原文传递
钢壳混凝土沉管结构受力和变形特性机理研究
| 论文题名： | 钢壳混凝土沉管结构受力和变形特性机理研究 |
| 关键词： | 钢壳混凝土沉管;浮态浇筑;坐底浇筑;损伤塑性模型;粘结滑移 |
| 摘要： | 随着水运通航量加大以及跨越水域环境越加复杂，传统的架桥以及钢筋混凝土沉管隧道已经难以满足要求，而强度高、断面大、耐久性好、可预制的钢壳混凝土沉管隧道成为了跨海工程技术先进地区的首选。但我国沉管隧道技术起步较晚，对钢壳沉管结构研究较少，而实际工程中钢壳沉管结构整体的应力和变形研究基本处于空白。本文依托我国首个钢壳沉管工程——深中通道工程，利用有限元数值模拟方法，对钢壳结构整体到细部的受力和变形进行了一系列研究工作。 （1）建立工程结构三维有限元模型，模拟管节整体的坐底浇筑工况。坐底浇筑建议采用分层浇筑形式，底板、竖墙、顶板依次浇筑。计算结果表明，受力不利位置包括浇筑底板时大跨度底板中部、浇筑墙体时两侧墙体底部、浇筑顶板时顶板与两侧墙体的交界处以及大跨度顶板中部。结构设计时需要注意对拉中间墙体外包钢板的横向钢筋的直径和布置方式，以及大跨度纵隔板的厚度。 （2）建立工程结构三维有限元模型，模拟管节整体的浮态浇筑工况。浮态浇筑必须分层进行，浇筑顺序同坐底浇筑。受力不利位置包括浇筑底板时中间墙体底部纵隔板、一次完成浇筑墙体时两侧墙体底部及两侧墙体顶部纵隔板、浇筑顶板时顶板与两侧墙体交界处，结构设计注意事项同坐底浇筑。浮态浇筑在浇筑底板时更安全，节省场地并简化了工序，但受环境、设施和浇筑工艺的影响较大。 （3）基于抗弯刚度等效原则，建立简化工程结构的三维复合材料模型，设计临时构件尺度，模拟管节浮运、锁定回填以及管顶回填工况。结构设计时需要注意对临时构件端封门和浮运锚杆的形式和布置方式的设计。管节成型后施工期的三种主要工况中，钢壳结构受力不利位置包括管顶回填时大跨度底板中部、及中间墙体与底板交界处。 （4）对受弯的大跨度底板中部，建立考虑粘结滑移的损伤塑性模型，计算结果表明：钢混界面粘结滑移强度高，不会因失效破坏；混凝土与纵隔板接触界面因张合产生竖向裂缝，受拉区混凝土因拉裂产生斜裂缝；受拉区混凝土达到抗拉强度，受压区混凝土接近抗压强度，钢板承受较大的拉应力和压应力，但有较大的安全富裕。对受力状态复杂的中间墙体与底板交界处进行强度校核，计算结果表明：抗弯和抗剪承载力满足强度要求，但截面所受剪力接近抗剪承载力，成为控制因素。 |
| 作者： | 黄和 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 别社安 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
