沉管隧道大比尺管节接头力学性能试验简介

<正>目前沉管隧道试验数量少且规模小,同时设计或计算分析釆用的管节接头刚度模型没有得到充分的验证。为了准确地获取管节接头压弯力学参数,了解管节接头在受到轴向压力和水平弯矩下的变形规律,该试验对几何比例尺为1:10的管节接头进行了压弯力学性能试验。     

沉管隧道接头水平压弯数值模拟研究

以红谷隧道为例,通过有限元软件建立精细化的沉管隧道管节及接头的力学模型,研究分析了接头在水平压弯情况下的力学性能,结果表明:接头转角随弯矩的增大而增大,随轴向压力的增大而减小;接头水平抗弯刚度随轴压力的增加而增大。     

沉管隧道半刚性管节节段接头力学性能数值模拟

接头是沉管隧道受力最薄弱的环节。依托实际工程建立了沉管隧道节段接头三维数值模型,研究了沉管隧道半刚性管节节段接头抗弯及抗剪力学性能,得到了接头受力与变形规律及接头抗弯、抗剪刚度变化规律。研究结果表明：(1)在压弯工况下,节段接头张开量与接头弯矩关系呈现三阶段变化规律,当接头张开量小于0.1 mm时,其抗弯刚度约占本体刚度的49%～87%,当接头张开量大于1 mm时,其抗弯刚度不足本体刚度的10%,初始预应力损失导致接头抗弯性能降低;(2)压剪工况下的接头抗剪性能主要由节段之间端面混凝土摩擦力提供,设置剪力键传力垫层可充分发挥节段接头端面混凝土摩擦抗剪力,提高接头整体抗剪性能;(3)在压弯工况下传力垫层不影响接头转动,而弯剪受力模式降低了传力垫层总受压荷载。     

沉管隧道–接头–场地土振动台试验研究

为了解沉管隧道及其接头在地震作用下的动力响应,以中国广州洲头咀沉管隧道工程为背景,在北京工业大学九子振动台台阵系统上开展了1∶60比例尺大型沉管隧道–接头–场地土振动台模型试验。试验中模型箱采用装配式连续体刚性模型箱,其尺寸为7.7 m(长)×3.2 m(宽)×1.2 m(高),试验中输入地震动时程采用El Centro、Taft、天津及广州人工地震动记录,输入方向为水平横向和水平纵向一致地震动激励。设计了用于模拟沉管隧道接头的构件,并利用拉压传感器和激光位移计测得接头处所受轴向力及变形。结果表明:不同段模型结构测得的加速度及其傅立叶幅值谱有差别,且隧道结构地震响应不是随其自身特性振动,而是服从于周围土体的地震响应;不同强度地震动激励下,不同接头的受力情况可以为沉管隧道的抗震设计提供有价值的参考;不同强度地震激励下,不同接头的位移变化趋势基本上遵循J1接头位移最大,J3接头位移次之,J2接头位移最小,由于J2接头位于中间,这样的变化规律使得整个隧道沿纵向变形更加协调;水平纵向和水平横向一致地震激励下,每个接头的正反方向位移变化趋势基本平行,本次试验结果换算到原型结构,隧道接头止水带处于安全范围不会漏水。     

P波入射下考虑基槽回填材料的沉管隧道抗震分析

沉管隧道基槽回填是沉管隧道施工中的重要工序，而其对沉管隧道的抗震减震性能影响规律在现有研究中鲜有提及。为探究沉管隧道柔性接头在不同回填材料刚度下的位移量，基于多质点-弹簧-梁模型，结合纵向反应位移法，运用考虑纵向限位装置的柔性接头轴向受力分析模型，以广州市如意坊沉管隧道为背景，开展P波入射下的纵向动力响应分析数值试验。计算结果表明：数值模型与计算方法能够得到合理的场地与结构响应；采用纵向反应位移法进行计算分析时应提取自由场中隧道截面对应位置处的多点位移时程作为结构的激励；未经处理的淤泥质软黏土不能作为基槽回填材料，将砂土或砾石作为基槽回填材料时，若增大其密实度，其抗震能力可获得进一步提高。该研究结果可为沉管隧道在地震作用下的响应分析与抗震设计提供更为可靠完善的计算模型与设计依据。     

