车辆荷载作用下综合管廊变形特性研究

为研究城市综合管廊在车辆荷载作用下的变形特性,建立了综合管廊-路基土-车辆荷载有限元模型,并通过数值模型计算与实测结果对比分析,探讨了行车速度、车辆荷载加载位置对综合管廊顶板位移的影响规律。研究表明,车辆动载作用下管廊会产生明显的动位移,以行车速度60km/h为例,其增量幅值为静载作用的33.10%,加载6s后管廊振动趋于平稳;跨度最大舱中跨中位置竖向位移最大,沿顶板向两侧减少;车速越小,管廊顶部的竖向位移越大;存在最不利加载位置,即当车辆荷载位于管廊边侧墙正上方时,管廊顶板左右侧竖向位移差最大,达到了4.46mm,在综合管廊设计和施工中应引起注意。     

波纹钢管廊受力变形特性研究

波纹钢管廊作为传统管廊的替代品,具有运输简单、安装方便、施工快速的特点,可广泛地应用于城市地下工程。通过Flac3D软件,考虑波纹钢管廊与周围填土之间的相互作用,对施工完成后波纹钢管廊的受力变形进行了模拟,研究了波纹钢管廊沿各个坐标轴方向的受力和变形规律,对波峰波谷处的受力变形进行比较。数值模拟结果表明:波峰处的总应变增量较波谷处更大,应把波峰处应变量作为控制指标;波纹钢管廊在土压力下产生了径向收缩和竖向位移,竖向位移约为径向的2倍,且数值都较小;波峰、波谷受力协调,使得波纹钢管廊整体受力较为均匀,共同承担填土荷载作用。     

竖向顶管施工对周围环境影响的数值模拟

研究综合管廊内向上顶进的竖向顶管施工对综合管廊及周围土体的影响。建立垂直向上顶进竖向顶管的三维有限元模型,考虑顶进距离、综合管廊埋置深度、土质条件的变化,分析竖向顶管施工对综合管廊及周围土体的受力和变形影响规律。研究结果表明,竖向顶管向上顶进距离越大,周围土体的变形越大,但最大地表沉降小于1mm,综合管廊的最大第一主应力也增大;随着作用在管廊内部找平层上的竖向荷载的增大,管廊最大剪应变减小;管廊埋深越大,土质条件越差,周围土体及综合管廊的受力和变形均越大。向上顶进竖向顶管施工方法对周围环境影响较小,具有较好的施工效益。     

预制预应力综合管廊受力性能试验研究

以2010年上海世博会园区综合管廊工程为背景,通过接头和整体结构足尺模型的单调静力试验,对采用预应力筋连接的预制预应力综合管廊的受力性能进行了较为系统的研究。接头试验研究结果表明:采用预应力筋连接的预制预应力综合管廊接头的受力过程分为消压、屈服和极限破坏三个阶段;破坏形态为预应力筋首先屈服,随后受压区混凝土压碎;破坏机制为桁架机制;接头抗弯承载力为设计弯矩的2.1倍,抗弯刚度随外荷载的增大而减小;接头试件的位移延性系数达到2.8,接头拼缝的转角延性系数达到3.1。整体结构试验研究结果表明:在四侧壁等值对称荷载作用下,采用预应力筋连接的预制预应力综合管廊整体结构的受力过程可分为开裂、屈服和极限破坏三个阶段;破坏形态为接头与整浇侧壁端部截面屈服,结构形成塑性机构,达到承载能力极限状态;破坏机制为弹簧铰闭合框架机制;整体结构试件的极限承载力为设计荷载的3.2倍;整浇侧壁和含拼缝侧壁的位移延性系数分别达到3.87和2.91。本文研究成果为2010年上海世博会园区综合管廊建设以及预制预应力综合管廊的推广应用提供了技术依据。     

