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装配式钢筋混凝土管型通道作为一种新型的地下通道结构型式,具有工程质量易于控制、施工速度快和成本造价低等优点。可以在预制工厂批量预制,然后运输到现场安装,具有较为广泛的应用前景。但是国内对这种多管片装配式地下通道结构应用技术的研究还比较少,没有相应的规范可供参考,当前可借鉴的工程经验较少,设计与施工方法还处于摸索阶段。
本文就是在这种背景下,结合安徽省交通厅批准立项的《六(安)武(汉)高速公路装配式大孔径钢筋混凝土管型通道关键技术研究》课题以及安徽省交通投资集团研究项目《浅埋装配式钢筋混凝土管型通道力学特性研究》,采用理论分析和数值模拟分析计算相结合的方法,对装配式钢筋混凝土管型通道的力学性能、斜交管型通道的应用及预制管片的拼装等进行了系统而深入的研究,本文的主要研究内容如下:(1)针对地下结构有限元方法,阐述了材料的本构关系和屈服准则以及非线性问题的求解方法与收敛准则等,为下文有限元模型的建立及计算奠定理论基础。
(2)以大型通用有限元程序ANSYS为平台,建立了该装配式管型通道的二维和三维有限元接触模型,对比分析了相同荷载分布下两者的应力分布规律及大小。结果表明,两者在截面范围内反映的内力分布规律基本一致,数值误差较小。
(3)针对在高速公路中应用的斜交管型通道,利用ANSYS三维有限元数值模拟手段,建立装配式钢筋混凝土管型通道与周围土体以及管片之间的三维有限元接触模型。分析了不同斜交角度下管道的力学性能。结果发现,斜交管型通道底板的内侧和边板的外侧所受环向拉应力最大,也就是说底板和边板的管腰处容易开裂,预制时应局部加强;斜交角度越大,管道受力越复杂,容易发生扭曲变形。
(4)针对预制管片的接缝处刚度大小,提出了铰接、弹性连接、刚接三种连接方式,分别建立三种情况下的二维接触有限元模型,计算了不同连接方式下管型通道的内力分布情况,为预制管片的拼装提出建议。
(5)根据实例中出现的大小两种管涵,分别建立二维模型,分析其同样荷载下的受力情况,并分析了管片厚度对结构受力的影响。