AN ANALYTICAL METHOD FOR SOLVING INTERNAL FORCES AND DEFORMATIONS OF BAR-SYSTEM STRUCTURE IN SPACE

In this paper, based on the idea of finite element method, the initial parametric method in bending, problem of a beam is extended to analyse the bar-system structure by employing Dirac function and llcavisidc step function.Then a new method for analysing the internal forces and deformations of bar-system structure in space is suggested by improving the mixed method in statically indeterminate structure.The inferred process and obtained answer will be more succinct and accurate when the problem of internal forces and deformations of bar-system structure is analysed by using the new method provided in this paper.

Internal Force Analysis Due to the Supporting Translation in Statically (Indeterminate) Structures for Different Elastic Modulus

For statically indeterminate structure, the internal force will be changed with the translation of the supports, because the internal force is related to the absolute value of the stiffness EI. When the tension is different with the compression modulus, EI is the function of internal force and is not constant any more that is different from classic mechanics. In the other words, it is a nonlinear problem to calculate the internal force. The expression for neutral axis of the statically indeterminate structure was derived in the paper. The iterative program for nonlinear internal force was compiled. One case study was presented to illustrate the difference between the results using the different modulus theory and the single modulus theory as in classical mechanics. Finally, some reasonable suggestions were made for the different modulus structures.

锚杆钻车运行中支护承载结构及围岩受力变形分析

目的针对单轨液压锚杆钻车运行过程中支护承载结构及围岩受力变形难以观测分析的问题。方法利用研发的CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车,结合长城五矿1902S回风巷巷道现场情况综合分析钻车在大断面大倾角巷道动态运行的支护、承载及围岩协同受力变形特征。结果研究表明,钻车运行过程中吊挂板的受力变形在悬吊点处均达到峰值,工字钢在悬吊点的部分位移最小,与钻车直接接触的部分受力最大;锚索中部主要受到拉应力,靠近巷道一侧主要受到剪应力,而巷道两帮的锚杆拉应力主要分布在靠近巷道内部一侧;巷道顶板悬吊点处位移最大,两帮靠近顶板位移高于底板处,而巷道偏向低帮处底板的位移大于高帮处;以单轨液压锚杆钻车为核心的新型配套工艺可以有效控制围岩变形,支护效果良好,比传统以掘锚一体机为中心的机器化工艺掘进效率更高。结论研究明确了CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车在实际应用的可行性,解决了现有掘锚一体机难以在复杂地质条件下大断面煤巷自动化掘进支护的问题,提升了煤巷支护效果掘进效率,为CMMD4-35煤矿用单轨液压锚杆钻车的现场应用提供了理论依据。

集中力活载作用下悬索桥变形及内力的解析算法

悬索桥作为一种柔性结构,活载下的响应是长期以来被研究的重点内容。该文针对悬索桥提出了一种集中力活载作用下结构变形及内力的解析计算方法。以已知成桥状态参数和活载参数为基础,首先分析了主缆变形、主梁变形、主缆和主梁的关系、桥塔变形。随后建立了4类控制方程,分别为各段主缆的无应力长度守恒、各根吊杆的力与变形协调、各跨跨径及高差闭合和主梁的受力平衡,从而使得控制方程的总数与基本未知数的总数相等。最后将控制方程合并成一个目标函数,并进行规划求解。找到基本未知量的取值,使得全部控制方程同时成立,进而推导出所有其他参数,并表达出结构变形后的状态。以一座主跨1 080 m的悬索桥作为算例,验证了方法的可行性和有效性。活载作用下变形及内力的结果都具有良好的精度,与有限元的结果相一致。

气承式膜结构煤棚调整内压下的实测位移响应分析

随着气承式膜结构煤棚跨度和单体面积的增加,内压分布特征的变化复杂。目前缺乏针对大型项目的内压升降与位移响应变化关系的实测验证,以确定结构位移响应理论计算值与实测数据是否吻合。基于布设在浙江乐清电厂115m×317m的气承式膜结构煤棚的健康监测系统,在台风来临前对结构进行了升降压-保压测试。实测了结构7个不同测点的位移响应,分析了调整内压时结构的位移响应特征。同时,将实测结果与数值模拟结果进行对比分析,验证了对于大跨度气承式膜结构基于压力等效分析方法的可靠性。

