下卧土层侵蚀空腔引起的盾构隧道结构变形及内力响应

当隧道底部出现渗漏时,隧道下方土体可产生侵蚀空腔,从受力角度分析,对隧道结构最为不利.为了研究侵蚀空腔发展对隧道结构变形和内力响应的影响,选取了侵蚀空腔沿纵向发展和横向发展两种典型工况,使用有限元程序ABAQUS建立了精细化盾构隧道结构模型,考虑土体渗流场、应力场与隧道结构的耦合相互作用,开展了渗流-应力耦合的三维有限元数值模拟,分析了侵蚀空腔引起的隧道沉降、错台、张开以及管片混凝土塑性应变等,揭示了不同侵蚀空腔发展方向引起的隧道结构变形模式的差异,并结合侵蚀空腔引起的隧道周围土压力分布解释了产生该差异的原因.结果表明:当侵蚀空腔的横向尺寸不变,仅沿纵向发展时,引起的隧道沉降量、错台量、张开量沿纵向分布均为渐变型,隧道结构表现出较好的变形协调性;相较之下,当侵蚀空腔沿着黏砂土层分界面向横向发展时,隧道变形在空腔纵向边缘处产生突变,相比于空腔沿纵向发展的工况,隧道环间会出现较大错台.

地基反力的数值模拟和基础结构的内力响应

从地基与基础互相作用的概念出发 ,提出一种数值模拟地基反力分布函数的构造方法和具体形式 ,并应用这种地基反力的数值模拟形式 ,通过典型基础结构的内力分析 ,与应用现有的地基模型的结构计算相对比 ,表明它与有限压缩层地基模型的计算结果十分接近 ,但应用在基础结构计算分析上却简便易行 。

西堠门大桥索塔风致结构内力响应研究

针对西堠门大桥北索塔施工最大悬臂、成桥运营和成桥阶段百年一遇大风作用3种状态,建立索塔结构的空间计算模型。考虑0°和90°风偏角,分析索塔的风致内力响应及阵风响应系数。其中,静风引起的结构内力响应采用静力有限元法计算,脉动风引起的结构抖振内力响应采用动力有限元法和虚拟激励法计算。计算结果表明:在上述3种状态,随着塔柱标高的降低,塔柱风致弯矩响应呈现逐渐增大的趋势,而阵风响应系数呈现逐渐减小的趋势。

基于弹性地基梁理论的跨活断裂隧洞纵向变形及内力响应特性研究

基于温克尔地基梁理论，建立穿越活动断裂带的隧洞纵向二维数值模型，研究穿越活动断裂带隧洞在断裂带错动作用下的衬砌纵向变形及内力响应特征。结果表明：在错断作用下，较弱的断层带岩体质量、较大的断层与隧洞交角、较宽的活断层宽度、较大的隧洞衬砌厚度等条件有利于保证隧洞的抗错断性能；当在隧洞衬砌节段之间采用较弱的铰接段来改善隧洞抗错断性能时，较小的铰接段的长度与材料强度均有利于隧洞抗错断性能。该结论可以为穿越活断层隧洞的抗错断设计提供一定参考。

济南地区地铁车站地震响应数值分析

利用有限差分软件FLAC^(3D)5. 0,以大杨庄地铁车站为工程背景,建立三维抗震动力模型,并通过在基岩处输入3条人工地震波H1、H2、H3,分析了动力作用下地层中峰值加速度规律及车站主体的结构变形及内力响应规律。计算结果显示:越接近地表,地层中的峰值加速度越大;车站结构整体侧向位移呈现倒三角形状;车站结构的侧墙、中柱与各楼层板的连接处,承受较大内力,是整个车站结构抗震的薄弱部位。

平面钢——混凝土组合框架结构倒塌动力响应分析

采用ANSYS/LS-DYNA显示动力分析程序,建立了一个双层四跨的平面钢—混凝土组合框架有限元模型,采用非线性动力分析方法对框架主要受力构件的内力响应进行分析,明确了中柱失效后剩余结构的传力特征和主要影响区域,研究成果可为钢—混凝土组合框架的抗倒塌设计提供参考。

高烈度地震区椅式抗滑支挡结构抗震性能研究

针对位于9度高烈度地震区的某山区铁路陡坡工点,采用三维有限元分析软件,对椅式复合抗滑支挡结构的结构位移及内力动力响应进行分析,数值计算结果表明,复合抗滑支挡结构峰值位移较小,最大值为161.44mm,结构抗震性能好;左侧椅式桩板墙主桩、副桩桩身弯矩均呈Ω型,剪力呈S型,横梁弯矩和剪力均呈正弦分布,结构弯矩峰值位于副桩桩身中部附近,剪力峰值位于副桩与横梁连接处,需加强副桩中部抗弯能力设计,同时提高副桩与横梁节点处的抗剪能力;右侧锚索桩桩身弯矩呈Ω型分布,剪力呈S型,弯矩峰值位于锚索桩身中部,正负剪力峰值基本相当,锚索桩弯矩峰值偏大,因此需在桩身增设1~2排锚索以减少桩身弯矩。

