隧道施工引起建筑物变形预测的刚度修正法

城市深基坑开挖或地铁隧道掘进会引起附近建筑物或其他结构的变形。长期以来对由于地层位移引起的建筑物变形的预测方法的研究还比较少,由于考虑结构刚度作用的复杂性,除了数值分析方法以外,一般在工程实践中均忽略了结构刚度对其变形的影响作用,因此结构变形预测结果大大偏于保守。在理论分析的基础上,通过机理研究和实测数据的分析,提出了体型简单、结构刚度均一的多层建筑物沉降的高斯分布模型与结构刚度影响机理;基于实测资料给出了系数K和结构剪切刚度经验关系,建立了一个考虑建筑物结构刚度的建筑物沉降曲线的预测方法–刚度修正法,是基本反映了隧道–土–结构相互作用效果的一种工程实用方法。通过北京地区的工程实测资料验证了本方法的有效性。     

地铁施工引起的建筑物扭曲变形分析

隧道施工或深基坑开挖过程中会引起地面建筑物或其他结构产生复杂的变形,长期以来,对建筑物的弯曲或剪切变形都进行过一些研究,但是一般都忽略了结构的扭曲变形。事实上,由于地层的位移,会引起附近的各类结构普遍承受不同程度的扭曲变形。本文讨论了建筑物某一个平面的扭曲变形(例如基础平面,或建筑物的某一个立面)问题。首先给出了一个平面扭曲变形的数学定义,然后基于力学分析和受力推导,得到了平面变形扭曲的量化表征和计算方法。进一步在对实测资料分析的基础上,探讨在某些简化假定条件下,建筑物基础板的扭曲变形分析方法。最后以伦敦伊丽莎白大厦(E lizabeth House)为例,采用本文所提出的方法具体量化分析了该建筑物在地铁隧道施工过程中产生的扭曲变形,并对扭曲变形的规律进行了探讨,对扭曲变形对结构安全的影响进行了分析。     

多层建筑沉降变形限值的层合梁模型分析与试验研究

对于多层砌体结构和填充墙框架结构,假定混凝土梁提供弯曲刚度、砖砌体和混凝土柱提供剪切刚度,并对Finno的研究成果进行改进,提出用层合梁模型分析多层建筑沉降变形限值的方法。以层合梁模型分析为基础,综合考虑了混凝土梁对墙段弯曲刚度的影响、砖墙开洞和混凝土柱对墙段剪切刚度的影响,以及混凝土梁和砖墙开裂对墙段刚度的影响,提出多层建筑物弯曲刚度、剪切刚度以及弯剪刚度比的弹性和非弹性计算方法。为验证层合梁分析模型,对3个悬臂深梁试件进行了单调加载试验,模拟受邻近基坑施工影响下的多层砌体结构和填充墙框架结构的沉降变形,重点研究了弯剪刚度比的非线性发展规律及其在非弹性阶段的取值。层合梁模型分析与试验结果均表明:混凝土梁大幅度提高了多层结构的弹性弯曲刚度,但弯曲刚度衰减很快;墙体开洞降低了剪切刚度;一般截面的混凝土柱对提高弹性剪切刚度的作用不大,但随着砌体剪切刚度的降低,混凝土柱的作用越来越大,非弹性阶段带混凝土柱的多层建筑物的右端角变形限值大于不带混凝土柱的建筑。通过比较弯剪刚度比和右端角变形限值的发展规律及数值表明,层合梁模型分析结果与试验结果吻合良好。     

考虑刚度的建筑物沉降分析方法研究

在隧道开挖过程中,土体与建筑物的相互作用是一个极其复杂的过程.目前,对建筑物在开挖条件下的变形研究较少.由于建筑结构自身的刚度,其变形曲线与天然地层的沉降曲线有较大的差别.首先,分析建筑物刚度对沉降曲线形状的影响,通过建筑物沉降曲线与天然地面沉降曲线的对比分析,建立适用于建筑物的沉降曲线公式,从而可以初步估算建筑物的变形.然后通过青岛地区的工程实例验证结构刚度对建筑物变形的影响.     

