广义的隧道塑性等效连续化模型研究

本文在传统纵向等效连续化模型基础之上,通过引入横向刚度有效率来考虑横向刚度的变化,对塑性状态下纵向等效连续化模型进行理论推导,得出考虑横向刚度有效率的塑性状态纵向等效抗弯刚度计算式,从而将盾构隧道横向刚度的变化与纵向等效刚度分析在塑性领域结合起来。结果表明,塑性状态下,随横向刚度减小,截面受压区面积增大,隧道纵向等效抗弯刚度有效率减小。传统纵向等效连续化模型可以看作是该模型的特例。本文的研究成果对于盾构隧道纵向变形分析具有一定的参考价值。     

广义的盾构隧道纵向等效连续化模型研究

 在传统纵向等效连续化模型基础上,考虑横向刚度的影响及纵向环缝影响范围,提出广义的盾构隧道纵向等效连续化模型。以耀华支路磁浮盾构隧道为工程背景,分析得到隧道纵向刚度有效率随横向刚度和环缝影响范围的变化规律。结果表明,随横向刚度减小,截面受压区面积增大,隧道纵向等效刚度有效率减小;随环缝影响范围的增大,纵向等效刚度有效率减小。传统纵向等效连续化模型和修正的纵向等效连续化模型可以看作是该模型的特例。研究结果对盾构隧道纵向稳定性分析具有一定参考价值。     

类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度分析

类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度是分析其纵向受力变形的重要参数。基于等效连续化模型的基本原理,建立类矩形盾构隧道纵向等效连续化模型,推导得到类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度解析解。通过参数分析,研究螺栓、管片宽度、厚度和截面形状等参数对类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度有效率的影响。研究表明,由于类矩形盾构隧道截面的特殊性,在建立等效抗弯刚度模型时,需分别对中性轴在隧道腰部和拱底两种不同的情况进行讨论;增加螺栓数量和加大管片宽度可提高类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度有效率,中性轴位置随着上移,环缝受拉张开区域减小;增加管片厚度可增加隧道绝对等效抗弯刚度,但是等效抗弯刚度有效率下降,中性轴位置下移;中性轴位置随着宽高比增大而快速下移,当中性轴位置角度与小圆弧圆心角相等时,中心轴下移曲线发生转折;当宽高比为1时,所得解析解退化为圆形盾构隧道等效抗弯刚度解。     

类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度分析

类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度是分析其纵向受力变形的重要参数。基于等效连续化模型的基本原理,建立类矩形盾构隧道纵向等效连续化模型,推导得到类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度解析解。通过参数分析,研究螺栓、管片宽度、厚度和截面形状等参数对类矩形盾构隧道纵向抗弯刚度有效率的影响。研究表明,由于类矩形盾构隧道截面的特殊性,在建立等效抗弯刚度模型时,需分别对中性轴在隧道腰部和拱底两种不同的情况进行讨论;增加螺栓数量和加大管片宽度可提高类矩形盾构隧道的等效抗弯刚度有效率,中性轴位置随着上移,环缝受拉张开区域减小;增加管片厚度可增加隧道绝对等效抗弯刚度,但是等效抗弯刚度有效率下降,中性轴位置下移;中性轴位置随着宽高比增大而快速下移,当中性轴位置角度与小圆弧圆心角相等时,中心轴下移曲线发生转折;当宽高比为1时,所得解析解退化为圆形盾构隧道等效抗弯刚度解。     

基于修正纵向等效连续化模型的隧道变形受力研究

及时掌握隧道结构变形受力情况对于保证地铁运营安全意义重大。通过增加考虑横向刚度、环缝作用范围和螺栓预应力的影响,建立了新型的盾构隧道修正纵向等效连续化模型,据此提出了弹、塑性状态下隧道纵向等效抗弯刚度、极限弯矩以及最大环缝张开量的计算方程；以上海地铁二号线为工程背景,分析了横向刚度和环缝作用范围对隧道等效抗弯刚度的影响规律；之后建立了5类隧道结构临界状态下隧道纵向曲率半径、接缝张开值、管片应力、螺栓拉力的求解公式,并求得了对应的界限指标,所得指标值可作为隧道健康状态诊断的依据。     

