基于内置接头参数数组的整环衬砌模型结构分析

为在整环衬砌结构分析中正确体现管片接头参数的复杂特性,通过表格型数组将管片接头参数内置于整环衬结构分析的程序中。经迭代计算,实现了管片接头三维非线性参数在整环衬砌分析中的全面应用。研究表明：这种将接头参数和整环衬砌整合在同一程序的算法,不但结果可靠而且运算速度更快;管片接头的抗弯刚度、接缝张开量、混凝土最大压应变、螺栓拉应力都将随着拼装方式、接头位置、外部荷载而改变,不适合单一取值;该模型不仅能分析整环受力和变形,而且能评价各管片接头的安全状态。     

楔形环管片纵向接头对施工荷载力学响应研究

楔形环管片是盾构隧道曲线段的重要组成部分。以珠海-澳门轻轨某急弯隧道为例,利用ANSYS有限元软件计算了楔形环管片在不同管片幅宽、楔形量、隧道曲率半径、千斤顶压力等条件下管片纵向接头的受力情况,重点分析了管片环间接头的最大正负弯矩。研究结果表明:随着盾构隧道曲线半径减小,正负最大弯矩均增大,不同隧道转弯半径下,管片最大正负弯矩均随接头抗弯刚度的增大而增大;不论正负弯矩,均有管片幅宽越小最大弯矩越大的现象。不同管片幅宽下,管片最大正负弯矩均随接头抗弯刚度的增大而增大;曲线半径为150 m时,最大正弯矩基本随着千斤顶压力呈线性增大的趋势,最大约为1 180 k N·m。研究结果对今后的急弯盾构隧道管片设计有一定的指导意义。     

影响盾构隧道衬砌接头刚度的因素

  通过南水北调穿黄盾构隧道仿真模型试验,对影响接头刚度的主要因素即连接螺栓的布置 、 螺栓垫圈的厚度、管片与管片之间垫层材料的性能和厚度、连接螺栓的预紧力的大小及管片 接头不同的受力状态进行了系统的分析,为盾构隧道管片设计提供了参考。     

黄土隧道地层增湿条件下衬砌力学响应

以某黄土公路隧道为对象,基于室内试验和数值分析方法,研究隧道所处黄土地层的地下水位 不同抬升高度、地层不同增湿程度对衬砌结构的力学响应。主要结果与结论:地层地下水位抬升及增湿 期间,降低了隧道地层的成拱效应,衬砌应力均呈增大趋势,拱脚及拱顶处衬砌受力趋于不安全状态,水 位抬升高度每增加７０％,拱脚部位衬砌拉、压应力分别提高２０％和１０％;地层含水率每增加３０％,拱脚 部位衬砌拉、压应力提高５０％和１２％;采取修正的围岩压力计算公式,能更合理的反映黄土地层增湿效 应下“围岩压力放大效应”,应从加强支护力度、改善围岩条件和增强防排水措施三个角度来改善黄土 隧道在施工期成洞条件和增强工后期的长期稳定性。     

梯形渠道混凝土衬砌冻胀破坏的力学模型探讨

通过对梯形渠道混凝土衬砌冻胀破坏特征的分析及总结前人的相关研究成果,提出合理的简化和假设,并在此基础上建立了一种梯形渠道混凝土衬砌冻胀破坏的力学模型。通过该模型可计算渠道坡板和底板的各控制内力及应力,并估计可能发生胀裂的位置,提出了对渠坡衬砌板所受法向冻结力的计算方法。     

ANSYS在隧道衬砌结构分析中的应用

根据局部变形理论，把隧道衬砌简化成合理的计算力学模型，在ANSYS数值模拟环境中，按边值法的分析思路，对其进行结构分析。该数值分析结果已得到了边值法验证，是可行的。     

盾构隧道双层衬砌数值计算模型研究综述

笔者在分析盾构隧道双层衬砌结构特点的基础上,从双层衬砌数值计算模型中衬砌与地层相互作用的模拟、衬砌自身结构的模拟以及内衬与外衬相互作用的模拟三个方面对现有的数值计算模型进行分类和总结,并对各类数值计算模型的优缺点、适用性等进行评价和分析,指出盾构隧道双层衬砌数值计算模型在弹簧刚度的确定、接触分析的使用、计算模型的丰富、...     