燃气爆炸荷载作用下综合管廊破坏历程研究

采用ANSYS/LS-DYNA软件,结合MAT_72R3和HJC两种混凝土本构模型,建立地下综合管廊(有3个舱,电力舱靠左侧,综合舱居中,燃气舱靠右侧)三维模型,对燃气爆炸荷载作用下管廊损伤破坏历程和周围土体动力响应进行了数值模拟。研究结果表明:地下综合管廊结构的损伤破坏历程是由燃气舱局部损伤破坏逐渐扩展至综合舱和电力舱,燃气舱主要向四周扩张;管廊各测点在爆炸荷载作用下产生的最大水平位移均大于最大竖向位移;在爆炸荷载作用下,管廊燃气舱顶板的振动现象明显且速度呈现周期性衰减变化;由于燃气舱直接承受爆炸荷载作用,最大速度发生在燃气舱右侧壁测点。建议工程实践中在燃气舱和其他舱室之间设置一定的缝隙,以阻碍爆炸应力波向其他舱室扩展,从而避免其他舱室进一步发生破坏。在实际设计管廊时,应增强管廊的抗滑移能力。     

预制拼装综合管廊承插式接头剪切力学性能研究

为研究预制拼装综合管廊节段剪切工况下承插式接头力学性能,本文建立地下预制拼装综合管廊-土三维数值模型,通过对管廊节段施加位移荷载模拟顺剪与逆剪,分析承插式接头应力分布规律,最后建立沉降量与接头剪力的关系,得到接头极限承载力与极限错台位移。结果表明：预制拼装综合管廊节段剪切造成管廊接头内侧受压外侧受拉,接头插口端应力分布在竖向侧壁,承口端主要由顶底板两侧受力,承插式接头最大主应力集中在承口端侧壁顶部外侧1 m处及插口端的底板;管廊节段顺剪接头剪力随沉降增大而减小,逆剪接头剪力随沉降增大而增大,承插式接头顺剪与逆剪工况极限剪应力分别为407 kN和512 kN左右,研究结果可为预制拼装综合管廊安全运营提供科学依据。     

叠合板式拼装综合管廊结构受力性能现场测试与分析

本文依托杭州大江东叠合板式拼装综合管廊项目,通过现场足尺试验,对叠合板式拼装综合管廊结构实际服役性能进行了研究。首先通过有限元模拟确定了管廊结构的最不利受力位置以及荷载的最不利布置方式,在此基础上制定现场车辆加载方式,通过现场实测数据分析,结合有限元模拟结果表明:在施工荷载和正常运营荷载作用下结构较敏感部位结构均未发生超出规范标准值,也未出现结构裂缝。在实际工程设计中采用等同现浇设计方法进行预制叠合综合管廊的设计可以保证结构的安全性。     

两种筒仓水平支撑结构受力性能的分析及对比

选取直径均为30 m的空间钢管桁架与辐射梁水平支撑结构作对比,对两个模型分别施加0,800,1 600,2 400 k N的荷载,通过ANSYS有限元软件分析不同荷载作用下的两种结构体系,结果表明:两个有限元模型的位移都随着荷载的增大而增大,在相同荷载作用下,辐射梁支撑体系与空间钢管桁架竖向位移相差不大。杆件受力在弹性范围时,两种结构体系的最大竖向位移随荷载呈明显的线性关系。钢管桁架支撑体系比辐射梁支撑体系承受荷载能力更好。     

上穿既有地铁的综合管廊三维地震响应研究

以北京城市副中心城市综合管廊工程为背景,基于有限元理论,采用ANSYS程序建立上穿既有地铁的综合管廊计算模型,分析在EL Centro波作用下引起的动力数值响应特征。研究表明:(1)沿垂直管廊水平走向输入地震波,引起的最大水平及竖向位移分别为0.073 m和0.033 m;而竖向输入地震波只引起竖向位移,最大值为0.145 m;双向(垂直管廊水平走向和竖向)同时输入地震波引起水平的位移响应与单独水平方向输入有明显的差别,而产生竖向位移与单独竖向输入有良好的一致性。(2)双向输入地震波引起管廊在水平和竖向的加速度峰值分别为0.886g、0.819g,明显大于单向输入引起的加速度响应(0.52g、0.75g)。(3)结构的应力峰值主要在第2～5s持续波动,双向输入产生的Mises应力峰值为2.46 MPa,远大于单方向地震输入产生的Mises应力(0.92 MPa、0.71 MPa)。     

