滇中芹河隧洞软岩破碎段围岩大变形与支护结构相互作用研究

软岩大变形是滇中引水工程建设中较为突出的工程地质问题之一,以大楚段芹河隧洞4#支洞为研究对象开展软岩大变形特征及承载结构受力研究。4#支洞在施工过程中发生影响洞室稳定的问题,洞周围岩大变形不同程度侵限,导致钢拱架扭曲断裂、喷混凝土掉落现象时有发生。为了充分认识隧洞变形特征、破坏模式及成因机制,结合工程地质勘察、现场监控量测、数值反演及施工模拟分析等手段和方法对其进行综合研究。研究成果表明:破碎软岩洞段施工期围岩监测变形量大、变形速率较快,变形具有明显的时效性;围岩完整性差,洞周变形差异大;围岩以剪切破坏为主;围岩时效变形对支护结构受力影响大,部分承载结构受力超限,导致局部结构破坏。可见,针对破碎的软岩隧洞施工,需要采取超前注浆、减少减小施工扰动、及时跟进初期支护、尽快封闭成环,加强施工期围岩变形监测,选取合理的衬砌支护时机,实时指导和优化隧洞支护结构施工设计。

隧道锚索预应力损失影响因素研究

实际施工中影响隧道锚索预应力损失的因素众多,相比于基坑和边坡用锚索,隧道中锚索预应力损失的影响因素更加复杂,并且各因素间互相关联。为探究不同因素对预应力损失影响的方式和程度,通过结合过往对锚索预应力损失的研究成果,将影响锚索预应力的因素划分为系统损失、短期损失和长期损失,并对隧道锚索预应力损失的影响因素和损失机理进行了总结和归纳,从而更加清晰地认识了各因素对预应力的影响方式,其对隧道锚索的设计、施工和管理有一定参考价值,有利于提高锚固工程的经济效益和社会效益。

环境温湿度对钢筋混凝土主拱圈应力重分布的影响研究

针对现有规范中的不足,对比研究了变化温湿度收缩徐变模型和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中的恒定温湿度收缩徐变模型下主拱圈截面应力重分布,建立空间实体单元模型与梁单元模型,并研究了普通钢筋对主拱圈截面应力重分布的影响。结果表明:变化温湿度模型结果更加精确。随着收缩徐变的进行,主拱圈截面上、下缘应力逐渐减小,当考虑普通钢筋时,截面应力进一步减小,考虑普通钢筋时主拱圈截面应力最大下降7.6%,表明普通钢筋对截面应力重分布有显著影响。从多尺度的角度对比梁单元模型和实体单元模型应力的空间分布,由于宽桥空间效应更加明显,普通的梁单元模型已经不能满足验算的精度要求,所以宽桥应采取梁格模型甚至实体单元分析来保证结果的精度。

大跨简支铁路钢管混凝土拱桥徐变效应研究

为研究大跨简支铁路钢管混凝土拱桥的徐变效应,文中以某哑铃形钢管混凝土拱桥为实例,通过刚度折减法和徐变公式法分别考虑拱肋和系梁的徐变,利用有限元软件建立了三维计算模型,开展了徐变对简支钢管混凝土拱桥的长期变形和内力的影响分析。研究结果表明:拱肋徐变会导致简支钢管混凝土拱桥的拱肋和系梁产生下挠变形,系梁徐变会引起拱肋、系梁上拱;徐变引起的拱肋弯矩变化较大、而轴力变化较小;在大跨度钢管混凝土拱桥的工程实践中,要充分考虑徐变效应的影响,以便能合理预测运营阶段长期时变行为。

泥质石灰岩地层高速铁路隧道底鼓原因分析

针对泥质石灰岩地层高速铁路隧道底鼓现象,为底鼓整治措施提供理论依据和数据支撑,依托西成高铁ZJY隧道,通过分析隧道监控量测、仰拱填充及轨道板结构变形、底部围岩变形和仰拱结构受力数据,研究隧道底部荷载分布特征及对结构的影响。采用分析隧道初始应力场和开挖应力场的方法,结合岩体物质成分及微观结构鉴定、膨胀性和蠕变试验,以应力场为纽带,提出隧道周边岩层的物理力学分区,建立隧道分层差异蠕变模型。研究结果表明:1)隧道底鼓是岩体蠕变造成的。2)隧道开挖后底部应力重分布影响区中靠近仰拱的15 m范围内微晶结构方解石发生大量持续蠕变造成底鼓变形。3)模型显示,隧道开挖前地层岩性差异形成不均匀的初始应力场,隧道开挖后在仰拱下方不同深度将形成多个承载区,深浅承载区内岩性差异的岩体同时发生蠕变变形。4)隧道开挖前地层中存在蠕变现象,同一岩性地层内水平差应力中位数较最大值降低超25%。5)隧道开挖后泥灰岩地层蠕变成分最高达80%左右,发生蠕变的差应力门槛,约5 MPa(下限)。6)蠕变试验显示,在隧道等效圆仰拱下方0.5 m左右,可能存在蠕变的差应力峰值,约15 MPa(上限),推测仰拱接触应力的峰值可能在1 MPa左右。

