考虑预应力影响的壳-弹簧模型及其在预制地下管廊纵向抗震分析中的应用

利用ABAQUS有限元软件,采用壳单元模拟管廊结构,非线性地基弹簧单元模拟土-结构相互作用,非线性弹簧单元模拟带止水橡胶的承插式接头和预应力钢绞线,提出了一种考虑预应力影响的预制地下管廊纵向抗震分析的壳-弹簧有限元模型,并基于反应位移法分析了某拟建预制地下双舱管廊在地震波作用下的内力和变形。研究表明:文中壳-弹簧模型充分反映了预制地下管廊纵向接头构造及初始装配预应力,以及地震作用下的结构真实变形及内力分布,适用于预制地下管廊的纵向抗震分析。

基于壳-弹簧模型的预制地下管廊横向抗震分析

利用ABAQUS有限元软件,采用壳单元模拟预制装配式地下管廊,非线性弹簧模拟管段承插口接头的力学行为,非线性地基弹簧模拟土-结构间相互作用,文中提出一种适用于预制管廊横向抗震分析的壳-弹簧计算模型。以天津市某拟建地下管廊为例,对4个计算工况进行了横向抗震分析。结果表明,壳-弹簧模型内力较梁-弹簧模型均有所增大,轴力、剪力、弯矩分别增大17.4%、22.7%和27.9%;考虑管段间钢绞线预应力时,内力在幅宽上有明显变化且在承插口接头处明显增高;引入管廊结构材料塑性后,管廊层间变形显著增大,且较之线弹性模型增大了68.7%。文中的壳-弹簧模型可反映预制综合管廊结构的弹塑性行为及接头钢绞线预应力影响,对预制综合管廊抗震设计有一定指导作用。

基于壳-弹簧模型的组合式预制管廊纵向抗震分析

利用ABAQUS有限元软件,建立了组合式预制管廊三维壳-弹簧有限元模型,研究地震作用下组合式预制管廊之间的相互作用,以及组合式预制管廊的整体抗震性能。采用壳单元模拟管廊结构,非线性弹簧单元模拟管廊承插式接头、钢绞线、舱室之间填充的泡沫板材料,非线性地基弹簧模拟土-结构相互作用。利用反应位移法计算了组合式预制三舱(双舱+单舱)管廊在安评波作用下的变形及内力响应。研究表明,安评波不同入射角度下,双舱管廊和单舱管廊之间存在相互作用,但管廊之间峰值相对位移小于其初始间距;随着安评波入射角度的增加,双舱管廊和单舱管廊的接头张开量及内力均呈现先增大后减小的趋势,接头张开量和截面内力峰值均满足抗震验算要求。

地下结构反应位移法的两种简化分析途径及应用

通过反应位移法以及基于地层-结构模型施加加速度或强制位移的简化分析途径分别计算一个双跨箱形地下结构在地震荷载作用下的结构内力,并用时程分析法对计算结果进行校核。结果表明:各方法所得结果相近,均能较好体现地下结构动力响应特征;在我国,由于缺乏完整的速度反应谱、地层峰值位移等参数,且地层弹簧刚度的计算繁琐使得反应位移法未推广应用;反应位移法的两种简化分析途径采用地层-结构模型,省略地层弹簧刚度的取值,提高了计算效率;简化途径中,施加地层加速度时建议模型侧边距取3倍以上结构跨度,施加强制位移时侧边距取1倍结构跨度。

基于反应位移法的复杂软土盾构隧道横断面抗震分析

采用反应位移法,利用ABAQUS软件建立梁-弹簧有限元模型,进行复杂软土场地中盾构隧道横断面抗震分析,并结合天津滨海Z2线软土盾构隧道进行计算。研究表明,在地震作用下,最大弯矩值和剪力值一般出现在拱肩位置,最大轴力值一般出现在拱腰附近;处于复杂地层附近的隧道结构内力值较大,应加强该位置处的抗震构造措施或在选线时尽量避免复杂场地。本文对复杂软土场地中盾构隧道横断面抗震设计具有一定参考价值。

基于反应位移法的小直径盾构电力隧道纵向抗震分析

结合西安市某小直径盾构电力隧道工程,沿纵向将隧道简化为连续梁,建立等价连续化模型;将环间接头简化为转动非线性弹簧和拉压异性弹簧,建立梁-弹簧模型;采用反应位移法对2种模型进行盾构隧道纵向地震反应分析。结果表明:在地震烈度8度区,小直径盾构电力隧道纵向地震响应远小于容许值,因此应重点关注接头张开量指标;等价连续化模型计算简单,但误差较大,建议采用梁-弹簧模型进行隧道纵向地震反应分析。

基于改进梁-弹簧模型的沉管隧道反应位移法研究

反应位移法在沉管隧道纵向动力响应分析中得到广泛运用,而在具体工程分析中,传统反应位移法存在隧道截面几何特性不能良好体现,管节接头模拟不精确等问题。基于以上不足提出了改进梁-弹簧模型,并以广州如意坊沉管隧道工程为背景,开展了沉管隧道反应位移法抗震分析,同时与传统梁-弹簧模型进行对比研究。结果表明:改进后的梁-弹簧模型满足计算结果精度要求,可较好地考虑沉管隧道截面形状、场地不均匀等复杂工况,同时,可对沉管隧道接头进行准确表征。改进梁-弹簧模型反应位移法的建立可作为沉管隧道动力分析方法的良好补充。

