地震作用下沉管隧道节段接头剪力键的力学性能

基于有限元法结合黏弹性人工边界,将地震波输入转化为等效节点力,建立了基于波动理论的三维平面SV波入射方法.半空间算例证明了SV波入射方法及其数值实现的准确性,并在该地震波输入方法的基础上,考虑上覆海水对沉管隧道的静、动水压力,研究了港珠澳大桥沉管隧道节段接头剪力键的力学性能.研究结果表明:水平地震作用下也会产生竖向加速度,但竖向加速度值较小;地震作用下剪力键受力最大的是压应力,拉应力相对较小;剪力键拉应力主要集中在剪力键与沉管主体连接的部位,该处易产生拉伸裂缝,水平剪力键的破坏形式主要是拉伸破坏;接头剪力键的布设方向决定了剪力键根部的剪力分布,绝大部分剪力被布设方向和节段位移方向相一致的剪力键所承担.     

沉管隧道接头三维非线性刚度力学模型

根据沉管隧道接头的构造特征,在接头静力平衡关系的基础上,建立了沉管隧道接头力学模型.该模型可以计算接头的轴向位移、切向位移以及转角,考虑了沉管隧道接头变形协调几何关系、GINA止水带和OMEGA止水带的应力-应变关系,并依据剪力键的相对位移对接头处不同工作模式进行了识别与划分.对不同工作模式下剪力键的受力作用机理进行了分析.利用此计算模型,得到了沉管隧道接头的位移和力的关系曲线,并对沉管隧道接头处不同构件的材料选取给出了建议.     

沉管节段接头剪力键结构形式合理性

为了优化剪力键结构,改善剪力键受力,采用三维数值模拟软件对沉管节段接头剪力键的受力特性进行了分析,并将结果与大比例尺模型试验剪力键受力特征及破坏状态进行比较,得出了剪力键端角处局部压应力较大,剪力键与衬砌衔接处局部拉应力较大的受力特点。针对上述受力特点,提出了在剪力键与节段衔接处增设受拉钢筋,对剪力键的结构形式进行了3种改变的建议,并将改变后的剪力键与工程原型进行局部三维数值模拟对比研究。研究结果表明:相比工程原型,增大剪力键端头倾角有利于剪力键受力,但效果并不显著;端角处采用圆角设计,能够明显改善剪力键受力,其端角处的局部应力较工程原型降低了27.2%;在端角处采用倒角设计,剪力键局部应力集中最显著,不利于剪力键受力,应避免采用。     

沉管隧道多尺度方法与地震响应分析

针对目前沉管隧道多质点-弹簧抗震简化分析模型的不足,如无法合理模拟沉管接头的细部构造及力学特征,提出了一种同时表征沉管隧道宏观整体响应和细观接头构造的多尺度分析方法,其中宏观多质点-弹簧-梁耦合模型用于描述沉管隧道结构与地层的动力相互作用以及宏观整体地震响应特征,细观精细化模型用于捕捉沉管接头的张合量、剪力键受力等动态...     

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。     

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.     

沉管隧道纵向抗震设计实例研究

采用有限元进行动力实例分析的方法可以确定整个隧道内力和位移分布,从而可以方便地确定管段接头的内力和相对位移。在横向和竖向地震动输入下,管段接口处的剪力键会承受一定的地震力,但水平抗剪强度足够,接头最大相对水平位移值应在允许范围内。沉管隧道管段间采用柔性连接方式可有效地降低接头内力,提高隧道在地震作用下的安全和稳定性。     

港珠澳大桥沉管隧道的横截面承载力分析

以港珠澳大桥沉管隧道最大埋深段为研究对象,将沉管隧道简化为框架结构,采用荷载结构模型对结构内力进行分析,研究各构件的内力状态.在内力分析的基础上,进一步验算沉管隧道各构件的正截面承载力、斜截面抗剪承载力及结构表面混凝土裂缝宽度.计算结果表明:沉管隧道正常使用状态下的极限承载力由混凝土裂缝宽度控制,正截面承载力和斜截面抗剪承载力都远大于结构的内力;使用有限元软件Abaqus对沉管隧道模拟的结果与理论计算的内力状态、混凝土受拉破坏状态相吻合.     

