外包钢壳混凝土异形索塔及其施工临时支撑研究

斜拉桥外包钢壳混凝土异形索塔结构受力复杂,在施工阶段存在变形和应力过大等问题。为保障该类索塔的施工安全和线形标准,设计了三种支撑方案以减小索塔的应力和变形,并利用有限元法对不同支撑方案的技术性能进行分析。分析结果表明,异形索塔的拱形轴线对塔柱应力和变形影响很大,不同建模方法计算的索塔应力和变形差异较大;三种方案的支撑均可显著减小索塔变形和腔内混凝土拉应力,而四道双管方案对降低施工难度和误差最有效;塔柱变形及混凝土拉应力对风压很敏感,施工时应加强塔柱抗风措施设计。

不同火灾情景下钢壳混凝土结构温度传递规律研究

钢壳混凝土组合结构是一种重要的沉管隧道设计形式。研究防火板的布置及不同火灾工况下该沉管结构的温度传递规律,对开展运营期的钢壳混凝土沉管隧道火灾风险分析具有重要意义。以隧道火灾涉事车辆作为分类,根据沉管隧道钢壳混凝土结构建立三维有限元数值模型,模拟了小轿车、轻型车辆、巴士及重型货车火灾工况下有无防火板布置共12种情景下的钢壳混凝土结构温度传递情况。结果表明:对于钢壳混凝土组合结构,没有布置防火板情况下发生巴士火灾或更严重隧道火灾时,混凝土会达到建筑设计规范的防火极限,而布置有防火板时,结构温度场在各工况下均为安全。相关成果可为钢壳混凝土结构型沉管隧道的火灾风险分析研究提供参考。

深中通道钢壳混凝土沉管管节预制方案比选研究

结合深中通道钢壳沉管隧道工程,开展了工厂制作陆上浇筑和船坞制作浮态浇筑工艺比选。综合安全、环保、质量和工期等因素,对比分析工厂化钢壳制作和混凝土浇筑的管节预制工艺方案,提出了钢壳整体卸驳、整体移运、混凝土浇筑、管节纵移等一站式预制流水线布局方案。该研究成果支撑了钢壳混凝土沉管管节预制成功,具有决定性作用。

钢-钢壳混凝土混合桥塔抗风性能试验研究

以某钢-钢壳混凝土混合桥塔为研究对象,采用不同材料的脊骨芯梁设计了桥塔气弹模型,并分别在均匀流场和紊流场中对桥塔风致振动响应进行了气弹模型风洞试验研究。研究结果表明:设计的桥塔试验模型与实际工程结构具有良好的动力相似性;桥塔在均匀流场和紊流场中都没有发生明显的横桥向和顺桥向涡激共振现象;在均匀流场中,桥塔也未发生明显的驰振现象。该混合桥塔满足结构抗风设计要求,具有较好的抗风性能,为未来类似钢-钢壳混凝土混合桥塔的抗风设计提供了有益的参考。

钢壳混凝土沉管隧道管节足尺模型浮态浇筑试验研究

以钢壳混凝土沉管隧道的管节为研究对象,开展管节足尺模型浮态浇筑试验,对自密实混凝土的工作性能指标和配合比、浇筑模型的稳定性控制、浇筑顺序及浇筑工艺参数选择等开展了详细介绍。混凝土强度测试和钢壳内自密实混凝土充盈性检测结果表明,在遮蔽水域开展钢壳混凝土结构浮态浇筑可行;自密实混凝土强度满足要求,混凝土结构致密、骨料分布均匀,所提出的自密实混凝土的性能指标合理;所提出的浇筑工艺参数可保证浇筑质量,自密实混凝土在钢壳内具有较好充盈性。

隧道钢壳混凝土界面脱空缺陷检测方法研究

为提高钢壳混凝土脱空缺陷检测结果精度,提升结构质量和安全性,文中设计了隧道钢壳混凝土界面脱空缺陷检测方法。对缺陷信息预处理,把从信号采集器中采集到的缺陷进行消除趋势项处理;建立界面脱空缺陷检测模型,对脱空缺陷检测信号拟合,分析脱空数据的统计特征;实现缺陷检测,通过时间序列建模并分析脱空识别指标来进行缺陷检测,完成检测方法的设计。对比实验结果证明,该方法可以精准识别脱空缺陷并提高脱空缺陷检测结果的准确率。

基于FAHP-云模型的钢壳混凝土沉管隧道施工风险分析

为补充我国钢壳混凝土沉管隧道施工风险评估体系,运用基于优化LEC法的FAHP-云模型风险评估方法,辨识分析钢壳混凝土沉管隧道施工风险。通过运用AHP法建立钢壳混凝土沉管隧道施工结构模型,采用模糊层次分析法确定各指标权重,使用MATLAB云模型检验权重值的有效性并计算期望值。通过优化的LEC法计算指标层的风险源风险等级,运用MATLAB云模型确定风险等级的指标期望值。基于模糊层次分析法确定钢壳混凝土沉管隧道总体风险等级。将评估模型应用于深中通道沉管隧道实例分析,验证该方法的可行性。

