地层环境变化对地铁车站结构内力的影响研究

现行地铁车站的结构设计中,地层环境变化如何影响车站结构的内力还需要更进一步分析研究。以某地铁车站为例,建立结构空间有限元模型。通过不同的岩土弹性抗力系数和静止土压力系数来探讨地铁车站结构内力的分布影响规律。由此得出结论:随着岩土的弹性抗力系数增大,车站顶板和中板的横向最大负弯矩均增大,底板横向最大正弯矩减少,侧墙横向最大正弯矩增大和横向最大负弯矩减少,底板纵梁最大弯矩减少,柱子最大轴力减少;随着岩土的静止土压力系数增大,顶板、中板和底板横向最大正弯矩减少和横向最大负弯矩增大,侧墙横向最大弯矩增大。     

考虑围护墙参与下的明挖地铁车站设计要点分析

明挖车站常采用地连墙作为基坑支护形式。地连墙可以是与车站侧墙(衬墙)之间有连接的叠合墙,也可以是无连接的复合墙。使用阶段,叠合墙与衬墙共同受力,主体结构计算分析时要考虑其影响。复合墙与衬墙之间通常设置防水层,主体结构计算是否需要考虑其作用?有无复合墙对主体结构哪些方面分别有多大影响?为研究此问题,本文以某地下二层单柱双跨矩形框架车站为例,对比分析车站主体结构在多荷载工况下,有无围护墙参与时的内力变化情况;采用反应位移法,对比分析车站在地震作用下,有无围护墙参与时的不同响应特征。根据分析结果并结合工程经验,提出车站结构在设计时的注意事项,为后续同类工程设计提供参考。     

围护结构参与受力的地铁车站断面计算研究

为合理确定考虑围护结构参与受力时地铁车站结构计算模型的简化方式,详细分析了常用结构计算模型中坑底以下土体水平基床系数和围护结构长度对地铁车站结构内力的影响,发现了该计算模型的不足之处。明挖车站开挖、回筑的数值模拟分析结果表明,在回筑过程中,坑底以下内、外侧水平土压力变化非常小,可见回筑阶段坑底以下的内、外侧土压力处于稳定状态,基本不影响车站结构的受力。据此对常用的结构计算模型进行修正。结果表明:1)围护结构参与受力时,坑底以下外侧土压力可不考虑;2)修正后的结构计算模型计算结果受围护结构长度、坑底以下土体水平基床系数影响微小,结构内力最大变幅约为1%;3)修正后的结构计算模型计算结果相较于修正前最大增幅为10%,发生位置为负三层侧墙中部;相较于不考虑围护结构参与受力时的结构内力,底板边支座处弯矩减小约6.3%,负三层侧墙中部弯矩减小约33%。采用修正后的结构计算模型计算出的结果进行设计可兼具安全性和经济性。     

基坑开挖与临近横向推力桩基础的相互影响研究

以成绵乐客运专线双流机场车站基坑及临近的T2航站楼斜拱桩基础为例,采用有限元数值方法对基坑开挖至不同深度、桩基础加载条件下,基坑围护结构和桩基础的水平位移、桩身弯矩等进行了计算。通过计算结果的对比分析,得出了基坑开挖与邻近桩基础相互影响的基本规律。研究表明:受与基坑临近的、所受水平推力指向基坑的桩基础影响,基坑围护墙水平位移、开挖侧最大弯矩均比基坑单独施工时的大;桩基础承受荷载时基坑的开挖深度越小,基坑开挖至坑底时围护墙的侧向位移越大,基坑开挖引起的桩基础承台水平位移也越大,基坑开挖对桩基础前、后排桩的桩身弯矩影响也越大;基坑开挖引起的桩基础前、后排桩桩身弯矩主要使其远离基坑侧受拉。     

盾构施工对自由单桩受力性状的影响

针对苏州轻轨一号线盾构隧道的施工情况,采用三维有限元数值模型,研究了盾构施工对不同边长桩身的影响。计算结果表明:随着桩身边长的逐渐增大,盾构施工引起的桩身最大横向位移、竖向位移均逐渐减小,桩身最大正、负弯矩则逐渐增大,但桩身轴力、桩底和桩顶处弯矩则变化较小。最大负弯矩均发生在隧道轴线位置处,最大正弯矩则均发生在桩顶下6m处。盾构穿越正上方单桩时,在桩身边长逐渐增大的情况下,桩身受拉的长度及弯矩也逐渐增大,但盾构施工引起的单桩上部轴力则逐渐变小。整个桩身全部为负弯矩,且最大负弯矩均在桩身中点附近。     

