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。

不等跨十车道四连拱隧道施工全过程支护结构受力特征现场测试研究

多连拱隧道开挖洞室多、跨度大,施工过程中荷载转换频繁,支护结构受力特征复杂,对多连拱隧道支护结构受力开展现场测试研究具有重要意义。依托长沙观音岩不等跨四连拱隧道工程,选取典型断面对各洞室初支钢拱架、二次衬砌结构进行施工全过程应力监测,以获得复杂施工步序下支护结构受力特征。测试结果表明:观音岩隧道施工中,先行主洞较后行洞室承担的围岩压力更大,右主洞、左右辅洞开挖顺序居后,施工扰动次数较少,支护结构内力较小;各洞室中,初支钢拱架内力整体均呈“左小右大”的非对称分布特征,其最大轴向压力402.71 kN、最大弯矩7.97kN·m出现在左主洞的右拱脚处,二衬内力整体非对称程度较低,只以左主洞呈显著非对称分布,其余洞室呈整体对称分布;先行左主洞支护结构的内力扰动主要由受后行邻洞的开挖影响所产生,后行右主洞、左辅洞开挖支护阶段,左主洞初支钢拱架、二衬结构绝大部分位置其内力增量超过总增量的一半;采用“先主后辅,左主先行”施工方案,施工全过程支护结构的安全性均满足规范要求,支护结构设计和施工措施合理。研究成果可为复杂条件下多连拱隧道的设计与施工提供借鉴。

高速铁路小角度跨越高速公路桥梁方案研究

新建广州至汕尾高速铁路跨越深汕西高速公路,高速铁路与高速公路夹角仅为26°。为了确定高速铁路跨越高速公路桥梁的合理设计方案,从功能要求、受力性能、轨道平顺性、经济性能、施工对高速公路的干扰、运营期维养等方面进行综合比选。研究结果表明,主跨160m的拱承斜拉桥为该桥的合理桥式方案。通过结构体系、拱塔轴线线形、拱塔截面型式等方面的研究,确定了拱承斜拉桥的合理结构方案。

下承式钢箱提篮拱桥拱肋拼装支架方案研究

以绵阳科技城大道涪江大桥为工程背景,采用数值模拟对拱肋的拼装支架方案进行比选。针对直立支架与斜支架方案,分别建立了有限元模型,分析了施工过程中结构的稳定性。结果表明,采用直立支架拼装拱肋,拱肋易发生侧向失稳,不满足工程要求。研究采用斜支架,因其结构稳定性较好,关键施工阶段的稳定系数均大于4.0,满足要求。依据稳定性分析结果,同时考虑2种方案的施工难易程度,进一步提出了斜支架与直立支架组合的方式进行拱肋拼装,并介绍了该方案的施工要点及流程。采用此方法,成功完成了涪江大桥的拱肋拼装。

桩承式加筋垫层路堤荷载分担改进计算模型

桩承式加筋垫层路堤中的关键荷载传递机制是多种现象的组合,包括路堤填土中的土拱效应、加筋垫层的张拉膜效应和地基土的支撑作用,然而,目前针对此方面的研究尚不完善。本文首先以考虑土体被动土压力发挥程度及桩间土应力非均匀分布改进的Hewlett土拱模型为改进载体;其次,假定加筋垫层为上、下部受均布荷载作用的简支梁,截面拉应力完全由加筋体承担,压应力完全由垫层材料承担,同时考虑地基土反力与梁最大挠度相关,引入地基反应系数,从而建立改进的桩承式加筋垫层路堤荷载分担计算模型;最后,通过工程实例与模型参数分析,验证本文计算模型的可靠性与准确性。研究结果表明:在路堤填筑过程中,土拱效应逐渐完全发挥,促进路堤荷载向桩体转移;随着地基土固结,桩体承担的路堤荷载也在逐渐增大;路堤填土高度、填土内摩擦角、桩间距对桩体荷载分担影响较大,加筋体抗拉模量对其影响较小。

