带定位榫盾构隧道管片接头剪切力学行为研究

外套于盾构隧道管片螺栓的空心圆锥筒定位抗剪构件定位榫能有效控制盾构管片错台量和错台值,与管片、螺栓共同形成“管片-定位榫-弯螺栓”接头.为探明盾构隧道管片受压工况、“管片-定位榫-弯螺栓”接头在剪切荷载作用下的结构力学特征和破坏机理,以内径7.5 m、外径8.3 m、弯螺栓连接的盾构隧道衬砌环的纵向接头为例,首先,建立三维有限元模型,对轴力分别为196、392、588和784 kN4种工况的接头剪切破坏全过程进行数值模拟;然后,对接头剪切破坏过程、定位榫和螺栓力学及变形特征、管片接缝面变形破坏特征进行分析;最后,采用原型剪切破坏试验对数值模拟结果进行印证和补充研究.研究结果表明:盾构隧道“管片-定位榫-弯螺栓”接头剪切破坏全过程分为接触面静摩擦、定位榫弹性变形、定位榫塑性错动和螺栓剪切破坏4个阶段;定位榫弹性变形阶段,定位榫表现为“压扁”形态,定位榫塑性错动阶段,定位榫拱顶外侧首先出现塑性屈服区,随着剪切荷载的增加,塑性区将扩展到定位榫端部和横断面内大部分区域,塑性破损过程中定位榫将超过其承载能力的外部剪切荷载转移给螺栓;螺栓杆体受力从定位榫塑性错动阶段开始,最终加载侧杆体将发生“拉直”破坏、固定侧杆体将发生弯剪破坏;管片接缝面混凝土从定位榫塑性错动阶段后期出现塑性区,初始位于榫槽内水平两侧,随着剪力增加,塑性区将向周边扩展,最终与管片内弧面手孔塑性区连通,形成“手孔-螺栓孔-手孔”塑性破坏域.

采用钢管榫卯节点连接的节段预制拼装桥墩抗震性能研究

为分析钢管榫卯节点连接构造对节段预制拼装桥墩抗震性能的影响,以福建省某互通立交桥匝道桥为背景进行研究。首先进行钢管榫卯节点连接的足尺节段预制拼装桥墩试设计,采用MIDAS Civil软件建立实桥模型,对试设计的足尺节段预制拼装桥墩开展静力承载力验算;然后按1∶3.75比例缩尺,设计、制作1根整体现浇桥墩(RC)试件和1根钢管榫卯节点连接的节段预制拼装桥墩(PSBP-MTJ)试件,开展拟静力试验;最后对比分析两试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线与延性、累积滞回耗能、刚度退化与残余位移。结果表明:两试件的破坏模式类似,均为整体压弯型破坏,PSBP-MTJ试件塑性铰区因墩底灌浆套筒的存在而上移;两试件滞回曲线饱满无捏缩,耗能能力相当;PSBP-MTJ试件水平承载能力较RC试件提高约19%;PSBP-MTJ试件的拼装节段之间无剪切滑移出现,预应力筋延缓了其刚度退化,显著提高了其自复位性能,其残余位移仅为RC试件的67%,且残余位移与最大位移比值显著小于未采用无粘结预应力筋连接试件。

千斤顶作用下带榫管片的裂纹扩展规律

针对盾构隧道施工过程中带榫管片易出现裂纹及局部破损的现象,运用ABAQUS中的扩展有限单元法,建立了标准带榫管片的数值模型,并针对管片受力不均、千斤顶加压不同步和千斤顶偏心荷载3种不良施工荷载情况下的12个具体工况,对施工过程中带榫管片裂纹初始开裂位置、扩展方向及裂纹空间分布规律等进行了系统分析.研究结果表明:不良施工荷载是带榫管片产生裂纹的主要因素,荷载大的位置易产生裂纹,千斤顶先接触部位易产生裂纹;带榫管片凸榫端中部较两端易产生裂纹,带榫管片内弧面较外弧面更易产生裂纹;3种不良施工荷载对带榫管片的损害程度由强到弱依次为千斤顶偏心荷载、千斤顶加压不同步和管片受力不均.