地铁车站含暗柱复合式侧墙裂缝成因及应对措施

本文简要归纳了明挖地铁车站主体结构中含暗柱复合式侧墙裂缝特征,通过试验监测和模拟计算,分析其裂缝产生原因,包括围护桩蠕变、外包防水层结构变形和含暗柱侧墙温度应力场的影响等。采取针对性的施工保证措施,减少裂缝数量,保证复合式侧墙的施工质量。研究结果可为地铁车站裂缝控制提供参考。     

不同桩头约束下微倾单桩纵横向受荷响应计算的三参数法

为研究桩头转动约束及桩身初始微倾斜对纵横向组合荷载作用下桩身侧向响应的影响,基于三参数形式的地基水平抗力系数,通过矩阵运算提出了桩身变形和内力的半解析解,并与模型试验结果及已有解计算结果进行对比以验证其可靠性。计算结果表明:桩头转动刚度增加时,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩减小,桩顶弯矩和地表以下桩身最大弯矩距离桩顶的距离增大。桩身初始倾角增加时,桩身最大位移和最大弯矩均线性增大,且随纵向荷载的增加其变化速率逐渐增大;纵向荷载增加时,桩身最大位移和最大弯矩均增大,且随纵向荷载和桩身初始倾角的增加其变化速率逐渐增大,而地表以下桩身最大弯矩距离地表的距离呈线性减小。     

竖向-水平组合荷载下桩筏受力特性的试验研究

为研究竖向-水平组合荷载作用下桩筏基础的受力特性,开展了室内模型试验,考虑桩长、桩数、竖向荷载及桩间距对桩筏基础承载性能的影响,并分析了桩身弯矩、剪力及桩侧土压力的变化规律。试验结果表明：桩筏基础的水平承载力随着竖向荷载、桩数、桩长、桩间距的增大而增大,水平位移相应减小;桩身最大弯矩位于0.3倍桩长处,且前桩桩身最大弯矩较大,约为后桩的1.14倍;桩身弯矩及剪力均随着竖向荷载的增大而减小,桩身最大弯矩随着桩间距的增大而减小,但桩顶及桩端弯矩几乎保持不变;增大桩间距可以调整最大负剪力位置,桩顶剪力随桩间距的增大而减小,而桩端剪力值则随桩间距增大而增大;增大桩间距可以带动更大范围的桩间土,桩身内力分布规律保持相同且变化值较小;桩筏基础受组合荷载作用下的破坏模式符合刚性桩破坏规律,桩身水平极限承载力主要由桩侧土体的抗压强度控制。     

刚性桩复合地基与临近基坑支护结构相互影响的离心模型试验

目前缺乏复合地基与临近基坑支护结构相互影响的相关研究。为了研究复合地基及其支护结构受侧向开挖的影响,通过两组相同荷载相同支护结构、不同置换率的复合地基侧向开挖离心模型试验,分析了桩轴力及侧摩阻力、桩土应力比、桩间土竖向应力、桩弯矩和支护结构弯矩随开挖的变化规律,及其受置换率变化的影响。结果表明:桩轴力、桩土应力比、桩弯矩及支护结构弯矩随开挖递增,桩侧摩阻力及桩间土竖向应力受开挖影响较小,桩身上部摩阻力方向向下,桩身下部向上,支护结构弯矩最大值位置随开挖逐级下移;距基坑的距离决定桩弯矩的大小和变化形式,在距基坑较近处因桩土不均匀沉降明显,桩顶上刺入褥垫层,褥垫层对桩顶有水平约束,引起桩上部负弯矩;除置换率对桩间土竖向应力影响较小外,上述各项力学性状均因置换率的增大而减小,其中支护结构弯矩减小程度最大,表明复合地基置换率增大能够有效改善复合地基和支护结构受力性状,增强其侧向基坑开挖安全性。     

某条形坑中坑基坑的围护墙内力分析

条形坑中坑基坑的围护墙内力分布不同于一般的基坑。本文结合上海西藏南路隧道某明挖基坑对条形坑中坑基坑进行了数值模拟,通过对围护墙内力的分析,得出:内坑开挖后,左墙最大弯矩比第一步开挖增加了63%,内坑开挖对左墙的弯矩影响较为显著,且最大弯矩始终位于第一步开挖面处;第二步开挖,中墙只产生正弯矩,第三步开挖,中墙在第三道支撑处产生了较大负弯矩,在开挖面以下1m处产生较大正弯矩;右墙主要产生负弯矩,在第二道支撑附近产生相对比较小的正弯矩;根据左、中、右三墙的弯矩包络,可分段分侧对连续墙进行配筋,使配筋更加经济合理。     

