基于ABAQUS的隧道复合支护结构的内力特征研究

为了研究复合支护结构的内力特征,基于有限元分析软件ABAQUS,建立了隧道的荷载-结构模型,应用ABAQUS内置的膜单元模拟各支护结构间的作用,更符合支护结构的实际受力特性,通过数值计算模型对两种结构进行内力特征研究。结果表明:相比于复合式衬砌全截面受压,单层衬砌中二次衬砌的局部截面表现为拉力。相比于复合式衬砌,单层衬砌中初期支护对应截面弯矩较小,二次衬砌上对应截面弯矩较大;单层衬砌在相同截面上的总内力高于复合式衬砌,经计算复合式衬砌结构中二次衬砌荷载分担比例高于单层衬砌结构,说明该结构更加充分发挥二次衬砌的承载特性;整体上看两种支护结构均满足规范要求,复合式衬砌大多截面的安全系数高于单层衬砌,复合式衬砌拱顶处的安全系数略高于规范要求,在设计中可适当提高该处的配筋率或混凝土强度。本研究成果可为深埋公路隧道的设计及安全评估提供依据。

准陷波现象对多柱平台特征内力影响的研究

在特定的周期条件下,波浪与深海多柱平台的相互作用会引起柱群附近波面显著抬升且波面近似驻波分布的准陷波现象,该现象的发生将增大平台破坏的风险,对此时的结构内力开展计算研究进而考察各部位构件受力以及评估整体强度是十分必要的。该文在势流理论框架下应用边界元方法,建立了计算结构内力的数值模型,应用目前的模型对特征内力随入射波浪频率的变化规律以及准陷波现象对特征内力的影响开展数值研究。结果表明,准陷波现象对浮筒间纵向剪力的影响十分显著,而较大的剪力会影响结构的整体强度甚至引起构件破坏。

前支后锚式预制拼装盖梁施工力学特征分析

预制拼装施工技术因其绿色环保、施工便捷、质量可控等优势,在桥梁建设中的应用越来越广。以329国道智慧快速路项目为工程背景,在原有的预制拼装盖梁后锚式施工方法的基础上,提出了前支后锚式施工新方法,并通过数值分析对比研究了二者施工全过程结构内力的情况。研究表明:前支后锚式施工中,在吊装盖梁与前支撑工况下,盖梁内力分布类似于简支梁,而在撤除吊机工况下,内力分布类似于悬臂梁;前支后锚式施工方法由于前支撑与后锚固的协同作用,其施工全过程盖梁的结构内力值均明显小于后锚式施工,尤其当撤除吊机时,盖梁最大弯矩值降低了73%,说明前支后锚式施工具有更大的安全性;施工全过程的盖梁最大拉应力仅为1.2 MPa,小于混凝土的轴心抗拉强度设计值1.83 MPa,说明盖梁在安装过程中始终是安全可靠的。前支后锚式施工的提出对拼接式桥梁下部结构施工技术的创新与发展具有重要的指导意义。

城市地铁双护盾TBM工法隧道衬砌结构受力特征研究

以深圳市城市轨道交通8号线一期梧沙区间隧道为依托工程,对"双护盾TBM工法隧道"施工期间管片衬砌外部压力和结构内力开展了现场跟踪测试,总结归纳出"双护盾TBM工法隧道"管片衬砌外部压力和结构内力在施工期内的时变演化规律。研究结果表明:隧道施工期间,管片外侧压力共经历四个发展阶段,注浆压力对管片内力变化影响较大,管片设计应考虑注浆压力的影响,同时应注意TBM施工时的注浆量控制。对于深埋TBM隧道,结构内力与隧道埋设深度不具有明显的对应关系,但随着结构上部围岩风化程度增加,隧道上方垂直荷载对管片结构内力影响加大。研究成果可为城市地铁双护盾TBM施工结构受力分析提供依据。

柱截面最不利内力直接组合法

本文通过动态规划过程，分析最不利内力组合中各项内力的特征；在此基础上得到从每种可变荷载引起的内力项中选择最不利项来直接构成最不利组合的方法。算例表明，采用此法只需对目前贯用的内力组合表的排列方式略作改进，就能使组合计算直观、简化，并更方便于采用新规划的组合规则。

