部分斜拉桥温度场和温度效应分析

为了研究温度对部分斜拉桥的影响。文章针对某城际铁路矮塔斜拉桥,运用天文学知识、数值分析软件和有限元分析软件计算其温度边界、温度场和温度效应。计算结果表明,受到太阳辐射和大气温度的影响,箱梁温度场随时间和空间发生变化。箱梁外表面温度波动幅度远大于内壁温度波动幅度,其中顶板外表面日温度变幅最大,达到了24℃;14∶00左右截面最高温度出现在顶板,达到51.9℃。箱梁的横向温度应力集中在顶板和腹板位置;箱梁的纵向温度自应力在高度方向温差作用下达到了4.67 MPa;箱梁的纵向温度次内力在高度方向温差作用下引起最大拉应力4.91 MPa和最大压应力4.73 MPa。     

超长框架结构温度作用研究

针对超长混凝土结构的特点,给出结构温度效应计算时最大正、负温差取值方法建议,分别对施工阶段与正常使用阶段进行验算。建立了多层框架结构温度计算简化模型,研究温度内力沿结构竖向的变化规律。将桩基础作为具有水平刚度与转动刚度的弹簧,考虑基础刚度对结构底层抗侧刚度的影响。结合多层超长框架结构算例,分析了基础刚度与设防烈度对结构变形、楼板应力、框架梁和框架柱内力的影响。计算结果表明：在温度作用下,结构中部楼板应力分布较为均匀,端部楼板应力变化较大,楼板最大应力发生在框架柱周边;框架梁轴力分布中间大、两端小,框架柱内力由外向内逐渐减小;对于多层超长框架结构,首层结构由温度作用引起的变形与内力最大,2层及以上各层结构的温度效应迅速减小;柱底嵌固条件对温度效应影响显著,随着基础刚度增大,对框架柱的约束程度逐渐提高,温度作用产生的内力增大,层间位移角减小;随着抗震设防烈度提高,竖向构件截面尺寸与结构侧向刚度随之增大,温度效应逐渐增强。     

设置加强带的地下超长结构温度应力影响分析

未设置伸缩缝的地下超长混凝土结构,需要进行温度应力分析和配筋设计,以避免混凝土在温度应力作用下受拉而出现严重开裂的现象。为探求降低地下超长结构温度应力、减少所需温度应力配筋量的方法,本文提出一种对地下超长隧道结构设置加强带的方式,讨论设置加强带对结构温度应力的影响。结果表明：横加强带的设置使得加强带处的温度应力骤降,但隧道结构的最大拉应力和平均应力分别增大29%和27%;对于设置横加强带的隧道结构模型,对加强带施加的约束越强,隧道结构整体的温度应力响应越大;在隧道横截面中部设纵向加强带,影响表现为隧道结构两端的压应力范围增大;在隧道横截面角部设纵向加强带,影响表现为隧道结构两端处角部路径的最大拉应力降低16%。     

超长大跨度结构施工阶段温度效应研究

结合某大型航站楼工程,对超长大跨度结构在施工阶段的温度效应问题进行较为深入的探讨。在确定超长大跨度结构施工阶段正、负温差时,考虑太阳辐射引起钢结构温升以及混凝土收缩当量温降的影响。根据超长大跨度结构的施工进度计划,得到混凝土结构各楼层正、负温差的变化规律,考察施工起始时间对结构正、负温差的影响。分别对施工期间混凝土楼板、框架柱以及大跨度钢屋盖的内力与变形特点进行分析,考察温度作用沿楼层高度的变化情况。通过对各施工步序进行精细模拟,较为真实地反映了结构温度效应随施工进度的变化情况,为超长大跨度结构设计与施工验算提供科学依据。     

玄武湖隧道正常使用阶段结构温度变形监测

为研究环境温度缓慢变化对玄武湖隧道90 m长无缝段结构变形的影响,对隧道环境温度变化及变形缝变形情况进行了现场监测,监测结果表明,结构温度变形与温差非线性相关,在温差不大时,变形缝宽度开展速度比较慢,超过10℃以后,变形缝宽度开展速度增大。     

超长混凝土板柱结构温度应力研究

分析温度作用、混凝土收缩徐变效应对混凝土结构的作用,在T-B法混凝土徐变计算理论的基础上,应用按龄期调整的有效模量法来计算均匀温差作用下混凝土结构温度应力。研究底部分缝对超长混凝土板柱结构温度应力的影响,提出多种底部分缝形式,分析其对季节变化引起的均匀温差作用下超长板柱结构的温度应力和温度变形的削减,建立不同长度的结构模型,对其内力和变形进行比较,得出较为合理的底部分缝形式,为超长混凝土板柱结构温度裂缝控制提供参考。     