永久结构对于基坑支护结构的影响分析

在深基坑工程中,因支撑竖向间距较大,回筑阶段一般考虑换撑。采用Midas Civil软件对北京某基坑工程各施工阶段进行数值模拟分析,计算结果表明:在不换撑的条件下,永久结构侧墙对支护结构刚度的提高作用明显,围护桩的弯矩和位移的计算结果相比不考虑永久结构侧墙作用时都有减小;在考虑永久结构侧墙对围护结构的刚度贡献的前提下,是否可以取消换撑,则需要结合围护结构原设计材料参数和现场监测数据综合分析后确定。     

近间距下穿高架群桩的基坑施工可行性

应用平面有限元软件对上海某地道下穿轨道交通11号线基坑施工进行了模拟分析。基坑开挖造成的土体侧向卸载,影响着临近群桩基础的安全。分析结果表明:临近桩基侧移与围护桩变形有一定的相关性,发生最大侧移的地方均位于基坑开挖面处,而围护桩弯矩的发展变化跟支撑位置和刚度有着直接关系;基坑开挖造成的侧向卸载作用对临近桩基的影响明显大于对承台的影响;不考虑桩基侧移的情况下,侧向卸载造成摩擦群桩承载力降低量可忽略;围护结构支护状态的有效性对减少临近桩基侧移和保持群桩承载力起到关键作用。     

采用预制构件装配式车站锚索施工技术

装配式车站对围护结构要求很高,对施工工艺也有更高的要求,原有的围护桩+钢支撑+钢围檩主体结构围护体系已不能满足拼装式车站围护结构的施工要求,为此设计围护桩+锚索为装配式车站主体围护体系。大型预制构件的现场吊装及拼装,严寒冻土区锚索支护过程中的基坑受冻胀影响,进而导致基坑变形甚至坍塌,锚索孔径大、长度长,受地铁基坑内空间限制,传统的小型螺旋钻满足不了现场的施工要求。对此设计增大锚索的直径和长度,提高基坑越冬时的稳定性,因此非常有必要研究一种能满足现场施工要求的施工机械和施工工艺。     

不同类型桩基支撑的整体桥力学性能

以福建永春县上坂大桥作为工程背景建立了全桥有限元模型,通过实桥静载、动载试验对模型进行验证,并在整体式桥台下分别设置了矩形桩、圆形桩、预应力高强混凝土(PHC)管桩、钢管桩、H型钢桩、工型超高性能混凝土(UHPC)桩和工型UHPC-矩形变截面桩,研究了整体桥采用不同类型桩基时对其整体力学性能的影响。结果表明:有限元模型的计算基频较实测值减小了5.5%,第1阶模态均为横向侧飘,主梁在汽车偏载和中载作用下出现的竖向挠度与实测挠度较吻合,验证了有限元模型的合理性; 随着整体温度的升高,不同类型桩基支撑的整体桥主梁和桩基最大正、负弯矩和剪力随之增大,主梁竖向挠度随之减小,梁端水平位移也呈现明显的增长趋势,但在相同温度荷载作用下,整体式桥台下设置不同类型桩基对梁端水平位移的影响很小; 桩身显著变形区主要出现在0～6.4D(D为桩径)埋深处,在更大埋深处基本可忽略,表现出了柔性桩的变形性能; 随着变截面桩的上部UHPC桩段抗弯刚度的增大,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩均显著增大,桩顶水平变形显著减小; 随着上部UHPC桩段长度的增加,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩先呈现明显的增长趋势,而后趋于稳定,桩顶水平变形则先呈现明显减小趋势,随后趋于稳定; 上部UHPC桩段长度一般取为桩基总长的36%,对整体桥主梁和桩基的受力较好,为UHPC桩段的经济长度; 温差小于15 ℃时,整体桥采用不同类型桩基时对主梁和桩基的受力影响不大; 随着温差继续增大,整体桥采用H型钢桩、工型UHPC桩或工型UHPC-矩形变截面桩时主梁和桩基的受力性能更好。     

侵蚀缝隙对既有隧道衬砌的影响研究

隧道工程建设中,地下水渗透使得隧道衬砌周围土层受侵蚀或使得衬砌系统溶蚀退化,从而引发隧道衬砌后形成缝隙或空洞。本文基于既有隧道及其产生的侵蚀缝隙建立数值模型,通过数值模拟的方法分析了侵蚀缝隙对既有隧道仰拱、起拱线处弯矩和推力的影响。计算结果表明当侵蚀率大于3%时,隧道起拱线弯矩比显著增大;当静止土压力系数分别为K0=0.5和1.0时,隧道仰拱弯矩由负弯矩转变为正弯矩的缝隙侵蚀率阀值为分别为11%和7%;隧道起拱线最大推力随着侵蚀率的增大而增大;不同静止土压力系数对推力影响较小。     

