广义的盾构隧道纵向等效连续化模型研究

 在传统纵向等效连续化模型基础上,考虑横向刚度的影响及纵向环缝影响范围,提出广义的盾构隧道纵向等效连续化模型。以耀华支路磁浮盾构隧道为工程背景,分析得到隧道纵向刚度有效率随横向刚度和环缝影响范围的变化规律。结果表明,随横向刚度减小,截面受压区面积增大,隧道纵向等效刚度有效率减小;随环缝影响范围的增大,纵向等效刚度有效率减小。传统纵向等效连续化模型和修正的纵向等效连续化模型可以看作是该模型的特例。研究结果对盾构隧道纵向稳定性分析具有一定参考价值。     

广义的隧道塑性等效连续化模型研究

本文在传统纵向等效连续化模型基础之上,通过引入横向刚度有效率来考虑横向刚度的变化,对塑性状态下纵向等效连续化模型进行理论推导,得出考虑横向刚度有效率的塑性状态纵向等效抗弯刚度计算式,从而将盾构隧道横向刚度的变化与纵向等效刚度分析在塑性领域结合起来。结果表明,塑性状态下,随横向刚度减小,截面受压区面积增大,隧道纵向等效抗弯刚度有效率减小。传统纵向等效连续化模型可以看作是该模型的特例。本文的研究成果对于盾构隧道纵向变形分析具有一定的参考价值。     

考虑横向性能的盾构隧道纵向等效刚度分析

盾构隧道作为一个三维问题,其横向性能与纵向性能是密切联系的,将其横向和纵向割裂为两个平面问题,虽然可使问题简单化,但无法考虑纵横向性能的匹配关系。在横向修正惯用法的基础上,将横向弯曲刚度有效率引入到纵向等效连续化模型的推导中,对考虑横向刚度影响的盾构隧道纵向等效抗弯刚度进行理论推导,得到了考虑横向刚度有效率的纵向等效抗弯刚度计算式,从而初步将纵向刚度的分析与横向刚度的变化统一起来,进而也说明了盾构隧道纵、横向抗弯刚度的相关性和匹配性。实例分析表明：盾构隧道横向抗弯刚度的大小与纵向等效抗弯刚度关系密切,表现为同方向、近线性关系变化,即纵向抗弯刚度随横向抗弯刚度的增大而增大。     

类矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度解析解

结合类矩形盾构隧道截面特点,分别对中性轴位于截面上部边缘(环缝完全闭合)、截面上拱部、截面腰部和截面下拱部4种情况进行分析,并进一步考虑螺栓预紧力和环缝影响范围,推导得到类矩形盾构隧道的纵向等效抗弯刚度解析解,并对影响纵向等效刚度的相关因素进行探究.研究表明:当施加弯矩小于环缝启动弯矩时,环缝全部闭合,等效纵向抗弯刚度...     

轴力和弯矩共同作用下盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度研究

实际工程中,盾构隧道纵向弯矩和轴力可能同时存在,若按传统的纯弯等效抗弯刚度计算可能会带来较大误差。考虑轴力和弯矩共同作用对纵向弯曲变形的影响,提出5种弯曲模式,在经典的志波模型的基础上,建立盾构隧道纵向等效抗弯刚度计算模型,基于该模型开发了计算程序,以成都地铁3号线盾构隧道为实例,对其纵向等效抗弯刚度和管环张开量随轴力和弯矩的发展规律进行分析,并讨论弯曲模式的实用判别方法,求出变形过程的临界弯矩,最后给出纵向弯曲变形为线性和非线性的内力条件。研究发现:盾构隧道纵向变形随弯矩的发展过程可按轴力分为4类,各过程下管环张开量和等效抗弯刚度随弯矩的发展规律十分不同;轴力对等效抗弯刚度有显著影响,一般呈现压弯纯弯拉弯的规律。研究成果可应用于盾构隧道结构纵向力学分析、抗弯刚度分析等方面。     

