深埋曲线钢顶管受力特性现场监测试验研究

为了研究深埋曲线钢顶管施工过程中的力学特性,依托拱北隧道曲线顶管管幕工程,对曲线顶管管节轴向与环向应变进行了现场监测分析。实测数据结果表明,管节应变随顶进距离增大而略微增加,但基本保持在一定范围内。管节在顶进过程中应力曲线发生波动,停止顶进后逐渐趋于平稳。管节轴向应力主要受顶进力影响,而环向应力主要取决管节外侧环向荷载,曲线顶管管节弯曲内侧存在压应力集中。由于存在泊松效应,大埋深条件下管节顶部和底部轴向应力受环向变形控制。随着与机头距离增加,管节由轴向两侧受压逐渐转变为单侧受压,受压区位于管节弯曲内侧,应力集中更加显著。     

大口径新型顶管力学行为现场试验研究

通过对新型预应力钢筒混凝土顶管(JPCCP)开展现场试验,得到了在施工荷载、水土压力等三维荷载作用下顶管各部位的应变时程响应;同时也获得了顶进过程中管–土接触应力时程变化。根据对数据的分析,得出预应力钢筒混凝土顶管具有较大的纵向抗压刚度,而纵向抗拉刚度不足。由于预应力的效应,内层混凝土与中间层混凝土能够承受较大的环向拉应力。通过对管节的纵向受力分析,计算出管–土平均摩阻力随顶进距离的变化规律,结合施工记录得出平均摩阻力随顶进距离先增大后减小,最小值为1.27 k Pa;同时,施工顶进间隔越短,平均摩阻力越小。此外,实测结果表明,管–土接触应力对管节运动较为敏感,最大瞬时值可达500 k Pa;施工结束后,接触应力沿管周分布并不对称或均匀,但与实测管节环向应变分布对应。     

体外预应力混凝土连续梁弯曲性能试验研究

为了研究体外预应力混凝土连续梁的弯曲性能、极限受力状态及内力重分布规律,以施工方法和体内外预应力筋配比为参数,对1根整体式(体内外配筋)和2根节段式(体内外配筋和全体外配筋)体外预应力混凝土连续梁进行了模型试验。通过试验数据分析,得到了模型梁挠度、混凝土应变、体外预应力筋应力与有效高度随荷载变化规律,以及混凝土裂缝发展与分布情况。结果表明:整体式梁的混凝土极限压应变和挠度最大、延性较好但体外预应力筋有效高度减少最大,节段式体内外预应力梁的体外预应力筋极限应力最大,节段式全体外预应力梁的混凝土极限压应变和挠度最小、延性较差、体外预应力筋极限应力及有效高度减少也最小。节段式梁的裂缝主要集中在接缝位置、无斜裂缝,接缝位置的塑性变形使内力重分布更充分。整体式梁内力重分布的区域集中而节段式全体外预应力梁的范围较大,各梁控制截面弯矩增、减幅值不超过10%。     

预应力型钢混凝土柱偏心受拉性能试验研究

为研究预应力型钢混凝土构件在偏心受拉作用下的受力性能,以预应力筋根数、预应力度、纵筋配筋率、型钢配钢量和偏心距为主要设计参数,对15个偏心受拉柱进行了单调加载试验。试验中观察了预应力型钢混凝土柱在偏心受拉作用下的受力过程和破坏形态,得到荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、承载力、侧向变形以及裂缝发展情况等。研究结果表明:增加柱中预应力筋根数与型钢配钢量,提高预应力度、纵筋配筋率,减小偏心距等可使预应力型钢混凝土柱偏心受拉承载能力提高,且偏心距是影响预应力型钢混凝土柱偏心受拉承载能力的主要因素。通过施加预应力筋,可以有效控制裂缝的产生与扩展。根据理论与试验结果分析,给出了预应力型钢混凝土偏心受拉构件的承载力算式,计算值与试验值吻合较好。     