地震作用下跨地裂缝的地下综合管廊动力响应研究

以西安市幸福林带地下综合管廊项目为例,采用了Abaqus有限元软件对跨地裂缝的地下综合管廊结构进行动力时程分析,找出了跨地裂缝管廊结构在地震作用下的动力响应规律。结果表明:在地震作用下,跨地裂缝的管廊结构底板加速度响应和位移响应显著,应力集中现象更明显,易出现破坏,尤其是在地裂缝附近的管廊结构反应更加剧烈;处于场地上盘的管廊结构会发生沉降,处于场地下盘的管廊结构会出现脱空,管廊结构随着土体的变形而发生相应的变形;随着地震强度增大,管廊结构的竖向位移也随之增大,且低频成分较多的地震波对结构的破坏更严重。     

预制槽型拼装混凝土综合管廊整体结构受力性能分析

基于ABAQUS软件,建立了考虑预制构造影响的双舱预制槽型拼装综合管廊整体结构受力性能有限元分析模型,并基于顶部水平荷载试验结果验证了该有限元分析模型的合理性.在此基础上,进一步开展了双舱预制槽型拼装混凝土综合管廊整体结构在环向荷载作用下的受力性能分析.结果表明:在环向荷载作用下,双舱预制槽型拼装混凝土综合管廊的最终破...     

钢筋混凝土柱实腹屋面钢梁结构体系设计中的几个问题探讨

钢筋混凝土柱人字形实腹钢梁结构体系中竖向构件采用钢筋混凝土构件,屋面梁采用实腹钢梁.根据材料性能和结构的受力特性,通过实例计算,分析竖向荷载、水平荷载(风荷载)、屋面坡度、柱子刚度对梁内力、柱内力、柱顶水平位移、结构项部竖向位移、斜梁相对位移的影响,给出了风荷载、屋面坡度和柱截面的合理取值.     

预应力加强型钢拱梁及其改进结构的性能研究

加强型钢拱梁是根据结构在承受竖向荷载时的内力及变形图,在钢拱梁平面内增加适当的撑杆和加强型索,以改善其受力性能、提高刚度和承载力的新型结构体系.通过有限元软件AN SY S分析了加强型钢拱梁在不同竖向荷载作用下以及不同初始加强型时应力和位移的变化规律,并依据钢拱梁在全跨和半跨荷载作用下的受力特征对加强型钢拱梁进行了改进和有限元分析.结果表明能较大地提高结构的刚度和承载力,而改进后的加强型钢拱梁对于抵抗半跨荷载的刚度和承载力又有明显的改善.     

隔墙位置对综合管廊力学性能影响分析

在软土地基上兴建双舱矩形综合管廊,存在结构两侧不均匀沉降和应力集中的问题,文中基于广州大学城综合管廊工程,考虑综合管廊与周围土体的相互作用,利用有限元软件MIDAS/GTS分析隔墙位置对双舱矩形综合管廊力学性能的影响,研究表明:不同隔墙位置时综合管廊底板和顶板的竖向位移曲线基本一致,竖向位移最大值始终出现在小舱室边墙处;综合管廊结构两侧的沉降差异随隔墙距管廊中轴线距离的增大而增大;综合管廊顶板和底板上部的水平拉应力最大值分别出现在隔墙和大舱室底板中央附近,且均随隔墙距管廊中轴线距离的增大而增大。     

