沉管接头混凝土剪力键力学性能模拟方法

对于地基沉降、高水位差变化、突发地震等不利工况来说,沉管接头剪力键是控制接头剪切刚度和变形的关键要素,通过混凝土塑性损伤本构建立接头剪力键模型,进而对沉管隧道接头的安全性、耐久性、力学性能进行一定的研究。运用有限元方法并结合适当的材料本构模型对沉管接头进行数值模拟,可为后续大比尺模型试验的设计提供一定参考依据。采用混凝土材料的塑性损伤本构模型,考虑混凝土应力-应变的非线性以及GINA止水带压缩变形的非线性,通过沉管隧道接头的三维精细化建模,按照实际工程情况分别研究了不同水压下管节接头的水平剪切刚度、最不利工况下管节接头的水平剪切极限承载力、钢筋混凝土剪力键的剪切破坏形态和力学特性,预测了管节接头的力学性能以及剪力键的破坏发展形式。     

车辆荷载下沉管隧道动力响应有限元分析

依托宁波甬江沉管隧道工程,利用MIDAS GTS NX软件建立沉管隧道三维有限元模型。采用非线性弹簧模拟接头,选取影响接头刚度的主要部件,依据各部件材料特性对接头各向刚度进行取值。通过对路床网格节点添加线性变化的荷载来模拟车辆行驶,对管节及接头产生的动力响应进行分析。结果表明,有限元计算结果与理论计算结果得到的管节中点竖向位移幅值接近,说明有限元模型的可靠性;江中段管节中点竖向位移较岸边段大,靠近岸边的接头两端竖向位移差较中间接头大;车辆荷载下沉管段最大主应力的最大值出现在沉管段北端的顶板处,且靠近岸边的接头剪力和弯矩大于中间接头,需要重点监测。     

沉管节段接头剪力键三维数值力学特性研究

基于ANSYS有限元软件,构建沉管节段三维数值模型,在节段接头处定义接触单元,采用只受压的杆单元模拟橡胶支座,并定义其为双折线材料。调节沉管下部土层的弹性模量与泊松比,模拟沉管隧道在不均匀荷载及沉降条件下的纵向弯曲与扭转工况。通过分析节段接头剪力键的应力及剪力分布特征,研究沉管接头剪力键在上述工况下的受力特性。并将数值结果与大比例尺节段接头剪力键模型试验结果相对比。主要结论:两类工况中,竖向剪力键承担了几乎全部的竖向剪力,但对水平方向的抗剪基本不起作用,而水平剪力键在两类工况中都产生了水平剪力;扭转工况中,地层较软一侧竖向剪力键剪力较大;在剪力键端头角点及与节段衔接处局部应力较大。     

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。     

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。     

地基沉降对沉管隧道节段接头剪力键力学性能影响研究

为了更全面地了解地基沉降对沉管隧道节段接头剪力键力学性能影响情况,以港珠澳沉管隧道工程为背景,系统开展了两种不同沉降工况下几何相似比为1∶4.69的大型模型试验,并利用有限元对实际沉管节段进行数值模拟,研究了地基沉降下节段接头剪力键力学性状和剪力的分布情况。试验结果表明:剪力键应力变化主要影响因素为地基沉降,接头内剪力键的空间组合对应力影响不明显;地基沉降过程中,水平剪力键应力值相对较小;中墙剪力键下部端角先于侧墙剪力键下部端角与剪力键槽挤压,且前者量值大于后者,中墙剪力键下部端角最先受压破坏;接头内剪力键根部剪力分布与剪力键布设方向关系紧密,节段横断面一侧地基下沉对另一侧节段产生横拉效应;同时提出了接头内最大剪力与地基沉降关系方程和各竖向剪力键的竖向剪力承担比例。     

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...     

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...     

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。     

沉管隧道接头构件耐火试验研究

本文依托国家科技支撑计划项目,自行设计建设了高温烧蚀试验平台,并采用C50混凝土制备接头试验构件(管节接头与节段接头),结合沉管隧道接头特点,用剪力键与特制Ω止水带装配试验构件,然后采用不同耐火保护方案进行构件的高温烧蚀试验。通过试验,得出了在HC或RABT升温曲线下,受火2 h时,满足耐火目标的沉管隧道接头耐火保护技术推荐方案,同时,还根据试验中反映出来的一些问题,对实际工程提出了一些实用性的建议,可为相关的科研及实际应用提供参考。     

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。     

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。     

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。     

沉管隧道最终接头形式和施工工艺的改进

沉管隧道最终接头形式和施工工艺是沉管隧道修建的重点和难点之一,在对现有最终接头形式及施工工法进行介绍的基础上,提出一种全新的最终接头形式和相应的施工工法。该工法通过采用工厂预制的套管形式,用千斤顶将套管顶紧来与已沉管节进行对接,可减少对潜水施工的依赖,且接头形式简单,施工速度快,为我国沉管隧道最终接头的施工提供了一种可行的新方法。     

超深埋海底沉管隧道接头防水设计探讨

对建设中的港珠澳大桥工程岛隧标段中的沉管隧道工程作了详细介绍,并针对超深埋海底沉管隧道的管节接头与节段接头防水设计所遇到的一系列问题进行了深入探讨,重点阐述了GINA止水带、OMEGA止水带、中埋式可注浆止水带的防水技术。     

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。     

加劲板对钢空腹夹层板剪力键剪切性能影响研究

剪力键是空间钢网格结构的核心构件,其剪切性能对整体结构抗剪能力影响很大。为研究加劲板对钢空腹夹层板剪力键剪切性能的影响,运用ABAQUS通用有限元软件,建立了有无竖向加劲板两组节点纯剪切状态下的数值模型。研究剪力键节点的抗剪性能,选取了竖向加劲板宽度和厚度对节点极限承载力进行参数分析,进而研究了竖向加劲板宽厚比对节点承载力的影响。研究结果表明：纯剪切状态下,有加劲板的构件承载力明显高于无加劲板的构件。竖向加劲板的设置,使得T型钢上(下)肋和方钢管可以整体协同受力,使剪力键节点域的受力更加均匀。竖向加劲板宽度和厚度对剪力键节点域承载力影响较大,给出了竖向加劲板宽厚比的建议取值范围,研究结论可为工程设计提供理论参考。     

大连湾海底沉管隧道防水与耐久性初步设计方案介绍

针对我国北方城市大连海底沉管隧道初设阶段的防水与耐久性展开介绍,内容涵盖了工程建设背景与概况、混凝土结构自防水与耐久性设计、管节接头防水设计、节段接头防水设计,明挖隧道的全包防水设计、变形缝防水设计以及钢结构耐久性设计等方面,期望对我国北方海洋环境下的沉管隧道建设提供参考和借鉴。