深基坑工程不同施工阶段对其围护结构及临近在役铁路路基稳定性影响分析

为研究基坑工程不同施工阶段对基坑围护结构及临近在役铁路稳定性的影响,针对盐城市铁路综合客运枢纽能源中心深基坑工程,首先分析不同施工阶段对基坑围护结构变形量的影响;然后基于临近铁路路基沉降变形监测数据,分析各施工阶段对铁路路基稳定性的影响。研究结果表明:土方开挖过程中基坑圈梁水平和竖向位移、支撑轴力、格构柱竖向位移均呈逐步增大的变化规律,支撑施工及底板浇筑过程中基坑各结构的位移量及支撑轴力逐步减小;随着施工进程的不断推进,铁路路基的竖向位移逐渐增大,直至拆撑结束后逐渐趋于稳定。最后通过收集若干基坑开挖对临近铁路路基影响的工程实例,发现铁路路基最大沉降值S_(max)与mH_(e)/L_(t)(m为基坑靠近路堤一侧的宽度、L_(t)为基坑坑壁至路基坡脚线的水平净距、H_(e)为基坑开挖深度)存在良好的对数关系。

堆载引起岸坡土体与高桩码头相互作用机制试验研究

码头后方堆场堆载会导致倾斜岸坡场地的侧向位移,对码头基础设施安全构成挑战。以天津港典型高桩码头为背景,基于大型土工离心试验平台,探究了堆场荷载作用下岸坡场地的变形特性、码头位移和内力的分布规律。试验结果表明:堆场荷载会导致岸坡出现显著的水平位移,其主要位于后承台下方区域,且随着距堆场距离的增加而逐步趋近于零;码头后承台随堆场荷载的增加会产生显著的向海侧水平位移,由此导致码头前后承台间距缩小进而增加碰撞风险;后承台桩基在岸坡土体水平变形作用下其弯矩响应由桩顶至底部呈S型分布模式;前承台桩基弯矩响应要显著低于后承台,其峰值小于后承台桩基弯矩响应的50%。研究结论可为高桩码头的破坏机制提供借鉴。

地下交通枢纽多级基坑组合支护结构体系设计及变形特性研究

北京地铁M3线星火站地下枢纽是高铁星火站地下综合枢纽的一个组成部分,采用明挖法施工。因枢纽基坑内部主体结构使用功能的不同需求,基坑采用三级布置形式,基坑一侧邻近既有高铁星火站,另一侧为城市道路,基坑开挖受四层地下水影响。为了解决地铁M3线星火站地下枢纽多级基坑支护结构设计遇到的困难,开展基坑组合支护结构体系研究。首先分析枢纽基坑的空间布局特点、周边环境情况及地下水赋存特征,讨论常规支护结构体系存在的问题,基于分级支护和分级止水理念,研发基坑组合支护结构体系,详细给出各级基坑支护结构体系布置、结构参数及多级基坑开挖支护步序;然后采用数值模拟方法建立多级基坑开挖支护的三维数值计算模型,分析各级基坑的坑底隆起和围护结构变形;最后结合各级基坑围护结构变形实测结果,探讨基坑组合支护结构的变形特性。数值模拟和现场实测结果表明:各级基坑的坑底隆起及围护结构变形均满足控制值要求。

高应力炭质板岩隧道开挖支护结构受力评价研究

为探究高应力下炭质板岩隧道开挖过程中围岩位移、支护结构内力变化规律,依托渭武高速木寨岭公路隧道,采用有限差分软件FLAC3D建立三台阶七步开挖法下炭质板岩隧道的数值模型,提出强、中、弱3种支护方案;分析开挖距离对围岩位移、支护结构内力等因素的影响,并对支护设计参数合理性评价。研究结果表明:开挖过程中围岩累计沉降和收敛变形量比较:强支护<中支护<弱支护;开挖相同距离下,随着支护强度上升,支护提供的弹性抗力越强,围岩沉降和收敛变形减小;以强支护为例,支护结构轴力呈现先增大后减小的趋势,最终轴力不断上升但趋势变缓的特征,开挖距离50 m趋于稳定;支护设计参数评价时,开挖距离(50 m)结束,强、中、弱3种方案钢架受压安全系数最小值分别为3.903、3.718、3.264,#1拱顶处强支护钢架较喷射混凝土先破坏,混凝土安全系数最小值分别为3.491、2.987、2.666,#2左拱腰处喷射混凝土较钢架先破坏,故选择中支护方案,材料I25b×C25、初衬厚度26 cm、钢架距离0.8 m。研究成果可为类似软岩隧道开挖和支护结构的设计提供一定参考。

典型软土地层管廊基坑垫层换撑可行性研究

针对基坑传统换撑方法换撑工序复杂,对管廊结构施工延续性及施工效率影响较大的问题,基于典型软土地层,以广东中山某管廊深基坑工程为背景,提出了利用垫层换撑的新方法.首先,对基坑进行三维Abaqus数值模拟并与实测数据进行对比分析;然后,提出垫层换撑方法并进行数值模拟正交试验,探究采用垫层换撑方法在拆撑后不同因素对基坑围护结构变形影响情况;最后,通过现场试验验证管廊深基坑垫层换撑新方法的合理性和可行性,并将垫层换撑方法与传统换撑方法对于围护结构水平位移影响进行对比.研究结果表明:影响围护结构变形的3个主要因素为垫层改良区域(垫层梁)厚度、混凝土强度等级和纵向钢筋直径,其中垫层改良区域(垫层梁)的厚度极差最大,为影响围护结构变形最显著的因素;垫层换撑现场实验在拆除底部横撑后,围护结构最大水平位移平均实测值仅为21.79 mm,有效解决了软土区围护结构易变形过大的问题,验证了垫层换撑方法的适用性;在基坑地层及开挖条件相同情况下,采用垫层换撑方法围护结构最大水平位移约为传统方法的84%,相较于传统换撑方法能够更好地控制基坑变形.

