硫酸盐侵蚀后地铁盾构隧道纵缝接头抗弯力学模型

基于地铁盾构隧道混凝土被硫酸盐侵蚀实际工况,建立了能够考虑接缝细部构造、表面混凝土及螺栓等且接缝截面可离散为不同类型受压区的纵缝接头正弯矩力学模型。采用全积分形式进行混凝土本构关系运算,适用分析混凝土被硫酸盐侵蚀后接缝面混凝土压碎、螺栓屈服以及接头极限状态。结合数值计算进行对比分析,两者结果基本一致,验证了力学模型合理性。研究结果表明:正弯矩作用下,混凝土被硫酸盐侵蚀对纵缝接头力学性能的影响主要表现在外表面边缘混凝土接触之后。随着硫酸盐侵蚀时间的增长,纵缝接头极限弯矩不断减少,但减幅较为平均。同时,各变形量最大值也随着侵蚀时间的增长而减小,但减幅各自不同。随着硫酸盐侵蚀厚度的增大,纵缝接头极限弯矩及各变形量最大值均不断减少,且减幅不断增大。     

深埋排水盾构隧道接头铸铁件力学性能试验

为研究适用于深埋排水盾构隧道的高刚性管片接头铸铁件,对2种型式的高刚性盾构管片接头开展了正弯矩试验,分析了不同型式铸铁件的力学性能及高刚性接头的破坏模式.研究表明,高刚性接头在正弯矩承载时的破坏模式与大偏压受力截面类似,首先螺栓或铸铁件屈服,随后受压区混凝土压碎、接头破坏.若接头铸铁件刚度充足,接头破坏时铸铁件无变形、螺栓屈服,接头承载力较高,且铸铁件锚筋全部受拉,锚筋的锚固作用得以充分发挥;若接头铸铁件刚度不足,接头破坏时铸铁件变形5mm、螺栓未屈服,接头承载力较低,且铸铁件锚筋部分受拉、部分受压,锚筋的锚固作用未能充分发挥.     

混凝土管片及其接头承载力特性数值模拟分析

为了分析混凝土管片及其接头的力学特性,采用有限元方法数值模拟完整混凝土管片及其接头的承载力特性。混凝土本构关系采用Rush建议的二次抛物线和水平直线组合模型。钢筋采用弹性-理想塑性本构模型。采用杆单元模拟混凝土管片内的纵筋和箍筋以及管片接头处螺栓。研究不同轴力与弯矩组合作用下混凝土管片极限承载力的变化规律,分析正负弯矩作用下混凝土管片接头的承载力特性。研究表明,混凝土管片的极限弯矩随轴力的增大而增加;在最大轴力时与无轴力管片承载力相对比,管片极限弯矩增加70%。通过对管片接头研究发现,管片接头的极限承载力只是管片的40%左右;接头的存在降低了混凝土管片的承载能力,管片接头的极限弯矩大小主要受接头螺栓强度和位置的影响。     

类矩形盾构隧道结构极限承载力分析

建立考虑材料非线性与几何非线性的类矩形盾构隧道结构受力非线性数值模型。利用该模型对极限工况下的三组试验结构进行数值模拟,并将数值模拟结果与整环足尺试验结果进行对比,验证该模型的正确性和有效性。最后,对影响类矩形盾构隧道结构受力性能和极限承载力的关键因素进行参数分析。结果表明:类矩形盾构隧道结构破坏源于管片接头破坏,最终因T块管片破坏导致结构失去承载力,结构破坏模式与纵向接头、管片本体及中柱的力学性能相关;类矩形盾构隧道结构理想的破坏模式是在管片接头充分发挥承载力的同时,管片本体主筋屈服、结构发生延性破坏。     