大U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的力学模型探讨

通过对U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏机理的分析,提出了U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏的力学模型,并解出了渠坡直线段和圆弧段控制内力及最大拉应力,结合混凝土板抗裂条件给出了冻胀力、胀裂部位、冻胀抗裂衬砌板厚度及抗冻胀破坏验算的一系列计算方法.     

基于ANSYS数值力学模型的二次衬砌结构稳定性分析

二次衬砌开裂是隧道最常见的病害之一,对有裂缝的既有隧道衬砌结构的稳定性进行分析研究具有重要的现实意义和理论价值。基于断裂力学的裂缝模型,通过数值分析,探讨了有裂缝既有隧道二次衬砌结构稳定评价的计算方法。通过模型试验对非破坏性衬砌和开裂衬砌的承载力进行了分析比较。结果表明：(1)断裂力学有限元方法可用于评价既有裂缝隧道二次衬砌结构的稳定性。(2)不同零件出现裂纹时所需载荷的大小顺序为：足弓比拱顶小,拱顶比拱腋小,拱腋比仰拱小。(3)当支架位于拱顶和拱脚时,对衬砌结构的稳定性影响最大。(4)衬砌结构的承载力因裂缝而下降,当隧道仰拱底部出现纵向裂缝时,其承载力下降了37.5%。     

考虑环间接头力学特性的盾构隧洞纵向分析模型

盾构隧洞环间接头具有明显的非线性力学特性,合理模拟其受力变形响应是隧洞纵向变形分析中的难点。针对此问题提出了一种简便实用的环间接头分析模型,采用可传压不传拉的接触面单元模拟环间接触,采用基于埋置梁广义位移法的梁单元模拟螺栓,能够同时考虑环间接头处的非线性接触状态和接头螺栓的轴向刚度和剪切刚度,且适用于各种环间连接螺栓形状（直螺栓、弯螺栓或斜螺栓）。通过算例,将有限元模型与理论解析模型计算结果进行对比,验证了该模型的准确性。将该模型应用于某实际工程中穿越断层破碎带的盾构隧洞的纵向变形分析,结果表明:输水盾构隧洞在均质基岩中状态稳定,在断层破碎带区域衬砌环间缝变形和螺栓应力显著增大,但均在设计控制范围之内。该模型可为工程安全建设及运行提供一定参考。     

地铁盾构隧道管片破损修复技术研究

某地铁区间隧道挖掘贯通后,受后续施工的影响,产生了较大变形与位移,并导致管片错台、破损与局部开裂。为避免隧道的进一步损坏以及确保盾构隧道的运营安全,需对隧道管片进行修复处理。在分析该区域地质条件的基础上,经多方案比较,决定采用钢板内衬加固的方式对破损管片进行修复。对钢板内衬加固所涉及的净空复核、管片受力复核、裂缝处理及环片加固等技术问题展开了详细论述。工程实践表明,钢板内衬加固的方式效果良好,可供类似工程修复问题借鉴。     

盾构压力隧洞双层衬砌的力学模型研究

本文以我国规划设计中的南水北调中线穿黄隧洞为工程背景，对双层衬砌的结构计算方法进行研究。文中根据管片施工后外部水土压力达到稳定时间长短的不同，提出了衬砌受力的两种叠加模型；根据内外衬砌接合面结构形式的不同，建立了三种双层衬砌相互作用模型；根据上述模型编制了有限元计算程序，对穿黄隧洞双层衬砌的结构内力进行了计算，并对不同模型计算结果的差别进行了对比。计算结果表明：对于盾构开挖的双层衬砌水工压力隧洞，通常使用的由外管片单独承担全部外水土压力的假定是一种偏于危险的设计方法，设计中应增强内外衬砌接合面的结构联结，以便形成有效的受力整体。     