广州洲头咀沉管隧道地震响应研究

采用弹性地基梁理论计算了广州洲头咀沉管隧道的地震响应,在假定管段接头为刚接、铰接和半刚接3种工况下,计算了隧道在纵向和横向振动时的轴力、剪力和弯矩时程.结果表明:1)隧道的各种内力响应时程图形形状与输入地震波基本一致;2)采用刚性接头时的最大轴力、剪力和弯矩较其他两种工况更大;3)半刚性接头对于沉管隧道在地震作用下的轴力、剪力和弯矩力学性能均有一定改善,这与有关文献的研究结果是一致的;4)在采用半刚性连接时隧道的接头内力和转角均较大,在实际工程应用中如采用该种连接方式,建议进行地震作用下的接头内力和接头相对位移验算.     

基于云理论的隧道结构健康诊断方法

隧道健康状态诊断过程作为一个模糊系统,具有随机性和模糊性的特点.传统的隧道结构健康诊断方法无法妥善地将系统的模糊性和随机性关联在一起.基于此,针对隧道结构健康状态诊断系统的模糊性和随机性特点,提出了基于云理论的隧道结构健康状态诊断方法.首先,建立反映隧道结构健康状况等级评语集的正态云模型.然后,依据逆向云发生器原理,将隧道结构健康状态指标的监测数据的归一化结果值转化为隶属度云模型.将健康状态指标的重要性语言值转化为权重云,用于表征各健康状态指标的重要程度.最后,运用云理论的计算方法对隧道结构健康状态等级进行诊断,得到健康状态等级诊断结果的云模型.应用云模型的改进方法,对某市地铁2号线盾构隧道结构健康状态进行了诊断,极大提高了诊断结果的可视化和鲁棒性.     

隧道长期安全监测及评价模型

分析影响隧道长期安全的结构因素和环境条件因素,并根据有关规范,设计监测方案.根据监测方案建立隧道长期安全评价模型.其中,对于隧道结构,基于单指标安全等级评价建立隧道结构长期安全的多指标综合评价模型,并引入6位5进制数作为隧道结构长期安全状况综合评分,与安全等级评价相结合,更加详实地反映了隧道结构的安全性.对于环境条件,应用层次分析法确定指标权重,梯形分布隶属函数计算指标隶属度,建立隧道运营安全的模糊综合评价模型.最后,将监测方案和评价模型应用于重庆嘉华隧道,取得良好的效果.     

基于AHP和模糊理论耦合的隧道施工风险等级评价

为实现山区铁路隧道风险评价的目的,需要通过风险识别及风险评价手段将可能发生的风险进行人为管控。以昆明至宜良高速公路穿越山区隧道为研究对象,确定隧道施工过程中的4个一级指标、11个二级指标,采取指标模糊互补矩阵计算各因子权重及因子隶属度,运用层次分析法(analytic hierarchy process, AHP)和模糊数学理论相结合的方法对隧道施工风险开展评价,确定项目各风险分级。结果表明,所选取的4个一级指标(突水涌泥、洞口工程、塌方、大变形)的权重依次达到0.295、0.119、0.254和0.332;经风险计算后突水涌泥风险、洞口工程风险、塌方风险、大变形风险计算值分别为7.43、4.54、8.54和12.22,其中大变形风险值达到12.35,处于极高风险等级。基于AHP和模糊数学理论构建的隧道施工风险评价模型,可以同时获得影响隧道施工的各因子风险等级,并进行风险等级以及总施工风险等级判别,对促进隧道正常掘进施工有一定的指导作用。     

钢-混凝土组合沉管结构抗剪机理

以深圳至中山跨海通道沉管隧道设计方案为研究背景,建立沉管节段的精细化非线性有限元模型,进行四点反弯矩剪切试验仿真模拟.结果表明,在隧道横向,横隔钢板和混凝土分别承担斜向拉力和斜向压力,两者形成主要的受力体系;在隧道纵向,混凝土内未发现明显的横向应力分布变化;角钢连接件主要承担格室面板与混凝土间的剪力传递,拉拔作用不明显;在结构弹性状态下,各连接件抗剪刚度相近、剪力分布均匀;连接件附近混凝土开裂后逐步退出工作,但并不影响结构继续承载;剪切破坏过程表现为结构依次发生混凝土弯剪开裂、连接件处混凝土开裂、横隔钢板屈服,最终因混凝土剪切斜裂缝贯通达到结构极限承载力.     

基于熵权模糊综合评价法的城市生态系统安全研究

针对城市生态系统安全研究较为复杂的问题,根据其概念和内涵要求,从城市生态系统压力、状态、响应三个方面建立评价指标体系,用熵权法计算各指标的权重,以模糊数学法构建评价模型,对六盘水市进行实例研究.结果表明,六盘水市城市生态系统压力要素处于"不安全"等级,最大隶属值为0.532 4;状态要素处于"较不安全"等级,最大隶属度值为0.419 2;响应要素处于"较不安全"等级,最大隶属值为0.437 3;城市生态系统安全综合评价处于"较不安全"等级,最大隶属度值为0.340 2.六盘水市城市生态系统安全有待提高.     