路堑边坡预应力桩锚组合支护结构的变形特性分析

以某公路路堑边坡预应力桩锚组合支护结构为研究对象,对预应力桩锚支护结构的变形特性进行全施工过程现场监测,获得了施工过程中桩顶侧向位移和桩后土体水平位移随时间和空间的变化规律。采用FLAC3D软件对边坡开挖过程中的支护结构变形进行计算分析,将计算结果与现场监测结果进行对比,对开挖过程中坡顶和坡底的土体竖向位移分布规律进行了研究。研究表明:预应力锚杆对桩顶水平位移和桩后土体水平位移有良好的控制作用,开挖过程中的土体水平位移呈现着坡顶与坡脚小、中间部分大的趋势,土体水平位移的增长主要发生在开挖的中期。开挖过程中的桩顶水平位移、深层土体水平位移、坡顶土体竖向位移及坡底土体竖向位移均在合理的范围内。预应力的大小会对桩锚支护结构的支护效果产生影响,设置适当的预应力可有效减小支护结构的变形。

软土地区高层建筑深基坑支护工程变形监测分析

文中依托某高层建筑施工案例,对基坑围护结构、周边土体及构筑物进行变形监测。结果表明,随着基坑开挖深度的不断增加,围护结构顶部竖向位移先增加后降低,围护结构顶部水平位移先增加后趋于平稳,基坑周边路面沉降先缓慢增加后快速增加,锚索应力呈现先增加、后趋于平稳、再降低、再趋于稳定,管线沉降量不断增加。各个监测点最大的路面沉降量分别为260、220、180 mm,各个监测点处最大的管线累计沉降量分别为580、350、120 mm,远超预警值,宜采用设置搭板、加强排水及注浆加固等方法强化周边道路及管线附近的土体,以减少沉降。

微型桩组合抗滑结构在滑坡治理工程设计中的应用

由于滑坡地质灾害的突发性、复杂性和不确定性,在该类治理工程中,工程环境往往成为方案选型的首要限制因素;常会遇到施工场地狭窄,施工作业面受限,大型机械无法到达、常规施工工艺无法施工等特殊问题,需要因地制宜地选择最优治理方案。微型桩组合抗滑结构因其具有桩径小、施工快捷、施工人员安全保障高、经济性好等优点[1],可用于滑坡地质灾害治理工程中,尤其是快速抢险工程。结合数值模拟分析及工程设计实例,结果表明:连系梁对微型桩的变形起到一定的限制作用,对其受力则影响较大;变形最大值出现在临边坡侧后排桩的上部,且后排桩锚索对整体变形的限制作用明显;组合抗滑结构稳定性验算应重点包括剩余下滑力、结构整体抗力、微型桩沿滑面抗剪承载力、桩内力、桩嵌固长度等内容。

地铁车站混凝土主体结构服役期受力特性分析

本文依托实际地铁车站工程,利用ABAQUS有限元软件,针对地铁车站混凝土主体结构分别建立顶板、底板及侧墙的三维模型并进行受力模拟计算分析,以得到其内部应力状态和变形大小,研究其混凝土主体结构服役期的受力特性。结果表明:顶板与底板等效应力分布图较为相似;顶板Y方向的变形相对于底板略大一些;由于侧土压力与侧水压力随着车站深度的变化而变化,从而使不同层的侧墙所受的等效应力不同,且其X方向的变形也不同。该模拟结果对实际地铁工程具有现实意义,有利于进行合理的施工规划,保证工程质量,延长设施的使用寿命。

高校体育馆大跨度钢结构施工与监测关键技术

为控制大跨度复杂钢结构应力和变形,提高施工精度,以辽宁省抚顺市某高校体育馆为研究对象,在分析大跨度钢结构的施工关键技术基础上,采用内环梁分段安装、主拱肋采用整根吊装的施工方案。起重设备为1 250 t履带吊,引入施工无线监测系统对结构内力和变形进行监测。系统主要由无线传感器子系统、实时数据采集子系统、无线网络传输子系统和移动终端数据处理及预警子系统组成。结果表明,引入的施工无线监测可实现施工阶段关键构件结构内力、变形和温度的实时远程监测;主拱肋应力随着时间呈现剧烈的变动,整体规律为先增加后降低再趋于稳定,主拱肋的位移呈现先增加后趋于稳定的变化趋势,最大应力为4.9 MPa,最大位移值为9.2 mm。