考虑刀土摩擦的砂土盾构隧道开挖面支护压力计算方法

确定盾构隧道开挖面极限支护压力是隧道工程中的核心问题之一。现有研究一般忽略盾构刀盘与主动极限状态时开挖面前方失稳土体间的摩擦效应,导致计算结果偏保守。为了解决此问题,首先,基于梯形楔形体模型,考虑盾构开挖掌子面与前方被切削土体之间的竖向摩擦力、楔形体与上方土柱之间因相对错动引起的横向摩擦力以及隧道埋深对极限支护压力的影响,推导了砂土地层盾构开挖面的极限支护压力计算公式;其次,通过与其他理论方法及试验结果进行对比,验证了本文方法的合理性;最后,讨论了刀土摩擦力在不同工况下对盾构开挖面极限支护压力的影响规律。研究结果表明:在其他参数不变时,开挖面极限支护压力随着刀土外摩擦角增大而逐渐减小,与刀土外摩擦角近似呈线性关系;刀盘土体间摩擦力对维持盾构开挖面稳定具有有利影响,对开挖面极限支护压力的影响不可忽略;适当增大刀盘与前方土体间的外摩擦角可有效增加开挖面的极限稳定性;刀土摩擦力对浅埋情况的盾构隧道开挖面极限支护压力的影响要明显比深埋情况的影响大,在选择盾构掘进刀具时应重点考虑埋深的影响。

软弱土层的连拱隧道超前支护有限元分析及施工控制

以江苏某地铁站暗挖换乘通道下穿城市引桥工程为背景,研究连拱隧道穿越软弱土层超前支护施工控制问题,提出连拱隧道超前支护施工控制方法。采用MIDAS-GTS NX建立原始土层和全断面深孔注浆加固+超前小导管支护两种工况下连拱换乘通道的三维实体模型,分析通道开挖施工产生的地表沉降、拱顶沉降及对引桥的影响;根据有限元分析模型,确定连拱隧道超前支护注浆液的类型为AC液体、C液V(水玻璃)∶V(水)=0.6∶0.4,初始压力为0.30~0.75 MPa,终止压力为0.5~1.0 MPa,单位长度的注浆量为0.283 m^(3)。研究结果表明,注浆试验段开挖施工完成后,地表沉降最大值为5.57 mm,小于设计要求的沉降控制值10 mm,超前支护效果良好,能够有效提高连拱隧道加固效果。

桥梁钢管拱安装施工技术研究

某钢管混凝土系杆拱桥主跨100m,采用先梁后拱法。结合施工现场情况,钢管拱采用吊装配合支架法安装施工。文章重点介绍了钢管拱节段划分、吊装设备选用、临时支架设计、安装步骤、线性控制等内容,可为类似条件下的系杆拱桥钢管拱安装施工提供参考。

大矢跨比钢箱拱肋拼装施工关键技术研究

钢拱桥造型奇特形式优美,深受各位工程师的青睐,也是各位学者的热点研究对象。该文以石家庄市复兴大街市政化改造泊水湾公园特大桥项目为例,对钢拱肋的拼装施工关键技术进行研究,主要包括钢拱肋拼装施工的临时支架措施、钢拱肋拼装施工的起重设备选择和钢拱肋拼装施工的吊装。在整个拼装过程中,要保证构件对接口的精度问题,尽量避免在后面的提升施工中出现无法与拱脚进行顺利对接的情况,为相关工程的施工提供可靠建议。

初支拱盖法主动支护技术下的开挖工序优化研究

结合青岛中硬岩地质的突出特点,运用主动支护理念采用预应力锚杆快速对车站隧道拱部形成支护体系,在初支拱盖法传统开挖分部的基础上,充分利用围护自稳能力,进一步优化开挖分部,释放出新的作业空间,大幅提高了支护效率,缩短了初支封闭成环的时间。同时研究主动支护技术下分部建立承载体系与整体建立承载体系的受力状态,依托具体工程优化锚杆、钢筋网、喷射混凝土、钢架的施工顺序,为预应力锚杆的施工、预应力的施加、后期损失以及预应力的长期监测创造有利条件。