钢管混凝土空间桁拱徐变计算的单一单元模型

采用空间杆单元模拟结构杆件,基于徐变作用下钢管与核心混凝土黏结良好因而应变协调的特点,结合徐变的时间步增量分析方法,建立适合钢管混凝土空间桁拱徐变分析的单一单元模型并开发了程序,对湖南茅草街大桥(主跨为368 m的中承式钢管混凝土拱)进行了《公路钢管混凝土拱桥设计规范》(JTG-T D65-2015)和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)规定的两种徐变模式下拱肋下挠、截面应力以及杆件内力重分布的对比分析。结果表明:本研究的钢管混凝土杆件单一单元模型相对于常规的双单元模型能提高计算效率;两种徐变模式下计算的由徐变引起的拱肋下挠、截面应力重分布非常明显,杆件内力重分布不太明显;相对而言,后一种徐变模式下徐变对拱肋受力行为的影响更强些。

钢管混凝土拱的时变动力跳跃屈曲

受到核心混凝土收缩徐变的影响,钢管混凝土拱将产生随时间变化的屈曲前变形和内力重分布,导致其动力跳跃屈曲荷载随时间变化而变化。针对钢管混凝土拱在阶跃荷载下的时变动力跳跃屈曲问题,采用能量法和基于龄期调整的有效模量法建立了钢管混凝土拱在阶跃荷载下的运动方程,然后通过能量守恒定律求得具有时变效应的钢管混凝土拱动力跳跃屈曲荷载,并与有限元结果进行对比验证。数值分析结果表明,核心混凝土的收缩徐变显著降低了钢管混凝土拱的动力跳跃屈曲荷载,当持载龄期达到300d时动力跳跃屈曲荷载降低约27.9%。

基于代理模型的400 km/h高速铁路车-桥系统关键参数优化方法

针对高速铁路车-桥系统建模复杂,难以确定最优关键参数的问题,运用数值计算、代理模型和优化设计等方法,提出了400 km/h高速铁路车-桥系统关键参数优化方法。通过构建三维车桥耦合系统动力学模型,计算不同抽样组合的车体垂向加速度;构建车体垂向加速度Kriging代理模型,精确描述车辆轴重、桥梁徐变上拱值与车体垂向加速度的相互关系;以最小化车体垂向加速度为目标,提出车辆轴重与桥梁徐变上拱值的匹配优化模型,基于布谷鸟搜索算法获取最优设计参数。结果表明:车体垂向加速度对徐变上拱值的敏感度远高于车辆轴重;400 km/h高速铁路最优的车辆轴重为15 t,桥梁徐变上拱限值为3 mm,其车体垂向加速度最小,达到0.4909 m/s2。此方法为从系统层面进行桥梁徐变上拱控制和车辆设计提供了重要依据。

大跨度无砟轨道连续梁-拱组合桥的工后徐变作用效应

大跨度无砟轨道铁路桥梁存在明显的工后徐变作用效应,对桥上轨道的长期线形及平顺状态产生影响。以沪苏湖高速铁路(上海—苏州—湖州)青浦特大桥为工程背景,建立大跨度连续梁-拱组合桥-CRTS双块式无砟轨道体系精细化分析模型,计算分析工后徐变作用引起的桥上无砟轨道竖向变形变化规律,并给出初步估计大跨度连续梁-拱组合桥徐变作用效应的简化计算方法。结果表明:工后徐变发生3年时,大跨度连续梁-拱组合桥上无砟轨道竖向变形已经超过了无砟轨道工后徐变10年竖向变形的50%,且中跨比边跨发展速率更快。对大跨度连续梁-拱组合桥进行徐变效应的初步计算时,可以采用折减系数为0.5的简化方法对管内混凝土徐变系数进行修正。研究结果能为考虑工后徐变的桥梁设计、运维提供了一定的理论支持。

考虑施工步骤收缩徐变因素的钢管混凝土拱桥线形控制研究

大跨度钢管混凝土系杆拱桥线形控制考虑混凝土收缩徐变的影响因素时,通常按照理想的连续施工时间历程进行分析。然而工程实践中,常因长时间停工造成施工不连续,忽略停工期间的收缩徐变对线形控制的影响,这对成桥线形要求较高的高速铁路钢管混凝土系杆拱桥线形控制是非常不利因素。本文依托高速铁路72 m标准跨度的钢管混凝土系杆拱桥,提出考虑施工步骤过程对收缩徐变变形的影响,采用有限元仿真分析和现场监测相结合的方法,分析该因素对大跨度钢管混凝土系杆拱桥成桥线形的影响。结果表明:考虑施工步骤的收缩徐变因素时,系梁和拱肋收缩徐变变形增大,系梁应力在拱脚处保持不变,拱脚处钢管应力减小。因此,在高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥的线形控制技术中,应考虑施工步骤收缩徐变因素对线形的影响,确保后期无砟轨道标高的精确控制。