高轴压作用下盾构隧道复杂接缝面管片接头抗弯试验

在采用盾构法应对大埋深、高水压等特殊环境时,具有凹凸榫、双侧止水构造的复杂接缝面接头大量运用,在该情况下其抗弯性能较为复杂。文章结合广深港高速铁路狮子洋隧道工程,针对高轴压作用下复杂接缝面管片接头的抗弯性能、破坏特征开展了足尺试验研究,试验结果表明,高压作用下管片接头抗弯刚度在初始段小弯矩作用下增长近似线性,后段呈明显非线性,而且轴力水平越大线性段保持越长;由于负弯曲时管片内侧接触传力区混凝土参与受压,增加了接缝面的抗弯能力,使负弯荷载下抗弯刚度比正弯荷载下抗弯刚度略大。接缝面张开情况随弯矩呈"台阶状"变化,在接缝面线性张开时轴力的增长对于接缝面张开的约束作用不明显,而非线性增长阶段轴力对与张开量的约束明显;止水材料对于接头抗弯刚度的影响很小,在进行管片接头抗弯刚度的设计与计算分析时可忽略不计;正弯荷载与负弯荷载作用时管片接头的破坏过程不同,正弯荷载作用下接头螺栓先于接头破坏,负弯荷载作用下接头破坏时螺栓未破坏。研究结果可为盾构法隧道的设计、施工和相关研究提供重要参考。

剪切荷载作用下盾构隧道带新型定位榫管片的力学特性

基于成都某地铁工程应用的一种带新型定位榫的盾构隧道管片结构,运用ABAQUS软件分别建立有无定位榫的管片接头三维精细化模型,研究该定位榫对连接螺栓受力、管片塑性区分布以及管片错台量的影响,探究其在管片结构抗剪中的作用机理。结果表明:定位榫在管片受剪时承担总剪力的52%;定位榫能显著降低螺栓的受力,有定位榫后螺栓的轴力峰值至少下降75.1%、剪力峰值下降76.4%;有定位榫后螺栓塑性应变范围有所增大,但螺栓上下两侧的塑性应变峰值分别减小80.5%和90.6%;固定定位榫的凹槽对管片接缝面有削弱作用,导致管片环向和纵向的相对塑性区宽度分别增加93.7%和44.2%,但管片的最大塑性应变峰值减小7.2%,同时螺栓对管片径向的挤压也有所减小;剪切荷载小于460 kN时,带定位榫的管片错台量略大,剪切荷载超过460 kN后,带定位榫管片的错台量更小且增长速率更低。带新型定位榫的盾构隧道管片能够有效保护连接螺栓,改善接头力学性能。

筋膜下麻醉在84例眼前节手术中的应用

目的:探讨筋膜下麻醉在眼前节手术中的效果和安全性,以避免因麻醉导致的手术并发症。方法:眼前节手术患者175例分成两组,球筋膜下麻醉组84例和球后麻醉组(对照组)91例。比较两组的麻醉效果及有无严重并发症。结果:筋膜下麻醉在眼前节手术中麻醉效果与球后麻醉相当,筋膜下麻醉与球后麻醉比较,无严重并发症(P<0.05)。结论:球筋膜下麻醉麻药用量少,操作简单,麻醉效果好,安全性高。

水下盾构法铁路隧道管片衬砌结构的原型加载试验研究

针对我国第一条水下铁路盾构法隧道——狮子洋隧道,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统"装置原型管片衬砌结构,在通缝和错缝不同的拼装方式下进行了原型结构加载试验,对其结构力学性能进行深入探讨。试验结果表明,不同水压条件下管片衬砌结构力学特征不同,尤其是当结构开裂后,高水压对于结构内力与形变的发展有明显的减缓作用。狮子洋隧道采用的榫式接头管片结构在通缝与错缝拼装下的破坏特征不同,通缝拼装时结构在高水压条件下纵缝附近区域易发生局部剪切破坏,该研究成果可为同类工程的设计提供有价值的参考。

