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地铁双跨箱型隧道结构纵向抗弯性能的数值研究

蔡仁贤  
【摘要】:地铁箱型隧道结构是地铁区间隧道常用结构的一种,主要应用于城市浅埋地铁隧道。由于箱型隧道结构整体尺寸大,结构截面形式特别,不能简单地采用初等梁理论研究其纵向抗弯性能。另外由于地铁箱型隧道结构的纵向钢筋一般按构造配置,而桥梁工程的箱梁结构的纵向钢筋按照计算配置,必要情况还采用预应力钢筋,故地铁箱型隧道结构纵向抗弯性能与桥梁工程中的箱梁结构也有所不同。当地铁箱型隧道结构沿纵向发生不均匀变形时,其结构外表面容易产生裂缝,由于其处于地层中,难以直接观测其外表面裂缝的发展情况,对判断箱型隧道结构安全状态带来一定的困难。而且目前关于地铁箱型隧道结构的纵向变形相关研究较少,尤其关于其结构开裂后的结构受力状态相关研究也很少。因此,研究地铁箱型隧道结构纵向抗弯性能以及如何利用其变形监测数据预测和判断箱型结构安全状态,具有重要的工程实践价值。为此,本文以某出现病害的双跨箱型隧道结构工程为依托工程,采用数值分析,初步研究双跨箱型隧道结构发生全过程破坏的纵向抗弯性能,以及裂缝发展深度与纵向变形曲率半径相应关系,得出相应控制阶段的纵向变形控制值,并结合依托工程的病害现状和监测数据,初步评估双跨箱型隧道结构安全状态。本文主要完成以下工作:(1)结合某出现病害的双跨箱型隧道结构设计资料,在考虑混凝土开裂后非线性特性的前提下,运用MIDAS/FEA软件建立了60m长的双跨箱型隧道结构的纵向抗弯数值模型,为后续的计算分析提供模型基础。(2)通过纵向抗弯性能数值分析,初步研究了竖向和水平方向加载下双跨箱型隧道结构发生全过程破坏的纵向抗弯性能,包括其结构的应力分布、应变分布以及裂缝开展的规律。(3)研究了裂缝发展深度与纵向变形曲率半径的相应关系,从而得出不同裂缝深度下箱型隧道结构的纵向变形控制值,并结合依托工程的病害现状和监测数据,运用纵向变形控制值初步评估出现病害的双跨箱型隧道结构安全状态。


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