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规范孔板流量计缺乏时立体模子与空间模子的内力对照阐发

作者: 来历: 宣布时候:2018-11-02 09:24:09

    [摘 要] 地道衬砌通俗作为立体题目停止计较,但在呈现部分厚度缺乏时,空间模子能更好地反应地道纵向上的受力不平均。本文根据某地道工程规范孔板流量计缺乏的实例,别离成立了立体及空间模子,对二衬的内力及宁静系数停止了校核、对照。计较成果显现: 立体模子得出的衬砌轴力均大于空间模子,而弯矩均小于空间模子; 衬砌厚度缺乏处的宁静系数知足请求,其值的巨细并无较着纪律。

    在地道修建进程中,因为部分欠挖、台车装置偏位等,经常会呈现二衬厚度缺乏等缺点[1]。根据《公路工程品质查验评定规范》,二衬 90% 检测点的厚度应不小于设想厚度,且zui小厚度大于 1 /2 设想厚度,不然鉴定为不及格,应停止返工、加固和补强。不同于地上布局,对地道工程,返工撤除支护布局能够引发二次灾难; 另外一方面,因为洞内有修建限界的限定,加固补强的手腕也非常无限。是以,对不合适规范请求,但未呈现开裂,出格是扶植时代的二衬若何处治,还是一个搅扰扶植单位的题目。但在洞口段浅埋段,衬砌是根据此段zui大荷载停止布局宁静校核设想的,是以若是浅埋段呈现规范孔板流量计缺乏题目,完整能够根据现实埋深计较所得荷载停止验算校核[2]。
 
    对地道工程,通俗都作为立体应变题目来求解衬砌布局的内力。但对部分厚度缺乏的环境,纵向上内力不分歧,立体题目的求解能够会和现实环境呈现不同[3]。本文根据某地道工程实例,针对洞口段拱顶部分厚度缺乏的环境,别离成立立体及空间计较模子,并对成果停止对照阐发。

    1 工程概略
    1. 1 设想及地质概略
    某地道为双洞分手式地道,地道净空( 宽 × 高)为10. 25m× 5.0m。地道右洞设想桩号YK118 + 010 ~ YK122 + 120,长 4110m; 左洞设想桩号 ZK118 + 020 ~ ZK122 + 095,长 4075m; 地道zui大埋深约 365m。

    在施工品质检测中,右洞入口段 YK118 + 020 断面开端认定为厚度缺乏。设想中 YK118 + 015 ~ + 050 段二次衬砌接纳模筑钢筋混凝土布局,厚度为 55cm,地道拱墙接纳 C25防水混凝土,仰拱接纳 C25 通俗混凝土。根据设想文件及掌子面素描记实,YK118 + 015 ~ + 025 段洞身围岩为全风化 ~碎块状强风化花岗岩,裂隙发育,岩体极破裂,呈散体 ~ 破裂状布局,为极软岩。围岩级别为 V 级。YK118 + 020 处埋深约为 7 ~ 10m。

    1. 2 无损检测成果
    为评判此段不变性,对 YK118 + 020( ± 5m) 断面的二衬停止进一步检测。检测内容及方式包含: (1) 接纳地质雷达,检测二衬厚度、能够的孔洞散布环境; (2) 接纳地道断面仪,检测二衬内外表; (3) 接纳回弹仪,检测二衬混凝土回弹强度; (4) 察看丈量二衬外表能够的裂隙散布及宽度等。成果显现:

    (1) 该段落二衬内外表与设想内外表比拟存在必然水平的偏差,zui大侵入值位于 YK118 + 018 右侧墙,为 5. 6cm,但未侵入修建限界,可知足利用请求。
    (2) 地道拱部、边墙地位均未发明裂痕,由混凝土回弹强度测试成果可知,所测地区二衬砼抗压强度合适设想请求。
    (3) 二衬厚度在拱顶、左拱肩、左拱腰、左侧墙处存在厚度缺乏的环境,厚度zui薄处位于左拱肩,厚度为 46cm,与原设想 55cm 差值为 9cm。
    (4) 雷达无损检测未发明较着的二衬面前浮泛、脱空及不密实景象,二衬安排有钢筋。