大跨度钢箱系杆拱桥减隔震措施对比研究

以某跨河大跨度钢箱系杆拱桥为研究对象,研究不同措施下桥梁的减隔震性能。通过“m”法,利用桥梁有限元软件Midas Civil进行动力分析;通过人工合成地震波,采用FDB模型、粘滞阻尼器MAXWELL模型进行模拟,对大跨度钢箱系杆拱桥进行非线性时程分析,对比分析摩擦摆支座、速度锁定器、拉索减震支座的减震效果。研究结果表明:三种减隔震措施下,墩柱所受的轴力差异较小,摩擦摆支座及拉索减震支座所受的剪力、弯矩差异较小,速度锁定器作用下,墩柱所受的剪力及弯矩差异较大。通过对比分析,选用摩擦摆支座能较好地满足工程需求,减震效果良好。

大断面隧道初期支护中纵向连接与拱架联合承载效应

针对大断面隧道初期支护拱架在承载时易发生平面外失稳的问题,本文通过开展单拱架全比尺试验和考虑纵向连接的拱框架结构的数值试验以及现场对比试验,对纵向连接与拱架组成的拱框架结构进行优化研究,使其横向上有足够承载能力、纵向上有较高稳定性。研究结果表明,单个拱架的破坏模式是局部面外失稳导致整体承载力丧失,考虑纵向连接的拱框架结构的平面内承载力和平面外稳定性都得到增强。通过调整纵向连接间距和拱架间距也可以调整初期支护拱框架结构和喷射混凝土的内力分担比,以充分发挥初期支护的承载能力,但纵向连接间距应小于1500 mm,拱架间距也应小于1200 mm。因而,在不改变初期支护现有结构形式的前提下,通过合理地布设纵向连接与拱架形成的具有空间承载效应的拱框架结构,不仅可以保证初期支护的承载能力,而且还提高施工效率和经济效益。研究成果可指导大断面隧道初期支护结构设计。

某带钢拱的超限高层建筑结构设计

项目位于高烈度地区,存在扭转不规则、偏心布置、楼板不连续、尺寸突变和局部不规则。针对上述不规则项采取了专项分析,同时制定了合理的结构性能化目标,进行计算分析验证结构性能。裙房存在26m×41m的大跨空间,采取了钢拱结构形式,并通过参数化技术优化钢拱的几何形状,改善了结构受力,对于钢拱结构进行了弹塑性、舒适度、竖向地震、节点、稳定性施工模拟专项分析。同时比较了钢拱在增加拉索的方案中,可减少水平地震力引起的拱结构内力,但反应谱法无法考虑拉索受压索力退出工作的情况,其计算方法需进一步的研究,但类似工程可考虑时程分析计算结果后调整相关杆件的内力设计方法。

桩承式路基双向受荷桩设计分析方法研究

研究目的:为系统研究桩承式路基双向受荷桩工作机理及设计分析方法,确定水平荷载以及桩体轴力共同影响下的双向受荷桩承载关键影响因素,综合运用线弹性、水平土拱、弹性地基梁等基本理论以及有限差分方法,建立并求解桩承式路基双向受荷桩内力变形分析模型,揭示水平地基系数、桩体轴力、边界约束及桩长等因素对双向受荷桩变形及内力的影响规律,形成完整的桩承式路基双向受荷桩设计分析流程。研究结论:(1)桩承式路基路堤范围内桩体处于弯压受力状态,表现为双向受荷被动桩承载特征,通过水平土拱以及有限差分法可实现双向受荷桩内力与变形的精确计算;(2)“m”方法关于双向受荷桩内力变形的分析结果偏于安全,层状地基分段“K”方法能更好地体现地基软弱夹层的影响;(3)桩体轴力对双向受荷桩承载性能的影响很小,桩承式路基双向受荷桩设计中可不考虑桩体轴力大小及分布形式的影响;(4)桩顶约束对双向受荷桩承载性能的影响高于桩端约束,桩端可统一采用自由约束边界,桩顶嵌固约束可引起桩顶内力的较大集中;(5)桩体长度对双向受荷桩承载性能的影响存在限值,桩端一般应超过桩体水平荷载最大的区域,应避免出现短柱桩承载情形;(6)本研究结论可为桩承式路基双向受荷桩设计提供理论支撑和方法依据。

