借助有限元法建立沉管隧道施工臨時支撐的精細計算模型,揭示管段采用變截面與否的力學響應(yīng)特征,分析管段結(jié)構(gòu)破壞機理和形態(tài),并提出結(jié)構(gòu)加固措施,優(yōu)化設(shè)計方案。研究表明:在抗浮力作用下,臨時墊塊與剪切鍵支撐具有明顯的支點效應(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)為兩臨時支墩間橫向簡支、臨時支墩與剪切鍵間的縱向簡支,最大變形值出現(xiàn)在兩臨時支撐墊塊中間位置,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)局部開裂;管段結(jié)構(gòu)在接頭剪切鍵與臨時支撐墊塊位置出現(xiàn)不同程度的應(yīng)力集中,控制不當易引發(fā)結(jié)構(gòu)漸進破壞,需設(shè)置針對性的控制措施,以抑制管段結(jié)構(gòu)裂隙的形成與發(fā)展。 

【文章來源】：地下空間與工程學報. 2020,16(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

沉管隧道總體設(shè)計方案

由于管段結(jié)構(gòu)尺寸比較大，考慮計算成本和可行性，取E1管段及海珠端20 m暗埋段范圍為計算分析對象，模型計算經(jīng)歷一次臨時支撐。由于沉管自重小于開挖土體自重，所以管段地基可視為彈性狀態(tài)，地基對結(jié)構(gòu)的作用通過地基彈簧模擬。地基彈簧根據(jù)頂管結(jié)構(gòu)位移特點，設(shè)置受壓側(cè)徑向彈簧[9]，參考文獻[10]，采用應(yīng)力面積法的思路，基于表1土層參數(shù)計算地基系數(shù)分布如圖2所示。三維計算模型如圖3所示，實際臨時支撐階段，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體單元模擬，基于實際情況建立精細的計算模型。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體單元，無法通過計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)力測量單元，后由變形協(xié)調(diào)及對剪切面應(yīng)力積分得到剪切鍵剪力。根據(jù)沉管隧道抗浮設(shè)計方案，施加計算模型作用荷載，計算抗浮力為14 466.43 k N。

計算步驟:(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，(3)岸上沉放E1管段且用臨時支撐墊塊。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，指導變截面沉管隧道的設(shè)計實踐，按上述建模思路，以標準段尺寸建立等截面沉管隧道施工臨時沉放工況，并與變截面方案進行對比分析。2.2 模型合理性驗證


本文編號：3123724