大跨度钢网架顶升技术及施工监测研究

以某正放四角锥钢网架结构总装车间为研究对象,系统阐述了其顶升施工技术及要点,并且对施工过程与监测数据进行分析,提高了施工的安全稳定性。研究表明:通过顶升法施工提高了网架安装的整体稳定性,充分利用安装空间,缩短了施工工期,并且保证了网架的拼装质量。在顶升过程中网架最大位移均出现在网架边缘,且均产生向下位移,最大值为26.383 mm;顶升点附近杆件应力普遍大于其他杆件,且最大应力为63.85 MPa;由于顶升点上升高度差异及外界环境影响导致顶升过程中杆件应力变化较大,2次应力监测的最大差值为44.475 MPa;从各点监测值得到钢网架的真实受力状态,且网架的监测数据和模拟数据的最大误差在20%以内;落座卸载后最终监测变形下挠为6 mm,与模拟计算数据基本吻合,满足设计要求,以期对类似网架结构安装提供经验借鉴。

千斤顶单元法在大跨度钢屋盖拆撑过程数值模拟中的应用

大跨度钢屋盖拆撑过程分析是目前大型工程建设中常遇到的施工力学问题,其求解的难点在于千斤顶工作机理、临时支撑与主体结构脱离和接触以及临时支撑回弹现象的模拟,尚未得到有效解决。基于通用有限元软件平台,利用其模块中的只压不拉杆单元和经典梁单元的独特性质,把这两个特性不同的单元并联在一起,通过耦合单元两端相应节点的自由度和修正单元的刚度,构造一种组合型千斤顶单元。引入刚化系数α和软化系数β,分别对杆单元和梁单元的轴向刚度进行修正,研究给出了α和β的取值范围,使组合千斤顶单元具有实际千斤顶的性质。建立了拆撑过程分析的千斤顶单元法,能够模拟拆撑过程中千斤顶和临时支撑的工作机理及其与主体结构之间的相互作用。算例分析表明,千斤顶单元法理论正确,应用方便,可以用于实际工程中拆撑过程的模拟,能够分析主体结构及临时支撑内力和变形的变化历程。

大跨度钢结构屋盖拆撑过程数值模拟的千斤顶-间隙单元法

大跨度钢结构屋盖拆撑过程数值模拟的难点在于千斤顶工作机理的模拟、临时支撑与主体结构脱离及再接触的模拟、以及临时支撑的回弹现象.基于经典梁单元,构造了模拟千斤顶工作机理的只压不拉梁单元.建立了一种新的拆撑过程数值模拟方法:千斤顶-间隙单元法.该方法在千斤顶上端点与主体结构相关联节点之间设置一个两节点间隙单元,把千斤顶单元和间隙单元串连起来,通过对两个单元进行力学状态的判定及其参数的改变来模拟临时支撑与主体结构的脱离和接触.计算结果表明,所编制程序可有效模拟大跨度钢结构屋盖的拆撑过程.

海冰与自升式海洋平台相互作用GPU离散元模拟

在海冰与自升式海洋平台结构的相互作用过程中,冰载荷是影响平台结构振动响应和疲劳寿命的重要因素.采用具有粘接--破碎效应的离散元模型,可对海冰与自升式海洋平台结构作用中的海冰破碎特征及相应冰载荷进行数值分析.针对自升式海洋平台的多桩腿结构特性及其冰载荷离散元分析的大规模计算需求,建立了基于GPU的并行算法并开发了相应的计算程序.为实现离散元分析的高效计算,采用网格排序方法创建单元邻居列表,以快速确定海冰单元间及其与平台结构间的接触模式和作用力.此外,还发展了球体单元与圆柱形结构在不同接触形式下的计算模型.为检验该离散元模型的有效性,对渤海锥体海洋平台结构的作用过程进行了计算,并与现场实测冰力数据进行了对比验证.在此基础上对多桩腿自升式平台结构的冰载荷进行了离散元分析,获得了海冰的破坏特性,确定了不同桩腿上的冰力时程.该模型可进一步应用于不同类型海洋结构的冰载荷分析,为冰区海洋平台的结构设计和现役平台结构的疲劳分析提供参考依据.