内水渗漏软化基底对盾构隧洞衬砌管片受力性能的影响分析

水工盾构隧洞在运行过程中存在内水渗漏导致基底软化的风险,基底软化将对隧洞管片受力变形产生影响。依托实际水工盾构隧洞工程,构建了由管片、灌浆体和围岩组成的三维有限元数值模型,针对Ⅴ类围岩条件下因渗漏导致基底均匀和不均匀软化的状况,研究了管片的受力性能变化规律。结果表明：在内外荷载作用下,管片的环向应力、竖向位移和定位销应力均随基底软化深度的增加而增大,均匀软化条件下仰拱管片出现峰值为1.88 MPa的拉应力,存在管片开裂风险;基底软化导致定位销应力增大,而管片竖向位移的变化幅度较小。研究成果可为水工盾构隧洞的安全运行监测提供科学依据。     

盾构输水隧洞灌浆式预应力衬砌结构有限元分析

北京市南水北调配套工程东干渠工程输水隧洞施工工法为盾构法,为了提高其抗渗和抗裂特性,并优化内外衬的协同变形,衬砌结构采用了灌浆式混凝土预应力衬砌。研究了隧洞衬砌结构设计参数及工作机理,采用二维有限元计算方法,分析了预应力注浆压力和连接螺栓型号的影响。结果表明:内外衬之间的预应力式注浆可以提高二衬混凝土承受内水压力的能力,预应力注浆压力不宜大于0.3 MPa,否则将影响管片的结构和防水安全;连接螺栓刚度变化对管片和二衬混凝土环向应力的影响很小,结合管片张开对防水、防渗的影响,连接螺栓型号采用M20以上型号均可;随着预应力注浆压力的增加,二衬混凝土受力状态得到明显改善,由全断面受拉构件变成受弯构件,拉应力区明显减小,内外衬协同受力状态得到优化。     

盾构法隧道管片拼装施工技术

盾构法隧道使用管片衬砌作为其永久支护结构,因此,通用楔型管片在此作为一种较先进的衬砌形式,其拼装质量直接影响到隧道的质量及使用功能。文章从盾构工法特性、衬背注浆、盾构姿态等影响因素着手,以武汉地铁二号线为例,分析了在大直径隧道中的管片错缝拼装技术,以及盾构掘进过程中管片拼装的施工工法以及管片拼装质量控制的方法。     

盾构式输水隧洞的计算模型及其工程应用

本文基于不连续介质变形体的界面应力元理论和方法，建立了盾构式输水隧洞的计算模型．该模型放松了离散单元交界面上的位移连续条件，可以较好地模拟盾构隧洞外衬管片之间螺栓的连接作用和各种缝面的不连续变形特征．理论分析和工程算例表明，本文提出的分析模型仿真性强、计算效率高     

压力隧洞透水衬砌裂缝宽度计算方法探讨

在衬砌独立工作的前提下,提出一种透水衬砌裂缝宽度计算的简单方法。实例计算表明:若允许衬砌裂穿,裂缝在稳定渗流状态下的长期稳定开度较小,按透水衬砌限裂设计,可大量节省钢材,方便施工。     

整体式U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏力学模型

通过对整体式小型U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏特征及原因分析,将结构简化为在法向冻胀力、法向冻结力、切向冻结力和重力共同作用下的超静定两铰拱,应用结构力学原理求解出衬砌板的冻胀力及内力图,结合混凝土板抗裂条件,给出了最大拉应力、衬砌板厚和抗冻胀破坏验算的公式,并对整体式与两拼式U形衬砌板冻胀效应进行了比对。结果表明,整体式U形混凝土衬砌渠道由于具有冻胀变形均匀、法向冻胀力小、抗冻胀能力强等特点,优于传统的两拼式U形渠道断面。