某超长剪力墙结构温度应力计算及控制

文章通过确定混凝土结构的温差数值,经对比计算施工阶段和正常使用阶段的温差,结果表明施工工况为降温的控制工况,采用有限元计算超长结构施工阶段温度应力分布;计算结果表明,楼板在温度作用下的拉应力以长度中心线为基准沿长度方向扩展,在楼板凹角、洞口及竖向构件处出现应力集中,2层楼面为温度应力影响最大的楼层;合理的温差取值是温度应力计算的前提。     

收敛变形对地铁盾构隧道纵向等效抗弯刚度的影响研究

基于场试验监测数据,对等效连续化模型进行了修正,考虑了隧道收敛变形对结构纵向变形的影响,并将该计算方法与现有计算理论方法进行了对比。弯曲状态下,环缝位置不考虑剪切作用时,随着隧道收敛变形的增加,拱底环缝张开量最大值、管片拉压应力和螺栓拉应力均略有减小。结构纵向变形曲率半径越小,隧道收敛变形对其影响越显著。在大曲率半径隧道结构纵向变形状态下,隧道收敛变形对结构纵向变形的影响可以忽略;不考虑轴向拉伸导致结构纵向变形条件下,结构弯曲导致的拱底环缝张开量较小。     

超长高层建筑在昼夜温差作用下的温度问题研究

研究了超长高层建筑在昼夜温差作用下的温度效应问题。根据昼夜更替造成的结构温度变化特点 ,采用线性分布法计算温度荷载 ,利用大型有限元分析软件 ,对郑州第二长途电信枢纽工程主体结构的整体温度效应进行了计算和分析 ,给出结构整体变形特点 ,以及结构不同构件在昼夜温差工况作用下温度内力或应力的数值范围和分布规律 ;通过与季节性降温工况作用下的超长高层建筑物温度效应对比 ,分析了不同工况引起超长高层建筑物温度效应差异的原因 ,总结了昼夜温差给建筑物带来的不利影响 ,所得结果可为该工程设计和施工提供参考。     

超长混凝土结构在使用阶段温度应力下的裂缝控制

温度变化对超长混凝土结构的变形和内力存在较大的影响.结合鲁南高铁临沂北站站前广场项目,介绍了超长混凝土结构使用阶段温度应力的等效温差计算方法.利用有限元软件分析了降温温差作用下的结构内力,探讨了温度变化对超长混凝土结构的影响.根据计算结果及其结构特点,特选用缓粘结预应力技术控制温度裂缝,同时介绍了本项目其他抵抗温度应力的措施.结果表明:在使用阶段,随着结构降温温差的增大,超长结构最大温度应力呈线性增长.控制后浇带闭合时间和施加预应力是有效控制温度应力的方法.     

玄武湖隧道施工阶段温度应力控制

为消除玄武湖隧道超长混凝土结构温度应力影响,针对其结构形式提出了温度变形控制的关键技术措施,并对施工阶段主体结构进行温度和应力现场监测,结果表明,玄武湖隧道工程主体结构温度应力控制在规定范围之内,所采取的技术措施是合理有效的。     

Experimental study on the damage mechanism of tunnel structure suffering from sulfate attack

The function of tunnels is degraded due to sulfate ambient, which has spread widely in Western China. The characteristics of tunnel concrete damage, development of cracks, structure deformation, and the safety factor of tunnel liner suffering from sulfate attack are studied in this work using field investigation and laboratory tests. The main damage styles of tunnel lining structure included structure cracking, spalling, leakage filtration, degradation, and corrosion. These indicate that either physical damage by crystal erosion or chemical dissolution damage – or both – may have occurred. They appeared in the liners with weak waterproof ability, poor compaction, and high hydraulic gradient. The crack of the tunnel liner first developed at the vault, and there were more cracks at the vault than in other places when the load was high. Crack width and structure deformation increased with load and erosion time as exponential functions, whereas the safety factor was reduced as a negative exponential function.     