插肩榫节段拼装桥墩抗震性能数值分析

为提高预制节段拼装桥墩抗震性能,运用传统榫卯结构中的插肩榫连接技术,以榫头的形状和位置作为参数,利用ABAQUS数值分析软件建立了中间长方形、中间梯形、四周长方形和四周梯形共4种不同的插肩榫节段拼装桥墩模型.将其与平接缝节段拼装桥墩进行拟静力分析,通过对比结构的滞回性能和残余变形等抗震性能,验证插肩榫在节段拼装桥墩中运用的可行性.结果表明,相比平接缝节段拼装桥墩,中间长方形、四周长方形、四周梯形的模型能够不同程度地提高桥墩的水平承载能力和耗能能力,但是会导致结构残余变形增大,降低结构的自复位能力;中间梯形的插肩榫节段拼装桥墩,既能提高桥墩的水平承载能力和耗能能力,又能降低桥墩的残余变形,整体表现最为优秀.

盾构隧道斜螺栓-凹凸榫新型环间接头抗剪性能分析

以苏通GIL工程为背景,建立三维精细化有限元模型,对盾构隧道斜螺栓-凹凸榫式新型环间接头承受压剪作用时的受力和变形过程进行仿真分析,并通过数值模拟说明其必要性。模型采用实体单元,对盾构隧道环间接头混凝土、螺栓、套筒、垫片等细部结构进行1∶1模拟,基于三维模型对环间接头错台、接头转动及凹凸榫作用等进行分析,并采用接头抗剪足尺试验进行对比验证。结果表明:(1)环间接头在顺剪和逆剪加载条件下,接头错台量曲线的变化规律相近,均呈抛物线+直线形状,但逆剪工况时接头刚度比顺剪低20%;(2)环间接头受剪时会产生转动,转动角随着剪切力增大,最大达0.11 rad,不同剪轴比下纵向力对转动角的影响不同;(3)凹凸榫对接头抗剪性能有10%幅度的强化作用,且不受剪切方向影响;(4)与接头抗剪足尺试验对比表明,三维精细化环间接头模型能反应接头的实际受力变形过程,刚度差在10%左右。

盾构隧道新型分布榫式管片结构的局部原型试验研究

大直径盾构隧道在穿越复杂地层或水下环境时,环间常设置加强措施以控制环间错动与张开变形。为探明环间设置分布式凹凸榫的新型分布榫式管片结构力学特性与破坏机理,针对佛莞城际狮子洋隧道所采用的环间分布四榫式原型管片,开展了考虑相邻环错缝拼装组合的局部原型试验,详述了结构变形、环缝错台、接缝张开的变化规律与特征,对裂缝发展规律与最终破坏形态进行了研究。研究结果表明:新型分布榫式管片结构变形可分为中间块内弧面钢筋处于弹性时的线性增加阶段和进入塑性后的非线性增加阶段;新型分布榫式管片结构环间变形首先表现为错台,环间作用由接触面摩擦提供,当分布式凸榫与凹槽接触后环间变形表现为转动张开,纵向螺栓受弯、凹凸榫构造受剪,环间作用最终转变为弯剪结合;管片结构初始裂缝出现在中间块拱顶边缘位置,其破坏机理为:管片结构内弧面混凝土开裂导致钢筋承受截面拉力、裂缝不断加深加宽,随后管片受拉侧钢筋进入塑性,结构最终失稳破坏。研究结果可为大直径盾构隧道的设计与分析提供参考。

