公路隧道箱型预制仰拱变形破坏的模型试验研究

基于自主设计的新型箱型预制仰拱结构,采用室内物理模型试验,结合数字照相量测技术,研究该箱型预制仰拱的力学特性及破坏模式,通过数值模拟研究实际工况中衬砌与仰拱共同作用的受力规律.结果表明:竖向荷载作用下产生的拉张效应是预制仰拱裂纹产生及发展的主要原因,水平压力对预制仰拱的裂纹发展作用不明显.预制块接缝处以及各个预制块中柱转角处是预制仰拱结构的最薄弱部位,接缝处和转角处影响预制仰拱结构的安全.预制仰拱位移变化关于中轴部位呈对称分布,位移由大到小依次为中间预制块、左1预制块、左2预制块、左3预制块.箱型预制仰拱破坏可以分为加载压密、弹塑性变形和塑性破坏3个阶段.当仰拱与衬砌共同作用时,仰拱的上部主要承受拉应力,仰拱的下部主要承受压应力.试验结果表明,所设计仰拱结构具有良好的受力性能.

公路隧道新型预制仰拱接头力学特性数值模拟

为了提高公路隧道工程质量,加快施工速度,降低材料消耗和工程建设成本以及改善施工环境,提出了一种公路隧道新型预制仰拱结构。以甘肃省某公路隧道为具体工程背景,利用ABAQUS有限元数值模拟软件对管片和螺栓进行精细化建模,建立了预制仰拱结构三维有限元模型。考虑不同强度等级螺栓、螺栓预紧力、承受荷载等影响因素,研究新型预制仰拱结构接头的力学特性。分析了预应力对新型预制仰拱接头力学性能的影响、不同荷载条件下不同强度等级螺栓的应力应变规律以及螺栓与新型预制仰拱的破坏形式。结果表明:螺栓预应力对预制仰拱接头的力学性能有较大影响,施加螺栓预应力可以有效增加接头承受正弯矩的能力;高强螺栓的最大应力和应变随施加预应力的增大而增大,受到螺栓混凝土保护层厚度的影响,上部螺栓的最大应力和应变普遍小于下部螺栓;随着荷载增大,部分螺栓会产生局部损伤,但未出现整体破坏;在承受较大荷载时,螺栓等级越高,最大应力越大,最大应变越小,螺栓混凝土保护层厚度对螺栓最大应力和应变的影响越明显;预制仰拱结构下部螺栓易破坏部位为螺杆与螺帽连接处,上部螺栓易破坏部位为螺杆,混凝土接头易破坏部位为接缝处和结构转角处,并且中间预制块较两边预制块更容易破坏。