矩形顶管隧道F承插型接头等效刚度理论研究

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作者 许有俊 张正曦 +2 位作者 张朝 刘天宇 张旭 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第3期506-515,共10页

等效刚度是计算隧道纵向变形的重要参数,为探究等效刚度对矩形顶管隧道的影响,以呼和浩特市海亮广场矩形顶管隧道为设计参照,采用纵向变形等效原则,结合Timoshenko梁截面剪切系数,建立了矩形顶管隧道接头等效刚度解析解,以室内试验为验... 等效刚度是计算隧道纵向变形的重要参数,为探究等效刚度对矩形顶管隧道的影响,以呼和浩特市海亮广场矩形顶管隧道为设计参照,采用纵向变形等效原则,结合Timoshenko梁截面剪切系数,建立了矩形顶管隧道接头等效刚度解析解,以室内试验为验证,探究了等效刚度的影响因素。结果标明:(1)剪切作用下接头剪切刚度主要分为弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段。(2)等效刚度理论计算结果与模型试验数据基本相同,验证了解析解的合理性。(3)减小管节宽度的同时增加管节高度可以有效增加接头等效刚度;截面尺寸对等效抗剪刚度影响较小,管节设计应将弯曲变形作为重点研究;钢套环与等效刚度成正比,与提升率呈反比,建议钢套环厚度取值13~17 mm。 展开更多

关键词 矩形顶管隧道 等效刚度 接头变形 参数分析

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S形空间曲线顶管开挖引起的地表沉降计算——以宁波市潘桥变电站迁建工程为例 被引量：5

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作者 许有俊 孟毅欣 +3 位作者 张朝 韩志强 郭飞 高胜雷 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第1期48-57,共10页

为研究S形空间曲线顶管隧道施工引起的地表沉降规律,基于Mindlin弹性力学解和随机介质理论,构建S形空间曲线顶管施工引起的地表沉降计算模型,获得顶管施工各参数和空间曲线段施工地层损失引起的沉降规律,并与宁波市潘桥变电站顶管隧道... 为研究S形空间曲线顶管隧道施工引起的地表沉降规律,基于Mindlin弹性力学解和随机介质理论,构建S形空间曲线顶管施工引起的地表沉降计算模型,获得顶管施工各参数和空间曲线段施工地层损失引起的沉降规律,并与宁波市潘桥变电站顶管隧道工程地表沉降实测值进行对比验证。研究结果表明:1)考虑顶管施工引起的附加荷载、水平与竖向超挖间隙等因素所构建的S形空间曲线顶管施工引起的地表沉降计算方法,理论计算值与实测值吻合较好,能够对地表沉降进行较为准确的预测;2)空间曲线顶管施工引起的地表沉降槽不以顶管中心轴线对称,在顶管机头无超挖刀参与掘进的情况下,最大沉降值向弯道外侧偏移,且顶管机平面转弯产生的超挖间隙对沉降槽偏移影响最大;3)在S形空间曲线顶进时,地层损失是造成地表沉降的主要原因,应严格控制注浆参数,理论注浆量应包括环形空隙与超挖间隙注浆量体积之和。 展开更多

关键词 S形曲线顶管隧道 MINDLIN解 随机介质理论 地表变形

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S型空间曲线圆形顶管管道应力分析——以宁波市电力隧道顶管工程为例 被引量：3

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作者 许有俊 韩志强 +2 位作者 张朝 孟毅欣 高胜雷 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2022年第8期1375-1385,共11页

为探索顶管在S型曲线顶进过程中管道结构荷载变化,以宁波电力顶管隧道工程为背景,结合施工参数对管道环向、纵向钢筋应力和管土接触应力的影响进行实测分析,建立三维数值模拟进行对比,同时采用多工况模拟进行拓展分析。分析结果表明:1)... 为探索顶管在S型曲线顶进过程中管道结构荷载变化,以宁波电力顶管隧道工程为背景,结合施工参数对管道环向、纵向钢筋应力和管土接触应力的影响进行实测分析,建立三维数值模拟进行对比,同时采用多工况模拟进行拓展分析。分析结果表明:1)环向钢筋应力分布不均匀且受转弯影响较小,受注浆压力影响较大,管顶和管底外侧受拉、内侧受压,管腰则相反;纵向钢筋应力主要受顶力影响,在S型曲线上管腰应力交替波动,管底内外侧均受拉,其余部位外侧受拉、内侧受压。2)顶管转向产生不均匀的管土间隙,使注浆压力不均匀,纠偏使管道处于泥浆套的右下方,实测管土接触应力大小为管道左侧>管顶≈管底>管道右侧,模拟管土接触应力与实测数据有着相似的变化趋势,应力分布不均匀,且管顶与管底受转弯影响较小,管腰受转弯影响较大。3)拓展模拟得出,管道埋深和坡度较大时,管顶和管底管壁应力变化尤为显著;适当增加注浆压力,可缓解管壁应力不对称、不均匀现象;水平纠偏时纠偏程度不宜过大,避免产生管道应力集中的现象;增大顶力不能使应力重分布,且纵向应力增加不大。 展开更多

