發(fā)布時(shí)間：2021-04-07 15:11

　　借助有限元法建立沉管隧道施工臨時(shí)支撐的精細(xì)計(jì)算模型,揭示管段采用變截面與否的力學(xué)響應(yīng)特征,分析管段結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理和形態(tài),并提出結(jié)構(gòu)加固措施,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。研究表明:在抗浮力作用下,臨時(shí)墊塊與剪切鍵支撐具有明顯的支點(diǎn)效應(yīng),管段出現(xiàn)較小的下沉,且沉降主要由結(jié)構(gòu)變形組成;管段結(jié)構(gòu)空間受力表現(xiàn)為兩臨時(shí)支墩間橫向簡(jiǎn)支、臨時(shí)支墩與剪切鍵間的縱向簡(jiǎn)支,最大變形值出現(xiàn)在兩臨時(shí)支撐墊塊中間位置,管段接頭處結(jié)構(gòu)變形由中墻向兩側(cè)墻逐漸增大;沉管隧道采用變截面管段與否的結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)特征相近,表現(xiàn)為接頭剪切鍵與管段銜接處應(yīng)力集中,受到較為明顯的拉剪效應(yīng),誘發(fā)局部開(kāi)裂;管段結(jié)構(gòu)在接頭剪切鍵與臨時(shí)支撐墊塊位置出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力集中,控制不當(dāng)易引發(fā)結(jié)構(gòu)漸進(jìn)破壞,需設(shè)置針對(duì)性的控制措施,以抑制管段結(jié)構(gòu)裂隙的形成與發(fā)展。 

【文章來(lái)源】：地下空間與工程學(xué)報(bào). 2020,16(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

沉管隧道總體設(shè)計(jì)方案

由于管段結(jié)構(gòu)尺寸比較大，考慮計(jì)算成本和可行性，取E1管段及海珠端20 m暗埋段范圍為計(jì)算分析對(duì)象，模型計(jì)算經(jīng)歷一次臨時(shí)支撐。由于沉管自重小于開(kāi)挖土體自重，所以管段地基可視為彈性狀態(tài)，地基對(duì)結(jié)構(gòu)的作用通過(guò)地基彈簧模擬。地基彈簧根據(jù)頂管結(jié)構(gòu)位移特點(diǎn)，設(shè)置受壓側(cè)徑向彈簧[9]，參考文獻(xiàn)[10]，采用應(yīng)力面積法的思路，基于表1土層參數(shù)計(jì)算地基系數(shù)分布如圖2所示。三維計(jì)算模型如圖3所示，實(shí)際臨時(shí)支撐階段，沉管段與海珠暗埋段接頭只有中墻混凝土剪切鍵通過(guò)鼻托梁參與承載，因此模型僅建立中墻混凝土剪切鍵。模型中管段結(jié)構(gòu)、剪切鍵、連接件、橡膠支座、接頭縫隙均采用三維實(shí)體單元模擬，基于實(shí)際情況建立精細(xì)的計(jì)算模型。模型中管段結(jié)構(gòu)、剪切鍵利用彈塑性本構(gòu)模型，橡膠支座、連接件及接頭縫隙采用彈性本構(gòu)模型。其中橡膠支座受力后產(chǎn)生彈性變形并很快剛化，初始彈性模量為250MPa，壓縮剛化后的彈性模量為12 500 MPa[11]�？p隙采用低模量單元模擬，考慮模型中管段接頭剪切鍵采用三維實(shí)體單元，無(wú)法通過(guò)計(jì)算直接讀取接頭剪力，為此設(shè)置低剛度接頭剪切鍵剪應(yīng)力測(cè)量單元，后由變形協(xié)調(diào)及對(duì)剪切面應(yīng)力積分得到剪切鍵剪力。根據(jù)沉管隧道抗浮設(shè)計(jì)方案，施加計(jì)算模型作用荷載，計(jì)算抗浮力為14 466.43 k N。

計(jì)算步驟:(1)海珠端暗埋段結(jié)構(gòu)施工，施加相應(yīng)的荷載位移邊界條件，(2)空階段使上階段受力變形穩(wěn)定，位移清零而保留應(yīng)力場(chǎng)，(3)岸上沉放E1管段且用臨時(shí)支撐墊塊。為明確變截面沉管隧道施工階段較常規(guī)等截面方案的差異，指導(dǎo)變截面沉管隧道的設(shè)計(jì)實(shí)踐，按上述建模思路，以標(biāo)準(zhǔn)段尺寸建立等截面沉管隧道施工臨時(shí)沉放工況，并與變截面方案進(jìn)行對(duì)比分析。2.2 模型合理性驗(yàn)證


本文編號(hào)：3123724