盾构隧道衬砌结构小角度斜穿地裂缝的破坏机理

从西安地铁1 #线工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计了盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的物理模型试验管片混凝土应变、纵向和环向螺栓应变、结构接触土压力外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明:盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的变形破坏模式为剪切变形为主,局部有扭转变形;结构破坏范围为上盘1.25D,下盘0.75D(D为管片环外径);管片衬砌结构变形破坏不对称,管片环向处于偏压状态;环缝拱底位错量大于拱顶和拱腰,拱底最大位错量达40 mm(0.033D),模型难以适用地裂缝错动变形20 cm(0.1667 D),盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境     

双侧卸载工况下盾构隧道错缝拼装结构变形特征

依托厦门地铁2号线区间隧道,采用相似模型试验和有限元数值模拟分析了隧道双侧卸载工况下结构的受力变形特征、破坏形式及损伤过程,得到盾构隧道管片错缝拼装结构在双侧卸载工况下的变形控制指标.结果表明,管片混凝土裂缝宽度达到设计允许值0.15 mm时的收敛变形值为3.29‰D(D为隧道直径);螺栓屈服时收敛变形值为10.67‰D,结构破坏形式表现为由管片开裂、螺栓屈服直到变形过大并垮塌.     

拼装式增强结构加固盾构纵缝力学特性试验

内部加固技术是控制盾构衬砌环及局部接缝变形的有效方法,常用的加固技术多为在隧道内部添加钢板等结构,但具有加固后遮挡衬砌表面、不利于观察衬砌病害等缺陷。鉴于此,提出了一种拼装式增强结构,并对安装与未安装拼装式增强结构的盾构纵缝开展正、负弯矩试验研究。试验结果表明：拼装式增强结构对正、负弯矩承载的纵缝均具有一定的加固作用,在纵缝张开后,拼装式增强结构与螺栓共同承载,可限制接缝张开、提升接缝承载能力。但拼装式增强结构对纵缝在负弯矩荷载作用下的加固作用有限,不如正弯矩承载时明显,主要原因是该结构安装于接缝内弧面,对接缝内弧面的张开可以有效控制,对接缝外弧面的张开限制作用较小。另外,拼装式增强结构与管片连接位置周边的混凝土出现了破坏,该连接位置对于拼装式增强结构加固效果的发挥极为关键,需进一步优化。     

地铁盾构隧道30°斜穿地裂缝的物理模拟试验

为了研究30°斜穿地裂缝的盾构隧道管片衬砌结构在地裂缝影响下的变形破坏模式和影响规律,从西安地铁盾构隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计了盾构隧道管片衬砌结构模型试验的相似常数,对模型混凝土、模型钢筋、结构围岩、模型管片及其连接螺栓参数等进行了设计.该结构模型试验能对结构钢筋、混凝土进行应变测量,对结构接触土压力和结构外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形等进行观测.借助地基沉降试验平台,通过自锁式千斤顶的缓慢下降,实现对地裂缝上盘相对下降的模拟,地裂缝的活动速率和错动量通过工控机控制自锁式千斤顶的运行速率和行程来实现.试验结果表明:该试验设计满足地裂缝活动下30°斜交盾构隧道管片衬砌结构变形破坏模式和破坏范围研究的需要,能实现模型试验目标;地基沉降试验平台能较好地模拟地裂缝的活动.     

无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法

为完善无筋钢纤维混凝土管片的设计方法,加速其在城市轨道交通中的应用,提出一种新的无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法。根据已有对钢纤维混凝土本构关系的研究成果,依据地铁管片的受力特点,分析了影响地铁管片正截面承载力的主要因素。依据无筋钢纤维混凝土管片极限拉应变与钢筋混凝土的极限拉应变不在一个数量级上的差异,结合现行混凝土规范,采用平面假设,把应力和应变作为无筋钢纤维混凝土管片设计的特征值;用钢纤维混凝土应变的取值范围对应不同的设计工况,将不同工况下的无筋钢纤维混凝土管片的设计验算结果归结到同一张应力应变图中。论述了采用轴力-弯矩包络图进行正截面设计验算的主要流程,并通过一个工程实例展示不同工况下无筋钢纤维混凝土轴力-弯矩包络图的相互关系。计算结果表明：在正常使用极限状态下,强度是影响承载能力的主要因素;而承载能力极限状态下,特别是偶然荷载作用下,无筋钢纤维混凝土的韧性是影响承载能力的主要因素。     