轴力和弯矩共同作用下盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度研究

实际工程中,盾构隧道纵向弯矩和轴力可能同时存在,若按传统的纯弯等效抗弯刚度计算可能会带来较大误差。考虑轴力和弯矩共同作用对纵向弯曲变形的影响,提出5种弯曲模式,在经典的志波模型的基础上,建立盾构隧道纵向等效抗弯刚度计算模型,基于该模型开发了计算程序,以成都地铁3号线盾构隧道为实例,对其纵向等效抗弯刚度和管环张开量随轴力和弯矩的发展规律进行分析,并讨论弯曲模式的实用判别方法,求出变形过程的临界弯矩,最后给出纵向弯曲变形为线性和非线性的内力条件。研究发现:盾构隧道纵向变形随弯矩的发展过程可按轴力分为4类,各过程下管环张开量和等效抗弯刚度随弯矩的发展规律十分不同;轴力对等效抗弯刚度有显著影响,一般呈现压弯纯弯拉弯的规律。研究成果可应用于盾构隧道结构纵向力学分析、抗弯刚度分析等方面。     

类矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度解析解

结合类矩形盾构隧道截面特点,分别对中性轴位于截面上部边缘(环缝完全闭合)、截面上拱部、截面腰部和截面下拱部4种情况进行分析,并进一步考虑螺栓预紧力和环缝影响范围,推导得到类矩形盾构隧道的纵向等效抗弯刚度解析解,并对影响纵向等效刚度的相关因素进行探究.研究表明:当施加弯矩小于环缝启动弯矩时,环缝全部闭合,等效纵向抗弯刚度...     

基于模型试验的盾构隧道纵向刚度分析

为探明盾构隧道纵向变形性能及抗弯刚度有效率的取值,基于模型试验,根据相似理论对通缝、错缝及匀质圆筒模型进行纵向模型试验研究。分别对3种纵向试验模型进行了加载试验,采用数据采集系统测试加载过程中的管片模型的纵向变形,得到了各级荷载下通缝、错缝及匀质圆筒模型纵向变形规律及其抗弯刚度有效率,并对试验结果进行对比分析。结果表明:1盾构隧道纵向变形与荷载基本呈线性关系;2通缝、错缝隧道纵向抗弯刚度有效率分别在0.18~0.39和0.20~0.40;3通缝和错缝隧道的纵向弯曲变形性能基本一致,错缝拼装效应对盾构隧道纵向变形的影响并不明显,研究成果可为盾构隧道的设计提供参考。     

地表堆载作用下盾构隧道纵向受力机制试验研究

通过开展室内模型试验,探究地表堆载诱发下盾构隧道纵向受力变形特性。应用3D打印技术制作的盾构隧道模型,可以较好地反映真实盾构隧道管片结构特点,克服精细化盾构隧道模型制作困难的问题。首先通过开展盾构隧道模型集中荷载试验,探究盾构隧道纵向等效抗弯刚度变化规律;其次开展地表堆载试验,研究地表堆载诱发下盾构隧道受力与变形特征。试验结果表明：盾构隧道纵向等效抗弯刚度有效率并非一个常量,而是随着集中荷载增大而减小,本试验得到其值在0.176～0.044范围;在地表堆载诱发下,盾构隧道拱顶沉降呈正态分布曲线形态,主要沉降范围在加载宽度范围内;地表堆载作用下拱顶土压力分布变化特点与拱顶沉降相似;随着地表荷载增加,通过隧道中间环四周土压力监测发现,拱顶土压力增量最大,拱底次之,拱腰最小;受地表荷载作用,盾构隧道衬砌结构发生“横鸭蛋”状收敛变形,其中拱顶位移最大,拱腰次之,拱底最小。试验结果揭示了盾构隧道结构变形特性和地表堆载条件下盾构隧道与地层相互作用机制,对突发堆载下既有隧道的保护提供了参考依据。     

