交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法技术

本发明专利技术属于建筑评价技术领域，公开了一种交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法，包括：通过足尺模型试验、三维数值模型、理论研究，并结合现场试验验证，确定软土地基中典型预制管廊结构在交通荷载作用下的动力响应规律，明确交通荷载作用下软土

【技术实现步骤摘要】
交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法


[0001]本专利技术属于建筑评价
，尤其涉及一种交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法。

技术介绍

[0002]目前：随着城市化进程的发展，城市地下综合管廊建设及其管理技术日臻完善，但目前对城市综合管廊在设计和施工技术等方面的研究仍不系统，成果较少，尚处于摸索和积累经验阶段。地下综合管廊建设中还存在一些问题，制约其快速发展。地下综合管廊的标准化、模块化是推广地下管廊预制拼装技术的重要前提，然而我国相应的标准体系尚不完善。预制管廊并没有完整的可遵循的设计标准和验收规范。
[0003]随着我国经济与交通事业的发展，城市交通运输突出表现为交通量增大、载重增加(甚至超载)、车速加快等新特点，交通荷载的上述新特点也给地下管廊的正常使用与安全运行带来了严重的挑战。因此，需要对地下管廊在交通荷载作用下的力学性状予以更多的关注。
[0004]交通荷载的重复作用会使软土地基产生不可恢复的永久沉降变形。各地段上部荷载的不同及不同断面抗不均匀形变能力差异等，都有可能导致地下管廊产生不均匀沉降或横向位移，导致管廊伸缩缝错台、度张开或挤压；单侧沉降或加固不均等因素可能导致管廊发生横向扭转病害。这样可能使管廊混凝土结构局部应力过大，结构内力和变形可能超越极限。因此，考虑软土地区交通载荷等因素影响，深入研究地下管廊的受力变形问题及不同结构等应对措施，具有重要的理论意义和工程应用价值。
[0005]至目前为止，已有相关研究成果，主要集中在管涵、地下隧道方面。现有技术1开展了隧道纵向相似模型试验，研究了局部均布荷载作用下隧道下卧土层的分布及其性质、地表不同超载大小及作用位置、拼装方式等对隧道结构受力变形的影响。现有技术2通过相似结构模型试验模拟下卧不均匀土层、地表局部作用均布荷载等，分析了各种情况下土层的纵向沉降形态。现有技术3釆用有限元数值模拟方法，对隧道纵向沉降原因、产生不均匀纵向沉降后隧道结构的受力变形机制和防水失效机制进行了分析。现有技术4认为沉管隧道变形主要是由于软土的再压缩变形产生，土体内部的孔隙水压力变化和水的渗流会对后期沉降产生较大影响。现有技术5对纵向弯曲造成的越江隧道不均匀沉降的控制指标值进行了研究，同时，针对环向错台造成的越江隧道纵向不均匀沉降，研究了相对弯曲的合理取值。上海市对地铁盾构隧道的纵向曲率半径以及相对弯曲提出了明确的控制值。现有地基沉降容许值的规定差异较大，很多容许值的取得是建立在工程经验基础上，目前有关地下管廊的相关研究成果很少。
[0006]在地下管涵的相关研究领域，现有技术6通过一系列岩心机试验，研究了直径为1400mm的钢筋混凝土管受到交通荷载850kN作用下的响应情况，并考虑了覆土层深度、交通荷载的位置和大小对管道弯矩的影响。现有技术7研究了非均匀场地中管线动力的响应，发现土体的刚度发生变化时，管线接头位置的位移会变大。现有技术8用静态Mindlin解与平
面动应变相结合的方法对不同介质中的管线进行了分析，发现介质变化的位置管线的应力最大。现有技术9采用数值模拟的方式对地下箱型结构承受土压力的变化规律进行了研究。现有技术10在弹性理论基础上,对交通荷载作用下软土地基中管道受力特性分析模型进行了理论研究。现有技术11采用Pasternak双参数地基模型建立了较为合理的考虑地基差异沉降的埋地管涵纵向力学模型。其研究表明：管涵结构的挠度、转角、弯矩、剪力均在差异沉降处有突变，且各要素受不均匀沉降的影响范围有限。现有技术12等分析了不同软土地基弹性模量对特长涵洞纵向应力和竖向位移的影响。现有技术13研究了钢波纹管涵洞的受力与变形特性，分析了不同填土高度和行车荷载作用下的受力与变形规律，探明其在不同填土高度作用下管顶及其正交位置为受力与变形最不利，提出高填土情况下以涵洞顶部土压力控制设计。现有技术14对土体自重作用、静荷载作用和车辆荷载作用下埋地管道的力学性状和变形特性进行一系列研究，认为埋地管道理论上存在一个最佳埋深，埋地管线危险点与管道两端约束条件有关。
[0007]土层的不均匀性，地面荷载的不对称性等会导致地下结构承受的荷载非对称，造成结构变形及内力大小的变化，甚至引起地下结构整体向一边位移。现有技术15研究了隧道侧部不同松动角度、不同松动程度下隧道横向承载能力和隧道结构形态的变化模式等相关问题。现有技术16通过足尺试验研究了通缝拼装衬砌的承载能力，得到顶部超载和双侧卸载工况下隧道结构的承载力安全系数，认为双侧卸载情况下隧道结构受力更为不利。现有技术17通过采用ABAQUS建立三维实体模型，研究了地面压载、土体侧向压力系数和土体抗力系数对隧道横向变形发展的影响，提出了以隧道直径变化作为隧道横向结构性态发展的判定指标。现有技术18在假设隧道上覆竖向荷载保持不变、水平荷载变小的情况下，研究了隧道水平直径变形量与接缝最大张开量、最大混凝土应力等之间的关系，提出了隧道横断面变形控制限值。关于地表非对称荷载的影响，系统性的研究成果不多。现有技术19通过大量的现场观测,建立了巷(隧)道的“支护体—围岩”相互作用模型,引入非对称荷载因子和结构分析方法,研究了不同类型支护体在非对称荷载条件下的内力及变形性能,讨论了非对称荷载对支护体承载能力和可缩性能的影响,并据此给出了该条件下巷(隧)道支护体的设计要素。现有技术20研究表明，岩性较差或者较为破碎的围岩以及宽度较大的巷道受非对称荷载比值的影响较大，且巷道底压会有一定的偏转现有技术21运用有限元软件构建偏压荷载作用下钢波纹管涵洞的三维模型，对比研究偏压荷载与对称荷载作用下钢波纹管涵洞的受力变形特性及管周土压力，明确了偏压荷载作用时波纹管水平变形和竖直变形的最值及形态，偏压荷载的存在会对管涵的稳定性产生较大影响。