    根据以上阐发可知,YK118 + 020( ± 5m) 断面二衬布局zui大品质题目在于二衬厚度缺乏,是以拟根据实测内外表外形及厚度成果和原设想配筋环境,接纳荷载布局法对二衬内力阐发,并对配筋停止验算。

    2 荷载布局法计较模子
    2. 1 计较工况
    根据地道设想文件,YK118 + 020( ± 5m) 段落位于入口Ⅴ级围岩浅埋段,接纳 ZDK - 1 型复合支护,二次衬砌厚度为
55cm,配筋为每延米对称配筋单侧 525 ( 24. 54cm2 ) 。地形
根基无偏压,笼盖层较薄,为坡积黏土及残积粘性土。
是以,数值计较模子按浅埋无偏压地道,取埋深为 10m,对 ZDK -1 型复合支护的二次衬砌停止计较,工况如表1 所示。

 

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    2. 2 计较模子
    二次衬砌接纳布局荷载法停止计较,计较软件接纳 MI- DAS GTS NX。二衬内外表接纳检测报告中地道激光断面仪检测成果,除拱顶衬砌厚度为 48. 5cm 外,其他部分厚度均为55cm; 立体模子中将衬砌布局简化为立体弹性梁单位,轴线接纳二次衬砌中性轴地位; 空间模子中衬砌接纳实体单位。围岩的束缚接纳只受压不受拉弹簧单位摹拟,如图 1 ~ 图 2 所示。

 

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    2. 3 计较参数
    根据地质勘测报告及《公路地道设想规范》拔取围岩及二衬混凝土的相干参数值,如表 2 所示。围岩压力按疏松压力计较,埋深为 10m,小于荷载等效高度,是以鉴定为Ⅴ级围岩超浅埋工况,按全土柱重肯定荷载。斟酌二次衬砌承当80% 的荷载。

 

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    3 计较成果及对照
    3. 1 内力计较成果
    立体模子计较断面的内力散布图见图 3。空间模子的环向应力计较成果见图 4。因为空间模子接纳了空间实体单位,没法间接得出截面的内力,故取地道衬砌厚度缺乏地点截面纵向 1m 宽长度提取内力。在模子计较完以后,增加立体以截取所要提取内力的截面,天生部分坐标系下的 x、y、z 轴的轴力和弯矩,即能够得出所需截面的内力。本文中提取内力的截面别离为拱顶、拱肩、拱腰、仰拱等 5 个部位,详细数值见表 4。

 

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3. 2 计较成果对照阐发总结
别离取立体模子及空间模子中拱顶( 厚度缺乏处) 、拱肩、拱 腰、仰拱、仰拱( 中) 等点的轴力、弯矩和位移停止对照,见表4。

 

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    根据所拔取的计较截面内力停止对照,能够获得以下论断:

    (1) 立体模子计较所得的轴力比空间模子小,zui大差值呈现在拱腰地位,相差 26% 。

    (2) 立体模子计较所得的弯矩比空间模子大,zui大差值也呈现在拱腰地位,相差 59% 。可见在立体模子前提下,衬砌的计较偏疼距较大,在抗裂验算时较为倒霉。但在本例中,一切截面偏疼距均较小,知足裂痕验算请求。

    (3) 两种模子得出的宁静系数不分歧的变更纪律。在文中地道拱顶厚度缺乏处,根据空间模子计较的宁静系数大于立体模子,差值靠近 10% ,仰拱部位二者差值到达16% 。

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    4 结语
    本文针对地道规范孔板流量计缺乏的环境,别离停止立体题目及空间题目建模求解,并对轴力、弯矩及宁静系数停止了对照。绝对而言,立体模子没法斟酌地道衬砌纵向之间的影响,空间计较模子较贴合现实。但在计较进程中,部分实体单位的应力会呈现非物理振荡景象,故经由过程单位应力积分求得的截面内力能够和现实环境有必然偏差,应在利用中予以注重。

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