带肋钢壳混凝土空心柱偏压试验研究

依托双鱼岛陆岛连接桥项目,对带肋钢壳混凝土空心柱进行偏压试验研究,试验设置了6个试件,以加劲肋数量和空心率作为主要研究参数,开展带肋钢壳混凝土空心柱力学性能的影响参数分析。通过对6个偏压试件的受力分析,研究发现在钢壳内表面布置纵横加劲肋可以增强钢壳与混凝土之间的粘结强度,有效地防止试件发生局部屈曲破坏,并提高试件的整体承载力、刚度和延性;另外,试件的空心率增大,试件的刚度减小、延性降低。

深中通道钢壳混凝土管节自密实混凝土浇筑施工技术

深中通道因沉管隧道具有“超宽、深埋、变宽”等特点,首次大规模应用钢壳高流动性混凝土结构,采用工厂法预制。依托深中通道,通过大量试验确定了混凝土配合比和性能指标,研发的智能浇筑设备实现了各项浇筑参数的智能控制。基于足尺模型试验的成果,从混凝土过程控制、浇筑顺序设置、混凝土布料、设备布置和浇筑过程等方面形成了一套自密实混凝土浇筑成套施工技术。

钢壳混凝土结构火灾高温下温度分布规律研究

钢壳混凝土作为一种新型创造性组合结构,已经运用于工程实际中,但在火灾工况下对其温度传递规律及温度场分布规律的研究较薄弱。文章以深中通道海底沉管隧道为依托,通过ANSYS有限元软件模拟出钢壳混凝土组合结构在火灾工况下温度场的变化规律。对结构在不同高度和受火时间下的温度变化进行详细了分析,得出结论:受火面温度变化情况可分为升温阶段、温度保持阶段和降温阶段;在结构不同的方向上都存在温度达到峰值的时间滞后的效应;相比混凝土,钢材的导热系数更大,温度场易在钢结构周围出现温度场重分布的情况。文章可为钢板式混凝土组合结构的温度传递规律提供借鉴。

冲击映像法在深中通道沉管隧道钢壳混凝土界面脱空检测的应用研究

深中通道海底隧道的沉管结构是国内首次大规模采用的钢壳混凝土“三明治”沉管结构。这种新型结构形式复杂,自密实混凝土在浇筑过程中易在钢板与混凝土交界面形成脱空缺陷,局部脱空导致抗压强度降低,影响结构的整体安全。为实现钢壳混凝土脱空缺陷的快速、准确检测,以深中通道海底沉管隧道为研究背景,基于冲击映像法开展大型沉管隧道钢壳混凝土脱空质量检测方法研究。首先,通过研究近源波场响应特性的变化规律,研发包括设备、软件及模型在内的钢壳混凝土脱空检测技术。然后,以此为基础,提出钢壳混凝土脱空质量评价指标。最后,通过足尺模型试验对方法的效果进行验证,经验证,检测结果的准确率为91%。试验结果表明:采用冲击映像法能够准确描述钢壳混凝土病害分布、定量评价脱空状况,为深中通道高质量建设和结构优化提供技术支撑。

钢壳混凝土管节组合结构注浆效果扫描成像评价方法研究

钢壳混凝土作为一种新型结构,其在防渗、结构抗震、质量控制等方面具有显著优势,已成功应用于大型沉管隧道等土木工程中。由于施工工艺以及材料性能等原因,施工时导致结构内存在不同程度的混凝土脱空现象,影响结构的强度、刚度和承载力等性能。针对钢壳混凝土组合结构注浆效果评价问题,基于弹性波在层状介质中的传播特性,结合钢壳混凝土组合结构的组合特征,提出一种扫描成像快速评价方法。首先详细描述了扫描成像方法的基本原理、采集工艺及成像方法,提出脱空厚度和连续脱空体积两个参数作为注浆效果的评价指标。针对脱空厚度的定量评价问题,开展了不同脱空厚度的模型试验,建立了脱空厚度与响应能量放大系数之间的关系。为验证方法在深中通道钢壳混凝土管节工程应用中的适应性、有效性,开展了模型试验。试验结果表明,脱空厚度大于0.50 cm的区域为检测区域的20%,脱空主要集中在构件处,最大的连续脱空体积达到1 042.5 cm^3。可以认为,通常的注浆方式有可能导致组合构件处发生注浆不密实等问题。并通过预设缺陷等方式,验证该方法在注浆效果评价中的有效性。

基于管节变形控制的深中通道钢壳混凝土沉管无支撑仓格式浇筑顺序研究

为实现深圳至中山跨江通道(简称深中通道)钢壳混凝土沉管高精度高效率预制,开展钢壳混凝土沉管无支撑仓格式浇筑顺序研究。首先,研究考虑混凝土强度时变性、收缩徐变、水化热及自重共同作用的钢壳混凝土沉管施工变形仿真计算方法;然后,分析混凝土水化热温度场对管节变形的影响规律;最后,分析管节仓格浇筑顺序及有无设立支撑系统对沉管变形的影响,基于沉管变形控制要求,实现对钢壳混凝土沉管仓格合理浇筑顺序的优选。研究结果表明:1)混凝土水化热对管节最终变形影响较小;2)考虑智能台车浇筑效率及管节变形控制,棋盘式跳仓浇筑工艺最优;3)顶板浇筑时设立支撑系统对顶板变形影响较小,可取消。