自升式平台单桩极限拔桩力的研究

以一座自升式平台单桩拔桩为例,研究具有三角形箱型船体的自升式平台的单桩极限拔桩力计算。简化平台模型的实际构造,应用ANSYS软件建立了三维有限元模型。通过添加抗转空间梁的方法模拟桩靴和土壤对桩腿的约束作用,建立桩腿底端的边界条件;考虑船体的水动力,通过斜坡加载方式模拟船体倾斜对浮力的影响,依据CCS规范校核船体和桩腿的强度,得到了不同拔桩力作用下的船体和桩腿强度曲践图、规范校核值曲线图,插值计算出该平台的单桩极限拔桩力。

钢管混凝土柱顶升与高抛相结合的混凝土浇筑施工技术

以杭州萧山机场三期项目新建T4航站楼钢结构网架底部的钢管混凝土柱施工为例,阐述了不同截面类型钢管柱采用顶升与高抛相结合的混凝土施工工艺。结合项目特点及周边环境情况,通过合理布设混凝土泵送管道至楼面,严格控制混凝土原材质量及配合比,并对钢管柱建立有限元模型进行分析,得出混凝土灌注时对钢管柱本身的应力应变大小,从而更有利于针对性的控制。实践证明了2种施工方法的可行性,为后续类似工程的钢管混凝土柱施工提供了参考。

风暴状态下自升式平台非线性动力分析模型

以风暴状态下的自升式平台为研究对象 ,建立了用于分析平台结构的非线性动力模型。该模型采用改进的NewWave模型描述随机波浪 ,借助非线性弹簧模拟平台结构的桩—土之间的相互作用 ,综合考虑了影响平台结构动力响应的动力敏感性、非线性以及波浪载荷的随机性因素 ;同时以波面极值出现前后的若干载荷循环作用下的结构响应结果作为对平台结构响应的估计 ,大大节省了计算时间。建立了简化的三维有限元结构模型。通过具体实例分析 ,给出了使用该模型进行风暴状态下自升式平台动力响应的计算步骤 ,并对分别采用非线性弹簧模型和传统的铰接模型时的平台结构动力响应进行了对比。计算结果表明 ,风暴状态下自升式平台甲板位移响应极值服从对数正态分布。使用该模型进行自升式平台动力响应分析时 ,能够兼顾模型复杂程度和计算效率 ,这为今后进行自升式平台结构动力可靠性分析奠定了基础。

探地雷达在地下顶管脱空检测中的应用效果分析

为了对顶管周围的脱空和密实情况进行探测,结合工程实例,采用探地雷达对水泥顶管和钢制顶管开展实践探测工作和试验性探测研究;同时,从理论上建立了水泥顶管和钢管顶管的脱空模型,开展探地雷达二维有限单元法正演模拟。研究结果表明:探地雷达对水泥顶管周围的脱空情况进行探测时,能取得很好的效果;探地雷达对钢制顶管周围的脱空情况进行探测时,由于雷达天线与管壁之间的多次反射信号强烈,对脱空的探测效果很差。因此,探地雷达对于水泥制的顶管脱空检测是可行的,而对于钢制顶管的脱空检测需要研究新的无损检测方法、研制新的设备,以便取得好的应用效果。

矩形管廊顶管施工对邻近管线的影响研究

顶管施工引起的地层移动造成邻近管线产生不均匀沉降甚至破坏,而以往研究顶管、土体与邻近管线相互作用的有限元方法大多借鉴盾构的模拟方式,未考虑土体变形受到掘进机约束以及顶推的持续扰动作用的影响,造成计算结果不准确。基于Plaxis 3D平台建立管廊、土体及邻近管线相互作用的三维有限元模型,通过土体收缩率模拟地层损失带来的影响,并结合实测数据提出了适用于顶管施工特点的土体收缩率的确定方法。在此基础上,对顶管掘进参数进行敏感性分析,总结出施工的最优掘进参数。结果表明,基于土体收缩率模拟顶管施工的计算结果与实测数据吻合良好,模拟可靠。与既有研究相比,考虑了顶管施工过程中掘进机约束作用以及顶推持续扰动的作用,这与实际工程更加接近。