大跨度局部自平衡混凝土拱壳结构专项分析研究

京沈客专在北京朝阳站段(里程DK14+400~DK15+050)封闭式声屏障采用结构跨度约40m的大跨度混凝土拱壳结构形式,主拱结构之间应用单向简支的SP预应力预制板,主拱高位设置预应力拉索形成局部自平衡体系。针对预制壳板安装和预应力拉索张拉的工序开展不同施工方案对比分析,对比不同施工方案对应的结构受力和配筋设计情况。利用规范公式近似计算主拱混凝土的收缩应变和徐变应变,开展考虑混凝土收缩徐变的施工模拟分析,对收缩徐变造成的结构受力状态变化进行详细的研究。利用考虑塑性铰的动力时程分析方法分别对结构单体中间跨和边跨进行断索专项分析,研究了主拱结构的抗连续倒塌能力以及拉索更换的可行性。研究表明:考虑混凝土的收缩徐变,预应力拉索会产生一定的索力松弛,跨中段主拱的轴力也会有所下降,但不影响主拱结构受力的安全性。中跨或边跨发生断索时主拱结构均不会发生倒塌破坏,通过设置连系梁,混凝土拱壳结构具有较高的安全冗余度。

32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究

运用Midas软件分别建立简支梁桥-CRTSⅡ型板式无砟轨道空间耦合静力学模型和车-线-桥耦合动力学模型,进行32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究。结果表明:桥梁残余徐变变形是影响32m波长周期性高低不平顺的主要因素;随着桥梁残余徐变幅值增加,长钢轨的附加不平顺呈线性增大,桥梁残余变形幅值为10mm时,钢轨的上拱变形量可达9.8mm;行车速度为380km·h^-1、桥梁残余徐变上拱幅值由3mm增加至10mm时,车体的垂向加速度峰值由0.275m·s^-2增加至1.159m·s^-2,旅客乘坐舒适度指标由1.549逐渐增加至3.105;当桥梁残余徐变幅值为8.0mm,在280~380km·h-1车速范围内,旅客乘坐舒适度指标达到3.108,桥梁梁端振动加速度达到5.217m·s^-2,已超出规范限值,因此建议高速铁路32m简支梁桥铺轨后其残余徐变上拱限值按7.0mm控制,为避免残余徐变限值的改变对桥梁设计方案产生显著影响,可通过适当延后铺轨时间保证桥梁残余徐变变形满足限值要求。

考虑拱效应的高面板堆石坝流变收敛机制研究

采用一种能模拟高围压条件的堆石料幂函数流变本构模型,探讨狭窄河谷条件下堆石体流变变形的发展规律及相应的控制流变变形的工程措施。数值仿真结果表明,在狭窄河谷中的堆石体存在着拱效应。由于拱效应的影响,如果不考虑堆石体流变导致拱效应减弱而增加的附加变形,数值仿真计算得到的大坝变形将小于其真实的变形。受拱效应影响,堆石体初期变形的速率受到抑制,但随着坝体的升高、蓄水后水压力的加大以及堆石体随时间发展等流变变形因素的影响,堆石体中的拱效应逐渐减弱。要减小面板浇筑后由于其下卧的堆石体流变产生的附加变形,可以尽量利用面板过水及堆石体挡水,以加快堆石体流变变形的完成。采取措施,避免大的陡坡突变以及面板浇筑时间滞后其下卧堆石体断面几个月。

层板胶合木拱的蠕变屈曲

目的研究蠕变对层板胶合木拱的稳定承载力的影响规律.方法通过建立层板胶合木的蠕变本构模型,推导应力-应变的迭代计算公式,结合ABAQUS有限元软件,编制描述胶合木蠕变行为的用户材料子程序UMAT,提出判断拱发生蠕变屈曲的双重条件,用有限元法分析不同跨度、矢跨比和截面规格的层板胶合木拱的蠕变屈曲特性.结果得到了层板胶合木拱的荷载水平与蠕变屈曲临界时间呈指数衰减的关系.当荷载水平为40%时,蠕变屈曲临界时间接近15 N;当荷载水平为35%时,蠕变屈曲临界时间增大到接近60 N;蠕变屈曲承载力-临界时间曲线在35%的荷载水平处出现一条水平渐进线,荷载水平在35%以下,木拱不会发生蠕变屈曲.结论层板胶合木拱蠕变屈曲临界时间只与荷载水平相关,不受跨度、矢跨比和截面规格的影响.胶合木拱的长期稳定荷载为瞬时稳定荷载的35%.