考虑共同作用时上部结构刚度对基础沉降与内力的影响

利用大型通用有限元软件ANSYS14.0建立了框架结构–桩筏基础–地基共同作用的整体有限元分析模型。通过改变上部结构的刚度来研究考虑共同作用后筏板的沉降和筏板内力的变化规律。计算结果表明,随着上部结构刚度的增加,上部结构刚度对建筑物基础沉降的影响越来越小。上部结构刚度较小时,筏形基础主要以整体弯曲变形为主,上部结构刚度较大时,筏板中的应力呈增长趋势。随着上部结构刚度的增加,筏板弯曲变形的增长幅度减弱。     

多高层钢框架结构截面最佳剪切和弯曲刚度分布确定及验证

以多高层钢框架结构在地震作用下的层间剪切变形角和弯曲变形角变化率为目标,探讨多高层钢框架结构截面最佳剪切和弯曲刚度分布。将建筑结构简化为竖向悬臂杆,地震作用简化为倒三角形分布荷载。设定悬臂杆沿高度方向层间剪切变形角和弯曲变形角变化率处处相等,反算出悬臂杆截面剪切和弯曲刚度分布,并定义为截面优化剪切和弯曲刚度分布。建立6层钢框架结构算例模型试算,依据截面优化刚度分布公式确定各层的剪切刚度和弯曲刚度;进行弹性时程分析,计算各层的剪切变形角和弯曲变形角变化率;并对刚度进行修正,修正后的截面刚度分布定义为截面最佳刚度分布,验证截面最佳刚度分布理论的合理性。     

基于OpenSEES的砌体结构非线性分析方法研究

砌体结构的有限元分析方法一直面临着复杂性与精确性两大对立矛盾问题。基于等效框架原理,为避免对砌体结构进行简化分析时造成的刚度差异变化,采用分别考虑墙片单一弯曲变形调整系数α和单一剪切变形调整系数β来对结构的刚度进行调整,并从理论推导与数值模拟两方面进行验证。结果表明:引入的调整系数能够更加准确合理地对砌体结构进行非线性数值分析,当墙片高宽比小于1时,采用剪切变形调整系数的精确性优于弯曲变形调整系数。     

西安地铁二号线下穿古城墙段地表沉降控制标准研究

 以地铁二号线下穿西安南门城墙为研究对象,建立能够反应城墙结构中沿着灰缝、外墙–土芯墙界面及结构内部预先存在的裂缝发生张拉或剪切破坏的特殊离散化有限元模型。采用直接输入位移荷载的方法来描述建筑物基础在盾构施工作用下产生的变形,从变形和力学两个角度量化分析城墙所能承受的极限变形能力,从而提出西安地铁盾构施工引起地表沉降的控制标准,为古建筑物临近地下开挖地表沉降控制提供参考。     

考虑剪切变形RC框架结构非线性分析

在钢筋混凝土桥梁和高层建筑结构中,由于柱轴压比的限制,在结构中经常形成短柱,地震时易发生脆性剪切破坏而导致结构破坏甚至倒塌.本文基于考虑弹塑性剪切变形的梁柱单元,建立了含短柱框架结构整体非线性分析的计算模型,编制了程序,在截面刚度矩阵中,剪切变形和轴向、弯曲变形不耦合,但是剪切和弯曲力在单元层面耦合.对钢筋混凝土框架结构的静力加载程序试验结果表明,改进后的纤维模型能够较好地描述钢筋混凝土框架整体结构在压、弯、剪荷载共同作用下的非线性性能.     

高层建筑楼层侧向刚度变化控制准则的研究

从匀质构件在倒三角形荷载作用下的侧移曲线和位移角出发,提出只要控制以弯曲型变形为主的高层建筑结构在地震作用下的侧移曲线、层间位移角比或楼层侧向刚度比与匀质构件的相应参数接近,结构楼层侧向刚度变化趋于均匀.通过算例论述了目前世界上主要国家的结构抗震设计规范对楼层侧向刚度变化控制的局限性,分别讨论了楼层层高突变、结构部分竖向构件截面突变以及上述两种突变同时出现的情况下,结构楼层侧向刚度以及结构受力特性的变化规律,提出了合理的控制楼层侧向刚度变化准则,该准则可以有效地应用于控制以弯曲型变形为主的高层建筑结构楼层侧向刚度的变化.     

盾构隧道穿越历史建筑的监测与变形控制

由于自重、恒载和附加变载的作用以及地基土体的长期固结,既有建筑产生的变形,本文称之为“既有变形”。地下工程施工引起的既有建筑物变形,本文称之为“增量变形”。建筑物的总量变形为既有变形与增量变形之和。为确保盾构穿越过程中既有建筑物的安全,要对既有建筑的总量变形进行控制;而要确保隧道施工不会对既有建筑产生明显破坏,则要对既有建筑的增量变形进行控制;从而提出要对建筑物的总量变形和增量变形进行控制的双控控制标准。基于建筑物的差异沉降变形,提出了建筑物的空间扭曲变形控制指标。结合上海轨道交通11号线下穿越历史建筑,通过现场检测得到建筑的既有变形。根据双控控制标准,建立穿越过程中既有建筑的差异沉降与空间扭曲的增量变形与总量变形控制指标,施工过程中进行全程监测,结果显示,穿越施工是成功的。     