沉管隧道接头竖向压剪力学性能研究

沉管隧道法如今已经受到许多国家的关注,并得到了广泛的应用,逐渐成为了水下隧道建设的第一选择。而沉管隧道中,接头是重要的组成部分,同时也是相对薄弱的位置。因此,管节接头的力学性能对沉管隧道结构的安全性有重要影响。本文依靠实际工程背景,根据沉管隧道接头的构造特点,并考虑接头各构件材料的非线性特征,通过有限元软件建立精细化的沉管隧道管节及接头力学模型。研究分析了GINA橡胶止水带的材料特性以及接头竖向钢剪力键在剪切作用力下的受力及变形机制,得到了接头竖向抗剪刚度和在极限荷载作用下剪力键可能出现的破坏模式,并探讨了不同轴向水压力对沉管接头竖向剪切特性的影响。     

大型沉管隧道管段接头防水试验研究

针对沉管隧道管段接头首道防线，也是最重要的防线—GINA止水带的防水性能，进行了一系列试验，包括了应力-压缩变形试验、水密性试验等，并对试验结果进行了分析、总结。期望通过此项研究，对今后类似的大型沉管隧道管段接头的试验、设计、施工有所帮助。     

沉管隧道运维期回淤影响下的长期沉降模型

当下跨海集群工程建设过程中绝大部分均采用了沉管隧道的通过方式，如港珠澳大桥和深中通道工程等，随着陆续完成，运维期的长期沉降规律逐步成为研究重点。在对管节接头沉降计算中，多采用Winkler地基上的Euler梁模型，而忽略了柔性管节的剪切变形和地基土体的连续性，没有考虑管-土相互作用引起的沉管位移，与实际结果偏差较大。考虑沉管隧道运维期受到长期回淤清淤荷载的影响，基于柔性沉管隧道的受力变形特征，将沉管隧道管节等效为置于Vlasov双参数地基上的Timoshenko梁，考虑了地基土体的连续性，强化了土体的刚度，同时考虑了管节截面的弯曲变形和剪切变形，即将管节变形视为位错变形模式，并以此推导了其竖向变形计算公式，与Winkler地基上的Euler梁模型和Timoshenko梁模型进行比较，以验证所提出的计算方法的合理性。以甬江沉管隧道工程为例，分析在运维期回淤荷载影响下的沉管隧道管节接头竖向位移规律，将基于上述模型的理论计算结果与实测结果对比分析表明：提出的基于Vlasov双参数地基的Timoshenko梁模型更为合理，计算结果与实测数据更吻合。回淤荷载引起的管节接头沉降伴随时间呈指数型变化...     

甬江沉管隧道运营期接头监测数据安全性分析

沉管隧道接头的力学性能是其安全运营的关键。通过宁波甬江沉管隧道23 a的运营期接头沉降的监测数据分析,找出了沉管隧道在软土地基中产生的不均匀沉降与沉管隧道接头各种形变的关系,讨论了甬江沉管隧道在23 a运营期间的不均匀沉降的规律。其次,建立GINA止水带的受力模型,计算了由于接头变形导致的GINA止水带受力的问题,并检验了接头止水的安全性。最后,提出了在隧道运营期间,可通过强制位移法利用隧道沉降监测数据对结构进行安全性评估的方法。     

沉管隧道管节接头专项检测及分析

沉管隧道管节接头作为整个隧道系统中最敏感、最薄弱的部分,其力学特性复杂,可靠性直接关系到整个隧道的运行安全.为规范沉管隧道管节接头检测工作,结合某座沉管隧道管节接头检测和监测数据,阐述了沉管隧道管节接头的检测内容,并对重点病害数据进行了综合分析,明确了管节接头的使用情况,同时提出了沉管隧道管节接头的相关检测和养护重点供...     

