装配式综合管廊拼接关键参数研究

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装配式综合管廊具有减少城市路面的反复开挖、规范市政管网管理等优点,在我国市政工程建设中具有广阔的应用前景。装配式管廊的拼接环节参数控制,对管廊结构受力、接头处防水起决定性作用,直接影响管廊的正常使用和寿命,然而装配式综合管廊在我国尚属新兴产业,相关研究和配套标准还十分缺乏。本文以广州市某装配式地下综合管廊为工程背景,采用试验研究与有限元数值分析相结合的方法,对管廊拼接过程和接头变形控制的两个重要参数——橡胶止水胶条的压缩量△、PC钢棒和钢绞线的装配力F展开了研究,主要包括以下内容:(1)考虑止水胶条类型、有/无安装槽、压缩量大小因素,对依托工程中的止水胶条进行压缩试验,分析胶条的破坏模式、荷载-压缩量(P-△)关系、界面接触应力-压缩量关系(σ-△)曲线,并进行对比。选用指数函数,对试验结果进行拟合,提出P-△、σ-△关系公式。按照相关规范满足防水要求的界面接触应力σ≥1.5MPa条件,对拟合的σ-△曲线进行插值,得到不同胶条满足防水要求的压缩量防水临界值△min。(2)使用MSC.MARC软件建立橡胶二维有限元模型,计算得到止水胶条变形模式、荷载-压缩量关系(P-△)、界面接触应力-压缩量关系(σ-△)曲线,与压缩试验结果吻合较好。在此基础上,进一步计算止水胶条的最大第一柯西应力与压缩量关系(CS1-△),根据止水胶条强度要求,得到了不同胶条的压缩量破坏临界值△max。结合防水和强度要求,提出止水胶条在拼接过程中的压缩量控制范围△min≤△≤△max。(3)进行装配式管廊拼接足尺模型试验,分为竖向拼接和纵向拼接两部分,测量不同阶段装配力F与接头处接缝宽度d、界面接触应力σ、钢绞线装配力-管节位移关系(FL-s)曲线数据,并进行分析。结果表明:将由足尺模型试验中测定的接缝宽度d代入第二章中提出的σ-△关系公式,求得的界面接触应力σ计算值,与足尺模型试验中的压敏试纸实测的σ值较接近,一方面,验证了本文基于压缩试验结果提出的σ-△关系公式的准确性和适用性;另一方面,说明实际拼接时,可以通过测量接缝宽度d,推算此时止水胶条界面接触应力σ值,按照σ≥1.5MPa的防水要求,控制装配力F的大小。(4)采用ABAQUS软件,建立综合管廊的整体有限元模型,先对足尺模型试验工况进行数值仿真分析,计算得到的接缝宽度d、界面接触应力σ、钢绞线装配力-管节位移关系(FL-s)曲线结果,与试验结果吻合较好,验证了模型的有效性。考虑止水胶条种类、不同级别的PC钢棒和钢绞线的装配力F大小,对装配式管廊运营阶段分别在设计荷载作用下、不均匀地基沉降工况下的受力进行有限元分析,结果表明:同样条件下,国产止水胶条的压缩量比进口胶条更大,错位量和张开角则相比较小;管节沉降量、接头错位量、张开角则随装配力的增大而略微减小。(5)用止水胶条的压缩量控制范围,对整体有限元模型在不同PC钢棒或钢绞线装配力F下的各处接缝宽度d计算结果进行插值,得到了保证接头处的止水胶条既能满足防水要求,也不发生严重的永久变形和破坏时的PC钢棒和钢绞线装配力F的建议范围,为装配式管廊施工关键参数控制提供参考。
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