关键词 圆形顶管隧道 S型空间曲线顶管 管道应力 施工参数 现场监测 数值模拟

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地铁车站矩形顶管壳-接头理论模型及纵向变形

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作者 许有俊 黄正东 +4 位作者 张朝 李鹏飞 康佳旺 张旭 单余含 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期99-110,共12页

针对矩形顶管隧道易受影响产生纵向变形、进而引发接头破坏的问题,提出一种矩形顶管隧道壳-接头理论模型,并以此研究隧道在不均匀沉降作用下的纵向变形。首先,通过室内模型试验,探究矩形顶管隧道接头力学特性;其次,建立壳-接头理论模型... 针对矩形顶管隧道易受影响产生纵向变形、进而引发接头破坏的问题,提出一种矩形顶管隧道壳-接头理论模型,并以此研究隧道在不均匀沉降作用下的纵向变形。首先,通过室内模型试验,探究矩形顶管隧道接头力学特性;其次,建立壳-接头理论模型,给出接头力学元件的刚度矩阵及其计算方法;然后,建立数值模型,并与室内模型试验结果进行对比;最后,依托20环管节的矩形顶管隧道工程实例,研究不均匀沉降作用下的隧道纵向变形。结果表明:接头破坏表现为闭合间隙、钢套环受力和变形破坏3个阶段,接头的抗剪和抗弯均由钢套环承担;壳-接头理论模型的模拟计算结果与模型试验结果较吻合,验证了模型的实用性和准确性;矩形顶管隧道的纵向变形受地基刚度影响显著,砾砂、粉砂和黏土3种地层对应的隧道最大附加沉降分别为3.72,7.66和12.14 mm,随着地基刚度的减小,隧道接头受不均匀沉降的影响将会增大。 展开更多

关键词 地铁车站 矩形顶管 壳-接头理论模型 地基刚度 隧道纵向变形

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矩形顶管隧道F型承插接头剪切刚度分析

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作者 许有俊 康佳旺 +3 位作者 张朝 庞跃魁 黄正东 张旭 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期113-122,共10页

矩形顶管F型承插接头属于柔性接头,地表超载、地基不均匀沉降等极易导致管节间出现剪切错台变形,进而引发隧道工程灾害。基于目前研究中对该种接头剪切力学特性尚不清楚的现状,考虑矩形顶管隧道F型承插接头构造特征,结合室内接头试验和A... 矩形顶管F型承插接头属于柔性接头,地表超载、地基不均匀沉降等极易导致管节间出现剪切错台变形,进而引发隧道工程灾害。基于目前研究中对该种接头剪切力学特性尚不清楚的现状,考虑矩形顶管隧道F型承插接头构造特征,结合室内接头试验和ABAQUS三维精细化数值模拟,针对接头在剪切荷载下的破坏过程、刚度特性及影响因素等问题开展研究。结果表明:矩形顶管接头发生剪切破坏时,受载管节呈中心对称破坏;不同地层中接头的剪力-剪切位移曲线均分为建立接触阶段、钢套环翘曲阶段和焊缝开裂3个阶段,地基刚度越大时,其相对剪切刚度越大;钢套环厚度和宽度增加时,刚度系数值随之提高;随着钢套环宽度、厚度增大,接头抗剪能力随之提高,但提高的幅度有限,不同厚度、宽度钢套环的屈服阶段刚度系数约为弹性阶段的60%~70%。 展开更多

关键词 隧道工程 矩形顶管 剪切破坏特征 剪切刚度 数值模拟

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地裂缝场地地震破坏特征及力学响应研究 被引量：2

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作者 张朝 熊仲明 +2 位作者 原晓露 孟毅欣 韩志强 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期90-97,107,共9页