空腹钢梁的内力计算与加强措施

空腹钢梁作为一种特殊构件，其内力特征比较复杂。空腹钢梁的弦杆和竖腹杆均承受有弯矩、剪力和轴力。本文总结空腹钢梁内力计算公式，提出了空腹钢梁的加强措施，并通过有限元计算，对其进行了验证和比较。

抗滑桩在岸坡滑坡治理中的受力特征研究

抗滑桩+土层锚杆+护脚墙是边坡加固的有效措施,抗滑桩受力及变形特征决定着其加固效果。基于长江某库岸边坡治理工程,采用GTS NX有限元软件建立含“抗滑桩+土层锚杆+护脚墙”加固措施的边坡稳定性三维计算模型,分析了不同水位工况下边坡的稳定性情况和抗滑桩的受力及变形特征。结果表明,高水位(175 m)工况时,坡体受库水浮托作用影响稳定性最差、水平位移最大(达0.14 m),其潜在破坏面易出现在边坡中部;低水位(145 m)及高水位降至低水位工况时,库水浮托作用对坡体抗滑力影响减弱,边坡位移及剪应变均明显降低,且集中在边坡上部和中部。受上部坡体变形影响,抗滑桩在超过14 m桩长部分的位移值随桩长呈近线性增加,且高水位工况时抗滑桩的水平位移、剪力和弯矩最大,达14.2 mm、11040 kN和55920 kN·m。

大直径盾构隧道衬砌力学响应关系量化研究

为深入研究大直径盾构隧道衬砌力学响应的量化关系,以华南地区某大直径盾构隧道陆域段为研究背景,利用岩土工程有限元分析软件Midas GTS开展研究。选择匀质圆环-地基弹簧模型作为计算模型,同时结合工程概况对计算参数进行合理取值,从而得到不同埋深和水深条件下变形和内力特征变量的变化规律。结果表明,除最小轴力外其余内力最值出现位置与顶部荷载水平L_(t)和横竖荷载比Rhv的关系图表现为明显的阶梯状,且致使不同内力最值位置的阶梯突变条件存在差异;同等条件下,内力最值与L_(t)呈现正相关,最小轴力随Rhv增加而增加,而最大轴力在某一分界线两侧增减性相反,弯矩和剪力最大值基本随Rhv的增加而单调递减,说明内力最值在不同程度上同时受两个荷载变量影响。此外,回归分析结果表明,横断面变形量和典型位置内力值基本与埋深和水深二元线性相关,且均对埋深变化更为敏感;轴力、弯矩、剪力对埋深变化的敏感性依次降低,轴力与弯矩对水深变化敏感性相当,且强于剪力。

大直径盾构隧道下穿地下管线研究分析及应用

依托某大直径盾构隧道下穿地下管线工程,基于弹性地基梁理论,构建了盾构下穿管片力学分析模型,研究了地下管线的变形规律和内力分布特征。结果表明:盾构下穿影响下,地下管线的沉降曲线和弯矩曲线关于y轴对称,转角曲线和剪力曲线关于原点对称。地下管线的最大沉降量为10.6mm,略大于规范值。结合理论计算和现场实际,从盾壳外加固、盾尾加强同步注浆及二次补浆、盾构掘进控制、监控量测四个方面提出了施工控制措施。

临海隧道复合衬砌结构解冻前后荷载分担比研究

为研究解冻对复合衬砌结构荷载比的影响,本文以拱北隧道工程为依托,应用ABAQUS有限元分析软件的面-面接触单元,建立荷载-结构法整体式有限元数值模型,保证荷载在内外层衬砌间进行自适应分配,更符合复合衬砌的实际受力特性。通过对复合衬砌的轴力、弯矩、径向压力及安全系数进行计算和分析,进而对复合衬砌解冻前后的荷载比进行对比分析。计算结果表明:解冻对内层衬砌的内力水平影响小于外层衬砌,轴力最大值均出现在仰拱处;解冻不影响外层衬砌的内力分布规律,对内层衬砌内力分布规律影响很小,可忽略不计;复合衬砌的内力水平解冻后整体上升,而内层衬砌的荷载比有所降低;合理的增大截面厚度能有效提高截面的安全系数;外层衬砌的墙脚在解冻前后均为断面薄弱处,在设计中应适当优化该处的配筋率及提高混凝土强度。本研究成果可为类似富水区浅埋大断面公路隧道的设计及安全评估提供依据。