半刚性节点的几种分析方法

对几个国家规范对节点刚度的分类进行了介绍,从数学模拟、通过实验建立数据库、有限单元法等方面阐述了研究半刚性连接的方法,对保证钢结构整体性能的安全性具有重要的意义。     

弦杆轴力作用下K型间隙方管节点静力性能的研究

利用非线性有限元分析方法对一支杆等宽 β2 ≤ 0 8的K型间隙方管节点进行了数值计算 ,揭示了此类节点在弦杆轴力作用下的节点极限承载力、变形、刚度等随几何参数的变化规律 ,得出了一些有用的结论 ,可供工程设计参考应用。     

Finite element analysis on the seismic behavior of side joint of Prefabricated Cage System in prefabricated concrete frame

The Prefabricated Cage System (PCS) has the advantages of high bearing capacity and good ductility. Meanwhile, it is convenient for factory production and it is beneficial to the cost savings, construction period shortening. Side joint is the weak region of PCS concrete frame and has great influence on seismic behavior of the whole structure. Thus systematically study on the seismic behavior of PCS concrete side joint is necessary. This paper presents a finite element study on behavior of the side joint under seismic loading. In the finite element model, PCS concrete and the reinforced concrete (RC) is modeled by the solid element and fiber-beam element, respectively. The numerical results is compared with the experimental results and it is found that the results of model based on fiber-beam element is in better agreement with the experimental results than solid element model. In addition, the overall seismic behavior of the side joints in PCS concrete is better than that of the RC with the same strength.     

群桩工作机理的数值分析

对桩和近域土体采用有限元分析,桩土之间加设接触面单元来模拟桩土之间的相对沉降,对远域土体采用无限单元来模拟。混凝土单元和无限单元采用弹性分析,近域土体采用K~G模型及Duncan-zhang(E~μ)模型来模拟九桩低承台群桩的工作机理,并与实测值相比较、分析,证明方法是合理的。     

江苏太仓广播电视发射塔关键节点的有限元分析

在江苏太仓塔工程的设计中,考虑到节点的美观和施工质量的控制,提出了一种新型的节点形式。本文对这种节点的力学性能进行了研究,建立了三维有限元分析模型,通过等向强化模型考虑了材料非线性,并利用罚函数法通过试算确定合理的接触刚度和界面摩擦模型,以考虑节点内部连接板件以及螺栓的粘结滑移作用。通过本文的计算分析发现,在设计荷载工况下,节点于相贯线位置出现应力集中现象。当荷载达到2倍设计荷载时,塔柱上出现塑性区,表明节点已经破坏。     

一种广义节理元模型

采用传统节理元近似模拟岩石破坏过程需要同时增加单元和节点,过程非常复杂。为了更有效模拟岩石岩石破坏过程产生的节理,建议了一种只包含2个节点的广义节理元的模拟方法,通过推导给出了基本方程,提供了单元信息设置方式。采用该广义节理元近似模拟岩石破坏过程只需要增加单元,不需要增加节点。模拟实例表明：采用广义节理元法模拟效果在应力方面精度和传统节理元法的精度一样,该广义节理元法有效可行。     

输电塔圆钢管相贯节点强度分析

介绍了某大跨越输电塔的节点强度试验概况,着重选取一典型的平面K型相贯节点进行试验数据分析及有限元计算,从而检验了设计的准确性和构造的合理性,并指出了相贯节点的鞍点、冠点以及与节点板连接处均存在的应力集中现象,以供实际工程设计参考。     

广州塔外筒节点设计研究

广州塔外筒斜柱和斜撑在一椭圆直纹面上,轴线相交,而环杆通过与斜柱相贯伸出的牛腿连接形成倾斜的椭圆环,环杆通过牛腿对外筒施加约束。外筒节点必须设计成刚性节点,才能满足整体稳定和局部稳定。主要介绍了刚性节点及刚性节点的试验验证、节点的设计构造及有限元分析。     

群桩复合地基工作特性的有限元、无限元耦合分析

以九桩CFG桩复合地基为例,采用桩和近域土体用有限元分析,桩土之间加设接触面单元来模拟桩土之间的相对沉降,远域土体采用无限单元来模拟,混凝土单元和无限单元采用弹性分析,近域土体采用Duncan-zhang模型(E-U模型)来模拟九桩群桩复合地基的工作机理进行了系统的分析。     

半刚性端板连接的有限元模拟

所有的钢结构连接,是介于刚接和理想铰接之间的一种连接.而端板连接是一种典型的半刚性连接.通过对端板连接的有限元模拟,研究端板厚度等因素对节点性能的影响,为设计的合理性提供一些参考.