基于ANSYS顶升平移装置的优化设计

分析了顶升平移装置的工作特点与工作要求,重点研究了顶升系统的机械结构设计,确定了各个主要部件的结构形式与设计参数。运用三维软件Solid Works建立了该装置的三维几何模型,将其简化后导入ANSYS Workbench有限元分析软件中,建立了有限元模型进行了应力和应变的有限元分析。针对分析结果,对相应零部件进行了优化设计,形成一套强度和刚度满足设计要求,结构设计合理的装置。

4m钢承口钢筋混凝土顶管钢套环结构性能分析

利用数值分析方法,通过建立4 m钢承口钢筋混凝土顶管管节有限元实体模型,对不同壁厚的承口钢套环,在不同顶力条件下、不同偏转角度状态下的内力及变形情况进行分析,为背景工程设计及施工提供理论依据。

大跨重型钢桁架高空连廊结构整体提升安全性研究

本文以某大跨重型钢结构连廊为工程背景,对采用液压整体提升法进行钢结构连廊提升的安全性进行评估并对提升及安装过程进行施工监控。基于有限元模型的计算分析表明,在提升过程中应避免发生结构绕长轴方向发生整体旋转的情况,若在提升过程中发生部分吊点产生位移差(位移差小于等于20mm)和结构绕短轴方向产生整体旋转(角度小于等于10度)的情况,结构性能仍能满足安全提升的要求。通过提升过程中及提升就位后施工过程钢结构连廊挠度及应力的监控表明:钢结构连廊整体提升过程安全有效,在提升就位完成后,其使用性能符合设计要求。

盾构竖井垂直顶管顶升力模型试验及离散元分析

研制室内试验装置,开展盾构竖井垂直顶升施工的模型试验,分析顶管上覆土层的破坏机制、形态,揭示顶升力计算的土层合理破坏范围。借助离散元模拟顶管顶升过程,与试验结果进行对比分析,并探讨顶升力主要的影响因素,提出顶升力的估算方法。研究结果表明:在顶管顶升阶段,上覆土经历挤压剪切—局部破坏开裂与延伸—破坏面贯通—裂隙发展—形成土柱—土层重分布—填充裂隙的过程。上覆土破坏面具有典型的非线性特征,呈三次函数分布,现有研究假定破坏面沿特定倾角线性分布不合理。破坏面贯通前,顶升力显著增大,顶升至h/16(h为顶升高度)时出现最大值,随后土层剪切破坏,顶升力迅速减小并逐渐趋于稳定。实际上覆土层破坏范围比经验取值的大,试验顶升力较经验计算值大46.23%~83.05%,可见按经验法计算顶升力明显偏小。离散元分析结果表征了顶管上覆土层的破坏形态,破坏范围、顶升力与试验结果相吻合,说明利用离散元模拟顶管垂直顶升可行。不同因素对顶升力的影响程度由大到小依次为上覆土层深度、黏聚力、摩擦角,顶升力与上覆土层深度近似满足二次抛物线关系,与黏聚力及摩擦角则呈同向线性关系。基于上覆土层的破坏形态和顶升力主要因素的影响特征,提出顶升力2种估算思路,并由实例验证其可行性。

航站楼钢管混凝土柱泵送顶升法施工技术

本文以国内某大型国际航站楼异形曲面钢结构网架下部钢管柱施工为例,通过对其钢管柱内部构造进行分析,结合现场实际施工情况,采用二级接力泵送,混凝土钢管柱内部采用顶升法的施工工艺,从泵管铺设、混凝土性能研究、截止阀的现场加工连接、施工过程监控及钢管混凝土柱的检测等方面,详细阐述其对混凝土施工过程的质量控制。

郑州东四环道路管线顶进施工路面升降分析

为研究城市道路地下顶管施工过程中路面升降状况,通过建立管线与周围土体的有限元模型,对土体的变形和路面升降规律进行分析。结果表明,路面沿道路横向的最大沉降值出现在管道轴线正上方,且向两侧逐渐减小,这与理论计算公式所反映的情况是一致的。路面整体升降随着顶进长度增加而变化的规律可大致分为逐渐隆起、骤然沉降和沉降趋于稳定3个阶段。