地表堆载作用下盾构隧道纵向受力机制试验研究

为准确快速地预测纵向槽钢加固技术对盾构隧道等效刚度的影响,开展了纵向槽钢加固技术的理论研究。解析地提出了纵向槽钢和纵向轴力耦合作用的盾构隧道等效刚度理论解,并与经典理论、模型试验和数值模拟对比验证了本方法的可靠性。结果表明盾构隧道的中性轴φ随槽钢、纵向轴压力的增加而减小,其大小直接改变了隧道管片间的接触状态,从而影响了隧道的等效刚度;盾构隧道的等效刚度与纵向轴压力呈S曲线正相关,与弯矩呈非线性反相关,与隧道管片宽度、槽钢截面面积、数量、弹性模量呈线性正比关系;盾构隧道的等效刚度贡献大小顺序依次为纵向槽钢数量、截面面积、弹性模量。从理论上诠释了纵向槽钢等敏感性参数对隧道等效刚度的影响机理,可准确快速地预测纵向槽钢加固效果。

     

盾构法隧道的纵向受力分析

本文借助等效连续化模型 ,把盾构法隧道假设为弹性地基上的弹塑性梁 ,着重研究了纵向不均匀荷载、不均匀沉降对隧道应力分布以及缝隙张开状况的影响。并以某越江隧道为工程实例 ,分析了隧道的受力变形。     

盾构法隧道的纵向刚度计算方法

为进行盾构法隧道的纵向变形与内力分析 ,对“等效连续梁模型”进行了深化 ,提出了盾构法隧道纵向拉压刚度与弯曲刚度的计算方法。并将此方法应用于上海市地铁二号线区间隧道的计算 ,为设计提供理论依据。     

盾构隧道纵向接头局部足尺试验研究

沿盾构隧道纵向,管片环与管片环之间的接头称之为纵向接头。纵向接头是变形的薄弱部位,在变形过程中受到相邻管片的约束,其受力特点与管片接头不同。文章首先采用数值模拟方法,研究纵向接头局部试验的可行性,然后开展纵向接头局部足尺试验,研究接头的受力变形特征,所得结论如下：对纵向接头进行分析时,对比整环模型及纵向等效刚度梁模型计算结果,两者接头张开量、螺栓应力相差在11%以内,管片结构塑性损伤区分布特征基本一致,故纵向等效刚度梁模型可作为纵向接头局部足尺试验的依据;纵向接头局部足尺试验时,纵向接头张开量的变化对轴力更加敏感,螺栓应变增长与环间力(轴力、弯矩)的增加基本保持一致。接缝转角在环间拉力下趋近于0,且追随环间弯矩的变化;各工况中构件表面混凝土最大拉应变出现在套筒侧管片外表面中部,最大压变出现在手孔侧管片的内表面。破坏试验中,纵向拉力3232kN时管片结构先于螺栓破坏,此时螺栓未达屈服强度。     

用刚度耦合模型进行墩台纵向力分配

通过分析连续桥面简支梁桥柔性墩台的纵向受力及变形特性,提出了新的计算模型—刚度耦合模型,用以进行柔性墩台纵向水平力的分配计算。给出算例,分别以刚度耦合模型和现有传统刚度模型进行计算,并对结果进行对比分析,得出刚度耦合模型更为安全的结论。     

拱式转换层结构多遇地震反应分析

拱式转换层是一种新型结构形式,由于转换层上、下部刚度突变,引起了该结构地震剧烈反应,本文针对这种新型转换层形式,分析了上、下部等效侧向刚度比对多遇地震反应的影响,进而提出设计建议,以供工程设计参考。     

