷载的计算公式,为人行桥设计提供了理论依据。

不同荷载模式下沥青混合料的动态模量依赖模型

为准确地描述沥青混合料动态模量的温度和荷载依赖性,分别开展了不同条件下4种沥青混合料的两点弯拉和三轴围压动态模量试验。基于时温等效原理,采用Boltzmann函数模型建立了基准频率为10 Hz的沥青混合料弯拉和三轴动态模量主曲线,分析了试验方法对沥青混合料动态模量的影响,构建了不同荷载模式下的基于温度和荷载参数的沥青混合料动态模量依赖模型。结果表明:沥青混合料弯拉和三轴动态模量的主曲线整体变化趋势一致,前者对应的温度区间更为狭窄,相同条件下弯拉动态模量小于三轴动态模量,对温度的依赖性更强;在高温区域,沥青混合料动态模量具有显著的荷载依赖性,弯拉和压缩荷载分别起到软化和硬化作用;宽温度域范围内,温度与荷载耦合作用下,沥青混合料的性状将发生线性弹性体-线性黏弹性体-非线性黏弹性体的转变。考虑荷载作用温度敏感区间的沥青混合料弯拉和三轴动态模量依赖模型,拟合效果良好,可靠度高,可较为准确地表征不同受力状态时沥青混合料动态模量的温度和荷载依赖性。通过模型得到的动态模量计算值与试验实测值具有较高的一致性,为获取沥青混合料真实的模量值提供了一种有效途径,后续可用于路面结构计算来验证两种模型的可靠性和适用性。

基于隧道荷载模式的仰拱力学分析

针对隧道耐久性存在的问题,给出了隧道设计模型,对底部反力为0、底部反力为顶部荷载的50%、底部反力等于顶部荷载三种情形下的荷载模式进行了分析,并对各种情形下的结构内力进行了比较,得出了一些有益的结论。

几种荷载模式在解放路隧道设计中的应用

针对京津城际延伸线解放路隧道下穿津山铁路的现状,对解放路隧道塘沽站端明挖段隧道主体结构的计算进行了分析研究,主要就Z-K荷载和动应力荷载的不同荷载组合模式进行了探讨。

精细化风荷载作用模式下输电塔的动力响应研究

为研究精细化风荷载作用下输电塔的动力响应特性,采用高频天平测力试验获得横担和塔身及其主要杆件的体型系数,采用节点集中加载和均布加载两种风荷载作用模式,计算了高压输电塔在不同加载模式下的风致动力响应以及风振系数,并与规范结果进行对比分析。研究表明:相比试验结果,规范建议的体型系数偏低,由此得到的结构位移、加速度和杆件内力响应均偏小,但按规范方法得到的风振系数偏大;与节点集中加载方式相比,均布加载模式下塔身的总体位移和加速度响应基本不变,横担的位移和加速度响应略有增加;横担主杆、腹杆和塔身斜撑的截面最大应力均有不同程度的明显增加,而塔身主杆的截面最大正应力变化不显著。风荷载加载模式对横担的内力响应影响较大,但对塔身主杆的内力和整塔的风振系数影响较小。

push-over方法中一种考虑高阶振型影响的水平荷载分布模式

针对高层结构分析时push-over方法无法合理考虑高阶振型影响这一缺陷,从楼层质量、刚度、振型参与系数等影响因素出发,提出了一种可以考虑高阶振型影响的固定水平荷载分布模式．通过拟合β谱。合理选择10条三类场地的地震波,设计4个抗弯钢框架算例,采用弹塑性时程分析方法进行对比分析．根据反应结构损伤的楼层层间侧移角这一指标,验证了水平荷载分布模式的合理性．

竖向不规则结构Pushover分析的侧向荷载分布模式研究

侧向荷载分布模式的选取是Pushover分析中的一个关键问题,尤其当高振型影响显著和结构不规则时其选取直接影响Pushover分析结果。针对竖向不规则多高层结构楼层侧向刚度突变的特点,从楼层质量、侧向刚度、振型参与系数等影响因素出发,提出了一种改进的固定侧向荷载分布模式。对四种竖向不规则形式的结构在不同侧向荷载分布模式下进行Pushover分析,并与时程分析结果进行比较,研究了不同侧向荷载分布模式Pushover分析结果的有效性和适用性。计算结果表明,采用改进的侧向荷载分布模式进行Pushover分析,不但可以找出各种竖向刚度不规则形式的结构薄弱层,而且还具有较高的精度。