不同预紧力下预制综合管廊地震响应研究.pdf
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1、市政工程 :不同预紧力下预制综合管廊地震响应研究收稿日期:作者简介:常万波(),男,工程师,从事城市地下工程方面研究;赵燕宾(),男,工程师,从事城市地下工程方面研究常万波,赵燕宾,李鑫,王乐,张朝,(中铁铁工城市建设有限公司,北京 ;中国铁工投资建设集团有限公司,北京 ;内蒙古科技大学土木工程学院,内蒙古 包头 ;内蒙古自治区高校城市地下工程研究中心,内蒙古 包头 )摘要:为研究装配应力大小对综合管廊防水、受力、抗震性能等诸多方面的影响,分析了包头市某地下双舱综合管廊,建立不同装配应力下的综合管廊有限元模型,对管廊防水橡胶圈接触压力、结构受力以及结构位移变化进行研究。结果表明:装配应力的施加
2、可以有效提高管廊防水性能,但橡胶圈接触压力受装配应力施加位置影响而伴随有分布不均匀的问题;管廊连接孔道部位在装配应力作用下会产生明显的应力集中现象;在地震动作用下随装配应力加大,结构竖向加速度峰值减小、水平向加速度峰值增大、管廊顶底板中部以及侧墙中部的峰值位移增大。关键词:综合管廊;预紧力;黏弹性边界;等效节点力;接触压力;动力响应中图分类号:文献标识码:文章编号:()随着我国智慧城市建设的不断推进与发展,预制综合管廊以其建设周期短、质量控制性高、环境污染小等优点被广泛利用于城市建设当中。在综合管廊建设力度加大的同时,综合管廊结构设计以及结构性能研究也得到了很大的促进。针对预制管廊重要节点的受
3、力性能,胡翔等 通过开展管廊底部节点低周往复荷载试验,研究分析了叠合板式节点与现浇节点在承载力、耗能以及延性系数方面的差异;匡亚川等 提出了一种基于“型套箍销接纵筋连接”技术的新型综合管廊,并且通过研究发现其大跨径顶板经历了开裂、刚度退化和极限破坏三个阶段,且其承载能力提高到了荷载设计值的 倍;车鸿博等 对预制装配式波纹钢综合管廊的承载能力进行了现场试验,发现波纹钢综合管廊在 倍设计覆土厚度下仍具有良好的承载力,主要承载部位为管廊顶板,其应变与覆土厚度呈正向增加;赵远清等 通过管廊缩尺往复加载实验,发现管廊极限承载力与抗剪锚筋配筋率成正比,且仅在侧壁布置抗剪锚筋的情况下,与四周均布置抗剪锚筋时
4、的承载力相等;赵文昊等 通过数值模拟,建模分析了综合管廊平口与企口两种接头情况下管廊的允许差异沉降,发现在车辆荷载和地基土横向 差异沉降下,企口预制拼装管廊接头的承口端应力更大且容易发生破坏;陈隽等 通过模型土箱,开展了综合管廊在非一致激励地震作用下的模型试验,结果表明管廊在非一致地震激励下的结构响应大于均匀激励下的结构响应;等 分析了综合管廊在单次与多次地震荷载下结构的非线性反应,并确定出采用连续损伤力学模型能够很好地反映出结构的损伤破坏性能。目前国内预制综合管廊普遍采用连接件进行装配,装配应力大小对管廊施工乃至后期运营中的受力、防水以及抗震性能等都有着不可忽略的影响,但现有研究多从结构自身
5、出发,而忽略了连接件装配应力对管廊性能的贡献。为此,就这一问题,以连接件通过施加装配应力的双舱综合管廊为例,来研究装配应力对综合管廊相关性能的影响。计算模型及参数设置 工程概况根据所选管廊项目地勘资料,其建筑场地为级,抗震设防烈度为 度,设计基本加速度为 ,基准频率为 ,管廊埋深土层以砂土为主,该工程采用预制装配法进行施工,其综合管廊截面尺寸及配筋图如图 所示,建设用混凝土采用 ,钢筋采用 ,纵向连接件采用直径为 的钢棒,其抗拉强度为 ,相关材料参数如表 所示。此外,为保证管廊防水性能,在管廊接头部位设置有遇水膨胀橡胶圈,表 为橡胶材料参数。模型尺寸及边界设置在地下结构抗震分析中,当场地土沿振
6、动方向的长度大于 倍工程结构时,可有效降低土与结构共同作用体系的地震响应计算误差 。因此,计算模型中,除了管廊纵向外,其余方向上土体尺寸均取为 倍管廊尺寸,管廊埋深按照现场施工方案取为 倍管廊高度 。此外,为了更好地模拟原始地基,在土体取 倍管廊尺寸的基础上,再结合采用黏弹性边界,以尽可能降低计算误第 卷 第 期年 月山西建筑 差,黏弹性边界可有效吸收地震波反射能量并模拟出地震波 在 土 中 的 传 播 特 性。在 此,借 助 有 限 元 软 件 ,在土体边界通过设置弹簧阻尼器的方式来施加黏弹性边界 。管 土的相互作用属性,可以很好的体现出结构与土体在受力状态下彼此之间的相互作用以及相符位置变
7、化。本模型中,管廊与土体在接触面法向设置硬接触,允许其接触后在拉力作用下发生分离,切向设置罚摩擦,摩擦系数取为 ,防水橡胶圈一侧与管廊设置绑定约束,用以固定其位置,另一侧与管廊接触属性与管廊 土体相互作用属性设置一样。?表 材料参数材料密度()弹性模量 泊松比膨胀角()偏心率 黏聚系数 砂土 钢棒 表 橡胶材料属性材料密度()硬度 防水橡胶 模型载荷综合管廊装配时对纵向连接件施加一定的装配应力,不仅能够挤压接头防水橡胶圈提高防水性能,而且能够有效提高结构的整体性,进而增强管廊抵抗竖向变形能力。对于装配应力取值,综合管廊相关规程并未给出明确的取值范围,而装配应力对综合管廊受力及使用性能等诸多方面
8、又有着不可忽略的影响。为此,本模拟中对预应力钢棒施加 ,等不同的装配应力,并输入地震波进行抗震分析,来对装配应力作用下的综合管廊各方面性能展开研究。地震波对结构产生的影响,可以按照等效节点力的方法来进行施加 ,根据弹簧 阻尼器作用原理,其一端与边界节点连接,另一端接地固定,黏弹性边界完全吸收地震波反射能量时,边界节点所承受的就是地震自由场运动,而自由场运动可转化为在边界节点上施加等效节点力的方法进行处理,等效节点力计算如式()所示:()()其中,为黏弹性边界各节点弹簧刚度;为阻尼系数;为自由场位移;为自由场应力;为边界节点对应的控制面积,可通过边界面施加单位压强最终根据边界面反力文件得到每个结
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