新型复合墙体弹性抗侧刚度计算分析

本文结合课题组前期的研究成果,就一种新型结构的主要受力构件———密肋复合墙体的弹性抗侧刚度提出两种计算方法:面积等效法和复合材料法;同时,本文给出了墙体复合材料等效弹性板计算模型。理论分析与试验对比表明:一次面积等效法严格遵从抗弯等效原理,但等效后的墙体截面形状比较复杂,不适用于工程设计计算;二次面积等效法的计算过程相对简单,但等效后所得砌块矩形截面板的抗弯刚度并不等于密肋复合墙体的抗弯刚度,只是简单地按面积等效,缺乏理论依据;由双向纤维单层复合材料模型推导的墙体弹性抗侧刚度计算值与实测值吻合较好,说明该模型具有一定的理论依据和实用价值,可以满足实际工程计算需要。     

高层结构地下室刚度有效范围的计算

对于带地下室的高层建筑,当将地下室顶板作为嵌固端时,在设计计算中必须满足侧向刚度比的要求。但设计中如何考虑地下室外围构件对地下室刚度的贡献还有待研究。文中从抗震规范中关于地下室作为嵌固端条件的条文出发,探讨了影响地下室刚度有效范围的因素;并以某高层框架结构的简化模型为算例,提出确定高层结构地下室刚度有效范围的计算方法。结果表明,地下室抗侧力构件对上部结构的约束力大小与该构件离塔楼的距离和水平向连接构件的刚度有关。文中提出的确定地下室刚度有效范围的计算方法可供参考。     

关于单桩竖向弹性刚度有关问题的讨论

GB 50040—96《动力机器基础设计规范》在确定单桩竖向刚度时,采用了刚性桩的设计理论,但实际桩并非刚性体,1979年和1987年苏联颁布的《动力机器基础设计规范》均采用了桩侧刚度为常量的弹性桩设计理论,显然,苏联《动力机器基础设计规范》比GB 50040—96较合理。实际桩侧刚度沿桩长呈不均匀分布,并对桩的竖向刚度有较大的影响。在将桩侧刚度设置为不均匀分布的基础上,采用有限元法对单桩的竖向刚度进行计算,并将计算结果与按苏联1987年颁布的《动力机器基础设计规范》中方法的计算结果进行对比和讨论。最后给出了在设计中可以直接采用的单桩竖向弹性刚度。     

基于弯矩最小化的地铁盾构隧道横断面优化设计分析

由于盾构隧道的横向刚度有效率与纵向刚度有效率不一致,在模型试验中难以设计出横向刚度与纵向刚度均可满足相似要求的模型盾构隧道。根据模型试验相似设计理论,提出了一种横向刚度与纵向刚度均可满足相似要求的模型盾构隧道设计方法,即模型盾构隧道管片环采用修正匀质圆环模型,以横向刚度满足相似要求进行设计,提出了模型盾构隧道管片环设计计算方法,并采用对压法对模型盾构隧道管片环的横向刚度进行了测定;管片环之间采用垫有弹簧的螺栓连接,提出了相应的模型盾构隧道纵向刚度计算方法,并通过简支梁法对模型盾构隧道的纵向刚度进行了测定,对模型盾构隧道纵向刚度计算方法进行了验证。最后根据模型盾构隧道与原型盾构隧道纵向抗弯刚度相似关系,得到了垫在模型盾构隧道环缝连接螺栓上的弹簧刚度计算方法。

     

提速线连续钢桁梁桥横向刚度限值分析

基于列车脱轨能量随机分析理论,提出了预防列车脱轨的桥梁横向刚度限值分析方法。运用此方法,制定了提速线3×80 m连续钢桁梁桥横向刚度限值,为修订铁路钢桥设计规范提供参考。     

基于杆系模型的脱硫塔地震作用分析

采用一维杆系模型和在大型通用有限元软件PATRAN-NASTRAN上建立的三维有限元模型分别对脱硫吸收塔进行了地震反应分析,并将其分析结果进行对比。研究表明,只要合理确定等效分布刚度和等效分布质量,杆系模型可以应用于在复杂三维壳体结构中进行地震反应分析,为该类工程结构的抗震设计提供可靠的依据。