穿越铁路线地道桥箱涵结构顶进过程数值模拟.pdf

穿越铁路线的地道桥箱涵结构顶进过程的数值模拟 摘 要 本文以石家庄拟建地道桥穿越京广线铁路密集区工程为研究背景 利用大型通用有限元软件 ANSYS 模拟超长箱体的顶进施工 由于超 长箱体的顶进工程极其复杂 包括箱体设计理论 施工工艺 施工过程 中箱体的变形控制等重要问题 本文借助数值方法来模拟不同长度箱体 结构在起动阶段 滑动阶段 入土阶段 顶进就位后的正常使用阶段的 受力变形特征 具体模拟过程为采用三维实体单元建模 引入面 面接 触模拟结构与土介质的相互作用 通过在结构的起动阶段变化顶力和箱 体长度 得出结构的位移场和应力场随顶力变化和箱体长度变化的规律 在入土阶段模拟逐段顶进 得到结构的位移和应力变化规律 在正常使 用阶段 分析得到两类不同截面构造箱体在两种不同工况下的位移场和 应力场分布特征 通过分析计算 得到以下结果 1. 在起动 滑动阶段 地道桥结构底板的变形要稍大于顶板 顶 板和底板的竖向位移以及结构整体的Z 向位移都与顶力有关 顶力越大 底板的变形就越大 而顶力的变化对边墙水平位移的影响不大 2. 在起动 滑动阶段 顶板外侧和内侧跨中存在较大的拉应力 拉 压应力峰值均出现在底板的跨中部位 结构顶板的拉 压应力峰值 I 随顶力的增大而有小幅度增加 底板水平应力的变化则较为明显 跨中 部位的压应力值随顶力增加而增大 3. 箱体在逐段顶入土体的过程中 结构顶入长度越大 相同顶力下 结构前端的Z 向位移就越小 箱体结构前端的竖向位移受箱体结构长度 的影响较大 箱体结构长度越长 右边墙水平X向位移就越大 箱体结 构入土长度越长 后端右边墙半高处的水平X向位移越小 4. 箱体在逐段顶入土体的过程中 不同长度箱体后端的 Z 向应力 变化较大 顶入长度不等的结构后端的Z向应力值变化较大 在沿长度 方向约为40m 区域内 结构的Z 向应力场分布特征受顶力的影响较大 5. 对于处于正常使用阶段的无梗腋构造的箱体结构 在列车荷载 满布情况下 最大挠度变形在结构顶板跨中 拉 压应力峰值出现在顶 板跨中 6. 对于处于正常使用阶段的加设梗腋构造的箱体结构 列车荷载 满布情况下 地道结构顶板跨中产生向下最大挠度,而最大拉应力处于 顶板跨中内侧和底板跨中内侧 本文的模拟结果为地道桥结构设计与施工提供了可靠的分析依据 关键词 地道桥结构 有限元法 相互作用 应力场 位移场 II NUMERICAL MODELLING OF JACKING PROCESS FOR UNDERPASS BRIDGE THROUGH RAILROAD LINE Abstract This dissertation is based on a project, which is to construct a underpass bridge through the compact district of the Jing-Guang railway lines. Ansys is applied to simulate the jacking process for the extra long structure. Because of the complexity of the jacking process including theory of design, tech of construction, control of deformation in the construction, and etc.,the character of stress and deformation affected by length of structure will be simulated in the phase of launch, sliding, digging, and the utility phase after insertion, with the aid of num