城市地下管廊结构地震动力响应分析

地震安全问题是城市地下管廊设计中不得不考虑的部分.先使用反应位移法计算地震时管廊结构的内力,得出管廊薄弱部位.接着使用动力时程方法分析管廊的地震响应,建立土体与结构数值模型,在模型底部输入水平地震作用.采用土-结构界面接触单元,重点考虑土与结构之间的相互作用,得出结构与土之间的分离与滑移情况以及管廊在水平地震作用下的位移变形和应力分布.结果发现:地下管廊标准段结构在水平地震作用下发生明显的侧向位移,容易发生弯剪破坏,而水平方向未发生明显位移;管廊结构地震破坏时的薄弱环节在顶板、底板与侧墙的连接部位以及中隔墙的墙端,在抗震设计中需采取加固措施.     

预制管廊横向接头抗弯力学模型及取值方法

接头导致预制预应力综合管廊结构刚度分布不均匀,内力以及变形发生变化,而抗弯刚度是衡量管廊接头性能的重要指标以及评价管廊结构整体力学性能的重要参数.在考虑横向接头截面实际构造形式以及受力变形特点的基础上,通过内力平衡和变形协调条件,建立了可以表征接头截面从受力到破坏各阶段的力学模型以及相应的理论解析表达式.通过数值模拟的方法对接头抗弯刚度影响因素进行了敏感性分析,并在此基础上将理论计算结果与数值模拟结果进行对比,最后根据得出的抗弯刚度变化规律提出了管廊横向接头抗弯刚度两阶段取值方法,研究结果可为预制管廊的设计和理论分析提供参考.     

市政管廊基坑施工监测分析研究

通过对市政综合管廊基坑开挖的全程监测,结合管廊基坑的特点,分析基坑的水平位移变形、轴力、水位变化和周围地表沉降.研究结果表明以下几点:SMW工法支护下管廊基坑土体变形呈现出"两端小,中间凸"的特点,基坑变形主要出现在开挖过程中;"先撑后挖"会减小土体的变形量;坑外周围土体沉降随基坑开挖先剧烈下降,待基坑开挖到底后,逐渐趋于平缓;基坑在开挖和架设钢支撑时会导致支撑轴力大小浮动,为了确保基坑稳定,水位的监测是基坑监测中必不可少的环节.监测结果可为类似的综合管廊基坑的施工提供参考.     

地下综合管廊结构抗震性影响因素分析

地下综合管廊是在城市地下建造一个隧道空间,可以将各种市政管线敷设在管沟内将其保护起来,是一种现代化、集约化的城市生命线基础设施。但是综合管廊在我国的建设刚刚起步,与之相对应的各个阶段的理论设计和方法研究还没有得到很好的重视,相关结构抗震设计方面的研究与共同沟的建造速度仍然存在较大脱节,对其抗震方面的研究具有重要的理论价值和现实意义。因此通过研究地下综合管廊结构抗震的因素,得出相应的规律和结论,为今后综合管廊的建设和发展提供经验和参考。     

强动载作用下浅埋管廊结构试验研究

以浅埋双舱管廊结构为研究对象,开展大当量装药爆炸作用下管廊结构毁伤破坏试验。试验结果表明：管廊结构在进行抗爆设计时,可参考本文所述结构荷载计算方法,结构设计偏于安全;典型管廊结构在遭受与工况2当量相当的强动载冲击时,结构安全性会遭到破坏,但结构功能保存良好,内部管线运行正常;管廊结构在强动载作用下的破坏模式表现为大跨顶板弯曲破坏、顶板两侧腋角受压破坏。     

预制管廊横向接头刚度理论计算模型及方法

基于已经完成的预制预应力管廊横向接头结构受力性能试验,在考虑预制混凝土应变影响、高强螺栓伸长和接头拼缝张裂形态的基础上,根据变形协调条件和内力平衡方程,提出了管廊横向接头的抗弯承载力以及刚度的理论计算模型.将理论计算结果与试验结果进行对比,两者吻合良好,由此验证了理论计算模型的正确性.该研究成果将为预制管廊安全性的评判以及设计优化提供理论依据.     

细水雾应用于综合管廊电缆仓火灾灭火的数值模拟

为探究细水雾应用于管廊电缆仓内火灾灭火的效果,采用FDS模拟技术建立城市地下综合管廊电缆仓模型,分析在不同细水雾雾滴粒径、喷头间距、不同火源位置等条件下细水雾对电缆仓内火灾灭火的效能.研究表明:细水雾应用于管廊电缆仓内灭火效果良好,当火源位置位于不同电缆桥架时,细水雾均能有效扑灭电缆仓内火灾;在常规尺寸的管廊电缆仓内,...     

