带接头地下管线变形的傅里叶级数解

地铁隧道开挖将引起地下管线产生附加变形,造成管线的破坏.将带接头地下管线视为弹性地基梁,引入"相当荷载"改进匀质管线变形的控制微分方程,使之能够考虑接头处的刚度折减.采用傅里叶级数解法求解控制微分方程,得到未知傅里叶级数系数的表达式,进而得到关于管线接头相对转角的线性方程组.假定地层变形符合Peck曲线,将基于傅里叶级数法得到的计算结果与数值模拟方法进行对比,验证了方法的正确性.计算结果表明,在地层位移荷载作用下,管线产生变形,管线接头处产生明显转动.地层沉降对距隧道开挖中线3i(i为沉降槽宽度系数)以外的管线影响较小,该区域内接头相对转角远小于容许值,在计算时可不作考虑,以减少未知量的数目.当某个管线接头位于隧道开挖中心的正上方时,该接头处将产生最大的相对转角,因此在缺少管线接头位置资料的情况下,可假定某个管线接头与隧道开挖中线重合,以得到接头相对转角的保守计算值.     

盾构隧道开挖引起既有管线的竖向变形研究

建立了基于双参数Pasternak地基模型的管线竖向变形计算方法,第一阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析方法计算盾构隧道开挖引起的既有管线轴线位置处的土体自由位移场;第二阶段将既有管线视为Pasternak弹性地基上的无限长梁,将土体自由位移施加于管线,推导并求解了管线的平衡微分方程,得到了管线竖向位移和内力的表达式.进一步推导并求解了考虑侧向土体作用时的管线平衡微分方程,得到了更符合实际的管线变形.基于简化弹性空间法获得的地基参数,将Pasternak地基和Winkler地基的解析计算结果与数值计算结果以及工程实例监测数据进行对比验证,证明了Pasternak地基模型的优越性和本文计算方法的有效性.     

地铁隧道开挖引起的管线变形计算与试验研究

为得到管线附加变形的理论计算方法,建立了考虑管土脱空的双层弹簧弹性地基梁模型．基于所建模型分别推导了管土接触区与脱空区的荷载表达式,给出了管线变形控制微分方程的传递矩阵法求解步骤,利用有限元数值解验证了理论解的正确性．计算了管土相对刚度系数R与管线归一化弯矩和沉降的关系．开展离心模型试验对管土脱空行为进行观测,将试验数据与理论计算结果进行了对比分析．结果表明：本文方法计算得到的管线沉降和弯矩比当不考虑管土脱空时较小;R=1×10^-4可作为判断管土能否产生脱空的界限;在离心模型试验中,管线与下部土层相互作用力试验结果证实了管土脱空的存在,表明在管线变形计算中考虑管土脱空是有必要的．     

隧道开挖引起地下管线竖向位移的初参数法求解

现有解析法对隧道开挖导致临近地下管线产生位移的分析较少且考虑影响因素不全面.针对这一问题,在Winkler弹性地基梁理论基础上,建立管线竖向位移的计算模型,提出求解隧道开挖引起的临近地下管线竖向位移的初参数法.通过采用ABAQUS软件中的管土相互作用模块进行管线变形的有限元数值模拟,验证了计算方法的正确性.工程实例的计算结果和实测数据的对比表明文中计算方法的合理性.初参数法综合考虑管线和土体双重因素的影响,克服了已有方法的局限性,且计算结果符合实测管线位移小于自由场土体位移规律.     

深基坑开挖引起邻近地下管线位移的两阶段法

针对深基坑开挖引起的周围地下管线位移,基于两阶段法,首先给出了基坑开挖引起的周围自由土体位移的计算方法,然后结合Winkler弹性地基梁模型,建立了受土体卸载附加变形影响的地下管线竖向和水平方向位移方程,通过有限差分法求解出地下管线位移。将此方法应用于工程实例,其理论计算结果与现场实测数据基本吻合,验证了两阶段法的合理性及适用性。本方法可用于分析管线埋深、管线距离、地基土性质等因素对管线变形的影响。     

考虑接头力学特性的沉管隧道计算方法

基于沉管隧道管节接头的构造特征,建立接头的力学模型,将接头位置管节间的相互作用离散为一系列由剪切弹簧、法向弹簧组成的组合弹簧和体现相互之间空隙的阈值。根据得到的节点弹簧法向位移、切向位移,在计算过程中实时判断接头的工作状态并动态调整弹簧刚度参数,并将接头模型应用到沉管隧道结构计算中。该方法可与沉管隧道管节模型结合,综合考虑沉管隧道在不同自由度方向上的结构性能,计算管节和接头的内力与变形。最后,以港珠澳沉管隧道为研究对象,研究沉管隧道接头在实际荷载作用下的受力与位移情况。     

地铁隧道开挖中地下管线的内力和变形分析

以Winkler弹性地基梁理论为基础,针对地铁开挖过程中地下管线的受力作用和变形作用进行分析,并在考虑地基扩散作用影响下构建地下管线挠度位移、转角、弯矩和剪力的表达式,定量分析地基扩散角与埋深对地下管线变形的影响.经理论分析证明:地下管线最大挠度出现在沉陷区域中间,沉陷区两端边缘处集中了最大弯矩和剪力,地基扩散角与管线的埋置深度均对管线最大挠度有重要影响.     

深水超长沉管隧道接头及止水带地震响应研究

依托港珠澳沉管隧道工程,建立了3维实体连续有限元模型,对这条深水超长沉管隧道在地震作用时接头处的内力和位移情况以及止水带的压缩与变形进行了详细的模拟与研究,重点分析了地震作用时沉管隧道接头处的相对位移(包括管节接头和节段接头)、管节接头处GINA止水带的变形,为施工和运营期的安全与维护提供必要的指导和依据.     

考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙结构分析的传递矩阵法

考虑剪力墙剪切变形影响、连梁固结连接条件,利用变分原理,建立框架-剪力墙结构分析模型的微分方程。推导微分方程的初参数解,进而建立适应变刚度结构分析的传递矩阵法,给出均布荷载和倒三角形分布荷载作用的传递矩阵荷载附加项的计算公式,导出顶部集中荷载、顶部集中弯矩、沿高度方向均布荷载和倒三角形分布荷载作用下的挠度、转角、剪力墙弯矩、剪力的计算公式。以2个铰结体系框架-剪力墙为例,对计算公式进行验证。研究结果表明:当连梁等效抗弯刚度为0 k N·m/m时固结体系可退化成铰结体系,当剪力墙抗剪刚度趋于无穷大时,弯剪型剪力墙可退化为不考虑剪切变形的弯曲型剪力墙,因此,本文微分方程可适应于多种模型的计算;采用传递矩阵法分析变刚度框架-剪力墙结构,其计算结果与采用平均刚度法的理论解析解结果较吻合,证明传递矩阵法与平均刚度法都具有可行性,但若提高计算精度,则应采用能考虑变刚度特征的传递矩阵法或有限元法;考虑剪力墙剪切变形影响的本文计算公式所得计算结果与其他公式所得结果有一定差别。     

地下连续墙深基坑开挖与纵向地下管线保护

首次采用空间８节点非协调等参元方法，研究地下连续墙深基坑开挖过程中土体沉降沿基坑纵向的分布规律，并与上海地铁一号线徐家汇地铁车站的实测结果比较。引进了沉降传递系数的概念。据此可根据地表沉降值估算地下管线变形值，以保护沿基坑纵向的地下管线安全，所得结论可供工程技术人员参考。