基于统计分析隧道施工对邻近建筑物影响评估

随着城市隧道的大量修建,隧道施工造成地表建筑物损坏事故日益增多,如何确定其变形控制标准与损坏等级划分,评估隧道施工引起的建筑物损坏,是一个非常值得研究的问题。本文通过对地表变形引起的建筑物损坏实例统计分析,提出了建筑物倾斜损坏等级与裂缝损坏等级的比值,用于判断建筑物损坏类型,并对其沉降变形反应特征控制参数与损坏等级之间的关系进行了分析,形成了建筑物损坏变形控制标准。在此基础上,建立了隧道施工引起邻近建筑物影响评估方法,为确定隧道施工地表控制参数及对建筑物的影响评估提供基本依据。     

采矿区地表建筑物变形检测及结构加固施工探析

煤矿地下开采后,地表会出现不同程度的变形,这必将引起地面建筑设施不同程度的变形与破坏。因此,大量建筑需要加固维修。本文对采矿区地表建筑物变形检测状况进行了分析,并对如何进行结构加固施工进行了阐述。     

基坑开挖导致邻近建筑物破坏的实测分析与机理研究

基于当前上海地铁基坑开挖过程中引起两栋砖混建筑变形破坏的现场实测数据,总结了基坑开挖引起建筑物破坏的一些规律.采用材料力学中深梁模型的变形曲线,与破坏准则相结合对建筑物在差异沉降下破坏的机理进行了分析,理论分析与实测结果吻合较好.针对目前研究中应用深梁模型时弯曲变形曲线形式的假定进行了探讨,从理论和实测结果两方面说明圆弧假定是不合理的,同时也说明曲线形式的假定对破坏判断结果影响非常大.     

差异沉降引起砖混建筑破坏分析

基于当前上海地铁基坑开挖过程中引起两栋砖混建筑变形破坏的实测数据,采用深梁模型的变形曲线,并推导了弯曲应变与剪切应变,与破坏准则相结合进行了分析,理论分析与实测结果吻合较好。     

钢筋混凝土构件的裂缝与变形分析

针对钢筋混凝土构件常见的裂缝与变形现象,分析裂缝与变形的成因及危害,根据裂缝与变形的特征,判断结构受力工作状况,结构的安全性、适用性和耐久性,对建筑结构设计具有重要意义。     

Building damage risk assessment on mining terrains in Poland with GIS application

The aim of the paper was to present an approach to building damage risk assessment on mining induced areas. The presented method was developed in Poland and then adopted in the other European countries. The method shown is based on a comparison between buildings strength and terrain deformation. Prediction principles of the mining terrain deformation and terrain categorization were described in the paper. Moreover a point method for a building strength to mining impact evaluation was discussed. It should be emphasized that the presented method is optimal for densely build-up areas. The authors proposed supporting actually applied method by GIS analyses.As a case study a densely build-up area influenced by an underground mining exploitation of one of the biggest Polish coal mines has been chosen. The application of the presented method supported by GIS on chosen area enables more automated assessment of building damage caused by mining activity. The procedure outlined in this paper may also be satisfactorily applied in the other counties which cope with the problem of building damage risk assessment optimization.     

城市隧道施工引起建筑物变形的损坏评估

近年来随着城市地铁建设的快速发展,隧道施工过程中引起地面建筑物或其他结构变形而产生的损坏问题屡见不鲜。地铁建设中需要对大量的建筑物开展变形损坏风险评估工作,而科学的建筑物变形及其损坏的评估方法方面的研究尚很不成熟。针对量大面广的多层砖混结构,研究隧道施工可能造成的建筑损坏问题。利用北京市在20世纪70年代对建筑裂缝控制的研究基础和工程应用经验、特别是扎实可靠的数据得到的最小曲率控制参数,基于对建筑物在隧道施工影响下变形特征的研究和沉降预测的修正刚度法,避开不容易准确估计的建筑材料模量、截面惯性矩等参数,直接根据建筑物的沉降曲线形态,得到用拉应变控制的评估方法,发展了用最小曲率参数来控制隧道施工引起沉降的有效方法。这种评估方法与用拉应变控制的方法取得很好的一致性。     

隧道施工影响范围内房屋容许变形值的计算

根据房屋实际损坏情况,结合隧道施工房屋损坏评定标准,将房屋简化为深梁计算模型,使初始裂缝的发展与挠度比联系起来,基于结构潜在的变形模式与材料的临界拉应变,给出了建筑结构容许变形值的计算方法。     

伸缩缝对多层建筑顶升纠偏的影响及处理方法

根据建筑物发生不均匀沉降后伸缩缝的变形特点和破坏类型,分别讨论了伸缩缝对建筑物纠偏加固的影响,提出了可行的解决方案,为建筑物纠倾的顺利实施提供了保证.