临时支撑阶段变截面沉管隧道力学响应特征及加固措施

发布时间：2021-04-07 15:11

　　借助有限元法建立沉管隧道施工临时支撑的精细计算模型,揭示管段采用变截面与否的力学响应特征,分析管段结构破坏机理和形态,并提出结构加固措施,优化设计方案。研究表明:在抗浮力作用下,临时垫块与剪切键支撑具有明显的支点效应,管段出现较小的下沉,且沉降主要由结构变形组成;管段结构空间受力表现为两临时支墩间横向简支、临时支墩与剪切键间的纵向简支,最大变形值出现在两临时支撑垫块中间位置,管段接头处结构变形由中墙向两侧墙逐渐增大;沉管隧道采用变截面管段与否的结构力学响应特征相近,表现为接头剪切键与管段衔接处应力集中,受到较为明显的拉剪效应,诱发局部开裂;管段结构在接头剪切键与临时支撑垫块位置出现不同程度的应力集中,控制不当易引发结构渐进破坏,需设置针对性的控制措施,以抑制管段结构裂隙的形成与发展。 

【文章来源】：地下空间与工程学报. 2020,16(05)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

沉管隧道总体设计方案

由于管段结构尺寸比较大，考虑计算成本和可行性，取E1管段及海珠端20 m暗埋段范围为计算分析对象，模型计算经历一次临时支撑。由于沉管自重小于开挖土体自重，所以管段地基可视为弹性状态，地基对结构的作用通过地基弹簧模拟。地基弹簧根据顶管结构位移特点，设置受压侧径向弹簧[9]，参考文献[10]，采用应力面积法的思路，基于表1土层参数计算地基系数分布如图2所示。三维计算模型如图3所示，实际临时支撑阶段，沉管段与海珠暗埋段接头只有中墙混凝土剪切键通过鼻托梁参与承载，因此模型仅建立中墙混凝土剪切键。模型中管段结构、剪切键、连接件、橡胶支座、接头缝隙均采用三维实体单元模拟，基于实际情况建立精细的计算模型。模型中管段结构、剪切键利用弹塑性本构模型，橡胶支座、连接件及接头缝隙采用弹性本构模型。其中橡胶支座受力后产生弹性变形并很快刚化，初始弹性模量为250MPa，压缩刚化后的弹性模量为12 500 MPa[11]。缝隙采用低模量单元模拟，考虑模型中管段接头剪切键采用三维实体单元，无法通过计算直接读取接头剪力，为此设置低刚度接头剪切键剪应力测量单元，后由变形协调及对剪切面应力积分得到剪切键剪力。根据沉管隧道抗浮设计方案，施加计算模型作用荷载，计算抗浮力为14 466.43 k N。

计算步骤:(1)海珠端暗埋段结构施工，施加相应的荷载位移边界条件，(2)空阶段使上阶段受力变形稳定，位移清零而保留应力场，(3)岸上沉放E1管段且用临时支撑垫块。为明确变截面沉管隧道施工阶段较常规等截面方案的差异，指导变截面沉管隧道的设计实践，按上述建模思路，以标准段尺寸建立等截面沉管隧道施工临时沉放工况，并与变截面方案进行对比分析。2.2 模型合理性验证


本文编号：3123724