基于自稳平衡拱理论的巷道支护研究

巷道支护对巷道稳定性及掘进工程进度影响较大,若支护强度不足,导致巷道失稳,引起安全事故;若支护强度过大,则造成不必要的开支且降低巷道掘进工程进度。为解决魏墙煤矿盘区巷道支护难题,提高巷道掘进工程进度,应用自稳平衡拱理论对魏墙煤矿三盘区巷道进行支护参数设计,采用FLAC3D数值模拟软件对巷道稳定性进行检验,并对两种支护方案消耗材料进行对比分析,使其兼顾巷道稳定性的同时,提高魏墙煤矿三盘区巷道的掘进工程进度。研究表明,基于自稳平衡拱理论的支护方案较原方案共缩减了29 000根锚杆、2000根锚索及其对应的托盘、锚固剂等材料,降低了矿井生产成本,提高了巷道掘进工程进度,巷道稳定性未有明显降低,满足矿井安全生产要求。

大跨度钢管拱肋提升技术研究

钢管拱肋作为大跨度梁拱组合桥的关键设计部位,其施工过程及受力性能关系到全桥结构的安全。通过跨越太浦河航道180 m钢管混凝土拱桥拱肋整体提升施工的研究,合理布置了拱肋安装支架及提升支架,并采用Midas Civil有限元软件对拱肋架设及整体提升过程中支架的受力及稳定性进行分析。结果表明:各施工阶段支架的强度和刚度满足要求,整体结构具有良好的稳定性,可为后续工程施工提供经验。

零陵宋城东门拱券的损伤机理与加固技术研究

零陵古东门遗址,宋明两朝城门共处,至今为全国孤例。遗存至今的宋城东门变形严重、裂缝超宽、支护濒临失效,拱券随时有坍塌可能。基于文献成果和勘测数据,对宋城东门的损伤机理进行系统分析,提出清除券上再生树桩、设置新钢结构支护、对拱券实施渗透灌浆等方案。运用STS/SPASCAD和PMSAP进行建模、计算、比较分析,确定以型钢HW100 mm×100 mm×8 mm×10 mm为拱形支护刚架,并对支护刚架安装和拱券破损部位修缮进行探讨。

引水隧洞塌方段综合支护技术研究与应用

分析了左江治旱驮英水库及灌区工程驮楼~广沙隧洞在开挖过程中出现的塌方问题,认为其主要原因为复杂地质条件下的岩层破碎带和支护不足。为确保施工安全,提出了综合支护技术方案,包括堆渣堵孔护坡、围岩变形监测、大小管棚支护、钢拱架支护、塌方清运、底板软基清理及垫层混凝土施工和回填灌浆等。通过循环进尺施工方法,有效控制了施工过程中的安全性和稳定性,确保了工程的顺利进行。

大跨度拱撑与吊挂桁架逆作施工技术

为降低结构施工难度并增大使用层空间,某市公共学习中心钢结构工程项目采用上挂下撑且从上到下附加临时支撑的施工方法。结果表明:拱形结构采用无支撑安装可有效缩短安装时间,结构整体稳定,施工简单;上挂下撑结构从下部施工时,底部采用临时支撑柱可满足受力与安全要求,卸载临时支撑柱后整体结构仍保持稳定,施工方法可行。

不同类型防护靴对青年男性足底压力分布特征的影响

研究旨在探究不同类型防护靴对青年男性足底压力特征的影响,为防护靴的优化设计提供理论支撑。招募了12名定期接受体能训练的青年男性,分别穿着四款防护靴进行齐步、正步和跑步动作训练,通过鞋垫式足底压力测试系统采集足底压力数据,分析峰值压强、压强时间积分和接触面积等指标。结果显示,与其他三种防护靴相比,F1防护靴在前掌和后跟的峰值压强和压强时间积分更大,可能增加足部疲劳和疼痛的风险;F4防护靴内置足弓支撑鞋垫,能够有效地重新分布足底压力,降低前掌和后跟处的压力,从而减少足部过用性损伤的风险;F2和F3防护靴均在鞋底使用了EVA发泡材料,能够提供较好的缓冲和回弹性能,使其在前掌、中足、后跟的峰值压强和压强时间积分较小。研究提示,使用足弓支撑鞋垫和硬度较低的中底材料可能是减轻足部所受冲击伤害的有效途径。