[0008]至目前为止，国内外对地下综合管廊这一相对新型的地下结构的系统研究较少。现有技术22从管廊埋深、土体刚度、传力方法等因素对地下管廊与土体的相互作用进行了理论推导与分析。现有技术23对大开挖对邻近结构的影响作了研究分析，认为大开挖引起的沉降变形是影响结构的刚度的重要原因。刚度过强的结构更容易产生更大的弯矩，对结构不利。现有技术24对管廊布置方案作了详细阐述，包括管廊埋置深度、设置位置、建设方式等因素对社会与环境的影响，并分别对各种形式管廊的优劣进行了详细分析。现有技术25介绍了在既有建筑结构下采用盾构技术建设管廊，认为可以采用截断墙来控制因地基沉降引起的既有结构的变形；提出一种确定地下综合管廊施工引起地层变形区域范围的方法，认为施工所影响区域的宽度大小取决于管廊隧道的施工具体参数、围岩土体的力学特
性等。
[0009]国内在地下综合管廊变形及其控制等研究方面。现有技术26通过足尺试验对预制预应力综合管廊进行研究，提出了预制预应力综合管廊接头的设计方法。结果表明：在四侧壁等值对称荷载作用下，接头具有较好的延性、变形能力和安全预兆，但预制拼装综合管廊拼缝处防水性能及整体受力性能较弱,其试验条件并不能反应实际结构受力状态。现有技术27用模糊理论对综合管廊的安全性进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法，其特征在于，所述交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法包括：通过足尺模型试验、三维数值模型、理论研究，并结合现场试验验证，确定软土地基中典型预制管廊结构在交通荷载作用下的动力响应规律，明确交通荷载作用下软土
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管廊系统能量传递过程，得到软土地基中预制管廊结构受力机理、变形、强度和刚度特征；构建交通荷载下软土地基中预制综合管廊动力响应特性分析模型，确定软土地基预制综合管廊结构的分析体系和计算方法，确定控制指标，进行交通荷载下软土地基中电力管廊非线性动力与环境介质耦合的评价。2.如权利要求1所述交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法，其特征在于，所述交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法还包括：确定交通荷载下软土地基中预制综合管廊动力响应特性；确定交通荷载下软土地基中预制管廊系统能量传递及变形机制；确定交通荷载下软土地基中地下综合管廊分析体系和计算方法，进行交通荷载下软土地基中电力管廊非线性动力与环境介质耦合的评价。3.如权利要求2所述交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法，其特征在于，所述确定交通荷载下软土地基中预制综合管廊动力响应特性包括：基于大比例尺模型试验，确定预制综合管廊典型结构在交通荷载作用下动力相互作用体系的动力响应特性，分别从土层性质、车辆载重、车辆动荷载系数、管廊至车道距离和管廊覆土埋深方面，分析相关参数变化时典型预制拼装管廊结构纵向与横向受力、变形特性及其变化规律，确定其响应作用机理，建立交通荷载下软土地基中预制综合管廊动力响应特性分析模型及理论计算方法。4.如权利要求2所述交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法，其特征在于，所述确定交通荷载下软土地基中预制管廊系统能量传递及变形机制包括：在模型试验的基础上，基于能量原理，对软土
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管廊非线性系统进行三维精细化建模分析，明确研究交通荷载作用下软土
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管廊系统能量传递过程，确定软土地基中典型预制管廊结构受力变形模式包括管廊典型接头结构的损伤破坏机理。5.如权利要求2所述交通荷载下管廊非线性动力与环境介质耦合的测定方法，其特征在于，所述确定交通荷载下软土地基中地下综合管廊分析体系和计算方法包括：基于弹塑性理论、土
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管廊相互作用，分析土压力、预制管廊结构内力随时间的变化规律，通过精细化有限元模型数值仿真分析，确定软土地基中预制管廊结构变形、强度和刚度特征，建立软土地基预制综合管廊结构的分析体系、模型和计算方法，确定控制指标。6.如权利要求1所述交通荷载下管廊非...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢忠球，张新胜，吴敬龙，胡卓，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：