重复荷载下高速铁路32 m箱梁模型受力全过程试验

采用三分点重复加载,对高速铁路中广泛应用的32 m预应力混凝土简支箱梁进行了多级重复荷载下的模型试验,其测试内容主要包括箱梁的裂缝分布及裂缝宽度、荷载-跨中挠度曲线、混凝土应变和钢筋应变的分布等.结果表明:简支箱梁首先在跨中底板出现裂缝,然后缓慢向腹板扩展;在纯弯段,裂缝间距分布比较均匀;在施加荷载超过开裂荷载不多的情况下卸载,裂缝在预应力筋的作用下能够闭合;加载结束时箱梁已经达到承载力极限状态(破坏)的标志是弯曲挠度达到跨度的1/30,受拉主筋处最大裂缝宽度达到1.8 mm;重复加载下的荷载-跨中挠度曲线的包络线有3个拐点,分别对应于混凝土开裂、钢筋屈服、预应力筋屈服;跨中截面钢筋应变和混凝土应变沿腹板基本符合平截面假定,跨中顶板和底板截面钢筋应变和混凝土应变沿截面横向分布呈现箱梁剪力滞的分布规律.     

圆钢管再生混凝土长柱偏心受压承载性能试验研究

以偏心距为主要变化参数,对6个圆钢管再生混凝土长柱进行了偏心受压单调加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,分析了荷载-轴向位移曲线、荷载-纵向应变曲线以及延性,并研究了偏心距对试件承载力的影响。结果表明：圆钢管再生混凝土长柱在偏心荷载作用下,先后经历了弹性阶段、弹塑性阶段和承载力下降阶段,具有较好的延性,其破坏主要表现为钢管壁屈曲而导致试件整体失稳破坏;试件的承载力以及纵向变形随着偏心距的增加而降低;建议采用《钢管混凝土结构技术规范》(GB 50936—2014)和《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)进行圆钢管再生混凝土偏压长柱的承载力计算。     

装配式大悬臂分段预应力混凝土盖梁抗弯性能研究

对盖梁预制拼装提出小剪力键分段预应力拼装方案,在此基础上设计2个试件,分别进行满载均匀加载和偏载加载。针对大悬臂盖梁的受力特性,提出大悬臂预制盖梁的循环加载方案,进行正常使用极限状态和模拟地震荷载阶段的加载。通过试验现象和试验数据,对裂缝发展、破坏形态及承载力等进行分析;研究受力类型对试件抗弯性能的影响,总结盖梁抗弯和抗扭的破坏规律。从荷载位移滞回曲线、接缝张开、普通钢筋应变、预应力筋应变及混凝土应变等结果,定量比较预制拼装盖梁加载工况下的特点。试验研究结果表明:分段预应力盖梁的拼接缝是盖梁的薄弱环节,偏心荷载作用下,素混凝土剪力键彻底剪坏,盖梁的极限承载力降低11%;分段预应力盖梁的开裂荷载安全系数为1.1,极限承载力安全系数为1.8。     

预应力开洞楼板研究

通过对用钢板加固的开洞楼板、不加固的开洞楼板与不开洞楼板进行加载试验,观察钢筋应力发展、混凝土应变、挠度与裂缝开展情况、预应力损失、极限荷载、应力变化规律、预应力筋切断对应变的影响等数据,研究无粘结预应力楼板开洞前后内力、变形的变化与钢板的加固对无粘结预应力开洞楼板性能的影响,并为类似预应力楼板开洞工程的加固改造提供合理的建议。实验数据显示,开洞会降低楼板的开裂承载能力及极限承载能力,而合理地使用钢板进行加固,可以避免开裂荷载的降低,甚至可以一定程度上减缓开裂。同时设置钢板可以一定程度上提高极限荷载,减少挠度。     

大口径预应力钢筒混凝土管顶管轴向顶进的力学性能试验研究

为验证大口径预应力钢筒混凝土管顶管结构设计的合理性和探究其施工过程中的力学行为特性,对顶管轴向顶进的力学性能进行了试验研究分析。通过直线顶进、偏角顶进等数个工况的顶进模拟试验,得到了管材各结构层的应力、应变及相互作用等力学特性。试验结果显示,在直线顶进和偏角顶进的情况下,预应力钢筒混凝土管都具有较好的结构性能。     