纵向力对盾构隧道管片结构内力分配机制的影响分析——以苏通GIL电力管廊隧道工程为例

为探明施工过程中,不同纵向力及竖向荷载作用下,中间管片与两侧持环管片结构位移与内力分配的变化规律,以苏通GIL电力管廊隧道工程为背景,采用有限元方法建立局部错缝拼装管片结构模型,对目标管片在拱顶位置受拱顶竖向均布力荷载作用下弯矩与位移的分配规律进行研究,引入环间位移分配系数与弯矩分配系数揭示在不同纵向力作用下目标管片环间弯矩与位移的分配规律,揭示纵向力与环缝接缝张开量的对应关系,探明错缝拼装管片结构弯矩与位移的分配机制。结果表明:1)纵向力能够增加管片结构弯矩与位移的分配能力,有利于结构整体受力以及位移的整体协调性,其对结构内力分配的影响表现为非线性及阶段性,即当环间不产生接缝张开时,纵向力的增加对结构整体性影响较小;当环间产生张开量时,纵向力的增加在一定程度上增强了管片变形及内力的分配能力。2)纵向力使目标管片与两侧管片环缝完全接触,此时控制内力分配的主要因素为环缝接触面;直观控制因素为环缝张开量与错台量,随着环缝的张开,局部结构内力逐渐由通过接缝面传递变为通过凹凸榫传递,同时结构整体内力分配能力降低。3)常规荷载作用下,随着竖向拱顶荷载增加,当环缝凹凸榫接触后,结构内力的分配逐渐趋于某一稳定值。4)实际工程中出现纵向力损失后,由于内力的重新分配,结构会出现局部位置应力集中情况,需针对该实际工况予以特殊考虑。

UHPC和预制榫卯混合连接装配式RC桥墩拟静力试验

为研究现浇超高性能混凝土(UHPC)和预制榫卯混合连接构造对装配式钢筋混凝土(RC)桥墩抗震性能的影响,以某实桥为背景,按缩尺比1∶5、轴压比0.1设计、制作了4个桥墩试件(ZT-1试件为整体现浇;CFST-1试件为钢管混凝土榫卯和灌浆套筒混合连接;UT-1试件和UT-2试件为现浇UHPC和预制榫卯混合连接,UHPC湿接缝分别位于墩底及距离墩底200 mm处)。通过桥墩试件的拟静力试验,分析各试件的破坏模式,并对比各试件的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力及刚度退化等参数。结果表明:4个试件均为压弯破坏,ZT-1试件和UT-2试件的塑性铰位于墩底,CFST-1试件和UT-1试件发生了塑性铰上移的现象;与ZT-1试件相比,UT-1试件和UT-2试件的峰值荷载分别提高了3.52%和7.09%,位移延性系数分别提高了2.22%和4.60%;与CFST-1试件相比,UT-1试件和UT-2试件的峰值荷载均小于CFST-1试件,但UT-1试件和UT-2试件的位移延性系数分别提高了18.38%和21.14%;UT-2试件的整体耗能能力优于UT-1试件;UT-1试件和UT-2试件的承载能力下降较为缓慢,且变形能力较强,说明现浇UHPC和预制榫卯混合连接的装配式RC桥墩具有较好的抗震性能。

自复位榫卯式节段拼装桥墩抗震性能分析

为促进预制拼装桥墩在中、高抗震设防烈度地区的可利用性,基于ABAQUS有限元模型开展了榫卯式节段拼装桥墩试验,进行了数值模拟对比。在纵向耗能钢筋不同截面配筋率、预应力筋不同初始预应力大小和有无黏结及不同布置位置的条件下对榫卯式节段拼装桥墩进行了抗震性能分析,并设计了一种外置可更换耗能软钢棒阻尼器,通过往复水平加载进行了抗震性能分析。结果表明:与未配置耗能钢筋的MTSP-S0相比,内置耗能钢筋可提高榫卯式节段拼装桥墩的水平承载能力及耗能能力,水平承载能力及耗能能力随着截面配筋率的增大而增大,截面配筋率增大到一定程度时,耗能能力及残余位移的增加有所变缓,存在震后不易修复等不足;预应力筋初始预应力的增大减小了耗能能力,但设置25%初始预应力大小的MTSP-Y0.25会由于墩底相对滑移过大而产生破坏,建议初始预应力不低于30%;预应力筋有无黏结及布置位置对水平承载能力、累积耗能等方面均有影响,对自复位能力影响较小;增设由4个软钢棒组成的外置耗能阻尼器MTSP-S0-D可大幅提高榫卯式节段拼装桥墩的水平承载能力、耗能能力,其抗震性能接近于配置4根直径为20 mm的内置耗能钢筋MTSP-S4,且外置耗能软钢棒阻尼器可以通过更换阻尼器的方式实现震后修复。