兰州西固黄河大桥成桥及施工节段受力特性分析

为研究大跨钢-混结合梁斜拉桥内力状态规律,保证强度安全,成桥及施工节段受力特性分析是必要的。该文以西固黄河大桥为工程背景,建立大跨钢-混结合梁斜拉桥有限元模型,采用零位移法确定合理的成桥状态,并针对施工阶段主梁拼装、斜拉索张拉、桥面板安装、湿接缝浇筑、二期恒载施工过程、收缩徐变中桥梁的应力分布情况进行了分析,有关结论可为西固黄河大桥以及同类桥梁成桥及施工节段受力特性研究提供借鉴。

冷却塔塔筒荷载效应和简化设计方法——配筋计算流程的简化

为简化冷却塔塔筒配筋设计中的多风向计算问题,以某冷却塔为例,通过分析各荷载单独作用下的内力状态,包括各自的控制性内力、内力环向分布特征等,对各荷载尤其是风荷载的内力状态进行简化,并根据冷却塔塔筒的旋转轴对称设计原则,从而提出了一种配筋计算的简化方法。与常规方法相比,简化方法所得配筋量仅略有增加,但不仅避免了多风向的组合计算,还无需对整个环向进行配筋计算,在一个确定高度位置只需取一组内力进行配筋计算即可,大大降低了计算工作量。

冷却塔塔筒荷载效应和简化设计方法——各荷载单独作用分析

为简化冷却塔塔筒配筋设计中的多风向计算问题,应明确塔筒在各荷载单独作用下的内力特征。以某冷却塔为例并配以代表性的荷载取值,对其自重、风、冬温和夏温、水平和竖向地震这6类荷载的内力状态进行了单独分析和系统对比,着眼于各自的主要内力和各内力环向分布特征。结果表明,自重、冬温和竖向地震作用下内力的环向均匀分布使其无碍于荷载效应的方向组合;夏温和水平地震的最不利内力固定在某一子午线上且各自分别以弯矩和轴力为主,两者方向一致时即自然形成最不利组合;风荷载方向的任意性、复杂的内力分布特征和轴弯联合作用使常规荷载效应组合中必须进行多风向计算,但其内力分布特征依然给荷载效应组合的简化提供了可能。

近邻多孔交叠隧道施工临时加固必要性分析

多孔交叠隧道是在基础设施不断飞速发展情况下涌现出的一种新的结构空间形式。南宁轨道交通1号线与2号线在火车站—朝阳广场站区间为四孔紧邻交叠隧道,文中采用有限元软件模拟了下层隧道设置和不设置临时支撑工况下紧邻多孔隧道的掘进,并分析和对比了两种工况下地层变形的规律及既有结构的变形和内力特征。结果表明,上层隧道开挖能减小由于下层隧道施工引起的土体位移,埋深较大的下层隧道施工引起地表沉降小,上层隧道在下层隧道施工的基础上引起较大的地表沉降;地层位移的变化主要取决于隧道自身和邻近隧道的施工,与下层隧道是否加固没有任何关联;下层隧道底端处的变形大于拱顶处,隧道呈现上下压扁趋势,且通过架设临时支撑能提高管片的整体刚度,进而减小支护结构的变形,降低结构的轴力和弯矩,提高结构的安全性能。

基于截面分条法的“人”字形柔性桩结构试验研究

利用桩截面分条计算方法对"人"字形柔性桩结构现场试验的数据进行分析整理,研究了"人"字形柔性桩结构在水平荷载作用下,桩身弯矩和轴力的变化规律、桩截面应力分布及桩身组成材料的荷载分担特征。结果表明:柔性桩结构的桩身弯矩分布具有明显的结构整体承载特征;桩身轴力受周围岩土介质等影响,其分布变化比较复杂;桩身轴力值一般比桩身弯矩值大一个数量级,说明"人"字形柔性桩结构能够充分发挥桩体材料性能;柔性桩截面内力主要由其中钢筋提供,即提高配筋率,可显著提高柔性桩截面内力。