一种深基坑排桩支护结构内力位移矩阵分析法解答及工程应用

基于平面弹性地基梁法,采用结构力学矩阵分析法,进一步完善已往工作推导公式解答的缺陷。传统的平面桩支撑解答计算理论局限于计算支护面桩体的内力和变形,没有解决xoy水平面支撑轴力计算问题,但真三维解答推导过于复杂,通常三维模型计算依托有限元软件。与传统二维排桩支护模型相比,在以往的工作基础上,推导出考虑开挖过程、桩-土-冠梁-支撑共同作用的支护面位移、受力矩阵解答方程组和xoy水平面计算支撑轴力计算方法,并利用FORTRAN语言编制的程序求解。依托工程实践项目分析冠梁、腰梁、支护桩、支撑位移和内力在空间效应下的变化规律并与有限元法、理正深基坑计算结果及经非线性回归处理监测数据对比分析,结果表明,考虑开挖过程、桩-土-冠梁-支撑共同作用矩阵分析法计算出的冠梁位移具有明显的空间效应,靠近基坑角部更明显,距离坑角约1/4冠梁跨度内可以适当增加桩间距,xoy水平面坑角支撑轴力明显较中部小,与监测值能较好吻合,支撑截面和配筋计算可以针对性的优化,从而降低工程造价。冠梁、桩身位移与理正深基坑、监测数据能较好地吻合,再次验证方法的合理性与可行性,可以作为一种优化设计新方法。

隔震钢框架结构支座内力调整施工方法研究与应用

海南江东发展大厦采用高位层间隔震技术,北拱减隔震支座的设计长期面压分布极不均衡,降低了结构减隔震支座的减震效能,且在上部钢框架结构施工过程中减隔震支座易产生复杂变形,对结构施工控制与施工安全较不利。对江东发展大厦施工过程进行数值模拟与优化,提出针对其减隔震支座内力分布不均衡的“临时支撑⁃释放支撑卸载”的施工方法,阐述了该施工方法中临时支撑构件尺寸与结构预留下挠缝隙的确定方法,并分析了减隔震支座内力变化规律,明确了隔震支座内力调整效果及该施工方法对上部结构内力的影响情况。

LNG储罐地下基坑监测分析

文中结合实际工程,针对某半地下储罐基坑设计采用钻孔咬合灌注桩支护方案;在5^(#)储罐基坑周围区域布设了多个监测点,监测地表沉降、桩顶沉降、桩顶水平位移、桩体水平位移、支护桩钢筋应力、圈梁轴力以及地下水位,根据监测数据分析支护结构的变形情况。结果表明,基坑在施工期间处于安全合理的受力状态,支护结构可以充分发挥控制基坑变形、保障基坑稳定的作用。

软土地区基坑工程变形及轴力监测研究

文中结合某建筑工程施工实践,对基坑施工过程中的变形及应力响应进行监测,分析基坑水平位移、竖向位移、支撑轴力以及沉降量的变化规律。结果表明,地下连续墙相同深度位置的水平位移随开挖深度的增加而不断增加;地下连续墙的水平位移随着深度的降低先略微增加后降低,且反弯点出现的位置随着开挖深度的增加而增加。围护结构的竖向位移随着时间的增加表现为先稳定再快速下降后再次平稳的规律,当开挖至基坑底部时,围护结构的竖向位移稳定在22 mm;第二根支撑ZL1-3的轴力最大,达到了1500 kN。基坑周边地面沉降量随着支撑施工深度的增加表现为不断增加的规律,当底板施工完成后,基坑周边地面的最大沉降量为31.5 mm。

地铁深基坑变形监测及支护结构方案优化研究

文中以深圳市某地铁车站基坑工程为例,对基坑开挖过程中沉降量及水平位移进行了监测分析,并基于经济性提出最佳的支护结构方案。结果表明,随着基坑工程开挖的不断推进,基坑累积沉降量不断增加,钻孔灌注桩桩身的最大水平位移不断向桩底推移,且桩身的水平位移不断增加。优化后的基坑支护结构参数最佳方案是桩直径为1.2m,混凝土强度等级为C35,桩间距和支撑间距分别为1.5.6m;优化后的支护结构工程造价为100万元,比原支护结构工程造价降低28.5%;最大水平位移达到31.2mm,比原支护结构最大水平位移提升14.3%,但仍未超过设计预警值40mm,证实了优化后的基坑支护结构施工效果依然具有合理性,施工效果良好。