盾构隧道管片接头的易损性分析和评价

管片接头是盾构隧道结构力学性能的薄弱和关键部位.从抗弯、抗剪及抗渗三个方面,提出接头易损性评价方法.在轴力、弯矩和剪力作用下,考虑接头自身健康状况,并以混凝土、螺栓的应力状况和渗漏水作为评价指标,建立接头易损性评价模型.建立管片接头力学解析模型,分析接头的力学响应,并建立管片接头三维有限元精细化模型,对比验证解析模型的正确性.通过蒙特卡洛计算,获得大量计算样本,并在此基础上构建管片接头易损性的贝叶斯网络.根据接头易损性贝叶斯网络,分析接头易损性,并结合现场监测,反分析盾构隧道管片接头的健康状况,更新接头易损性预测,指导盾构隧道的正常运营维护.     

沿应变路径准静态加载时混凝土的极限状态现象

为了研究混凝土的力学行为,利用电液伺服系统实验机对立方体试块沿着应变空间中的偏平面压缩路径进行了三轴加载试验.试验结果表明:混凝土材料在应力空间中存在有一个极限状态曲面,当沿着应变路径进行加载时,应力状态点的运动轨迹最后总是汇集到该曲面上,极限状态曲面与应力空间中的破坏面重合.在平均应力p与广义剪应力q构成的直角坐标系中,p轴上存在两个临界值,把p轴划分成低压区、中压区和高压区.当应变路径起点对应的p在同一区内时,p-q曲线彼此相似,在不同区时曲线有一定差异.极限状态现象可能引导研究者建立起一种混凝土特有的新的本构关系理论框架.     

大型铸钢节点极限荷载及破坏机理分析

结合成都某工程管桁架屋盖的大型铸钢节点,运用有限元技术采用线性强化弹塑性本构模型对铸钢节点进行极限状态分析。结果表明,铸钢节点在极限荷载下会产生很大的累积塑性应变;且随着塑性区的开展,节点应力极值位置与弹性阶段不同。在铸钢节点极限承载机理研究中,首次提出了采用速率型张量的大应变几何非线性问题;给出了铸钢节点破坏失效的判别标准;并指明铸钢节点设计必需进行极限状态分析才能确定其最薄弱位置,为正确认识铸钢节点的破坏形式、破坏机理以及铸钢节点设计提供依据。     

大开口船舶的扭转极限状态

给出利用下限定理计算扭转极限状态下船体剖面上塑性剪流分布的方法,以及相应的线性规划问题,根据扭转极限状态下剖面剪应力的分布可计算剖面的极限转矩,对3艘不同尺度的大开口集装箱船用该方法进行了计算,所得极限转矩与主要船级社规范公式计算的波浪转矩设计值进行了比较,从而得到船体在扭转方面安全性的粗略的定性估计,计算结果表明,对大型和超大型集装箱船,扭转方面的安全性必须引起重视,该方法可在大开口船舶计与扭转失效模式的结构可靠性分析中作为计算船体极限转矩的工具。     

高速公路隧道装配式仰拱接头力学性能研究

为研究公路隧道装配式仰拱结构接头的力学性能,首先建立装配式仰拱接头三维数值计算模型,模拟接头细部结构,分析比较弯螺栓、直螺栓对仰拱接头在不同轴力、弯矩组合作用下接头张开量、转角、螺栓应力以及接触压应力等的变化规律。然后采用大比例尺室内仰拱接头加载试验对模拟结果进行验证。结果表明：接头张开量、转角随着弯矩增加不断增大,接头抗弯刚度不断降低;接头张开量、转角随轴力增加而减小,接头抗弯刚度则不断增大;弯螺栓接头抗弯刚度大于直螺栓接头抗弯刚度;螺栓整体受拉,螺杆受力状态与螺栓形式及接头变形有关,整体上弯螺栓应力大于直螺栓应力。对比分析数值和试验结果,整体变化趋势一致。研究成果为公路隧道装配式仰拱接头设计提供参考。     

