钢管-冻土复合结构受力特性有限元分析

港珠澳大桥拱北隧道施工中采用了"管幕冻结法"这一创新型的隧道预支护施工方法。为了探究钢管-冻土复合结构的破坏模式,基于ANSYS数值软件,对等效实际工况下钢管-冻土复合结构受力特性进行有限元分析,以钢管-冻土接触面抗剪强度包络线和冻土单轴抗拉强度为破坏准则,分别对钢管-冻土接触面和管间冻土的应力状态进行分析。结果表明:等效实际荷载工况下,均不会发生复合结构接触面破坏与管间冻土破坏。但随着荷载的增加,接触面上切向应力增加,管间冻土应力也增加,但切向应力先超过剪切强度包络线,此时管间冻土应力尚在极限强度以下,因此复合结构最先可能出现的破坏模式是由于接触面上钢管与冻土黏聚力不够而发生剪切破坏。