大偏心核心筒超高层结构受力性态与设计关键技术

偏置核心筒结构和传统的居中核心筒结构受力有所不同，主要表现在竖向荷载作用下结构的水平变形较大、扭转效应明显、墙肢拉应力较大等方面。以高度250 m大偏心核心筒结构为例，对比了钢结构体系与混合结构体系下结构的受力性能与经济效益。采用数值分析方法，从结构和构件两个层次研究了核心筒不同偏置程度、不同结构高度下的结构受力性能，在整体结构层面总结了竖向荷载下结构水平变形、结构扭转指标等随偏置程度及结构高度等因素的变化规律，在构件层面总结了偏置程度对剪力墙受力性能的影响。研究结果表明，采用预伸长框架柱的方式可控制竖向荷载作用下结构水平变形，通过调整剪力墙厚度或设置支撑等方式可控制结构扭转，通过增设型钢或预应力的方式可达到有效控制墙肢拉应力的目的。     

基于ANSYS的煤矿井架的优化分析

建立了钢井架立架的三种模型,通过ANSYS对其进行了竖向荷载和水平荷载下的受力分析。研究了在立架中腹杆的不同布置形式和方向对受力和位移的影响。通过计算分析,在用钢量相同的条件下,模型B的各杆件受力均匀,最大应力为模型A的85%,其最大位移在三种模型中也最小。     

某综合管廊通风口节点结构空间整体分析

综合管廊构造复杂,采用传统的平面静力计算方法不能满足要求。本文运用midas Gen软件,建立综合管廊通风口节点模型,施加荷载,建立荷载组合,分析结构基底土压力,验算地基承载力及抗浮稳定性;得到结构各工况下的内力情况,为结构设计提供可靠依据。相比传统手算,采用有限元软件空间整体分析解决了复杂节点结构地基承载力及抗浮稳定性验算的难题。本文通过对某综合管廊通风口节点结构受力分析,为复杂节点结构内力计算提供参考。     

加筋土挡墙后设置EPS的组合支挡结构数值模拟

采用FLAC 3D建立了加筋土挡墙加筋区域后设置/不设置EPS板的组合支挡结构数值模型,对比分析了2种方案下组合支挡结构的墙背土压力、墙面水平位移、桩身水平位移、桩身弯矩及路面沉降,重点探讨了EPS板厚度和弹性模量的影响。研究结果表明:设置EPS板能有效降低组合支挡结构的墙背土压力、墙面水平位移、桩身水平位移和桩身弯矩,但竖向荷载作用下的顶面差异沉降显著增大;竖向荷载作用下,随EPS板厚度增加或弹性模量减小,组合支挡结构的受力和变形均明显减小,但顶面差异沉降近似线性增大;实际工程中,可通过降低EPS板的高度并延长加筋土挡墙的上部筋材,使之跨过EPS板顶部,或者将EPS板设置于可避开竖向荷载直接作用的位置来减小顶面差异沉降。     

综合管廊埋深数值分析

以福建省平潭市政道路项目为背景,通过岩土有限差分软件Flac3D建模,进行了综合管廊应力分布数值模拟。在所建模型中,包含4个关键位置。保持综合管廊上部荷载不变,改变综合管廊埋深,通过监测每个位置的竖向应力值,得出关键位置应力与埋深的估算关系式;保持综合管廊埋深不变,改变综合管廊上部荷载,通过监测每个位置的竖向应力值,得出关键位置应力与上部荷载的估算关系式。所得的两个估算式可供综合管廊设计及施工估算应力借鉴。     

综合管廊穿越黄土挖填方场地受力变形状态研究

以黄土高填方场地中的现浇综合管廊为原型,通过物理模型试验研究综合管廊在黄土挖填结合部位的受力与变形状态。采用石膏与铝棒材料制作1∶20的缩尺综合管廊模型,并模拟出黄土填方场地中挖填结合部位的阶梯状接坡结构。通过特制的沉降装置模拟填方场地工后沉降的发展,全程监测综合管廊的竖向变形、纵筋应变以及地基土压力变化。揭示了综合管廊在填方场地工后沉降发展过程中的受力规律与变形破坏特征。试验结果表明,随着填方区土体沉降量的增大,综合管廊与底部土体接触状态变化是导致综合管廊在挖填结合区内侧壁拉-剪裂缝的重要原因,并且综合管廊剧烈变形的范围由挖填结合区向填方区有明显的扩展。研究成果可为实际工程中综合管廊的设计和变形控制提供参考。