含有空心榫的盾构隧道环缝接头柔性特征研究

柔性接头是盾构隧道适应断层错动的主要抗震设计方向之一。鉴于管片环缝柔性设计难题,文章提出一种含有空心榫的管片环缝结构。通过管片环缝局部原型试验、材料性能测试以及数值模拟,提出空心榫的本构模型以及损伤参数表达式,揭示含有空心榫管片环缝的柔性特征以及承载优势。研究结果表明:空心榫具有高强、高延性、均质且力学性能稳定的特点,其抗拉强度超过C50混凝土的60倍。管片环缝增加空心榫后,管片环缝能够承受的错台量达到规范限定值的1.6倍,同时螺栓内力(剪力和轴力)至少降低88%,螺栓塑性区体积至少降低47.2%,混凝土塑性区体积至少降低17%,混凝土最大拉伸损伤范围减小42.8%。空心榫增强管片环缝错动能力的同时,对螺栓和管片也具有一定保护作用。研究成果为盾构隧道的柔性接头设计提供理论依据,支撑隧道接缝柔性设计理论的发展。

纵向力对带榫管片环缝剪切破坏机制影响研究

为明确带榫管片环缝剪切受力机制及剪切受力过程中纵向力对管片结构环间接缝抗剪性能的影响,采用苏通GIL(Gas Isolated Line)综合管廊工程所用带有分布式凹凸榫的原型管片衬砌,通过局部原型试验,对带榫管片结构在考虑不同纵向力作用下的受荷过程中环间螺栓应力、环间分布式凹凸榫表面应力、环缝张开量进行了研究。结果表明:(1)不同纵向力作用下带榫管片结构环缝剪切受力机制不同,纵向力较小时环缝凸榫受力破坏方式为多次的凸榫混凝土冲削损伤破坏,而纵向力较大时环缝凸榫破坏方式为单次的混凝土剪切破坏,凹凸榫之间形成剪切破坏面。(2)不同纵向力作用下带榫管片结构环缝凹凸榫破坏最严重位置均靠近纵向接头处,为中间凸榫;两侧凸榫损伤程度较弱,纵向力较小时两侧凸榫损伤程度高于纵向力较高时。(3)环间纵向力的增加有助于提高带榫管片结构环缝的抗剪能力,可使凸榫均匀受力,同时降低凸榫的损伤程度,避免局部区域环缝接头与凸榫表面的应力集中;实际工程中可通过螺栓复紧等方式保持环间纵向力。(4)对于环缝张开量的控制是保持纵向力的主要目的,在实际工程中,可通过环缝张开量的状态与发展,通过分阶段分析凸榫受力模式,评估环缝凹凸榫抗剪能力的发挥程度,以达到充分利用榫槽抗剪性能的目的。

大直径盾构隧道分布式凹凸榫受力特性

为探究大直径盾构隧道管片错台过程中分布式凹凸榫的抗剪作用及剪切破坏机理,依托佛山市季华路西延线顺德水道隧道工程,建立数值模型,分析凹凸榫在不同剪切方向、不同尺寸下的受力特点、破坏模式及抗剪承载力。基于此,建立分布式凹凸榫径向抗剪承载力计算模型。研究表明,分布式凹凸榫可限制错台,提高环缝抗剪能力,抑制斜螺栓进一步屈服和混凝土的进一步损伤;径向剪切时由于凸榫根部受压损伤严重导致承载力下降,高厚比k小于6时,凸榫有被整体剪切破坏的趋势,切向剪切时由于应力集中导致凹凸榫局部受压破坏;力学模型计算结果和数值模拟结果相符,可为分布式凹凸榫尺寸设计提供参考。