关于多杆合一基础脱空比的控制值分析

现阶段,多杆合一基础多采用独立基础,独立基础的脱空比控制值是设计中的重要指标,脱空比控制值的大小将直接影响到基础尺寸的取值,目前尚无专门的规范对多杆合一基础脱空比进行规定。结合既有相关规范对脱空比的要求,研究分析了独立基础基底脱空比与基础抗倾覆安全系数的关系,并分析了典型多杆合一基础的基底脱空比与基底最大压应力的关系。根据分析结果,建议多杆合一基础的基底脱空比按15%控制较为合理。

基底脱空条件下铁路隧道行车安全性分析

结合大瑶山隧道基底病害,在混凝土塑性损伤本构模型基础上,建立隧道-围岩相互作用动力计算模型,研究基底脱空对铁路隧道行车安全的影响。结果表明:随隧道基底脱空距离增加,隧道底部结构动力响应和损伤增大,且脱空距离超过一定深度后变化加剧;对于内侧单边脱空、两侧对称脱空和中间扩展脱空方式,当脱空距离分别达60、60、180cm时,需采取限速、加固等措施保证隧道行车安全。各脱空方式中,以两端向中间脱空方式所受影响最大。在该脱空方式下,当脱空距离从0cm增加到90cm时,底部结构竖向位移最大增幅达1.5倍;加速度最大增幅达17.2倍;主应力最大增幅达3.2倍;损伤值最大增幅达1.4倍。当脱空距离达120cm时,底部结构已发生破坏。可见,基底脱空对结构稳定和受力极为不利,将加剧结构损伤破坏。研究结果可为铁路隧道行车安全性评价和基底脱空整治提供参考。

基底脱空条件下重载铁路隧道铺底结构疲劳性能试验研究

结合重载铁路隧道基底脱空病害特征,设计基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳试验装置,并考虑隧道基底无水、富水环境等因素,开展隧道铺底脱空病害下的结构疲劳试验。基于试验结果的分析,探讨脱空条件下隧道铺底结构的疲劳演化特性,拟合得到300 mm脱空条件下隧道铺底结构试件疲劳寿命演化曲线。研究结果表明:基底脱空条件下,隧道铺底结构疲劳性能呈“倒S型”演化趋势,结构疲劳寿命随着应力水平增大而显著缩短;受地下水的影响,富水环境隧道底部结构疲劳寿命显著短于无水环境,且随着应力水平的升高,缩短的比例也越大;建立的基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳寿命演化曲线,可用于隧道底部结构损伤状态的评价。

铁路隧道基底脱空条件下的动力响应分析

列车荷载作用是诱发在役隧道基底病害的主要原因。为分析隧道基底脱空条件下对列车荷载的响应问题,以某铁路隧道工程Ⅲ级围岩正常断面为对象,通过现场在隧道铺底顶面埋设压力盒,对铺底混凝土层受力进行测试;在此基础上,通过数值计算,重点分析列车荷载作用下基底不同脱空长度下的基底中心线、轨道处与轨枕端头处的应力分布规律及铺底顶面振动特性。结果表明:在铺底顶面,动压力在轨道、轨枕端头处与基底中心线处分别为80,20 k Pa和60 kPa。经计算模拟,基底存在40 cm与80 cm宽脱空区时,在轨枕端头处、轨道处及中心线处应力规律基本一致,在脱空区处应力出现先减小再增加现象,且轨道处突变最大,脱空区侧壁处存在应力集中现象,脱空区影响深度范围约2 m。80 cm宽脱空区在数值上与40 cm宽脱空区相比,基底动应力、铺底顶面加速度与振动位移的最大增幅分别为50%、30%和3%。

基底空洞条件下重载铁路硬岩隧道铺底结构动力响应

为量化轴重与基底脱空对重载铁路硬岩隧道动力响应的影响,基于Hertz非线性轮轨接触理论,运用有限元软件建立列车-轨道-隧道-围岩一体化数值仿真模型,以此分析脱空状态下重载铁路硬岩隧道铺底结构动力响应特性及潜在不利部位。研究结果表明:在围岩压力和轴重30 t列车共同作用下,基底脱空时轨下铺底结构第1主应变最大动幅值为82.28×10^(-6),比无空洞时增大87.26%。轨下和侧沟处铺底结构是硬岩隧道的2个主要易损部位,由列车动载引起底部结构产生的动力响应最大幅值位于轨道正下方处,而由围岩压力引起底部结构的静态应变最大值位于侧沟下方,硬岩隧道轨下处动力响应更大且结构更薄弱,轨道正下方处铺底结构发生基底病害的可能性比软岩隧道更高,而软岩隧道中基底病害则更易在侧沟处产生。轴重每增大1 t,有空洞、无空洞条件下铺底结构第1主应变动幅值分别增加约2.56×10^(-6)和1.41×10^(-6)。基底空洞对隧道结构十分不利,不仅大幅提高了硬岩隧道底部结构动力响应幅值,还增大了围岩静载作用下底部结构静态应变值。空洞宽度每增大10 cm,轨下处铺底结构第1主应变动幅值约增大12.18×10^(-6),静态应变值约增大3.71×10^(-6)。但当空洞宽度超过50 cm时,其增长速度会下降。研究成果可为重载铁路轴重提升、降低隧道基底病害概率提供参考依据。