考虑管片环间接头弱化的新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形分析

探究新建隧道上穿引起既有盾构隧道的纵向变形规律,对进一步评估并减少新建隧道施工对既有盾构隧道的不利影响具有重要的现实意义。现有解析方法多是将既有盾构隧道简化为搁置于线弹性地基上的等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱化和土体非线性变形特征。首先,引入接头非连续盾构隧道模型和非线性Pasternak地基模型来考虑隧道管片环间接头的弱化及隧道–地基的非线性作用,推导得到新建隧道上穿开挖下既有盾构隧道纵向变形控制微分方程;其次通过有限差分法和牛顿迭代法求解得到既有盾构隧道纵向变形的数值解答;最后,对2个工程案例及常用等效连续梁模型对比验证。研究结果表明：等效连续梁模型计算得到的隧道纵向变形表现为连续特征,而所提方法考虑了隧道接头弱化作用,得到的隧道纵向变形表现为非连续特征,隧道纵向位移和弯矩在接头处会发生突变。通过参数分析可知,增加新旧隧道间净距可有效减少既有盾构隧道的隆起变形、弯矩和环间接头张开量;随着管片长度增加,既有盾构隧道的隆起位移略有减少,但是管片间环间张开量及弯矩随之增大;增加环间接头的刚度可有效减少既有盾构隧道的竖向位移和张开量,但是会导致隧道弯矩增加。     

钢筋混凝土平板-异形柱板柱节点抗扭构件刚度研究

在钢筋混凝土平板-矩形柱板柱节点抗扭构件的刚度理论基础上,针对钢筋混凝土平板-异形柱板柱节点的特点,通过提出有效抗扭截面的概念来考虑异形柱柱肢的抗扭作用,根据抗扭构件的刚度变化假定抗扭构件线扭矩呈双折线分布,推导出弹性状态下抗扭构件的刚度计算公式。然后运用有限元程序ANSYS分析确定了异形柱柱肢参与抵抗扭矩的有效柱肢范围和对不同参数下抗扭构件的刚度进行评价。分析结果表明,距平板底面各1倍平板厚度h的异形柱柱肢范围是参与抗扭的有效范围;在评价抗扭构件刚度方面,随着参数的变化有限元分析和计算公式的结果及变化趋势较吻合。抗扭构件的刚度计算公式可应用于钢筋混凝土平板-异形柱板柱结构体系的等效柱理论分析。     

考虑箍筋和横肋影响的现浇圆筒芯空心楼盖受剪性能试验研究

为研究现浇圆筒芯空心楼盖的受弯和受剪性能,进行了2组共6个试件的试验。通过荷载-挠度曲线的比较,研究了截面空心率和横肋对空心板弯曲性能的影响。根据实测板端受剪承载力的对比和实测箍筋应变的分析,研究了横肋对横孔板受剪承载力的影响,以及顺筒肋箍筋对顺孔板和横孔板受剪承载力的不同作用机理。研究表明,横肋有助于改善横孔板的弯曲性能,当截面空心率低于45%时横孔板与相应顺孔板的受弯性能基本相同。横肋弥补了通孔横孔板在剪力传递机理上的缺陷,能显著提高横孔板的受剪承载力。顺筒肋中的箍筋对横孔板的受剪承载力贡献极小,可忽略不计。同时依据试验结果,提出了考虑箍筋和横肋影响的受剪承载力计算方法。     

