简谐荷载作用下弹性土体中圆形隧道和轨道结构的动力响应

采用解析的方法研究了弹性土体中圆形隧道和轨道结构的动力响应。将隧道视为无限长的薄壁圆管,轨道被简化成铺设在隧道仰拱上无限长的欧拉梁,周围土体为无限空间弹性介质。通过在环向采用模态叠加法,在轴向采用傅里叶变换求解隧道与轨道之间的耦合问题,获得了在简谐荷载作用下弹性土体中圆形隧道和轨道结构的动力响应。研究结果表明:低支承刚度的结构体系会产生连续的干涉现象,这种情况在高频的情况下尤为明显;虽然轨道的弯曲刚度越大,结构的位移越小,但是整体规律保持不变;支承刚度的增加会导致轨道固有频率向高频偏移;无轨道结构中土体位移会随着荷载频率的升高而降低,在加入轨道后荷载会与轨道固有频率产生共振效应,形成特定的极大值。

非饱和土地基中端承桩对SH波的水平地震响应

为探讨非饱和土地基中SH波作用下端承桩的水平地震响应,先基于一维波动理论得出SH波引起的土层自由场水平振动解,然后考虑非饱和土体动剪切模量随其饱和度的变化特性,采用三维连续介质力学和Euler梁模型建立轴向静荷载下非饱和土-端承桩水平耦合振动模型,进而通过引入势函数和分离变量法推导出桩顶水平位移相互作用因子、桩顶水平位移放大因子和桩身曲率比的表达式,经与已有成果对比验证后再经参数分析,获得土体饱和度、桩身长径比和土体黏滞阻尼对桩身水平抗震特性的影响规律:土体饱和度和桩身长径比仅在高频范围对相互作用因子和放大因子有显著影响;土体黏滞阻尼仅在共振频率使得相互作用因子和放大因子分别逐渐增大和减小。

混凝土芯水泥土复合桩竖向承载特性分析方法

基于Euler梁理论和状态空间法,建立了综合考虑非线性芯桩-水泥土-桩周土界面作用的双层叠合直梁分析模型及其状态方程,推导了成层土中不同组合形式的复合桩截面内力与变形的统一解析解,有效地考虑了复合桩分析中土与结构相互作用、结构局部参数发生变化等难点。通过与已有文献中现场试验和数值计算结果对比,验证了该方法的有效性,并讨论了桩径比、芯长比和水泥土弹性模量对桩承载特性的影响。研究结果表明:(1)桩径比增大,可提供的桩侧摩阻力和桩端阻力增大,复合桩竖向承载力基本呈线性增长;(2)芯长比增大,复合桩竖向承载力的增长幅度逐渐增大;(3)水泥土弹性模量对于桩竖向承载力影响较小。

通号电化科创大厦超限高层结构设计

通号电化科创大厦结构高度121.35m,采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。结构设计采用了钢管混凝土外框柱、密肋楼盖及双连梁以达到更优的建筑使用空间。结合地层情况及摩擦型桩基的特点,基础设计采用了考虑桩土共同作用的设计思路,分别通过国内规范考虑承台效应的方法及参考国外文献的方法对桩土分担比例做了计算并按其结果进行了应用。本工程有多项不规则项,为超限高层结构。采用YJK和ETABS软件对结构进行了静力弹性分析,两种软件的分析结果较为吻合且均满足规范要求。采用Perform 3D软件对结构进行了罕遇地震下的动力弹塑性分析,根据分析结果对结构在罕遇地震下的抗震性能进行了评估,结构能够满足罕遇地震下预期的抗震性能目标。钢管混凝土柱与混凝土梁的连接节点为本工程的关键节点,针对该连接节点以往做法存在的问题,本工程设计了一种开大孔的连接节点并进行了节点有限元分析,结果表明节点具有一定的安全储备。最后,对密肋楼盖的建模模拟情况及计算结果进行了讲述。

有限深度介质上梁非线性能量汇减振的Winkler地基实现

土-结构相互作用对结构动力学特性的影响是一种具有非线性能量汇特征的效应。利用考虑土体质量的Winkler地基梁理论,将有限深度弹性介质等效为非线性能量汇系统的附加质量,建立简谐激励下弹性介质上简支梁系统的非线性动力学模型。采用Galerkin方法和增量谐波平衡法分析了弹性介质上简支梁的非线性动力响应。利用数值计算方法验证了理论结果的正确性,并分析了非线性能量汇的有效性。通过参数优化和分析,揭示了不同参数范围内Winkler地基的减振效果,讨论了其最佳参数范围。研究结果表明:在合理的参数范围内,弹性介质对其支承梁的动力响应有良好的抑制作用,能够快速有效地吸收共振条件下的振动能量,并具有良好的鲁棒性。优化后的非线性能量汇可使梁的共振幅值降低超95%,且具有较宽的减振频带。研究成果从非线性能量汇的角度展现了土-结构相互作用效应的减振机理,为基于弹性地基设计的结构振动抑制提供了理论依据。