深中通道钢壳混凝土沉管隧道总体设计综述

深中通道是集“桥、岛、隧、水下枢纽互通”于一体的超大型集群工程,海底沉管隧道国内首次采用了钢壳混凝土组合结构,面临国内全产业链技术空白。基于项目控制性建设条件,从技术标准、总体布置、管节结构、自密实混凝土材料制备和工作性能、管节防火和防腐体系等方面,系统阐述钢壳混凝土沉管隧道总体设计,供同行借鉴。

深中通道钢壳混凝土沉管隧道智能建造体系策划与实践

根据深中通道海底沉管隧道工程建设实际,分析深中通道钢壳混凝土沉管隧道工业化、智能化建造面临的主要技术挑战,包括沉管钢壳制造、沉管自密实混凝土浇筑、钢壳沉管自密实混凝土密实度定量检测、钢壳管节长距离浮运安装等。为保障沉管隧道全过程高质量建设、降低工程建设风险、保障项目总工期,提出"标准化、工业化、装配化、智能化、精细化"建设理念,策划深中通道沉管隧道智能建造体系,围绕沉管钢壳智能制造、混凝土智能浇注、智能检测、管节智慧安装及智慧工地建设等方面进行探索和实践。

钢壳混凝土沉管管节智能浇筑技术应用实践

通过深中通道沉管管节智能浇筑实践,切实利用信息化手段辅助施工、智能装备替代或部分替代繁杂的人工操作。将原混凝土浇筑的人工和半自动化控制提升为智能化设备和系统,有效地提高了浇筑质量,降低了混凝土的损耗,极大地提高了工效,节省了现场操作人员,提升了项目管理水平,可为后续超大型混凝土构件的浇筑提供智能化的解决方案。

钢壳混凝土管节智能浇筑系统设计与应用

为解决钢壳内部混凝土浇筑难度大、质量要求高的问题,研发了融合BIM及物联网技术的混凝土智能浇筑系统,并对泵车智能控制、智能运输调度、基于BIM的信息管理等关键技术进行了研究。该系统利用物联网技术使混凝土浇筑的相关设备实现了互联互通,并实现了浇筑液面的实时测量、泵车的自动启停及调速、混凝土运输车辆的动态调度等关键环节的管控;应用BIM技术实现了从计划、原材料、半成品到成品整个生产过程的信息化管理,使浇筑信息的查询、统计分析变得更加便捷。目前该系统已应用于首节管节的混凝土浇筑,显著提高了施工效率,使项目得以有序推进。

缆索支承桥梁A型扭转钢壳混凝土索塔方案

索塔结构既作为缆索支承桥梁的主要承重结构,又是体现其整体景观的重要构件。索塔设计不仅要注重其结构类型的选择及满足受力要求,同时还应重视其造型、断面形状、外观色彩等景观设计。目前,悬索桥的索塔基本上都是H型,斜拉桥的索塔大致分为A型塔、H型塔和独柱塔三种类型,索塔塔柱截面大部分为矩形,塔柱表面大多数为平面。虽然结构简洁,但造型单一,立体感不强,缺少美学艺术特性。结合现有常规斜拉桥及悬索桥的索塔造型,提出一种A型扭转索塔设计方案,使索塔在满足结构受力的同时,又能赋予索塔特有的美观和更丰富的艺术造型。

环氧防火涂料对钢壳混凝土结构隧道的防火研究

钢壳混凝土结构隧道作为一种新型结构隧道,其火灾危害比普通隧道更加严重,为验证钢壳混凝土隧道防火保护措施的有效性,提出一种钢壳混凝土结构隧道防火保护措施耐火试验方案。通过制作3组局部1∶1结构试验构件,对构件表面涂覆环氧型钢结构防火涂料,采用RABT和CH曲线升温分别对3组试件进行耐火试验。试验表明,该方案可对钢壳混凝土结构隧道防火保护措施的安全有效性进行验证,RABT和CH升温曲线耐火2 h条件下,一定厚度的环氧防火涂料能对不同结构的钢壳混凝土隧道结构起到很好的防火保护作用。

钢壳混凝土桥塔节段脱空受力分析

为对钢壳混凝土桥塔节段脱空后力学性能进行研究,以一座斜塔斜拉桥为工程背景,建立了桥塔节段的实体与板壳有限元模型。采用弱化材料弹模的方法模拟钢壳内混凝土的不同程度的脱空,针对恒载工况以及不同程度的脱空工况进行了有限元对比分析。结果表明当桥塔节段混凝土脱空率较小时,桥塔节段的钢桥及混凝土受力状态影响较小;当脱空率较大时,脱空部分混凝土所承担的荷载转而由钢壳承担,桥塔节段的钢桥及混凝土的应力水平提高较大,且应力分布也发生了改变。