有限元模型在钢桁梁顶推工程中的应用

桥梁顶推技术由来已久,随着现代桥梁工程技术的进步和不断发展,该技术已趋于完善。结合湖北省荆门市某桥梁工程,对有限元法建立模型模拟钢主梁顶推过程进行研究。系统性阐述了有限元法建立模型、模拟顶推过程中各杆件受力计算等全过程,分析对比顶推过程中各工况下主梁应力、导梁各杆件受力、临时墩分配梁及滑梁内力、临时墩钢管桩受力及桩顶水平位移等数据,实时调整桥梁顶推过程参数,完成施工后对施工模拟过程进行总结和评价。

双线平行顶管在不同间距下施工的模型试验与数值模拟分析

在双线平行顶管的施工过程中,间距的改变对地表沉降曲线有着重要的影响。通过室内模型试验与有限元模拟相结合的方法研究了不同间距条件下双线平行顶管施工所造成的地表沉降规律。通过对地表沉降数据的再处理,获得了不同间距下先施工顶管对后施工顶管所造成的附加沉降曲线的一般规律。研究结果表明:当两平行顶管间距较近时,由于先施工顶管对后施工顶管所施加的扰动作用,导致两顶管中间区域沉降值非常大,此时总沉降曲线符合正态分布,附加沉降曲线也符合正态分布;随着两平行顶管间距增大,顶管间的影响逐渐减小,中间区域的地表沉降明显减小,地面沉降曲线形状也由"V"形向"W"形过渡,峰值出现在两个顶管轴线处。

桩基托换中顶升荷载对新旧结构的影响研究

利用ABAQUS有限元软件对郑州轨道交通5号线的桩基托换项目进行模拟研究,在截桩前对原上部结构进行的预顶升,由于顶升过程对桥台和托换梁以及新桩和旧桩影响方式是不同的,分别分析得出顶升过程对原结构和托换结构的影响特点。

大断面顶管引起浅覆地表变形的有限元分析

为有效控制郑州市某下穿隧道大断面顶管施工过程中的地层沉降并及时指导本工程的安全施工,需要对顶管施工引起地表变形的机理和变形规律进行分析。本文深入研究了顶管隧道施工引起地表沉降的发展规律;使用有限元分析软件迈达斯,根据现场实际地质参数等情况建立实体物理分析模型,对施工全过程、周边环境、地层及施工引起的地表沉降进行模拟、计算及预测,得出顶管施工后沉降的预测值。同时根据现场实际施工影响范围布设监测测点并进行沉降监测,经过对比分析,验证了本实验模型的可靠性和适用性。本文为指导本工程后续施工过程提供了有效的经验,也为黄泛区内后续类似工程施工提供了有益的参考。

砂土中桩靴贯入深度对自升式风电安装船水平承载特性影响的试验研究

[目的]自升式风电安装船作为海上风电开发中的重要施工设备,研究其在位状态下的承载性能对于保障风电安装船作业安全尤为重要。[方法]文章以自升式安装船为研究对象,结合室内模型试验和有限元法开展了均质砂土中4种不同的桩靴贯入深度下的水平承载性能以及周围土压力变化规律研究。[结果]研究表明:随着贯入深度的增加,自升式安装船的水平承载力呈近似线性增长趋势,贯入深度为10 cm较贯入深度4 cm水平承载力增加了38.02%,其对应的水平位移同样呈现增加的趋势,在水平荷载作用下,桩靴的承载模式表现为临载侧桩靴受压,背载侧桩靴受拉。桩靴表面同侧土压力变化规律一致,当贯入深度为10 cm时,临载侧桩靴底的土压力变化最大值为38.37 kPa,较贯入深度为4 cm时增大了126.2%。且临载侧桩靴下表面和背载侧桩靴上表面的土压力变化较大。[结论]水平荷载作用下自升式安装船的受力模式为拉压模式,且砂土中桩靴贯入深度的增加,能显著提高水平承载性能,为保障风电安装船的安全和作业能力,需保障桩靴的贯入足够的深度。