基于Timoshenko梁理论的车辆荷载下沉管隧道振动预测

考虑车辆荷载影响,将沉管隧道管节等效为置于黏弹性地基上的Timoshenko梁,改进传统柔性接头等效模型,考虑接头阻尼作用,建立沉管隧道管节动力响应计算模型。依据Timoshenko梁理论,推导管节竖向振动微分方程,采用数值方法对管节位移响应进行求解。依托宁波甬江沉管隧道工程,分析车辆荷载下沉管隧道管节中点和端部的竖向位移响应情况,计算接头两端最大竖向位移差,并进行单因素影响分析。研究结果表明:江中段管节竖向位移较岸边段大,管节中点竖向位移较管节端部大,最大竖向位移达到3.7 mm;各接头参数相同的情况下,岸边接头的竖向位移差较中间接头大,最大竖向位移差达到1 mm;地基分布弹簧系数、接头刚度和车速对管节竖向位移幅值影响较大,而在安全车距范围内,车流密度对管节竖向位移幅值影响不大。     

考虑管土效应的潮汐荷载引起沉管隧道管节沉降研究

利用三角函数拟合潮汐荷载,计算潮汐荷载作用下河床土层的一维非线性固结沉降。基于Winkler地基模型,依据潮汐荷载和土层沉降反算不同时刻的等效基床系数。考虑接头作用,建立管节–接头计算模型,分析潮汐影响下的沉管隧道管节竖向位移。依托宁波甬江沉管隧道工程,计算管节中点和接头竖向位移随潮位的变化,并将理论计算结果与实测结果进行对比分析。研究结果表明:J2接头截面竖向位移计算变化量与实测变化量较为吻合,表明本文提出的理论计算方法合理;潮汐影响下甬江隧道沉管段的浮动范围为4～8 mm,最大浮动量出现在E3管节中点截面,其中日浮动量和年浮动量分别达到6.9和7.4mm;同一管节截面的年浮动量稍大于日浮动量,且呈现正相关性;同一管节中,中点浮动量大于接头浮动量,而不同管节的同一位置截面中,越靠近隧道中点的浮动量越大。     

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...     

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。     

灌砂基础沉管隧道管段三维静力分析

沉管隧道多用于解决城市穿过江河的通道工程,是建在水底之下供人员和车辆通行的水下建筑物。以广州市某沉管隧道工程为实例,基于ANSYS有限元软件对灌砂基础的沉管隧道管段进行三维静力分析,根据实际数据进行三维建模、网格划分、施加荷载和边界条件约束,求解获得管段的应力、应变和管段总变形图。结果表明：沉管隧道底板灌砂孔位置出现应力集中现象,最大变形出现在管节接头连接键的位置,基于有限元的分析结果可以为管段结构强度和刚度设计提供一定的参考。     

沉管隧道差异沉降容许值的计算

作为一种重要的跨越交通工具,沉管隧道逐渐被广泛采用。由于其结构的特殊性,管节接头是整个沉管隧道的薄弱环节,在地基刚度不均匀变化、上部不均匀载荷等因素的共同作用和影响下,沉管隧道不可避免地会发生差异沉降,并且过大的差异沉降对沉管隧道安全造成直接威胁。通过弹性地基梁的沉管隧道纵向计算理论,结合沉管隧道各管节沉降监测数据,计算出沉管隧道各管节的容许差异沉降值。结果表明各值均在容许值之内,说明该沉管隧道结构目前处于安全状态。     

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。     

外海沉管隧道节段接头剪力键受力研究

沉管隧道管节接头对整个沉管隧道至关重要,因此,本文结合港珠澳大桥沉管隧道实例,采用有限元分析软件开展了符合实际的管节接头受力模型,对管节接头的钢筋和混凝土同时受力作用进行考虑,对现有港珠澳大桥沉管隧道相邻管节节头之间的剪力键进行受力分析研究,并得出有益的结论。     

沉管隧道结构纵向受力理论计算模型研究

考虑地基弹性抗力系数K随时间的变化,采用简支梁模型和弹性地基梁—简支梁复合模型,对沉管隧道管节沉放对接阶段结构纵向内力分布进行计算分析。改进半柔半刚性接头等效模型,采用定向支座结合剪切弹簧对接头进行模拟。考虑临时垫块的影响,对现有沉管隧道运营期结构受力计算方法进行修正。依托舟山沉管隧道,对管节结构纵向内力进行分析。研究结果表明:改进的接头模型可实现弯矩传递和两端位移差的限制,具有一定的合理性;某一管节沉放对接完成后,相邻的上一管节临时垫块部位的负弯矩发生较大幅度增大,可能引起该处顶板环向开裂;运营阶段管节临时垫块部位和桩基支承部位的负弯矩较大,需要重点监控。     

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。