盾构隧道纵向环缝张开量和附加内力值的研究

由于盾构隧道管片之间纵向螺栓的存在，盾构隧道纵向的不均匀沉降必将引起管片与管片间环缝张开。本文基于壳-弹簧模型基础，建立了强制位移法壳-弹簧模型。主要分析了盾构隧道在一定长度和不均匀变形量情况下，其附加内力值和管片接头环缝张开量。

粘土地层大断面异形盾构隧道结构力学特征数值试验研究

文章基于修正惯用法和壳-弹簧模型两种计算方法,研究了原型试验条件下错缝拼装的异形盾构管片随覆土厚度增加的力学行为特征。研究结果表明,异形管片结构整体变形呈"横鸭蛋"形;环向接头存在使结构内力呈非对称分布,纵向接头的剪切作用和幅宽边缘对其加强作用使幅宽边缘内力普遍大于幅宽中央;基于平面应变状态的修正惯用法夸大了错缝拼装对管片纵向的加强作用,计算结果要大于考虑三维空间问题的壳-弹簧模型,说明修正惯用法作为异形管片的设计方法是偏于安全的;建议异形盾构管片横向刚度有效率范围为0.72~0.87,正弯矩区弯矩传递系数范围为0.245~0.256,负弯矩区弯矩传递系数范围为0.166~0.197。

错缝拼装及土层刚度对盾构隧道横向刚度有效率的影响研究

针对盾构隧道横向刚度有效率取值及其影响因素,借助有限元软件建立三维壳-弹簧模型,计算综合考虑错缝拼装与地层抗力作用下的横向刚度有效率,探讨不同错缝拼装角度和地层抗力系数对隧道横向刚度有效率的影响。结果表明:典型珠三角地区错缝拼装时的横向刚度有效率为0.75,较通缝拼装0.65增加了15%。横向刚度有效率随着错缝角度的增大而增大,当错缝角度超过45°时,刚度有效率的变化趋于稳定。横向刚度有效率随着地基反力系数的增大,呈现线性增长趋势。

妈湾跨海大直径盾构隧道纵向抗震分析

利用广义反应位移法开展妈湾跨海大直径盾构隧道纵向抗震分析。采用黏弹性边界方法建立纵断面有限元模型,结合地震动输入的等效节点力方法和土体等效线性方法,求解安评波作用下,妈湾隧道全域场地的非线性地震响应。采用梁单元模拟盾构隧道管环,弹簧单元模拟盾构隧道环间螺栓,建立盾构隧道纵向抗震计算的三维梁-弹簧模型。考虑轴向和横向水平地震动耦联效应,进行盾构隧道的纵向抗震计算。研究对妈湾跨海大直径盾构隧道抗震设计具有一定参考价值。

考虑错台条件的盾构隧道抗震性能分析

研究目的:管片错台是盾构隧道最为常见的质量问题之一,管片错台直接影响管片的受力,从而影响隧道整体抗震性能,可见管片错台对盾构隧道抗震性能的影响值得关注。目前相关研究较少,缺乏合理考虑错台的方法。针对该问题,本文提出一种考虑错台的方法,并借助数值方法探讨盾构隧道管片错台量及错台部位对其地震响应的影响。研究结论:(1)结构内力方面,盾构隧道在发生初始错台后内力会出现增大,其中剪力的增幅最为明显;(2)结构变形方面,初始错台会增大隧道在地震作用下的环缝错台量;(3)结构应力方面,隧道应力随着环缝错台量的增大而显著增加,错台特别是初始错台对隧道抗震性能极为不利;(4)本研究成果可为盾构隧道的初步设计以及运营期间抗震性能评价提供参考。

服役埋地管道纵向动力响应分析研究

为完善埋地管道纵向动力分析有限元模型,确定管道运行内压对其动力响应的影响规律。以滨海城市地下管道地震工程为背景,采用梁-弹簧模型与壳-弹簧模型进行动力响应数值试验,对比分析2种模型的异同点,同时,确定地震波的类型和运行内压对管道应力应变与位移的影响规律。研究结果表明:2种模型均能够对输入地震动作出合理的响应,壳-弹簧模型适合更多的工况且更能直观表现管道结构的变形情况,运行内压的存在对埋地管道环向应力应变具有显著影响,而轴向地震响应情况则主要由输入地震动控制。该研究结果可为埋地管道在地震作用下的响应分析与抗震设计提供更加可靠完善的计算模型与设计依据。

考虑接头影响的盾构隧道地震响应分析

为探明地震作用下盾构隧道管片接头与拼装方式对其横断面地震内力及变形的影响,分别针对匀质圆环模型以及梁—弹簧模型开展反应位移法计算,对不同转角错缝拼装管片环的地震内力与变形进行对比分析。研究结果表明:两种模型计算所得衬砌横断面地震弯矩、轴力均呈反对称分布,在左右拱肩、拱脚部位出现最大值,地震剪力呈近似对称分布,整环内力图在管片接头处出现内凹或突变;与匀质圆环模型相比,梁—弹簧模型因考虑了管片接头与拼装角度造成地震内力计算结果相差20%左右,变形值则最大可造成40%以上的误差。综上可知,盾构隧道接头对其地震内力分布以及接头处变形均影响显著,采用匀质圆环模型计算管片转角时存在较大误差,当需要精确求解时该模型不再适用。