双层岛式地铁车站结构地震反应分析

以深圳某双层两跨岛式地铁车站为工程背景,考虑水平地震和水平、竖向地震耦合2种工况,采用ANSYS分析软件,研究SSI(土与结构相互作用)效应下结构的水平位移特征和内力响应规律。结果表明:与水平地震工况相比,耦合地震作用下结构最大内力增幅较大,由于竖向惯性荷载作用,产生最大内力位置不同;周围土体介质的变形与结构在震动中的变形关系密切;沿车站侧墙高度的相对水平位移在2种地震工况作用下的变化不容忽视,不可忽略竖向地震的影响,耦合地震作用下的相对水平位移可用线性曲线拟合。研究成果可为地铁车站的抗震设计提供参考。

软土地基大直径地铁盾构隧道运营期衬砌结构受力特性现场测试研究

为了解大直径地铁盾构隧道衬砌结构的受力性能,基于广州轨道交通4号线南延段大直径地铁盾构隧道工程,采用水土压力计和钢筋应力计传感器对衬砌结构运营期间的外荷载和钢筋应力进行现场测试,得到衬砌结构外荷载和内力的响应规律。通过衬砌结构计算模型理论值与现场测试结果的比较,说明衬砌结构计算模型的合理性。研究结果表明:1)衬砌结构顶部的水土总压力实测值和上覆土柱的重力基本一致;2)衬砌结构底部的水土总压力呈现中间小、两边大的分布形态,计算模型中可在衬砌结构下部半圆周范围内布置土弹簧模拟衬砌结构的实际受力情况。

盾构法T接隧道结构受力现场试验研究——以宁波轨道交通3号线联络通道为例

为了了解盾构法T接隧道在施工过程中主隧道外部的荷载以及响应,以国内第一条使用机械法施工的联络通道——宁波轨道交通3号线为背景进行研究。本文通过研究施工过程中的施工工况节点,现场监测主隧道结构的外荷载、收敛变形并计算结构内力,得到在整个施工过程中主隧道的结构响应及其变化规律。通过本文的研究,可以得出以下结论:1)施工过程可依据外部荷载和结构体系进行划分工况,各工况具有明显的不同响应;2)始发端和接收端的内力变化主要受到盾构顶力和外部注浆荷载的影响,且主要影响切削侧,切削过程中的内力增量在10%~20%,注浆压力影响的增量部分达到了50%;3)各环及内支撑轴力增量在200 kN以下,破洞位置导致的轴力损失可以由其余位置共同承担,不需要特殊的破洞阶段超载设计。

大跨屋盖的包络等效静风荷载

根据大跨屋盖不同等效目标的静风荷载分析,提出包络等效静风荷载的概念和估算方法。比较了不同等效目标的等效静风荷载产生的屋盖节点竖向位移峰值响应以及杆件内力峰值响应,说明包络等效静风荷载产生的各种响应与实际可能出现的最不利情况比较接近,因而能较全面地反映大跨屋盖结构风振响应的特征。而且还根据柱壳屋盖风洞试验结果分析了杆件内力响应背景分量和共振分量的模态分布,讨论了不同结构刚度对杆件内力共振响应及背景响应的影响。

圆形吊脚墙支护设计参数对内力和变形的影响

为了充分利用土岩组合地层中下伏的花岗岩坚硬特性,节约施工成本和缩短施工周期,采用均匀试验方法设计不同的分节开挖高度、锚索/锚筋桩倾角、地连墙前平台预留宽度和地连墙墙体嵌固深度,再通过有限元模拟软件ABAQUS建立二维弹塑性有限元数值模型,对不同试验方案的计算结果进行对比分析。研究结果表明:基坑分节开挖高度和地连墙墙体的嵌岩深度对深大圆形竖井吊脚墙支护结构的内力和变形影响显著。研究结果可为该类型的地连墙支护结构设计提供参考。

双向简谐波荷载作用下群桩的力学性状分析

为研究双向简谐波荷载作用下群桩的力学性状及其受力性能,采用PLAXIS有限元软件建立相应的数值模型,分析了群桩基础在双向简谐波荷载作用下内力、位移响应情况,探究了桩周土体的动应力应变关系,进而对其在循坏水平荷载作用下的受力性能进行探讨。研究结果表明,与水平静载作用相比,桩基在循坏水平荷载作用下的承载能力有所降低;桩顶荷载-位移曲线出现"滞回圈",基桩产生"疲劳效应";桩周土抗力的变化使得各排桩内力分配不均匀;桩周土体的动应力应变关系呈现滞后性、非线性及累积性。