预应力锚索对沉管隧道接头力学特性影响研究

沉管隧道接头作为整个隧道中的薄弱部位,其力学性能的好坏关系到整条隧道的防水和结构安全。为了分析预应力锚索对沉管隧道接头力学性能的影响,本文基于文克勒地基,建立了港珠澳沉管隧道荷载-结构法三维有限元模型,采用"初始应力法"对预应力锚索进行了模拟。考虑地基不均匀变化,通过对比分析施加预应力锚索对沉管隧道节段总体沉降,接头变形量,内力等的影响,得到以下结论:(1)施加预应力锚索能提高管节整体刚度,减小地基不均匀引起的差异沉降;(2)预应力锚索能有效控制节段接头的相对变位。     

顶管管路整体变形模式的原型试验研究

受曲率半径、地层条件等影响,顶管顶进时管道受力变形并不均匀,现有成果主要针对单节管道及接头的力学特性,对顶进过程中管路整体的力学行为研究尚显不足。采用两节1∶1比例的钢筋混凝土管进行原型试验,试验选取直线及曲线顶进两种典型工况,逐级加载到最大顶力后再逐级卸载,监测加卸载过程中两节顶管内外壁的应变值及管道接头间距。试验结果表明直线顶进时,管道轴向应变呈左右对称分布,相比曲线顶进时应变集中的趋势有所缓和。两种工况下管间接头处的钢套筒都起到了分担轴力的作用。传力衬垫受力变形特性影响顶力沿管路的传递,并最终影响管路整体的变形模式。     

虹桥商务区供能管沟工程的结构设计

虹桥商务区核心区一期面积约1.4 km²,供能管沟工程全长3 506 m。管沟结构设计采用内径4.2 m钢顶管或4 m混凝土顶管结合明挖法现浇箱涵方案。采用河道压载措施解决顶管浅覆土过河问题;采用高压旋喷加固保护减小顶管穿越对高架桩基的影响;设计承插式中继间协调钢顶管段与能源站结构间的差异沉降。对顶管井及一般明挖段小尺度基坑采用较规范标准降低基坑安全等级的进行优化设计;对顶管井结构进行三维分析,大直径顶管洞口依据有限元计算结果进行配筋加强;管沟在地块接口处预设临时封堵墙、变形缝及顶板挡土墙以便后续地块衔接。结合相关工程经验及规范要求,确定了管沟结构的保护标准。     

圆形顶管的内力计算探讨

本文详细地探讨了柔性管道（钢管、玻璃纤维增强塑料夹砂管）、刚性管道（钢筋混凝土管）顶管的受荷种类及内力分析,给出各组荷载作用下的内力（弯矩、轴力）计算式,可供工程设计使用。文中明确指出,圆形顶管管体为土层介质中的自由变形圆环结构,不存在120°支承角支座。     

偏压荷载作用下顶管力学响应及其影响因素

为明确顶管偏压受荷力学特性及其影响因素,分析顶管偏压受荷的承载模式,以工程实例为依托,建立顶管偏压作用下的精细计算模型,计算分析顶管在不同偏压模式下的力学特征、破坏形态及机理,并通过模型试验验证,探讨顶管偏压受荷力学响应的影响因素,且提出了顶管偏压的控制措施。研究表明:偏压荷载作用下,(1)管道轴向偏心起拱,接头处呈现单侧挤压、对侧张开,管道接触面应力集中、应变局部化;(2)单侧偏压作用效应主要表现为轴向的压剪效应,对角偏压作用效应则为对角的拉剪效应;(3)管道表现为接头处局部先开裂甚至破碎,后逐渐向中部发展的渐进破坏;(4)管道结构拉应力与偏斜角度呈同向线性关系,当管道径长比较小时,单侧偏压诱发的结构损伤较对角偏压大,且随偏斜角度的增大越发的明显;(5)管道接触面随偏斜角度的增大,分布特征经历近梯形分布→马鞍形分布→椭圆形分布的演化过程,可基于设计偏斜角度对应的影响敏感区特征制定预防偏压措施;(6)单侧偏压受管道几何尺寸的影响很小,究其原因是尺寸的变化未改变管道承载特性;对角偏压受几何尺寸的影响明显,因为尺寸的变化改变了管道空间抵抗对角错动剪切的能力;(7)管道应力随顶进力的增大线性增大,顶进力对管道受力影响明显,结构应力集中的区域在接触面周边一定范围内;(8)两种偏压模式作用下管道承载路径分布规律不同,单侧偏压时管道沿轴向延伸为主,而在对角偏压作用下,横向扩散趋势大于轴向。     