加筋地基的极限分析

分析了筋材对加筋地基承载力的贡献 ,它包括筋材拉力向上分力的张力膜作用和水平分力的侧向限制作用。运用极限平衡原理推导出加筋地基极限承载力的计算公式 ,计算结果与已发表的典型模型试验结果相比 ,基本一致。从筋材抗拔出极限状态分析推导出筋材长度的计算公式。公式中筋材的拉力取极限抗拉强度 ,将极限承载力除以安全系数得容许承载力 ,而筋材长度的公式中已包含了抗拔出安全系数     

直螺栓连接预制综合管廊刚度计算方法

为研究直螺栓连接预制管廊的纵向受力性能,引用隧道纵向刚度计算的纵向等效连续化模型,对其进行改进,使其适用于直螺栓连接的预制管廊,从而得到考虑螺栓预应力影响的纵向等效拉压刚度和弹性弯曲刚度。求得了预制管廊在弹性极限弯矩作用下,截面最大拉应力、截面最大压应力、接头最大变形、接头螺栓最大拉应力和接头螺栓最大变形的表达式。运用所得表达式,结合工程实例参数,分析了管廊截面尺寸、管壁厚度、节段长度和螺栓个数对其受弯矩作用时中性轴的位置和纵向等效刚度的影响程度和趋势。结果表明,管廊抗弯刚度受截面宽高比影响较大;通过增加管壁厚度来提高管廊等效刚度的方法不经济;在满足设计要求条件下,适当增大预制节段的长度和增多连接螺栓数量可以有效提高管廊的纵向刚度,并能够很好的改善管廊截面受力状态,同时不失经济性,为直螺栓连接预制拼装管廊结构的设计合理性和工程适用性提供理论支持。     

钢框架正常使用极限状态考虑二阶效应的侧移性能研究

针对我国钢框架高等分析研究主要针对承载力极限状态的现状,分别采用传统一阶侧移计算方法、二阶简化侧移计算方法和二阶精确侧移计算方法对1榀2跨15层钢框架在正常使用极限状态时的侧移变形进行了计算,获得了钢框架在3种计算方法下的顶点侧移及层间侧移,并将获得的侧移计算结果进行了对比.研究了钢框架考虑二阶效应后对结构侧移变形的影...     

城市轨道交通桥梁按极限状态法设计的建议

通过对各国桥梁设计规范中关于结构设计基本方法的研究 ,参照我国实际情况 ,分析了城市高架轨道交通桥梁的特点 ,提出了高架轨道交通桥梁荷载的分类与组合形式 ,确定了设计主要表达式和各计算系数的取值 ,并结合实际算例对极限状态法和容许应力法进行了比较 .建议今后高架轨道交通桥跨结构按极限状态法进行设计     

位移连续变更与极限状态函数的连续生成

基于我国《建筑结构设计统一标准》的极限状态设计原则,结构物不允许出现影响正常使用的外观变形,提出了刚架结构位移连续变更方法·用数值分析与递推公式相结合的方法,实现连续变更结构的变形极限状态函数的连续生成·重分析不必重新形成结构刚度矩阵,不必反复求逆矩阵,使得识别系统主要失效模式的方法得以简化,有效地提高了计算时效,并为刚度可靠性分析提供了新方法·算例验证了方法的正确性及实用性·     

带横缝拱坝的抗震可靠度计算

对带横缝拱坝的抗震可靠度进行了研究，将坝体的最大主拉应力作为结构的效应，结构的抗力取为坝体材料的极限抗拉强度，对不同地震烈度下，无缝线弹性整体拱坝和带横缝的非线性拱坝的可靠度进行了分析计算和比较，将所得成果同基于使用极限状态的可靠度结果进行了比较，得到一些有益的结论。