非对称荷载下基坑支护结构变形计算方法

文章针对非对称受荷基坑的位移特点,基于弹性地基梁模型,以支撑轴力联系两侧墙体,提出非对称受荷基坑的整体计算模型。通过有限宽度土体的土压力求解公式计算,引入墙土摩擦角和土体内摩擦角随墙体位移的发挥公式,考虑墙体变形与坑外主动土压力的耦合作用。根据非对称受荷计算模型,得到了非对称受荷下支护结构变形控制方程,最后结合实际工程验证了算法。

山区高速公路连续梁桥纵桥向桥墩水平力受力分析

文章介绍了预应力混凝土40 m连续T梁上部纵桥向水平力在下部桥墩上分配的计算方法,结合工程实际,并考虑桩-土效应,分析了在不同桥墩高差及不同桥墩尺寸下汽车制动力、温度影响力、结构收缩徐变影响力在桥墩纵桥向的分配情况及变化规律。

桥梁工程软土地基现浇梁施工技术研究

文章结合工程实例,提出软土地基施工条件下的桥梁工程现浇梁施工方案,并详细阐述了现浇梁施工工艺流程及具体要点,涉及模板安装、混凝土浇筑、预应力施工几个分项工程的施工方法。实践表明,由钢管桩支架及满堂支架组成稳定可靠的施工平台,能有效改善施工条件,可在软土地基上高效进行桥梁现浇梁施工,避免出现局部不均匀沉降、安全隐患多的问题,保证了工程施工安全和施工质量,提高了施工效率。

青银高速公路铜冶互通加筋土挡土墙加固方案研究

青银高速公路铜冶互通投入运营后,部分匝道出现路面裂缝、路基不均匀沉降、挡土墙面板变形等病害。2022年8月,受强降雨影响挡土墙面板坍塌10 m。分析了铜冶互通加筋土挡土墙路段病害产生的原因,提出了锚杆框架梁、边坡填土等加固方案。从施工可行性、工期和造价等因素综合考虑确定了加固方案,并从滑动稳定性和倾覆稳定性等方面进行了验算。

高速公路软基路堤改扩建若干问题与建议

基于大量高速公路改扩建工程实践,对软基路堤改扩建的若干问题给出建议。水塘路段不能在塘底进行地基处理施工时宜采用搅拌桩,采用刚性桩时宜按桩承堤设计。既有边坡下软基处理工作面宜采用削陡边坡或钢板桩支护等方式形成。拼宽路堤沿其与既有路堤的界面滑动稳定性满足要求时,可不设置台阶。普通土拼宽路堤台阶壁宜倾斜、平台宜水平或轻微外倾。竖壁台阶高度大于44cm时会在台阶壁附近形成虚土区,需利用液压夯实或冲击碾压等对虚土进行压实,台阶高度大于2m时可利用注浆将虚土胶结。轻质土拼宽路堤不应用作挡土墙,应设置易于施工的排水设施,以避免轻质土拼宽路堤后面积水。轻质土拼宽路堤滑动稳定分析时,应只考虑斜坡范围内的交通荷载。除长螺旋桩机施工的钻孔桩外,其他桩帽之间不必设置连梁。

软土地区大规模装配式预应力鱼腹梁钢支撑体系的研究及应用

随着建筑物高度的增加及地下空间和设施的发展,深基坑工程越来越多且要求愈发严格。以上海某软土地区大规模装配式预应力鱼腹梁钢支撑体系设计及应用实践为背景,针对项目基坑面积大、场地周边环境复杂等不利因素,经选型分析后采用了施工快速、变形可控、挖土空间大、绿色可回收的装配式预应力鱼腹梁钢支撑体系和临时钢栈桥施工平台等创新技术,有效解决了施工场地狭小的问题,较钢筋混凝土水平支撑节约工期超45%。同时结合实践经验,对控制软土地区“时空效应”的设计方法、大规模基坑装配式支撑施工及预应力施加等关键技术进行了研究。监测数据分析表明,超大规模基坑工程中装配式预应力鱼腹梁钢支撑的应用低碳环保、安全高效,可为相似工程实践提供参考。

锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固边坡可视化模型试验

基于透明土技术开展锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固边坡的可视化模型试验,并结合粒子图像测速技术,展现坡顶条形荷载作用下边坡的位移场演化及滑移破坏过程。研究结果表明:锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固边坡较无加固边坡,其极限承载力大幅提升,其滑面较无加固边坡的滑面加深很多。锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固推移式滑坡时,其受力机制为最上面的锚索首先发挥作用,在其拔出失效后,后面的锚索依次发挥作用直至拔出失效,同时边坡的稳定性逐步降低。目前基于极限平衡理论将所有锚索的极限抗拔力作为抗滑力分量计算得到的锚拉桩-锚索框架梁组合结构的稳定性偏于危险。建议验算锚拉桩-锚索框架梁组合结构加固推移式滑坡整体稳定性时,同时验算最上面锚索的稳定安全系数,使其满足工程所需的安全系数,由此保证整个加固边坡的稳定性。

基于遗传算法的水下全断面砂岩盾构隧道荷载反演分析

盾构隧道结构设计中,是否能够较为准确地得到作用在管片衬砌上的荷载十分关键;然而,现场实测实施较为困难,会受到环境和施工因素的影响,而荷载反演是一个较好的得到作用于衬砌上水土荷载的方法。依托佛莞城际铁路狮子洋隧道工程,提出适用于硬岩荷载模式的修正梁-弹簧模型,并结合修正模型对隧道水下全断面处于中风化泥质砂岩时进行荷载反演。比较遗传算法、现场实测和太沙基理论计算的荷载值以及由荷载计算出的内力值,反演得到的中风化泥质砂岩侧压力系数为0.38,基床系数为242.43 MPa/m。结果表明:(1)在该断面下,采用修正模型较为合适,且遗传算法得到的荷载能够较好拟合实测内力值;(2)作用在衬砌上的荷载主要为水压力,荷载计算应采用水土分算;(3)地勘报告中中风化泥质砂岩围岩参数偏小,实际取值可参考遗传算法反演值;(4)采用太沙基理论的荷载计算得到的弯矩值偏大,轴力值偏小,结果偏向保守。

考虑不同岩土抗力的加锚双排桩受力变形计算

针对已有加锚双排桩计算模型对桩后滑裂面以下岩土层抗力处理的不足,考虑桩锚协同并将剪切滑裂角折减确定了滑裂面位置。然后将作用在前后排桩滑裂面以下的岩土抗力参数进行分段计算,最后采用分段坐标法推导建立了前后桩桩体挠度微分方程,并与成都音乐厅基坑现场监测数据进行了对比。结果表明:该模型计算结果与实测结果较为吻合,特别是对后排桩的受力分析使后排桩桩身位移曲线更贴合实测结果;剪切滑裂面位置对桩体变形影响较大,当剪切滑裂角按1.29的折减系数计算时桩身位移更贴近实测数据。

考虑脱空效应的隧道开挖诱发上覆管道变形分析

考虑黄土区浅埋隧道的工程特点以及土体大变形特性,将浅埋隧道下穿开挖过程上覆管道分为管土脱空区与管土变形协调区,提出考虑管土脱空的相互作用计算模型。在考虑管道埋深对地基基床反力模量影响的基础上,采用Pasternak半无限弹性地基梁模型考虑土体连续性,采用二阶段分析方法将土体自由位移荷载施加于管道,分别建立脱空区、协调区的管道力学模型与微分控制方程,并给出理论解答与管-土脱空区范围的试算步骤。与已有模型试验监测数据的对比验证了计算方法的精确度,发现不考虑管土脱空现象时的管道变形计算方法偏于保守。最后,对管道变形的各主要影响因素进行了对比分析,结果表明:管道最大变形量随地层损失增大而增大,随管隧间距、管道刚度、土体强度增大而减小,但减小的幅度均随各参数的增加而减缓;脱空区范围随管道刚度、土体弹性模量及管隧间距增大而增大,而表征管土脱空程度指标即最大变形差随管道刚度增大而增大,但随着土体弹性模量以及管隧间距的增大却呈减小趋势。

基坑斜直组合倾斜桩支护结构设计计算方法研究

倾斜桩支护作为一种新型无支撑支护技术,在同等开挖深度下相较其他无支撑支护往往有更好的支护效果,但目前倾斜桩支护应用于实际工程的时间较短,尚未有成熟的设计方法。文章针对工程中常用的斜直组合倾斜桩支护结构,提出一种考虑桩土相互作用的平面杆系有限元倾斜桩设计计算方法。文章计算方法根据斜直桩桩间土的受力与破坏机制,将桩间土分为上部和下部,上部桩间土视为薄压缩层,以水平弹簧模拟,从而考虑直桩与斜桩相互作用;下部桩间土则考虑被动区土压力对直桩的作用;同时,斜桩被动区根据土体受力特点考虑了被动区土弹簧的折减。文章利用此计算模型对软土地区多个斜直组合倾斜桩支护工程实例进行了计算,将变形与内力结果与工程实测与三维有限元数值模拟结果进行了对比,并对此计算方法进行了参数分析,验证了该设计计算方法的准确性和适用性。文章方法可为基坑斜直组合新型倾斜桩支护结构的设计计算与应用推广提供参考。