寒区隧道洞口仰拱混凝土早期开裂机理研究

结合数值模拟与对寒区隧道洞口段仰拱填充混凝土早期变形与开裂特征进行了研究。通过ABAQUS平台编写混凝土早期水化热、早期力学性能、温度与湿度动态变化过程子程序,并结合XFEM模拟了混凝土多场耦合作用下裂缝萌生与扩展过程。与某寒区隧道工程仰拱填充混凝土开裂情况进行了对比验证,结果表明:温湿变化耦合作用数值模型可以较好地反映混凝土早龄期温度变化趋势和表面裂缝扩展特征;负温环境和温度应力是其表面开裂的主要原因,既有混凝土和厚度较大处更严重;降低混凝土出罐温度、提高混凝土养护温度可有效避免寒区隧道施工仰拱填充混凝土早龄期表面开裂。     

火灾下隧道衬砌结构力学行为的热力耦合分析

结合某水下隧道实例,采用大型三维有限元分析软件建立了二维热力耦合分析模型,得到了隧道衬砌结构在火荷载高温下的温度场、内力分布及变形情况,为隧道结构的防火设计及灾后损伤修复和加固提供了参考。     

银川火车站跨线钢结构天桥温度效应分析

均匀的温度场变化会对超静定结构产生不利影响,被约束结构在温度作用下会发生变形并产生内力。本文研究银川火车站跨线钢结构天桥网架在外界温度应力场作用下产生的内力和变形对网架的影响,利用Midas Civil有限元软件对该网架进行静力和温度应力计算,通过结果分析,总结温度应力场对网架结构的影响。     

风火山隧道温度特性非线性分析

风火山隧道是青藏铁路的控制性工程之一,全隧道位于多年冻土之中,这种特殊隧道的温度分布将直接影响隧道结构的稳定性。根据带相变瞬态温度场问题的热量平衡控制微分方程,应用Galerkin法推导出了三维有限元计算公式。根据风火山隧道内的实测大气温度,利用三维有限元计算公式,计算分析了该隧道在未来50 a的温度特性,并与现场实测围岩温度进行了对比分析,分析表明计算理论、模型、参数和条件是可靠的,风火山隧道在未来50 a内不会出现季节性融化。从而为寒区工程设计提供理论依据和计算方法。     

Profile deformation of a circular tunnel induced by ambient stress changes

Since profiles of a tunnel can be most easily and precisely measured using the current approaches such as the profile-image method, the measurement of profiles has become the standard process for evaluating the safety of a tunnel. The deformation of a profile yields important information on changes in the ambient stress of a tunnel. This study presents a method for distinguishing the two-dimensional, deformational displacement from the translational and rotational displacement. Based on this method, the net deformational displacements of a profile under various loading conditions are obtained. The studied loading conditions include ambient uniaxial and biaxial loadings, loading near the lining, inclined loading and sliding along a weak plan. The deformation patterns correspond to various loading conditions can be easily distinguished, that changes in ambient stress can be identified from the measured profile deformation. More sophisticated situations, elasto-plastic material, initial deformation, and profiles other than circular profiles are also examined to investigate the effectiveness of further extensions or application of the proposed method.     

拱北隧道“钢管-冻土”复合结构承载力试验研究

管幕冻结法作为一种新型的隧道预支护工法,目前已被应用于港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道施工中。管幕冻结法是利用顶管技术在隧道四周顶入大直径顶管,并利用冻结法将顶管之间的土体冻结起来,形成水密性的预支护结构。为了研究钢管-冻土复合结构在确保封水时的极限承载力和变形能力,以探求合理冻土温度,采用冻土单轴压缩试验机,对4种不同冻土温度进行钢管-冻土复合结构模型试验,并提出了封水条件下的极限状态判据,通过分析荷载-位移曲线,得到复合结构在封水条件下的极限承载力和变形能力。试验结果表明:温度较高时,冻土协调变形能力较好,但由于冻土本身强度较低,复合结构在封水条件下的极限承载力和变形能力较差;类似地,冻土温度较低时,强度较大,但由于冻土跟随钢管协调变形能力较差,在封水条件下的极限承载力和变形能力也较差;当温度适中时,冻土跟随钢管协调变形能力和冻土本身强度均处于相对理想状态,此时复合结构在封水条件下的极限承载力和变形能力相对较强,即在确保封水性能时所能承受变形的能力和极限荷载均较大。试验研究确定了该理想温度约为-10℃,该温度在拱北隧道管幕冻结实际施工中被采用,对类似工程施工具有一定的参考价值。     

现浇隧道大体积侧墙结构混凝土裂缝控制技术

以控制太湖湖底现浇隧道主体结构大体积混凝土无贯穿收缩性裂缝为目标,基于多场耦合机制抗裂性评估提出了混凝土裂缝控制成套技术。通过掺加具有温升抑制与微膨胀功能的抗裂剂实现混凝土温升和收缩性能的双重调控,采取新型张贴式混凝土保温保湿养护材料实现温降阶段混凝土中心平均温降速率不超过2.0℃/d,内外温差不超过15℃。首件主体结构大体积侧墙自2018年11月浇筑,至今变形监测曲线未出现跳点,实体结构未发现裂缝,裂缝控制效果良好。