基于三维离散–连续耦合方法的跨活动断裂隧洞错断破坏机制研究

在中国西部强震区兴建的大型水利工程中,输水隧洞常不可避免地横跨多条区域性活动断裂,受活断裂错断运动影响,这些输水隧洞面临着严重的错断威胁。传统隧洞抗错断数值模拟方法多将围岩简单考虑为等效连续体,不能从细观尺度模拟断裂错动时围岩的破裂过程和大变形现象。将三维离散–连续耦合方法引入跨活动断裂隧洞抗错断问题的研究上,研究在断裂错动作用下衬砌的内力响应,及围岩破裂的细观特征。在该分析方法中,采用离散元球形颗粒表征围岩,同时将隧洞衬砌结构考虑为连续单元体。验证接触边界上耦合力的相容性与连续性的同时,通过参数标定使离散区域与连续区域的宏观属性一致,在此基础上建立穿越活动断裂隧洞的三维离散–连续耦合数值模型。利用这一方法,讨论了不同断裂错距影响下隧洞因断裂错动而产生的位移变化与力学响应,并从细观角度对围岩破坏特征进行了探讨。获得的结论可以为穿越活断裂隧洞的抗错断设计提供一定参考。

严重偏压作用下非对称基坑的变形及受力特性

为了研究严重偏压作用下的非对称基坑变形及受力特性,依托福建省厦门市某非对称工作井基坑工程,通过现场监测方法分析非对称基坑在严重偏压作用下围护桩变形特性与支护内力响应.结果表明:在严重偏压作用下,非对称基坑围护桩桩顶整体产生旋转变形,桩身将产生两个方向的水平位移,切向水平位移存在悬臂状和“凸肚”状两种不同的变形模式;超挖、降雨等恶劣情况将严重影响非对称基坑围护结构变形及支护受力;设计、施工和监测应充分考虑基坑的非对称特性,单一考虑围护桩法向变形不利于工程风险控制.

基于欧拉—柏努利梁模型求解简支梁桥振动测试中跳车高度的计算方法及工程应用

本文提出了一种计算钢筋混凝土简支梁桥跳车高度的理论方法。此方法把实验车辆简化为两个互不相关的质量块,基于欧拉—柏努利梁模型求解了桥梁各截面的动力响应解析解,利用求得的动力响应解析解求出桥梁各截面的内力响应解析解,并与设计荷载作用下引起的钢筋混凝土简支梁桥的内力值进行对照,保证对桥梁没有任何损坏的情况下,确定在钢筋混凝土简支梁桥上进行跳车试验时所允许最大跳车高度。最后结合工程实例计算了跳车高度,满足规定要求。

大跨度双层钢桁梁悬索桥的车桥耦合振动研究

将车道荷载效应乘以冲击系数,可以得到桥梁设计中车辆的活载效应。因此,可以反推车道荷载,得到确定的交通车流分布,以此来计算桥梁的响应和冲击系数,以检验规范所获得的冲击系数是否合适。结果表明,桥梁位移响应主要与车辆行驶速度有关,与路面不平整度无明显关系;桥梁的内力响应与路面不平整度有关;路面粗糙度对主梁垂直位移、梁端挠度和塔顶垂直位移影响不大。

不同车道荷载加载方式对空腹式拱桥的受力影响分析

对于空腹式钢筋混凝土拱桥,车道荷载需在上部主梁上进行布载,通过排架立柱传递至主拱圈,直接在主拱圈上加载车道荷载会造成一定的误差。通过对拱桥进行车道荷载布载,计算出在不同的活载加载方式下主拱圈的内力响应,对比各个工况下主拱圈关键截面位置处的内力,分析直接在主拱圈进行车道荷载的加载方式是否适用,为工程设计提供一些依据。

大型轻质屋盖面内刚度对整体框排架结构的影响分析

基于北京地区某再生水厂内采用大型轻质屋盖的框排架结构厂房,采用PKPM软件建立了不同屋盖系统面内刚度的分析模型,通过对结构周期、位移、内力响应特性的分析,发现屋盖系统面内刚度的差异性对整体结构的抗震性能有明显影响。此类结构屋盖平面内刚度的改善能有效提高整体结构的刚度,抑制结构的扭转耦联效应,使结构变形呈现明显的整体平动变形,结构内力呈现整体一致性,有效增强了结构的整体性,使框排架结构的边榀与中榀体现出较好的协同工作性。

承插式接头管片衬砌结构受力性能现场测试研究

上海轨道交通18号线试验段(沈梅路站—工作井)盾构法区间隧道采用了承插式新型接头管片。为了解应用该新型管片的盾构法隧道衬砌结构的受力性能及变形情况,采用水土压力计和钢筋应力计对衬砌结构拼装过程中的外荷载和钢筋应力进行现场测试。研究结果表明:一是脱出盾尾阶段外侧荷载分布不均匀,整体上试验环底部荷载较大;同步注浆工况下外荷载更均匀,注浆时各测点荷载增加比较均匀,且注浆时的荷载峰值随盾构机的推进呈减小趋势;二是管片轴力与外荷载呈正相关,而弯矩分布规律并不明显,荷载稳定后弯矩基本对称分布。