结构参数与填料特性对盖板涵洞土涵作用影响

为精确地计算涵洞顶部竖向土压力集中系数,进行了土石混合体填料—涵洞室内模型试验。利用试验结果标定了FLAC数值模型,运用该数值模型研究了结构参数与填料性质对涵洞力学特性的影响。结果表明:在侧墙顶部以下0.35D(D为侧墙高度)处出现最大水平负弯矩,在0.67D处出现水平弯矩反弯点;含石量对侧墙上水平土压力影响显著,含石量为50%和70%时,侧墙上产生的侧向水平土压力更大;随着涵洞顶板厚度的增加,涵顶边缘竖向土压力随之增加,涵顶中心竖向土压力随之减小;随着泊松比的增加,侧墙上正负弯矩的反弯点位置逐渐下移,反弯点的位置变化区间为[0.49D, 0.71D];数值模拟结果得到的涵顶边缘竖向土压力集中系数大于相关规范与研究成果的上限值,涵洞结构边缘所受竖向土压力大于理论计算得到的竖向土压力。     

建筑基坑施工过程支护结构受力特性分析

基坑支护结构的受力变形情况对基坑的稳定性至关重要,为了进一步掌握建筑基坑施工过程中基坑支护结构在不同因素影响下的受力变形情况,通过建立数值模型,从支护桩桩长、桩径、桩间距三个方面计算了支护桩的桩身弯矩和水平位移的变化趋势。研究结果表明：随着基坑深度的增大,不同长度、桩径围护桩桩身弯矩的变化趋势大致相同,呈现出波动变化的规律;当支护深度大于10m时,随着支护深度的增加,且不同桩长、桩径下桩体弯矩间的差距也逐渐变大,而不同桩径下桩体的弯矩值基本一致;随着支护深度的增大、不同桩长、桩间距下桩体的水平位移基本保持一致,均表现为桩身先向基坑内侧移动,位移达到峰值逐渐转向基坑外侧,但桩体的水平位移随着桩径的增大而减小;当支护桩支护深度达到某一值后,提高桩长和桩径能够增加桩身弯矩,且增大桩径能够控制桩体变形。     

支撑刚度及预加轴力对基坑变形和内力的影响

本文结合平行换乘车站深基坑工程 ,分析了支撑刚度和预加轴力对新站基坑和既有车站共用连续墙变形和内力的影响。增大支撑刚度 ,可以减小墙身位移 ,引起连续墙正弯矩减小 ,负弯矩增大。但达到一定的量级后 ,对墙体的变形和弯矩的影响很小。增大支撑预加轴力可以有效的控制连续墙的变形 ,减小墙身负弯矩。支撑刚度和预加轴力的变化对基坑开挖面以下墙体变形和内力的影响较小     

含预制内嵌外围护墙装配式剪力墙结构抗震性能计算分析

为研究装配式剪力墙结构中预制内嵌外围护墙对主体结构抗震性能的影响及为结构设计提供依据,选取了3个典型工程作为案例,对整体结构模型进行了弹性分析和弹塑性分析,从结构模态、层间位移角、层剪力、侧向刚度、整体及局部破坏情况等角度,分析了围护墙对结构抗震性能的影响.结果 表明:弹性分析时围护墙对主体结构刚度贡献显著,导致结构周期减小,层间位移角减小且在围护墙起始层存在层间位移角突变现象,层剪力增大;弹塑性分析时与不含围护墙的模型相比,含围护墙模型的层间位移角减小,层剪力增大,围护墙未优化时与结构构件共同受力破坏,采用优化构造可显著减小围护墙的不利影响.基于分析结果,建议工程中应优先在围护墙与主体结构之间采取有效的隔离措施;当围护墙未优化时应根据工程情况补充进行弹塑性分析,并采取局部加强措施.     

软土地区综合管廊基坑工程中的两墙合一地下连续墙长度优化分析

综合管廊基坑多为狭长型基坑,在实际工程中具有很好的稳定性且受基坑宽度影响明显,但现行规范无法体现。结合实际工程,通过有限元软件建立数值模型,分析围护墙插入深度对基坑稳定性及围护墙受力影响,并采用强度折减法计算各工况下的安全系数。结果表明:当插入比达到一定值后,围护墙水平位移、周边最大沉降量及围护墙最大弯矩随插入比增加而小幅变化;利用强度折减法分析时的基坑安全系数与插入比呈近线性关系,随着插入比的增大而增高。