铁路大跨度混凝土拱桥徐变变形控制因素研究

研究目的:混凝土拱桥具有较大的横竖向刚度、良好的环境适应性和较高的经济价值,在山区大跨度铁路桥梁建设中得到推广应用。然而,受拱结构的受力特点和混凝土的材料特性影响,混凝土拱桥在后期运营过程中会出现徐变下挠变形,直接影响线路的平顺度,进而影响行车的安全性和舒适性。本文以一座在建的铁路大跨度混凝土拱桥为研究对象,从分析混凝土徐变机理及影响因素出发,选取工法、加载龄期、铺轨时间以及拱上结构形式等因素作为变量,基于CEB-FIP(1990)徐变本构模型开展结构的徐变变形研究,分析不同因素下混凝土拱桥的徐变变形情况,探究徐变变形控制的主要因素。研究结论:(1)平衡加载法的受力模式使得拱圈顶底板应力差较大,导致后期徐变变形较大;(2)悬臂拼装法可以节省施工工期,但预制时间较短也会导致后期的徐变变形较大;(3)延长混凝土龄期和减少拱上结构重量对抑制后期徐变下挠有一定的帮助,但效果并不明显;(4)延迟铺轨对减小长期徐变下挠有明显的改善;(5)在以上四种影响拱圈后期收缩徐变的因素中,工法和铺轨时间对后期混凝土收缩徐变影响较大,可作为大跨度拱桥徐变变形控制技术的关键因素;(6)本文研究可为类似结构的设计提供参考和借鉴。

V形连续刚构梁拱组合桥内力分析

以一V形连续刚构梁拱组合桥为研究对象,介绍了V形桥墩连续刚构梁拱组合桥的设计构思,采用自编SMAD有限元计算程序,重点分析了墩身尺寸及边界条件对整个结构的影响。通过优化计算巧妙的解决了收缩、徐变次内力和预应力、温度次内力对结构的不利影响;本桥系梁与拱肋的横向刚度比为1926:1,通过在主梁主要收缩徐变完成后成拱以及对吊杆进行二次调索的施工方法有效解决了刚性系杆柔性拱的横向稳定问题;三维地震反应结果表明桥梁上部各部位的地震力不是该桥的控制内力,说明本桥设计构造具有良好的抗震性能。内力分析方法与结论对同类型桥梁设计施工具有参考价值。

钢管混凝土劲性骨架拱桥收缩徐变影响理论研究

采用混凝土徐变理论、变形协调、中值理论及平衡条件 ,并考虑混凝土的弹性后效及受四周约束作用的徐变特性 ,导出了混凝土徐变、收缩引起的截面应力重分布的表达式。公式简单 ,应用方便 ,并对万县长江大桥收缩、徐变模型试验进行分析 ,所得结果与模型试验较为吻合 。

高速铁路钢筋混凝土拱桥长期变形的随机分析

对于高速铁路大跨度钢筋混凝土拱桥,混凝土收缩与徐变引起的时变变形对轨道平顺性会产生不利影响,进而影响到列车行车的舒适性和安全性。对于大跨度混凝土桥梁,混凝土收缩与徐变的随机性会导致结构长期变形表现出离散性,因而建议采用随机分析方法获得长期变形的概率结果。该文介绍GL2000收缩徐变模型,确定长期效应分析中主要随机变量及其参数取值。采用拉丁超立方抽样技术和基于响应面的蒙特卡洛抽样技术,对高速铁路大跨度钢筋混凝土拱桥时变变形进行随机分析。同时,利用敏感性分析技术研究不同随机变量对结构长期变形的贡献。

预应力混凝土桥梁起拱度控制方法的研究

结合襄樊 -十堰高速公路谷城至武当山段在建的界牌垭高架桥 ,分析混凝土徐变对预应力混凝土桥梁起拱度的影响 ,并提出控制桥梁过度起拱的设计方法和施工措施 .经实践检验 ,预设向下的二次抛物线反拱和严格控制存梁期的方法切实可行 ,能有效减少和控制过度起拱的发展 .

钢管混凝土拱桥徐变影响分析

基于龄期调整有效模量法推导出钢管混凝土轴心受压构件徐变系数公式,采用该公式对钢管混凝土轴心受压构件进行徐变分析。由徐变预测结果与试验数据比较可知,在CEB-FIP 78、CEB-FIP 90及ACI 209R等3种典型徐变系数模式中,ACI 209R模式较其它两种徐变系数模式更为合理。采用ACI 209R徐变系数模式对1座跨径380 m的大跨钢管混凝土铁路拱桥进行徐变分析,并与CEB-FIP 78模式计算结果进行比较,结论可为其它钢管混凝土拱桥的徐变分析提供参考。