综合管廊燃气爆炸超压及温度变化规律数值模拟

为了研究综合管廊燃气舱燃气爆炸后超压及温度的变化规律,采用数值模拟的方法,建立燃气舱模型,分析了超压及温度的时空演化规律和不同燃气浓度对超压和温度的影响。结果表明,随着时间的增加,超压呈现上下反复波动的趋势,温度先增加再减小后保持稳定;随着传播距离的增加,超压峰值先增大后减小再增大,温度峰值先增大后减小,然后保持相对稳定。火焰传播距离约为预混气体积聚长度的2.5倍。随着燃气浓度的增加,超压峰值先增加后减小;浓度越高,温度峰值下降越慢,火焰传播距离越远。研究结果可为评估燃气入廊风险、完善燃气舱的安全设计理念,提高综合管廊燃气舱安全防护的科学性和合理性提供参考。     

沿海地区综合管廊综合舱通风除湿数值模拟

基于沿海地区综合管廊内部湿度较大,对管线及支架造成不利影响的现象,本文以平潭综合管廊工程为依托,采用计算流体力学软件Fluent建立三维数值模型,模拟综合舱通风过程,分析通风对流下的速度场分布及温、湿度场变化情况。研究表明：通风作用下,温、湿度较快发生变化的位置出现在速度较大的地方;距进风口100-180m处的各截面温、湿度场在变化过程中存在分层现象,应重点关注下层区域的温、湿度指标;通风是有效的除湿手段,但随着通风距离的增大,通风除湿效果呈减弱趋势,通风分区不宜过长。本文的研究对综合管廊的通风实际运营管理有一定的实际应用价值。     

软土地基综合管廊沉降数值模拟及工程优化

综合道路管廊是一个城市中集中铺设油气管道,光纤通信等基础设施的公共交通枢纽.管廊整体结构较长,穿越不同地质情况时很容易发生沉降差异,进而产生结构裂缝乃至彻底破坏.针对不同土质下道路管廊易出现不均匀沉降这一工程问题,依托益阳管廊项目,借助FLAC3D模拟软件建立有限元模型,探究了土体换填后管廊顶部管壁采用预应力锚索加固对...     

共同沟安全研究的数值仿真

对于气体泄漏的几种释放量进行了模型试验,数值模拟了在带有燃气管道的共同沟中燃气泄漏后的摩尔组分浓度分布.对比模型试验结果发现：在气体泄漏点的一定范围内,标准κ－ε湍流计算模型能够模拟燃气的泄漏,数值计算的燃气浓度能够满足工程精度要求,工程中的三维湍流问题可以进行数值仿真.     

单舱地下综合管廊地震动力响应振动台模型试验研究

采用振动台模型试验方法,对EL-Centro地震波作用下单舱地下综合管廊结构动力响应、土体动力响应以及土-结构相互作用机理开展研究。模型试验依托某实际工程为原型,按照1:15的比例尺缩,设计振动台模型试验,输入不同峰值加速度地震波,以此获得管廊结构以及周边土体的动力响应规律。试验结果表明:土体与管廊结构在振动过程中相互制约,存在明显的土-结构相互作用,在强震作用下管廊侧壁和土体出现脱离的情况,单舱管廊结构的运动始终保持了较好的整体性;管廊周边土体由于受到管廊侧壁的约束作用,土体发生不均匀位移或相对位移,动土压力分布形式错综复杂,土拱效应明显;在横向一致地震作用下,管廊结构横向应变随着地震波输入峰值加速度的增强而增大,其中管廊结构中部截面变形最为明显,各截面角点处的变形位移最大,是管廊抗震设计中需要重视的关键部位。     

某水电站导流隧洞开挖与衬砌过程数值模拟研究

利用大型通用有限元软件ANSYS对潘口水电站导流隧洞开挖与衬砌过程进行数值模拟.隧洞开挖与衬砌采用ANSYS软件中的生死单元来实现,开挖与衬砌过程中的每一步荷载的施加均采用存储应力的方法来实现.衬砌跟进时间分别采用两种极端情况:(1)将隧洞部分岩体开挖后,待变形稳定后再加衬砌;(2)隧洞岩体开挖后,不允许变形,立即衬砌,也即边开挖边衬砌.这两种极端情况下的计算结果前者偏于安全、后者偏于危险,实际工程中隧洞开挖后的最佳支护时间应介于二者之间.故在两种计算结果的基础上结合工程实际情况和经验,对潘口水电站导流洞洞身段围岩及衬砌稳定进行评价,以期为实际隧洞工程设计提供依据.     