为系统研究地裂缝场地动力响应规律,以西安f地裂缝为背景,设计并完成地裂缝场地土体振动台模型试验,获得场地土体的动力特性变化规律、加速度响应分布规律以及地震损伤发展特征。运用数值计算方法,分析地质构造特征对地裂缝场地动力响... 为系统研究地裂缝场地动力响应规律,以西安f地裂缝为背景,设计并完成地裂缝场地土体振动台模型试验,获得场地土体的动力特性变化规律、加速度响应分布规律以及地震损伤发展特征。运用数值计算方法,分析地质构造特征对地裂缝场地动力响应的影响规律。研究结果表明:地震作用下,上盘土体的地震响应比下盘更大,裂缝出现时间更早,破坏更严重;随着地震强度的增大,土体损伤加剧,刚度大幅退化,两盘土体的动力特性趋于一致,动力响应的“上下盘效应”也不再显著;加速度放大系数由土体底部到顶部逐渐增大,表现出明显的放大效应,但不同土层、不同地震波的放大程度不尽相同;地裂缝场地构造特征会影响地震波在土体介质中的传播方式,改变场地的振动特性。 展开更多

关键词 地裂缝场地 振动台模型试验 数值模拟 动力响应 地震损伤

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矩形顶管隧道F型承插接头剪切性能研究 被引量：2

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作者 许有俊 庞跃魁 +2 位作者 张朝 康佳旺 黄正东 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期957-966,共10页

通过接头剪切试验研究在地基沉降、施工扰动及上部荷载变化等情况下矩形顶管隧道的F型承插接头剪切受力性能及变形特征.通过在管节底部布置等效地基弹簧的方式,模拟不同地层条件下土体对矩形顶管的支撑作用.结果表明:在管节接头发生剪... 通过接头剪切试验研究在地基沉降、施工扰动及上部荷载变化等情况下矩形顶管隧道的F型承插接头剪切受力性能及变形特征.通过在管节底部布置等效地基弹簧的方式,模拟不同地层条件下土体对矩形顶管的支撑作用.结果表明:在管节接头发生剪切变形过程中,钢套环刚度与地基刚度越大,接头抗剪承载能力越强,错台量越小.钢套环焊缝强度严重制约管节的承载能力,裂缝出现使得接头的抗剪承载力下降29.5%~51.5%.在剪切作用下,接头钢套环容易发生翘曲变形或者焊缝开裂,接头处与钢套环接触的混凝土容易被压碎,接头根部混凝土容易开裂. 展开更多

关键词 矩形顶管 F型承插接头 剪切刚度 受力性能 失效机制

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矩形顶管隧道F型承插接头抗弯性能试验研究

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作者 许有俊 庞跃魁 +3 位作者 张朝 聂绪致 张旭 刘天宇 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第7期1099-1108,共10页

为研究矩形顶管隧道在地基沉降及上部荷载变化等情况下F型承插接头的抗弯性能、变形规律及破坏特征,在管节底部布置不同数量的等效地基弹簧来模拟不同地质条件,开展不同地层条件下的接头弯曲试验。试验结果表明:1)加载初期,接头弯曲变... 为研究矩形顶管隧道在地基沉降及上部荷载变化等情况下F型承插接头的抗弯性能、变形规律及破坏特征,在管节底部布置不同数量的等效地基弹簧来模拟不同地质条件,开展不同地层条件下的接头弯曲试验。试验结果表明:1)加载初期,接头弯曲变形主要为钢套环变形,各等效地基下接头抗弯刚度差异较小。2)当位移加载至15~25 mm时,管节顶底板内侧与侧墙外侧出现裂缝,由于管节自身变形使得接头张开量随着加载位移的增大出现减缓,接头抗弯刚度曲线斜率增大,并以0.007 rad张开量为界线划分为2个阶段。3)根据拉线式位移计变化、接头混凝土应变及钢套环应变可知,顶底板中部及侧墙中部挠曲应力最大,且在上方荷载作用下,管节表现出被压扁的趋势。4)接头弯曲变形中,插口端混凝土会与承口端混凝土及钢套环发生挤压,顶板混凝土被压碎,钢套环由于挤压而发生翘曲。 展开更多

关键词 矩形顶管 F型承插接头 模型试验 弯曲刚度 受力性能 变形特征

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地裂缝环境下钢筋混凝土框架结构的地震响应

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作者 张朝 黄正东 +3 位作者 熊仲明 原晓露 许有俊 康佳旺 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2028-2036,共9页

