国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能與支護(hù)效應(yīng)研究

2020-12-11 09:28魏清武張富明
工程技術(shù)研究 2020年20期
關(guān)鍵詞:型式工字鋼圓形

魏清武,張富明

(中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司,山東 濟(jì)南 250000)

地下隧道工程施工會(huì)使周圍巖土體的應(yīng)力平衡狀態(tài)被打破,產(chǎn)生洞室變形,如果沒有及時(shí)進(jìn)行有效的支護(hù),就會(huì)引起周圍巖土體松動(dòng),嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生坍塌。因此,選擇合理的支護(hù)方法保證圍巖長(zhǎng)期穩(wěn)定十分重要。與此同時(shí),隧道作為大型基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目,施工工期漫長(zhǎng),施工成本非常大,如何提高施工效率、降低施工成本已成為眾多學(xué)者關(guān)注的課題。

鋼管與混凝土進(jìn)行結(jié)合所形成的構(gòu)件是將混凝土填充在鋼管內(nèi),從而實(shí)現(xiàn)約束混凝土的目的;同時(shí),由于混凝土對(duì)于外部鋼管具有支撐作用,其穩(wěn)定性也優(yōu)于空鋼管構(gòu)件。目前鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于煤礦巷道中[1-2],但在隧道工程中的應(yīng)用還很少。將鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)用于隧道工程的支護(hù)中,可以減少用鋼量,降低支護(hù)成本,增加隧道的使用面積,因此具有很高的應(yīng)用前景[3]。

在此背景下,文章利用有限元分析軟件ABAQUS分析不同支護(hù)結(jié)構(gòu)及不同截面形式,討論不同支護(hù)結(jié)構(gòu)型式及不同截面形式對(duì)鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能影響,并將其與傳統(tǒng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行比較[4-10]。

1 工程概況

案例區(qū)間位于青島市市北區(qū)鞍山路站至錯(cuò)埠嶺站之間,整體呈東西走向,沿鞍山路、遼陽西路路北一側(cè)布置。區(qū)間線路出鞍山路站后下穿鞍山路小學(xué)、金桂花園、東泰小區(qū)、海泊河后進(jìn)入錯(cuò)埠嶺站。區(qū)間YCK8+646.66(ZCK8+647.71)處設(shè)有三號(hào)風(fēng)亭。區(qū)間兩端的始發(fā)洞和接收洞采用礦山法,其他地段采用TBM法施工。區(qū)間隧道最大線路縱坡為27.0‰,最小縱坡為0‰,為單向坡隧道,線路基底標(biāo)高-26.15~-21.23m,基底埋深30.75~37.03m。

2 數(shù)值分析方法

2.1 建立模型

結(jié)合工程實(shí)際,采用隧道工程中常見的圓形、馬蹄形和直墻拱形三種斷面形式,鋼管混凝土的支護(hù)截面形式分別采用方形截面和圓形截面,工字鋼支護(hù)選取常用的22a型,分別建模進(jìn)行ABAQUS模擬對(duì)比分析。各模型尺寸特征如表1所示。

為了方便對(duì)比分析,三種形式的斷面尺寸近似相同。模型采用混凝土單元和鋼管單元;混凝土及鋼管單元模型均采用C3D8R單元,該單元可以用來模擬較大的網(wǎng)格扭曲,適合大應(yīng)變分析[11]。

表1 模型尺寸

2.2 模型力學(xué)參數(shù)

鋼管采用Q235鋼材,其彈性模量為2.06×105MPa,泊松比為0.304;混凝土采用C40,其彈性模量為3.25×104Pa,泊松比為0.2。

對(duì)于鋼管塑性,只需定義鋼管在塑性階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系?;炷恋乃苄詫傩?,通常采用混凝土損傷模型進(jìn)行定義。C40混凝土的損傷塑性相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 混凝土損傷塑性參數(shù)

文章采用C40混凝土,按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中混凝土單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線參數(shù)取值,得到C40混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示。

圖1 C40混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

同理,對(duì)于混凝土受拉應(yīng)力-應(yīng)變,按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中混凝土單軸受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線參數(shù)取值,得到C40混凝土受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2所示。

2.3 加載方案

圖2 C40混凝土受拉應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系

為模擬混凝土在現(xiàn)實(shí)情況中的力學(xué)狀況,在周圍巖土體表面施加壓應(yīng)力,施加方式為將壓力施加給周圍巖體表面,巖體再施加給支護(hù)結(jié)構(gòu)。因進(jìn)行單一變量對(duì)比分析,所有模型中對(duì)周圍巖土體施加的壓力值應(yīng)保持不變。模型加載方式如圖3所示,對(duì)混凝土無支護(hù)情況進(jìn)行三面壓力施加。本研究著重對(duì)比分析鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和支護(hù)效應(yīng),因此將周圍巖土體均按彈性介質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)化模擬。