柱状节理玄武岩卸荷力学特性的数值模拟

白鹤滩水电站厂区内的柱状节理玄武岩是由原生节理与隐晶裂隙共同切割形成的节理岩体.由于两种节理的形成机理、结构形式、空间产状、力学特性的不同,使得柱状节理玄武岩在不同应力状态下,具有不同的破坏模式.利用D-CRDM分析方法对柱状节理玄武岩卸荷过程进行了计算分析,同时结合现场声波测试结果分析柱状节理玄武岩的破坏机理与模式.研究表明:卸荷过程中原生节理在张拉作用下易产生表层的剥离破坏,而隐晶裂隙在拉、压状态下均会产生开裂破坏,并诱发岩体的整体失稳.岩体的现场破坏证明了该研究结果的正确性,同时研究结果为洞室的岩体支护方式的选择提供了参考依据.     

螺栓球柱节点单向受弯性能有限元分析

为研究螺栓球柱节点的受弯性能,基于2个单向受弯节点试验,采用ABAQUS建立了螺栓球柱节点的有限元模型,得到了节点的破坏模式、螺栓内力及荷载-位移曲线.通过对比发现,数值分析结果与试验结果吻合良好,验证了数值模型的可靠性.随后对螺栓球柱节点的数值模型进行了合理简化,并分析了正、负弯矩作用下节点的受力特性.建立了46个数值模型,对影响螺栓球柱节点受弯性能的因素进行了详细的参数分析.结果表明,增大圆柱筒壁直径及壁厚可显著提高节点的受弯性能;节点的抗弯刚度及承载力随杆件宽度、弧形垫片厚度、螺栓尺寸及间距的增加而提高,且节点受正弯矩时提高更为明显;设置加劲肋可显著提高节点受弯性能.     

冬季管廊逃生口对廊内水管结冰的影响

为保证冬季综合管廊综合舱（水舱）水管的正常运行,对北京某管廊逃生竖井的温度进行了实验测试,并用数值模拟研究了地域、逃生口直径、埋深对逃生竖井下方管廊内温度的影响。结果表明：综合管廊综合舱内的温度受地域（冻土层深度和地下土壤温度）影响较大,并且与外界环境有着密切的关系,外界环境温度每降低5 ℃,温度最大降低1.7 ℃;逃生竖井下方廊内温度与逃生口直径呈负相关、与逃生竖井的埋深呈正相关,直径每增加0.2 m,温度最多降低0.6 ℃,埋深每增加0.5 m,温度最多升高0.4 ℃;对于严寒地区有必要采取双层井盖或保温井盖的措施,采用双层井盖时,第二层井盖设置在冻土层深度处时对廊内保温效果最好,最大温度相差4.9 ℃;综合舱两边靠上的区域相较于其他位置温度较高,最大温差可达1.64 ℃,故水管应放在舱内两边靠上的位置。研究结论为管廊的设计和运维提供参考价值。     

综合管廊排水系统潜水泵的临界淹没深度

综合管廊设有雨水渗透、外部通风口、人员进出口、投料口等外部开口,一旦发生紧急进水,排水系统是保障管廊安全运行的重要附属设施.通过对北京、上海及海口等管廊考察,确立了典型管廊排水系统示意简图,建立了集水坑排水模型,使用计算流体动力学软件对排水过程进行模拟,探究了潜水泵的临界相对淹没深度,提出了一个新的廊内集水坑理想条件、入口速度恒定和入口速度连续变化三种工况下的经验公式,并将该经验公式与常用的三种经验公式(Knuass公式、Hecker公式和何耘公式)进行详细对比讨论,可为管廊排水系统集水坑的设计、潜水泵的布置与安全评价的决策提供指导性建议.     

卯榫接头装配式矩形隧道静力行为及抗爆性分析

设计了一种应用于装配式矩形隧道的卯榫接头,探究了卯榫接头装配式隧道静力行为和内爆作用下的抗爆性能,建立了反映接头非线性力学特征的三维精细化数值模型,利用流固耦合分析实现了TNT爆炸模拟,对比评价了卯榫接头与现浇接头在不同围压荷载作用下的抗压弯承载能力、抗爆性及混凝土损伤特性.结果表明:新型接头抗压弯承载能力略高于现浇接头矩形隧道;在相同当量TNT炸药下,新型接头装配式矩形隧道抗爆能力整体上优于现浇接头矩形隧道;新型接头装配式矩形隧道损伤破坏主要发生在钢柱和顶板-墙结点区域.研究结果为装配式矩形隧道结构设计及防灾减灾提供理论支撑.