为了研究地裂缝场地钢筋混凝土(RC)框架结构的地震响应规律,采用ABAQUS有限元分析软件,建立地裂缝场地土与结构体系的三维数值模型.将计算结果与跨地裂缝结构模型试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的可行性.通过对框架结构位移角、... 为了研究地裂缝场地钢筋混凝土(RC)框架结构的地震响应规律,采用ABAQUS有限元分析软件,建立地裂缝场地土与结构体系的三维数值模型.将计算结果与跨地裂缝结构模型试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的可行性.通过对框架结构位移角、层间剪力、结构总水平地震作用的定量分析,获得地裂缝对框架结构动力响应的影响规律及影响范围.研究结果表明,地震作用在地裂缝场地表现出的非一致性加重了上部结构的损伤程度,结构中间跨的构件及节点破坏尤其严重,上盘结构的裂缝长度和宽度更大.框架结构跨越地裂缝是最不利的布置形式,动力响应尤为剧烈,在结构设计时应尽量避免.近地裂缝场地上盘结构的响应程度大于下盘,表现出“上、下盘效应”,在上盘0~20 m和下盘0~15 m范围内,框架结构破坏严重,在上盘30 m和下盘20 m外,结构反应显著减小. 展开更多

关键词 地裂缝 钢筋混凝土框架结构 振动台试验 有限元分析 动力响应

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纵向连接件对矩形顶管接头剪切性能影响研究

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作者 许有俊 赵峥嵘 +1 位作者 张朝 林洪泽 《铁道学报》 2025年第9期193-200,共8页

目前对矩形顶管环缝接头的研究主要集中在无纵向连接件的情况,而对设置纵向连接件的矩形顶管接头受力性能的研究不够系统,并且相应的试验验证较少,为此,考虑纵向连接件及其余构造特征对矩形顶管接头的影响,通过对接头进行抗剪试验,研究... 目前对矩形顶管环缝接头的研究主要集中在无纵向连接件的情况,而对设置纵向连接件的矩形顶管接头受力性能的研究不够系统,并且相应的试验验证较少,为此,考虑纵向连接件及其余构造特征对矩形顶管接头的影响,通过对接头进行抗剪试验,研究纵向连接件对矩形顶管接头剪切性能的影响规律。研究结果表明:带纵向连接件矩形顶管接头的剪切变形分为弹性、屈服以及破坏阶段;纵向连接件对接头延性有一定的提高,增强接头抵抗变形的能力,对接头抗剪性能的提高以及整体性的增强起到了重要作用;纵向连接件与钢套环和接头混凝土协同工作能够提高24%的接头剪切刚度,最终使接头剪力的承载能力提高17%的,降低大约68%的钢套环应变;增加纵向连接件的预紧力、增设螺栓孔构造钢筋、提高纵向连接件的强度以及选择与螺栓孔直径相近的纵向连接件尺寸能够有效提高接头抗剪能力并且减小矩形顶管自身结构的破坏。 展开更多

关键词 矩形顶管 F形承插接头 纵向连接件 抗剪试验 剪切性能

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基于密贴既有车站深基坑的反压土参数优化

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作者 许有俊 金辰宇 +1 位作者 张朝 王楠 《隧道建设(中英文)》 2025年第9期1728-1741,共14页

传统支护设计中,往往因为过高的安全冗余度导致资源浪费和成本增加。针对支护设计中反压土的优化问题,为了提高支护结构的安全性与经济性,并避免不必要的过度防护,从而实现资源的高效利用,以呼和浩特市某密贴地铁车站基坑工程为研究对象... 传统支护设计中,往往因为过高的安全冗余度导致资源浪费和成本增加。针对支护设计中反压土的优化问题,为了提高支护结构的安全性与经济性,并避免不必要的过度防护,从而实现资源的高效利用,以呼和浩特市某密贴地铁车站基坑工程为研究对象,结合现场监测与数值模拟方法,系统分析基坑施工中支护结构对基坑和地铁车站变形控制效果。研究重点关注反压土的高度与长度对基坑变形的影响,并在确保实际施工中钢支撑参数不变的前提下,开展反压土体优化分析。通过对不同反压土参数(如长度和高度)的优化分析发现,反压土的高度与长度对地铁车站的最大水平变形具有显著影响。具体来说,随着反压土的高度和长度的增加,地铁车站的水平变形逐渐减小,反之,变形量显著增大。基于这一结论,提出优化的反压土参数选取方案:高度大于7 m,长度大于80 m,以确保地铁车站的变形控制在安全范围内,满足工程的安全和经济要求。此外,还探讨了不同施工阶段反压土参数调整的合理性。 展开更多

关键词 深基坑 反压土 密贴地铁车站 数值模拟 支护方案优化

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