圖3 模型加載方式示意圖

2.4 分析方法

討論鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)型式與工字鋼支護(hù)結(jié)構(gòu)型式在三種不同隧道斷面形式及不同截面的撓度變形及應(yīng)力變化;討論在同一斷面形式下,不同截面支護(hù)結(jié)構(gòu)型式撓度變形和應(yīng)力變化。選取3個(gè)代表位置特征點(diǎn)拱頂、拱腰及拱腳位置,討論同一截面但不同斷面形式下隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的撓度值,分析對(duì)比在無支護(hù)結(jié)構(gòu)與各種支護(hù)結(jié)構(gòu)型式下的圍巖最大撓度值,討論各種支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的力學(xué)性能與支護(hù)效應(yīng)。

3 結(jié)果分析

3.1 應(yīng)力分析

三種斷面形式下的常規(guī)工字鋼支護(hù)結(jié)構(gòu)、方形和圓形鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的Mises分布云圖如圖4~圖5所示。由圖4~圖5可知,對(duì)應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布具有以下特點(diǎn):

(1)應(yīng)力集中位置分布基本相同;(2)選擇3處代表位置拱腳及拱頂兩側(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力變化分析可知,拱腳位置應(yīng)力大小順序?yàn)閳A形鋼管混凝土支護(hù)<方形鋼管混凝土支護(hù)<常規(guī)工字鋼支護(hù)。

根據(jù)圖4~圖5結(jié)果分析可以得出,不同隧道斷面形式的各種支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的應(yīng)力集中點(diǎn)基本相同;相對(duì)于傳統(tǒng)工字鋼支護(hù),鋼管混凝土支護(hù)應(yīng)力更均勻;鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)在關(guān)鍵位置處的應(yīng)力集中值要比傳統(tǒng)工字鋼支護(hù)結(jié)構(gòu)小;圓形隧道斷面的受力比其他形式隧道斷面的受力更均勻。

3.2 應(yīng)變分析

圓形隧道斷面常規(guī)工字鋼支護(hù)結(jié)構(gòu)、方形鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)和圓形鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大撓度分布云圖如圖6~圖7所示。由圖6~圖7可知,對(duì)應(yīng)支護(hù)結(jié)構(gòu)最大撓度有以下特點(diǎn):

圖4 馬蹄形隧道斷面鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布云圖

圖5 直墻拱形隧道斷面鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布云圖

(1)撓度變化趨勢(shì)基本相同;(2)選擇3處代表位置點(diǎn)拱頂、拱腰及拱腳相同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析,可知最大撓度大小關(guān)系為圓形鋼管混凝土支護(hù)<方形鋼管混凝土支護(hù)<常規(guī)工字鋼支護(hù)。

根據(jù)圖6~圖7結(jié)果分析可以得出,各種支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的撓度變化趨勢(shì)基本相同,而鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)撓度變形值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)工字鋼支護(hù)結(jié)構(gòu);相對(duì)于方形鋼管混凝土,圓形支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的撓度變形值更小,因此圓形支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)作用比方形的支護(hù)作用更強(qiáng)。

3.3 控制點(diǎn)位移分析

選取上述各種混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的3處代表位置處拱頂、拱腰及拱腳位置同一位置(如圖8~10所示),討論同種截面結(jié)構(gòu)形式下不同隧道斷面結(jié)構(gòu)形式的撓度變形量,可得到以下結(jié)果。

圖8對(duì)比給出了同一截面形式下不同斷面形式在拱頂位置處的變形量,可以看出在拱頂位置,直墻拱形隧道斷面形式的撓度值最小,圓形隧道斷面形式的撓度值最大。

圖9對(duì)比給出了同一截面形式下不同斷面形式在拱腰位置處的變形量,可以看出在拱腰位置,圓形隧道斷面形式的撓度值最小,直墻拱形隧道斷面形式的撓度值最大。

圖6 馬蹄形隧道斷面鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布云圖

圖7 直墻拱形隧道斷面鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布云圖

圖8 拱頂位置變形量對(duì)比

圖9 拱腰位置變形量對(duì)比

圖10 拱腳位置變形量對(duì)比

圖10對(duì)比給出了同一截面形式下不同斷面形式在拱腳位置處的撓度變化,可以看出在拱腳位置,圓形隧道斷面形式的撓度值最小,直墻拱形斷面形式的撓度值最大。

4 結(jié)論

文章利用ABAQUS大型有限元數(shù)值計(jì)算軟件,對(duì)不同支護(hù)結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比討論。通過分析,所得結(jié)論如下:

(1)相比于傳統(tǒng)支護(hù)結(jié)構(gòu)型式,鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)型式承載力高,撓度變形量較小,支護(hù)效應(yīng)更好。

(2)圓形截面比方形截面鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)受力更合理,支護(hù)效果更好。

(3)直墻拱形斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的鋼管混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu)型式的支護(hù)效應(yīng)更強(qiáng)。

猜你喜歡
型式工字鋼圓形
幕墻型式對(duì)高層建筑室內(nèi)自然通風(fēng)影響的模擬
現(xiàn)代中小河流常用有壩壅水建筑物型式探討
地下連續(xù)墻工字鋼接頭焊接技術(shù)研究
高層懸空大跨弧形梁支撐施工技術(shù)
礦用工字鋼棚支護(hù)計(jì)算及應(yīng)用
為什么窨井蓋大多都是圓形的
軍持的型式分析與年代分期
肥皂泡為什么是圓形?
圓形題
不同動(dòng)力型式的巡飛彈總體參數(shù)對(duì)比分析