轴压比超限时框架柱的恢复力模型研究

根据收集到的28根轴压比超限时框架柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果,分析回归出试验柱的各位移角和刚度与剪跨比、轴压比、配箍特征值等之间的关系。根据轴压比超限时框架柱屈服的截面平衡条件推出的屈服柱顶水平位移和荷载、按《混凝土结构设计规范》(50010—2002)计算的柱顶水平峰值荷载及有关试验回归公式确定出框架柱的恢复力模型。研究表明:轴压比超限时试验骨架曲线强化段在水平轴上的投影长度和屈服位移的比值与配箍特征值成正比,与轴压比和剪跨比成反比;框架柱的强化刚度与弹性刚度的比值随着轴压比增大而逐渐减小,而随着配箍特征值增大和剪跨比增大而逐渐增大。框架柱最大荷载时的刚度及退化刚度与弹性刚度比值的绝对值随着配箍特征值增大而逐渐减小,而随着轴压比增大和剪跨比增大而逐渐增大;框架柱的卸载刚度和再加载刚度随位移幅值增加而退化,且在不同位移幅值下卸载刚度和再加载刚度的退化率与轴压比有关。本文建议的恢复力模型既可     

Experimental simulations of fire-induced smoke control in tunnels using an “air–helium reduced scale model”: Principle, limitations, results and future

When a fire occurs in a long tunnel, smoke control is crucial for obvious reasons of safety. Ventilation and extraction systems have to be designed with accuracy in order to control the longitudinal motion of the fire-induced smoke and to extract it efficiently in a zone close to the fire source. This paper presents experimental investigations carried out on a small scale tunnel model (scale reduction is 1:20) to study the fire-induced smoke control by longitudinal and transverse ventilation systems. The experimental model is non-thermal and a buoyant release (a mixing of air and helium) is used to represent the fire smoke plume. The main objective of this model is to represent, as well as make possible, the duality between inertial forces (due to ventilation) and buoyant forces. Radiation and heat losses at the walls are not taken into account in this model. At first, the principle of the simulation is widely described. Then, some results are presented for both longitudinal and transverse smoke control by a mechanical ventilation. Finally, perspectives for future investigations are proposed.     

铁路既有线上承钢板梁提速后的横向刚度及加固问题

通过既有线铁路提速试验，分析了上承钢板梁横向刚度的要求，提出合理的加固方案．     

双向加劲钢板剪力墙在纯剪作用下的弹性稳定性研究

在前人研究基础上,通过施加多道具有抗扭刚度的竖向槽钢加劲肋,然后再加1道没有抗扭刚度的横向板条加劲肋,对双面双向加劲的钢板剪力墙进行大量有限元弹性屈曲分析,最后提出钢板剪力墙弹性屈曲临界剪切应力和加劲肋门槛刚度的计算公式。数值计算结果表明:公式具有良好的精度,并且偏安全;影响加劲肋门槛刚度的关键因素是钢板剪力墙小区格宽高比、竖肋数目以及横竖肋板厚比。     

海底隧道与横通道交叉部施工力学研究

通过采用三维数值模拟厦门翔安主隧道与横通道交叉结构的施工过程,得出隧道交叉部的变形、围岩应力及支护受力特征,研究结论为软弱围岩隧道交叉部设计与施工提供指导。     

隧道横纵向通道组合模式下的人员疏散特性

针对城市隧道横纵向通道组合疏散方式,使用Pathfinder疏散模拟软件搭建疏散模型,计算得到疏散运动时间、各通道占用时间。并结合现场试验,分析较大通过能力的横通道对附近疏散滑梯/楼梯的影响,进一步探索不同疏散模式给人员疏散带来的影响变化。研究表明：与横向疏散相比,横纵向结合的疏散方式可以在保证疏散效率的同时,增大横通道间距,减少施工风险和成本;相比仅设置纵向疏散,增设横通道后可使大部分场景下的疏散时间缩短,且横纵向结合疏散对特殊人群更加友好,具有更强的人员疏散普适性;疏散人员附近各通道的通过能力差异会影响人员对通道的倾向性,导致通道占用时间的差异,可采用应急广播等方式进行疏散引导。     

简支梁桥横向地震反应研究

用有限元方法对简支梁桥的横向地震反应按全桥模型进行了计算分析,并与我国公路规范方法的结果进行了比较.讨论了桥长、主梁横向刚度、不同计算模型等因素对简支梁桥横向地震反应的影响.研究表明对于简支梁桥的横向抗震计算,应该采用全桥模型计算;我国现行公路及铁路抗震规范中的简化计算方法误差较大.