基于T-P模型的桩-桩水平振动相互作用研究

为精确揭示桩-土动力相互作用,弥补动力Winkler地基-Bernoulli-Euler梁模型(E-W模型)在桩-桩水平振动分析中的不足。考虑土体剪切效应和桩身剪切变形,建立Pasternak-Timoshenko模型(T-P模型)模拟桩-土动力相互作用,推导水平动力和竖向荷载共同作用下的主动桩水平振动解析解。在此基础上,根据桩-桩动力相互作用原理,建立被动桩水平振动控制方程,运用传递矩阵法考虑土体分层特性,利用初参数法计算桩-桩动力相互作用因子;与已有文献进行对比,验证计算结果的正确性。通过参数分析表明:土体剪切效应对水平动力相互作用因子有增强效果;在给定桩土参数的情况下,主动桩和被动桩存在“有效桩长”(L_(d)=10d~15d);当桩身长径比在L/d=5~10范围内时,不宜忽略桩身剪切变形对动力相互作用因子的影响;竖向荷载对水平-摇摆耦合作用因子的影响最为显著。

非对称预应力基础系梁张拉程序研究

为研究非对称预应力系梁施工过程中基础的受力变化规律,结合某大型遗址保护建筑工程,采用m法模拟桩土作用,建立施工全过程精细化有限元模型。分析基础系梁预应力张拉批次、张拉顺序对桩顶位移和承台扭转的影响,并与实测值进行对比,验证有限元模型及拟定施工方案的合理性。结果表明:预应力张拉程序应以避免基桩发生剪切破坏为前提,科学设置张拉次数及张拉顺序,同时兼顾多次张拉对于锚具和预应力损失的影响;实际工程可结合预应力值大小设置合理的张拉顺序,先对称张拉预应力较小系梁,再张拉预应力较大系梁,使得承台位移及扭转变化较小;由于施工过程中土体扰动的影响,模型中采用的侧阻力比例系数等参数需要根据实际监测结果进行调整,以保证分析结果能准确指导后续施工。

高地下水位冻土区抛物线形渠道冻胀力学分析

考虑渠道断面各截面地下水位以及局部几何特性逐点不同的特殊性并结合Winkler假设,提出了高地下水位冻土区抛物线形渠道衬砌法向冻胀力与切向冻结力计算方法及截面内力计算公式.考虑曲梁曲率影响提出基于曲梁理论的截面正应力计算方法及抗裂验算公式.以河北某抛物线形渠道为例,分析衬砌截面轴力、弯矩及应力分布规律.结果表明:轴力自渠顶向渠底中部逐渐增大且均为压力;衬砌板主要在负弯矩作用下凸向内侧,仅在临近渠底时由负变正转而凸向外侧;由于存在拱效应,各截面均以压应力为主,仅渠坡中下部内侧及渠底中部附近外侧出现拉应力从而易导致开裂.分别应用直梁理论和曲梁理论计算衬砌板截面应力并进行对比分析.发现渠底中心附近曲率较大处两者相对误差可达11.78%,且直梁理论的计算结果量值偏小、安全性低,应当基于曲梁理论进行应力分析更加合理.

考虑冻胀反力系数动态变化的U形渠道弹性地基梁模型

为了客观反映寒旱区渠道冻土和衬砌板间相互作用随土体温度的变化情况,利用冻土中土体和冰的体积含量、弹性模量、泊松比等地基特性与土体温度的关系,推导出随土体温度动态变化的冻胀反力系数表达式,建立考虑冻胀反力系数动态变化的U形混凝土衬砌冻胀力学模型,并应用于某两拼式U形渠道。通过与现场观测结果和已有研究结果对比可知,建立的冻胀反力系数计算方法是合理可靠的,模型计算的冻胀量、冻胀反力及衬砌结构内力等分布规律与现场观测结果吻合较好,计算结果偏小,与渠道实际冻胀状况更为相符。冻胀反力系数的变化体现出渠道不同时刻、不同位置的冻胀效应差异,突破了已有研究中仅获取冻胀效应最大值的弊端。