基底脱空条件下仰拱振动特性及寿命预测分析

针对重载铁路基底不同脱空情况下隧道结构的振动特性和疲劳寿命预测问题,建立双线30T轴重列车荷载-隧道-围岩的三维模型。通过二次开发将拟合的列车振动荷载直接作用在轨道上模拟列车的行驶过程,实现了运行过程中重载列车对基底结构的振动响应特性分析。得到了30T轴重列车通过基底不同脱空条件隧道时,仰拱结构竖向位移、加速度和最大拉、压应力变化规律。进而结合混凝土寿命预测理论,计算出基底不同脱空条件下仰拱结构疲劳寿命预测值。并依据预测寿命将仰拱可靠度分为安全、警戒、危险和非常危险四个等级。研究结论对重载铁路基底脱空病害的评价与治理和仰拱结构的寿命预测分析具有一定的参考价值。

重载铁路隧道基底脱空条件下服役状态影响研究

隧道基底在重载列车动力荷载的长期循环作用下,将不可避免地出现累积损伤、疲劳破坏以及基底围岩脱空等现象。为了揭示重载铁路隧道基底脱空对仰拱结构的影响,采用数值模拟方法建立动载-隧道-围岩三维数值动力学模型,探明不同基底脱空状态下重载铁路隧道过车时基底结构的动力响应特征,并基于弯拉状态下的混凝土S-N曲线得到不同脱空状态下仰拱结构的疲劳寿命。研究结果表明:列车通过隧道时仰拱结构不同部位的各响应时程曲线呈现出波动起伏的峰谷交替现象,反映了重载列车车轮滚动通过的循环加载-卸载效应。基底脱空将使得过车时隧道仰拱的竖向沉降量以及最大主应力均有不同程度的增加,对隧道运营产生不利影响。基底结构受脱空宽度的影响较大,而受脱空深度的影响并不显著,在相同脱空深度下,仰拱的竖向沉降幅值随着脱空宽度的增加变化十分明显。基底脱空宽度对重载铁路隧道结构服役状态及运营寿命影响显著,为满足隧道运营的设计使用年限要求,V级围岩条件下隧道基底脱空宽度不能超过2 m,超限则必须及时进行整治,限制脱空的发展。同时在隧道建设过程中,若隧道基底围岩级别弱于IV级,应采取有效措施进行加固。

基底脱空条件下交叉隧道动力放大效应

对于交叉隧道这一结构形式,下穿隧道的存在会使得上跨隧道交叉段结构在列车荷载作用下动力响应大于非交叉段。依托新建京张草帽山交叉隧道工程,采用现场测试的手段对交叉隧道动力放大效应进行了验证,基于有限差分法建立三维仿真模型,对基底脱空条件下交叉隧道动力放大效应开展研究,并分析隧道净距、围岩级别对加速度放大系数的影响。结果表明:交叉段各特征点动力放大效果由大至小依次为隧底、拱腰和拱顶;基底脱空会加剧交叉段动力放大效应;随着隧道净距减小和围岩级别降低,交叉点动力放大效应会有所增强,基底脱空时加速度放大系数相比于基底完好时受到隧道净距的影响更为显著。并考虑交叉隧道动力放大效应,对交叉隧道设计、施工及后续运营提出了一些建议。

山区风电锥体基础的倾覆稳定性分析

城郊山区风电可避免平原风电设施占据大量耕地及戈壁地区风电配套大量高压输电线路、成本较高等问题,城郊山区风电建设已成为满足城市用电的有效途径。锥体基础是一种新型的山区风机基础形式,与传统山区风机基础相比,能节约钢筋和混凝土用量,减少基坑开挖量及土方对环境的破坏,提高基础承载力。结合数值模拟和理论方法,对锥体基础基底的脱空面积计算方法、脱空百分比以及风化岩力学参量、基础几何尺寸对基底反力、基础水平位移和倾斜率的影响规律进行探讨;分析基础侧壁设置的橡胶层对卸载后基础回弹率的影响,并建立了锥体基础倾覆稳定性评价标准。