隧道健康动态评价模型与应用

在隧道健康安全评价的指标体系及其等级标准的基础上,通过规范化处理样本资料库中的元素,消除了指标类型和量纲的影响后,提出用集对分析方法构造可变模糊集的相对差异度函数,合理的确定了各层相关隧道健康评价指标处于级别标准区间的相对隶属函数,采用乘积标度法确定相关指标权重后,得出了隧道健康模糊综合评价动态模型。确定健康级别指标特征值后,结合实例计算证明了文中所提方法的科学性与合理性,有利于推动可变模糊集理论在土木工程领域的进一步发展。     

基于模糊层次分析法的隧道钻爆法施工风险评估

影响隧道钻爆法施工的风险因素比较多,为了能够对其风险程度作出较为客观的评价,针对当前隧道钻爆法施工风险因素仍存在许多不确定性与模糊性的特点,提出模糊层次分析方法以解决评价指标难以量化问题。通过对隧道钻爆法施工风险指标产生原因比较识别,主要从施工风险、固有风险、管理风险三个方面构建风险评价指标体系,包括11个二级评价指标。兼顾主客观因素,其中采用层次分析法确定各评价指标相对权重并构建梯形隶属函数,计算风险指标对各等级风险水平的隶属度。结合泉水沟尾矿库排洪隧道工程实例,通过计算评价指标权重向量和分析模糊综合评判结果,给出了该工程较为准确、合理的隧道钻爆法施工风险等级,验证了所建方法的合理性与可行性。     

浅层采空区塌陷结构面应力效应直剪力危险性测试

浅层采空区的稳定性受塌陷结构面应力效应直剪力的直接影响.采用当前方法测试采空区塌陷结构面应力效应直剪力的危险性时,测量的结果相比实际的结果准确率较低,得到的危险性结果不符合实际结果.提出浅层采空区塌陷结构面应力效应直剪力危险性测试方法.在采矿因素、地质因素、环境因素和水文因素中选取浅层采空区塌陷结构面应力效应直剪力危险性评估指标,采用层次分析方法对采空区塌陷结构面应力效应直剪力的危险性评估指标的权重进行分析计算,得到变权改进后的评估指标的权重,在模糊识别理论的基础上计算评估指标的隶属度,根据隶属度构建危险性评估模型,通过危险评估模型得到塌陷结构面应力效应直剪力危险级别特征值,依据危险级别特征值确定采空区塌陷结构面应力效应直剪力的危险级别,实现浅层采空区塌陷结构面应力效应直剪力的危险性测试.实验结果表明,该方法的测试结果准确率较高.     

隧道结构病害机理及理论量化方法

以辽宁省内高速公路隧道定期检测资料为基础,对隧道衬砌既有结构病害的分布特征与规律进行归纳.在深入研究隧道主要结构病害的基础上,采用可拓学理论,提取数个能准确反映结构健康状态的指标,进行量化分级并建立相应的物元模型,从而确定各指标所占权重以及隧道结构病害等级,将衬砌结构病害定性评价与定量研究相结合,构建隧道衬砌结构健康状态评价体系,方便管理者做出合理决策.同时结合隧道工程实际检测数据进行可拓模型的计算分析,验证模型的工程适用性.     

基于区间模糊贴近度的地铁隧道可靠度评价方法

为了提高地铁隧道可靠度安全评价精度，首先建立由3个一级指标和24个二级指标构成的评价指标体系，并对监测值进行无量纲模糊化处理。其次利用区间模糊熵权法分别确定各级指标权重，并将指标值进行加权融合得到综合等级划分区间值。然后提出区间模糊贴近度计算公式，对监测点数据进行模糊值转化，并计算区间模糊数与综合等级划分值的贴近度。最后利用贴近度排序法对监测点进行可靠度等级评价，所得结果与工程实际相符。     

隧道渗漏及表观损伤检测方法对比分析

本文根据隧道渗漏及表观损伤检测的原理,调研隧道变形及渗漏检测应用方法,并进行了基于隧道表观损伤检测结果的隧道结构服役性能、隧道渗漏评价方法的研究。本文介绍了各种不同的隧道渗漏及表观损伤检测方法,并通过对这些方法的比较,分析能够适用于国内状况的隧道渗漏及表观损伤的检测方法。