填土强度对埋地钢塑复合缠绕管受力影响分析

钢塑复合缠绕管是一种用于市政工程埋地排污排水的新型管道,在诸多性能方面优于传统的混凝土排水管,目前正在我国的城市建设中进行推广应用。这种管道外层为缠绕钢带,内层为高密度聚乙烯塑胶,是一种新型结构,在埋地受力机理方面,目前的研究做得尚不多。本文采用有限元的数值分析方法,针对不同的回填土情况,对这种管道的管土共同作用受力进行了分析,得出了填土强度对钢塑复合缠绕管管土共同作用受力的影响规律,可供相关的工程设计和施工参考。     

市政基础设施地下给排水管道顶管施工技术研究

市政基础设施地下给排水管道顶管施工技术是一项新型的安装排水管道技术,尤其是在需要经过城市的建筑、公路等复杂难以施工的情况下,更能够发挥出其独特的优势。本文就目前排水管道顶管施工技术的相关问题进行了分析与研究,希望使其能够得到更广泛的应用。     

静压敞口预应力高强混凝土管桩界面剪切性状试验研究

桩土界面剪切行为对静压敞口预应力高强混凝土(PHC)管桩沉贯性状及长期承载力特性具有至关重要的作用。通过成层土地基中桩身预埋光纤光栅(FBG)传感器的静压桩足尺试验,分别对敞口PHC管桩贯入及静载荷试验中的桩土界面剪切行为进行研究。结果表明：在贯入阶段,桩身轴力及侧摩阻力沿桩的深度方向逐渐传递,传力幅值与桩周土体性状密切相关,土层界面处轴力传递效率依次为98.2%、92.2%、96.3%、83.8%、80.5%。随着压桩循环次数的增加,同一深度土层摩阻力呈逐渐减小趋势。经历5个压桩循环后,深度6 m处的砂质粉土层摩阻力减小幅度约为46.25%,深度10m处的粉质黏土层经历3个压桩循环后摩阻力减小幅度约为12.1%;载荷试验过程中,桩侧摩阻力随着桩顶荷载施加自上而下逐步发挥。摩阻力完全发挥所需的桩土相对位移,粉质黏土层的最大,约为6.96~7.46mm,淤泥质黏土层的次之,约为6.05mm,砂质粉土层的最小,约为4.23mm;与原状土相比,重塑区土体含水量、孔隙比参数指标降低,重度、黏聚力及内摩擦角增大。桩周重塑区土体物理力学指标变化是贯入及载荷试验阶段桩土界面剪切行为不同的重要原因。     

泥浆减阻技术在粉土地层长距离曲线顶管中的应用

上海世博北京西路～华夏西路电力电缆隧道三标工程采用Ф3500F型钢筋混凝土管和大刀盘泥水平衡顶管掘进机施工。该工程分为6个区间顶程,全部是大直径长距离曲线顶管,其中11～10区间顶管穿越的地层主要为夹砂粉土层。该区间顶管实施过程中,施工技术人员对顶管触变泥浆材料、配方、搅拌方法、注浆工艺等,尤其是对触变泥浆在粉土地层中的抗渗透性能和稳定性进行了深入的研究。通过研究结果在施工中的运用,成功地将混凝土管道外壁与粉砂土之间的单位面积侧向摩阻力控制在1kPa以内,保证了顶管顺利贯通的同时,该研究与应用成果还为今后类似顶管工程的设计和施工提供了参考。